(57)【要約】【課題】管台等の横配管では、溶接部や応力負荷による変形等の原因から、配管内面の形状が設計と異なっている場合があり、配管内面の周方向に沿って作業を行う装置は、作業ヘッドの回転軸が実際の配管の中心とズレて作業精度が低下する懸念があった。【解決手段】  作業ヘッドが、配管の長軸まわりを回転する回転アームに取り付けられている。この作業ヘッドと配管内面の距離を計測する距離センサと、回転アームの回転中心から作業ヘッドまでの長さを変更する作業ヘッド位置調整機構と、を備え、作業ヘッド位置調整機構の伸縮により、作業に好適な距離を維持することで高い作業精度が得られる。【選択図】図１
2011185925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管内に挿入され、制御装置からの遠隔操作により配管内面に対して作業を行う配管内作業装置であって、
本体部と、
前記配管に当接し前記本体部を前記配管内部で位置決め固定する本体支持部と、
前記配管の長軸に平行な回転軸の周りを回転する回転アームと、
前記回転アームに取り付けられ前記配管内面に対して施工を行う作業ヘッドと、
前記回転アームの回転方向における前記作業ヘッドの前方にとりつけられ前記配管内面までの距離を計測する距離センサと、
前記回転アームの回転中心から前記作業ヘッドまでの長さを変更する作業ヘッド位置調整機構と、を備え、
前記制御装置は前記第２の距離センサの計測結果とあらかじめ入力された作業条件情報に基づいて前記作業ヘッド位置調整機構を伸縮させることを特徴とする配管内作業装置。
【請求項２】
前記本体支持部は、前記配管に当接し前記制御装置からの制御信号により伸縮する複数の支持脚であり、
前記制御装置は前記回転アームの前記回転軸位置と前記配管の中心とのズレを算出し、この算出されたズレに基づいて前記支持脚を伸縮させて前記回転アームの前記回転軸位置を補正する機能を有することを特徴とする請求項１記載の配管内作業装置。
【請求項３】
前記回転アームに取り付けられ前記配管内面までの距離を計測する第２の距離センサを備え、前記制御装置は、前記第２の距離センサによって前記回転アームの回転軸から前記配管内面までの距離データを収集し、収集した前記距離データに基づいて前記回転アームの前記回転軸位置と前記配管の中心とのズレを算出し、前記回転アームの前記回転軸位置を前記配管の中心へ補正する機能を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の配管内作業装置。
【請求項４】
前記制御装置は前記回転アームの回転角度と前記距離データの関係に基づいて前記回転アームの回転軸と前記配管の中心とのズレを算出することを特徴とする請求項３記載の配管内作業装置。
【請求項５】
前記距離センサは磁気式距離センサであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の配管内作業装置。
【請求項６】
前記距離センサはレーザスキャナであり、
前記制御装置は出力部を備え、前記レーザスキャナのスキャン結果に基づいて前記出力部に前記配管内面の形状を３Ｄグラフィックにより表示することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の配管内作業装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管内に配置され、配管内面に対して点検、補修等の作業を行う配管内作業装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
人の立ち入りが困難な環境下にある横配管の内面について点検、施工等の作業を行う場合、配管内作業装置を遠隔で送り込み、配管内面に対して作業を行っている。特に、例えば原子炉圧力容器のように内部が複雑かつ狭隘な環境で、かつ高い作業精度が要求される場合、熟練した作業員や多くの工数を必要となる。例えば、従来の横配管への配管内作業装置の取り付けは、大型のクレーンやホイストによって配管内作業装置を吊り下げて配管入口まで搬送し、配管内作業装置を水平に送り込む機構を用いて配管内への配置を行っている。このように、配管入口への搬送および配管内作業装置の送り込みのための大型の設備を必要としている。
【０００３】
このような配管内作業装置に関して、横配管の内部で施工ヘッドを旋回させて配管内面の周方向について点検および施工を行う装置がある。例えば、特許文献１には、旋回モータによってレーザ照射部を配管内周に沿って回転させることで、レーザ光を配管の溶接部全周にわたって照射し、表面固溶化熱処理を行う装置が記載されている。また、この装置は先端にローラを設けた３つの支持アームを備えており、この支持アームを同じ長さで伸ばして配管内面に押し付けることで、装置を配管の軸中心に支持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３０４９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来、複雑で狭隘な環境下にある横配管内面に対して点検および施工を行う場合、遠隔での装置取り付けに熟練の作業員と多くの工数を必要としていた。
【０００６】
また、配管内作業装置に装備された作業ヘッドを旋回させて配管の周方向に点検および作業を行う装置を用いる場合、作業ヘッドの位置決めは配管内作業装置を作業箇所に作業ヘッドが届く箇所まで移動させてから行っている。しかし、作業対象である配管の形状や内面は、設計とかなり異なっている場合も多い。特に、溶接部が存在する配管では、溶接ビードによって配管内面に凹凸が存在する。作業ヘッドを旋回させながら配管の周方向に沿って作業を行う場合、精密な位置決めには作業ヘッドと配管内面の距離を一定に保つ必要がある。
【０００７】
さらに、配管内面に凹凸が存在する場合、作業ヘッドの旋回時に被作業面と作業ヘッドとの距離が作業条件の裕度内になるように随時補正する必要がある。
【０００８】
しかしながら、配管内作業装置が大型で複雑になるほど、配管内作業装置の取り付けや作業状況の監視が困難になり、より多くの熟練した作業員と工数が必要になってしまう。
【０００９】
加えて、実機プラントに設置され運用されている配管内面の作業を行う場合、遠隔操作する制御エリアと作業場所との距離、作業雰囲気（水中、ガス密封エリアなど）、周囲機器への影響などの制約が加わる。
【００１０】
上述した課題を鑑み、本発明は、簡素な構成により配管内面と作業ヘッドの回転軸の距離調整を精度よく行うことで作業精度を高めた配管内作業装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の実施例による配管内作業装置は、  配管内に挿入され、制御装置からの遠隔操作により配管内面に対して作業を行う配管内作業装置であって、本体部と、前記配管に当接し前記本体部を前記配管内部で位置決め固定する本体支持部と、前記配管の長軸まわりに平行な回転軸の周りを回転する回転アームと、前記回転アームに取り付けられ前記配管内面に対して施工を行う作業ヘッドと、前記回転アームの回転方向における前記作業ヘッドの前方にとりつけられ前記配管内面までの距離を計測する距離センサと、  前記回転アームの回転中心から前記作業ヘッドまでの長さを変更する作業ヘッド位置調整機構と、を備え、前記制御装置は前記第２の距離センサの計測結果とあらかじめ入力された作業条件情報に基づいて前記作業ヘッド位置調整機構を伸縮させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態の配管内面作業装置によれば、作業ヘッドと配管内面の距離調整を高い精度で行うことができ、高い作業精度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例による施工装置３を管台２の軸方向から見た正面図、（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線から見た矢視断面図。
【図２】施工装置３の施工箇所への取り付けから施工装置３によるレーザ溶接処理までの手順を示したフローチャート。
【図３】第１の実施例による吊り込み装置２２、装置挿入治具２３の概要を示す斜視図
【図４】吊り込み装置２２による施工装置３の取り付け作業中の様子を示す斜視図
【図５】（ａ）は吊り込み装置２２が施工装置３を把持する前の状態を示す側面図、（ｂ）は吊り込み装置２２が施工装置３を把持した状態を示す側面図。
【図６】吊り込み装置２２により施工装置３の管台２へ挿入された状態を示す側面図。
【図７】（ａ）は支持脚４を管台２の軸方向から見た正面図、（ｂ）は支持脚４を管台２の軸方向と垂直な方向から見た正面図。
【図８】（ａ）は施工装置３の移動状態を示す正面図、（ｂ）は施工装置３の固定状態を示す正面図。
【図９】管台２の中心と異なる位置に回転アーム９の回転軸が位置した状態を簡略的に示した概念図。
【図１０】距離センサ８から管台２内面までの距離と回転アームの回転角度の関係を示すグラフ。
【図１１】回転軸５２の補正前と補正後の支持脚軸５４ａ、５４ｂ、５４ｃを示した概念図。
【図１２】（ａ）は施工ヘッド７近傍を管台２の軸方向から見た要部拡大図、（ｂ）は管台２の軸方向に垂直な方向から見た要部拡大図。
【図１３】第２の実施例による施工ヘッド７近傍を管台２の軸方向からみた要部拡大図。
【図１４】磁気式距離センサ８１により検出した距離データを用いて施工ヘッド７と管台２内面の距離を調整する手順を示すフローチャート。
【図１５】第３の実施例による施工ヘッド７近傍を管台２の軸方向からみた要部拡大図。
【図１６】第３の実施例による状態表示コントローラ１７の表示例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
［実施例１］
本発明の第１の実施例について、図面を用いて以下説明する。図１は、横配管の一例として、原子炉圧力容器１に設置された管台２内面に対して補修施工を行う施工装置３の構成を示した図であり、施工装置３が管台２に取り付けられた状態を示している。図１（ａ）は施工装置３を管台２の軸方向から見た正面図、図１（ｂ）は施工装置３を図１（ａ）に示すＡ−Ａ線からみた矢視断面図であり、施工装置３と接続される制御装置１５等を併せて図示している。なお、本実施例においては、施工装置３は管台２内面に対してレーザ溶接施工を行う装置として説明する。
【００１６】
図１を用いて、施工装置３の構成および施工装置３の遠隔操作システムの構成について以下説明する。
【００１７】
施工装置３は、管台２の半径方向に伸びた複数の支持脚４によって支持されている。支持脚４は本体モジュール５に溝を切ってとりつけられている。各支持脚４には、支持脚４を伸縮させる伸縮機構部６が設けられている。また、施工装置３には、回転アーム９、回転駆動機構部１０、前後駆動機構部１１を介して施工ヘッド７と距離センサ８が取り付けられている。施工ヘッド７と距離センサ８はそれぞれ管台２内面に向けられており、かつ互いに逆の方向を向いている。回転アーム９には施工ヘッド７と距離センサ８が取り付けられており、回転駆動機構部１０によって回転される。この回転アーム９の旋回軸は管台２の軸方向と同じ方向である。前後駆動機構部１１は回転駆動機構部１０に取り付けられており、施工装置３本体に対して回転駆動機構部１０を前後に移動させる。また、施工ヘッド７と回転アーム９の間には、管台２の半径方向に伸縮して施工ヘッド７を移動させる押付け駆動機構部１２が取り付けられている。また、施工ヘッド７には施工対象部を監視するためのヘッド部監視カメラが取り付けられている。なお、管台２内面には溶接部１３が凸部状に形成されている。
【００１８】
また、施工装置３はケーブル１４を介して、オペレーションフロアに設置された制御装置１５と信号接続されている。制御装置１５は駆動コントローラ１６、状態表示コントローラ１７と接続されており、相互に通信を行う。駆動コントローラ１６はオペレータの処理要求の入力と、制御装置１５を介して収集した施工装置３の状態データとを用いて駆動制御データを生成し、制御装置１５に施工装置３の駆動制御要求を入力する。施工装置３の状態データとしては、例えば姿勢や回転アーム９の回転角度、支持脚４や前後駆動機構部１１の伸縮状態等が挙げられる。状態表示コントローラ１７は、制御装置１５を介して収集した施工装置３の状態データや、ヘッド部監視カメラ１８の撮影画像を出力する。状態データについては、オペレータが施工装置３の状態を容易に把握できるように情報処理変換を行ったものを表示する。これら制御装置１５、駆動コントローラ１６、状態表示コントローラ１７によって施工装置３の遠隔操作システムが構築されている。
【００１９】
施工装置３による施工について、施工装置３の施工箇所への取り付けから施工装置３によるレーザ溶接処理までの手順を図２のフローチャートに示す。
【００２０】
まず、施工装置３を管台２内部へ設置する。施工装置３を原子炉圧力容器１の外から吊り下ろし（ステップＳ１）、施工装置３を管台２付近まで移動し（ステップＳ２）、管台２から管台２内へ施工装置３を挿入する（ステップＳ３）。
【００２１】
次に、施工装置３を管台２内の施工箇所に位置決めする処理を行う。施工装置３を管台２内部で自走させて施工箇所まで移動させ（ステップＳ４）、施工箇所にて施工装置３の位置固定を行い、位置決めする（ステップＳ５）。
【００２２】
最後に、管台２の中心と回転アーム９の回転軸合わせを行い、レーザ溶接処理を行う。まず、回転アーム９に取り付けられた距離センサ８によって管台２の中心と回転アーム９の回転軸のズレを検出する（ステップＳ６）。次に、検出したズレ量に基づいて支持脚４の長さを調整して回転アーム９の回転軸を管台２の中心にあわせる（ステップＳ７）。回転アーム９の位置決めが完了したら、施工ヘッド７によりレーザ溶接処理を行う（ステップＳ８）。
【００２３】
以上の図２に示す各ステップの詳細について、各図面を参照しながら詳細に説明していく。
【００２４】
まず、図３を用いて管台２内部への装置３の取り付けを行う装置の構成について説明する。図３は、施工装置３の管台２内部取り付けに用いる吊り込み装置２２、装置挿入治具２３の概要を示す斜視図である。
【００２５】
吊り込み装置２２はクレーンの一種であり、オペレーションフロアに設置された旋回機構２５、旋回機構２５に取り付けられ、旋回機構２５によって旋回される伸縮アーム２６、伸縮アーム２６の先端から吊り下げられたワイヤリール２７、ワイヤリール２７から繰り出される吊り込みワイヤ２８から構成されている。装置挿入治具２３は、施工装置３を把持する装置掴み治具２９、吊り込みワイヤ２８と接続するための治具側吊り込みワイヤ３０、施工装置３が管台２に挿入される状況を監視する治具監視カメラ３１、治具監視カメラ３１の信号の通信用と装置挿入治具２４の向き調節ガイドを兼ねたガイドケーブル３２から構成されている。また、吊り込みワイヤ２８と治具側吊り込みワイヤ３０の先端には一対のワイヤ連結器２４が取り付けられており、このワイヤ連結器２４を連結することにより、吊り込み装置２２に装置挿入治具２３を吊り下げることができる。なお、ケーブル１４は省略して図示している。
【００２６】
次に、図４、図５、図６を用い、吊り込み装置２２、装置挿入治具２３を用いた施工装置３の取り付けについて説明する（図２、ステップＳ１〜Ｓ３）。図４は施工装置３の取り付け作業中の様子を示す斜視図である。
【００２７】
図４に示すように、オペレーションフロア９３に作業台車２０と吊り込み装置２２が設置されている。吊り込み装置２２は施工装置３を把持した装置挿入治具２３を原子炉圧力容器１内に吊り下ろしている。作業台車２０には原子炉圧力容器１内へ伸びたケーブルの引き回しを行うケーブル供給装置２１があり、施工装置３のケーブル１４および装置挿入治具のガイドケーブル３２は、ケーブル供給装置２１によって引き回しされる。
【００２８】
施工装置３の取り付け手順について、図５、図６を用いて詳細に説明する。図５（ａ）、図５（ｂ）、図６はそれぞれ、施工装置３の取り付け手順を示した側面図であり、施工装置３については図１（ｂ）と同様の縦断面を図示している。なお、施工装置３の支持脚等、一部の構成は省略して図示している。
【００２９】
まず、図４（ａ）に示すように、装置挿入治具２３が施工装置３を把持する。把持は、装置掴み治具２９の突出部２９ａを本体モジュール５に設けた凹部へ挿入し、さらに突出部２９ａを外側に広げるようにして本体モジュール５凹部の内壁に圧接させることで行う。次に、図４（ｂ）で示すように、施工装置３を把持した装置掴み治具２９を吊り込み装置２２で吊り下ろす（図２、ステップＳ１）。
【００３０】
なお、施工装置３の姿勢を水平に維持できるのであれば、異なった方法による把持でもよい。例えば装置掴み治具２９と施工装置３に雄材と雌材を取り付けて係合させる、施工装置３の凸部を外側から圧接して保持する、といった方法等が考えられる。また、施工装置３の姿勢についても、管台２への挿入前に水平姿勢であればよい。例えば、施工装置３を垂直姿勢で吊り下ろし、管台２付近へ移動させてから水平姿勢に移行するようにしても構わない。この方法は、複雑で狭隘な空間である原子炉圧力容器１内を移動する際に施工装置３が垂直姿勢であると有利な場合に有効である。
【００３１】
次に、図６を用いて施工装置３の管台２への挿入について説明する。吊り込み装置２２に吊り下げられた施工装置３は、吊り込み装置２２の旋回、伸縮アーム２６の伸縮、ワイヤリール２７による吊り込みワイヤ２８の繰り出しにより、管台２の付近まで移動する（図２、ステップＳ２）。
【００３２】
さらに、オペレータは治具監視カメラ３１の映像を参照し、施工装置３を管台２の直前に正確に位置決めする。施工装置３の位置決めが完了した後、伸縮アーム２６をさらに縮め、施工装置３を管台２へ挿入する（図２、ステップＳ３）。管台２から施工装置３の取り付け箇所まで距離がある場合は、装置掴み治具２９の突出部２９ａを伸縮アームとするなど、施工装置３を管台２の奥まで容易に挿入可能な構成とすることもできる。
【００３３】
次に、管台２へ挿入した施工装置３を施工箇所に位置決めする処理について、図７、図８を用いて説明する（図２、ステップＳ４、ステップＳ５）。
【００３４】
まず、図７（ａ）、図７（ｂ）を用いて、施工装置３の支持脚４の詳細な構成について説明する。図７（ａ）、図７（ｂ）はそれぞれ支持脚４の構成を示した要部拡大図であり、図７（ａ）は管台２の軸方向から見た正面図、図７（ｂ）は管台２の軸方向と垂直な方向から見た側面図である。
【００３５】
支持脚４には、上述したように伸縮機構部６が設けられており、支持脚４の長さはこの伸縮機構部６によって伸縮する。また、支持脚４の先端には、管台２内面と当接する固定治具４０、移動車輪４１が設けられている。固定治具４０は押付機構４２を介して支持脚４先端に設けられている。この押付機構４２は支持脚４の軸と同じ方向に伸縮し、伸縮によって固定治具４０を管台２内面に押し付ける機構である。押付機構４２の伸縮は移動車輪４１に対して独立している。移動車輪４１は図示しないスプリングを介して支持脚４先端に設けられている。また、移動車輪４１は車輪駆動機構によって駆動される。車輪駆動機構は、例えば支持脚４先端近傍に内蔵されたモータと、モータの動力を移動車輪４１に伝えるタイミングベルトから構成される。
【００３６】
上述の押付機構４２と車輪駆動機構により、施工装置３の移動状態と固定状態とが切替られ、施工箇所へ移動して位置決め固定される。以下、図８を用いて詳細に説明する。図８（ａ）は施工装置３の移動状態を示す正面図、図８（ｂ）は施工装置３の固定状態を示す正面図である。
【００３７】
図８（ａ）に示す移動状態では、押付機構４２が固定治具４０を管台２内面に押し付けていない。また、伸縮機構部６も縮んだ状態であり、３方向に伸びた支持脚４ａ、４ｂ、４ｃのうち、支持脚４ｂ、支持脚４ｃの移動車輪４１ｂ、移動車輪４１ｃのみが管台２内面に当接している。この状態で車輪駆動機構を駆動すると、施工装置３は管台２内を移動する。ヘッド部監視カメラ１８の映像を参照しながら車輪駆動機構の駆動を制御することにより、施工装置３を施工箇所へ移動させることができる（図２、ステップＳ４）。なお、伸縮機構部６によって支持脚４ａの移動車輪４１ａを管台２内面に押し付けて、３つの移動車輪によって施工装置３を駆動させることも可能である。
【００３８】
図８（ｂ）に示す固定状態では、押し付け機構４２によって固定治具４０を管台２内面に押し付けている。固定治具４０の押し付けにより、移動車輪４１は管台２内面から離れる。これによって施工装置３は管台２内部において位置が固定される。
【００３９】
このように、支持脚４に設けられた伸縮機構部６、押付機構４２、車輪駆動機構の駆動を制御して施工装置３の移動状態と固定状態を切り替えることにより、施工装置３を施工箇所に移動させて位置決めすることが可能である（図２、ステップＳ５）。
【００４０】
次に、回転アーム９の回転軸を管台２の中心に位置決めする処理について、図９、図１０、図１１を用いて説明する（図２、ステップＳ６、ステップＳ７）。
【００４１】
まず、図９を用いて管台２の中心と回転アーム９の回転軸の位置ズレを検出する処理について説明する（図２、ステップＳ６）。図９は管台２の中心と異なる位置に回転アーム９の回転軸がある状態を簡略的に示した概念図である。
【００４２】
管台２の中心５１と異なる位置に回転アーム９の回転軸５２が位置している。施工装置３は図８（ｂ）にて説明した固定状態となっており、支持脚４はそれぞれ管台２内面に当接している。図９においては、支持脚４と管台２内面の当接箇所と回転軸５２とを結ぶ直線を支持脚軸５４ａ、５４ｂ、５４ｃとして図示している。支持脚軸５４ａ、５４ｂ、５４ｃはそれぞれ支持脚４ａ、４ｂ、４ｃに対応しており、支持脚軸５４ａ、５４ｂ、５４ｃの長さはそれぞれＬａ、Ｌｂ、Ｌｃとする。また、回転軸５２から距離センサ８までの距離をＬｄ、距離センサ８から管台２内面までの距離をＬｍｉとする。したがって、管台２内面と回転軸５２の距離はＬｄ＋Ｌｍｉとなる。また、支持脚軸５４ａ、５４ｂの間の角度をθａｂ、支持脚軸５４ｂ、５４ｃの間の角度をθｂｃ、支持脚軸５４ａ、５４ｃの間の角度をθａｃとする。支持脚４ａ、４ｂ、４ｃは等間隔でとりつけられており、図９に示す状態ではθａｂ、θｂｃ、θａｃはそれぞれ１２０°である。なお、支持脚は等間隔で取り付ける必要はなく、任意の設計でよい。
【００４３】
管台２の中心と回転アーム９の回転軸の位置ズレについて、距離センサ８によってＬｄ＋Ｌｍｉを計測しながら回転アーム９を一回転させることで、ズレの方向と距離を検出することが可能である。図１０を用いて以下詳細に説明する。図１０は回転アーム９が一回転したときの距離センサ８の計測結果の概要を示すグラフである。ｘ軸は回転アーム９の回転角度φｓを示しており、初期位置をφ０＝０°としている。ｙ軸は回転軸５２から管台２内面までの距離Ｌｄ＋Ｌｍｉを示している。また、管台２の半径ｒを破線で示している。
【００４４】
図１０は、図９で図示している距離センサ８の位置をφ０として回転アーム９を時計回りに一回転させた計測結果を示している。なお、図９で図示している回転アームの角度は支持脚軸５４ａの逆方向（すなわち、１８０°違う方向を）を向いている。φ０方向は中心５１よりも回転軸５２のほうが管台２内面に近いため、Ｌｄ＋Ｌｍｉは半径ｒよりも小さい値となる。φｓの増加とともにＬｄ＋Ｌｍｉも増加していき、φｍで最大となる。φｍでは、回転アーム９と中心５１とが重なった状態となる。さらにφｓが増加するとＬｄ＋Ｌｍｉは減少していき、最終的にφｓ＝３６０°でφｓ＝０°と同じ値となり、計測終了となる。なお、φｍにおけるＬｄ＋Ｌｍｉと半径ｒの差をΔｄとする。
【００４５】
以上の計測で得られたφｍが回転軸５２に対する中心５１のズレ方向、Δｄが中心５１と回転軸５２のズレ量である。なお、φｍ等は回転アーム９の初期位置を基準とした角度である。
【００４６】
以下、図１１を用いて、回転軸５２の位置補正の一例を説明する。回転軸５２の位置は、支持脚４ａ、４ｂ、４ｃの管台２内面への当接箇所を固定したまま支持脚４ａ、４ｂ、４ｃそれぞれを伸縮することで変更可能である。以下、回転軸５２補正後の支持脚４ａ、４ｂ、４ｃそれぞれの長さの算出について、詳細に説明する。
【００４７】
図１１は回転軸５２の補正前と補正後の支持脚軸５４ａ、５４ｂ、５４ｃを示した概念図である。なお、補正前の支持脚軸５４ａ、５４ｂ、５４ｃは破線で図示し、また補正後の支持脚軸は実線で示しており、補正後の支持脚軸については以下補正支持脚軸６４ａ、６４ｂ、６４ｃとして記述する。また、中心５１と補正前の回転軸５２を結ぶ直線をズレ方向５５として一点鎖線で示している。補正支持脚軸６４ａ、６４ｂ、６４ｃの長さはそれぞれＬａ＋Δａ、Ｌｂ＋Δｂ、Ｌｃ＋Δｃとする。
【００４８】
回転軸５２補正後の支持脚４ａ、４ｂ、４ｃの長さは、補正支持脚軸６４ａ、６４ｂ、６４ｃの長さＬａ＋Δａ、Ｌｂ＋Δｂ、Ｌｃ＋Δｃを求めることで定まる。以下、補正後支持軸６４ａ、６４ｂ、６４ｃのうち、補正後支持軸６４ｃの長さＬｃ＋Δｃの算出方法について詳述する。
【００４９】
図１１における支持脚４ｃの管台２内面との当接箇所を点Ａ、補正前の回転軸５２の位置を点Ｂ、管台２の中心５１を点Ｏとしたとき、点Ａ、Ｂ、Ｏの三点によって形成された三角形に着目して補正後支持軸６４ｃの長さＬｃ＋Δｃを算出することができる。線分ＡＯの長さはＬｃ＋Δｃ、線分ＡＢの長さはＬｃ、線分ＢＯの長さはΔｄである。また、角ＯＢＡの角度は図１１に図示されたφｉｃに相当し、ズレ方向５５と支持脚軸５４ｃとの成す角度である。φｉｃは以下の式（１）によって求められる。
【００５０】
φｉｃ＝φａ＋１２０  ・・・（１）
なお、φａは図１１に示すように、支持脚４ａとズレ方向５５の成す角度である。φａは距離センサ８の初期位置、支持脚４ａの補正前の位置、および計測によって得られたφｍから求めることができる。
【００５１】
以上の情報に基づき、Ｌｃ＋Δｃの二乗、すなわち線分ＡＯの長さの二乗は、第二余弦定理により以下の式（２）により求められる。
【数１】
2011185925.tif 000003
【００５２】
式（２）の右辺の各パラメータは上述したように既知であるため、式（２）に基づいて補正後支持脚軸６４ｃの長さを求めることができる。また、Ｌａ＋Δａ、Ｌｂ＋Δｂについても、同様に既知の角度、長さに基づいて算出することが可能である。
【００５３】
以上説明したように、計算によって求めた補正後支持脚軸６４ａ、６４ｂ、６４ｃの長さに基づいて支持脚４ａ、４ｂ、４ｃの長さを調整することにより、回転軸５２を中心５１の位置に補正する（図２、ステップＳ７）。
【００５４】
次に、施工ヘッド７による管台２内面へのレーザ溶接処理について、図１２を用いて以下説明する（図２、ステップＳ８）。
【００５５】
図１２は施工ヘッド７近傍を拡大した要部拡大図である。図１２（ａ）は施工装置３の正面、つまり管台２の軸方向から見た図、図１２（ｂ）は管台２の軸に垂直な方向から見た図である。以下、施工ヘッド７の構造について詳細に説明する。
【００５６】
回転アーム９の先端に、押付駆動機構部１２を介して施工ヘッド７が取り付けられている。施工ヘッド部７は、走査用ガイドローラ７１を保持するローラ保持部７６、弾性体７７を介して先端側に取り付けられたカバー７８、カバーの内側に取り付けられた溶接ノズル７２、フィラー供給ノズル７３、カバーガス用ノズル７４を備えている。溶接ノズル７２にはレーザを伝送する光ファイバー（図示せず）が、カバーガス用ノズル７４にはガスを供給するホース（図示せず）が接続されている。また、回転アーム９にはフィラードラム７５が取り付けられており、フィラー供給ノズル７３へフィラー（図示せず）を供給している。なお、図１２（ａ）、図１２（ｂ）ともに、施工時の施工ヘッド７の進行方向は紙面右方向であり、施工ヘッド７は管台２内面で螺旋軌道を描きながら施工を行う。
【００５７】
施工ヘッド７による施工について、以下説明する。回転軸５２の補正後、回転アーム９を施工開始位置まで回転させ、また、図１を用いて説明した前後駆動機構部１１によって施工ヘッド７を管台２の軸方向に移動させ、施工ヘッド７の位置決めを行う。施工ヘッド７の位置決めが完了したら、レーザ溶接処理を開始する。カバー７７内にカバーガス用ノズルからカバーガスを供給してカバーガス雰囲気とし、溶接ノズル７２からレーザを照射して溶接を行う。施工ヘッド７は回転アームによって図１２（ａ）における反時計方向に移動し、また前後駆動機構部１１によって図１２（ｂ）の右方向に螺旋軌道を描きながら移動していく。施工の進行に伴って図１２（ｂ）の右方向に移動し、やがて溶接部１３に乗り上げる。
【００５８】
以上説明したように、本実施例の施工装置３によれば、管台２の内面形状が設計と異なる形状であっても、施工対象となる管台２へ取り付けられたあとに管台２内面を計測して回転軸５２と中心５１とのズレを補正することにより、高い精度で管台２内面にレーザ溶接処理を施すことが可能である。
【００５９】
なお、本実施例では施工ヘッド７によりレーザ溶接を行うものとして説明したが、施工ヘッド７と管台２内面との距離が施工精度に影響する作業であれば、本発明により精度を高めることが可能である。例えば、施工ヘッド７に代えてレーザピーニング、超音波探傷、表面研磨等の作業を行う作業ヘッドを用いた構成とすることが考えられる。
【００６０】
また、回転軸５２のズレ補正に関して、本実施例で説明した計算方法は一例であり、施工装置３の構成や距離センサ８によるズレの計測方法に応じた計算方法を用いることが可能である。例えば、本実施例においては支持脚４ａ、４ｂ、４ｃの管台２内面への当接箇所を固定し、支持脚４ａ、４ｂ、４ｃの伸縮のみによって補正を行うものとして説明したが、支持脚４ａ、４ｂ、４ｃの先端に管台２の周方向へ移動する機構を設け、支持脚４ａ、４ｂ、４ｃのそれぞれの間の角度を維持したまま補正を行う構成とする、あるいは支持脚４ａ、４ｂ、４ｃのそれぞれの間の角度を計測するセンサを搭載し、支持脚４ａ、４ｂ、４ｃの間の角度を調整可能な構成とし、各構成に応じた補正処理や計算方法を採用することが可能である。例えば、支持脚４ａ、４ｂ、４ｃのそれぞれの間の角度を維持したまま補正を行う構成の場合、中心５１の算出後、支持脚４ａ、４ｂ、４ｃのうち１本がズレ方向５５と重なるように施工装置３ごと回転し、仮に支持脚４ａとズレ方向５５を重ねた場合は、支持脚４ａを伸ばし、支持脚４ｂ、４ｃを同じ長さだけ縮めることで回転軸５２をズレ方向５５に沿って移動させて中心５１に補正する、といった処理が考えられる。このような処理は、例えば支持脚４ａ、４ｂ、４ｃを周方向に多少動けるようバネやゴム等の弾性体を用いて施工装置３に固定し、フレキシブル性をもたせることで可能となる。
【００６１】
また、本実施例においては、施工装置３を移動させながら施工ヘッド７を連続回転させることで、施工ヘッド７螺旋軌道を描きながら施工を行うものとして説明したが、当然ながら施工装置３を移動させずに回転アーム９を一回転させ、次に施工装置３を移動させ、施工ヘッド７を一回転させる、という動作を繰り返すことで施工を行うことも可能である。
【００６２】
施工ヘッド７が螺旋軌道を描く施工を行う場合、回転駆動機構部１０にスリップリングを採用することで回転アーム９の同方向への連続回転に伴った距離センサ８等のケーブルの捩れを防止し、施工ヘッド７による連続施工を可能にすることで施工時間が短縮される。
【００６３】
一方で、回転アーム９の回転と施工装置３の移動を交互に行い施工する場合、回転アーム９の回転方向を一回転毎に逆にするように制御することで、スリップリングを不要とし、より簡素な構成の施工装置３とすることが可能である。
【００６４】
［実施例２］
本発明の第２の実施例について、図面を用いて以下説明する。なお、第１の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６５】
製作精度や経年変化等により管台２の内面に凹凸面がある場合、施工ヘッド７と管台２内面の距離が施工中に変動する。実施例１に記載の装置及び方法は回転軸５２を管台２の中心５１に補正することで精度を高め、レーザ溶接施工など施工条件の裕度が小さい場合に特に有効であるが、管台２内面の凹凸による変動幅が大きい場合は、回転軸５２を補正したとしても施工性に影響する可能性がある。
【００６６】
本実施例による施工ヘッド７の構成について、図１３を用いて以下説明する。回転アーム９に磁気式距離センサ８１が取り付けられている。磁気式距離センサ８１はＮ、Ｓの磁石が挿入された芯棒８２が上下に動作した位置を計測するもので、制御装置１５に備える信号処理装置で距離センサ用ケーブル８３を介して励磁信号を送信し、検出した誘導起電力を受信して距離データを出力するものである。磁気式距離センサ８１は、回転アーム９の施工ヘッド７進行方向側へ取り付けられており、芯棒８２先端に取り付けられた距離センサ用ローラ８４が常に管台２内面に接触する構成としている。制御装置１５に備える信号処理装置で処理した距離データは、駆動コントローラ１６、状態表示コントローラ１７へ送信される。状態表示コントローラ１７では、施工装置の駆動状態表示に加えて磁気式距離センサ８１で検出した距離データの表示を行い、作業員の監視に用いる。
【００６７】
また、施工ヘッド７に施工ヘッド位置調整機構８５が設けられている。施工ヘッド位置調整機構８５は、施工ヘッド７の溶接ノズル７２、フィラー供給ノズル７３、カバーガス用ノズル７４を駆動コントローラ１６からの指令で管台２内面に対して上下に駆動させるものである。磁気式距離センサ８１で検出した距離データに基づいて施工ヘッド位置調整機構８５を駆動させることにより、施工ヘッド７と管台２内面の距離を高い精度で一定に保つことが可能である。また、施工ヘッド位置調整機構８５により補正可能な範囲を超えた調整が必要な場合は、押付け駆動機構部１２も駆動させて調整を行う。
【００６８】
これらの動作の手順について、図１４を用いて説明する。図１４は磁気式距離センサ８１により検出した距離データを用いて施工ヘッド７と管台２内面の距離を調整する手順を示すフローチャートである。
【００６９】
まず、制御装置１５が磁気式距離センサ８１により検出された距離データを受信する（図１４、ステップＳ１１）。次に、距離データに基づいて施工ヘッド７と管台２内面の距離差分を算出する（図１４、ステップＳ１２）。次に、算出した距離差分と、その時点の押付け駆動機構部１２および施工ヘッド位置調整機構８５の伸縮状態のデータに基づき、距離差分が補正可能範囲内であるかを判定する（図１４、ステップＳ１３）。距離差分が補正可能範囲外である場合はインターロックが作動し、施工を中断する（図１４、ステップＳ１４）。距離差分が補正可能範囲内である場合は、次に施工ヘッド位置調整機構８５のみで補正可能な範囲にあるかどうかを判定する（図１４、ステップＳ１５）。施工ヘッド位置調整機構８５のみでは補正しきれない場合は、押付け駆動機構部１２と施工ヘッド位置調整機構８５を併用して補正を行い（図１４、ステップＳ１６）、施工ヘッド位置調整機構８５のみで補正可能な範囲であれば施工ヘッド位置調整機構８５のみで補正を行う（図１４、ステップＳ１７）。何れの場合でも施工は継続され（図１４、ステップＳ１８）、磁気式距離センサ８１による検出が繰り返される。
【００７０】
以上に説明したように、施工ヘッド７の走査方向前方に磁気式距離センサ８１を備え、施工ヘッド７と管台２内面の距離データを用いて押付け駆動機構部１２および施工ヘッド位置調整機構８５を随時調整することにより、施工ヘッド部と管台２内面との距離を高い精度で一定に保つことが可能となる。このような駆動制御により、管台２内面に凹凸面や変形が存在してもスムーズに施工の継続が可能である。また管台２内面に極端に大きい凹凸面や変形が生じて正常な施工が困難な場合、施工前にインターロックで施工を中断するため、トラブルまたは無駄な作業の発生を押さえ効率化を図ることができる。
なお、本実施例の施工ヘッド位置調整機構８５等による施工ヘッド部と管台２内面との距離調整について、実施例１の回転アーム９の回転軸の位置ズレ修正を前提に説明したが、この位置ズレ修正を行わなくとも、施工ヘッド位置調整機構８５等による上述の効果を得ることが可能である。
また、例えば制御装置１５に施工ヘッド位置調整機構８５による距離調整可能範囲をしきい値として記憶させて、まず回転アーム９の回転軸の位置ズレ修正を行わずに作業を行い、磁気式距離センサ８１での計測結果が当該しきい値を超える場合に作業を中断して回転アーム９の回転軸の位置ズレ修正を行うという作業手順としてもよい。このような作業手順とすることにより、施工ヘッド位置調整機構８５のみで施工ヘッド部と管台２内面との距離調整が可能な場合は、回転アーム９の回転軸の位置ズレ修正を省略することができる。
また、施工ヘッド位置調整機構８５は、回転アーム９の回転中心から施工ヘッド７までの長さを変更することができればよく、上述した構成に限らない。
【００７１】
［実施例３］
本発明の第３の実施例について、図面を用いて以下説明する。なお、第２の実施例と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７２】
本実施例による施工装置３の施工ヘッド７の構成について、図１５を用いて以下説明する。図１５は施工ヘッド７近傍を管台２の軸方向から見た要部拡大図である。本実施例では第２の実施例の磁気式距離センサ８１に代えてレーザ距離センサ９１が施工ヘッド７に取り付けられている。レーザ距離センサ９１は鉛直下方にレーザを出射して管台２内面までの距離を計測する。計測結果は距離センサ用ケーブル８３を介して制御装置１５に送信され、第２の実施例と同様に、図１４に示す手順にて施工ヘッド７の補正が行われる。
【００７３】
また、広範囲にレーザを照射して距離を計測するレーザスキャナをレーザ距離センサ９１に採用することで、レーザ距離センサ９１の鉛直下方とその周辺の距離データを収集することが可能となる。レーザスキャンで収集した距離データ情報を用いて、状態表示コントローラ１７に管台２内面の３Ｄグラフィックを表示することが可能である。この場合の状態表示コントローラ１７の表示例について、図１６を用いて説明する。
【００７４】
図１６は状態表示コントローラ１７のディスプレイ１０１の表示例を示しており、ディスプレイ１０１の左に回転アーム９の管台２内面における角度を示した回転アーム角度表示Ｄ１、ディスプレイ１０１右上に施工装置３の管台２における位置を表示した施工装置位置表示Ｄ２、施工装置位置表示Ｄ２の下にレーザ距離センサ９１のレーザスキャンによって得た距離データに基づいて描画された管台２内面の３Ｄグラフィックである配管内面表示Ｄ３、ディスプレイ１０１の下部に施工条件裕度と実際の施工条件の履歴を示した施工条件履歴表示Ｄ４が配置されたレイアウトとなっている。
【００７５】
回転アーム角度表示Ｄ１は管台２内面における回転アーム９の角度を線分１０２で示しており、回転アーム９の角度の状態を容易に確認することが可能となっている。なお、管台２内面の形状について、実線で設計情報に基づいた表示を、破線で計測した距離データに基づいた表示をしており、管台２の実際の形状と設計とのズレも容易に把握することが可能となっている。
【００７６】
施工装置位置表示Ｄ２は、管台２における施工装置３の位置を表示している。これによって管台２における施工装置３の軸方向の位置が容易に把握可能であり、さらに管台２の溶接線位置を同時に描画することで溶接線と施工装置３の位置関係についても容易に把握することが可能である。
【００７７】
配管内面表示Ｄ３は上述したようにレーザ距離センサ９１のレーザスキャンによって計測した距離データに基づいた管台２内面の３Ｄグラフィック表示である。
【００７８】
施工条件履歴表示Ｄ４は施工ヘッド７と管台２内面の距離の施工条件裕度と実際に施工における施工ヘッド７と管台２内面間距離の履歴を示している。破線１０４が施工条件で、破線１０５、１０６がそれぞれ施工条件のプラス側とマイナス側の裕度を示しており、実際の施工履歴が実線１０３で示されている。施工履歴１０３が施工条件裕度範囲内、すなわち破線１０５、１０６の間にある範囲では施工が適切な条件で行われたことを示す。これによって、施工装置３による施工が条件範囲内で継続されていることを容易に把握することができる。
【００７９】
以上説明したように、本実施例によれば、第２の実施例における磁気式距離センサ８１に代えてレーザ距離センサ９１を用いることにより、第２の実施例と同様の効果を得ることができる。さらに、レーザ距離センサ９１にレーザスキャナを採用することにより、レーザ距離センサ９１の鉛直下方とその周辺の距離データを収集することが可能となる。収集した距離データに基づいて管台２内面を３Ｄグラフィック表示することで、オペレータが管台２に内面の状態を容易に把握することが可能となる。
【００８０】
以上本発明の実施例について図を参照して説明してきたが、上記複数の実施例に説明した特徴を任意に組み合わせたところの構成であってもよい。また、当業者にあっては、具体的な実施例において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種種の変形・変更を加えることが可能である。例えば、実施例においては３本の支持脚を有する装置として説明したが、例えば４本以上であっても構わず、また等角度毎の配置でなくとも良い。
また、例えば回転軸の位置ズレ修正は行わずに実施例２の施工ヘッド位置調整機構８５等による施工ヘッド部と管台２内面との距離調整のみを行う場合は、施工装置３の位置決め固定は支持脚４でなくともよく、例えば施工装置３の外周に取り付けられ、施工装置３の管台への挿入に応じて、管台入口付近に嵌合されて施工装置３を位置決め固定するような専用の治具を用いる等してもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１  原子炉圧力容器
２  管台
３  施工装置
４  支持脚
５  本体モジュール
６  伸縮機構部
７  施工ヘッド
８  距離センサ
９  回転アーム
１０  回転駆動機構部
１１  前後駆動機構部
１２  押付駆動機構部
１３  溶接部
１４  ケーブル
１５  制御装置
１６  駆動コントローラ
１７  状態表示コントローラ
１８  ヘッド部監視カメラ
２０  作業台車
２１  ケーブル供給装置
２２  吊り込み装置
２３  装置挿入治具
２４  ワイヤ連結器
２５  旋回機構
２６  伸縮アーム
２７  ワイヤリール
２８  吊り込みワイヤ
２９  装置掴み治具
２９ａ  突出部
３０  治具側吊り込みワイヤ
３１  治具監視カメラ
３２  ガイドケーブル
４０  固定治具
４１  移動車輪
４２  押付機構
５１  中心
５２  回転軸
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ  支持脚軸
５５  ズレ方向
６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ  補正後支持脚軸
７１  走査用ガイドローラ
７２  溶接ノズル
７３  フィラー供給ノズル
７４  カバーガス用ノズル
７５  フィラードラム
７６  ローラ保持部
７７  弾性体
７８  カバー
８１  磁気式距離センサ
８２  芯棒
８３  距離センサ用ケーブル
８４  距離センサ用ローラ
８５  施工ヘッド位置調整機構
９１  レーザ距離センサ
１０１  ディスプレイ
１０２  回転アーム角度
１０３  履歴データ
Ｄ１  回転アーム角度表示
Ｄ２  施工装置位置表示
Ｄ３  配管内面表示
Ｄ４  施工条件履歴表示 
【図１】
2011185925.tif 000004
【図２】
2011185925.tif 000005
【図３】
2011185925.tif 000006
【図４】
2011185925.tif 000007
【図５】
2011185925.tif 000008
【図６】
2011185925.tif 000009
【図７】
2011185925.tif 000010
【図８】
2011185925.tif 000011
【図９】
2011185925.tif 000012
【図１０】
2011185925.tif 000013
【図１１】
2011185925.tif 000014
【図１２】
2011185925.tif 000015
【図１３】
2011185925.tif 000016
【図１４】
2011185925.tif 000017
【図１５】
2011185925.tif 000018
【図１６】
2011185925.tif 000019