(57)【要約】【課題】水管橋の支持構造物のような障害物が鋼管の表面に存在していても、外表面から肉厚や塗膜厚等を正確に測定することのできる測定装置および測定方法の提供。【解決手段】一対のキャタピラ１２と、各キャタピラを個々に駆動させるための２台のモータ３と永久磁石５とを備えた台車に、測定器２２、２３と測定器のセンサー昇降装置９および台車位置検出器２４ａが搭載されており、前記キャタピラは走行方向と直交する方向に揺動可能であり、前記永久磁石はその下表面と被測定材の鋼管の表面との間に空間ができるように台車に固定されている測定装置と測定方法。【選択図】図１
2004125752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のキャタピラと、各キャタピラを個々に駆動させるための２台のモータと永久磁石とを備えた台車に、測定器と測定器のセンサー昇降装置および台車位置検出器が搭載されており、前記キャタピラは走行方向と直交する方向において揺動可能であり、前記永久磁石はその下表面と被測定材の鋼管の表面との間に空間ができるように台車に固定されていることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
鋼管の肉厚を測定する装置であって、一対のキャタピラと、各キャタピラを個々に駆動させるための２台のモータと永久磁石とを備えた台車に、超音波肉厚計、塗膜厚を測定するための膜厚計、肉厚センサーと膜厚センサーの昇降装置、および台車位置検出器が搭載されており、前記キャタピラは走行方向と直交する方向において揺動可能であり、前記永久磁石はその下表面と被測定材である鋼管の表面との間に空間ができるように台車に固定されていることを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の測定装置において、さらに、台車位置制御装置および測定システム制御装置とを備えていることを特徴とする測定装置。
【請求項４】
永久磁石が、各キャタピラの上下のキャタピラ間および台車の下面に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の測定装置。
【請求項５】
キャタピラがその長手方向に揺動可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の測定装置。
【請求項６】
請求項１〜５項に記載の測定装置を用いて鋼管の肉厚または塗膜厚を測定することを特徴とする厚さ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水道橋等のように配管された鋼管の肉厚、塗装膜厚や疵等を測定するのに適した測定装置および測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川等を渡した水道橋（以後水管橋とよぶ）は鋼管から成り、使用中に鋼管の内面が腐食され肉厚の減少が進み、放置しておくと穴が空いて配水ロスの原因となる。しかし、鋼管の内面腐食は外面腐食と異なり外部からの観察により腐食度を知ることは不可能であるが、水管橋の寿命を判断するには鋼管の肉厚の測定が必要となる。そのため、水管橋に足場などを組み、鋼管の外表面に塗装された塗膜を除去した後、超音波肉厚計などを用いて残肉厚を測定する方法が一般に用いられている。しかし、この方法では水管橋の全長に渡る全面の肉厚を評価するには、足場の組み立て、塗膜の除去、肉厚の測定、再塗装および足場の解体作業等に大きな費用が嵩むという問題がある。
【０００３】
上記の問題に対応した装置として、特許文献１に「管の検査用の無軌道式走査装置」が開示されている。この装置は、被検査物の管に着脱可能で管軸方向に走行可能な輪状のベースに同心状に回動可能な輪状の周方向回転体が設置され、その回転体に超音波探触子機構が搭載されている。この装置により超音波探触子を管の軸方向および周方向に移動させて検査することができる。しかし、このような構造の装置では、管径の異なる水管橋毎に輪状べースを用意する必要がある。
【０００４】
図５は、水管橋１６に設けられたリブ１８を有した支持構造物１７を示す図である。
【０００５】
このような支持構造物がある水管橋には、上記装置は適用することができないという問題がある。さらに、この装置では鋼管の外表面に塗装皮膜がある場合は鋼管の肉厚を正確に測定することができない。
【０００６】
【特許文献１】
特公平３−３２０２２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、水管橋の支持構造物のような障害物が鋼管の表面に存在していても、外表面から正確な肉厚や塗膜厚等を正確に測定することのできる測定装置および測定方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解消するため鋭意検討をおこなった結果、以下の知見を得るに至った。
【０００９】
ａ）測定器を搭載した台車をキャタピラにより鋼管の外表面を走行させて測定すれば、配管の支持構造物のような障害物が鋼管の表面に存在していても測定が可能である。
【００１０】
ｂ）台車が鋼管表面から落下するのを防止するには、永久磁石をその下表面と被測定材の鋼管の表面との間に空間ができるように台車に固定して台車を鋼管表面に吸着させることにより達成できる。
【００１１】
ｃ）台車の鋼管表面からの落下の防止および台車を正確に安定して走行させるためには、二つのキャタピラを台車の走行方向と直交する方向において揺動可能とし、キャタピラを鋼管の曲面に倣わせてキャタピラの下面が鋼管の表面に接触するする面積を大きくする必要がある。
【００１２】
ｄ）鋼管表面上で台車の進行方向の変更は、二つのキャタピラを個々に駆動させ、回転速度に差を付けるか、双方のキャタピラを逆方向に回転させることにより達成できる。
【００１３】
本発明はこのような知見に基づきなされたものでその要旨は下記の通りである。
【００１４】
（１）一対のキャタピラと、各キャタピラを個々に駆動させるための２台のモータと永久磁石とを備えた台車に、測定器と測定器のセンサー昇降装置および台車位置検出装置が搭載されており、前記キャタピラは走行方向と直交する方向において揺動可能であり、前記永久磁石はその下表面と被測定材の鋼管表面との間に空間ができるように台車に固定されている測定装置。
【００１５】
（２）鋼管の肉厚を測定する装置であって、一対のキャタピラと、各キャタピラを個々に駆動させるための２台のモータと永久磁石とを備えた台車に、超音波肉厚計、塗膜厚を測定するための膜厚計、肉厚センサーと膜厚センサーの昇降装置、および台車位置検出器が搭載されており、前記キャタピラは走行方向と直交する方向において揺動可能であり、前記永久磁石はその下表面と被測定材である鋼管の表面との間に空間ができるように台車に固定されている測定装置。
【００１６】
（３）上記（１）または（２）に記載の測定装置において、さらに、台車位置制御装置および測定システム制御装置とを備えている測定装置。
【００１７】
（４）永久磁石が、各キャタピラの上下のキャタピラ間および台車の下面に設けられていることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の測定装置。
【００１８】
（５）キャタピラがその長手方向に揺動可能である上記（１）〜（４）に記載のいずれかの測定装置。
【００１９】
（６）上記（１）〜（５）に記載の測定装置を用いて鋼管の肉厚または塗装膜厚を測定する厚さ測定方法。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の測定装置の１例を示す平面図である。
【００２１】
図２は、図１で示した測定装置の側面図である。台車１は、一対のキャタピラ２、２と、各キャタピラを個々に駆動させるための２台のモータ３、３と永久磁石５ａ、５ｂ、５ｃとを備えている。測定装置格納ボックス１３内に超音波肉厚測定器２２ａ、膜厚測定器２３ａ、傾斜角センサーである台車位置検出器２４ａが搭載されており、台車前部には肉厚測定センサ２２ｂと膜厚測定センサ２３ｂとを昇降させるセンサー昇降装置９とが搭載されている。各キャタピラ２、２は、走行方向と直交する方向において揺動可能となっている。モータ３はギヤボックス４と傘歯車２５を介して前転輪１２ａ、１２ａを駆動する。モータ３、３には、エンコーダである台車位置検出器２４ｂ、２４ｂが接続されている。なお、１２ｂ、１２ｂは後転輪である。ケーブル１９は、図示しない台車位置制御装置および測定システム制御装置に接続されている。
【００２２】
以下、本発明の測定装置の各構成要件について説明する。
【００２３】
キャタピラ：
キャタピラ２、２は、台車を鋼管の曲面を移動させるのに最適な手段であり、図１に示すように台車の両側面に設けられている。キャタピラ２、２を、走行方向と直交する方向に揺動可能としたのは、キャタピラを鋼管の曲率に倣わせ、キャタピラの下面と鋼管表面との接触面積を大きくして安定走行させるためである。
【００２４】
図４は、キャタピラの揺動機構の１例を示す図である。同図に示すようにキャタピラはリンク機構（ピン継ぎ手）２６により揺動するようになっており、任意の揺動量に調整することができる。
。キャタピラの材質は硬質ゴムが好ましく、ウレタンのような樹脂であってもよい。
【００２５】
鋼管表面上で台車を斜行移動させる場合には、キャタピラをその長手方向に揺動させて鋼管表面とキャタピラがよく接触するようにするのが好ましい。特に鋼管の径が小さい場合に有効である。
【００２６】
図３は、図１で示した本発明の装置の側面図で、キャタピラをその長手方向に傾斜させた場合を示している。図１および図３に示すように、キャタピラの長手方向の中央が基点となるようキヤタピラ全体を軸支１５（チルト機構）してキャタピラを長手方向に揺動可能とするのが好ましい。
【００２７】
キャタピラの材質は、硬質ゴムが好ましく、ウレタン樹脂のような樹脂であってもよい。
モータ：
モータにより転輪１２ａを介してキャタピラを駆動させる。２台のモータで駆動させるのは、左右両輪１２ａ、１２ｂの回転速度および回転方向を可変とするためである。なお、４輪を駆動させてもよい。
【００２８】
台車を鋼管の軸方向へ直線移動させる場合は、両輪を同速度で前転、あるいは後転させればよい。また、走行方向を変更する場合は、両輪の回転速度比を変えるか、回転方向を変えることにより芯地旋回させることができ、管軸に対して斜行移動させることができる。この方法によれば、例えばキャタピラの長さが２００ｍｍの台車で、４００Ａ（直径４００ｍｍ）の鋼管の場合、約２秒の左右逆転で管軸に対して５度、周方向距離にして６ｍｍの移動が可能である。
【００２９】
図８（ａ）、（ｂ）および図９は鋼管表面上を走行させた台車の軌道と測定点の例を示した図である。走行台車の軌道を線で、測定点を点で示した。
【００３０】
図８（ａ）に示すように測定点端部でＭ字状に３回の切り返しを行えば、あるいは図８（ｂ）に示すように測定点端部で２回の切り返しを行えば、碁盤目状に測定することが可能であり、１回の切り返しとすれば台車走行軌跡は図９の様にジグザグ状になる。このようにして、管周方向の任意の位置に移動させることができ、管全長、全周に渡って肉厚等の測定ができる。
【００３１】
測定器：
台車には、各種の測定装置を搭載することがでる。台車を水管橋等の外表面に塗装膜を有する鋼管の肉厚測定に使用する場合は、超音波肉厚測定器と塗膜厚測定器を搭載すればよく、塗膜厚さのみを測定したい場合は膜厚計のみでよく、電磁式膜厚計が好ましい。また配管に発生した傷の有無を検査する場合には、超音波探傷器を搭載すればよい。
【００３２】
水管橋の肉厚を測定する場合の軸方向および周方向の測定ピッチは、検出したい腐食孔の大きさにより決めればよく、全面の腐食孔を漏れなく検出するためには、検出最小腐食孔径の１／２のピッチで肉厚測定をすればよい。
【００３３】
また、肉厚測定においては塗膜上からの超音波肉厚計の肉厚測定出力値は下記（１）式の関係になることから、（１）式　右第２項　ｔ′を電綴式膜厚計により測定、補正することにより鋼管肉厚ｔのみを求めることができる。
【００３４】
超音波肉厚計出力：Ｔ＝鋼管肉厚（ｔ）＋塗膜厚（ｔ′）×（鋼管中の音速／塗膜中の音速）　・・・・（１）
ここで、鋼管中の音速、塗膜中の音速は別途オフラインにて測定しておく。
【００３５】
台車位置検出器：
台車を任意の位置に走行させるためには、常に鋼管表面上での台車の位置を把握しておかなければならない。鋼管の軸方向の位置は、軸方向の移動量を測定すればよく、キャタピラやモータに連結したエンコーダやパルスモータのパルス数により測定できる。図１では、モータ３にエンコーダである台車位置検出器２４ｂを接続している。また、測定点間隔はキャタピラの駆動時間制御あるいはキャタピラに連結したエンコーダ等により決定することができる。
【００３６】
台車位置は、被測定材の表面が曲面であるため、台車位置検出器２４ａである傾斜角センサーによる３軸の傾斜角の測定が必要となる。
【００３７】
図１０は、３軸の傾斜角を説明するための図で、図１０（ａ）はロール角、図１０（ｂ）はピッチ角、図１０（ｃ）はヨーク角の説明図である。
【００３８】
台車が鋼管の表面を管軸（Ｚ軸と同じ）に平行に直線走行している場合において、図１０（ａ）に示すようにＺ軸を中心として回転して進行方向を変えた時の管軸と方向を変えた方向との角度をＹＸ面に投影したときの角度ψがロール角で、同図（ｂ）に示すようにＸ軸を中心として回転して進行方向を変えた時の管軸と方向を変えた方向とのなす角度をＹＺ面に投影したときの角度φがピッチ角で、また同図（ｃ）に示すようにＹ軸を中心として回転して進行方向を変えた時の管軸と方向を変えた方向とのなす角度εがヨーク角である。これらの角度の検出には、傾斜角センサ、加速度センサの他、振り子の付いたエンコーダ等を用いればよい。
【００３９】
測定器のセンサー昇降装置：
測定器により測定を実施するときは、測定器のセンサーを被測定材に接触させなければならない。したがって、台車が走行している間はセンサーを上昇させておき、測定点に達して台車が停止したときにセンサーを降下させる必要がある。このような操作をセンサー昇降装置でおこなう。昇降させる手段としては、エアシリンダや油圧シリンダ等を採用するとよい。
【００４０】
永久磁石：
台車に永久磁石を設けるのは、台車を鋼管に吸着させ落下を防止するためであり、台車が走行時に磁石と鋼管表面とが接触しないように永久磁石の下表面と被測定材の鋼管の表面との間に空間を設ける必要がある。図１、２の例では、永久磁石は車体の裏面に１個５ｃ、左右のキャタピラの上下のキャタピラ間に２個５ａ、５ｂが設けられている。各キャタピラ間に設けた２個の磁石は図２に示すようにＳ、Ｎが逆になるように配置すると磁界の関係で吸着力が強力になる。
【００４１】
台車位置制御装置：
台車位置制御装置は、台車位置検出器の傾斜角センサーの出力角およびキャタピラやモータに連結したエンコーダやパルスモータのパルス数をモニターし、目標とする測定点に対して台車の位置がずれを生じると台車位置を補正できる機能を有しており、台車位置を目標とする測定点に制御することができる。
【００４２】
例えば、管軸方向に所定のピッチで測定を実施する場合において、台車のロール角が目標角からずれたとき、左右のキャタピラの回転速度を調整して目標角に近づける操作を行う。なお、台車位置の調整が必要となるずれ角度の限界値ならびに左右キャタピタの速度比は測定物の形状や寸法（鋼管の直径等）によって決定すればよい。
【００４３】
測定システム制御装置：
測定制御システムは、システム全体を制御する装置である。
【００４４】
台車位置制御装置から台車位置を読み込むと共に、目標となる測定点とのずれを求め、このずれが許容範囲内であれば、超音波センサーと被測定材との間に水を供給するための水供給器の電磁弁の開閉ならびにセンサー昇降シリンダを作動させる。次に、膜厚計から膜厚センサーの指示値および超音波肉厚測定器から肉厚センサーの指示値を読みとり鋼管の肉厚を算出してメモリに保存する。その後、台車位置制御装置に次の測定点への移動指令を出し、上記操作を繰り返す。
【００４５】
【実施例】
本発明の測定装置の実施例は発明の実施の形態の欄で示したとおりで、以下は主に測定方法について説明する。
【００４６】
図６は、本発明の測定装置の各構成部の接続状態を示すブロック図である。この例では、台車には、測定器として電磁式膜厚計、超音波肉厚測定器および台車位置検出器が搭載されている。台車を測定位置に走行させて停止させ、センサー昇降装置で各センサーを降下させながら水供給器で超音波センサーと被測定材との間に水を供給して被測定材の鋼管表面にセンサーを接触させて測定し、その測定情報を測定システム制御装置に送って肉厚の演算がなされる。その位置での測定が終了すると駆動モータにより台車を次の測定位置に走行させる。その際、台車位置検出器により傾斜角を測定すると共に走行距離をエンコーダ等により測定し、その情報を台車位置制御装置に送り、目標の測定位置に台車を走行させる。この例では、台車位置制御装置および測定システム制御装置は台車に搭載しないで、それぞれ測定器と制御装置とをケーブル（図１の１９）により接続しているが、台車に搭載して無線機により遠隔操作をしてもよい。
【００４７】
図７は、測定開始から終了するまでの台車制御のフローチャートである。
【００４８】
測定開始時に測定条件を台車位置制御装置に入力する。測定条件は、測定対象鋼管の外径、軸方向測定ピッチ、軸方向測定長さ、周方向測定ピッチ、周方向測定ピッチ周方向の測定長、移送速度、測定感度および測定時間（台車停止時間）等である。
【００４９】
台車位置制御装置により台車を目標位置に走行させ、目標位置を外れると再度台車位置を制御して目標位置に到達させる。目標位置に到着すると台車を停止させ、測定システム制御装置によりセンサ昇降機によりセンサーを鋼管表面に接触させる。
【００５０】
例えば、外面に塗装膜のある鋼管の肉厚測定の場合は、超音波探触子を鋼管表面に接触させ、内面からの反射波を受信する。超音波肉厚計は超音波送信から、反射波受信までの時間を計測する。しかしながら、肉厚計出力は（管肉厚＋塗膜厚）×鋼管音速）となるため、塗膜厚さの補正が必要となる。塗膜は場所により厚さが異なるので電磁式膜厚計により、肉厚測定点の塗膜厚を測定し、前記（１）式により、真の管肉厚ｔを算出する。
【００５１】
図１２は、塗膜厚を変えた試験片（鋼管肉厚ｔ＝１２ｍｍ）を用意し、肉厚計出力値と塗膜厚との関係を調べた結果である。図１２から明らかなように、鋼材の音速（５，９００ｍ／ｓ）に対し、塗膜の音速は鋼材音速の約１／３あることが分かる。また、塗膜厚さを（１）式にて補正することで、真の管肉厚ｔを測定可能なことが分かる。
【００５２】
このようにして鋼管の肉厚を算出するとともに、つぎの測定位置に台車を走行させ上記と同様の測定を繰り返し鋼管全体の測定を終了する。
【００５３】
図１に示した測定装置を用い、図７に示す制御方法で、直径８００ｍｍ（８００Ａ）の鋼管の外表面を走行させ、図８（ｂ）に示したような切り返しをおこない台車を円周方向に移動させて目標の角度の位置に到達させ、実測の角度と比較して周方向の制御誤差を調べた。
【００５４】
使用した測定装置のキャタピラの長さは、２００ｍｍ、台車幅１６７ｍｍおよびキャタピラ幅は３５ｍｍであった。
【００５５】
図１１は、測定状態を示す鋼管の断面図である。同図に示すように２１０度から３２８度間を２〜４度毎に台車を止め目標角度と台車位置とを比較した結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
2004125752.tif 000003
【００５７】
表１から明らかなように誤差は３度以内で、大部分が１度であり、ほぼ目標位置に正確に台車の制御が可能である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、配管された鋼管の支持構造物のような障害物が鋼管表面にあっても、外表面から肉厚や塗膜厚等を正確に測定することのできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定装置の１例を示す平面図である。
【図２】図１で示した測定装置の側面図である。
【図３】図１で示した本発明の装置の側面図で、キャタピラを傾斜させた場合を示している。
【図４】キャタピラの揺動機構の１例を示す図である。
【図５】水管橋に設けられたリブを有した支持構造物を示す図である。
【図６】本発明の測定装置の構成部の接続状態を示すブロック図である。
【図７】測定開始から終了するまでの台車の制御のフローチャートである。
【図８】鋼管表面上を走行させた台車の軌道と測定点の例を示した図で、図８（ａ）は３回の切り返しの場合、図８は（ｂ）は２回の切り返しの場合である。
【図９】鋼管表面面上を走行させた台車の軌道と測定点の例を示した図である。
【図１０】３軸の傾斜角を説明するための図で、（ａ）はロール角、図１０（ｂ）はピッチ角、図１０（ｃ）はヨーク角の説明図である。
【図１１】測定状態を示す鋼管の断面図である。
【図１２】肉厚計出力と塗膜厚との関係を調べた結果である。
【符号の説明】
２　キヤタピラ
３　　モータ
４　　ギヤボックス
５ａ、５ｂ、５ｃ　永久磁石
９　　センサ昇降装置
１２ａ，１２ｂ　　転輪
１５　軸受け（チルト機構）
２２ｂ　肉厚測定センサ
２３ｂ　　膜厚測定センサ
２４ａ、２４ｂ　台車位置検出装置
２６　リンク機構（ピン継ぎ手）
【図１】
2004125752.tif 000004
【図２】
2004125752.tif 000005
【図３】
2004125752.tif 000006
【図４】
2004125752.tif 000007
【図５】
2004125752.tif 000008
【図６】
2004125752.tif 000009
【図７】
2004125752.tif 000010
【図８】
2004125752.tif 000011
【図９】
2004125752.tif 000012
【図１０】
2004125752.tif 000013
【図１１】
2004125752.tif 000014
【図１２】
2004125752.tif 000015