JPH08164855A - 管壁面走行装置の落下防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁石や真空吸着機構等のような管壁面に対す
る吸着手段を備えた走行装置を大径管の外面で走行させ
る際に、作業者による監視や操作を要することなく、走
行装置が管壁面から落下するのを適切に防止すること 【構成】 管体の外面周方向にロープをリング状に巻回
するとともに、このロープを走行装置のガイドに挿通さ
せた状態で、走行装置を走行させることにより、走行中
に走行装置の吸着手段の吸着不備により装置が管壁面か
ら脱落しても、ロープによって保持され、地面に落下し
ないようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁石や真空吸着機構
等のような管壁面に対する吸着手段を備えた走行装置を
大径管の外面で走行させる際に、走行装置が管壁面から
落下するのを防止するための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大径管の溶接では管体の外側に足
場を組立て、作業者が管の内外面から溶接作業を行って
いた。したがって、大径管がトンネル内内張管の場合に
は、地盤と管外面との間に足場を組立てられるような大
径のトンネルを掘削する必要があり、このための土木工
事に多くのコストと工期を要している。このような状況
から溶接や検査の省人化、高速化、簡素化を目指して片
面自動溶接機の開発が行われており、それと並行して初
層溶接で必要となる裏当て工程や溶接部の検査を行う自
動機の開発が進められている。

【０００３】このような自動機の走行方式としては、例
えば特開平５−３１８１８４号に示される自動裏当て装
置のように、管外面に設置したレール上を走行させるよ
うにしたものが知られているが、この方式は溶接すべき
管体毎に走行用のレールを設置する必要があり、それだ
けコストと工期の増大を招く。また、管体の材質によっ
てはレールの取付の際の溶接により管に割れが発生する
恐れがある。これに対して、Ｘ線探傷や超音波探傷等に
より溶接部の検査を行う際に用いられる装置（例えば、
管壁面にＸ線フィルムを貼り付けたり、探査等を行う装
置）として、真空吸着機構や磁石付きローラ等のような
管壁面に対する吸着手段を備え、この吸着手段により管
壁面に吸着しつつ管体の外面を周方向に走行する装置が
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の装置
は管壁面のような３次元曲面上を安定して走行させるこ
とが難しく、走行の途中で吸着が不十分となって装置が
管壁面から落下してしまう場合がある。このため従来で
は、装置にロープを連結してこのロープを管体に巻き廻
し、作業者が装置を監視しながらロープの緩みや張り過
ぎをウインチ等の操作により調節するという、非効率的
な落下防止対策を行っている。したがって、この発明の
目的は、磁石や真空吸着機構等のような管壁面に対する
吸着手段を備えた走行装置を大径管の外面で走行させる
際に、作業者による監視や操作を要することなく、走行
装置が管壁面から落下するのを適切に防止することがで
きる方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための本発明法は、吸着手段により管壁面に吸着しつ
つ管体の外面を周方向に走行する走行装置の落下防止方
法において、管体の外面周方向にロープをリング状に巻
回するとともに、該ロープを走行装置のガイドに挿通さ
せた状態で、走行装置を走行させることを特徴とする管
壁面走行装置の落下防止方法である。

【０００６】この発明が対象とする走行装置は、管内面
側から片面自動溶接を行う際に管外面側を走行する自動
裏当て装置、Ｘ線探傷や超音波探傷のために管外面側を
走行する検査装置等、磁石や真空吸着機構等の吸着手段
を備えたあらゆる走行装置を含む。管体に巻回されるロ
ープは、走行装置の走行に支障とならないよう管体に対
してやや緩めに巻回されることが好ましい。このロープ
の本数は任意であるが、走行装置の安定した走行を可能
とし且つ走行装置が管壁面から脱落した際に装置を適切
に保持できるようにするため、少なくとも２本のロープ
を巻回し、２本のロープを装置の両側のガイドに係合さ
せることが好ましい。

【０００７】

【作用】走行装置は、管体に巻回されたロープをガイド
で保持した状態で管外面を周方向に走行し、この走行中
ロープはガイド内を摺動する。走行中に走行装置の吸着
手段の吸着不備により装置が管壁面から脱落した場合、
装置はロープに沿って管体の下側まで滑り落ちるが、ロ
ープによって保持されるため地面に落下することはな
い。

【０００８】

【実施例】図面は本発明の一実施例を示すもので、走行
装置が大径管を片面自動溶接する際に用いられる裏当て
ロボットである場合の実施例である。図１は全体説明
図、図２は裏当てロボットの平面図、図３は同じく側面
図、図４は同じく正面図である。裏当てロボットＡは、
図１に示すように被溶接管ｐ（鉄管）の内面からの初層
溶接において溶接トーチ直下の溶接金属を管の外側から
裏当てテープで受けとめるもので、被溶接管ｐの外面を
溶接方向に移動可能な台車１と、この台車に搭載される
裏当て装置２とから構成され、前記台車１は駆動輪に付
設された永久磁石により管壁面に吸着しつつ走行する。

【０００９】図１において、ｘは被溶接管ｐの突き合わ
せ部であり、被溶接管ｐの外周には前記突き合わせ部ｘ
を挟んで２本のワイヤロープｗ₁、ｗ₂を若干緩めに（裏
当てロボットが被溶接管ｐの下側でワイヤロープｗ₁、
ｗ₂からぶら下がってもロボットが接地しない程度の緩
さ）巻回してある。各ワイヤロープｗ₁、ｗ₂は両端部を
クリップ等で繋ぎ、被溶接管ｐを外囲するリング状のロ
ープに構成してある。なお、このワイヤロープｗ₁、ｗ₂
はその端部を被溶接管に接続固定してもよい。裏当てロ
ボットＡを構成する前記台車１の両側部の各２箇所に
は、ワイヤーロープのガイド３が設けられている。図５
及び図６は各ガイド３の詳細を示している。

【００１０】各ガイド３は、台車１の側部に固定された
ガイド本体４と、このガイド本体４にピン７を介して回
動可能に取り付けられた回動部材５とを有している。こ
れらガイド本体４と回動部材５は、それぞれガイド孔の
一部を構成すべき半円状の切欠き部１１ａ、１１ｂ有し
ており、回動部材５をガイド本体側に回動させた際に両
切欠き部１１ａ、１１ｂによりガイド孔１０が形成され
るようにしてある。また、ガイド本体４のガイド孔の一
部を構成する部分（切欠き部１１ａが形成された部分）
の部材１２は電気絶縁性の滑材（例えば、超高分子ポリ
エチレン）により構成され、ワイヤロープｗ₁、ｗ₂がガ
イド孔１０内を円滑に摺動できるようにするとともに、
ロボット側の電流が被溶接管側に流れないように絶縁し
ている。

【００１１】また、ガイド本体４には前記回動部材５を
ロックするためのロックレバー６がピン８を介して回動
可能に取り付けられ、このロックレバー６の係止段部１
３が回動部材５の先端上部に係合することで、ガイド本
体側に回動した回動部材５をロックできるようにしてあ
る。ロックレバー６と台車１の側部との間には、ロック
レバー６をロック状態に保持するために付勢用スプリン
グ９が設けられている。したがって、回動部材５を反ガ
イド本体方向に回動させた状態で、切欠き部１１ａ内に
ワイヤロープｗ₁（またはｗ₂）を位置させた後、回動部
材５をガイド本体方向に回動させ、しかる後ロックレバ
ー６で回動部材５をロックすることにより、ワイヤロー
プｗ₁（またはｗ₂）がガイド孔１０に挿通した状態とす
ることができる。

【００１２】以上のような各ガイド３のガイド孔１０に
ワイヤロープｗ₁、ｗ₂を通し、この状態で裏当てロボッ
トＡを管周方向に走行させる。この走行中、ワイヤロー
プｗ₁、ｗ₂はガイド孔１０内を摺動する。したがって、
裏当てロボットＡの走行中に吸着手段の吸着不備により
台車１が管壁面から脱落した場合、装置はワイヤロープ
ｗ₁、ｗ₂に沿って被溶接管ｐの下側まで滑り落ちるが、
ワイヤロープｗ₁、ｗ₂によって保持されるため地面に落
下することはない。

【００１３】次に、本実施例で用いられる裏当てロボッ
トＡの詳細を図２〜図４および図７〜図９に基づき説明
する。この裏当てロボットＡは、移動用の駆動手段を有
する台車１と、格納された裏当てテープを順次繰り出
し、これを管面に押し付けて裏当てする手段を有し、前
記台車１に搭載される裏当て装置２とからなり、前記台
車１が前後左右に有する走行用の駆動輪１４にアキシャ
ル型のリング状永久磁石１７を同心状に組み込み、且つ
左右の駆動輪１４の互いに向き合う側でのリング状永久
磁石１７の極を同極としたことを特徴としている。

【００１４】また、裏当てロボットＡを構成する前記裏
当て装置２は、裏当てテープａの格納リール３６と、回
転用の駆動手段を有し、その回転により前記格納リール
３６から裏当てテープを繰り出し、且つこれを巻取る巻
取リール３７と、前記格納リール３６と巻取リール３７
間で裏当てテープを管面に押し付けて裏当てする裏当て
手段３８とを有することを特徴としている。

【００１５】前記台車１は、前後左右に駆動輪１４
ａ₁，１４ａ₂，１４ｂ₁，１４ｂ₂を有している。図７及
び図８は各駆動輪１４（１４ａ₁，１４ａ₂，１４ｂ₁，
１４ｂ₂）及びその駆動機構の詳細を示しており、駆動
輪１４は１対のローラ体１５Ａ，１５Ｂを車軸１６で一
体に連結した構造からなり、また、各ローラ体１５（１
５Ａ，１５Ｂ）のローラ本体は、リング状の永久磁石１
７とこれを両側から挟む鋼製のリング状のローラ部材１
８とから構成され、したがって、リング状の永久磁石１
７は駆動輪１４に対して同心状に組み込まれた構成とな
っている。

【００１６】前記ローラ体１５のローラ面は永久磁石１
７の部分が全周に亘って凹陥し、永久磁石１７が管面に
直接接触しないようにしてある。これは永久磁石１７が
管面に疵を付けないようにするためである。また、ロー
ラ面を構成するローラ部材１８の表面には、電気的な絶
縁およびスリップ防止のためゴムライニング１９が施し
てある。このゴムライニング１９としては、例えば、厚
さ０．５ｍｍ程度のウレタンゴムが用いられる。また、
磁石による吸着力の増加とローラの軽量化のために、ロ
ーラ部材１８はローラ面側の部位１８０を厚肉に、それ
以外の部位１８１を薄肉に構成してある。

【００１７】駆動輪１４はその車軸１６がベアリングを
介してフレーム２１に回転自在に支持され、このフレー
ム２１が脚部２３とサスペンション機構２０を介して台
車１に保持されている。前記脚部２３はフレーム２１に
ピン３４を介して揺動自在に立設されている。また、前
記サスペンション機構２０は、台車側にガイド筒２２を
設けてこのガイド筒２２に前記脚部２３をスライド可能
に嵌挿し、脚部２３にサスペンション用のスプリング２
４を外装することにより構成されている。このスプリン
グ２４は、その上端が台車１側に係合し、下端が脚部途
中に設けられたフランジ２３０に係合している。また、
図８に示すように各フレーム２１は、その側端部がピン
３３により台車１の本体に上下方向揺動可能に連結さ
れ、駆動輪１４が台車１から脱落しないよう連結してい
る。このように各駆動輪１４が独立したサスペンション
機構２０を備えているため、各駆動輪１４は曲面である
管外面に適切に吸着し、台車１は管外面にをガイドなし
に安定して走行できる。

【００１８】なお、各駆動輪１４の車軸１６には、動力
伝達用のスプロケット２５が取り付けられている。駆動
輪１４は左右それぞれにおいて前輪と後輪が１つのモー
タにより駆動されるようになっている。図８はこの駆動
機構を示すもので、左右各々の駆動用モータ２６_A，２
６_Bの出力軸は、かさ歯車２７、歯車２８、スプロケッ
ト２９、チェーン３０、スプロケット３１，３２及び前
記スプロケット２５を介して駆動輪１４ａ₁，１４ｂ₁及
び駆動輪１４ａ₂，１４ｂ₂に連絡され、各駆動輪１４を
駆動する。

【００１９】このように左右別々の駆動モータを備えた
ことにより、左右の駆動輪１４の回転数に差を与えるこ
とによって操舵を行うことができる。ローラ体１５Ａ，
１５Ｂに適用すべきリング状の永久磁石１７としては、
リングの半径方向に磁化したラジアル型磁石とリングの
軸方向に磁化したアキシャル型磁石とが考えられるが、
本実施例では、一個のリング状永久磁石のＮ極から出た
磁束が被溶接管（鉄管）を介して同じリング状永久磁石
のＳ極に収束するアキシャル型を用いている。また、本
実施例では左右の駆動輪１４ａ₁と駆動輪１４ａ₂の互い
に向き合う側でのリング状永久磁石の極を、また、同じ
く駆動輪１４ｂ₁と駆動輪１４ｂ₂の互いに向き合う側で
のリング状永久磁石１７の極を、それぞれ同極となるよ
うに構成している。

【００２０】図９はこのように構成した駆動輪１４ａ₁
と駆動輪１４ａ₂、駆動輪１４ｂ₁と駆動輪１４ｂ₂が被
溶接管ｐに吸着した際の磁力線３５の状態を示したもの
で、各駆動輪１４にアキシャル型のリング状永久磁石１
７を同心状に組み込み、且つ左右の駆動輪１４ａ₁と駆
動輪１４ａ₂の互いに向き合う側でのリング状永久磁石
１７の極を、また、同じく駆動輪１４ｂ₁と駆動輪１４
ｂ₂の互いに向き合う側でのリング状永久磁石１７の極
を、それぞれ同極となるように構成しているので、突き
合せ部ｘを跨ぐ左右の駆動輪１４の永久磁石１７の磁力
線が突き合せ部ｘを挟んで互いに退け合う関係となり、
左右の駆動輪１４の永久磁石１７の磁力線は突き合せ部
ｘから遠ざけられ、これによって永久磁石１７による開
先の磁化が極く低く抑えられる。したがって、アークへ
の影響はほとんどない。

【００２１】次に、裏当て装置２の詳細について説明す
る。前記裏当て装置２を構成する格納リール３６、裏当
て手段３８及び巻取リール３７は台車進行方向に直列し
た状態で台車１に取り付けられている。前記格納リール
３６と巻取リール３７は、台車１上のブラケットに回転
可能に軸支４４，４５されている。台車１には巻取リー
ル３７の回転駆動手段であるモータ３９が設けられ、巻
取リール３７は台車走行用の駆動系とは関係なくモータ
３９により回転駆動される。そして、この巻取リール３
７の回転駆動により格納リール３６から裏当てテープａ
が繰り出され、この裏当てテープａは裏当て手段３８を
経由した後巻取リール３７に巻取られることになる。

【００２２】なお、格納リール３６には、このリール３
６と裏当て手段３８（本実施例では裏当てパッド４０）
間での裏当てテープａの弛みを防止するため、そのフリ
ーな回転を抑制する制動手段を付設することが好まし
い。すなわち、上記のような裏当てテープａの弛みによ
る送給上のトラブルを防止するためには、裏当てテープ
ａがモータ３９の駆動によって巻取リール３７側から牽
引された場合にのみ格納リール３６から繰り出されるよ
うにすることが好ましく、このためには、格納リール３
６に対して適当な回転力が外部から加えられた場合にの
み格納リール３６の回転を許容するような制動手段を設
けることが好ましい。この制動手段としては、例えば、
格納リール３６の回転部に接触するブレーキシューを台
車側に設ける等の構成を採ることができる。

【００２３】裏当て手段３８は、裏当てテープａを管面
に押し付けて裏当てするための裏当てパッド４０、この
裏当てパッド４０の前後（裏当てテープ進行方向におけ
る裏当てパッド４０の前後）において裏当てテープａを
ガイドするガイドローラ４２，４３、裏当てパッド４０
及びガイドローラ４２，４３をフレーム４６を介して昇
降可能に保持する保持装置４１等から構成され、この裏
当て手段３８は格納リール３６と巻取リール３７の中間
位置の台車１上に配置される。

【００２４】次に、上記実施例の裏当てロボットの使用
法を説明すると、被溶接管ｐの内面から溶接トーチによ
り初層溶接を行うに当たり、裏当てロボットＡは、被溶
接管ｐの溶接開始位置に台車１の左右の駆動輪１４が突
き合せ部ｘを跨ぐようにして置かれ、各駆動輪１４はそ
の永久磁石１７により管面に吸着し、台車１を管面に保
持する。また、前記ガイド３にはワイヤロープｗ₁、ｗ₂
が挿通され、ロボットの落下防止対策が採られる。ま
た、この状態において、格納リール３６には裏当てテー
プａがコイル状に格納され、その格納リール３６から繰
り出された裏当てテープａの先端はガイドローラ４２、
裏当てパッド４０及びガイドローラ４３を経由して巻取
リール３７に巻取られており、また、裏当てパッド４０
は裏当てテープａを溶接開始点の管外面に押し当ててい
る。

【００２５】溶接が開始されると、台車１は駆動輪１４
が磁石の作用で管面に吸着した状態で管外面を溶接方向
に移動し、これと同期して巻取リール３７がモータ３９
により回転し、格納リール３６から裏当てテープａを繰
り出させる。格納リール３６からの裏当てテープａの繰
り出し速度は、モータ３９を制御することにより台車１
の走行速度に同期させる。この溶接では、先に述べたよ
うに突き合せ部ｘを跨ぐ左右の駆動輪１４ａ₁と駆動輪
１４ａ₂、駆動輪１４ｂ₁と駆動輪１４ｂ₂の永久磁石１
７の磁力線が開先を挟んで互いに退け合う関係となるた
め、左右の駆動輪１４の永久磁石１７の磁力線は開先か
ら遠ざけられ、これによって永久磁石１７による開先の
磁化が極く低く抑えられ、永久磁石１７が溶接に悪影響
を及ぼすことはない。

【００２６】一方、格納リール３６から繰り出された裏
当てテープａは、ガイドローラ４２にガイドされること
で、裏当てパッド４０の角部等に接触することなく裏当
てパッド４０の押当て面に円滑に導かれ、この裏当てパ
ッド４０の押当て面に沿って摺動しながら溶接部裏面に
押し当てられる。次いで、裏当てテープａは押当て面か
ら離れ、ガイドローラ４３を介して巻取リール方向に導
かれるが、この際ガイドローラ４３によりガイドされる
ことで、裏当てパッド４０の角部等に接触することな
く、円滑に方向転換して巻取リール３７方向に導かれ、
巻取リール３７に順次巻取られる。

【００２７】裏当てテープａは溶接部裏面に押し当てら
れた際に溶接アークを受けるため、焼損し管面に焼き付
けを起こすが、巻取リールの回転駆動により巻取リール
３７と裏当てパッド４０間に定テンションがかけられる
ため、管面に焼き付いた裏当てテープａは容易に引き剥
がされ、巻取リール３７に巻取られる。したがって、裏
当てテープａの巻取が遅れてテープが管面に対して滑る
こともなく、裏当てテープａの送りを台車１の走行と正
確に同期させることができる。

【００２８】また、台車１の移動と裏当てテープの送り
を行う巻取リール３７の回転がそれぞれ独立した駆動手
段により行われるため、何らかの原因で台車１が走行面
に対して滑りを生じた場合でも、裏当てテープａはこれ
と関係なく溶接部裏面に送給されることになる。また、
格納リール３６がそのフリーな回転を抑制する制動手段
を有している場合には、裏当てテープａは巻取リール側
から牽引された時だけ格納リール３６から繰り出される
ため、格納リール３６と裏当てパッド４０間での裏当て
テープａの弛みが防止され、裏当てテープ送給上のトラ
ブルも防止される。

【００２９】なお、ロボットＡの操作は電気ケーブルで
接続された操作盤より遠隔操作で行われる。また、被溶
接管内部の溶接装置と本発明を構成する台車１の速度同
期は、例えば、溶接装置側にレーザ光の発光部を設ける
とともに、台車１側にその受光部を設け、開先ルートギ
ャップの隙間を通したレーザ光によりＯＮ−ＯＦＦの信
号を得て同期状態の判定を行い、これに基づく台車１の
速度制御により行うことができる。

【００３０】以上説明したような裏当てロボットによれ
ば、台車１の駆動輪１４に取付けた永久磁石１７の磁気
による溶接への悪影響が殆どなく、溶接自体を適切に行
うことができる。また、裏当て装置２に関しては、複雑
な連動機構を用いる必要がないため装置の構造を簡素化
することができ、また、巻取リール３７と裏当て手段３
８間に定テンションがかけられるため、焼損して管面に
焼き付いた裏当てテープを容易に引き剥がすことがで
き、このため裏当てテープａの巻取が遅れてテープが管
面に対して滑ることもなく、裏当てテープａの送りを台
車１の走行と正確に同期させることができる。また、台
車１の移動と裏当てテープａの送りがそれぞれ独立した
駆動手段により行われるため、何らかの原因で台車１が
走行面に対して滑りを生じた場合でも、裏当てテープａ
はこれと関係なく溶接部裏面に供給されるため溶接に支
障を来すこともなく、良好な初層溶接を行うことができ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、磁石や真空
吸着機構等のような管壁面に対する吸着手段を備えた走
行装置を大径管の外面で走行させる際に、作業者による
監視や操作を要することなく、走行装置が管壁面から落
下するのを適切に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す説明図

【図２】図１の実施例における裏当てロボットの平面図

【図３】図１の実施例における裏当てロボットの側面図

【図４】図１の実施例における裏当てロボットの正面図

【図５】図１の実施例における台車に設けられたガイド
の平面図

【図６】図１の実施例における台車に設けられたガイド
の正面図

【図７】本発明の一実施例における駆動輪の詳細を示す
半断面図

【図８】本発明の一実施例における駆動輪の駆動機構を
示す側面図

【図９】本発明の一実施例において駆動輪の永久磁石に
よる磁力線の状態を示す説明図

【符号の説明】

１…台車、２…裏当て装置、３…ガイド、４…ガイド本
体、５…回動部材、６…ロックレバー、７，８…ピン、
９…スプリング、１０…ガイド孔、１１ａ，１１ｂ…切
欠き部、１２…部材、１３…係止段部、１４，１４
ａ₁，１４ａ₂，１４ｂ₁，１４ｂ₂…駆動輪、１５Ａ，１
５Ｂ…ローラ体、１６…車軸、１７…永久磁石、１８…
ローラ部材、１９…ゴムライニング、２０…サスペンシ
ョン機構、２１…フレーム、２２…ガイド筒、２３…脚
部、２４…スプリング、２５…スプロケット、２６_A，
２６_B…駆動用モータ、２７…かさ歯車、２８…歯車、
２９…スプロケット、３０…チェン、３１，３２…スプ
ロケット、３３，３４…ピン、３５…磁力線、３６…格
納リール、３７…巻取リール、３８…裏当て手段、３９
…モータ、４０…裏当てパッド、４１…保持装置、４
２，４３…ガイドローラ、４４，４５…軸支部、４６…
フレーム、１８０，１８１…部位、２３０…フランジ、
Ａ…裏当てロボット、ｐ…被溶接管、ｘ…突き合せ部、
ｗ₁，ｗ₂…ワイヤロープ、ａ…裏当てテープ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着手段により管壁面に吸着しつつ管体
   の外面を周方向に走行する走行装置の落下防止方法にお
   いて、管体の外面周方向にロープをリング状に巻回する
   とともに、該ロープを走行装置のガイドに挿通させた状
   態で、走行装置を走行させることを特徴とする管壁面走
   行装置の落下防止方法。