(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管壁（15）を加工特に点検する装置、車輪（４）が両側の管壁（15）に向けてそれぞれの駆動装置（８、９）によって逆向きに移動される両側の車台（２、３）およびこれらの両車台（２、３）間に配置され走行方向に延びる共通のシステム軸線（Ａ−Ａ）を中心として回転可能に車台（２、３）に支持されている転向台車（18）を備え、この転向台車（18）が少なくとも一つのラジアルアーム（43、44、45、46）を備えた軸方向に移動可能なホルダ（30）を有し、そのラジアルアームに少なくとも一つの衝突体（47）および加工ユニット（56、58）が半径方向に移動可能に配置され、転向台車（18）が二つのラジアルフランジ板（19、20）を有し、これらの両フランジ板（19、20）間に、
ａ）転向台車（18）用の回転駆動装置（27）、
ｂ）加工ユニット（56、58）のホルダ（30）用のアキシャル駆動装置（37）のサーボモータ（36）、
ｃ）アキシャル駆動装置（37）のねじ付きスピンドル（29）、
ｄ）加工ユニット（56、58）付きホルダ（30）に対する案内ロッド（38）が配置され、前記のａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）の各構成要素の軸線がシステム軸線（Ａ−Ａ）に対して平行に延びるようにされている管内マニピュレータにおいて、
回転駆動装置（27）、サーボモータ（36）、ねじ付きスピンドル（29）および案内ロッド（38）がシステム軸線（Ａ−Ａ）の周りに少なくともほぼ等間隔に分布してまとめて配置され、ホルダ（30）の少なくとも一つのラジアルアーム（43、44、45、46）が、回転駆動装置（27）、サーボモータ（36）、ねじ付きスピンドル（29）および案内ロッド（38）から成る構成要素群の内部における中間空間を通って管壁（15）の方向に外に向けて導かれていることを特徴とする管内マニピュレータ。
【請求項２】
転向台車（18）におけるホルダ（30）が、星形に配置され同時に空気圧式に作動でき少なくとも一つの加工ユニット（56、58）を備えた衝突体（47）を有していることを特徴とする請求項１記載の管内マニピュレータ。
【請求項３】
回転駆動装置（27）、サーボモータ（36）、ねじ付きスピンドル（29）および案内ロッド（38）の軸線が少なくともほぼ仮想正方形の角点に位置し、その仮想正方形の対角線がシステム軸線（Ａ−Ａ）において交差し、ホルダ（30）が四つのラジアルアーム（43、44、45、46）を有し、これらの各ラジアルアームが構成要素ａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）と互い違いに配置され、それぞれ少なくとも一つのラジアル空気圧式駆動装置（50、51）を有し、この駆動装置（50、51）によって、加工過程中に常に少なくとも四つの加工要素（56、58）および四つの衝突体（47）が管内壁（15）に接するように、衝突体（47）および加工ユニット（56、58）が管壁（15）に向けて移動できるようにされていることを特徴とする請求項２記載の管内マニピュレータ。
【請求項４】
湾曲した中心軸を有する曲り管に利用すべく、一方では駆動装置（８、９）の半径方向送り力をそして他方では転向台車（18）における空気圧式駆動装置（50、51）の作動力が、湾曲した曲がり管の内部において、システム軸線（Ａ−Ａ）が前記湾曲した中心軸に対し接線方向に延びるように決定されていることを特徴とする請求項１記載の管内マニピュレータ。
【請求項５】
車台（２、３）における駆動装置（８、９）の送り力を調整するために、調整可能な終端ストッパ（16）が設けられていることを特徴とする請求項４記載の管内マニピュレータ。
【請求項６】
送り力を調整するために、空気圧式駆動装置（50、51）が転向台車（18）に接して空気圧式駆動システム内に圧力制限器を備えていることを特徴とする請求項４記載の管内マニピュレータ。
【請求項７】
空気圧式駆動装置（50、51）のストロークと、加工要素（56、58）の寸法とが、通行すべき曲り管の内壁に衝突体（47）が当接するように定められていることを特徴とする請求項４記載の管内マニピュレータ。
【請求項８】
転向台車（18）の回転駆動装置（27）がピニオン（28）を介して、一方の車台（３）に配置されている歯輪（26）に作用することを特徴とする請求項１記載の管内マニピュレータ。
【請求項９】
アキシャル駆動装置（37）のサーボモータ（36）がそのねじ付きスピンドル（29）と歯付きベルト（42）を介して共働し、この歯付きベルト（42）が湾曲ホースの形で車台（２）と転向台車（18）との間を歯輪（25）の円周の一部の周りを導かれていることを特徴とする請求項１記載の管内マニピュレータ。
【請求項１０】
加工ユニット（56、58）が少なくとも部分的に超音波検査ヘッドであることを特徴とする請求項１記載の管内マニピュレータ。
【請求項１１】
少なくとも一つの加工ユニット（58）が管の外側に配置された位置検出器に対する位置発信器であることを特徴とする請求項１記載の管内マニピュレータ。
【請求項１２】
一つの車台に少なくとも距離計が付設されていることを特徴とする請求項１記載の管内マニピュレータ。
【請求項１３】
少なくとも一つの加工ユニットが溶接装置であることを特徴とする請求項１記載の管内マニピュレータ。
【請求項１４】
少なくとも一つの加工ユニットが研削装置であることを特徴とする請求項１記載の管内マニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
本発明は、管壁を加工特に点検する装置、車輪が両側の管壁に向けてそれぞれの駆動装置によって逆向きに駆動される２つの車台および両車台間に配置され走行方向に延びる共通のシステム軸線（Ａ−Ａ）を中心として回転可能に車台に支持されている転向台車を備え、この転向台車が少なくとも一つのラジアルアームを備え軸方向に移動可能なホルダを有し、そのラジアルアームに少なくとも一つの衝突体および加工ユニットが半径方向に移動可能に配置され、転向台車が二つのラジアルフランジ板を有し、これらの両フランジ板の間に、
ａ）  転向台車用の回転駆動装置、
ｂ）  加工ユニットのホルダ用のアキシャル駆動装置のサーボモータ、
ｃ）  アキシャル駆動装置のねじ付きスピンドル、
ｄ）  加工ユニット付きホルダに対する案内ロッド
が配置され、上記のａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）の各構成要素の軸線がシステム軸線（Ａ−Ａ）に対して平行に延びるようにされている管内マニピュレータに関する。
この種のマニピュレータは、空間的な理由であれ、熱、圧力および放射線のためであれ、通行できない配管を加工するために使用されるものである。この種のマニピュレータは自走式に形成されているが、引っ張ったり押したりすることもでき、直列に連結された多数の管走行車の一部となっている。ここで用語「加工」とは、光学的実際状態を記録する点検、溶接継目の超音波検査であれ、溶接あるいは研削のような機械的加工であれ、あるいは管内壁に例えば保護層を被覆しようとする被覆処理であれ、通行すべき配管の仕上げに関するすべての過程を意味している。特に原子炉構造において配管の状態並びにこの状態のドキュメンテーションについて非常に厳しい要求が課せられており、このような管内マニピュレータの機能は要求を満足しなければならない。
ドイツ特許第3412519号明細書において、転向台車の回転駆動装置、加工ユニットのホルダ用のアキシャル駆動装置のサーボモータ、アキシャル駆動装置のねじ付きスピンドルおよび加工ユニット付きホルダに対する案内ロッドがマニピュレータの横断面の４分の１円内に納められている冒頭に述べた形式の管内マニピュレータが知られている。この場合、転向台車の支持体は中空半円筒体から成り、この中空半円筒体の中にホルダが収納され、このホルダに衝突体付きの唯一のラジアルアームおよび全部で８個の加工ユニットが取り付けられている。加工ユニット付きのホルダはマニピュレータの横断面の主に他の４分の１円の二つを充填している。この公知の方式は特に内径200mm以上の配管を通行するために有利である。
安全要求がますます厳しくなっていることに関係して、例えば内径が約80mm以下の細い配管直径にも採用できるような管内マニピュレータを開発することが必要となっている。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の管内マニピュレータを改良して、一層の小形化を可能にし、好適にはしかしこれに限られるものではないが200mmより小さな内径の配管に対して、特に120mm以下の内径の配管に使用できるようにすることにある。
この課題は、冒頭に述べた形式の管内マニピュレータにおいて本発明によれば、回転駆動装置、サーボモータ、ねじ付きスピンドルおよび案内ロッドがシステム軸線（Ａ−Ａ）の周りに少なくともほぼ等間隔に分布してまとめて配置され、ホルダの少なくとも一つのラジアルアームが、回転駆動装置、サーボモータ、ねじ付きスピンドルおよび案内ロッドから成る構成要素群の内部における中間空間を通って管壁の方向に外に向けて導かれることによって解決される。
本発明に基づく構造的規定によって、転向台車に付属する駆動装置および案内装置の極めて高い「密集密度」が達成され、即ちそのようなマニピュレータの周りに想定される仮想包絡面が機能部品で極めて十分に充填される。これによって装置全体の機能が問題となることなしに、必要な「走行プロフィル」が明らかに減少させられる。
その場合本発明の他の実施態様において、転向台車におけるホルダが星形に配置され同時に空気圧式に作動でき少なくとも一つの加工ユニットを備えた衝突体を有していることが有利である。
この処置によって加工ユニットの数がアームの数に応じて増加させられるので、同時に多数の種々の加工および又は検査法を利用することが可能となる。
本発明の他の実施態様において特に空間を節約した配置は、回転駆動装置、サーボモータ、ねじ付きスピンドルおよび案内ロッドの軸線が少なくともほぼ仮想正方形の角点に位置し、その仮想正方形の対角線がシステム軸線（Ａ−Ａ）において交差し、ホルダが四つのラジアルアームを有し、これらの各ラジアルアームが構成要素ａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）と互い違いに配置され、それぞれ少なくとも一つのラジアル空気圧式駆動装置を有し、この駆動装置によって、加工過程中に常に少なくとも四つの加工要素および四つの衝突体が管内壁に接するように、衝突体および加工ユニットが管壁に向けて移動できることによって達成される。
従来公知の管内マニピュレータでは一般に真っ直ぐな配管部分を加工することしかできないが、本発明に基づく他の実施態様における管内マニピュレータによれば、即ち一方では車台の車輪における駆動装置の半径方向送り力および他方では転向台車における衝突体の作動力が、システム軸線（Ａ−Ａ）の位置が曲がり管の内部において少なくとも曲がり管軸線に対してほぼ接線方向に延びるように互いに構造的に調整されている管内マニピュレータによれば、曲がり管の内側面を加工することもできる。
この過程の理解のために次のことを説明しておく。一般に車台の車輪が曲がり管の内部におけるシステム軸線Ａ−Ａの空間的位置を決定し、即ちシステム軸線Ａ−Ａは曲がり管軸線に対して弦あるいは割線を形成し、その交点は両車台の範囲に位置している。この結果、システム軸線Ａ−Ａと一致しているホルダの回転軸線が曲がり管横断面に対してかなり偏心して延びる。ホルダは通常状態において両車台間のほぼ中央に位置している。加工ユニット付きのホルダは加工中に回転するので、衝突体の範囲にかなりの運動振幅が生ずるが、これは勿論空気圧式の駆動装置によって吸収する必要がある。しかし他方では、種々の運動半径によって種々の周速が生ずるが、これはできるだけ生じないようにしなければならない。システム軸線Ａ−Ａが少なくとも曲がり管における接線にできるだけ近づけられる本発明に基づく構造的な処置によって、ホルダの回転軸線および曲がり管軸線がほぼ一致させられ、これによって上述の問題は生じない。
システム軸線の上述した曲がり管軸線に対する接線的な位置調整は、車台における車輪の送り力を調整するために、調整可能な終端ストッパが存在していることによって、特に簡単に達成される。終端ストッパに到達すると送り力は零になる。この場合、車台における終端ストッパを相応して予め調整するために、その曲がり管がどのような空間位置にあるかおよびどのような曲率半径を有しているかを知るだけで十分である。更に転向台車における衝突体の送り力を空気圧系統における圧力制限器によって調整することによって所定の力関係が強制的に形成され、即ち空気圧系統における圧力制限器をそれ相応に調整することによって、システム軸線Ａ−Ａを中心に回転するホルダがこの個所に存在する配管横断面に心出し作用を行い、これによって心出しが一層改善される。
本発明の他の有利な実施態様は他の従属請求項に記載されている。
以下において本発明に基づく管内マニピュレータの実施例を図１から図８を参照して詳細に説明する。
図１は両側の車台の側面図および図４におけるＩ−Ｉ線に沿った部分的軸断面図、
図２は同様に両側の車台のしかし90゜回転された状態の側面図および図４におけるII−II線に沿った部分的軸断面図、
図３は図１における矢印IIIの方向から見た車台の部分的正面図および部分的断面図、
図４は図１におけるIV−IV線に沿った部分的断面図。
図５は図４におけるホルダの拡大詳細図および図６におけるＶ−Ｖ線に沿った四つのアームの一つの断面図および矢印Ｖの方向から見た図、
図６は図５および図７における矢印VIの方向から見たホルダの平面図で図５に対して90゜回転されている図、
図７は図６における矢印VIIの方向から見た部分的側面図、
図８はアキシャル駆動装置のサーボモータとそのねじ付きスピンドルとの間のベルト伝動装置の原理図である。
図１には管内マニピュレータ１の作業部分が示されている。この管内マニピュレータ１には二つの車台（シャーシ）２、３が付設され、各車台２、３にはそれぞれ四つの車輪４が備えられ、これらの車輪はここではゴムタイヤ付き車輪として形成されている。前部車台２はテレビカメラ５を備え、そのレンズ６は進路方向に同軸的に向けられている。
図３から明らかなように、車台２、３にはそれぞれ二つの角形ブラケット７が鏡面対称に配置されている。各角形ブラケットの両端にそれぞれ車輪４が取り付けられている。角形ブラケット７は互いに逆向きに作用する駆動装置８、９を備えており、これらの駆動装置は空気圧式駆動装置として形成され、それぞれ互いに平行に延びるピストン11付きの二つのピストンロッド10を有している。ピストン11は無圧状態においては復帰圧縮ばね12によって実線で示されている位置に保持されている。
各角形ブラケット７はその中心に、符号を付けていないピストンに取り付けられている拘束ピン14を備えた拘束装置13を有している。各角形ブラケット７のピストンに圧力を供給することによって、両側の拘束ピン14が管内側壁15に押しつけられて、車台従ってマニピュレータが固定される。駆動装置８、９によって車輪４も同様に管内壁15に押しつけられ、これによってシステム軸線Ａ−Ａを中心とした意図しない回転が阻止される。
ピストンロッド10従って車輪４の繰り出し運動は調整可能な終端ストッパ16によって制限されており、この終端ストッパはピストンロッド10に対して平行に延びるボルト17上におけるナットによって形成されている。終端ストッパ16を相応して予め調整することによって、システム軸線Ａ−Ａを車台の範囲において曲がり管の軸線に対して偏心して走らせ、後述するホルダの範囲において前記曲がり管軸に対して接線方向に走らせることができる。
空気圧配管および空気圧孔は図３には簡略化のために示されていないが、これらは上述の機能から理解できる。
図１および図２において車台２、３間に転向台車18が存在している。この転向台車18には二つのラジアルフランジ板19、20が付設されている。これらのフランジ板19、20にはそれぞれ一つの軸受輪21ないし22がねじ結合され、この軸受輪はその外周上に転がり軸受23ないし24を支持している。この転がり軸受23ないし24は、一方では車台２に他方では車台３にボルト結合されている歯輪25ないし26内に収容されている。これによって両車台２、３と転向台車18との間に転向台車用のシステム軸線Ａ−Ａに対して同心的な２つのピボット軸受が形成されている。
図１において両フランジ板19、20間をギアモータの形をした回転駆動装置27が延びている。その従動軸はピニオン28を介して車台３における歯輪26と共働する。回転駆動装置27を相応して制御することによって、転向台車18は両車台２、３に対して所定の空間位置に強制的に置かれる。
両フランジ板19、20間に更に両側が支持され後述するようにして駆動されるねじ付きスピンドル29が存在している。このねじ付きスピンドル29は図１に一部しか示されていないホルダ30を軸方向に移動するために使用される。このねじ付きスピンドル29には回転ボールナット（ここでは簡略化のために詳細に図示されていない）として形成されたスピンドルナット31が付設されている。ねじ付きスピンドル29を回転することによって、ホルダ30は二重矢印32の方向に転向台車18に対して移動させられ、このようにして例えば溶接継目の両側範囲を順次に超音波検査によって検査できる。フランジ板19、20は歯輪25、26および転がり軸受23、24の側が同一形状の蓋19a、20aによって覆われている。
後部車台３は接続短管33を備えており、この接続短管はフランジ結合部34を介してベローズ35に結合されている。ベローズ35は例えば駆動走行車として形成されている後続の管内走行車への結合を行う。この種のベローズは大きなたわみを可能にし、従って管内マニピュレータのシステム全体がカーブを良好に通行することを可能にする。
図２は車台２、３を図１と同じ図で示されているが、転向台車18は図１における図に対して90゜回転されている。この場合、図４のII−II線に沿った断面平面内にアキシャル駆動装置37のサーボモータ36が位置し、ここにも図１におけるねじ付きスピンドル29が付設されている。このサーボモータはギアモータとして形成され、フランジ板19、20間に取り付けられている。サーボモータ36に直径線的に対向した位置に案内ロッド38が配置され、この案内ロッドも同様にフランジ板19、20間に取り付けられ、その上をホルダ30がボールブッシュ39によって案内されている。アキシャル駆動装置37のサーボモータ36は正面歯車40を有し、この正面歯車は図８に示されているようにして、ねじ付きスピンドル29の前端に存在している別の正面歯車41（図１参照）と共働する。正面歯車40、41は歯付きベルト42によって互いに結合され、その歯付きベルトは図８に示されているように歯輪25の周りを円弧状に導かれている。このようにして特に場所を節約した配置構造が達成される。
図４は、ホルダ30が星形に形成され、四つのアーム43、44、45、46を有していることを示している。これらの各アームはそれぞれ管壁15に向けて移動できる少なくとも一つの空気圧作動式の衝突体47を備えている。
特に図４から明らかなように、回転駆動装置27、サーボモータ36、ねじ付きスピンドル29および案内ロッド38のそれぞれの軸線は仮想正方形の角点に配置され、その仮想正方形の対角線はシステム軸線Ａ−Ａで交差する。ホルダ30の四つのラジアルアーム43〜46は上述の回転駆動装置、サーボモータ、ねじ付きスピンドルおよび案内ロッドの軸線と互い違いに配置され、図５を参照して詳細に説明する少なくとも一つのラジアル空気圧式駆動装置を有している。
図５から明らかなように、ホルダ30はその基本構想から星形ないし十字形に形成され、上述のアーム43〜46を有している。アーム43とアーム44との間にスピンドルナット31を受けるための目孔48があり、アーム44とアーム45との間に案内ロッド38を受けるための中空ガイド49がある。図５もマニピュレータの全可動構成要素の空間的に非常にコンパクトで特にねじり剛性の形態を示している。図５においてアーム45だけが断面図で示されているが、この図は他のアーム43、44、46を代表している。各衝突体47はピストンロッド50を介してピストン51に結合され、ボールブッシュ52内を案内されている。衝突体47およびこれに結合された加工ユニットの回転を阻止するために、ピストンロッド50に対して平行に案内ロッド53が配置されている。この案内ロッド53も同様にボールブッシュ内を案内され、復帰ばね54の作用下にある。全ピストン51に圧縮空気が供給されると直ちに、衝突体47が管内壁15に当接し、これによってホルダ30がシステム軸線Ａ−Ａに関して心出しされる。
図６および図７は、システム軸線Ａ−Ａの方向に各アーム43〜46にそれぞれ二つの衝突体47が配置されていることを示している。従って図５において各アームに空気圧式駆動装置および案内装置を前後して配置するようにしなければならない。この各衝突体47に両側のトグルリンク55を介して加工ユニット56が付設されている。この加工ユニット56はここでは発信器と受信器とを備えた超音波ヘッドから成っているので、これによって管壁の傷が検査され、特に溶接継目の品質が検査される。この種の加工ユニットは従来から公知であるので、これについては詳細に説明する必要はない。図６におけるホルダ30は円周方向において全部で四つの加工ユニット56を備えている。これらの加工ユニットはホルダ30の連続回転によって順々に管壁と変換作用が行われる。この場合に得られる測定信号は記録され、管壁特に溶接継目の問題のない状態の証拠として使用される。
反対側において一方の衝突体47に両側のトグルリンク57を介して位置発信器58が結合されており、この位置発信器は管の外に配置されている位置検出器（ここでは図示せず）と共働する。図７から明らかなように、トグルリンク55、57は圧縮ばね59、60の作用下にあり、これらの圧縮ばね59、60によって加工ユニット56および位置発信器58は半径方向外側に即ち衝突体47の前に揺動されている。トグルリンク55がそれぞれ二つの平行軸線を有しているので、加工ユニット56および位置発信器58は管壁に完全に接触させられる。図７において右側に、外力Ｐが加工ユニット56に作用するときにどのような事が生ずるかが示されている。即ち圧縮ばね59が圧縮され、加工ユニット56が内側に向かって変位する。そのような状態は例えばマニピュレータが曲がり管を通過するときに生ずる。なお念のために言及しておけば、加工ユニット56および位置発信器58がフレーム60ないし61の内部に配置され、このフレーム内でもう一つの軸線A1を中心として揺動でき、これによって自在継手式懸架が保証されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図８】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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