JPS6134459A - 管の検査用の無軌道式走査装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子力発電プラント等の配管の超音波検査の
ための走査装置に係り、特に軌道を設けず、直管部や曲
管部を配管の周方向に偏って回ることなく安定して走査
し得る無軌道式走査装置に関する。

〔発明の背景〕

直管部１曲管部の走査装置の従来例として、第２図に示
すような特開昭５８−１２９２５３号がある。上記従来
例は、配管Ｅの軸方向（矢印Ｘ方向）に走行する駆動輪
Ａの前後に曲率検出器Ｂが設けられている。これ等曲率
検出器の伸縮量により配管Ｅの曲率を検出し、直管部、
曲管部を走行できるように走査装置の姿勢を制御してい
る。しかし、この従来例においては被検査管の軸心方向
に走行することはできるが、軸心回りに偏って回ること
を検知する機能や偏って回ることを防止する手段を備え
ていないため、管の表面に対して例えば螺旋状に、若し
くは右回り旋回と左曲り旋回との混じった蛇行状１°走
行す６虞れ”゛有６・１°述４たよ　　　　　　１うに
走査装置が周方向に旋回する原因は、駆動輪の車輪によ
るガタ、駆動輪の取付精度、駆動輪の接地圧の不均一な
どが複雑に関連した相互作用であると考える。検査対象
の配管が水平配管のみの場合は、走査装置の重心が配管
の下側にくるように装着すれば、ある程度防ぐことがで
きるが、３次元空間を立体的に配管されている場合、上
記旋回を防止する適ｉな構成が未だ開発されていない。

〔発明の目高〕

本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、被検査物
である管が立体的に配管されている場合、管の中心線と
平行に（管の中心線の回りに旋回することなく）走行し
得る無軌道式の走査装置を提供しようとするものである
。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明の走査装置は、被検
査物である管に対して着脱可能な輪状のベースと、この
ベースに対して支承されて前記の管に接触する走行用の
駆動輪と、前記のベースの管に対する周方向の旋回を検
出するセンサと、上記センサの検出信号に基づいて前記
駆動輪あ軸心方向を制御する周方向姿勢制御機構と、前
記の管の曲率を検出するセンサとを設けたことを特徴と
する。

ただし、上記の輪状のベースとは、必ずしも幾何学的な
輪状に限るものではなく、被検査物である管の周囲を取
り巻く形状を意味し、切欠を有していてもよい。

【発明の実施例〕

次に、本発明の１実施例を第１図、並びに、第３図乃至
第６図について説明する。

第１図は本発明の１実施例における軸方向走行機能に関
する構成部分を示す斜視図、第３図は同じく周方向回転
機構に関する構成部分を示す斜視図である。

本例の走査装置は被検査物である配管１を囲んで着脱可
能なように（例えば二つ割り形に）に構成したドーナツ
状のベース２と、該ベース２に固定されて配管１の外周
に接触して回転する駆動輪３１を有する軸方向駆動機構
３とを有している。

上記の軸方向駆動機構３は、配管１を取り囲んで対称位
置に３組設けてあり、本第１図はその内の１組を描いで
ある。

本例の走査装置はベース２に固定されて走査装置の周方
向の旋回を検出する蛇行防止センサ４と、該蛇行防止セ
ンサ４により軸方向駆動機構３の方向を変える周方向姿
勢制御機構５と駆動輪３１を挟むようにして軸方向駆動
機構３に取りつけられた曲率センサ６と、第３図に示す
ベース２の周りを回転する周方向回転体７（第３図）と
、該周方向回転体７を駆動する周方向回転体駆動機構８
および周方向回転体７に固定され超音波探触子９１を有
する超音波探触子機構９とから構成される。

本実施例では軸方向駆動機構３を互いに１２０゜の位置
関係となるように３個配置している。

第１図に示すように軸方向駆動機構３は、軸方向駆動用
モータ３２とウオーム元歯車３３とウオーム受歯車３４
、減速用歯車３５．３６、駆動輪３１および速度エンコ
ーダ３７などから構成されており、軸方向駆動用モータ
３２の制御によって走査装置を軸方向に走行させること
が可能となる。

周方向回転体駆動機構８（第３図）は、ベース２に固定
され、周方向回転体駆動用モータ８１、駆動用歯車８３
および周方向に複数個配置されたガイドローラ８４から
構成される。周方向回転体駆動用モータ８１を制御する
ことによって、内歯歯車８２となっている周方向回転体
７を旋回させる。

周方向回転体７に固定された超音波探触子機構９には、
超音波探触子９１がある。超音波探触子９１は、ジンバ
ル機構９２と超音波探触子押付は機構９３とによって常
に配管に垂直に押し付けられている。

第４図は、前記蛇行防止センサ４の一実施例を示したも
のである。ボール４１は配管１の外面と接触している。

このボール４１が回転すると互いに９０°の位置に配置
されているローラ４２゜４３がそれぞれ周方向成分であ
るＸ方向、軸方向成分であるＹ方向の成分を検出する。

この検出量をエンコーダ４７．４８により電気量に変換
される。そこでもし周方自己走査装置が旋回すれば、そ
の旋回量は、蛇行防止センサ４のＹ方向成分により検出
できる。この場合、Ｘ方向成分は、走査装置の移動量と
なるからその値を積分すれば、出発点からの走査位置を
検出することも可能である。

第５図は、蛇行防止センサ′４の他の実施例を示す。蛇
行防止用の検出車輪４５を、その車輪を矢印Ｘ方向（配
管１の軸心方向）に、支承して走査装置のベース２の周
方向回転量を検出し、エンコーダ４６によって電気信号
に変換して出力する。

第６図は、蛇行防止センサの第３の実施例を示したもの
で、第７図は第６図におけるＦ−Ｆ矢視図を、第８図は
第６図におけるＪ−Ｊ矢視図を示したものである。本実
施例における蛇行防止センサ４は、配管１に接触してい
る蛇行検出車輪４３４と車輪４４２を介して蛇行検出車
輪４３４を支承しているボックス４３６と該ボックス４
３６をシャフト４４１を介して支承しているチャンネル
４３５と、該チャンネル４８５をベースにネジ４４２を
介して固定して取付板４３１等からなっている。該ボッ
クス４３６は、ベース２に固定されたチャンネル４３５
にシャフト４４１を中心として矢印４４０に示す方向に
自由に旋回するように取りつけられている。従って、走
査装置が矢印４４３に示すように配管１の周方向に蛇行
した場合、蛇行検出車輪４３４は破線で示すように傾斜
する。この傾斜量をチャンネル４３５に固定されたエン
コーダ４３３で歯車４３７を介して走査ｉ置の周方向の
旋回量を検出する。また、蛇行検出車輪４３４の回転量
を歯車４３８を介してチャンネル４３５に固定されたエ
ンコーダ４３２で検出しているので、第１の実施例同様
にその検出量を積分すれば出発点又はある基準点からの
走査装置の位置も検出できる。以上３つの実施例の蛇行
防止センサ４の出力を示すエンコーダ４８，４６゜４３
３の出力をＴとすれば、このψが零となるように制御す
ることによって当該走査装置が配管１の回りの偏った旋
回を防止できることになる。その具体的な構成を次に述
べる。

第９図は、周方向姿勢制御機構５の一実施例を示したも
のである。周方向姿勢制御機構５は、軸方向駆動機構３
を矢印５５に示すように左右旋回可能とするボールジヨ
イント５１とソレノイド部５２から構成されている。ソ
レノイド部５２に可動部５３は軸方向駆動機構の先端に
嵌合され、ベース２に固定された固定部５４の中をソレ
ノイドに流す電流の向きによって出たり入ったりする。

そこで、可動部５３が出た時と入った時で、軸方向駆動
機構３を真直な状態から互いに左右に反対方向に向く様
にソレノイド部５２を設ければ、駆動輪３１も軸方向駆
動機構３に追随して動作するため駆動輪３１の向きすな
わち走査装置の周方向の姿勢を制御できる。この場合、
複数個の駆動輪３１を同時に制御する場合は、駆動輪３
１の制御方向は同一とする。

第１０図は曲率センサ６の１実施例を示す斜視図、第１
１図は同じく正面図である。本例は左右対称に構成して
おり、その内の１組の図面参照番号に、はサフィックス
ａを、他の１組の図面参照番号にはサフィックスｂを、
それぞれ付しである。

本例の曲率センサｂは、アーム６６の一端に車輪６２が
自由に回転するように取りつけられ、その他端に歯車６
３が固定されている。アーム６６は、軸方向駆動機構３
に固定された固定棒６７にバネ６５によって常に引張ら
れている。第１１図に示すように例えば、走査装置が直
管部から曲管部に走行したとすると、破線に示すように
アーム６６ａがバネ６５ａによって引張られて歯車６３
ａが回転し、増速歯車６８ａによって、その回転量が拡
大されてアブソリュートエンコーダ６４ａで検出される
。このような機構が、駆動輪３１の前後に設けられてい
る。添字す側も、添字ａ側と同様にかつ互いに独立に作
動する。アーム６６が固定棒６７に引きつけられた時を
基準にし、互いに矢印６９の方向に作動した時のアブソ
リートエンコーダ６４の出力を正とすれば、式（１）の
ε６が零になるように駆動輪３１の回転速度を制御して
、走査装置を配管１に対し常に垂直な姿勢に制御する。

ε。＝θ、−０１　　　　　　　　　　　　　・・・（
１）ただし θ、：アブソリュートエンコーダ６４ａの出力量　　　
　　２θ、：　　　　　　　　　　　　６４ｂの　〃ま
た。エンコーダ６４ａ、６４ｂの一方またはその平均値
により曲管部における曲率をも検出できる。

第１２図は、制御装置１００の構成を示したものである
。各駆動輪３１に取りつけられた曲率センサ６の６つの
アブソリュートエンコーダ６４の出力はラッチ回路１０
１を介して、蛇行防止センサ４のエンコーダ４８の出力
はＵ　Ｐ　／ＤＯＷＮカウンタ１０２を介して、軸方向
走行距離検出用エンコーダ４７の出力はＵＰ　／　ＤＯ
ＷＮカウンタ１０３を介して、周方向回転体位置検出用
エンコーダ８５の出力はＵＰ／ＤＯＷＮ１０４を介して
、そして、軸方向駆動用モータ速度検出用エンコーダ３
７の出力はＵ　Ｐ　／ＤＯＷＮカウンタ１０５を介して
、それぞれディジタルインプットポート１２８によりマ
イクロプロセッサユニット（μＰＵ）１２０に取り込ま
れ、ＲＡＭ１２２に保持される。これ等の検出されたデ
ータによりＲＯＭ１２１に書き込まれたプログラムによ
り蛇行防止制御と、曲管でも安定して走行できる姿勢制
御が行なわれる。各プログラムにより決定された操作量
は、デイジタルアウトプツ、トボート１２４を通してＤ
／Ａコンバータ１０９〜１１１によりアナログ量に変換
され、パワアンプ１０６〜１０８により電力、増幅され
てアクチュエータであや軸、方向駆動用モータ３２、周
方向駆動用モータ、８１およびソレノイド５２に印加さ
れる。信号１１５，１１６はＵ　Ｐ　／ＤＯｌｉｌＮカ
ウンタ１０２〜１０５のリセット信号である。リセット
信号１１５は、後述する溶接端部や検査開始点などの基
準位！で出やされる。一方、リセット信号１１６は、制
御周即であるサンプリング周期毎に、データを読み込ん
だ直後に出力される。

ＲＯＭ１２１に書込まれているプログラムの実施例をフ
ローチャートで示すと第１３図と第１４図になる。第１
３図は、蛇行防止制御のフローチャートで、第１４図は
、姿勢制御のフローチャートである。

まず蛇行防止制御から説明する。プログラムがスタート
すると、μＰＵ１２０はまず蛇行防止センサの出力ｒ、
を読み込み（ステップ１）、その絶対値が許容値ｒ、よ
り大きいか小さいか判定する（ステップ２）。許容値ψ
、より小さければ、そのままの状態で制御しつづける。

許容値ｔＰ、より大きければ、走査装置の進行方向と出
力値Ｔｔが正か負により、周方向姿勢制御機構５のソレ
ノイドを制御する（ステップ■〜■）、第１５図は、ソ
レノイドを制御する場合の４つの状態を示したものであ
る。第１５図（ａ）は、走査装置が前進中でかつ周方向
に右にずれた場合（ψ１は右へずれた時を正とする）を
示す。この場合は、走査装置を左へ走行させる必要があ
るから、ソレノイド部５２の可動部５３を伸ばした状態
にして左へ駆動輪３１を操蛇する。同図（ｂ）は、走査
装置が前進中でかつ周方向に左へずれた場合で、この場
合は可動部５３を縮め駆動輪３１を右へ操蛇する。

以上が走査装置が前進中の場合であるが、後進中の場合
は第１５図（ｃ）、（ｄ）に示すように蛇行防止センサ
出力ψ、の正負により前進中と反対方向にソレノイドの
可動部５３を制御すればよいことがわかる。

次に第１３図のフローチャートを用いて姿勢制御につい
て説明する。姿勢制御をするための曲率センサ６は、互
いに１２０＠離れた位置に配置された３つの駆動輪３′
１に各々１つずつ取りつけられている。この駆動輪３１
を駆動する軸方向駆動用モータ３２を許容負荷範囲内で
速度制御すれば、各軸独立に制御が可能となるから以下
の説明では、１軸を対象とする。プログラムがスタート
すると曲率センサ６の出力である姿勢制御角θ１．θ。

を読み込み（ステップ＠ｌ）、その差分ε、を計算する
（ステップ０）。このＣ９が許容値ε、より大きいか小
さいかを判定する（ステップ◎）。

許容値ε、より小さければ、そのままの速度で駆動輪３
１を回転させる。許容値ξ、より大きければ、走査装置
の進行方向とε、の正負により駆動輪３１の回転速度を
増速するか減速するかを決定する（ステップ０〜０）。

第１６図は、前進中における配管１と走査装置の姿勢の
３つの関係を示したものである。第１６図（ａ）は、走
査装置が配管１に対して垂直な状態であり、駆動輪３１
の走行速度に調和がとれている場合である。

同図（ｂ）は、走査装置が配管１に対して後傾姿勢にな
っている状態で、駆動輪３１ａの回転速度が他の駆動輪
よりも遅いことを示している。同図（Ｑ）は、（ｂ）図
とは逆に走査装置が配管１に対して前傾姿勢になってい
る状態で駆動輪３１ａの回転速度が他の駆動輪よりも速
いことを示している。従って、第１６図（ｂ）、（ｃ）
の状態を同図（ａ）の姿勢にするためには、（ｂ）図の
状態では駆動輪３１ａの回転速度を上げる（ステップ０
）、（Ｑ）図の状態では、逆に回転速度を下げる（ステ
ップ０）となる。走査装置が後進中の場合は、θ、とθ
、の前後関係が逆になる：から、ε。の正負に対する回
転速度の増減速の関係が前進中とは全く逆になる （ステップ０．［相］）。従って、第１６図の制御フロ
ーに従い、走査装置の姿勢を制御すれば、常に配管１に
対して垂直に保つことができる。

軸方向駆動機構４などを設置したベース２や、超音波探
触子などが固定されている周方向回転体７は、半割に出
来るような着脱自在機構を有している。第１７図は、ベ
ースの２の一実施例を示したものである。ベース２には
、ヒンジ１１とフック１２があり、フック１２をはずす
と、ヒンジ１１を中心に開き、簡単に着脱できるように
なっている。

前記実施例の構成、並びに各構成部分の作用は以上に説
明したごとくである。次に、その使用方法の１例を具体
的に述べる。

まず、軸方向駆動機構３などが設けられたベース２を被
検査物である配管１に取りつけ、次に超音波探触子９１
などを具備した周方向回転体７をベース２に固定する。

そのマイクロコンピュータなどから成る制御装置（第１
２図）は次のように走査装置を制御する。” （１）走査装置を前後させ、各駆動輪３１の速度を式（
１）従い、走査装置が配管１に対して垂直になるように
制御する。

（２）溶接部の方向に走査装置を走行させ、超音波探触
子９１により溶接部端を検出し、その位置を基準点とす
る。

（３）溶接部前後にある探傷領域端まで戻り探傷を開始
し、他端まで探傷する。

（４）必要なら次の溶接部まで移動させ、（２）と（３
）の動作を繰り返す。

次に他の実施例に関して説明する。第１８図は、周方向
姿勢制御機構５の他の一実施例を示す。本実施例では、
駆動輪３１と配管１との接地点を中心に軸方向駆動機構
３全体を周方向姿勢制御用モータ５８によりウオーム元
歯車５６、ウオーム受歯車５７を介して、旋回できるよ
うにしたものである。本実施例では、３つの駆動輪３１
を軸方向から周方向に制御できるので、周方向回転体７
と周方向回転体駆動機構８が不必要で超音波探触子機構
９を直接ベース２に装着しても周方向の探傷が可能とな
る。

次に、走査装置の装着位置を水平配管に限定すれば、第
１９図に示すようにベース２に水準器２１のような重力
センサを設けることにより前述の周方向姿勢制御機構５
を使って、周方向にも走査装置を任意の姿勢に制御でき
る。その結果、次の２つの効果が得られる。

（ａ）第１９図に示すように走査装置を装着時に、左右
対称に姿勢制御できるため、その後、蛇行防止センサ４
と曲率センサ６を使って姿勢制御を含む走行制御、特に
曲管部の走行制御が簡単になる。

その理由は、駆動輪３ａ、３ｂの速度指令値をほぼ同一
にできること、水平配管走行時は、例えば駆動輪３ａ、
３ｂが走査装置の重力を支持するように走査装置の姿勢
を制御すれば、軸方向駆動モータ３２のトルク変動が少
なくなることからである。トルク変動が少ないことから
適切なモータを選択でき、走査装置の小型、軽量化を図
ることもできる。

（ｂ）周方向の絶対的な位置検出ができ、探傷位置を適
確に把握でき、る。

第２０図は、走査装置をエルボ近くの垂直配管に装着す
る場合の周方向姿勢センサの例である。

ベース２から伸縮可能な、先端がボール状の２っ　　　
　　１の接触センサ２２ａ、２２ｂが軸方向に設けられ
ている。そこで、２つの接触センサ２２ａ、２２ｂが等
距離になるように周方向姿勢制御機構５を使って、走査
装置の周方向の姿勢を制御すれば、第１９図のような左
右対称な姿勢に走査装置を制御できる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の装置によれば、検査対象
物である管が屈曲部を有していて立体的に配管されてい
る場合、安定して走行することができ、特に管の軸心回
りに偏って旋回することなく走行することができるとい
う優れた実用的効果を奏し、配管の遠隔探傷の精度向上
及び能率向上に貢献するところ多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の走査装置の１実施例の軸方向走行部の
斜視図、第２図は従来例の説明図、第３図は上記実施例
の周方向走行部の斜視図、第４図は蛇行防止センサの一
例を示す斜視図、第５図は蛇行防止センサの他の一例を
示す斜視図、第６図は蛇行防止センサの更に異なる一例
を示す部分断面図、第７図は第６図のＦ−Ｆ矢視図、第
８図は同Ｊ−Ｊ矢視図、第９図は周方向姿勢制御機構の
一例を示す斜視図、第１０図は曲率センサの１例を示す
斜視図、第１１図は回正面図、第１２図は制御装置の構
成の説明図、第１３図は蛇行防止制御のフローチャート
、第１４図は姿勢制御のフローチャート、第１５図はソ
レノイドを制御する場合の４つの状態の説明図、第１６
図は走査装置の３つの姿勢の説明図、第１７図はベース
の着脱・機構の正面図、第１８図は周方向姿勢制御装置
の他の実施例の正面図、第１９図は走査装置を左右対称
に姿勢制御をした状態の説明図、第２０図は走査装置を
エルボ近くの垂直配管に装着する場合の周方向姿勢セン
サの・例を示す斜視図である。 １・・・配管、２・・・走査装置のベース、３・・・軸
方向駆動機構、４・・・蛇行防止センサ、５・・・周方
向姿勢制御機構、６・・・曲率センサ、７・・・周方向
回転体、８・・・周方向回転体駆動機端、９・・・超音
波探触子機構、３１・・・駆動輪、９１・・・超音波探
触子、１００・・・制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検査物である管に対して着脱可能な輪状のベース
   と、このベースに対して支承されて前記の管に接触する
   走行用の駆動輪と、前記のベースの管に対する周方向の
   旋回を検出するセンサと、上記センサの検出信号に基づ
   いて前記駆動輪の軸心方向を制御する周方向姿勢制御機
   構と、前記の管の曲率を検出するセンサとを設けたこと
   を特徴とする、管検査用の無軌道式走査装置。 ２、前記の輪状のベースは、輪状の周方向回転体を備え
   たものとし、この周方向回転体を輪状のベースに対して
   同心状に回動可能に支承するとともに回動駆動手段を設
   け、かつ、該周方向回転体に管検査用のセンサを搭載し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の管検
   査用の無軌道式走査装置。 ３、前記の周方向制御機構は、駆動輪の軸受部材をベー
   スに対して回動自在に支承する手段と、上記の軸受部材
   をベースに対して回動駆動する手段とを備えたものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の管検
   査用の無軌道式走査装置。 ４、前記の周方向の旋回を検出するセンサは、被検査管
   に摺触せしめて回転自在に支承したボールと、該ボール
   の回転量を直交２軸まわりの成分に分解して検出する手
   段とによつて構成されたものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第３項の内の何れか一つに記載
   の管検査用の無軌道式走査装置。 ５、前記の周方向の旋回を検出するセンサは、前記輪状
   のベースの中心軸と平行な軸の回りに回転自在に支承さ
   れて被検査管に摺触する車輪と、該車輪の回転量を検出
   する手段とを備えたものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至同第３項の内の何れか一つに記載の
   管検査用の無軌道式走査装置。 ６、前記の曲率を検出するセンサは、回動可能に支承し
   たアームの先端に軸支した車輪を、前記駆動輪の周辺に
   おいて被検査管に摺触せしめるとともに、前記のアーム
   の回動角を検出する手段を設けたものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至同第３項の内の何れか
   一つに記載の管検査用の無軌道式走査装置。 ７、前記の周方向姿勢制御機構は、地球の引力の方向を
   検出する重力センサを用いたものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は同第３項に記載の管検査用
   の無軌道式走査装置。 ８、前記の周方向姿勢制御装置は、ベースから垂直方向
   に被検査管に向けて支承した伸縮可能な１対のアームと
   、上記１対のアームの長さを等しからしめるように駆動
   輪の軸心方向を制御する手段とを備えたものであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項の内の何
   れか一つに記載の管検査用の無軌道式走査装置。