(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置測定手段からの情報に基づいて金属板上を自走し、金属板表面または内部に存在する欠陥の有無を検査する金属板用自走式検査装置であって、
前記検査装置は、正転・逆転可能な少なくとも２つの車輪と前記車輪を駆動する駆動部を有する台車と、
台車に搭載され、金属板を検査する超音波探傷の探触子を備えた探傷ヘッドと、
前記位置測定手段により認識した前記検査装置の位置と別途与えられる検査地点である目標位置との偏差を演算し、その偏差が最小になるように前記駆動部に前記車輪の正転・逆転・停止の指令を与え、前記検査装置を所定の目標位置に自律走行させるように制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、前記検査装置の重量変化、または前記金属板と前記探傷ヘッドとの摺動抵抗、またはこれらの両方を検出し、その検出値から求められた補正値を前記指令にフィードバックする機能を有することを特徴とする金属板用自走式検査装置。
【請求項２】
前記検査装置は、前記探傷ヘッドと前記金属板との間に水を供給する水タンクを有し、
前記制御手段は、前記水タンクの残水量を検出する残水量センサを有し、前記残水量センサの検出値から前記検査装置の重量変化を求めて補正値を算出することを特徴とする請求項１に記載の金属板用自走式検査装置。
【請求項３】
前記検査装置は、前記探傷ヘッドを支持する支持部材を有し、前記制御手段は、前記支持部材の曲げ応力を検出する歪ゲージを有し、前記歪ゲージの検出値から前記摺動抵抗を求めて補正値を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属板用自走式検査装置。
【請求項４】
前記探傷ヘッドの底面に設けられた電磁石をさらに具備し、前記制御手段は、検査装置の目標位置と自己位置の偏差もしくは目標制御パターンと実績の偏差を検出し、その検出量に応じて電磁石の磁力を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金属板用自走式検査装置。
【請求項５】
位置測定手段からの情報に基づいて金属板上を自走し、金属板表面または内部に存在する欠陥の有無を検査する金属板用自走式検査装置であって、
前記検査装置は、正転・逆転可能な少なくとも２つの車輪と前記車輪を駆動する駆動部を有する台車と、
台車に搭載され、金属板を検査する超音波探傷の探触子を備えた探傷ヘッドと、
前記探傷ヘッドの底面に設けられた電磁石と、
前記位置測定手段により認識した前記検査装置の位置と別途与えられる検査地点である目標位置との偏差を演算し、その偏差が最小になるように前記駆動部に前記車輪の正転・逆転・停止の指令を与え、前記検査装置を所定の目標位置に自律走行させるように制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、検査装置の目標位置と自己位置の偏差もしくは目標制御パターンと実績の偏差を検出し、その検出量に応じて電磁石の磁力を制御することを特徴とする金属板用自走式検査装置。
【請求項６】
前記探傷ヘッドを支持する支持部材を有し、前記支持部材は弾性体を介して前記台車に支持され、前記弾性体により、前記金属板と前記探傷ヘッドとの摺動抵抗をキャンセルすることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の金属板用自走式検査装置。
【請求項７】
前記弾性体の変位を検出する検出器をさらに有し、前記制御手段は、前記検出器の検出値に基づいて前記電磁石の磁力を制御することを特徴とする請求項６に記載の金属板用自走式検査装置。
【請求項８】
前記探傷ヘッドは、前記金属板用自走式検査装置の進行方向に沿って前後に移動可能であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の金属板用自走式検査装置。
【請求項９】
位置測定手段からの情報に基づいて金属板上で金属板用自走式検査装置を自走させ、金属板表面または内部に存在する欠陥の有無を検査する金属板用自走式検査方法であって、
正転・逆転可能な少なくとも２つの車輪を駆動部により駆動させる台車に金属板を検査する超音波探傷の探触子を備えた探傷ヘッドを装備した状態とし、
前記位置測定手段により認識した前記検査装置の位置と別途与えられる検査地点である目標位置との偏差を演算し、その偏差が最小になるように前記駆動部に前記車輪の正転・逆転・停止の指令を与えるとともに、前記検査装置の重量変化、または前記金属板と前記探傷ヘッドとの摺動抵抗、またはこれらの両方を検出し、その検出値から求められた補正値を前記指令にフィードバックすることを特徴とする金属板用自走式検査方法。
【請求項１０】
前記検査装置は、前記探傷ヘッドと前記金属板との間に水を供給する水タンクを有し、前記水タンクの残水量を検出する残水量センサの検出値から前記検査装置の重量変化を求めることを特徴とする請求項９に記載の金属板用自走式検査方法。
【請求項１１】
前記検査装置は、前記探傷ヘッドを支持する支持部材を有し、前記支持部材の曲げ応力を検出する歪ゲージの検出値から前記摺動抵抗を求めることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の金属板用自走式検査方法。
【請求項１２】
前記探傷ヘッドの底面に電磁石を設け、検査装置の目標位置と自己位置の偏差もしくは目標制御パターンと実績の偏差を検出し、その検出量に応じて電磁石の磁力を制御することを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の金属板用自走式検査方法。
【請求項１３】
位置測定手段からの情報に基づいて金属板上で金属板用自走式検査装置を自走させ、金属板表面または内部に存在する欠陥の有無を検査する金属板用自走式検査方法であって、
正転・逆転可能な少なくとも２つの車輪を駆動部により駆動させる台車に金属板を検査する超音波探傷の探触子を備えた探傷ヘッドを装備した状態とし、
前記探傷ヘッドの底面に電磁石を設け、
前記位置測定手段により認識した前記検査装置の位置と別途与えられる検査地点である目標位置との偏差を演算し、その偏差が最小になるように前記駆動部に前記車輪の正転・逆転・停止の指令を与えるとともに、検査装置の目標位置と自己位置の偏差もしくは目標制御パターンと実績の偏差を検出し、その検出量に応じて電磁石の磁力を制御することを特徴とする金属板用自走式検査方法。
【請求項１４】
前記探傷ヘッドは支持部材により支持され、前記支持部材は弾性体を介して前記台車に支持され、前記弾性体により、前記金属板と前記探傷ヘッドとの摺動抵抗をキャンセルすることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の金属板用自走式検査方法。
【請求項１５】
前記弾性体の変位を検出器により検出し、前記検出器の検出値に基づいて前記電磁石の磁力を制御することを特徴とする請求項１４に記載の金属板用自走式検査方法。
【請求項１６】
金属板上を自走し、金属板表面または内部に存在する欠陥の有無を検査する金属板用自走式検査装置と、前記検査装置の位置の測定を行う位置測定手段とを有し、前記位置測定手段により測定された位置情報に基づいて前記検査装置を自走させて金属板の測定を行う検査システムであって、
前記検査装置は、請求項１から請求項８のいずれかの構成を有することを特徴とする検査システム。
【請求項１７】
前記位置測定手段は、三角測量の原理に基づいて屋内空間での前記検査装置の位置を測定する屋内位置測定システムであることを特徴とする請求項１６に記載の検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋内で金属板上を自走して金属板の検査を行う金属板用自走式検査装置および金属板用自走式検査方法、ならびにそれを用いた検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼板等の金属板の品質を保証するために、鋼板等の傷や内部欠陥を、超音波探傷にて検査することが行われている。例えば、生産ラインの送りローラ上を搬送される鋼板等の金属板に、複数個並列に並べられた超音波探傷ヘッドを接触させて自動で検査したり、生産ライン外で鋼板等の金属板に超音波探傷ヘッドを接触させて、人手により検査している。
【０００３】
一般に、超音波探傷ヘッドはケーブルで超音波探傷器と接続され、超音波探傷ヘッドで計測された信号が超音波探傷器に入力され、その出力がデータ処理装置に入力されて処理され、傷の有無が探査される。また、鋼板等の金属板の検査面には、超音波の媒体として水が散布される。したがって、人手により金属板を検査する場合は、この方法では、金属板の全面が水で濡れて滑り易い状態となり、検査員が段差がある金属板上を移動する際に転倒する危険性がある。
【０００４】
このような危険性を回避するために、自動探傷装置（自走式検査装置）が開発されている。最も単純なものは、金属板上を移動できる自走式台車に探傷ヘッドを搭載したものである。このような検査装置では金属板の全面を走査するために、金属板の周囲にリブ板等を取り付ける必要がある。
【０００５】
また、特許文献１に開示された自動探傷装置は、図１８に示すように、履帯台車８はキャタピラー状の履帯８ａで走行し、横方向に移動する際は、横方向移動車輪８ｂで走行する。履帯台車８の前後には金属板端縁検出センサ２ｂが設けられ、ガイドレールに金属板上の傷を検査する探触子２ａが設けられている。履帯台車８は金属板１の端縁に設けられたメジャーＡと金属板１の基準点Ｐに設けられた伸縮自在メジャーＢによって探査位置が算出できるようになされている。
【０００６】
また、自走する検査装置の位置を測定する手法としては、誘導線を走行経路に設置する方法、走行経路の床面や天井面をテレビカメラで撮影して、その映像を画像処理する方法、ジャイロセンサを搭載して、走行速度と角速度を高速に積算して、現在位置を算出する方法が広く知られており、このような手法に基づく位置測定手段により測定した位置に基づいて自走する検査装置の位置を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１７２７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、自走する検査装置は、車輪を有する台車に、金属板の傷を検査する検査用センサを備えた探傷ヘッドを含む検査用機器を搭載して構成されたものであり、検査装置の位置制御を行う場合には、上述のような位置測定手段を用いて測定した検査装置の位置と所定の目標位置との偏差を求め、その偏差に応じて制御部から車輪を駆動する駆動部に指令を出して台車を所定の目標位置に移動させることが一般的であると考えられる。
【０００９】
しかしながら、検査装置に超音波探傷の際の媒体となる水を貯留するタンクが存在する場合、散水することにより検査途中で検査装置の重量が変化し、その重量変化が制御の外乱となる。また、超音波探傷の場合、超音波探触子を備えた探傷ヘッドは、検査中は金属板に常に接触するため、金属板の種類、製造プロセスの違いに起因する表面の状態によって、探傷ヘッドと金属板との間に発生する摺動抵抗の大きさが変化し、それが制御の外乱となる。
【００１０】
このため、自走式検査装置の位置制御の精度が不十分となってしまう可能性がある。
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、位置制御精度が高い金属板用自走式検査装置および金属板用自走式検査方法、ならびにそれを用いた検査システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は以下の（１）〜（１７）を提供する。
（１）位置測定手段からの情報に基づいて金属板上を自走し、金属板表面または内部に存在する欠陥の有無を検査する金属板用自走式検査装置であって、
前記検査装置は、正転・逆転可能な少なくとも２つの車輪と前記車輪を駆動する駆動部を有する台車と、
台車に搭載され、金属板を検査する超音波探傷の探触子を備えた探傷ヘッドと、
前記位置測定手段により認識した前記検査装置の位置と別途与えられる検査地点である目標位置との偏差を演算し、その偏差が最小になるように前記駆動部に前記車輪の正転・逆転・停止の指令を与え、前記検査装置を所定の目標位置に自律走行させるように制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、前記検査装置の重量変化、または前記金属板と前記探傷ヘッドとの摺動抵抗、またはこれらの両方を検出し、その検出値から求められた補正値を前記指令にフィードバックする機能を有することを特徴とする金属板用自走式検査装置。
【００１３】
（２）前記検査装置は、前記探傷ヘッドと前記金属板との間に水を供給する水タンクを有し、
前記制御手段は、前記水タンクの残水量を検出する残水量センサを有し、前記残水量センサの検出値から前記検査装置の重量変化を求めて補正値を算出することを特徴とする（１）に記載の金属板用自走式検査装置。
【００１４】
（３）前記検査装置は、前記探傷ヘッドを支持する支持部材を有し、前記制御手段は、前記支持部材の曲げ応力を検出する歪ゲージを有し、前記歪ゲージの検出値から前記摺動抵抗を求めて補正値を算出することを特徴とする（１）または（２）に記載の金属板用自走式検査装置。
【００１５】
（４）前記探傷ヘッドの底面に設けられた電磁石をさらに具備し、前記制御手段は、検査装置の目標位置と自己位置の偏差もしくは目標制御パターンと実績の偏差を検出し、その検出量に応じて電磁石の磁力を制御することを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の金属板用自走式検査装置。
【００１６】
（５）位置測定手段からの情報に基づいて金属板上を自走し、金属板表面または内部に存在する欠陥の有無を検査する金属板用自走式検査装置であって、
前記検査装置は、正転・逆転可能な少なくとも２つの車輪と前記車輪を駆動する駆動部を有する台車と、
台車に搭載され、金属板を検査する超音波探傷の探触子を備えた探傷ヘッドと、
前記探傷ヘッドの底面に設けられた電磁石と、
前記位置測定手段により認識した前記検査装置の位置と別途与えられる検査地点である目標位置との偏差を演算し、その偏差が最小になるように前記駆動部に前記車輪の正転・逆転・停止の指令を与え、前記検査装置を所定の目標位置に自律走行させるように制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、検査装置の目標位置と自己位置の偏差もしくは目標制御パターンと実績の偏差を検出し、その検出量に応じて電磁石の磁力を制御することを特徴とする金属板用自走式検査装置。
【００１７】
（６）前記探傷ヘッドを支持する支持部材を有し、前記支持部材は弾性体を介して前記台車に支持され、前記弾性体により、前記金属板と前記探傷ヘッドとの摺動抵抗をキャンセルすることを特徴とする（４）または（５）に記載の金属板用自走式検査装置。
【００１８】
（７）前記弾性体の変位を検出する検出器をさらに有し、前記制御手段は、前記検出器の検出値に基づいて前記電磁石の磁力を制御することを特徴とする（６）に記載の金属板用自走式検査装置。
【００１９】
（８）前記探傷ヘッドは、前記金属板用自走式検査装置の進行方向に沿って前後に移動可能であることを特徴とする（１）から（７）のいずれかに記載の金属板用自走式検査装置。
【００２０】
（９）位置測定手段からの情報に基づいて金属板上で金属板用自走式検査装置を自走させ、金属板表面または内部に存在する欠陥の有無を検査する金属板用自走式検査方法であって、
正転・逆転可能な少なくとも２つの車輪を駆動部により駆動させる台車に金属板を検査
する超音波探傷の探触子を備えた探傷ヘッドを装備した状態とし、
前記位置測定手段により認識した前記検査装置の位置と別途与えられる検査地点である目標位置との偏差を演算し、その偏差が最小になるように前記駆動部に前記車輪の正転・逆転・停止の指令を与えるとともに、前記検査装置の重量変化、または前記金属板と前記探傷ヘッドとの摺動抵抗、またはこれらの両方を検出し、その検出値から求められた補正値を前記指令にフィードバックすることを特徴とする金属板用自走式検査方法。
【００２１】
（１０）前記検査装置は、前記探傷ヘッドと前記金属板との間に水を供給する水タンクを有し、前記水タンクの残水量を検出する残水量センサの検出値から前記検査装置の重量変化を求めることを特徴とする（９）に記載の金属板用自走式検査方法。
【００２２】
（１１）前記検査装置は、前記探傷ヘッドを支持する支持部材を有し、前記支持部材の曲げ応力を検出する歪ゲージの検出値から前記摺動抵抗を求めることを特徴とする（９）または（１０）に記載の金属板用自走式検査方法。
【００２３】
（１２）前記探傷ヘッドの底面に電磁石を設け、検査装置の目標位置と自己位置の偏差もしくは目標制御パターンと実績の偏差を検出し、その検出量に応じて電磁石の磁力を制御することを特徴とする（９）から（１１）のいずれかに記載の金属板用自走式検査方法。
【００２４】
（１３）位置測定手段からの情報に基づいて金属板上で金属板用自走式検査装置を自走させ、金属板表面または内部に存在する欠陥の有無を検査する金属板用自走式検査方法であって、
正転・逆転可能な少なくとも２つの車輪を駆動部により駆動させる台車に金属板を検査する超音波探傷の探触子を備えた探傷ヘッドを装備した状態とし、
前記探傷ヘッドの底面に電磁石を設け、
前記位置測定手段により認識した前記検査装置の位置と別途与えられる検査地点である目標位置との偏差を演算し、その偏差が最小になるように前記駆動部に前記車輪の正転・逆転・停止の指令を与えるとともに、検査装置の目標位置と自己位置の偏差もしくは目標制御パターンと実績の偏差を検出し、その検出量に応じて電磁石の磁力を制御することを特徴とする金属板用自走式検査方法。
【００２５】
（１４）前記探傷ヘッドは支持部材により支持され、前記支持部材は弾性体を介して前記台車に支持され、前記弾性体により、前記金属板と前記探傷ヘッドとの摺動抵抗をキャンセルすることを特徴とする（１２）または（１３）に記載の金属板用自走式検査方法。
【００２６】
（１５）前記弾性体の変位を検出器により検出し、前記検出器の検出値に基づいて前記電磁石の磁力を制御することを特徴とする（１４）に記載の金属板用自走式検査方法。
【００２７】
（１６）金属板上を自走し、金属板表面または内部に存在する欠陥の有無を検査する金属板用自走式検査装置と、前記検査装置の位置の測定を行う位置測定手段とを有し、前記位置測定手段により測定された位置情報に基づいて前記検査装置を自走させて金属板の測定を行う検査システムであって、
前記検査装置は、（１）から（８）のいずれかの構成を有することを特徴とする検査システム。
【００２８】
（１７）前記位置測定手段は、三角測量の原理に基づいて屋内空間での前記検査装置の位置を測定する屋内位置測定システムであることを特徴とする（１６）に記載の検査システム。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、位置測定手段により認識した検査装置の位置と検査地点である目標位置との偏差を演算し、その偏差が最小になるように前記駆動部に前記車輪の正転・逆転・停止の指令を与え、前記検査装置を所定の目標位置に自律走行させる制御手段が、検査装置の重量変化、または前記金属板と前記探傷ヘッドとの摺動抵抗、またはこれらの両方を検出し、その検出値から求められた補正値を前記指令にフィードバックするので、検査装置の位置制御精度を高くすることができる。また、検査装置の目標位置と自己位置の偏差もしくは目標制御パターンと実績の偏差を検出し、その検出量に応じて電磁石の磁力を制御することにより、目標走行ルートに対して位置制御精度が高い金属板用自走式検査装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】金属板用自走式検査装置を含む検査システムの第１の例を示す斜視図である。
【図２】金属板用自走式検査装置を含む検査システムの第２の例を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置の本体を示す側面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置の本体を示すＡ−Ａ線による水平断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置の本体を示す正面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置に用いられる台車の駆動部を拡大して示す断面図である。
【図８】金属板用自走式検査装置の走行方向を決定するステアリングパターンを説明するための説明図である。
【図９】車輪駆動用モータおよび旋回用モータとしてステッピングモータを採用した場合において、金属板用自走式検査装置の本体を目標地点に制御する場合における本体重量による速度パターンの違いを説明するための説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る金属板用自走式検査装置を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る金属板用自走式検査装置の本体を示す側面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る金属板用自走式検査装置の本体を示す正面図である。
【図１３】車輪駆動用モータおよび旋回用モータとしてステッピングモータを採用した場合において、金属板用自走式検査装置の本体を目標地点に制御する場合における摺動抵抗の有無による速度パターンの違いを説明するための説明図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る金属板用自走式検査装置を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る金属板用自走式検査装置の本体を示す側面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る金属板用自走式検査装置の本体を示す正面図である。
【図１７】車輪駆動用モータおよび旋回用モータとしてステッピングモータを採用した場合において、金属板用自走式検査装置の本体を目標地点に制御する場合における磁力制御の有無による速度パターンの違いを説明するための説明図である。
【図１８】従来の技術を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜金属板用自走式検査装置を含む検査システム＞
最初に本発明に係る金属板用自走式検査装置を含む検査システムについて説明する。
図１は金属板用自走式検査装置を含む検査システムの第１の例を示す斜視図、図２は金属板用自走式検査装置を含む検査システムの第２の例を示す斜視図である。
【００３２】
図１に示すように、第１の例では、検査システム１００は、位置測定手段としての屋内位置測定システム２００と、金属板用自走式検査装置３００（以下、検査装置３００とする）とを有する。
【００３３】
本例において用いる屋内位置測定システム２００は、三角測量の原理に基づいて屋内空間での自己位置測定を行うものである。具体的には、屋内位置測定システム２００は、屋内に設置された複数の航法用送信機１１と、航法用受信機１２と、位置演算用ソフトウェアを含むホストコンピュータ１３とから構成される。
【００３４】
検査装置３００は、金属板上を自走して金属板の表面または内部の欠陥の有無を検査するものであり、車輪および駆動部を有する台車１４と、台車１４に設けられた、検査用センサである超音波探触子を備えた探傷ヘッド３５および超音波探傷器３２を含む検査機器１５と、検査装置本体を別途与えられる所定の目標位置に自律走行させるための制御系とを備えている。制御系は、搭載コンピュータ２１を有する。上記ホストコンピュータ１３もこの制御系の一部として機能する。検査機器１５、および制御系のホストコンピュータ１３以外のものは台車１４に搭載され、検査装置３００を構成する。検査装置３００の詳細な構成は後述する。
【００３５】
屋内位置測定システム２００には、例えばＩＧＰＳ（Ｉｎｄｏｏｒ  Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を適用することができる。ＩＧＰＳは、衛星航法システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を屋内位置測定システムに適用したものである。ＩＧＰＳについては、米国特許第６，５０１，５４３号明細書に詳細に記載されている。
【００３６】
屋内位置測定システム２００にＩＧＰＳを適用する場合は、各航法用送信機１１は、回転ファンビーム（扇形ビーム）を射出する。回転ファンビームはレーザファンビームであってもよく、他の光放射手段であってもよい。航法用受信機１２は送信機から射出される回転ファンビームを受信する。このとき、回転ファンビームは所定の角度でずれており、これを受信する受信機の３次元座標値（以下、「座標値」という）、すなわち位置または高さを測定することができる。航法用受信機１２が受信した受信情報はホストコンピュータ１３に無線伝送され、ホストコンピュータ１３により、三角測量の原理に従って、航法用受信機１２の位置を演算する。複数の送信機１１から受信した信号を用いて、また演算を繰り返すことにより、航法用受信機１２を搭載した走行中の検査装置３００の位置情報をリアルタイムで得ることができる。
【００３７】
一方、図２に示すように、第２の例では、検査システム１００′は、第１の例とは構成が異なる屋内位置測定システム２００′と、検査装置３００とを有する。
【００３８】
屋内位置測定システム２００′は、三角測量の原理に基づいて屋内空間での自己位置測定を行う屋内位置測定システムであるが、第１の例とは逆に、検査装置３００側に航法用送信機を搭載する。このような例として、オフィスビル内を自律走行する清掃ロボットに搭載されたレーザ三角測量技術が挙げられる（例えば、http://robonable.typepad.jp/news/2009/11/25subaru.html参照）。具体的には、本例における屋内位置測定システム２００′は、検査装置３００の本体に設置された航法用送信機１２′と、屋内に設置された複数のリフレクタ１１′と、位置演算用ソフトウェアを含むホストコンピュータ１３とから構成される。
【００３９】
本例では、第１の例と同じ構成の検査装置３００を用いる。すなわち、本例においても検査装置３００は、金属板１０上を走行する台車１４と、台車１４に設けられた、検査用センサである超音波探触子を備えた探傷ヘッド３５および超音波探傷器３２を含む検査機器１５と、本体を所定の目標位置に自立走行させるための制御系とを備えている。
【００４０】
本例では、屋内位置測定システム２００′の航法用送信機１２′はレーザ三角測量を行うべく構成され、航法用送信機１２′は検査装置３００の上部に設けられ、レーザを投光および受光する機能を有する。そして、航法用送信機（レーザ三角測量）１２′から水平面に３６０°レーザＬを投光し、リフレクタ１１′からの反射光を受光し、反射光が戻ってくるまでの時間から検査装置３００と各リフレクタ１１′との距離を、また、反射光の角度から各リフレクタ１１′の方向をそれぞれ認識し、事前に登録したリフレクタの座標位置と比較することで検査装置３００の位置や方向を算出することが可能となる。
【００４１】
位置測定手段としては、第１の例および第２の例に代表される三角測量の原理に基づいて屋内空間での自己位置測定を行うものを好適に用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００４２】
＜第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置＞
次に、本発明の第１の実施形態に係る検査装置３００について説明する。
【００４３】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る検査装置３００を示すブロック図、図４は検査装置３００の側面図、図５は検査装置３００のＡ−Ａ線による水平断面図、図６は検査装置３００の正面図、図７は駆動部を拡大して示す断面図である。
【００４４】
本実施形態において、検査装置３００は、上述したように、台車１４と、超音波探触子を備えた探傷ヘッド３５および超音波探傷器３２を含む検査機器１５と、検査装置３００を所定の目標位置に自律走行させるための制御系とを備えている。さらに、検査装置３００は、図３のブロック図に示すように、金属板１０のエッジを検知するエッジ検知用センサ２２と、ＩＯボード２３と、走査アクチュエータ２４と、コントローラおよびドライバを含み、制御系の一部をなす駆動制御部２５と、水供給手段としての水タンク３４と、水タンク３４内の残水量を測定する残水量センサ４４と、残水量センサ４４からの信号を増幅するアンプ４５とを備え、これらは台車１４に搭載されている。ＩＯボード２３は、エッジ検知用センサ２２およびアンプ４５からの信号を搭載コンピュータ２１に導く。また、台車１４は、走行用の車輪２６と、車輪駆動用および旋回用の車輪用モータ２７とを備えている。
【００４５】
制御系の一部としても機能するホストコンピュータ１３は、図３に示すように、上述した屋内位置測定システム２００の航法用受信機１２または屋内位置測定システム２００′の航法用送信機１２′の位置を演算するための現在位置演算用ソフトウェア１６と、目標検査位置、経路情報を設定し、また搭載コンピュータ２１からの検査データ、検査位置情報を評価する設定・評価ソフトウェア１７とを有する。なお、検査装置３００の制御系として、ホストコンピュータ１３を用いずに、搭載コンピュータ２１のみで制御するようにしてもよい。
【００４６】
検査装置３００は、目標ルートに沿って自律走行する機能と、金属板１０の検査を行う機能の２つの機能を有する。
【００４７】
前者の機能については、例示した屋内位置測定システム２００または２００′のような位置測定手段からの情報に基づいて、搭載コンピュータ２１、駆動制御部２５、車輪２６、および車輪用モータ２７が担う。すなわち、前述のホストコンピュータ１３における演算結果である検査装置３００の位置情報および目標検査位置に関する情報は、それぞれ無線通信により搭載コンピュータ２１に無線伝送され、搭載コンピュータ２１において目標検査位置に対する現在位置の偏差を演算する。同偏差のうち検査装置３００の位置に依存する偏差が０となるように、駆動制御部２５から車輪用モータ２７に速度指令等の制御信号を出力して、車輪２６の速度、ステアリング角度のフィードバック制御を行うことで目標走行ルートに沿った自律走行を行う。また、搭載コンピュータ２１では、残水量センサ４４により検出した水タンク３４の残水量に基づいて、検査装置３００の重量変化を求め、本体の走行制御に関連する制御パラメータにフィードバックし、制御パラメータを自動調整する。
【００４８】
後者の機能については、金属板１０と接触させて検査を行う超音波探触子を備えた探傷ヘッド３５を含む検査機器１５、探傷ヘッド３５を水平方向に走査するための走査アクチュエータ２４、搭載コンピュータ２１、および駆動制御部２５が担う。すなわち、搭載コンピュータ２１においてホストコンピュータ１３からの目標検査位置と現在位置情報より、検査機器１５の構成要素である超音波探触子を含む探傷ヘッド３５を走査する走査アクチュエータ２４の必要走査量を演算し、駆動制御部２５はその必要走査量分だけ走査アクチュエータ２４を走査させる。走査アクチュエータ２４の位置情報は搭載コンピュータ２１にフィードバックされ、現在位置情報と合わせて検査位置情報として演算される。検査機器１５による検査データは検査機器からＩＯボード２３を介して搭載コンピュータ２１に取り込まれ、検査位置情報と合わせて、ホストコンピュータ１３に無線送信される。このとき、走査アクチュエータ２４に対して、検査装置３００を自律走行させる制御と連動して探傷ヘッド３５の位置制御をしてもよいし、検査装置３００の自律走行と独立して探傷ヘッド３５の位置制御をしてもよい。
【００４９】
次に、検査装置３００の本体の具体的な構成について、図４〜７を参照して説明する。
【００５０】
検査装置３００は、上段部３０１ａ、中段部３０１ｂ、下段部３０１ｃに分かれている。
【００５１】
上段部３０１ａには、搭載コンピュータ２１、ＩＯボード２３の他、検査機器１５の一部をなす超音波探傷器３２および無線通信ユニット３３、さらにはアンプ４５が搭載されている。また、上段部３０１ａには、位置測定システム２００の航法用受信機１２または位置測定システム２００′の航法用送信機１２′が取り付けられている。
【００５２】
中段部３０１ｂには、上述した水供給手段としての水タンク３４が搭載されている。超音波探傷による金属板１０の検査を行う場合には、探傷ヘッド３５と金属板１０との間は常時水で満たしておく必要があるため、水タンク３４から水供給用ホース（図示せず）を介して、探傷ヘッド３５と金属板１０との間に常時水を供給する。水タンク３４には、水タンク３４内の残水量を測定する残水量センサ４４が設けられている。図示の例では残水量センサ４４としてフロート式レベル計を用いているが、残水量センサ４４としてはフロート式レベル計に限らず、超音波式、静電容量式、圧力式等、一般的に用いられるレベル計を用いることができる。
【００５３】
下段部３０１ｃには、走行用の車輪２６、ならびに車輪用モータ２７としての駆動用モータ２７ａおよび旋回用モータ２７ｂが取り付けられている。また、下段部３０１ｃの周囲にはエッジ検知用センサ２２および検査機器１５の一部をなす探傷ヘッド３５が取り付けられている。さらに、下段部３０１ｃには、エッジ検知用センサコントローラ３７およびバッテリー３８が搭載されている。
【００５４】
探傷ヘッド３５は、検査用センサである超音波探触子を有しており、探傷ヘッド３５は、探傷ヘッド支持機構３６を介して垂直アーム３９に取り付けられており、垂直アーム３９は垂直レール４０に沿って垂直方向に移動可能となっている。また、垂直アーム３９は取付部４１により水平レール４２に取り付けられており、水平レール４２は走査アクチュエータ２４（図４、５、６では図示せず）により検査装置３００に設けられた水平走査軸４３に沿って走査される。検査時には、探傷ヘッド３５は、金属板１０に接触した状態で走査される。
【００５５】
エッジ検知用センサ２２は、例えば、渦流式センサにより構成されており、これにより、金属板１０上を検査装置３００が自律走行している際に板端を検知し、検査装置３００が金属板１０から落下することを防止する。また、これと同時にエッジ検知用センサ２２は、板端の探傷時に、板端に沿って走行するためのセンサとして用いられる。例えば、図５に示すように、探傷ヘッド３５が設置されている側の辺には、それぞれ２つのエッジ検知用センサ２２が探傷ヘッド３５と同一線上となるように設置されており、２つのエッジ検知用センサ２２が常に板端を検出するように検査装置３００の走行方向を制御することにより、板端に沿った検査が可能である。また、探傷ヘッド３５が設置されていない側の辺にも、同様にそれぞれ２つのエッジ検知用センサ２２が配置されている。なお、エッジ検知用センサ２２は、渦流式センサに限らず、レーザセンサ等の他のセンサを用いることができる。設置される数も各辺２つに限られず、適宜増減してよい。
【００５６】
車輪２６は、台車１４の底部に各々独立に水平面に対して９０°以上旋回可能に４つ設置されている。
【００５７】
駆動部５０は、各車輪を独立して駆動するもので車輪毎に設けられており、それぞれ、図７に示すように、車輪用モータ２７として、車輪駆動用モータ２７ａとステアリングのための旋回用モータ２７ｂとを有する。ステアリングのための旋回用モータ２７ｂの軸にはピニオンギア５１が取り付けられており、そのピニオンギア５１がステアリングターンテーブル５２の外円周縁のラックギア５３に噛合されている。
【００５８】
ステアリングターンテーブル５２の上部には車輪駆動用モータ２７ａのハウジング（図示せず）が装着されており、車輪駆動用モータ２７ａの減速ギアの出力回転軸５４がステアリングターンテーブル５２を通過して下方に延びている。出力回転軸５４の下端には、第１交差軸ギア５５が結合されている。第１交差軸ギア５５には第２交差軸ギア５６が噛合されており、第２交差軸ギア５６は車輪２６の軸部材５７に結合されている。軸部材５７は、ステアリングターンテーブル５２から下方に延びた懸架構造５８により回転可能に支持されている。
【００５９】
したがって、駆動用モータ２７ａにより各車輪２６が回転され、旋回用モータ２７ｂにより車輪２６がステアリングターンテーブル５２および懸架構造５８とともに旋回されるようになっている。車輪駆動用モータ２７ａは、車輪を正転・逆転させることができる。旋回用モータ２７ｂは、車輪２６に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに９０°以上旋回させることができるようになっている。
【００６０】
検査装置３００の走行方向を決定するステアリングパターンとしては、図８に示すようなものを挙げることができる。図８の（ａ）は左右移動、（ｂ）は斜め移動、（ｃ）は前後移動、（ｄ）は超信地旋回のステアリング状態を示している。なお、超信地旋回とは、油圧ショベルや戦車など履帯（クローラー）を持つ車輌が、左右のクローラーを同速度で互いに反対方向に動かすことによって、移動することなくその場で回転しながら所定の方向に向きを変えることをいうが、履帯が無く複数の車輪のみがある場合でも実現できる。
【００６１】
次に、第１の実施形態に係る検査装置３００における検査動作について説明する。
【００６２】
金属板１０の検査に際しては、以上のように構成された検査装置３００を、あらかじめ決定された検査パターンに応じて金属板１０上で走行させる。
【００６３】
このとき、ホストコンピュータ１３における演算結果である検査装置３００の位置情報および目標検査位置に関する情報は、それぞれ無線通信により搭載コンピュータ２１に無線伝送され、搭載コンピュータ２１において目標検査位置に対する現在位置の偏差を演算する。同偏差のうち検査装置３００の位置に依存する偏差が０となるように、駆動制御部２５から車輪用モータ２７に速度指令等の制御信号を出力して、車輪２６の正転・逆転・停止を指示するとともに、車輪２６の速度、ステアリング角度のフィードバック制御を行うことで目標走行ルートに沿った自律走行を行う。
【００６４】
そして、金属板１０と接触させて検査を行う超音波探触子を備えた探傷ヘッド３５を含む検査機器１５により、金属板１０の検査を行う。このとき、必要に応じて、走査アクチュエータ２４により探傷ヘッド３５を走査する。この際には、搭載コンピュータ２１において、ホストコンピュータ１３からの目標検査位置と現在位置情報より、探傷ヘッド３５を走査する走査アクチュエータ２４の必要走査量を演算し、その演算結果に基づいて駆動制御部２５により走査アクチュエータ２４を走査させ、走査アクチュエータ２４の位置情報を搭載コンピュータ２１にフィードバックし、現在位置情報と合わせて検査位置情報として演算する。
【００６５】
具体的な検査パターンとしては、例えば、最初に金属板の四周辺（周縁部）の探傷を行い、次いでの四周辺以外の内側部分の探傷を所定ピッチで行うものを挙げることができる。
【００６６】
金属板の四周辺の探傷においては、探傷ヘッド３５と同一線上となるように設けられた２つのエッジ検知用センサ２２が常に板端を検出するように装置の走行方向を制御して走行しながら検査を行う。このとき、探傷ヘッド３５は、目標検査位置および検査経路に基づき、走査アクチュエータ２４により所定位置に設定されている。このようにして一辺の板端の探傷を行っているときに、走行方向の先にある板端位置が近づいてくると、検査装置３００の減速を開始させ、検査装置３００の正面に設置された、２つのエッジ検知用センサ２２が金属板１０のエッジを検出した時点で検査装置３００を一旦停止させる。続いて、探傷ヘッド３５を走査アクチュエータ２４により、板端位置に到るまで移動させる。検査装置３００が停止した状態で旋回用モータ２７ｂを駆動し、車輪２６をそれまでの進行方向と直交する向きとなるようにステアリングする。そして、検査装置３００を前進させ、同様に次の辺の板端の検査を行う。以下、これらの動作を所定の四周探傷が完了するまで繰り返す。
【００６７】
金属板１０の四周辺以外の内側部分は板端に依存せず、前述の目標検査位置および検査経路に基づいて検査を行う。検査経路としては、例えば、検査装置３００を、最初に圧延方向に移動させ、所定の位置に達したら、圧延方向に直交する方向に所定ピッチで送り、さらに圧延方向と反対方向に移動させ、これらを繰り返すものを挙げることができる。このとき、目標検査位置および検査経路に応じて、走査アクチュエータ２４の走査量を決定し、それに基づいて探傷ヘッド３５を所定位置まで移動させておき、その状態で、車輪２６の駆動、ステアリングに関する制御をして検査装置３００を自律走行させながら、探傷ヘッド３５を構成する超音波探触子により金属板１０の超音波探傷を行う。
【００６８】
以上のような検査により得られた検査データを、ＩＯボード２３を介して搭載コンピュータ２１に送り、搭載コンピュータ２１は、検査データを検査位置情報と合わせて、ホストコンピュータ１３に無線送信する。
【００６９】
このように、検査装置３００を走行させながら超音波探傷により金属板１０の検査を行う時には、上述したように、探傷ヘッド３５と金属板１０との間は常時水で満たしておく必要があるため、水供給手段としての水タンク３４が検査装置３００の中段部３０１ｂに設けられ、水タンク３４から水供給用ホースを介して、探傷ヘッド３５と金属板１０との間に常時水を供給する。このため、検査開始直後と検査終了直前では供給された水量に応じて水タンク３４に残っている水量は変化し、これにともなって検査装置３００の本体の重量も変化し、この装置の重量変化が制御外乱となる。
【００７０】
車輪用モータ２７を構成する車輪駆動用モータ２７ａおよび旋回用モータ２７ｂとしては、低速域でのトルクが大きく、安価であり、しかも装置をコンパクト化することが可能なことから、本実施形態ではステッピングモータを採用している。
【００７１】
図９は、車輪駆動用モータ２７ａおよび旋回用モータ２７ｂとしてステッピングモータを採用した場合において、検査装置３００を目標地点に制御する場合における本体重量による速度パターンの違いを説明するための説明図である。図９（ａ）は水タンク３４に水が存在しない場合、図９（ｂ）は水タンク３４に水が存在する場合を示す。
【００７２】
上述したように、搭載コンピュータ２１において演算した目標検査位置に対する検査装置３００の本体（台車１４）の位置の偏差が０となるように、駆動制御部２５は車輪用モータ２７に速度指令を送り、この速度指令に従ってモータ固有の電圧および周波数特性に応じたトルクをモータが発生させる。このとき、図９（ａ）に示すように、装置自重の影響つまり慣性力によって、実際の走行速度パターンには、加速時および減速時ともに、速度指令に対して遅れやオーバーシュートが生じる。速度のずれは目標位置からの自己位置の偏差となるため、偏差を最小にするためには、遅れを見込んで速度指令のタイミングをΔｔだけ早めに変更したり、速度指令における加速度をΔαだけ変更する等のチューニングが必要となる。
【００７３】
水タンク３４に水が存在する場合は、水タンク３４に水が存在しない場合よりも検査装置３００の重量（自重）が大きくなるため、図９（ｂ）に示すように、検査装置３００の走行パターンは、水タンク３４に水が存在しない図９（ａ）の走行パターンとは異なるものとなる。すなわち、検査装置３００の本体の自重が増加することは慣性力が増加することであり、これにより、動き出し（加速）および停止（減速）における加速度が減少する。このため、ある重量を基準として、検査装置３００の走行制御に関連するパラメータ調整を実施した場合、自重が異なることにより、所定の目標位置に到達させることが難しくなるという問題が生ずる。
【００７４】
そこで、本実施形態では、水タンク３４の残りの水量を検知するための残水量センサ４４を設け、残水量センサ４４からの信号を、アンプ４５、ＩＯボード２３を介して搭載コンピュータ２１に取り込み、搭載コンピュータ２１が駆動制御部２５に与える速度指令に関するパラメータを自動調整するようにする。
【００７５】
本実施形態では、残水量センサ４４としてフロート式レベル計を採用している。フロート式レベル計は、水タンク内でフロート（浮き）が浮力の原理によって上下し、フロート内のマグネットによりリードスイッチが作動して検出信号を出力する原理であり、加減速時のスロッシング現象を考慮しても、±１０％の精度で残水量つまり本体の自重を測定することが可能となる。
【００７６】
検査装置３００の本体の最初の速度をｖ１、時間Δｔ後の速度をｖ２とし、本体重量（質量）をｍとすると、測定中に検査装置にかかる全ての負荷をＦａとすれば、「力積＝運動量の変化」からＦａΔｔ＝ｍｖ２−ｍｖ１が成り立ち、走行状態（ｖ１）から装置を停止させる（ｖ２＝０）のに必要となる時間Δｔは本体重量ｍと比例する。そのため、本実施形態においては、測定したタンク残水量に基づき計算した本体重量ｍにチューニングパラメータβを乗じた値であるΔｔ（＝ｍ・β）だけ、速度指令のタイミングを変更する制御を採用する。なお、チューニングパラメータβは目標位置と自己位置の偏差が最小となるように、路面状況を変化させた幾度かの試運転を経て決定すればよい。
【００７７】
実際の制御においては、例えば、検査開始の初期状態である水タンク３４が満水である状態を基準とし、検査の進行にともなう水の減少に対応して本体重量ｍを変化させて速度指令のタイミングを変更する制御を実施する。
【００７８】
このように、本実施形態によれば、水タンク３４内の水量の変化にともなう検査装置３００の本体の重量変化を加味して速度指令のタイミングを制御するので、位置制御精度が高い検査システム１００を実現することができる。特に、ステッピングモータは、制御方式にオープンループ方式を採用しているため、このような制御による効果が大きい。
【００７９】
＜第２の実施形態に係る金属板用自走式検査装置＞
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る検査装置３００を示すブロック図、図１１は検査装置３００の側面図、図１２は検査装置３００の正面図である。
【００８０】
本実施形態に係る検査装置３００は、図１０に示すように、基本的に第１の実施形態と同様に構成されるが、残水量センサ４４とアンプ４５の代わりに、摺動抵抗測定用センサ４６と動歪アンプ４７を有している点が第１の実施形態とは異なっている。摺動抵抗用センサ４６は、探傷ヘッド３５が金属板１０に接触して摺動する場合に、探傷ヘッド３５と金属板１０との間に発生する摺動抵抗を検出するものであり、例えば歪ゲージを用いることができる。動歪アンプ４７は、摺動抵抗用センサ４６からの信号を増幅し、ＩＯボード２３を介して搭載コンピュータ２１に導く。
【００８１】
図１１、１２に示すように、摺動抵抗測定用センサ４６は、超音波探触子を備えた探傷ヘッド３５を台車に支持するための垂直アーム３９に貼り付けるように設けられた歪ゲージとして構成され、探傷ヘッド３５が金属板１０に接触して摺動する際の摺動抵抗に応じて発生する曲げ応力（歪み）を測定するようになっている。また、動歪アンプ４７は、検査装置３００の上段部３０１ａに搭載されている。なお、本例では摺動抵抗測定用センサ４６として歪ゲージを用いたが、これに限らず、静電容量型力覚センサ等を用いることもできる。また、摺動抵抗測定用センサ４６としての歪ゲージを一方の垂直アーム３９に設けた例を示したが、両方の垂直アーム３９に設けてもよく、少なくとも一つであればよい。また、摺動抵抗が検出可能な他の位置に設けてもよい。
【００８２】
本実施形態では、第１の実施形態と同様、検査装置３００は、目標ルートに沿って自律走行する機能と、金属板１０の検査を行う機能の２つの機能を有する。前者の機能については、ホストコンピュータ１３における演算結果である検査装置３００の位置情報および目標検査位置に関する情報が搭載コンピュータ２１に無線伝送され、搭載コンピュータ２１において目標検査位置に対する現在位置の偏差を演算することにより行われ、同偏差のうち検査装置３００の位置に依存する偏差が０となるようにして目標走行ルートに沿った自律走行を行う。また、搭載コンピュータ２１では、摺動抵抗測定センサ４６により探傷ヘッド３５と金属板１０との間の摺動抵抗を求め、本体の走行制御に関連する制御パラメータにフィードバックし、制御パラメータを自動調整する。後者の機能については、第１の実施形態と同様である。
【００８３】
このように構成された第２の実施形態に係る検査装置３００においては、第１の実施形態と同様に、検査装置３００自体の位置情報を取得し、目標検査位置および検査経路（検査パターン）を設定した後、検査パターンに応じて検査装置３００を金属板１０上で走行させ、金属板１０の検査を行う。
【００８４】
このように、検査装置３００を走行させながら超音波探傷により金属板１０の検査を行う時には、検査対象である金属板１０と探傷ヘッド３５との間に摺動抵抗が発生する。この摺動抵抗は、金属板の種類や製造プロセスの違い等によって生じる鋼板表面の粗度や錆の状態の変化に応じて、その大きさが変化し、この摺動抵抗が制御の外乱となる。
【００８５】
第１の実施形態と同様、車輪用モータ２７を構成する車輪駆動用モータ２７ａおよび旋回用モータ２７ｂとしてステッピングモータを使用しているため、金属板１０と、探傷ヘッド３５との間の摺動抵抗の変化が制御に影響し、高速高精度な位置決めを行い難くなる。
【００８６】
図１３は、車輪駆動用モータ２７ａおよび旋回用モータ２７ｂとしてステッピングモータを採用した場合において、検査装置３００を目標地点に制御する場合における摺動抵抗の有無による速度パターンの違いを説明するための説明図である。図１３（ａ）は摺動抵抗が作用しない場合、図１３（ｂ）は摺動抵抗が作用する場合を示す。
【００８７】
上述したように、搭載コンピュータ２１において演算した目標検査位置に対する検査装置３００の本体（台車１４）の位置の偏差が０となるように、駆動制御部２５は車輪用モータ２７に速度指令を送り、この速度指令に従ってモータ固有の電圧および周波数特性に応じたトルクをモータに発生させる。このとき、図１３（ａ）に示すように、装置自重の影響つまり慣性力によって、実際の走行速度パターンには、加速時および減速時ともに、速度指令に対して遅れやオーバーシュートが生じる。速度のずれは目標位置と自己位置との偏差となるため、偏差を最小にするためには、遅れを見込んで速度指令のタイミングをΔｔだけ早めに変更したり、速度指令における加速度をΔαだけ変更する等のチューニングが必要となる。
【００８８】
摺動抵抗が作用する場合は、図１３（ｂ）に示すように、検査装置３００の走行速度は、摺動抵抗が作用しない図１３（ａ）の走行速度パターンとは異なるものとなる。すなわち、摺動抵抗が作用する方向は検査装置３００の進行方向とは逆になるため、検査装置３００には常時ブレーキが作用しているのと同じ状態になり、動き出し（加速）における加速度は減少し、停止（減速）における加速度は増加する。このため、摺動抵抗が作用しない条件を前提として、検査装置３００の走行制御に関連するパラメータ調整を実施した場合、摺動抵抗が発生することにより、所定の目標位置に到達させることが難しくなるという問題が生ずる。
【００８９】
そこで、本実施形態では、摺動抵抗測定用センサ４６を設け、摺動抵抗測定用センサ４６からの信号を、装置に搭載する動歪アンプ４７、ＩＯボード２３を介して搭載コンピュータ２１に取り込み、搭載コンピュータ２１が駆動制御部２５に与える速度指令に関するパラメータを自動調整するようにする。
【００９０】
本実施形態では、摺動抵抗測定用センサ４６として、超音波探触子を有する探傷ヘッド３５と台車１４とを連結する垂直アーム３９に貼り付けた歪ゲージを用いる。垂直アーム３９を梁と考えた場合、その先端に作用する摺動抵抗により、梁の曲げが生じるため、垂直アーム３９に貼り付けられた歪ゲージにより、摺動抵抗に応じて発生する曲げ応力（歪み）を測定することが可能となる。
【００９１】
検査装置３００の本体の最初の速度をｖ１、摺動荷重Ｆｂを時間Δｔだけ加えた後の速度をｖ２とし、本体重量（質量）をｍとすると、「力積＝運動量の変化」からＦΔｔ＝μＦｂΔｔ＝ｍｖ２−ｍｖ１が成り立ち、走行状態（ｖ１）から装置を停止させる（ｖ２＝０）ために必要となる時間Δｔは、摺動荷重Ｆｂと反比例する。そのため、本実施形態においては、測定した摺動荷重Ｆの逆数にチューニングパラメータγを乗じた値であるΔｔ（＝1/Ｆｂ・γ）だけ、速度指令のタイミングを変更する制御を採用する。なお、チューニングパラメータγは目標位置と自己位置の偏差が最小となるように、路面状況を変化させた幾度かの試運転を経て決定すればよい。
【００９２】
このように、本実施形態によれば、検査対象である金属板１０と探傷ヘッド３５との間に摺動抵抗を加味して速度指令のタイミングを制御するので、位置制御精度が高い検査システム１００を実現することができる。
【００９３】
＜第３の実施形態に係る金属板用自走式検査装置＞
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る検査装置３００を示すブロック図、図１５は検査装置３００の側面図、図１６は検査装置３００の正面図である。
【００９４】
本実施形態に係る検査装置３００は、図１４に示すように、基本的に第２の実施形態と同様に構成されるが、摺動抵抗測定用センサ４６と動歪アンプ４７の代わりに、弾性体４８と電磁石４９を有している点が第２の実施形態とは異なっている。弾性体４８は、探傷ヘッド３５が金属板１０に接触して摺動する場合に、探傷ヘッド３５と金属板１０との間に発生する摺動抵抗を軽減または無くすためのものであり、例えば一般的なバネを用いることができる。電磁石４９は、電流が供給されることにより、金属板１０に対し、制御可能な磁力を発生する。弾性体４８の変位を制御に利用する場合は、弾性体４８の変形量を測定することができる変位センサ４８′も併せて設置することが好ましい。
【００９５】
図１５、１６に示すように、弾性体４８は、基本的には超音波探触子を備えた探傷ヘッド３５の支持機構３６と台車に支持するための垂直アーム３９間に設置され、探傷ヘッド３５と金属板１０に接触して摺動する際に変形して摺動抵抗を軽減または無くすようになっている。また、電磁石４９は、基本的には探傷ヘッド３５の底面に設置されている。なお、本例では弾性体４８として一般的なバネを用いたが、これに限らず、ゴム等を用いることもできる。また、弾性体４８としてのバネを一方の垂直アーム３９に設けた例を示したが、両方の垂直アーム３９に設けてもよく、少なくとも一つであればよい。また、摺動抵抗が調整可能な他の位置に設けてもよい。また、弾性体４８の変位を検出するために変位センサ４８′を用いたが、荷重を直接測定できる小型の力覚センサ（ロードセル）等を用いてもよい。
【００９６】
本実施形態では、第１および第２の実施形態と同様、検査装置３００は、目標ルートに沿って自律走行する機能と、金属板１０の検査を行う機能の２つの機能を有する。前者の機能については、ホストコンピュータ１３における演算結果である検査装置３００の位置情報および目標検査位置に関する情報が搭載コンピュータ２１に無線伝送され、搭載コンピュータ２１において目標検査位置に対する現在位置の偏差を演算することにより行われ、同偏差のうち検査装置３００の位置に依存する偏差が０となるようにして目標走行ルートに沿った自律走行を行う。また、搭載コンピュータ２１では、検査装置の目標位置と自己位置の偏差もしくは目標制御パターンと実績の偏差を検出し、その検出量に応じて電磁石の磁力を制御し、同時に本体の走行制御に関連する制御パラメータにフィードバックし、制御パラメータを自動調整する。後者の機能については、第１および第２の実施形態と同様である。
【００９７】
このように構成された第３の実施形態に係る検査装置３００においては、第１および第２の実施形態と同様に、検査装置３００自体の位置情報を取得し、目標検査位置および検査経路（検査パターン）を設定した後、検査パターンに応じて検査装置３００を金属板１０上で走行させ、金属板１０の検査を行う。
【００９８】
このように、検査装置３００を走行させながら超音波探傷により金属板１０の検査を行う時には、上述したように、検査対象である金属板１０と探傷ヘッド３５との間に摺動抵抗が発生し、この摺動抵抗は、金属板の種類や製造プロセスの違い等によって生じる鋼板表面の粗度や錆の状態の変化に応じて、その大きさが変化し、この摺動抵抗が制御の外乱となる。
【００９９】
第２の実施形態と同様、車輪用モータ２７を構成する車輪駆動用モータ２７ａおよび旋回用モータ２７ｂとしてステッピングモータを使用しているため、金属板１０と、探傷ヘッド３５との間の摺動抵抗の変化が制御に影響し、高速高精度な位置決めを行い難くなる。
【０１００】
図１７は、車輪駆動用モータ２７ａおよび旋回用モータ２７ｂとしてステッピングモータを採用した場合において、検査装置３００を目標地点に制御する場合における電磁石の磁力制御の有無による速度パターンの違いを説明するための説明図である。図１７（ａ）は磁力制御がない場合、図１７（ｂ）は磁力制御がある場合を示す。
【０１０１】
上述したように、搭載コンピュータ２１において演算した目標検査位置に対する検査装置３００の本体（台車１４）の位置の偏差が０となるように、駆動制御部２５は車輪用モータ２７に速度指令を送り、この速度指令に従ってモータ固有の電圧および周波数特性に応じたトルクをモータに発生させる。このとき、図１７（ａ）に示すように、装置自重の影響つまり慣性力によって、実際の走行速度パターンには、加速時および減速時ともに、速度指令に対して遅れやオーバーシュートが生じるため、本来実現したい速度パターンに制御遅れやオーバーシュートを考慮したうえの速度指令を出す。その結果、実際の速度パターンは理想パターンに近づいたものとなるが完全な一致は難しく、速度のずれは目標位置と自己位置との偏差となるため、偏差を最小にするためには、より細かい周期で遅れを見込んで速度指令のタイミングをΔｔだけ早めに変更したり、速度指令における加速度をΔαだけ変更する等のチューニングが必要となる。しかし、図１７（ａ）に示すように、それによっても本来実現したい速度パターンが得られない場合が生じる。
【０１０２】
磁力制御がある場合は、図１７（ｂ）に示すように、検査装置３００の走行速度は、磁力制御がない図１７（ａ）の走行速度パターンとは異なるものとなる。すなわち、磁力付加は摺動抵抗を増加させることと等価であり、摺動抵抗が作用する方向は検査装置３００の進行方向とは逆になるため、検査装置３００にブレーキが作用しているのと同じ状態になり、動き出し（加速）における加速度を減少させ、停止（減速）における加速度を増加させることができる。このため、磁力制御がない条件を前提として、検査装置３００の走行制御に関連するパラメータ調整を実施した場合、摺動抵抗と等価である磁力をきめ細かく制御することにより、所定の目標パターンに一致させることができるようになる。
【０１０３】
このとき、弾性体４８の存在により、金属板１０と探傷ヘッド３５との間の摺動抵抗をほぼキャンセルできるので、電磁石４９による磁力制御により摺動抵抗をほぼゼロから完全固着まで制御することができる。
【０１０４】
以下に、変位センサ４８′により検出した弾性体４８の変位量を用いた制御について説明する。
変位センサ４８′からの信号をＩＯボード２３を介して搭載コンピュータ２１に取り込み、搭載コンピュータ２１が電磁石４９に与える電流指令および駆動制御部２５に与える速度指令に関するパラメータを自動調整するようにする。
【０１０５】
本実施形態では、弾性体４８として、超音波探触子を有する探傷ヘッド３５と台車１４と連結する垂直アーム３９にバネを組み込んで用い、また同位置に弾性体４８の変形量を測定可能な変位センサ４８′を設置しているので、変位センサ４８′によりバネの復元力を測定することができる。
【０１０６】
摺動抵抗ＦはＦ＝μＮ（μ：摩擦係数、Ｎ：垂直抗力）で表される。また、向きも考慮するとＮ＝−Ｆｂ（Ｆｂ：摺動荷重）の関係がある。これら２つの式から、Ｆ＝−μＦｂが成り立つ。また、電磁石と金属板間に働く電磁力をＦｍ、弾性体のバネ係数をｋ、長さ変化量をΔｌとするとＦｂ＝Ｆｍ−ｋΔｌとなりΔｌ＝ａ・Ｆｍ（ａ：比例定数）よりＦｂ＝Ｆｍ（１−ｋ・ａ）、電磁力Ｆｍはコイル電流Ｉにて制御可能なため摺動荷重Ｆｂも制御することができ、よって摺動抵抗Ｆも制御することができる。検査装置３００の本体の最初の速度をｖ１、摺動荷重Ｆｂを時間Δｔだけ加えた後の速度ｖ２とし、本体重量（質量）をｍとすると、「力積＝運動量の変化」からＦΔｔ＝μＦｂΔｔ＝ｍｖ２−ｍｖ１が成り立ち、走行状態（ｖ１）から装置を停止させる（ｖ２＝０）ために必要となる時間Δｔは、摺動荷重Ｆｂと反比例する。そのため、本実施形態においては、摺動荷重Ｆの逆数にチューニングパラメータγを乗じた値であるΔｔ（＝1/Ｆｂ・γ）だけ、速度指令のタイミングを変更する制御を採用する。なお、チューニングパラメータγは目標位置と自己位置の偏差が最小となるように、路面状況を変化させた幾度かの試運転を経て決定すればよい。
【０１０７】
このように、本実施形態によれば、検査対象である金属板１０と探傷ヘッド３５との間の摺動抵抗をほぼゼロから完全接着まで積極的に制御することにより位置制御精度が高い検査システム１００を実現することができる。
【０１０８】
＜第４の実施形態に係る金属板用自走式検査装置＞
第４の実施形態では、第１の実施形態から第３の実施形態の２つ以上を組み合わせて検査装置３００を構成する。
【０１０９】
すなわち、残水量センサ４４および摺動抵抗測定用センサ４６の両方を設け、検査装置３００の本体の重量変化、および金属板１０と探傷ヘッド３５との間に発生する摺動抵抗の両方を加味して、駆動制御部２５から車輪用モータ２７に送られる速度指令のタイミングを制御する。または、残水量センサ４４および摺動抵抗測定用センサ４６の一方または両方を設けた上で、さらに弾性体４８および電磁石４９を設けて、駆動制御部２５から車輪用モータ２７に送られる速度指令のタイミングを制御するとともに、磁力により摺動抵抗を直接制御する。これにより、検査装置３００の位置制御精度をより高くすることができる。
【０１１０】
＜実施形態の効果等＞
上述したように、自己位置と目標位置からの偏差を演算し、その偏差に応じて車輪の正転・逆転・停止を指示して金属板用自走式検査装置を所定の目標位置に自律走行させる際に、第１の実施形態では、自重の変化を加味して速度指令のタイミングを制御し、また、第２の実施形態では、検査対象である金属板と探傷ヘッドとの間に発生する摺動抵抗を加味して速度指令のタイミングを制御するので、いずれも目標走行ルートに対して位置制御精度が高い金属板用自走式検査装置を実現することができる。さらに、第３の実施形態では、検査装置の目標位置と自己位置の偏差もしくは目標制御パターンと実績の偏差を検出し、その検出量に応じて電磁石の磁力を制御することにより、目標走行ルートに対して位置制御精度が高い金属板用自走式検査装置を実現することができる。
【０１１１】
また、位置測定手段として、三角測量の原理に基づいて屋内空間での自己位置測定を行う屋内位置測定システム（ＩＧＰＳまたはレーザ三角測量）を用いたので、金属板のマーキングや画像処理用のマークを用いることなく、金属板上における台車の位置および角度を高精度で認識することができる。
【０１１２】
さらに、予め測定した検査装置自体の位置情報に基づき、金属板に対して走査する探傷ヘッドの走査パターン、ならびに所定パターンに対応した検査位置および経路を決定し、その走査経路を達成するように、探傷ヘッドの台車に対する位置を決定するアクチュエータおよび台車位置の目標位置を決定することができるので、種々な走査パターンに対応できる。
【０１１３】
さらに、金属板面を走行する台車が、正転・逆転可能な４つの車輪を有し、駆動部が、各車輪に対応して設けられ、各車輪を回転駆動させる駆動用モータと、台車が走行する金属板面と直行し、かつ車輪に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに、車輪を９０°以上旋回させることが可能な旋回用モータとにより構成されることよって、一般的な前進後進に加え、台車正面の向きを保持した状態での斜め移動、左右移動が可能、更にその場での旋回動作が可能となり、目標位置に対する現在位置の偏差を生じさせる各種外乱に対して、台車のきめ細かい位置調整が可能であり、目標走行経路に対する直進性を極めて高いものとすることができる。
【０１１４】
さらにまた、金属板面を走行する台車に、検査対象である金属板のエッジを検知するためのエッジ検知用センサを設けたので、台車が金属板からはみ出して落下することが防止され、かつ金属板のエッジの検査の際に、金属板のエッジに沿った検査が可能となる。
【０１１５】
さらにまた、金属板の製品検査規格に則って金属板表面の傷や内部欠陥を自動的に探傷することが可能であり、検査員が探傷ヘッドを操作して金属板表面の傷を探査する必要がなくなり、水を散布した金属板上での転倒事故等から解放される利点がある。
【０１１６】
＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、台車に車輪を４つ設けた例について示したが、車輪の数は４つに限らず、２つ以上であればよい。また、金属板用自走式検査装置自身の位置を測定する位置測定手段としては、三角測量の原理に基づいて屋内空間での自己位置測定を行う屋内位置測定システムに限らず、例えば、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ）等の他の測定手段を用いることもできる。さらに、金属板用自走式検査装置の制御系を構成するコンピュータとして、自身に搭載されている搭載コンピュータと、位置測定手段との連携制御を行うためのホストコンピュータを用いた例を示したが、搭載コンピュータのみを用いてもよい。
【符号の説明】
【０１１７】
１０  金属板
１１  航法用送信機
１１′  リフレクタ
１２  航法用受信機
１２′  航法用送信機
１３  ホストコンピュータ
１４  台車
１５  検査用機器
２１  搭載コンピュータ
２２  エッジ検知用センサ
２４  走査アクチュエータ
２６  車輪
２７  車輪用モータ
２７ａ  駆動用モータ
２７ｂ  旋回用モータ
３４  水タンク
３５  探傷ヘッド（超音波探触子（検査用センサ））
４４  残水量センサ（フロート式レベル計）
４６  摺動抵抗測定用センサ（歪みゲージ）
４７  動歪アンプ
４８  弾性体
４８′  変位センサ
４９  電磁石
１００、１００′  検査システム
２００、２００′  屋内位置測定システム
３００  金属板用自走式検査装置
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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