JPH0155952B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、多自由度のマニピユレータを用いて
球面部に検査具を倣わせる方法に関する。

＜従来の技術＞ 圧力容器等の溶接構造物においては、溶接部に
各種溶接欠陥を発生するおそれがあり、また、溶
接熱による母材の変質や変形、収縮、残留応力の
発生及び溶接部内の化学成分と組織の変化がある
程度避けられないため、溶接部の健全性及び信頼
性を調べることは製品の保守上極めて重要であ
る。

従来、第３図に示すような円筒形ドラム１０の
鏡板部１１における溶接部１５（図中波線で示
す）の超音波探傷は、検査員がその近くまで行つ
て手動で行なうという方法がとられていた。

しかしながら、この作業は非常に手間がかか
り、探傷速度が遅く、探傷もれを生じるおそれも
あり、経済性、信頼性に問題があつた。また、原
子圧力容器等の原子炉冷却材バウンダリ内の機器
等の検査については、放射線のため検査員が接近
して直接検査することはできないという問題もあ
つた。

そこで、主として原子炉圧力容器を対象として
多自由度のマニピユレータを用いて鏡板部内側の
水浸法による超音波探傷の自動化及び遠隔操作化
が検討されてきた。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、マニピユレータを採用するにあ
たつては、被検部が複雑な形状をもつため、マニ
ピユレータ先端の探触子板と被検部との平行度や
水距離が正確にでなかつたり、探触子板及びマニ
ピユレータが被検部表面に接触して破損してしま
うなどの事故を生じるおそれがあり、更に、同一
装置によつて種々の原子炉容器の探傷を行なうた
めの互換性を考慮する必要があるなど、解決しな
ければならない多くの問題があり、その装置の完
成が妨げられていた。

本発明は、上述のような事情にかんがみてなさ
れたもので、その目的とするところは、多自由度
のマニピユレータの先端に取付けられる検査具を
球面状の被検査面に所定の距離及び向きをもつて
正確に倣わせるようにして、つまり、検査具が被
検査面に対して所定の距離（水距離）離れ、かつ
検査具の軸心が被検部の接線に直角となる状態を
維持するようにして、作業の能率性、信頼性の向
上は勿論のこと、遠隔自動操作による被曝線量の
低減、作業の安全性を図ることができ、そのうえ
被検査物の互換性も得られる倣い方法を提供する
ことにある。

＜課題を解決するための手段＞ かかる目的を達成するための本発明の構成は、
球面状の被検査面の中心線回りに旋回する旋回軸
に上下動可能に取付けられた上下移動軸に保持さ
れ、少なくとも二つの連ねられた傾動自在な屈曲
軸を有し、かつ先端側の屈曲軸に検査具が取付け
られた多自由度のマニピユレータにおける前記検
査具を、被検査面に上下方向に沿つて定められた
複数の検査すべき位置ごとに全周に倣わせる方法
であつて、 検査すべき位置に応じて上下移動軸を移動し、 この検査すべき位置に対し検査具が一定距離離
れかつ平行に保たれるように、検査すべき位置に
基づいて前記屈曲軸の角度を制御し、 その状態でマニピユレータを前記旋回軸の回り
に旋回させて検査すべき位置を全周に亘つて検査
し、 以後前記上下移動軸を検査すべき位置ごとに対
応させてステツプ移動し、上記動作を繰り返すこ
とを特徴とする。

＜実施例＞ 第１図には、第３図に示した円筒形ドラム１０
の鏡板部１１の溶接部１５の超音波探傷に本発明
を適用する場合に用いる超音波探傷装置を示す。

この超音波探傷装置は５自由度のマニピユレー
タ１２を主要部としてなつている。

８はドラム１０の鏡板部１１の中心（ドラム１
０の中心Ｄ）を中心に360゜旋回駆動可能に設置さ
れた旋回軸で、この旋回軸８に、上下方向に移動
可能に上下移動軸７が組み付けられ、この上下移
動軸７にマニピユレータ１２が保持されている。

マニピユレータ１２は、上下移動軸７に組み付
けられ、水平方向に移動可能な水平移動軸１と、
水平移動軸１に取付けられ、水平移動軸１の中心
軸回りに±200゜回転可能な回転軸２と、回転軸２
に連続して連ねられ、かつそれぞれ±100゜（第１
図において時計回り方向を正とする）屈曲動でき
る屈曲軸３，４，５とからなり、全部で５自由度
を有している。最先の屈曲軸５の先端には、検査
具として超音波探傷用の探触子板６が取付けられ
ている。

次に、上記のように構成された超音波探傷装置
による鏡板部溶接部１５の超音波探傷手順即ち本
発明の一実施例方法について説明する。

被探傷面である鏡板部１１の内面には、第４図
に示すように上下方向（上下移動軸７の移動方
向）に沿つて探傷すべき位置（以下、被検位置）
P₁，P₂…P_oが予め定められる。したがつて、初
めの被検位置P₁に対し探触子板６が一定距離離
れかつ平行（被検位置の接線に平行）となるよう
にし、その状態で、旋回軸８をスキヤン軸として
マニピユレータ１２をドラム中心Ｄの回りに360゜
旋回させれば、被検位置P₁の全周に亘つて探触
子板６が倣い移動し、全周に亘つての探傷がなさ
れることになる。次いで、初めの被検位置P₁か
ら次の被検位置P₂への距離に応じて上下移動軸
７を上下方向にステツプ移動させ、被検位置P₂
に対して同様にスキヤン操作を行ない、以後同様
に探触子板６をステツプ移動、スキヤン操作すれ
ば、所定の範囲（P₁〜P₂）の超音波探傷がなさ
れることになる。

しかしながら、探傷すべき面が湾曲しているこ
とから、上下移動軸７を上下方向に移動させただ
けでは、探触子板６を被検位置に対し一定距離離
して平行に保つことはできない。

そこで、被検位置即ち上下移動軸７の位置に応
じて、探触子板６の姿勢の補正を最先端の屈曲軸
５で行ない、その半径方向の位置補正を屈曲軸５
につながる屈曲軸４で行なうのである。つまり、
被検位置の位置信号に応じて、屈曲軸４，５の角
度を制御して、探触子板６が常に被検位置から一
定距離離れかつ平行となるようにするのである。

屈曲軸４，５の角度制御は次のようにしてなさ
れる。

第１図及びその座標系を表す第２図に示すよう
に、ドラム１０の中心線Ｄをｙ軸とし、鏡板部１
１の球の中心を通りｙ軸に直角な軸をｘ軸として
座標系（原点Ｏ）を設定する。

そして、屈曲軸４と５の軸心線が交わる点（屈
曲中心点）の座標を（x_e、y_e）、屈曲軸３と４の
軸心線が交わる点（屈曲中心点）の座標を（x_c、
y_c）とし、座標原点Ｏより屈曲軸５の屈曲中心点
までの距離をR_e、屈曲軸４の長さをl₄とすると、 x_e ²＋y_e ²＝R_e ² ……(1) （x_e−x_c）²＋（y_e−y_c）²＝l₄ ² ……(2) となる。

ここで、被検位置のｘ、ｙ座標を（ｅ、ｈ）と
して、被検位置と屈曲軸５の屈曲中心とのｙ軸方
向及びｘ軸方向の距離をe₁₁、e₂₁、屈曲軸５と４
の屈曲中心間のｙ軸方向及びｘ軸方向の距離を
e₁₂、e₂₂とし、鏡板部１１の曲率半径をＲ、水平
移動軸７を不変としかつ回転軸２に対する屈曲軸
３の角度を90゜に固定した状態にある屈曲軸３の
回転中心とドラム１０の中心線Ｄとのｘ軸方向の
距離をＳ（一定）、被検位置から探触子板６までの
距離（水距離）をw_p（一定）、屈曲軸５の長さをl₅
とすると、 ｅ＝√²−² e₁₁＝（w_p＋l₅）・ｈ／Ｒ e₂₁＝√（_p＋₅）²−₁₁ ² e₂₂＝ｅ−Ｓ−e₂₁ e₁₂＝√₄ ²−₂₂ ² x_c＝Ｓ y_c＝ｈ−e₁₁−e₁₂ R_e＝Ｒ−w_p−l₅ となるから、(1)(2)式より x_e＝x_c（R_e ²＋x_c ²＋y_c ²−l₄ ²）±√4y_c ²R_e ²（x_c ²＋y_c ²
）−y_c ²（R_e ²＋x_c ²＋y_c ²−l₄ ²）²／２（x_c ²＋y_c ²） y_e＝±√_e ²−_e ² となるが、マニピユレータの構造より符号を選択
して、 x_e＝x_c（R_e ²＋x_c ²＋y_c ²−l₄ ²）−√4y_c ²R_e ²（x_c ²＋y_c ²
）−y_c ²（R_e ²＋x_c ²＋y_c ²−l₄ ²）²／２（x_c ²＋y_c ²）……
(3) y_e＝√_e ²−_e ² ……(4) とする。

したがつて、屈曲軸４の角度（屈曲軸４の軸心
線と屈曲軸３の軸心線とのなす角度）をθ₄、屈曲
軸５の角度（屈曲軸５の軸心と屈曲軸４の軸心と
のなす角度）をθ₅とすれば、これらの角度は、上
記(3)(4)式から θ₄＝tan^-1（x_e−x_c）／（y_e−y_c） ……(5) θ₅＝tan^-1（x_e／y_e）−θ₄ ……(6) となる。

よつて、上下移動軸７のステツプ移動により被
検位置が変わつたら、上記(5)(6)式に基づいてθ₄、
θ₅を求めて屈曲軸４，５の角度を変えてやること
により、探触子板６を被検位置から一定距離w_p
保つて平行に保持することができるのである。そ
して、この状態でマニピユレータ１２をドラム中
心Ｄ回りに360゜旋回させれば、被検位置全周につ
いて、信頼性の高い超音波探傷がなされるのであ
る。

なお、上記実施例は、検査具として探触子板を
用いて、超音波探傷に適用したものであるが、本
発明は、検査具として他のものを用いることによ
り、他の検査にも同様に適用可能である。

＜発明の効果＞ 本発明に係る球面部の倣い方法によれば、多自
由度のマニピユレータの先端に取付けられる検査
具を球面状の被検査面に所定の距離及び向きをも
つて正確に倣わせることができる。よつて、作業
性及び信頼性が向上し、また、遠隔操作できるこ
とから、作業の安全性を確保することもできる。
さらに、種々の被検査物への対応も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による倣い方法の一実施例の説
明図、第２図はマニピユレータの座標系を示す説
明図、第３図は検査対象物の一例の概略図、第４
図は被検位置の説明図である。 図面中、１は水平移動軸、２は回転軸、３，
４，５は屈曲軸、６は探触子板、７は上下移動
軸、８は旋回軸、１０はドラム、１１は鏡板部、
１２はマニピユレータ、１５は溶接部（被検部）、
θ₄は屈曲軸４の角度、θ₅は屈曲軸５の角度であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 球面状の被検査面の中心線回りに旋回する旋
   回軸に上下動可能に取付けられた上下移動軸に保
   持され、少なくとも二つの連ねられた傾動自在な
   屈曲軸を有し、かつ先端側の屈曲軸に検査具が取
   付けられた多自由度のマニピユレータにおける前
   記検査具を、被検査面に上下方向に沿つて定めら
   れた複数の検査すべき位置ごとに全周に倣わせる
   方法であつて、 検査すべき位置に応じて上下移動軸を移動し、 この検査すべき位置に対し検査具が一定距離離
   れかつ平行に保たれるように、検査すべき位置に
   基づいて前記屈曲軸の角度を制御し、 その状態でマニピユレータを前記旋回軸の回り
   に旋回させて検査すべき位置を全周に亘つて検査
   し、 以後前記上下移動軸を検査すべき位置ごとに対
   応させてステツプ移動し、上記動作を繰り返すこ
   とを特徴とする球面部の倣い方法。