JPH03269387A - 水中位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、水車ランナー等の水中に埋没した物体の健全
性を診断する水中検査用ロボット等の水中位置を検出す
る装置に関する。

（従来の技術） 一般に、水車ランナー等の水中に埋没した物体の健全性
を診断するために、水中に点検・検査用ロボットを埋没
させて、ＣＣＤカメラ、ファイバースコープ等で水車ラ
ンナー等の被検査物体を目視・観察する。

従来のこの種検査では、水車ランナー等の被検査物体が
水中に没しているため、その周辺にある水をランナー外
に排出し、さらにランナーの表面を清掃した上で、その
外観を点検・検査している。

この場合には、別途設けた点検用孔からファイバースコ
ープを挿入して被検査物体の健全性を遠隔観察するか、
あるいは検査員がランナニ内部へ入って直接目視・観察
上でその健全体をチエツクしている。

そこで、−・このような従来の手法に代替する点検・検
査方法としで、１水中カメラを搭載し゛た検査用ロボッ
トが゛考案されている。しかし、この種検査用σボッ＋
の周囲環境は、水車ランナー内部の水圧、あるいはラン
ナー内部に溜った水を点検のために一部除去するのに注
入した気体圧力下にある。

そして、このような周囲環境下で検査用ロボットを検査
位置へ遠隔誘導操作して点検・検査を行うことになり、
そのため、ロボットの位置（存在の有無）を測定して遠
隔操作を容易にする必要がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、水車ランナーのようにランナー羽根の形
状が湾曲し、かつ、同一形状のものが複数枚配置されて
いる場合には、次のような問題点が生じる。すなわち、
ランナーの流路内へ検査用ロボットを遠隔誘導した際、
検査用ロボットが位置するランナー羽根番号、水車出入
口部からの距離等を、ランナー流路の形状の対称性（類
似性）等の理由から、検査用ロボットに搭載したカメラ
の視野状況から判定・識別することが極めて困難となる
。

また、水中および気体中での物体位置確認を行う場合に
は、超音波、レーザ光等が使用される。

しかし、これら超音波、レーザ光による物体位置の検出
は、被検査物体が音源あるいは光源から直射できる位置
にある場合にのみ適用可能であって、水車ランナーの湾
曲した流路内のように音源あるいは光源から直射できな
い場合には物体位置の検出は極めて困難となる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、水車ラン
ナーのようにランナーの中心局りに類似した羽根群が存
在した場合、被測定物体が埋没する各流路に超音波振動
子を埋設して、超音波振動子等から送波された音波の伝
播時間と波形を予め定めたものと比較して、これら羽根
間の流路に被測定物体が介在しても、容易にその位置を
検出することができる水中位置検出装置を提供すること
を目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、水中に埋没した物体の位置を超音波によって
検出する装置において、物体が埋没する各流路に埋設し
た超音波振動子と、超音波振動子あるいは物体から複数
方向へ順次音波受波指向を切換えて送波された音波の伝
播時間と波形を測定し、かつ、該測定値を予め定めた物
体の位置と音波の伝播時間と比較する波形解析器とから
なる水中位置検出装置に関する。

（作　用） 上記のように構成された水中位置検出装置において、各
流路に埋設した超音波振動子あるいは物体から複数方向
へ順次音波受波指向を切換えて送波し、物体あるいは超
音波振動子から受波される音波の伝播時間と波形を測定
し、この測定値を予め定めた物体の位置と音波の伝播時
間と波形解析器で比較して水中の物体の位置を検出する
。

（実施例） 以下本発明の水中位置検出装置の第１実施例を第１図と
第２図について説明する。

第１図と第２図は本発明の水中位置検出装置の第１実施
例の構成図を示し、水車のランナー１のランナーコーン
部２に超音波振動子３がランナー１の流路５ごとにその
出口５ａに向いて第２図に示すようにランナーコーン部
２の周部に埋設されている。ここで、各超音波振動子３
の表面は、この表面への土砂流等による磨耗、損傷を防
止するため、窒化セラミックス等によってセラミックコ
ーティング８されている。そして、超音波振動子３は、
ランナー１の流路５内に存在するＣＣＤカメラ等を搭載
した検査用ロボット４に対して超音波Ｓを送受波してそ
の位置を検出できるように構成されている。

また、この超音波振動子３は、ランナー１の流路出口５
ａの形状に応じてランナーの主軸９の軸方向に広い受波
指向性をもち、かつ、その周方向に指向性を狭めること
により、検査対象の流路５からの音波受波性能を上げる
とともに、他の流路５からの音波の遮断効率を向上させ
である。さらに、超音波振動子３は、ランナー１の流路
５の数だけランナーコーン部２に図示のように埋設され
ていて、これらの超音波振動子３からの電気信号は、主
軸９に配設したスリップリング１０により水車の外部へ
取り出せるようになっている。また、スリップリング１
０に代えてＦＭ方式、回転トランス方式を用いることも
可能である。さらに、この第１実施例では、とくにラン
ナーコーン部２に超音波送受信用の超音波振動子３を埋
設しであるが、送信用と受信用とに超音波振動子３をそ
れぞれ分けて埋設することもできる。なお、送信用と受
信用とに超音波振動子３を分けた場合、一方の超音波振
動子をランナーコーン部２に、また、他方の超音波振動
子をランナーの人口部５ｂにそれぞれ埋設し、ランナー
１の流路５内に水を充満させても検査用ロボット４が存
在する流路５を特定することもできる。

第１図に示す本発明の第１実施例では、スナップリング
１０は、音波送受信器１１、Ａ／Ｄ変換器１２、波形記
憶器１３、波形相関器１４および出力表示器１５とから
なる波形解析器６に接続されている。そして、超音波振
動子３から送波され検査用ロボット４に反射して受波さ
れ、かつ、スナップリング１０を介して引き出された受
信号波形は、音波送受信器１１を経て波形解析器６へ人
力される。すなわち、この受信号波形は、Ａ／Ｄ変換器
１２へ人力され、各ランナーコーン部２に埋設した超音
波振動子３の番号ごとに波形記憶器１３に収録される。

ここで、各超音波振動子３は、順次音波送受波指向を切
換えて駆動されて送受信を行い、各超音波振動子３から
の受信号波形は、常にその直前に受波された受信号波形
と比較される。すなわち、当該流路５内への検査用ロボ
ット４の挿入の有無によって受波される受信号波形が異
なるため各波形の相関を計測することによって流路５内
の検査用ロボット４の存在の有無の判定が可能となる。

また、本実施例では、この判定に用いる波形の相関は、
波形記憶器１３に接続された波形相関器１４による相関
係数の演算値によって判定される。なお、流路５内に検
査用ロボット４が存在しない場合でも、常時一定の波形
が得られるものではない。すなわち、超音波振動子３の
取り付は状態、各流路５の形状の微少な相違等によって
も受信波形が異なり、検査用ロボット４の有無の判定に
用いる先の波形相関演算値に尤度を与えることになる。

そのため、演算値は実験的に予め決定される。また、検
査用ロボット４の流路５方向の位置は、波形の相互相関
係数を波形伝播時間（音波到達時間）に対して求め、相
互相関係数の値が低下した時点で検査用ロボット４の存
在による影響と判定する。この場合にも、予め流路方向
の位置と波形伝播時間の相関を知ることで検査用ロボッ
トの流路５内の位置が判定される。また、この場合にも
、検査用ロボット４に付設したケーブル４ａ等の影響を
受けるため、相互相関の判定は、尤度をもって行われる
。なお、この尤度値は実験的に予め決定される。

そして、これらの相互相関の演算結果は、画像表示、リ
スト出力が可能な出力表示器１５に出力される。

また、第３図は、本発明の水中位置検出装置の第２実施
例を示し、この実施例では、超音波の送波をランナー１
の流路５内に挿入した検査用ロボット４から行うように
なっている。この実施例では、第１図の実施例と基本的
に同一構成であるので、同一符号を用いて、それらの説
明は省略する。

この第２実施例では、検査用ロボット４が位置する流路
５内に埋設された超音波振動子３のみが高い音波を受波
するので、極めて容易に検査用ロボット４が存在する流
路５の判定が可能となる。また、超音波を検査用ロボッ
ト４から送波した時点からランナーコーン部２に埋設し
た受波用の超音波振動子３による受波までの伝播時間を
計測し、予め求められる検査用ロボット４の位置と超音
波の伝播時間との関係から、第１図に示した第１実施例
と同様に、検査用ロボット４の位置を判定する。なお、
この第２実施例の場合には、第３図に示すように音波送
受信器１１の代りに音波受信器１６が用いられ、検査用
ロボット４からの超音波送波と同期して受波されるよう
になっている。

さらに、第４図は本発明の水中位置検出装置の第３実施
例を示し、このランナー１を正面からみたものである。

この第３実施例では、ランナー１のランナーコーン部２
に埋設する超音波振動子３をこの部分において分割し、
各分割振動子３ａ。

３ａ、３ａの受信号相関から流路５内に挿入された検査
用ロボット４の位置をより精度良く判定するようにしで
ある。すなわち、この第３実施例でも、検査用ロボット
４が位置する流路５は、第１図に示した第１実施例と同
様に各波形の相関を計測することによって特定できる。

そして、特定された流路５に対して、送受信用振動子３
の配列位置と受信波形の関係が求められるため、検査用
ロボットの位置情報を三次元的に求めることができる。

なお、この場合には、予めロボット位置と各分割振動子
３ａ、　　３ａ。

３ａの受信号波形との関係を知っておく必要がある。

さらにまた、第１図に示した第１実施例において、ラン
ナーコーン部２から各超音波振動子３ごとにスリップリ
ング１０を配設し、信号を引き出す代りに、マルチプレ
クサ−等の信号切換器をランナーコーン部２に配設する
ことも可能である。

また、第１図に示した実施例において、第５図に示すよ
うに、ランナー１の流路５内の水面りを押し下げた場合
にも、検査用ロボットの流路５内の存在の有無に拘らず
、波形記憶器１３で受信される波形が異なるようになる
。そのため、予め水面りと受信波形の相関あるいは特定
の流路５について、その満水時受信波形との相互相関を
求めることにより、水面りの押し下げ位置を推定するこ
とができる。

さらに、第３図に示した第２実施例では、超音波の音源
を検査用ロボット４に保有させたが、これに代えてラン
ナーコーン部２にその発信源を配設し、ロボット４で受
波してもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水車のランナーから抜水しない状態で
検査用ロボットによりランナー内の健全性を遠隔監視す
る場合、水車の各ランナーコーン部に超音波振動子をラ
ンナーの流路に対向して埋設し、この超音波振動子から
の送受信によって波形信号を得るようにしである。その
ため、音波を送波する物体から受波部を直射できない場
合でも、検査用ロボットのランナーの流路内存在の有無
あ１す るいは位置を各流路について得られる波形信号との相互
相関を比較することによって極めて容易に判別できる効
果がある。

また、ランナー内の水位を押し上げた場合でも、その水
位に応じた波形信号を予め知ることによって水位の推定
が可能となる。

Ｓ・・・音波。

２

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水中位置検出装置の第１実施例の構成
図、第２図はその超音波振動子の配設部の正面図、第３
図は本発明の第２実施例の構成図、第４図は本発明の第
３実施例の超音波振動子の配設部の正面図、第５図は本
発明の応用例を示す構成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水中に埋没した物体の位置を超音波によって検出する装
   置において、該物体が埋没する各流路に埋設した超音波
   振動子と、該超音波振動子あるいは物体から複数方向へ
   順次音波受波指向を切換えて送波された音波の伝播時間
   と波形を測定し、かつ、該測定値を予め定めた前記物体
   の位置と音波の伝播時間と比較する波形解析器とからな
   る水中位置検出装置。