(57)【要約】　　　（修正有）【課題】道路照明柱のような外径が変化する柱状体の溶接ビード部分の探傷を容易に行えるようにする。【解決手段】柱状体に対面可能なメインフレーム１４と、前記柱状体１２を抱きかかえ可能に前記メインフレーム１４に取り付けられた開閉フレーム１６とからなる前記ロボット本体を設けている。このロボット本体には前記柱状体１２を昇降するためのローラ２０と旋回するためのローラとを選択接触可能に取り付けている。昇降時に柱状体１２の溶接部を検出する探傷位置検出センサと旋回時に溶接部の傷を探索する探傷センサとを備える。一対の開閉フレーム１６間に柱状体１２上の障害物を通過させる隙間を形成して昇降可能となっている。【選択図】　　図１
2004034219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状体に対面可能なメインフレームと、前記柱状体を抱きかかえ可能に前記メインフレームに取り付けられた開閉フレームとからなる前記ロボット本体を有し、このロボット本体には前記柱状体を昇降するためのローラと旋回するためのローラとを選択接触可能に取り付けるとともに、昇降時に柱状体の溶接部を検出する探傷位置検出センサと旋回時に溶接部の傷を探索する探傷センサとを備えてなり、前記一対の開閉フレーム間に柱状体上の障害物を通過させる隙間を形成して昇降可能とされていることを特徴とする柱状体探傷ロボット。
【請求項２】
前記開閉フレームを平行リンク機構によりメインフレームに取り付けるとともに柱状体に弾圧的に抱着可能として柱状物の径の変化に追随して昇降できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の柱状体探傷ロボット。
【請求項３】
前記昇降ローラをＶ溝の転動面を有する鼓型ローラ形状に形成してなることを特徴とする請求項１記載の柱状体探傷ロボット。
【請求項４】
前記ロボット本体には子ロボットを搭載し、この子ロボットには柱状体の小径側先端部に抱着可能な転動ローラを設けてなり、ロボット本体から分離移動可能として当該子ロボットによる柱状体先端側の探傷を可能としたことを特徴とする請求項１記載の柱状体探傷ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は柱状体探傷ロボットに係り、特に道路照明柱のような長尺柱状体の溶接部や照明灯取付部の損傷を早期に発見するための探傷ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、道路の側道部分には、交通安全上の見地から、夜間において路面を上方から照らすための道路照明柱が設備されている。この道路照明柱には色々なタイプがあるが、一般的には地上にポールを立設するとともに、その先端部を路面側に湾曲させ、湾曲先端部に照明灯を取り付けた構造となっている。このような道路照明柱では、構造力学的な関係から上部構造物の軽量化を図るようにしており、このため、ポール部分は上方に至るにしたがってテーパ状に縮径される構造とし、太目の基部側ポールと細めの先端側ポールとを溶接によって結合した構造となっている。
【０００３】
ところで、このような道路照明柱では、溶接箇所裏側に当て板をしているため結露により水がたまり腐食の原因となる。更に風の影響により繰り返し荷重がかかりポールの折損事故が発生する可能性がある。また、照明灯の取付箇所での腐食などにより照明灯や付属品の落下事故が発生するおそれがある。このため、定期的な点検作業が要請されている。
【０００４】
しかしながら、従来の一般的な点検作業は、熟練者による打音検査や目視検査により行われており、そのため梯子を利用したり、高所作業車を利用して検査を行うことが不可欠となっていた。通常、道路側部で行われるため、作業には危険が伴い、道路の片側を通行規制したりする必要があり、より安全で大掛かりな交通規制を行うことなく、また熟練度に依存せずに探傷作業を行える方法が望まれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
溶接部位の探傷技術として実開平２−２１５５３号や、実開平６１−５９号、特開昭５８−２４８５６号に開示されたものがある。これらはいずれも同一円管を溶接した構造体の溶接部の探傷装置であるが、道路照明柱のような外径が変化する柱状体の検査はできないものであった。また、管体の途中に突起やその他の接続物などがあると、移動検査できないので問題であった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に着目し、道路照明柱のような外径が変化する柱状体の探傷が可能であって、途中に移動障害物が存在してもこれを回避して移動することができる柱状体探傷ロボットを提供することを目的とする。また、柱状体の外径寸法が著しく小さくなっている先端部の検査も確実にできる構造とした柱状体探傷ロボットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る柱状体探傷ロボットは、柱状体に対面可能なメインフレームと、前記柱状体を抱きかかえ可能に前記メインフレームに取り付けられた開閉フレームとからなる前記ロボット本体を有し、このロボット本体には前記柱状体を昇降するためのローラと旋回するためのローラとを選択接触可能に取り付けるとともに、昇降時に柱状体の溶接部を検出する探傷位置検出センサと旋回時に溶接部の傷を探索する探傷センサとを備えてなり、前記一対の開閉フレーム間に柱状体上の障害物を通過させる隙間を形成して昇降可能とされていることを特徴としてなる。
【０００８】
上記構成において、前記開閉フレームを平行リンク機構によりメインフレームに取り付けるとともに柱状体に弾圧的に抱着可能として柱状物の径の変化に追随して昇降できるようにすればよく、前記昇降ローラをＶ溝の転動面を有する鼓型ローラ形状に形成することが望ましい。更には、前記ロボット本体には子ロボットを搭載し、この子ロボットには柱状体の小径側先端部に抱着可能な転動ローラを設けてなり、ロボット本体の停止位置から分離移動可能として当該子ロボットによる柱状体先端側の探傷を可能とすることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る柱状体探傷ロボットの具体的実施の形態を、道路照明柱の探傷作業に適用する場合について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１〜図４は実施形態に係る探傷ロボット１０の構造を示す図である。これらに図示されているように、探傷ロボット１０は、柱状体としての道路照明柱１２に対面されるメインフレーム１４と、前記道路照明柱１２を左右から抱きかかえ可能に前記メインフレーム１４に取り付けられた一対の開閉フレーム１６（１６Ｒ、１６Ｌ）とからなる前記ロボット本体１８を有している。そして、このロボット本体１８には前記道路照明柱１２を昇降するための昇降ローラ２０と、道路照明柱１２の周囲を旋回するためのローラ２２（２２Ｒ、２２Ｃ、２２Ｌ）とが選択接触可能に取り付けられている。
【００１０】
まず、ロボット本体１８を昇降させるための構成は次のようになっている。前記メインフレーム１４に一対の開閉フレーム１６（１６Ｒ、１６Ｌ）が取り付けられているが、各開閉フレーム１６は、道路照明柱１２との対面部を開口させたコ字型断面の直方体容器状に形成されている。各開閉フレーム１６の内部の上下位置には、転動面をＶ溝に形成した鼓型の昇降ローラ２０を回転軸が水平となるように取り付けており、ローラ転がり面としてのＶ溝がフレーム開口部から臨むように設定して、前記道路照明柱１２を左右から挟み込んで転接できるようにしている。したがって、ロボット本体１８は、開閉フレーム１６を左右から道路照明柱１２に近接させて上下各一対の昇降ローラ２０を押し付けた状態に転接させることにより、道路照明柱１２に抱着される。
【００１１】
道路照明柱１２にロボット本体１０を抱着させるために、各開閉フレーム１６はその上下端板部分でメインフレーム１４に対して上下の平行リンク機構２４により支持され、左右の昇降ローラ２０が平行状態を維持しながら開閉動作可能にして、道路照明柱１２に左右方向から近接離反できるように支持されている。また、前記開閉フレーム１６を道路照明柱１２に押し付けて昇降ローラ２０を強制的に転接させる倍力機構を利用したクランプ機構２６を設けている。クランプ機構２６は、メインフレーム１４を反力受け部材として、左右の開閉フレーム１６Ｒ、１６Ｌに道路照明柱１２に向けた押付力を加えて抱着させ、あるいは押付力を解除して昇降ローラ２０を道路照明柱１２から離反させる。このため、実施形態では、図１に示すように、メインフレーム１４側に設けたクランプレバー２８の先端部にスリーブ３０をピン結合しておき、このスリーブ３０にシャフト３２を挿通させ、シャフト３２の先端部を開閉フレーム１６にやはりピン結合している。そして、スリーブ３０と連結シャフト３２との間にコイルスプリング３４を介装させ、スプリング３４による弾圧力により連結シャフト３２が突出する方向に力が作用するようにしている。これにより開閉フレーム１６が道路照明柱１２に向けた付勢力を常に得ることができるので、ロボット本体１８の昇降移動によって昇降ローラ２０がクランプする位置における道路照明柱１２の径が変化しても、これに追随して抱着状態を維持することができる。すなわち、クランプレバー２８をクランプ位置に操作することにより、左右の開閉フレーム１６Ｒ、１６Ｌが近接する方向に弾圧付勢され、昇降ローラ２０の転動面であるＶ溝内に常に道路照明柱１２の側面部が入り込み、昇降ローラ２０が道路照明柱１２に密着して転動できるようになる。これにより図１に示しているように、道路照明柱１２が下部の大径部から上部の小径部に変化しても、昇降ローラ２０が確実に道路照明柱１２を抱着し、ロボット本体１８が安定して昇降できるようになるのである。なお、上記スプリング３４を利用したクランプ機構２６に代えて、電気モータなどのアクチュエータを利用したクランプ機構などを採用することができる。
【００１２】
上記構成により、道路照明柱１２がメインフレーム１４と左右の開閉フレーム１６とによって抱着され、しかも平行リンク機構２４によって道路照明柱１２の径が変わっても常にその左右から開閉フレーム１６が挟み込むため、開閉フレーム１６同士の間には開口隙間Ｇが形成される。ロボット本体１８を昇降させる際に、この開口隙間Ｇがあるため、道路照明柱１２に障害物があった場合にもこれを回避して移動できるものとなっている。
【００１３】
なお、各開閉フレーム１６に取り付けられている上下の昇降ローラ２０はフレーム内臓のモータで駆動可能となっており、昇降ローラ２０の軸と図示していないモータ軸に取り付けたプーリに巻きかけたベルトにより回転力を伝達して、昇降方向に回転駆動されるようになっている。
【００１４】
左右の開閉フレーム１６Ｒ、１６Ｌは前述したように、各々上下２箇所の平行リンク機構２４によってメインフレーム１４に支持されているが、両者が一定の関係をもって開閉されるように、この実施形態では、両フレーム１６Ｒ、１６Ｌを開脚アーム３６によって連結している（図２参照）。開脚アーム３６は一対の等長アームをピン結合して開閉できる構成としたもので、両等長アームのピン連結部３８はメインフレーム１４のセンタに形成したガイド溝４０に摺動可能に取り付けられている。ガイド溝４０は開閉フレーム１６の開閉動作方向と直行する方向に長く形成されたもので、ピン連結部３８が開閉フレーム１６の開閉量に応じて道路照明柱１２の半径方向に沿う方向に位置移動しつつ、ロボット本体１８の左右の振れを吸収できるようにしている。
【００１５】
一方、ロボット本体１８には、上記昇降ローラ２０と共に、旋回ローラ２２が取り付けられている。これは探傷作業をなす場合に、後述する探傷センサを探査位置で道路照明柱１２の周りに周回させるために用いられる。この旋回ローラ２２は、図２〜図４から理解できるように、３点式ローラユニットとして上下に２組配置した構成とされている。各ユニットは開閉フレーム１６の上下端板の外側に取り付けられた旋回ローラ２２Ｒ、２２Ｌと、これと同列にメインフレーム１４に取り付けられた旋回ローラ２２Ｃの３点ローラをから成り、道路照明柱１２の外周面に転接可能とされている。この旋回ローラ２２は回転軸を垂直方向としたもので、道路照明柱１２を周囲から挟み込むことで、ロボット本体１８を旋回運動させることができる。メインフレーム１４に取り付けた旋回ローラ２２Ｃを駆動ローラとしており、メインフレーム１４に内蔵させた駆動モータ（図示せず）により旋回駆動がなされる。
【００１６】
ところで、このロボット本体１８では、前記昇降ローラ２０と旋回ローラ２２とは、道路照明柱１２に対して選択接触可能に取り付けられている。これは基本的に昇降ローラ２０が道路照明柱１２に転接しているときには旋回ローラ２２が道路照明柱１２から離反し、逆の場合には昇降ローラ２０が離反するように構成している。そのため、まず、中央の旋回ローラ２２Ｃは昇降ローラ２０による昇降移動時には道路照明柱１２とは若干の隙間があるように設定され、常時接触しない構成としておく。そして、図２に示しているように、開閉フレーム１６の上下端板に中間部をピン結合したレバー４２を取り付けておき、その先端に旋回ローラ２２Ｒ、２２Ｌを取り付けるようにする。一方、レバー基端にモータなどのアクチュエータ（図示せず）を取り付けて、レバー４２が開閉フレーム側のピン結合部を中心として回動できるようにしておく（図２矢印Ｆ）。そして、アクチュエータを作動させることにより、旋回ローラ２２Ｒ、２２Ｌを道路照明柱１２に強制的に転圧させるようにしている。
【００１７】
このように構成することにより、アクチュエータを作動させて開閉フレーム１６における上下の各昇降ローラ１６Ｒ、１６Ｌを道路照明柱１２に転圧させると、クランプ機構２６によってばね付勢されている開閉フレーム１６が道路照明柱１２から押し離されて昇降ローラ２０が離反し、反対にメインフレーム１４が道路照明柱１２に近づいてセンタ旋回ローラ２２Ｃが道路照明柱１２に転接されることになる。このため、昇降ローラ２０と旋回ローラ２２の接触切り替えが行われるのである。
【００１８】
また、ロボット本体１８には、その昇降時に道路照明柱１２の溶接ビード部を検出する探傷位置検出センサ４４と、溶接ビード部の傷を旋回しながら検出する探傷センサ４６とが備えられている。
【００１９】
探傷位置検出センサ４４は溶接ビードの位置を検出するもので、これは溶接処理が肉厚の厚い下部ポールと肉厚の薄い上部ポールとの間で行われるとの見地から、道路照明柱１２の肉厚を検出するようにし、この肉厚変化が急峻な箇所を特定して探傷領域である溶接ビード位置とみなしている。このため、探傷位置検出センサ４４を超音波センサから構成し、これを図３〜図４に示すように、一方の開閉フレーム１６Ｒに取り付け、昇降ローラ２０が転接される道路照明柱１２に対面するように配置している。
【００２０】
一方、探傷センサ４６は、図３〜図４に示しているように、メインフレーム１４のセンタ部分に取り付けられている。このセンサには磁気探傷センサを用いており、検査対象としての道路照明柱１２を磁化させ、溶接ビード部分に発生している傷がある場合に、この傷から漏れた磁束を検出して探傷を行う漏洩磁束探知方法を採用している。この種の磁気探傷センサでは塗装仕様の道路照明柱１２でも欠陥や溶接ビード部分の裏当て金を明確に認識でき、表面塗装に影響されないので極めて探傷検査に有効である。
【００２１】
ところで、上述したように、ロボット本体１８は、探傷位置検出センサ４４が溶接ビード位置を検出して停止させたとき、探傷センサ４６が溶接ビード位置に対応している必要がある。そこで、この実施形態では、図４に示しているように、探傷位置検出センサ４４の取付位置と、探傷センサ４６の上下可動範囲の中央位置とを距離Ｌ分だけオフセットさせて取り付けている。これは、ちょうど探傷位置検出センサ４４による検出遅れ制御距離分に相当し、超音波によって道路照明柱１２の板厚変化が設定値より大きくなったことを演算してビード部であると出力して停止させるまでの時間遅れ距離に対応する。
【００２２】
さらに、この実施形態では、上述したロボット本体１８に子ロボット７８を搭載している。この子ロボット７８は、ロボット本体１８から分離・離脱可能とされており、また、この子ロボット７８には道路照明柱１２の先端部を撮像可能なビデオカメラ８２を搭載し、当該子ロボット７８による道路照明柱１２の先端部側の表示画像により探傷を可能としてなるものである。
【００２３】
具体的構成を図５〜図７に示す。図示のように、子ロボット７８は移動主体となり機器を搭載する基台８４を有しており、この基台８４は親ロボットとしての前記ロボット本体１８の上面に設置したロケートピン８６で着脱自在とされ、通常は親ロボットと一体的に移動するが、道路照明柱１２の先端部探査に際してこのロケートピン８６部分で分離し、離脱移動可能とされる。基台８４には、道路照明柱１２に対面する部分に昇降駆動ベルト８８が帯状に露出され、この帯ベルト部分が道路照明柱１２の表面に当接して駆動されることにより、相対的に基台８４が昇降できるようになっている。基台８４に装備された昇降駆動ベルト８８が道路照明柱１２に密接するように一対の開閉アーム９０が設けられている。開閉アーム９０は基台８４にピン結合されて先端開口幅を可変とし、アーム閉じ込み操作することでアーム９０の先端側内面部分に取り付けたガイドローラ９２が道路照明柱１２に当接可能としている。これにより前記昇降駆動ベルト８８とガイドローラ９２とによって基台８４が道路照明柱１２に抱着され、子ロボット７８が道路照明柱１２に沿って移動可能となる。前記ガイドローラ９２はアーム先端に取り付けた駆動シリンダ９４によりガイドローラ９２の位置を可変としており、道路照明柱１２の先端ポール径に追従して位置を変更できるようにしている。そして、前記基台８４には、道路照明柱１２への抱着状態でその半径方向に伸びる旋回アーム９６が取り付けられている。この旋回アーム９６は先端にビデオカメラ８２を搭載したもので、旋回アーム９６を駆動モータ１００によって１８０度前後回転させることにより、搭載したビデオカメラ８２が道路照明柱１２の先端周囲を撮像できるようにしている。この撮像データはケーブル通信や無線通信などにより地上ユニット１０２側に送信され、そこで画像表示させることで、画面上で探傷するようにしている。
【００２４】
前記地上ユニット１０２は、上記子ロボット７８を搭載したロボット本体１８を制御するもので、そのシステム構成をロボット側とともに図８に示す。ロボット側には前述したように、ロボット本体（親ロボット）１８に装備したセンサとしての探傷位置検出センサ４４とそのユニット１０４と、探傷センサ４６および磁気ヨーク６２のセンサ類と、昇降や旋回駆動のための駆動装置１０６が装備されている。また、子ロボット７８側には、ビデオカメラ８２と昇降移動やカメラ用旋回アーム９６のための昇降・旋回装置１０８が装備されている。これらのロボット搭載装備を駆動制御するのが地上ユニット１０２であり、ロボット制御指令を入力するロボット制御盤１１０と、昇降や旋回のための駆動系の制御をなす駆動制御装置１１２を備えている。この駆動制御装置１１２は同時に探傷センサ４６のユニット１１４を介して探傷センサ４６の駆動制御と探傷監視装置１１６を作動制御し、探傷監視装置１１６は探傷センサ４６が傷を検出したときにアラームを出力するようになっている。一方、子ロボット７８のビデオカメラ８２による撮像画像はビデオキャプチャー１１８により取り込み、前記探傷監視装置１１６に出力され、画像表示によって視覚判断にて探傷をなすようにしている。そして、電源設備としてバッテリ１２０を装備し、電源を各機器に供給している。
【００２５】
このように、構成された探傷ロボット１０は、最初ロボット本体１８を道路照明柱１２の下部に運んでクランプ機構２６を利用して開閉フレーム１６を閉じ込み操作して抱着させる。地上ユニット１０２のロボット制御盤１１０により溶接ビード位置の検出作業を開始させる。これを受けてロボット本体１８は道路照明柱１２を上昇移動する。上昇移動に際して途中にケーブル引き込み部などの移動障害物が存在しているときには、ロボット本体１８の開閉フレーム１６間に形成されている開口隙間Ｇを利用してここを通過させることができる。これは昇降ローラ２０の転接状態から旋回ローラ２２の転接状態に切り替えることによって開口隙間Ｇの位置を変更して行えばよい。
【００２６】
上昇移動に際して、開閉フレーム１６の一方に超音波センサからなる探傷位置検出センサ４４が柱の肉厚を検出し、肉厚変化が設定値以上になった場合にこの箇所を溶接ビード位置であるとして、上昇移動を自動停止させる。この停止制御の遅れ分を見越して探傷センサ４６が距離Ｌだけオフセットされた位置に配置されているので、溶接ビード部分に探傷センサ４６が対面するように停止される。
【００２７】
次いで、探傷モードに入るが、ロボット本体１８が停止した位置で、原点設定を行い、ロボット本体１８の旋回量を設定する。設定ボタンを押すことにより回動レバー４２をアクチュエータが回し、旋回ローラ２２を道路照明柱１２に転圧する。これを受けて開閉フレーム１６がコイルスプリング３４に反して押し広げられ、昇降ローラ２０を離して旋回可能な状態に移行する。旋回ボタンを操作することでロボット本体１８が設定量だけ回転する。そして、探傷起動ボタンを押すことにより、ロボット本体１８が旋回しながら探傷センサ４６が溶接ビード部を摺動移動する。これによって溶接ビード部を中心とした一定幅の領域の探傷が行われる。傷がある場合には磁束漏洩があるので、これが検出されると、探傷監視装置１１６にてアラームが発せられる。探傷が終了すると、ロボット本体１８は原点位置に復帰し、必要に応じて再度同様な作業を行わせればよい。
【００２８】
【発明の効果】
このように本発明に係る探傷ロボットによれば、柱状体に対面可能なメインフレームと、前記柱状体を抱きかかえ可能に前記メインフレームに取り付けられた開閉フレームとからなる前記ロボット本体を有し、このロボット本体には前記柱状体を昇降するためのローラと旋回するためのローラとを選択接触可能に取り付けるとともに、昇降時に柱状体の溶接部を検出する探傷位置検出センサと旋回時に溶接部の傷を探索する探傷センサとを備えてなり、前記一対の開閉フレーム間に柱状体上の障害物を通過させる隙間を形成して昇降可能とした構成としたので、道路照明柱のような外径が変化する柱状体の探傷が可能であって、途中に移動障害物が存在してもこれを回避して移動することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る探傷ロボットの昇降ローラ部分を示す断面図である。
【図２】同探傷ロボットの旋回ローラの関係位置を示す断面図である。
【図３】同探傷ロボットの概略正面図である。
【図４】同探傷ロボットの概略縦断面図である。
【図５】子ロボットの平面図である。
【図６】子ロボットの側面図である。
【図７】子ロボットの正面図である。
【図８】実施形態に係る探傷ロボットのシステム構成図である。
【符号の説明】
１０………探傷ロボット、１２………道路照明柱、１４………メインフレーム、１６（１６Ｒ、１６Ｌ）………開閉フレーム、１８………ロボット本体、２０………昇降ローラ、２２（２２Ｒ、２２Ｃ、２２Ｌ）………旋回ローラ、２４………平行リンク機構、２６………クランプ機構、２８………クランプレバー、３０………スリーブ、３２………連結シャフト、３４………コイルスプリング、３６………開脚アーム、３８………ピン連結部、４０………ガイド溝、４２………回動レバー、４４………探傷位置検出センサ（超音波センサ）、４６………探傷センサ（漏洩磁束検出センサ）、７８………子ロボット、８０………転動ローラ、８２………ビデオカメラ、８４………基台、８６………ロケートピン、８８………昇降駆動ベルト、９０………開閉アーム、９２………ガイドローラ、９４………駆動シリンダ、９６………旋回アーム、１００………駆動モータ、１０２………地上ユニット、１０４………ＵＴユニット、１０６………駆動装置、１０８………昇降・旋回装置、１１０………ロボット制御盤、１１２………駆動制御装置、１１４………ＭＴユニット、１１６………探傷監視装置、１１８………ビデオキャプチャー、１２０………バッテリ。
【図１】
2004034219.tif 000003
【図２】
2004034219.tif 000004
【図３】
2004034219.tif 000005
【図４】
2004034219.tif 000006
【図５】
2004034219.tif 000007
【図６】
2004034219.tif 000008
【図７】
2004034219.tif 000009
【図８】
2004034219.tif 000010