JPS5885154A - 非破壊材料検査用分析マニピユレ−タおよびその座標制御方法 - 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】 本発明は、非破壊材料検査を行なうため、特にたとえば
集束超音波ヘッドを用いる検査方法または音波ホログラ
フィの原理による。検査方法を実施するための分析マニ
ピュレータに関し、またこのような分析マニピュレータ
の座標制御のための方法に関する。

特に超ｉｔ波による定期的非破壊反復検査に用いられる
マニピュレータは超音波探知システムの遠隔制御位置決
め用として構成されている。このような検査は特に原子
力発電所でその構成部分に支障がないことを確認するた
め、特にその−次ループの構成要素および管路を検査す
るために有意義である。それにより探知された指示があ
る限界を超過すると、特別な分析が行なわれる。この場
合、欠陥の大きさを知るために主として２つの検査方法
が考えられる。その一つは集束超音波ヘッドを使用する
方法であり、他の−っは音波ホログラフィ（線および面
ホログラフィ）である。これらの分析方法は反復杯能な
相対的位置決め精度および位置分解能に関してマニピュ
レータ技術に、従来公知の装置によっては満足され得な
いような要求条件を課する。本発明の目的は、第一に、
このような分析方法に適した分析マニピュレータを提供
することである。このような分析マニピュレータはさら
に次のような特別な要求条件を満足しなければならない
。分析マニピュレータは保持体マニピュレータに固定可
能でありかっこのマニピュレータにより大まかに探知方
法から知られた位置へ移動可能でなければならない。内
側から原子炉圧力容器の分析検査を行なうため中央マス
ト・マニピュレータが保持体マニピュレータとしての役
割をしなければならない。その際、検査範囲に応じて、
分析マニピュレータは円筒状圧力容器範囲に対してはそ
の水平ブラケットに、また圧力容器ドーム範囲に対して
はその揺動腕に取付可能でなければならない。さらに、
分析マニピュレータは約３０ｍの浸漬深さまで加圧水に
対し液密でなければならない。さらに他の重要な要求条
件として、分析マニピュレータの検査ヘッドは互いに直
交する２つの方向に一定の速度で最大指示範囲にわたり
移動可能でなければならず、またそのつどの取付位置に
関係して任意の作業位置が可能でなければならない。本
発明の別の目的は、保持体マニピュレータに対して相対
的な検査ヘッドの位置決めの精度をできるかぎり高くす
委ことである。

要約すると、本発明の目的は、非破壊材料検査、特に集
束超音波検査ヘッドを用いる検査方法または音波ホログ
ラフィの原理による検査方法の実施のための分析マニピ
ュレータとして、上記の要求条件を満足するものを提供
することである。さらに、本発明の別の目的は、このよ
うな分析マニピュレータの座標制御のための方法として
、高い近接精度が得られる方法を提供することである。

本発明によれば、上記の目的は特許請求の範囲第１項に
記載の分析マニピュレータおよび特許請求の範囲第１５
項に記載の分析マニピュレータ座標制御方法により達成
される。本発明による分析マニピュレータの有利な実施
態様は特許請求の範囲第２項ないし第１４項に、また本
発明による分析マニピュレータ座標制御方法の有利な実
施態様は特許請求の範囲第１６項および第１７項にあ＋
−ｊられている。

本発明により得られる主な利点は下記のとおりである。

保持体マニピュレータに対して相対的な位置決め精度が
０．０１＋＋＋ｍの位置分解能において±０．２ｍｍに
高められ得る。検査マニピュレータの規格（位置精度±
１．５　ｗｎ　）をはるかに上廻わるこれらの特性が、
高い剛性を有ししかも保持体マニピュレータへの荷重の
軽減および組立時の取扱の容易化のため極力軽い重量を
有するマニピュレータ構造により得られた。また、これ
らの特性が両移動方向Ｘおよびｙに最大アパーチュア長
さに相当するそれぞれ３ＱＱｍ（＝±１５０ｍ＋ｎ）の
検査ヘッド行程において得られた。所要の位置決め精度
が、検査ヘッドホルダの位置の許容偏差も考慮に入れて
、分析マニピュレータのシステム全体に対して得られた
。

以ド、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。

全体として参照符号ＡＭを付されている分析マニピュレ
ータ（第１図）は２つの案内フレームＦ１およびＦ２を
有する精密座標移動機構から成・す、各案内プレームに
はそれぞれ１つの座標駆動部に１または１〈２が設けら
れている。第１（下側）の案内フレームＦ】はその基板
［１０およびそれに固定された二重壁取付７ランジｆｌ
］を介してレールｌに堅く締付けられている。レール１
は一般に保持体マニピュレータ（図示せず）の取付フラ
ンジであってよい。座標駆動部に１．に２の各々は、第
１図のマニピュレータの正面図（第２図）および甲面図
（第３図）に示されているように、２つの直線案内部２
１または２２および各１つのスピンドル−移動ナツト駆
動部３１または３２を有する。第２の案内フレームＦ２
は第１の案内フレームＦ１−１−をその座標駆動部に１
により第１の座標方向ヱＸに移動可能であり、また第２
の案内フレームＦ２上をその座標駆動部Ｋ　２により別
の案内フレームまたは検査ヘッドホルダ５（第１図、第
４図参照）の支え４が第２の座標方向土ｙに移動可能で
ある。

詳細には、直線案内部２１または２２は、両端で案内フ
レームＦ１、Ｆ２の取付７ランジ２１２゜２２２にねじ
締めされている案内棒２］】または２２１および付属の
ボール案内ブツシュ２１３゜４１３から成り、それらに
より検査ヘッドホルダ２ｏの案内フレームＦ２または支
え４の支えＦ２２は案内棒２１１上を長手方向に滑動可
能に支えられている。第１の案内フレームＦ】の案内棒
２．１１は重量上の理由から中空であり、それに対して
案内棒２２１はその直径が案内棒２１１の半分に過ぎな
いので中空ではない。スピンドル−移動ナツト駆動部３
１および３２はそれぞれいわゆるボール回転スピンドル
３１１または３２１を有し、こレラノボール回転スピン
ドルが、回転不一τたし軸線方向に移動可能に支えＦ２
２または４により配置された二重壁ナツト５２または５
１のなかて回転し得るので、スピンドル３１１川の駆動
電動機７１またはスピンドル３２１用の駆動電動機７２
か回転ずれば、支えＦ２２は案内フレームＦ２全体と共
に±Ｘ方向に、また支え４は（第２図および第３図には
示されていない）検査ヘッドホルダ２０と共に士ｙ方向
に動かされ得る。

駆動電動機７．１，７．２は多相ステップモータ、特に
５相ステツプモータであることが好ましい。

なぜならば、これらの電動機・では所望の回転数を非常
に細かい段階または無段階で設定することが可能だから
である。電動機と反対側のボール回転スピンドル３１１
および（図示されていない）３２１の端部には、ボンネ
ット状保護ケース８１により圧力に対して密に包囲され
た増分回転パルス発生器８が接続されている。保護ケー
ス８１は取付７ランジ２１２とＩ：ｉ：、力にス・ｊし
て密にねじ締めされており、またケーブル通し短管８２
を有する。

また駆動電動機７．１，７．２は冷却フィン７３付きの
ボンネット状保護ケース７．１１，７．２１により包囲
されている。スピンドル３１１と電動ｍ軸７４との連結
およびスピンドル３．２１　点付属の電動機軸との連結
はアーペックス（Ａｒｐｅｘ）継手９（第２図）を介し
て行なわれている。また保護ケース７１１はケーブル通
し短管７５を有する。電動機側のスピンドル３１１の端
部に対する軸受ブロック１０は案内フレームＦ１の取付
７ランジ２１２と密に結合されている。回転パルス発生
器側のスピンドル３１１の端部における同様の中空円筒
状軸受ブロックには参照符号１１が付されている。

同様の軸受ブロック１０および（図示されていない）１
１がスピンドル３２１に対しても設けられている。軸受
ブロック１０．１１の内部の玉軸受は参照符号１２を付
されており、またスピンドル３．１１に対する滑り環パ
ツキンは参照符号１３を付されている。スピンドル３１
１（およびスピンドル３２１）の軸線方向固定は軸受ブ
ロック１１の保持軸受１２では止め環１４により、また
軸受ブロックｌＯの保持軸受１２では止め板１５付き軸
ナツトにより行なわれる。

ケーブル通し短管７．５，８．２は圧力に対して密にモ
ールドされている。すなわち、ボンネット空間１６およ
び１７は硬化性合成樹脂で完全に満たされ得る。しかし
、電動機７１に対して十分な熱伝達面が得られていなけ
ればならない。スピンドル３１１と回転パルス発生器８
との連結はばね仮連結部１７０を介して行なわれる。

それぞれの座標装置内の支えＦ２２および４の行程は両
側で水密の無接触式リミットスイッチ１８３．１８ｂに
より制限されている。これらのリミットスイッチは調節
または基準点スイッチとしての役割をする。図面には、
所望の両極限位置の範囲で第１の案内フレームＦ１に取
付けられている支えＦ２２用のリミットスイッチ１８ａ
、１８ｂのみが示されている。これらのリミットスイッ
チの前に、鎖線１９ａ、１９ｂで示されている位置に、
検査速度に無関係な正確な近接を可能にするため、各１
つの前置スイッチが設けられていてよい。これらの前置
スイッチは支えの実際の移動速度を徐行速度に減する。

分析マニピュレータＡＭをその第１の案内フレームＦ１
により第１図のようにレール軸線に対して平行に固定す
るかわりに、分析マニピュレータをその取付７ランジに
より組立フランジｆｌｌに対して任意の角度方向または
任意に段階的な角度方向で取付けることもできる。同じ
ことが支え４への検査ヘッドホルダ２０（第４図）の固
定についても言える。検査ヘッドホルダは保持フレーム
を有し、カルダン支持された検査ヘッド２１がばね作用
下にある二重揺動子２２を介してエバンス・リンク原理
により保持フレームに連結されている。検査ヘッド２１
の両カルダン軸線は参照符号ａおよびｂを、二重揺動子
２２のレバー腕は参照符号２２１および２２．２を、ま
たそれらの両揺動軸線は参照符号Ｃおよびｄを付されて
いる。これらの揺動軸線ｃ、ｄにはそれぞれ回転ばねが
配置されており、これらのばねは二重揺動子２２に検査
ヘッド２１を検査対象物の表面に押付ける方向の力を与
える。検査ヘッドは、検査対象物の表面が平らでない場
合、上方または下方へのばね力の作用下に常に同一の鉛
直平面内にとどまる。これはエバンス・リンク原理によ
り達成される。すなわち、レバー腕２２１の延長部２２
３がブツシュ２３に回転軸線ｅのまわりに揺動可能に連
結されており、ブツシュ２３はフレーム２０と固定結合
されたピン２４上に長手方向に移動可能に方向ｆに支え
られている。この特に有利な検査ヘッドホルダはドイツ
連邦共和国特許出願公開筒２９．３５４９７号明細書に
記載されており、従ってここでさらに詳細に説明する必
要はない。

分析マニピュレータＡＭの両案内フレームＦ１゜Ｆ２が
ほぼ対称構造でありかつ重量を軽減した構造であること
は明らかである。冗長性上の理由で同一のＸおよびｙ軸
用の駆動電動機（特に５相ステップモータ）は利用され
るステップ周波数範囲内でほぼ同一の回転特性を有する
。同時に中間ギヤを節減して、アーペックス継手９によ
るスピンドル３１１または３２１との連結により高い保
持モーメントが静止状態で得られる。増分回転パルス発
生器８により、支え４従ってまた検査ヘッドホルダ２０
が実際に行なった運動が検Ｈ）され得る。

その際、各１パルスが０．０１ｗｎの移動に相当する。

集束形検査ヘッドである分析検査ヘッド２１は、前記の
ように、その接触面が検査対象物の表面に最適に接触し
得るように、またその基帛中心線が場合によっては必要
なばねの作用により所定の位置ｘ／ｙから許容限度以上
に偏差しないように支えられている。検査ヘッド２１の
カルダン支持は、接触面に位置する玉中心点のまわりに
検査ヘッド２１を揺動させ得るように行なわれている。

回転軸ｌｃおよびｄに対応づけられている回転はねは６
段階に移動可能で゛ある。

第１図には、マニピュレータ側の水密の全体ケーブル２
５も示されている。このケーブルは水中ての検査作業の
ためたとえば３０ｍの長さを有する。ケーブル２５の保
護チューブ内に通されている電動機用個別ケーブル２６
ａ１位置発信器用個別ケーブル２６ｂおよびリミットス
イッチ用個別ケーブル２６ｃは、マニピュレータＡＭに
おいて水密の差込み接続をテテなうことを避けて、個々
にたるませられている。全体ケーブル２５もたるませら
れている。

全体ケーブル、差込み分配箱およびたとえば長さ２０ｍ
の接続ケーブルを介して分析マニピュレータと接続され
る制御装置（図示せず）は携帯可能なキャビネットとし
て構成されている。この制御装置は５相ステツプモ〜り
用の制御回路と表示装置付き位置カウンタを論理回路と
操作スイッチおよび表示ランプとを含んでいる。それに
より分析マニピュレータの遠隔制御が行なわれ得る。各
座標の実際位置は正面仮にたとえば６桁で０．０１１醪
おきに表示され得る。それぞれの極限位置（別ｉｎ；　
ｘｍａｘ　；　ｙｍｉｎ　；　ｙｍａｘ　）はフートス
イッチを介して予め選定可能である。平行検査軌跡の間
隔も同様に設定可能である。それぞれの極限位置に対す
る一定の間隔も予め選定可能！ある。この予め選定され
た間隔だけ極限位置の前に位置する切換点に到達すると
、実際移動速度が゛始動・停止″ステップ周波数に相当
する徐行速度に減ぜられる。

この切換点を適切に選定すれば、移動軌跡終端における
実際位置を目標位置に正確に一致させることができる。

移動速度は両座標軸に対して別々に無段階内に特に２ｎ
ｏｎ／ｓと３０ｍｍ／ｓとの間に設定され、制御盤に表
示特にディジタル表示され得る。

種々の自動移動形態が固定配線プログラムとして用意さ
れており、選択スイッチにより選択され得る。たとえば
水平蛇行、垂直蛇行、−路サイクル、交さサイクルなど
の移動形態が選択され得る。

これらの自動プログラム進行に加えて、またティップ（
Ｔｉｐ　）および連続運転移動形態に加えて、座標駆動
部Ｋｌ、に２の各々は、ボタン抑圧の際にその押圧継続
時間に関係なく座標駆動部がそれぞれ予め選定されたス
テップ幅の駆動を実行するステップ運転移動形態で作動
し得る。この運転方式はオペレータにそれぞれの検査軸
線を設定可能な行程すなわちステップ幅だけ進めること
を可能にする。このステップ運転はオペレータの熟練を
必要とせずに行なわれ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般に保持体マニピュレータの保持機構または
ブラケットであってよい保持レールに固定された分析マ
ニピュレータの斜視図、第２図および第３図は第１図に
よる分析マニピュレータを部分的に断面で示す正面図お
よび平面図、第４図は第２の案内フレームに固定可能な
検査ヘッドホルダ（１’）斜ｆＪｐ図である。 Ｆｌ、Ｆ２・・・案内フレーム、ｆｌｏ・・・取付７ラ
ンジ（基板）、ｆｌｌ・・・組立７ランジ、Ｋ１゜Ｋ２
・・・座標駆動部、ｘ、ｙ・・・第１、第２座標方向、
１・・・保持装置（レール’）　、２．１　、２．２・
・・直線案内部％　２．１１．２．２１・・・案内棒、
２１３・・・ポール案内ブツシュ、３．１，３．２・・
・スピンドル−移動ナツト駆動部、３．１１．３．２１
・・・ポール回転スピンドル、４・・・支え、４１３・
・・ポール案内ブツシュ、７１゜７−２・・・駆動電動
機、７３・・・冷却フィン、７５・・・ケーブル通し短
管、７．１１，７．２１・・・保護ナース、８・・・回
転パルス発生器、８１・・・保護ケース、８２・・・ケ
ーブル通し短管、１０．１１・・・軸受ブロック、１０
．１・・・保護カバー、１３・・・滑り環パツキン、１
８ａ、１８ｂ・・・リミットスイッチ、１９ａ。 １９ｂ・・・前置スイッチ、２０・・・保持フレーム、
２１・・・検査ヘッド、２２・・・二重揺動子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）非破壊材料検査を行なうため、特にたとえば集束超
   音波検査ヘッドを用いる検査方法または音波ホｐグラフ
   ィの原理による検査方法を実施するための分析マニピュ
   レータにおいて、 少なくとも２つの案内フレーム（Ｆｌ、Ｆ２）を有する
   精密座標移動機構を含んでおり、各案内フレームに直線
   案内部（２，１、２，２）およびスピンドル・移動ナツ
   ト駆動部（３，１。 ３２）から成る座標駆動部（Ｋｌ、に２）が設けられて
   おり、 第１の下側の案内フレーム（Ｆｌ）＋２取付７ランジ（
   ｆｘＯ）により保持体マニピュレータまたは他の適当な
   保持装置（１）の組立（Ｊ ７ランジ（ｆｌｌ）固定可能であり、 第２の案内フレーム（Ｆ２）は第１の案内−フレーム（
   Ｆｌ）−■−をその座標駆動部（Ｋ１）により第１の座
   標方向（Ｘ）に移動可能であり、 また検査ヘッドホルダ（２０）または第３の案内フレー
   ム（２０，４）が第２の案内フレーム（Ｆ２）−トをそ
   の座標駆動部（Ｆ２）により第２の座標方向（ｙ）に移
   動可能である ことを特徴とする非破壊材料検査用分析マニピュレータ
   。 ２）第１および第２案内フレーム（Ｆｌ、Ｆ２）の直線
   案内部（２，１、２，２）　が案内棒（２，１１゜２２
   １）および付属のボール案内ブツシュ（２，１３，４１
   ３）から成り！特に案内棒（２，１１）が中空であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分析マニピ
   ュレータ。 ３）スピンドル・移動ナツト駆動部（３１゜３２）がボ
   ール回転スピンドル（３，１１゜３２１）を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   分析マニピュレータ。 ４）ボール回転スピンドル（３１１，３，２１）の駆動
   電動機（７，１，７，２）が直流または多相ステップモ
   ータ、特に５相ステツプモータ、であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項記載の分析マニピュレータ。 ５）電動機と反対側のボール回転スピンドル（３，１１
   ，３，２１）の端部に増分回転パルス発生器（８）が接
   続されていることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の分析マニピュレータ。 ６）水中でも使用可能なようにステップモータが冷却フ
   ィン付きのボンネット状保護ケース（７，１１−、７，
   ２ｔ）のながで加圧水密に案内フレーム（ＦｌまたはＦ
   ２）およびボール回転スピンドル（３，１１，３，２１
   ）とそれぞれ結合されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項記載の分析マニピュレータ。 ７）回転パルス発生器（８）もボンネット状保護ケース
   （８１）により加圧水密に包囲されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第５項記載の分析マニピュレータ。 ８）ボンネット状保護ケース（７，］Ｌ７．２Ｌ８１）
   がボール回転スピンドル（３，］　１．３２１　）の軸
   通し範囲で軸受ブロック（１０，ＩＩ）内の偏倚力作用
   下の滑り環パツキン（１３）および付属の保護カバー（
   １ｏＩ）により密封または耐衝撃保護されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項ないし第７項のいずれ
   かに記載の分析マニピュレータ。 ９）ケーブル通し短管（７，５，８，２）がボンネット
   状の電動機および回転パルス発生器保護ケース（７，１
   １，７，２１，８，１）により圧力に対して密にモール
   ドされていることを特徴とする特許請求の範囲第４項な
   いし第８項のいずれかに記載の分析マニピュレータ。 １０）それぞれの座標方向（ｘ、ｙ、）の行程が両側で
   水密の無接触式ＩＪ　ミットスイッ・チ（１８ａ。 １８ｂ）により制限されており、これらのリミットスイ
   ッチが調節または基準点スイッチとしての役割をするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第９項の、
   いずれかに記載の分析マニピュレータ。 １１）検査速度に無関係な正確な近接を可能にするため
   、リミットスイッチ（１８ａ、１８ｂ）ノ前に各１つの
   前置スイッチ（１９ａ、１９ｂ）が設けられており、こ
   れらのリミットスイッチが実際の移動速度を徐行速度に
   滅することを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の
   分析マニピュレータ。 １２）第１の案内フレームをその取付７ランジ（ｆｌｏ
   ）により組立７ランジに対して任意の角度方向または任
   意に段階的な角度方向で取付ｕＪ能であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の分析マニピュレータ。 １３）検査−・ラドホルダが保持フレーム（２０）を有
   し、カルダン支持された検査ヘッド（２１）がばね作用
   ドにある二重揺動子を介してエバンス・リンク原理によ
   り保持フレーム（２０）に連結さねていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の分析マニピュレータ。 １４）保持フレーム（２０）も付属の案内フレーム（Ｆ
   ２）の取付面に任意の角度方向または任意に段階的な角
   度方向で取付可能であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１３項記載の分析マニピュレータ。 ！５）　　非破壊材料検査を行なうため、特にたとえば
   集束超音波検査ヘッドを用いる検査方法または音波ホロ
   グラフィの原理による検査方法を実施するための分析マ
   ニピュレータの座標制御のための方法において、それぞ
   れの極限近接位置に対して一定の間隔が予め選定され、
   またこの間隔だけ極限位置の前に位置する切換点に到達
   すると実際移動速度が゛始動−停止″ステップ周波数に
   相当する徐行速度に減ぜられることを特徴とする分析マ
   ニピュレータの座標制御方法。 １６）座標軸（ｘ、、ｙ）の各々に対する移動速度が別
   々に無段階的に、特に２　ｔｔａｎ　／　ｓと３０Ｗ／
   Ｓとの間に、設定され、また操作盤に表示特にディジタ
   ル表示されることを特徴とする特許請求の範囲第１５項
   記載の方法。 １７）自動プログラム進行ならびにティップお゛よび連
   続運転移動形態に加えて、ボタン押圧の際にその押圧継
   続時間に関係なく座標駆動部（Ｋ１．に２）がそれぞれ
   予め選定されたステップ幅の駆動を実行するステップ運
   転移動形態で座標駆動部の各々が作動し得ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１５項記載の方法。