(57)【要約】【課題】配管検査の小型軽量化、低コスト化を可能にするともに、屈曲部を有する細管であっても、全管路長にわたって、腐食の進行度などの正確な検査、診断を可能とする。【解決手段】本発明の転がり式打音機構は、牽引ケーブル２により牽引される中心軸部材１と、記中心軸部材１に装着され、中心軸部材１から半径方向に延びるアーム部３ｄ、３ｅ、４ｄ、４ｅを備えた弾性支持部３，４と、このアームにより回転自在に支持される複数の打音コロ５から構成されている。配管内部に挿入されたとき、弾性支持部のアームにより、配管内壁に対し打音コロ５を周方向にわたり均等に弾圧させ、中心軸部材１の中心軸が配管の中心軸と一致するようセンタリングを行うとともに、打音コロ５の回転軸５ａを、中心軸部材１の中心軸に対し傾斜させることにより、中心軸部材１の牽引に伴い、打音コロ５を回転させ、その外表面に設けられた打音球５ｂにより配管内壁の打音を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
牽引ケーブルにより牽引される中心軸部材と、
前記中心軸部材に装着され、この中心軸部材から半径方向に延びるアームを備えた弾性支持部と、
前記アームにより回転自在に支持される複数の打音コロとからなり、
配管内部に挿入されたとき、前記弾性支持部のアームにより、配管内壁に対し前記打音コロを周方向にわたり均等に弾圧させ、前記中心軸部材の中心軸が配管の中心軸と一致するようセンタリングを行うとともに、
前記打音コロの回転軸を、前記中心軸部材の中心軸に対し傾斜させることにより、前記中心軸部材の牽引に伴い、前記打音コロを回転させ、その外表面に設けられた打音球により配管内壁の打音を行うようにしたことを特徴とする転がり式打音機構。
【請求項２】
前記弾性支持部は、前記中心軸部材の端部に装着されるボス部と、このボス部から前記中心軸部材の軸方向に対し直交する方向に対向して延びる２本の基端部と、各基端部の端部において、各基端部に直交する平面内で湾曲する２本のアーム部をそれぞれ備え、前記アーム部の両端で前記打音コロをそれぞれ回転自在に支持することで、２個の打音コロを互いに対向させたことを特徴とする請求項１に記載された転がり式打音機構。
【請求項３】
前記ボス部を前記中心軸部材の両端部にそれぞれ設け、それぞれのアーム部により支持される前記打音コロの中心軸を互いに直交するよう配置し、配管内壁に対し前記打音コロを周方向にわたり９０度毎に弾圧させるようにしたことを特徴とする請求項２に記載された転がり式打音機構。
【請求項４】
前記アーム部の外縁は、配管内部において、配管内壁とほぼ同一半径の球、あるいは、中心軸が中心軸部材と一致し、その中心点での垂直断面が配管内壁とほぼ同一半径の円となる楕円球に内包されるようにしたことを特徴する請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載された転がり式打音機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、化学プラントにおける配管検査に用いる、転がり式打音機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プラント等においては、多くの配管が施設内に敷設されており、万一漏洩事故が発生すると火災、有害ガスの発生など、深刻な事態を招くおそれがある。
特に、配管内部の腐食や、保温材下の配管外面腐食（CUI）は、目視検査では腐食の進行を確認することができない。
このため、従来から、ＡＥ法（アコースティックエミッション）による検査や、ＣＣＤカメラユニット、渦電流探傷ユニット等の検査ユニットを配管内部に挿通して行う検査が採用されている。
【０００３】
特許文献１には、検査用の連結車両にＣＣＤカメラユニットや渦電流探傷ユニットを搭載した配管検査装置が記載されている。
また、特許文献２には検査装置ヘッドに接続される回転駆動部に剛性の異なるケーブルを多段に連結した配管検査機構が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４１４７４号公報
【特許文献２】特開平１１−１２５３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＡＥ法による配管検査では、機器が高価であるばかりか、設置が煩雑で、電磁ノイズの影響で検査精度の悪化を招くおそれがある。
また、特許文献２、３に開示される配管検査装置も機構が煩雑で、特に屈曲した細管等では、配管内部をスムースに移動できず、屈曲角度が大きいところでは検査装置がロックしてしまい検査が不能になる、さらには取り出すこと自体不可能になるといった問題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、配管内部の形状に合わせて柔軟に屈曲することで、スムースな通過を可能にするとともに、配管内の移動に伴い自転するローラにより打音を発生させ、この打音を音響解析することで、小型軽量化、低コスト化を可能にするともに、屈曲部を有する細管であっても、全管路長にわたって、腐食の進行度などの検査、診断を正確に行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するため、そこで本発明の転がり式打音機構では、牽引ケーブルにより牽引される中心軸部材と、中心軸部材に装着され、中心軸部材から半径方向に延びるアームを備えた弾性支持部と、アームにより回転自在に支持される複数の打音コロとからなり、配管内部に挿入されたとき、弾性支持部のアームにより、配管内壁に対し打音コロを周方向にわたり均等に弾圧させ、中心軸部材の中心軸が配管の中心軸と一致するようセンタリングを行うとともに、打音コロの回転軸を、中心軸部材の中心軸に対し傾斜させることにより、中心軸部材の牽引に伴って打音コロを回転させ、その外表面に設けられた打音球により配管内壁の打音を行うようにした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、配管屈曲部においても、弾性支持部のアームが配管内壁に追従するよう弾性変形しながら打音コロを確実に回転させ、低コストで、しかも、小口径の屈曲配管であっても、全管路長にわたって、腐食の進行度などの検査、診断を正確に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例の全体構造を示す図である。
【図２】図２は、打音コロ５の回転軸方向両端部を配管内壁に一部接触させた態様を示す図である。
【図３】図３は、直角配管を通過するときの弾性支持部３の挙動を示す図である。
【図４】図４は、中心軸部材１を屈曲可能とした際の挙動を示す図である。
【図５】図５は、本実施例を用いた配管検査装置のシステム図である。
【図６】図６は、転がり式打音機構の前後にセンタリング用ボール、ポップノイズ低減用ケージを配置した例を示す図である。
【図７】図７は、配管内径に合わせて製作した転がり式打音機構を示す図である。
【図８】図８は、転がり式打音機構による打音の主成分分析結果を示す図である。
【図９】図９は、転がり式打音機構による打音の線形判別分析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の実施例を示すもので、牽引ケーブル２により牽引される中心軸部材１と、牽引方向からみて、中心軸部材１の前端と後端との間に装着される弾性支持部３、４と、弾性支持部３、４に回転自在に支持される打音コロ５とから構成されている。
【００１２】
この実施例では、弾性支持部３は、中心軸部材１の前端に連結されるボス部３ａ、このボス部３ａから、中心軸部材１の軸方向に対し直交する方向に延びる２本の基端部３ｂ、３ｃと、各基端部３ｂ、３ｃの端部において、各基端部３ｂ、３ｃに直交する平面内で湾曲する２本のアーム３ｄ、３ｅとで構成されている。
打音コロ５はボールベアリングなどを介して、その回転軸５ａ周りに回転自在に支持されたもので、回転軸５ａの両端は、アーム３ｄ、３ｅの対向する両先端部間に取り付けられている。
これにより、弾性支持部３は、２つの打音コロ５を互いに対向するよう支持する。
【００１３】
弾性支持部４も弾性支持部３と同様の構造であり、中心軸部材１の後端に連結されるボス部４ａから中心軸部材１の軸方向に対し直交する方向に延びる２本の基端部４ｂ、４ｃ（図示せず）が、弾性支持部３の基端部３ｂ、３ｃに対し直交するよう、中心軸部材１に対し、９０度ずらせて配置されている。
したがって、弾性支持部３により支持される２つの打音コロ５と、弾性支持部４により支持される２つの打音コロ５は互いに対向し、中心軸部材１周りに９０度間隔で計４個配置されることになる。ただし、この実施例では、弾性支持部３側の打音コロ回転軸５ａは、弾性支持部４側の打音コロ回転軸５ａに対し、軸方向前方に配置されており、直角配管を通過するような場合でも、いずれかが配管内壁に接触するようにしている。また、各打音コロ５は、配管内に挿入されたときも、互いに干渉しないよう、半径やその軸方向の長さが設定されている。
【００１４】
弾性支持部３、４に取り付けられた４つの打音コロ５は、外表面に打音球として、ベアリング球５ｂが埋め込まれており、配管内に挿入する以前の自然状態では、ベアリング球５ｂの外端がなす円の直径が、配管の内径より５ｍｍ程度大きくなるよう、弾性支持部３、４、打音コロ５の形状、寸法が設定されている。
これにより、配管内に挿入する際は、弾性支持部３、４のアーム部３ｄ、３ｅ、４ｄ、４ｅを内方に屈曲させた状態で配管内を内方に押し込むようにする。配管内では、各打音コロ５の表面に埋め込まれたベアリング球５ｂのうち、半径方向最外端にあるものが、配管の内壁に対し、所定の弾発力で押圧された状態となり、中心軸部材１は配管内において、ほぼセンタリングされた状態に維持される。
【００１５】
配管内を移動中、配管の曲率に応じてアーム部３ｄ、３ｅ、４ｄ、４ｅのいずれかが屈曲して配管内壁に干渉すると、ノイズの発生の原因となる。そこで、配管内壁に干渉することなく、曲率の大きな配管でもスムースに移動できるよう、配管内部において、アーム部３ｄ、３ｅ、４ｄ、４ｅの外縁が、配管内壁とほぼ同一半径の球、あるいは、中心軸が中心軸部材１と一致し、その中心点での垂直断面が配管内壁とほぼ同一半径の円となる楕円球に内包されるようにすることが好ましい。
【００１６】
弾性支持部３、４のアーム部３ｄ、３ｅによる弾発力は、配管内壁の摩擦係数も考慮して、牽引ケーブルにより弾性支持部３のボス部３ａを牽引したとき、打音コロ５の外表面に埋め込まれたベアリング球５ｂが配管内壁を軸方向に滑ることがないよう設定する。
さらにベアリング球５ｂが軸方向に滑るのを防止するため、ベアリング球５ｂの接触を確保した上で、打音コロ５の外表面の一部が配管内壁に常時直接接触するよう、打音コロの形状やベアリング球５ｂの配置を選定してもよい。
例えば、打音コロ５の外表面を、軸方向中央部の頂点や両端部で配管内壁に直接接触させ、軸方向の滑りを防止して打音コロを確実に回転させ、軸方向両側に配置されたベアリング球５ｂにより打音を行うようにしてもよい。
図２の例では、打音コロ５の回転軸方向両端部で配管内壁に一部接触させ、打音コロ５が確実に回転し、外表面に千鳥状に配置されたベアリング球５ｂにより打音が行われるように設定している。
この場合、打音コロ５は、ある程度の弾力性を有し、配管内壁に対し十分な摩擦係数を有する合成樹脂で成形するのが好ましい。
【００１７】
弾性支持部３のボス部３ａにはフック６が設けられており、配管の他端側開口から挿通された牽引ケーブルがこのフック６に結ばれ、牽引に伴って、４個の打音コロ５が回転し、それぞれのベアリング球５ｂが配管内壁を順次衝突し、打音を発生することができる。
ベアリング球５ｂにより発生する打音は、後方側弾性支持部４のボス部４ａに装着されたコンデンサマイク等、市販の集音マイク７により検出される。集音マイク７は、配管の法線に対し上下方向に指向するよう２個１組で配置するのが好ましく、その後方には、音声ケーブルが延び、後述する解析装置に接続されている。
【００１８】
集音マイク７は、後方側弾性支持部４のボス部４ａのほか、前方側弾性支持部３のボス部３ａ、中心軸部材１など、さまざまな箇所に設置可能である。ただし、中心軸部材１の振動等によりノイズを拾わないよう、防振性能の高いクッション材などを介して設置することが好ましい。集音マイク７から配線は、配管の他端側開口から引き出され、後述する解析ユニットに接続される。
【００１９】
一例として、直角配管を通過するときの弾性支持部３、４の挙動を図３（ａ）、（ｂ）に模式的に示す。
直角配管直前の（ａ）では、弾性支持部３は、進行方向前側をやや持ち上げた状態で回転しながら配管内を進行する。
直角配管に進行した（ｂ）では、弾性支持部３の直角配管内周側が直角配管の内周側角部に接触し、これを起点として垂直方向に姿勢を変えて、直角配管の垂直部にスムースに移行することができる。
なお、図４に示すように、中心軸部材１を屈曲可能な弾性部材で形成することにより、あるいは、中央部をユニバーサルジョイントで接続することにより、直角配管の垂直部にスムースに移行する際、中心軸部材１を屈曲させるようにしてよい。これにより、配管内径が小さく、ベンドが急な場合でもスムースな通過が可能となる。
【００２０】
図５に示すように、集音マイク７からの集音信号は解析ユニット８に入力され、電動巻き取り機９からの巻き取り量信号に基づき、配管の位置に対応させて記録され、音響解析が行われたのち、表示・出力装置９に出力される。
なお、図６に示すように、弾性支持部３、４および打音コロ５からなる打音ユニットの前方に、半径が配管内壁の半径とほぼ一致するセンタリング用ボールや放射状ブラシ、湾曲した複数の弾性部材からなり、その頂点を結ぶ円の半径が配管内壁の半径とほぼ一致し、集音マイク７の配管内壁への接触や配線との接触によるポップノイズを低減するポップノイズ低減用ケージを接続してもよい。これにより、打音コロ５のピッチング、牽引ケーブルによる牽引方向の変動、打音以外のノイズ発生を低減することができる。
【００２１】
実際に製作した転がり式打音機構を用いた実験結果について説明する。
実験対象の配管として、内径２５ｍｍ、外径３５ｍｍ（肉厚５ｍｍ）、長さ１５０ｃｍの鉄製配管を用意し、腐食部に対応するものとして、要所に１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍの深さで削り取り部を形成した。
この配管に対応する転がり式打音機構として、中心軸部材１の長さを３７．５ｍｍとし、自然状態で打音コロ５の外周端がなす幅を２８．５ｍｍ、打音コロ５の幅を１０ｍｍ、打音コロ５の最外径１０．５ｍｍ（中心部付近）、弾性支持部３、４をステンレスバネ材（薄板厚さ０．２ｍｍ）で形成し、配管内壁に対する押し付け力を１．５Ｎに設定した。
図７は、実際に製作した転がり式打音機構を示すもので、左から順に配管内径４６ｍｍ用、３５ｍｍ用、２５ｍｍ用であり、ステンレスバネ材で形成された弾性支持部３、４の配管内壁に対する押し付け力は、いずれも１．５Ｎになるよう設定した。
なお、打音コロ５は、エポキシ系樹脂（硬質プラスチック）を用いて、３Ｄプリンタにより製作した。
【００２２】
牽引ケーブルの牽引速度を８．５ｃｍ／ｓ〜１５ｃｍ／ｓとした際、集音マイク７により得られた音響データを４８ｋＨｚ、３２ｂｉｔ音質で記録し、解析ユニット８により解析を行った。音響解析は、主成分分析（ＰＣＡ）と線形判別分析（ＬＤＡ）を用い、削りのない部分（Ｎｏｒｍａｌ）、削り深さ１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍの部分をクラスタリング可能か否か検証した。
図８は、主成分分析によるもので、必ずしも明確なクラスタリングを示していないが、線形判別分析では、図９に示すように、削りのない部分（Ｎｏｒｍａｌ）、削り深さ１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍの４種類に明確に分割することができ、腐食の度合いまでも計測可能であることが実証された。
【００２３】
上記の実施例では、弾性支持部３により支持される２つの打音コロ５と、弾性支持部４により支持される２つの打音コロ５とを互いに対向させ、中心軸部材１周りに９０度間隔で計４個配置したが、要は、打音コロが配管内を回転しながらスムースに移動でき、確実な打音発生を実現すればよいので、例えば、曲率の少ない配管など、配管の態様に応じて、前方側の弾性支持部３のみとしたり、半球状のセンタリング部材を組み合わせたり、弾性支持部３、４を同じ向きにしたり、打音コロの軸方向を短縮して同一円周上に４個配置するなど、様々な態様が考えられる。
【００２４】
また、打音コロ５の回転軸を中心軸部材１の軸方向に対し直交させたが、摩擦力により打音コロに対し十分な回転力が得られる限り、傾斜させてもよい。その場合、中心軸部材１に対し回転力が発生するので、螺旋状の軌跡で打音を行うことができる。ただし、中心軸部材１の回転に伴い、集音マイク７からの配線に大きなよじれ力が発生するおそれがあるので、フック６を回転式にしたり、弾性支持部３、４のボス部３ａ、４ａを中心軸部材１に対しベアリングなどで軸受けするといった対策をとる必要がある。
【００２５】
また、中心軸部材１に配管内壁を撮影する、照明付き小型カメラを設置し、打音コロ５による音響解析結果と照合できるようにしてもよい。
さらに、弾性コロを小型化し、弾性支持部を３つ以上にする、弾性支持部３の基端部を回転調節可能としてもよいし、配管内径に応じて、配管内壁に対する押し付け力を最適な値に調整できるようにしてもよい。
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、配管屈曲部においても、弾性支持部のアームが配管内壁に追従するよう弾性変形しながら打音コロを確実に回転させ、低コストで、しかも、小口径の屈曲配管であっても、全管路長にわたって、腐食の進行度などの検査、診断を正確に行うことが可能となるので、化学プラントにおける各種配管の検査に広く採用されることが期待できる。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・中心軸部材
２・・・牽引ケーブル
３、４・弾性支持部
５・・・打音コロ
６・・・フック
７・・・集音マイク
８・・・解析ユニット
９・・・表示・出力装置
【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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