JPS6250773B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は管状物体の点検装置に関し、更に詳し
くは管状の対象面を遠隔自動的に目視点検するに
適した点検装置の構成ならびに制御方式に関す
る。

一般に大形のプラント、たとえば液体貯蔵タン
クや核反応炉などには内部に各種の配管が設置さ
れている。このようなプラントの安全性を確保す
るために定期的な点検が実施されるが、この場合
前記の各種配管をオペレータにとつて安全な遠隔
位置から自動的かつ高速に点検できる事が望まし
い。

第１図は本発明の点検対象の一つである核反応
炉の概略構造を示している。１は反応炉、２（２
−ａ〜２−ｆ）は反応炉１の周囲に設置されてい
る各種配管である。点検時は炉内の構造物を一部
撤去した後、炉の上部に架台５を設置し、これに
運搬装置６が装着される。

運搬装置６は点検装置１０を搭載し、これを各
配管の前面に移動し、この後点検装置が所定の点
検作業を実行する。核反応炉の場合、点検内容に
はいくつかの種類があるが、その中の重要な項目
に目視点検がある。この場合は１０に装着された
TVカメラからの映像信号が遠隔点にあるTVモニ
タ８に伝達され、オペレータ９がこれを観察す
る。一方、運搬装置６や点検装置１０は、やはり
遠隔点にある制御装置７によつて制御される。

このような大形のプラントを目視点検する場合
に問題となるのは、点検対象となる配管の種類が
多い事である。すなわち第２図ａやｂに示すよう
に直径の相異するものと、ｃに示すように配管内
部に他の構造物３が配管されたものがあり、後者
の場合には障害となる構造物を避けた条件で目視
点検する必要がある。

このような問題に対処するため、従来は点検対
象の構造に応じた点検装置を設計し、必要に応じ
てこれを交換するか、あるいはこのような多種類
の点検装置をまとめて運搬装置に搭載し、点検対
象によつて使い分ける方法が考えられて来た。し
かし、前者では点検作業時間が増加し、後者では
装置の大形化を避ける事ができない等の問題があ
つた。

本発明は、このような従来の問題点を解決すべ
くなされたものであり、１個の装置で多種類の配
管の目視点検を実行できる点検装置の提供を目的
とする。

また本発明の他の目的はこのような目視点検を
多種類の配管に対し、非接触的に実行する事が可
能な装置を提供する事にある。

本発明の更に他の重要な目的は、運搬装置によ
る点検装置の配管前面への設定が所定位置よりず
れても、精度のよい目視点検が可能な装置を提供
する事にある。

以下、図面により本発明の内容について説明す
る。まず多種類の配管の目視点検に適合した、本
発明点検装置の機構部構成を第３図に示す。図に
おいて、２は点検対象としての配管、６−ａは点
検機構部１０を搭載し、前記管体前面位置に概略
設定するための運搬手段６の端部であり本発明の
範囲外の部分である。本点検機構部は直径の相異
する多種類の管体内面を点検する事を目的とし
て、太い矢印で示すように以下の５自由度を持
つ。まず点検ヘツドを配管軸方向に沿つて移動す
る送出軸１５、これを回転する軸１４，１４およ
び１５を含む部分の傾斜角を変更する揺動軸１
３、以上の部分を伸縮させる軸１２、以上の全体
を旋回する軸１１である。ただし対象となる管体
の種類や作業条件によつては、これらの動作軸の
いくつかを省略する事はできる。一方、先端の点
検ヘツド２０には、対象面を照明し、その映像を
入力する映像用光学系２１と、点検ヘツドと対象
面との相対距離を検出するための近接センサ２２
−ａおよび２２−ｂが配置されている。映像用光
学系からの入力はイメージガイドを介してITV２
７に伝達され、さらに遠隔点にあるTVモニタす
なわち第１図の９を監視するオペレータに映像情
報として提供される。フレキシブルケーブル２５
にはこのためのイメージガイド以外に光源装置２
６からの照明光を点検ヘツドに送るライトガイド
等が内蔵されている。

このような構成が多種類の配管の目視点検に適
合している事を、再び第２図を用いて説明する。

第２図ａは直径の大きい配管２−ａに対する点
検情報を示す。この場合、円周方向への点検ヘツ
ド２０の走査は旋回軸１１によつて、また軸方向
への走査は送出軸１５によつて実行できる。この
時、もし一点鎖線Z₁で示される配管の中心軸と、
二点鎖線Z₂で示される点検装置の基準軸とが一致
していないならば、伸縮軸１２を制御する事によ
つて点検ヘツドと対象面の相対距離を一定化する
事が可能である。さらに、点検ヘツドと対象面と
の相対角度が前記の不一致によつて所定角度より
ずれた場合は、回転軸１４による補正も可能であ
る。

次に第２図ｂは直径の小さい配管２−ｂに対す
る点検状況を示す。この場合は円周方向の走査は
ａの場合と異なり回転軸１４によつて実行され、
対象面と点検ヘツドとの相対距離の一定化制御は
旋回軸１１と１２伸縮軸の複合動作によつて実行
される。

さらに第２図のｃは配管内に円筒構造物３が装
着された配管２−ｃに対する点検状況を示してい
る。この場合、各軸の利用条件は基本的にはａの
場合と同じであるが、送出軸１５が機構部の最先
端に配置された構造となつている故に、構造突出
部３−ａを避けた条件で点検動作を実行する事が
できる。また点検ヘツドを装着する送出軸移動部
を細く設計する事により構造物３と配管２で形成
される狭間隙部分に点検ヘツドを挿入する事がで
きる。

一方、第２図のいずれの場合においても、配管
の中心軸Z₁と点検装置の基準軸Z₂との間に相対傾
斜が生じた時は、第３図に示した揺動軸１３を制
御する事によつてこれを補正する事が出来る。

以上に述べたように、本発明による点検機構の
特徴は、旋回軸１１の次段に直動的な伸縮軸１
２，１２の次段にこれと直角な軸を中心に回転す
る回転軸１４、さらに回転軸１４の中心軸に平行
な方向に直動する送出軸１５を配置し、その先端
に点検ヘツド２０を配置する事によつて直径の相
異する多種類の配管の他に、配管内部に構造物を
持つような対象をも点検できる点にある。

以上に述べた目視点検機構を用いて、点検ヘツ
ドを配管内面に沿つて走査するための制御回路の
一実施例を第４図に示す。

第４図において１０は点検機構部であつて、こ
の中で破線で示した４１（４１−ａ〜４１−ｅ）
は前記各軸を駆動するための部分であり、たとえ
ば直流サーボモータ４２、減速機４３および位置
検出器としてのポテンシオメータ４４とから構成
される。実際には第３図に示した５種類の動作軸
の動きに対応した５系統の駆動部があるが簡単の
ため、信号結線は４１−ａを代表例として示して
ある。点検機構にはこのほかに近接センサ２２、
接触サンサ４７、リミツトスイツチ４８等が配置
されている。このうち接触センサ４７は、たとえ
ば第３図に示されている装置保護カバー１６−ａ
あるいは１６−ｂ等に付属して装置され、点検機
構が何らかの誤動作で対象面等に接触した場合に
信号を発生する。またリミツトスイツチ４８は前
記の駆動部が動作範囲の限界まで移動した場合に
信号を発生する。これらの近接センサ、接触セン
サあるいはリミツトスイツチは図では簡単のため
各１個で示しているが、実際には必要に応じて多
数個配置される。

このように点検機構部１０の制御は第１図にも
示したように、点検位置よりかなりの遠隔点にあ
る制御装置７によつて制御される。しかし、上に
述べた多数個のポテンシオメータ、リミツトスイ
ツチ、あるいはセンサ類からの出力信号をそのま
ま遠隔点に送信する方法をとれば、接続ケーブル
が極めて大規模となる。したがつて、これらの出
力を並直列変換して少数の伝送線で送信する事が
望ましい。このような目的のため、第３図あるい
は第４図に３０で示す前処理回路部が点検機構部
の近くに配置される。

第４図に示した実施例の場合には前処理回路部
３０の中に２系統の送信回路が配置されている。
まず、ポテンシオメータや近接センサのように情
況に応じて出力レベルが変動する信号の場合は、
マルチプレクサ３１、DAコンバータ３２および
送信出力回路３３を用いて、デジタル信号の形で
直列送信する。また、もともとオンオフ信号出力
を発生する接続センサ４７やリミツトスイツチ４
８に関しては、マルチプレクサ３４と送信出力回
路３５を用いて直列送信する。このようにして、
多数個の信号出力をわずか２系統の伝送線で制御
装置に伝送する事が出来る。

一方、第４図の制御回路５０およびマイクロコ
ンピユータ７０は、前記の制御装置７の一部を構
成し、点検機構部１０の制御を分担する。このう
ち制御回路５０は、前処理回路３０から直列送信
されて来る直列信号を再び並列的に分割する受信
回路系と機構部の直流サーボモータを制御するサ
ーボ回路系とに分れる。サーボ回路５１は破線で
示したように５１−ａ〜５１−ｅの５系統ある
が、簡単のため信号結線を５１−ａについてのみ
示してある。このうち受信回路系には、送信出力
回路３３からの信号を受信し並列信号にデコード
するための回路６１と、同じく送信回路３５から
の信号を受信し並列信号にデコードする回路６２
がある。回路６１の出力のうち、ポテンシオメー
タの信号はサーボ回路内のレジスタ５５に転送さ
れ、近接信号からの信号はレジスタ６３に転送さ
れる。一方、６２の出力、すなわち接触センサや
リミツトスイツチからの信号はレジスタ６４（簡
単のため１個のみ表示してある）に転送される。
これらの各レジスタは、マイクロコンピユータ７
０の信号バスライン７７に接続され後述するよう
な各種の制御処理に利用される。

ところでサーボ回路５１−ａは次の様に構成さ
れている。まずマイクロコンピユータ７０からの
移動指令値を受けとるレジスタ５２があり、これ
がDAコンバータ５３によつてアナログ信号とな
りサーボアンプ５４を介して機構部の直流サーボ
モータを駆動する。モータの移動を示すポテンシ
オメータの出力信号は、すでに述べたようにレジ
スタ５５に伝送されており、この出力がDAコン
バータ５６を経て、比較回路５７にフイードバツ
クされる。

マイクロコンピユータ７０はプロセサ７１、
RAM７２，ROM７３、演算ユニツト７４のほ
か、運搬装置６その他を制御する別個の制御回路
８０との連けいを可能にするためのインタフエー
ス回路７５からなつている。このマイクロコンピ
ユータは、後述するように点検動作のシーケンス
の制御や、点検装置と点検対象である配管との相
対位置関係の計測結果の記憶とこれにもとずく点
検動作角等の演算処理を実行する。

以上に述べたような機構ならびに制御回路を持
つ点検装置によつて、配管内面を自動的に目視点
検する場合、特に重要な点として下記の事項が挙
げられる。

(1) 点検位置を正確に知る事ができること。

大形のプラント内の配管を目視点検する場
合、対象面の汚損や破損状態を見つける事が出
来るだけでは不十分であり、その位置を正確に
知らなければならない。なぜならば、点検後、
他の装置によつて汚損等の発見位置を補修する
場合があり、また一定期間後の点検時に汚損等
の進展状況を把握する必要がある場合もある為
である。たとえば目視点検ヘツド２０が一定寸
法の長方形の視野を持つ場合を考える。このよ
うな条件で円筒状対象の内面に沿つて点検ヘツ
ドを走査する場合、第５図に破線で示したよう
に、視野の大きさに対応したメツシユ状の位置
（以下これを番地と呼ぶ）に対応しながら点検
ヘツドが順次移動していく必要がある。この様
なメツシユは円筒状の配管そのものを規準とし
て形成される必要があり、逆に所定の番地が指
定された場合には、この番地に対応したメツシ
ユの中央位置に点検ヘツドが位置決めされなけ
ればならない。

(2) 点検対象と点検ヘツドの対向距離および対向
角度がほぼ一定に保たれた状態で点検動作が実
行されること。

点検ヘツドと対象面との対抗距離が変動した
場合、オペレータが監視しているTVモニタ上
での対象汚損等の寸法が当然異なつて見える。
また対抗角度の変化も同様な画像歪の原因とな
る事は明らかである。

以上に、正確な目視点検に要求される重要な条
件を述べたが大形のプラント等を点検対象とした
場合、これらの条件を満足する事は極めて困難で
ある。第１に、配管の位置自体が不正確であるこ
と、第２に本機構装置を管体前面に設定する運搬
手段６が極めて大形であるため、その位置決め能
力に限界があるからである。したがつて、目視点
検機構にはこれらによる相対的設定誤差を補正す
るための機能を必要とする。

このような補正機能の実現のため、本発明の装
置では点検ヘツドに装着した近接センサ２２を利
用するが、本発明では以下に述べるような対象面
計測演算処理によつて少数個の近接センサで位置
補正を実現しており、実用価値が極めて高い。以
下にその内容を説明する。

まず、近接センサの配置方法について述べる。
点検ヘツド２０を配管に接続させ、これを対象面
と一定間隔で走査する場合、基本的に２個の近接
センサを必要とする。すなわち点検ヘツド２０が
第６図のの状態にあるとき配管周囲の壁面を破
線矢印の方向に距離測定するセンサと、の状態
で配管内面を破線失印の方向に距離測定するセン
サである。しかし、これを第７図の破線に示すよ
うに点検ヘツドの先端に斜方向の近接センサを配
置すれば、上記の２種類の方向の距離測定を１個
のセンサで可能となるうえ、更に第７図に示す
ように、壁面から内面へ移るコーナ部に対する距
離測定もできる。第３図に示した構成にはこのよ
うな機能を持つ近接センサ２２−ａ以外に配管内
面検出用の近接センサ２２−ｂが配置されてお
り、これによつて、点検ヘツドの配管軸方向に対
する相対傾斜の検出が新たに可能となつている。

次に、このような配置構成の近接センサを利用
した、対象面計測およびこれにもとずく演算結果
を用いた目視点検動作の制御手順を説明する。

第８図は点検動作制御の基本内容を示してお
り、まず運搬装置によつて点検装置１０が点検対
象配管前面位置に設定される（ブロツクａ１）。
このとき、第１図における点検ヘツド２０は、保
護カバー１６−ａの内部に引込んだ状態になつて
いる。

次に対象位置の計測動作に移るが、その内容は
以下のとおりである。まず機構部の送出軸１５を
前進させ点検ヘツドを配管周囲壁面に接近させ、
壁面位置を近接センサで調べる（ブロツグａ２）
これは第６図あるいは第７図で言えぱの状態で
あり配管のＺ方向原点位置を計測したことにな
る。この結果、第５図に示したメツシユにおい
て、Ｚ方向の番地１０１−ａ，１０２−ａ等に対
応した送出軸の位置を規定する事ができる。

この様な計測動作において対象壁面位置が異常
に遠い場合は点検不能と判定するが、ほぼ正常で
あれば、次に配管内面位置計測動作を行なう（ブ
ロツクａ３）。すなわち、第７図のに示したよ
うに、コーナ部に沿つた形で、あるいは機構部の
伸縮軸１２により点検ヘツドを対象配管の軸心近
くまで移動した形で、さらに送出軸を前進させ、
点検ヘツドを配管内に挿入する。この後、第６図
あるいは第７図で言えば、の状態、すなわち点
検ヘツドを円筒内面から一定距離の所に接近さ
せ、この距離を保つた状態で点検ヘツドを円周状
に移動する。この時、旋回軸１１の回転角と、伸
縮軸１２の移動位置から、配管の中心軸位置Z₁を
知る事が出来る。言い換えれば、配管のｘおよび
ｙ方向原点を計測した事になる。この結果、第５
図に示したメツシユにおいて、θ方向の番地１０
０−ａ，１００−ｂ等に対応した旋回軸の角度位
置と、各番地の点検に必要な伸縮軸の位置を規定
する事ができる。この円周計測により、配管の相
対位置ずれが異常に大きいと分つた時は点検不可
能と判定し運搬装置の位置修正を要求する。

点検可能と判定できた場合は、第５図のメツシ
ユ状番地を正確に自動点検するため必要な動作位
置の演算による割出しを行ない（ブロツクａ
４）、これに基いてメツシユ状に分割された対象
面を正確に点検する（ブロツクａ５） ここで、上記ブロツクａ４で行なう動作位置の
割出しの内容について、第９図を参照してさらに
説明する。第９図において２は点検すべき配管の
内面位置、また９０は点検ヘツド２０の円周方向
点検時の移動位置を示す。簡単のため、メツシユ
が円周方向に８番地に分割されている場を考える
と、この時、点検装置の旋回軸中心が配管の中心
P₀と一致していれば、８個の番地に対応して点検
ヘツドをM₁→M₂→M₃と移動する場合、旋回軸１
１は一定角度θ_０（この場合は45゜）、また伸縮
軸１２は一定位置r₀を保つて動けば良い。しか
し、運搬装置の停止位置のずれにより旋回軸中心
がP₁の位置に設定された場合は、M₁からM₂，M₃
への移行に対し、旋回軸をθ_２，θ_３と、また伸
縮軸をr₂，r₃のように変化させて行かなければな
らない。この様に各番地に対応した、旋回軸ある
いは伸縮軸の動作位置の割出しは、本発明装置に
よればP₀に対するP₁の位置ずれａおよびｂをもと
に演算可能であり、またａおよびｂの大きさは、
先に述べた円周計測結果から演算する事が出来
る。なお円周計測は円筒断面の全周にわたつて行
なう必要はかならずもない。また、配管内に構造
部が設置されており、これと配管との位置関係が
定まつている時は、この構造物の周囲位置を計測
する事によつて円周計測に代用できる場合もあ
る。またこのような円周計測動作は、近接センサ
を対象面と一定距離の条件にして行なう必要はか
ならずしもない。すなわち、伸縮軸を一定の状態
で旋回軸を回転しこの回転角と近接センサの距離
情報の関係を知る方法でもよい。

ところで、P₁のP₀に対する位置ずれが大きい時
は、第９図で説明した旋回軸１１および伸縮軸１
２による補正動作のみで正確な目視点検はできな
い。すなわち、第１０図に示すように、点検ヘツ
ドの視野方向角が、目標のメツシユに対してφ
_２，φ_３の様にずれて行くためである。したがつ
てこのずれ角度を演算し、視野方向角をメツシユ
の中心位置に向けるために、本発明装置では第３
図の機構部に示した回転軸１４が利用される。

以上に述べた様に、本発明による点検装置では
自動点検動作に先立つて、点検対象である配管の
位置を近接センサによつてあらかじめ計測し、こ
れにより検視動作の実行の可否を決定し、さらに
実行可能な場合には配管を基準としたメツシユ状
の番地に沿つた正確な自動点検を可能とするため
の各動作軸の動作位置の演算を行なえるようにな
つている。これによつて事後の自動点検を高速に
実行でき、自動点検の途中で一時的にオペレータ
によるマニユアル操作が介入しても、再び必要な
番地に正確に点検ヘツドを復帰させる事が可能と
なる。もちろん自動点検の過程において近接セン
サの出力をフイードバツクし、演算精度の不足を
補なうこと、あるいは必要に応じて、既に演算さ
れ記憶されている各軸の割出し位置を補正するこ
とも可能である。

一方、第２図による説明の中で述べたように、
配管の軸心Z₁と点検機構の基準軸Z₂（たとえば旋
回軸）との相対傾斜が無視できない条件において
は、揺動軸１３による補正動作を行なえば良く、
これに必要な補正角度は、円周計測時に配管内面
を計測する２個の近接センサの出力差、あるいは
１個の近接センサのみの場合は、送出軸の位置を
変えた２回の円周計測結果から導びき出すことが
できる。

以上の説明では、主として円形断面を持つ配管
内面の点検を対象として本発明の内容を説明した
が、円形以外の断面を持つような配管や空隙部で
あつても、あるいはこれらの配管の外面に対して
も本発明の原理を応用できる。

このように本発明によれば、比較的少数個の近
接センサを利用して高速で正確な目視点検動作を
実行する事が可能であり、本発明の工業的価値は
極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の点検対象プラントの一例
を示す図、第２図は同じくプラント内にある各種
の配管構造例とその点検動作状態を示す図、第３
図は本発明による点検装置の一実施例を示す図、
第４図は前記点検装置を制御するための制御回路
の一実施例を示す図、第５図は点検の対象である
配管の円筒面上に設定されるメツシユ状の番地設
定の例を示す図、第６図および第７図は、点検動
作の制御に必要な近接センサの配置例を示す図、
第８図は本発明による点検動作の基本的な手順を
示す図、また第９図および第１０図はそれぞれ、
位置的に正確な目視点検を実行するために必要な
動作修正の方法を示す図である。 第１図において、１は核反応炉、６は運搬装
置、１０は本発明による点検装置の動作機構部、
７は制御装置、８はモニタTV、２−ａ〜２−ｆ
は点検対象である管状物体を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 検査対象となる管状物体内面の所定領域の映
   像を入力するための点検ヘツド部と、該点検ヘツ
   ド部と該管状物体内面との相対距離を検出するた
   めに、該点検ヘツド部に設けられた少なくとも１
   個の近接センサと、該点検ヘツド部を移動するた
   め位置決め機構であつて、 該管状物体の中心軸方向に移動可能かつ回転可
   能な細長い第１の動作軸と、 該第１の動作軸を該中心軸と直角方向に移動す
   る第２の動作軸と、 該第２の動作軸に直交し該第２の動作軸を施回
   する第３の動作軸とを有し、該第１の動作軸の先
   端部に該点検ヘツド部が位置するものと、 該位置決め機構を制御する制御装置とからなる
   管状物体の点検装置において、 該制御装置は、該近接センサにより得られる相
   対距離と、 該各動作軸の位置とに基づき、該管状物体の中
   心軸と該第３の動作軸の中心軸との相対的位置ず
   れ量を算出し、該算出された相対的位置ずれ量を
   もとに、該管状物体内面の任意の異なる所定領域
   の映像を入力するように該点検ヘツド部を該管状
   物体内面から所定の距離離れた位置に移動させる
   ための動作量を求め、該求めた動作量により該位
   置決め機構を制御することを特徴とする管状物体
   の点検装置。 ２ 上記近接センサの少なくとも１つが斜め前方
   に指向し、該方向で対象物との相対距離を検出す
   るように設けられたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項の管状物体の点検装置。