JPH0332022B2

JPH0332022B2 -

Info

Publication number: JPH0332022B2
Application number: JP59155196A
Authority: JP
Inventors: Fumio Tomizawa; Kenji Tsuchida; Sakae Sugyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-07-27
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1991-05-09
Also published as: JPS6134459A; US4655085A

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つて回る
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、曲管部の走査装置の従来例として、第
２図に示すように特開昭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、軸心回りに偏つて回ることを
検知する機能や偏つ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
つた蛇行状に走行する虞れが有る。上に述べたよ
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
回を防止する適当な構成が未だ開発されていな
い。

〔発明の目的〕

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。

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
で対象位置に３組設けてあり、本第１図はその内
の１組を描いてある。

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３
１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の制御によつて
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８
１、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つて、
内歯歯車８２となつ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
押付け機構９３とによつ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
がそれぞれ軸方向成分であるＸ方向、周方向成分
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。
そこでもし周方向に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
の軸方向移動量となるからその値を積分すれば、
走査装置をベース２を介して配管１に取付けた位
置を出発点とし、該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、その車軸を矢
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によつ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４３
４と車輪４４２を介して蛇行検出車輪４３４を支
承しているボツクス４３６と該ボツクス４３６を
シヤフト４４１を介して支承しているチヤンネル
４３５と、該チヤンネル４３５をベースにネジ４
４２を介して固定して取付板４３１等からなつて
いる。該ボツクス４３６は、ベース２に固定され
たチヤンネル４３５にシヤフト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。従つて、走査装置が矢印４
４３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。この傾斜量をチヤンネル４３５に固定され
たエンコーダ４３３で歯車４３７を介して走査装
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を介してチヤン
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，
４３３の出力をとすれば、このが零となるよ
うに制御することによつて当該走査装置が配管１
の回りの偏つ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つて出たり入つたりする。
そこで、可動部５３が出た時と入つた時で、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３１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１１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
号にはサフイツクスａを、他の１組の図面参照番
号にはサフイツクスｂを、それぞれ付してある。

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６３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によつ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によつて引張られて歯車６３
ａが回転し、増速歯車６８ａによつて、その回転
量が拡大されてアブソリユートエンコーダ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ｂ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ε〓が零
になるように駆動軸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_a−θ_b ……(1) ただし θ_a：アブソリユートエンコーダ６４ａの出力量 θ_b：〃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つのアブソリユートエンコーダ６４の
出力はラツチ回路１０１を介して、蛇行防止セン
サ４のエンコーダ４８の出力はUP／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／DOWN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８
５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UP／DOWNカウンタ１０５を介し
て、それぞれデイジタルインプツトポート１２３
によりマイクロプロセツサユニツト（μPU）１
２０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ポート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
増幅されてアクチユエータである軸方向駆動用モ
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
UP／DOWNカウンタ１０２〜１０５のリセツト
信号である。リセツト信号１１５は、後述する溶
接端部や検査開始点などの基準位置で出力され
る。一方、リセツト信号１１６は、制御周期であ
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
施例をフローチヤートで示すと第１３図と第１４
図になる。第１３図は、蛇行防止制御のフローチ
ヤートで、第１４図は、姿勢制御のフローチヤー
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_tを読み込み（ステツプ１）、その絶
対値が許容値_pより大きいか小さい判定する
（ステツプ２）。許容値_p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_pより大
きければ、走査装置の進行方向と出力値_tが正か
負かにより、周方向姿勢制御機構５のソレノイド
を制御する（ステツプ〜）。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（_t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５
３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_t
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かわる。

次に第１３図のフローチヤ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３１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θ_a，θ_cを読
み込み（ステツプ）、その差分ε〓を計算する
（ステツプ）。このε〓が許容値ε_pより大きいか小
さいかを判定する（ステツプ）。許容値ε_pより
小さければ、そのままの速度で駆動輪３１を回転
させる。許容値ε_pより大きければ、走査装置の進
行方向とε〓の正負により駆動軸３１の回転速度を
増速するか減速するかを決定する（ステツプ〜
）。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つている状態で、駆動輪３１
ａ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ｃ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つている状態で駆動輪３
１ａの回転速度が他の駆動輪よりも速いことを示
している。従つて、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（ステツプ）、ｃ図
の状態では、逆に回転速度を下げる（ステツプ
）となる。走査装置が後進中の場合は、θ_aとθ_b
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（ステツプ，）。従つて、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とフツク
１２があり、フツク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つてい
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ユータ
などから成る制御装置（第１２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２
１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を使つて、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を使つて姿勢制御
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、駆動軸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も制御すれ
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つ
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，２２
ｂが等距離になるように周方向姿勢制御機構５を
使つて、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つて旋回することな
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
図は上記実施例の軸方向走行部および周方向走行
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図は同
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ヤート、第１４
図は姿勢制御のフローチヤート、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構、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

【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。