(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管（１００）の内面の検査又は加工のため前記管（１００）の内部を走行し得る車台（２）を備える管内マニピュレータにおいて、前記車台（２）は外周に複数の車輪（６）を備え、また前記車台（２）に多関節形の揺動アーム（２０、２００）が前記車台（２）の長手軸線（８）の方向に移動可能に配置されしかも前記長手軸線（８）を中心として回転可能に支持され、前記揺動アーム（２０、２００）はその自由端に検査システム又は作業装置に対するシステムサポート（２２）を有するとともに前記車台（２）の内部に引き込み得るようになっており、前記揺動アーム（２０、２００）の各揺動可能なリンク（２８、３２）にこのリンク（２８、３２）を揺動させるための駆動装置（４４）が設けられ、さらに前記車台（２）には管内マニピュレータを前記車台（２）の長手軸線（８）を中心として回転させるための旋回装置が配置され、前記旋回装置は半径方向に繰り出し可能な複数の軸受サポート（１１０）を含み、前記軸受サポート（１１０）にそれぞれ前記長手軸線（８）に平行に延びる軸（１１２）が支持され、前記軸（１１２）は管内マニピュレータを挿入すべき前記管（１００）の円周方向に回転できる少なくとも一つの案内輪（１１４）を有し、前記案内輪（１１４）は前記軸受サポート（１１０）が半径方向に繰り出されたとき前記管（１００）の内周面に接し、前記案内輪（１１４）が駆動されるとき管内マニピュレータは前記長手軸線（８）を中心としその全周にわたって回転可能であり、前記車台の車輪（６）は前記管の周方向における任意の位置に位置決め可能である管内マニピュレータ。
【請求項２】
前記揺動アーム（２０、２００）を移動するために、前記車台（２）の内部に回転可能に支持されたねじ付きスピンドル（５０）が設けられ、前記ねじ付きスピンドル（５０）上に前記揺動アーム（２０、２００）が支持されている請求項１記載の管内マニピュレータ。
【請求項３】
前記ねじ付きスピンドル（５０）が前記車台（２）の長手軸線（８）に対して平行に且つ前記長手軸線（８）から距離をおいて配置されている請求項２記載の管内マニピュレータ。
【請求項４】
前記ねじ付きスピンドル（５０）が前記車台（２）において前記長手軸線（８）を中心として回転可能に支持されている中空軸（６０）内に配置され、前記中空軸（６０）が前記揺動アーム（２０、２００）を収容するための内部室を形成している請求項２又は３記載の管内マニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
本発明は、管の内面を検査あるいは加工するための管内マニピュレータに関する。
安全技術上重要な設備例えば原子力発電所の一次回路における配管は定期的に検査又は保守作業をしなければならない。特にそのような配管の溶接継ぎ目を定期的に内側から点検する必要がある。その点検あるいは加工にとって必要な機器は一般に自走式走行車で点検位置ないし作業位置に置かれる。
そのような自走式の管内マニピュレータは例えばドイツ特許第３４１２５１９Ｃ２号明細書で知られている。そこで開示されている管内マニピュレータの場合、二つの支持フランジ間に半径方向に位置調整可能な検査システムサポートが配置され、この検査システムサポートは管内マニピュレータの長手軸線を中心として回転でき、従ってこれによって管の内面を全周にわたって検査することができる。この検査システムサポートは車台の中央に走行車の後部支持フランジと前部支持フランジとの間に配置されているので、大形容器における配管の開口範囲に存在する溶接継ぎ目を検査することはできない。
ドイツ特許出願公開第３８０３２７４Ａ１号明細書において配管をテレビカメラで検査する装置が知られている。この装置の場合、配管内を走行できる台車上にテレビカメラの支持体が台車の長手軸線を中心として回転可能に支持されている。この支持体上に、自由端にテレビカメラを有している移動可能な軸に対する案内手段が、台車の長手軸線に対して垂直な軸線を中心として揺動可能に配置されている。この装置でも、案内手段の揺動軸線が車輪の軸線間の中央に配置されているので、大形容器における配管の開口範囲に存在する溶接継ぎ目に到達することができない。
ヨーロッパ特許第０２０４６９４号明細書において、走行車の正面に回転可能に配置された断面Ｌ形の軸受に設けられている旋回Ｕ形リンクに加工装置が配置されているような管内マニピュレータが知られている。この公知の管内マニピュレータによれば、管内に位置決めされた走行車によって管の開口範囲における検査位置あるいは加工位置に到達できるが、この公知の管内マニピュレータは複雑な幾何学形状の溶接継ぎ目あるいは管の曲がり範囲にある溶接継ぎ目に対しては適用できないか、条件つきでしか適用できない。
ドイツ特許出願公開第４２４３５２９Ａ１号明細書において、正面に軸方向に調整可能なジブが配置され、このジブの自由端に加工機器に対する作業コンソールが配置されているような管内マニピュレータが知られている。その作業コンソールは二本の揺動可能な案内ロッドを介して管内マニピュレータの長手軸線に対して横に位置調整できる。この公知の管内マニピュレータは比較的長い構造形状をしているので、これでは小さな曲率半径の管曲がり部を通過することができない。ドイツ実用新案登録第２９５０７２５０号明細書で知られている管の内面を加工するためのマニピュレータの場合、加工装置が旋回ヘッドに配置され、この旋回ヘッドが管状の内側ハウジングの正面に配置され、この内側ハウジングがこれを収容する外側ハウジングに対して軸方向に移動でき、従って内側ハウジングは外側ハウジングから引き出したり、その中に引っ込めたりできる。この装置によれば、管内マニピュレータが固定された状態における加工装置の到達距離は増大されるが、この場合も複雑な幾何学形状の溶接継ぎ目あるいは管の曲がり範囲における溶接継ぎ目を加工あるいは検査することはできないか、条件つきでしかできない。
本発明の課題は、管の開口範囲あるいは曲がり範囲にも適用でき、小さな曲率半径の曲がり部も通過できるような、管の内面を検査あるいは加工するための管内マニピュレータを提供することにある。
本発明によればこの課題は、請求の範囲第１項に記載の手段によって解決される。車台の長手軸線の方向に移動可能に配置され少なくとも部分的に車台の内部に引き込むことができる検査システムあるいは作業装置に対する多関節形揺動アームを利用することによって、この揺動アームを車台の内部に引き込むことにより管内マニピュレータは全長を短くでき、この引っ込められた状態で小さな曲率半径の曲がり部も通過できるので、管内マニピュレータの操縦性を害することなしに、車台から比較的遠く離れた検査位置あるいは加工位置に到達することができる。揺動アームは伸ばされた状態で比較的細長い車台の中にも引き込めるので、この処置によって管内マニピュレータをコンパクトに構成できる。同時にそのような揺動アームによればリンクを折り曲げることによって、管内マニピュレータの長手軸線から揺動アームが引っ込められた際に管内マニピュレータがとるその外径よりかなり大きく離れた検査軌道あるいは加工軌道をとることができる。
本発明の有利な実施態様において、揺動アームを移動するために、車台の内部に回転可能に支持されたねじ付きスピンドルが設けられ、このねじ付きスピンドルに揺動アームが支持されている。このねじ付きスピンドルは車台の長手軸線に対して平行に間隔を隔てて配置されていると有利である。この処置によって揺動アームを支障なしにねじ付きスピンドルによって完全に車台の内部に引き込むことができる。
本発明の他の有利な実施態様において、揺動アームは車台にその長手軸線に対して平行な回転軸線を中心として回転可能に支持されている。この処置によって管の全周における加工位置あるいは検査位置に到達することができる。
特にねじ付きスピンドルは、車台に回転可能に支持され同時に揺動アームを収容するための内部室を形成している中空軸内に配置されている。これによって管内マニピュレータをコンパクトに構成できる。
本発明の他の有利な実施態様において、車台に管内マニピュレータをその長手軸線を中心として旋回するための旋回装置が配置されている。この旋回装置は特に半径方向に繰り出し可能な軸受サポートを有し、この軸受サポートに管の円周方向に転動できる少なくとも一つの案内輪が支持されている。この処置によって管内マニピュレータを前進運動するために設けられた車輪の管の内周方向における位置を調整することができる。このようにして管の内部に存在し長手方向に見て互いにずれて配置されている障害物を迂回することができる。
以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は管の曲がり範囲における検査位置にある本発明に基づく管内マニピュレータの概略縦断面図、
図２および図３はそれぞれ管内において異なった走行姿勢にある本発明に基づく管内マニピュレータの走行方向に対して平行に見た正面図、
図４および図５はそれぞれ本発明に基づく揺動アームの異なった有利な実施例の拡大側面図、
図６は本発明に基づく管内マニピュレータの異なった有利な実施例の平面図、
図７は原子力発電所の一次回路の配管に本発明に基づく管内マニピュレータを挿入する方式の概略図である。
図１において本発明に基づく管内マニピュレータは管状の本体４を備えた車台２を有している。この車台２の外周に複数の例えば６個あるいは８個の車輪６が半径方向に調整可能に支持されている。これらの車輪６は車台２の長手軸線８に対して垂直な互いに間隔を隔てられている二つの面内に置かれている。各車輪６はそれぞれアーム１０に支持されている。各アーム１０は本体４を移動可能に包囲しているリング１２にヒンジ結合されている。このリング１２は各面における車輪６に対応されている。各リング１２にそれぞれ複数の液圧式往復シリンダ１３が固定されている。この往復シリンダ１３のピストンロッド１４は長手軸線８に対して平行に移動可能に支持され、その自由端は本体４に固定されている支持リング１５に支持されている。従ってピストンロッド１４の往復運動によってリング１２は長手軸線８に対して平行に本体４上を移動される。各アーム１０は本体４に揺動可能に支持されているレバー１６と一緒に、リング１２の移動を車輪６の半径方向運動に変換するクラウンヒンジを形成している。その半径方向運動の際、リング１２に配置されている一平面内の車輪６は一緒に従って同心的に調整される。
車台２に揺動アーム２０が支持され、この揺動アーム２０はその自由端にシステムサポート２２を有する。この揺動アーム２０は基礎リンク２４を有し、この基礎リンク２４は車台２にその長手軸線８に対して直角に延びる軸線に関して回動不能に配置されている。基礎リンク２４に第１の回転継手２６において揺動可能な中間リンク２８が配置されている。この中間リンク２８は第１の回転継手２６と反対側端で第２の回転継手３０において揺動可能な終端リンク３２を受けている。この終端リンク３２にシステムサポート２２の取付け板３４が固定されている。第１の回転継手２６および第２の回転継手３０の回転軸線は互いに平行に長手軸線８に対して垂直に配置されている。
この実施例においてシステムサポート２２は第２の回転継手３０の回転軸線に対して垂直に液圧式に移動できる検査ヘッドホルダ３６を有している。この検査ヘッドホルダ３６には複数の検査ヘッド３８例えば超音波検査ヘッドあるいはうず電流検査ヘッドが弾力的に支持されている。
第１の回転継手２６および第２の回転継手３０のヒンジ軸は、それぞれ図示の有利な実施態様においてクランク４０を備えている。なおこのクランク４０は第２の回転継手３０の破断図でしか見えない。各クランク４０は線形駆動装置４４の連結棒４２にヒンジ結合されている。線形駆動装置４４は基礎リンク２４ないし中間リンク２８に揺動可能に支持されている。この揺動可能な支持はクランク４０の円運動を平衡するために必要である。揺動アーム２０の揺動可能なリンク２８、３２に対する駆動装置としては、原理的には液圧式あるいは電気式の線形駆動装置あるいは回転駆動装置が適している。電気式線形駆動装置が利用され、その場合回転運動がスピンドル・ナット装置を介して連結棒４２を成しているスピンドルの長手方向運動に変換されるのが有利である。特に例えばドイツのWittenstein Motion Control GmbH社の製品名「人造筋肉＝Kunstlicher Muskel」で知られているようないわゆるローラねじ駆動装置が有利であり、その場合、遊星歯車・ロール・ねじ付きスピンドル装置によって、高速回転運動を低速線形運動に変換することができる。そのような駆動装置は小形の装置で大きな調整力を得ることができ、揺動アーム２０を精確に位置決めすることができる。
基礎リンク２４は車台２の内部において、中空軸６０内に回転可能に支持されているねじ付きスピンドル５０で受けられている。このねじ付きスピンドル５０は長手軸線８に対して平行に配置され、長手軸線８から離されている。これは、出発位置において車台２の長手軸線８に沿って延びている揺動アーム２０を中空軸６０で形成されている車台２の内部室の中に支障なしにねじ付きスピンドル５０によって引き込めることができるようにするために必要である。
中空軸６０は車台２の本体４内に回転可能に支持されている。中空軸６０は揺動アーム２０側の端面に環状フランジ６２を有し、この環状フランジ６２に案内リング６４が固定されている。この案内リング６４は本体４の環状フランジ６６に配置された複数の案内ローラ６８で案内され、これらの案内ローラ６８におけるＶ形溝によって軸方向の滑り抜けを防止されている。
中空軸６０の揺動アーム２０と反対側端に閉鎖板７０が配置されている。この閉鎖板７０は中空軸６０から突出している本体４の内周面を転動する平面ローラ７２を備えている。閉鎖板７０に中空軸６０を回転するための駆動装置７４が支持されている。この駆動装置７４は本体４の端面に固定されている歯輪７８の内歯にピニオン７６でかみ合っている。歯輪７８は平面ローラ７２に対する案内面を形成している円筒状延長部８０を有している。駆動装置７４特に電気駆動装置は中空軸６０に固定して配置され、本体４と中空軸６０との相対回転運動を生じさせる。この回転運動は中空軸内に相対回転不能に支持された基礎リンク２４に伝わり、揺動アーム２０全体を車台２の長手軸線８を中心として回転運動させる。
第１の回転継手２６は基礎リンク２４にその回転軸線が車台２の長手軸線８と交差されるように配置されている。これは、直管部分に存在する環状の溶接継ぎ目を検査する際あるいは加工する際に揺動アーム２０の線形駆動装置４４を作動して軌道を補助的に補正する必要がなく、あるいはまた管が楕円である場合にしか必要とされないという利点を有する。
ねじ付きスピンドル５０が長手軸線８に対して横にずらして配置されていることによって、揺動アーム２０をねじ付きスピンドル５０によって支障なしに中空軸６０の内部に完全に引き込むことができる。基礎リンク２４にある凹所８２は引き込まれた状態において中空軸６０の回転駆動装置７４を収容する。この実施例において揺動アーム２０は中空軸６０の内部に完全に引き込むことができるので、中空軸６０従って車台２からシステムサポート２２しか突出しない。本発明の異なった実施例において、システムサポートを適切に設計することによって、車台の内部に全体を引き込むこともできる。
図示の実施例において本体の揺動アーム２０と反対側の閉鎖板７０に外部搬送ホース９２に対する接続部９０が設けられている。この接続部９０で外部搬送ホース９２が内部搬送ホース９４に連結されている。この内部搬送ホース９４は中空軸６０の内部を通って揺動アーム２０に通じ、その自由端９６は走行方向に見てシステムサポート２２の前で終わっている。システムサポート２２に固定された内部搬送ホース９４の自由端９６は管の内面を照射し得るガンマ線放射器を収容するために考慮されている。管壁を透過するガンマ線が壁厚を測定するために図示されていない検出器によって検出される。ガンマ線放射器自体は測定を開始する直前にはじめて外から遠隔操作で遮蔽容器から搬送ホース９２、９４を通して自由端９６まで搬送され、揺動アーム２０によって測定位置に置かれる。
図には管１００の曲がり範囲における検査位置が概略的に示されている。破線で示されているシステムサポートの位置は、中空軸６０を中間リンク２８および終端リンク３２の揺動運動に関連して１８０°回転させることによって得られる。更に図において破線で図示された揺動アーム２０の位置において、溶接継ぎ目の中心線を表す円周線１０２からの検査ヘッド３８の距離が実線で示された揺動アームの位置における場合のそれと異なっていることが理解できる。中間リンク２８および終端リンク３２の座標運動およびそれに適合された中空軸６０内における基礎リンク２４の線形移動によって、溶接継ぎ目をその全内周面および全幅にわたって完全に通過することができる。
更に図において平面図的に本体４の中央に配置された軸受サポート１１０が認められ、その軸受サポート１１０に長手軸線８に対して平行に延びる軸１１２が支持されている。この軸１１２は両端にそれぞれ案内輪１１４を有している。本体４の外周に例えば３個の軸受サポート１１０が配置される。これらの軸受サポート１１０は直管範囲において案内輪１１４が内周面に接するように半径方向に調整できる。案内輪１１４が内周面に接した状態で車輪６が本体４に向けて揺動されたとき、案内輪１１４が駆動されると管内マニピュレータはその長手軸線を中心として回転し、その結果車輪６を円周方向における任意の位置に位置決めすることができる。従って調整可能な軸受サポート１１０は案内輪１１４と一緒に、車輪６の軌道位置を調整するための旋回装置を形成している。
これは、図２および図３において走行方向において互いにずれて配置されている突起１１６、管分岐部１１８および内部構築物１２０の形で生じているような障害物を迂回するために必要である。これらの図においてこれは６個の車輪を備えた車台を有する管内マニピュレータに基づいて示されている。これらの図では６個の車輪のうち３個しか見えず、その軌道調整用の旋回装置は各図における正面図では車輪６および車輪支持装置に隠れていて見えない。
図４において電気式線形駆動装置４４はスライダ１２２上に揺動可能に支持されている。スライダ１２２は２本の案内ロッド１２４（開かれた基礎リンク２４の破断図では１本の案内ロッド１２４しか見えない）上において所定の位置で係止できる。そのために一方の案内ロッド１２４は横溝を有し、この横溝の中にばね力に抗してはめ合い部材１２５がボルト１２６によって固定されている。スライダ１２２にたがね付きの緊急釈放装置１２８が配置されている。この緊急釈放装置１２８は駆動装置４４が固着した場合に遠隔制御で例えば爆発物の点火によって始動され、
ボルト１２６を突き叩いて、はめ合い部材１２５がばね力によって横溝から押し出され、スライダ１２２が案内ロッド１２４上を自由に例えば外から作動される牽引ケーブルによって移動できる。これにより電気式線形駆動装置が故障した場合も走行車全体を救出することができる。
図５において揺動アーム２０の異なった形態が認められる。この場合、電気線形駆動装置４４はラック１２８を備えており、隣接するリンクに固定されているピニオン１３０がこのラック１２８に固くかみ合っている。この形態においては駆動装置４４の揺動可能な支持は不要である。
図６の実施例には、揺動アーム２００が２個の揺動可能な中間リンク２８２、２８４と１個の揺動可能な終端リンク３２０を有しているので、自由度の数が図１に示されている実施例に比べて５から６に高められている管内マニピュレータが示されている。この実施形態においても揺動アーム２００を完全に車台の内部に引き込むことができる。
揺動アームを車台の内部に引き込むことができることによって、到達し難い配管の中に装置全体を容易に挿入することができる。これは図７において加圧水形原子炉を備えた原子力発電所の一次回路における配管１４０について示されている。図示された配管１４０は蒸気発生器１４４の球欠状底に存在する接続短管１４２から図示されていないポンプに通じ、蒸気発生器１４４の比較的狭いマンホール１４６を通ってしか到達できない。管内マニピュレータは、揺動アーム２００が引っ込められ車輪６が折り畳まれた状態で、管状の中空体１５０の中に入れられ、中空体１５０と一緒に、マンホール１４６を貫通して突出するジンポール（一本クレーン）１５２によって接続短管１４２上に位置決めされる。このために中空体１５０は殻状の支持枠１５４を備え、この支持枠１５４は揺動軸受１５６においてジンポール１５２にこれに対して垂直に延びる回転軸線を中心として揺動可能に支持されている。この揺動運動は中空体１５０とジンポール１５２との間に支持されている液圧シリンダ１５８で実施される。
ジンポール１５２は蒸気発生器１４４の外に位置決めできる支持架台１６０上に据え付けられ、その揺動軸受１５６の回転軸線が接続短管１４２およびマンホール１４６の中心軸線で形成される平面に対して垂直に向けられるように設置されている。図において矢印１６２で示されているジンポール１５２の線形移動によって、揺動軸受１５６はほぼこれらの中心軸線間の２等分線上に位置決めされている。これによって矢印１６４で示されている単純な揺動運動によって、中空体１５０を接続短管１４２の中心軸線に対して同軸的に精確に位置決めすることができる。
更に支持枠１５４に管内マニピュレータへの給電のために必要とされるケーブル並びに救出ザイルに対する案内ローラ１６６が配置されている。管内マニピュレータは故障した際にその救出ザイルによって配管から引き出すことができる。
図には管内マニピュレータが種々の作動位置で示されている。その場合、中空体１５０が管内マニピュレータを配管１４０の中に挿入するために適した個所に位置決めする機能を満足するだけでなく、管内マニピュレータによって配管の始端の直ぐそばに存在する溶接継ぎ目例えば蒸気発生器１４４の接続短管１４２における溶接継ぎ目１６８、１６９を、管内マニピュレータを配管１４０の中の深い位置に存在する溶接継ぎ目を検査した後でもう一度逆向きに配管１４０の中に引き戻す必要なしに、検査することができることが認められる。管内マニピュレータは、車台がまだ完全に中空体１５０の内部に存在しているかあるいは図に説明的に示されているように部分的に中空体１５０の内部に存在しているときでも、揺動アーム２００を繰り出して検査を開始できる。これは、管内マニピュレータを置き換える必要なしに、配管１４０のすべての溶接継ぎ目を検査することを可能にする。
【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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