JPH068810B2 - 自動走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、障害物のある構造物表面の走査スペースを広
範囲にわたつて自動走査するのに好適な自動走査装置に
関する。

〔従来の技術〕

構造物表面を走査するのに、例えば実開昭５９−４６６
９４号公報に開示の如きマニプレータが用いられてい
る。このマニプレータのアームは、多段に伸縮すること
ができるから、アームの先端部に、例えば超音波探触子
などの走査ヘッドを取付けておけば、アームを伸縮させ
ることによりアーム方向の走査が可能となる。また、駆
動軸を中心にアーム全体の旋回、伏仰、上下動も可能な
構造になつているから、その動作範囲内での走査が行え
るものであつた。

しかしながら、上記の装置は、稼働範囲の拡大及び障害
物の回避や走査制御の迅速性については配慮されておら
ず、多くの障害物がある大型構造物表面を走査するため
には、不満足なものであつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、装置の可動範囲の拡大及び障害物の回
避について配慮がされておらず、構造上、装置の周辺に
十分広いスペースを必要とし、走行スペース内障害物が
ある場合には、それ以上の走行ができないために、限定
された範囲、環境においての操作しかできないという問
題があつた。

本発明の目的は、装置周辺のスペース上の制約を最小限
にし、仮に障害物が有つても、その障害物を自動的に検
出して、該障害物を自動的に回避しながら構造物表面の
走査を迅速に行なう自動走査装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明による自動走査装置
は、構造物表面に配設したガイドレールに沿って走行可
能な走行駆動部と、該走行駆動部に搭載されるとともに
駆動部の走行方向と異なる方向に伸縮可能な多段伸縮ア
ームと、該多段伸縮アーム先端部のバーに取付けられた
障害物検出センサと、該障害物検出センサの伸縮方向背
後において前記バー上に配設された走査ヘッドと、を具
備してなる自動走査装置において、前記多段伸縮アーム
は、該アームの基端側から空気圧を供給することにより
伸長可能に構成されるとともに、前記バーに取付けたワ
イヤを前記アームの基端側に設けたドラムで巻取ること
により縮小可能に構成されていることを特徴とするもの
である。

〔作用〕

鋼構造物の外表面又は内表面上を走行する自動走査装置
の走行スペース周辺に、障害物があることにより走行が
中断されるような場合にあつても、その時に障害物を自
動的に検出し、障害物を回避しながら連続走行、全域に
わたる迅速な走査制御が可能になる。

〔実施例〕

以下図面を参照してこの発明の一実施例について説明す
る。

第１図において、本発明による装置は、鋼構造物１の外
表面上に沿つて取付けられたガイドレール２を案内とし
て走行する駆動部６を持ち、該駆動部６に取付けられた
固定板８には、シャフト９を介してアーム取付具２０に
より多段伸縮アーム１０が保持されている。

駆動部６は、該駆動部６内のＤＣモータ４により、ギア
を介してピニオン３２を回転させ、ガイドレール２に設
けたラツク３３とのかみ合いにより走行輪７の転動で移
動し、又、それとともに多段伸縮アーム１０の一端から
チューブ２１を介して空気圧を供給することにより、多
段伸縮アームが伸長する。

多段伸縮アーム１０の先端には、バー２２を設けてあ
り、第２図に示すように、バー２２にはワイヤ２７を取
付けある。ワイヤ２７を巻き取るためのドラム２５をＤ
Ｃモータ２４で回転させることにより、ワイヤ２７の伸
縮量を調節し、主にワイヤ２７を巻取ることにより、バ
ー２２をドラム２５側に引張り、空気圧で伸張した多段
アーム１０を縮小させる役割を果たすものである。この
ように、多段伸縮アーム１０は、空気圧とワイヤ２７の
引張力の両方で迅速な伸縮が自在にできる構造となつて
いる。

また、第１図に示すようにバー２２には固定アーム１１
が取付けてあり、固定アーム１１には鋼構造物１を検査
するための超音波探触子１５を保持し、かつ走査させる
ためのスライダ１４が設けてある。ここで超音波探触子
１５の走査は、バー２２に固定アーム１１と平行に取付
けたボールネジ１２を、バー２２に備えたＤＣモータ１
３によりギア１９を介して回転させることにより、スラ
イダ１４内の保持ナツト（不図示）の作用でスライダ１
４が固定アーム１１をガイドとして移動することによつ
て行われる。

このように、多段伸縮アーム１０にバー２２を介して固
定アーム１１を設けることにより、通常固定アーム１１
のスライダ１４に保持された超音波探触子１５をバー２
２側に寄せておけば、超音波探触子１５は、多段伸縮ア
ーム１０の伸長量の長さのストローク範囲を走査できる
が、さらに固定アーム１１上でも移動できることから固
定アーム１１の長さのストローク範囲分も加算されたス
トロークが得られる、従つて、第１図に示すように、従
来は多段アーム１０のようなアーム部に超音波探触子１
５が固定されていたため、多段アーム１０の長さの分だ
け走査できない範囲があつたが、本実施例においては、
多段伸縮アーム１０に平行して該アームの伸長方向と反
対と側に延びる固定アーム１１を設けたことにより、超
音波探触子１５の走査範囲を拡張することが可能な往復
ストローク機構が提供される。

さらに、駆動部６に取付けられた固定板８のボルトを緩
めてシヤフト９を中心にアーム取付具２０を回転させる
ことにより、多段アーム１０の向きを１８０度変えるこ
とができる。従つて、鋼構造物表面の形状に応じて、多
段伸縮アーム１０の向きを設定できることにより、本装
置の適用範囲をさらに拡張することができる。

一方、第１図、第２図に示すように、バー２２には、支
持板２６を取付けてあり、これに棒状スプリング１６，
１６を介して支持バー２３が接続されている。支持バー
２３には、接触バー１８が取付けてある。ここでは第３
図は、第１図、第２図の正面図であるが、第３図に示す
ように、支持板２６には絶縁物３４を介して障害物検出
センサ１７を設けてある。これに対し、第２図に示すよ
うに、接触バー１８を保持している支持バー２３を支え
ている２本の棒状スプリング１６，１６の間には絶縁物
３０で支持バー２３と電気的に絶縁させた電極３１が取
付けてある。

第１図に示すように、駆動部６がガイドレール２を案内
として走行しながら、多段伸縮アーム１０が伸長し、超
音波探触子１５が鉱構造物１の表面を走査する時に、障
害物５に接触バー１８が触れると、接触バー１８を保持
している支持バー２３を支えているスプリング１６がた
わみ、そのためスプリング１６，１６の間にある電極３
１も斜めになるために、障害物検出センサ１７に電極３
１が接触する。ここで、電極３１と障害物検出センサ１
７にはあらかじめ電圧を印加してある。従つて、電極３
１と障害物検出センサ１７とが接触すると、あらかじめ
印加された電圧が変動する。この電圧変動を第４図に示
すようにマイクロコンピュータ９４に取込み、後記する
方法で、自動的に障害物５を回避し、かつ、次の動作を
引続き行うことが可能となる。

なお、上記の説明では電極接触型のセンサであるが、こ
れに代えて非接触型のセンサを用いてもよい。

ここで、接触バー１８は、棒状スプリング１６，１６で
支持されているので、多段伸縮アーム１０が伸長する時
に、前後、左右のどの方向に障害物があつても、接触バ
ー１８の変位に応じて電極３１を介して障害物検出セン
サ１７が作動し、電圧変動を検出することができる。但
し、通常すなわち、第３図に示すように接触バー１８が
障害物に接触しない場合は、棒状スプリング１６によつ
て電極３１と障害物検出センサ１７が接触しない状態を
保つている。

次に、本発明における自動走査装置全体のブロツク図を
第４図に示す。多段伸縮アーム１０には、圧力制御器９
０にあらかじめ設定された信号に基づいて、第１電空変
換器９１を介してチューブ２１により空気圧が供給さ
れ、これにより多段伸縮アーム１０は伸張する。また、
多段伸縮アーム１０内の空気圧を一定に保つために、チ
ューブ９６を介して第２電空変換器９３が設置してあ
り、チューブ９６を介して得られた空気圧を、その大い
さに応じて電気信号に変換して圧力制御器９０に取込
む。このような閉ループの制御系で、多段伸縮アーム１
０に供給される空気圧を一定に保つている。ここで、空
気圧は、チューブ９２を介してエアコンプレッサから第
１電空変換器９１に供給されている。圧力制御器９０に
は、多段伸縮アーム１０の伸長している段数に応じて外
径（内部の容積）が変わるため、伸長する力を一定に保
つための空気圧の設定値９５がマイクロコンピュータ９
４から信号として送られる。多段アーム１０の伸長量
は、多段アーム１０の先端とドラム２５を介して接続さ
れたワイヤ２７の伸長量に応じてドラム２５が回転し、
ドラム２５の回転量をエンコーダ９７で位置信号として
読取り、この信号をマイクロコンピュータ９４に取り込
んでいる。その取込んだ多段伸縮アーム１０の伸長量に
基づいて、先の設定値９５が圧力制御器９０に信号とし
て送られるわけである。すなわち、エンコーダ９７で読
取つた多段伸縮アーム１０の伸長量（位置信号）に基づ
いて、マイクロコンピュータ９４にあらかじめ設定した
位置（伸長量）になるように、閉ループの制御系で制御
する。

さらに、多段伸縮アーム１０に平行して取付けた固定ア
ーム１１に沿つて、マイクロコンピュータ９４にあから
かじめ設定された電気信号に基づいてＤＣモータ１３を
回転させ、ギアを介してＤＣモータ１３と連結したボー
ルネジ１２の回転により超音波探触子１５を保持したス
ライダ１４を移動させる。この場合も、スライダ１４の
固定アーム１１上の位置を制御するためにＤＣモータ１
３に接続されたエンコーダ９７でＤＣモータ１３の回転
量を読み取り、すなわちスライダ１４の固定アーム１１
上の位置信号をマイクロコンピュータ９４に取込んで、
あらかじめ設定した位置になるように閉ループの制御系
で制御する。

以上のようにして、多段伸縮アーム１０の先端に取付け
られた障害物検出センサ１７からの信号が、マイクロコ
ンピュータ９４に取込まれたときは駆動部６のガイドレ
ール２に沿つた走行又は多段伸縮アーム１０の走査方向
に応じて、予め定められた運動パターンに従い障害物を
回避し、かつ引続き走査運動を継続的に行うことができ
る。

ここで、マイクロコンピュータ９４に設定された障害物
回避シーケンスのフローを第５図に示す。第５図に示す
ように、多段伸縮アーム１０が伸びる方向の往ストロー
ク運動の時に障害物を検出した場合は、そのストローク
をストップさせ、復ストローク運動方向、すなわち多段
伸縮アーム１０を往ストローク運動の出発点に戻す方向
に走査させる。次に、多段伸縮アーム１０の伸長方向と
垂直方向、すなわち駆動部６がガイドレール２に沿つ
て、ガイドアーム２の方向に走行するピツチ走行運動の
場合に、障害物を検出すると、ピツチ走行運動の開始点
まで駆動部６を戻し、さらに多段伸縮アーム１０を復ス
トローク運動方向にもとの出発点まで戻す。また、復ス
トローク運動方向の時に多段伸縮アーム１０が障害物を
検出した場合には、復ストローク運動の開始点まで戻
し、前のピツチ走行運動の開始点まで戻し、さらに前の
往ストローク運動の走査軌跡に沿つて該ストロークの出
発点まで戻す。そして、駆動部６の原点上のピツチ走行
運動の時に障害物を検出した場合は、そのままストップ
させる。

以上のような第５図のフローを具体例をあげて次に説明
する。

まず、第６図は、鋼構造物１の検査対象１０１に沿つて
超音波探触子１５を走査させる場合である。

ここで、予め定められた通常の走査運動パターンによる
超音波探触子１５の走査軌跡として、ピツチ走行運動の
量及び方向４９と往復ストローク運動の量及び方向４
８，４５の値は、あらかじめマイクロコンピュータ９４
に目標値とし設定してあるので、障害物が無い場合は、
この設定値に基づいて、ストローク運動とピツチ走行運
動の動作を連続して行う。しかし、障害物５のようなも
のが走査軌跡上にあつた場合、すなわち、ピツチ走行運
動３９の時に障害物５を箇所４０で検出すると、ピツチ
走行運動３９と逆の方向のピツチ走行運動４２により、
ピツチ走行運動３９の開始点に戻り、次に往ストローク
運動４６とは逆方向の復ストローク運動４５で元のピツ
チ走行運動４９と同一線上の位置に戻り、引続き、ピツ
チ走行運動４９と同じ量のピツチ走行運動３８で走査を
行なう。この後、往ストローク運動の４３の方向に走査
をするわけであるが、この時に障害物５を箇所４１で検
出した場合、そのまま逆方向の復ストローク運動４４で
往ストローク運動４３の開始点まで戻り、次のピツチ走
行の動作を引続き行なう。

次に、第７図では、ピツチ走行運動５１の次に復ストロ
ーク運動５３の時に障害物５を箇所５０で検出する場合
で、この時、逆方向の往ストローク運動５３でストロー
ク開始点まで戻り、さらにピツチ走行運動５２、復スト
ローク４５で往ストローク運動４６の開始点まで戻り、
次の動作を引き続き行なう。

このような障害物の回避は、マイクロコンピュータ９４
にあらかじめ記憶させておき、障害物検出センサ１７か
らの信号と走査方向及び位置とから、回避するシーケン
スを第５図のように選択し、これに基づいて動作するこ
とで行なわれる。

以上のように、本実施例によれば、次のような効果があ
る。

(1) 多段伸縮アーム１０のストロークに加えて、別の
固定アーム１１のストロークが得られるので、多段伸縮
アーム１０自体の長さを含む全ての範囲の走査が可能と
なる。

(2) 従来はアームの全長が固定されていたわけである
が、多段伸縮アーム１０を空気圧により伸長可能に構成
するとともに、アーム先端部のバーに取付けたワイヤを
アーム基端側に設けたドラムで巻取ることにより縮小可
能に構成したことにより、従来に比較して、より迅速な
走査制御が行なえる。

(3)多段伸縮アーム１０の走査方向が変えられるので、
従来の複数の固定アームが必要であつたのを、一つの多
段伸縮アーム１０で、広い範囲を走査できる。

(4) １個の障害物検出センサで、前後・左右４方向の
障害物を検出できる。

(5) 障害物を検出し、その走査方向に応じて予め定め
られた運動パターンにより自動回避ができる。

(6)多段伸縮アームの段数に応じて空気圧を制御してい
るので、多段アームの段数に無関係に、伸縮する力を一
定又は所定の値に設定することができる。

応用例、変形例 第８図は他の走査軌跡４９を示したもので、超音波探触
子１５をストローク運動Ｓとピツチ走行運動Ｐに従って
走査する。自動走査途中で障害物５を箇所７０で検出す
ると△Ｓだけ復ストロークで戻し、ピツチ走行運動す
る。再び、障害物５に当ると復ストローク△Ｓだけ戻
し、所期の復ストローク運動７４の位置までピツチ走行
運動をして走査する継続する。その後、再び障害物５を
箇所７１で検出すると△Ｓだけ復ストロークで戻し、ピ
ツチ走行運動を混えて復ストローク運動位置７３に移動
させ、走査を継続する。ここで△Ｓは予めマイクロコン
ピュータに設定してある。

次に第９図に示すごとく検査対象１０１に沿つた方向に
往ストローク運動Ｓを、これと直交した方向にピッチ走
行運動Ｐを行なつて走査した例について説明する。走査
軌跡７０は、検査対象１０１に沿つたストローク運動Ｓ
とこれと直交したピツチ走行運動Ｐになる。ピツチ走行
運動中に障害物５を箇所７４で検出すると、復ストロー
クで△Ｓだけ戻し、ピツチ走行運動に入いる。再び、障
害物５を箇所７５で検出すると復ストロークで△Ｓだけ
戻す。このように所定のピツチ走行運動Ｐになるまで復
ストローク運動とピツチ走行運動とを交互に行ない、障
害物５を回避する。また、往ストローク運動中障害物５
を箇所７３で検出した場合は、同じく復ストロークで△
Ｓだけ戻し、次いでピツチ走行運動７２で移動し、引続
き復ストローク運動７１でもつて走査を継続する。

以上のように走査パターンに応じた回避シーケンスを予
めマイクロコンピュータに設定しておくことができるの
で、走査装置はこれに基づいた自動走査ができる。

また、さきに説明した実施例では、多段伸縮アーム１０
に平行して別の固定アーム１１を設けたが、目的によつ
てこれを省略して多段伸縮アーム１０だけにすることも
できる。

さらに、障害物を検出した位置を記憶しておき、これを
ＣＲＴなどに表示すれば、障害物の状態を把握できる。
また、この値からゲートをかけておき、次回はこの範囲
をスキップさせることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、小型で長いストロークが得らえるとと
もにアームの全範囲を迅速に走査できる。またアームの
方向を変えることができるので、さらに広い走査範囲が
得られ、かつ走査範囲内にある障害物を検出、回避した
自動走査ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の自動走査装置の側面図、第２図は同装
置の平面図、第３図は同装置の正面図、第４図は同装置
全体の制御ブロック図、第５図は同装置による自動走査
時の障害物回避シーケンス説明図、第６図及び第７図は
障害物回避走査時の接触子の走査軌跡図、第８図及び第
９図は他の応用例を示す探触子の走査軌跡図である。 符号の説明 ２…ガイドレール ５…障害物 ６…駆動部 ８…固定板 ９…シヤフト １０…多段アーム １１…固定アーム １５…超音波探触子 １７…障害物検出センサ １８…接触バー ９０…圧力制御器 ９１…電空変換器(1) ９３…電空変換器(2) ９４…マイクコンピュータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−112645（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−126241（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−46694（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物表面に配設したガイドレールに沿っ
   て走行可能な走行駆動部と、該走行駆動部に搭載される
   とともに駆動部の走行方向と異なる方向に伸縮可能な多
   段伸縮アームと、該多段伸縮アーム先端部のバーに取付
   けられた障害物検出センサと、該障害物検出センサの伸
   縮方向背後において前記バー上に配設された走査ヘッド
   と、を具備してなる自動走査装置において、 前記多段伸縮アームは、該アームの基端側から空気圧を
   供給することにより伸長可能に構成されるとともに、前
   記バーに取付けたワイヤを前記アームの基端側に設けた
   ドラムで巻取ることにより縮小可能に構成されているこ
   とを特徴とする自動走査装置。
2. 【請求項２】前記走査ヘッドは、前記多段伸縮アーム先
   端部のバーに設けた固定アームに沿って前記多段伸縮ア
   ームの先端側と基端側の間を走査移動自在に配設されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の自動
   走査装置。
3. 【請求項３】前記多段伸縮アームは、前記走行駆動部に
   対して、回転位置決め可能に搭載されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の自動
   走査装置。