(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三角測量の原理に基づいて位置を測定する位置測定システムを用いて、金属板を検査する金属板用自走式検査装置であって、
金属板表面を走行する台車と、
前記台車に搭載された、位置測定システム信号を送信する航法用送信機又は位置測定システム信号を受信する航法用受信機と、
前記台車に搭載された、金属板の検査領域を走査する検査用センサを有する探傷ヘッドと、検査結果を作成する検査結果作成部と、を有する検査部と、
位置測定システムにより測定した前記台車の位置と、検査を実施する際の前記台車の目標位置とに基づいて、前記台車を前記目標位置まで自律走行させる制御と、前記探傷ヘッドを走査する走査アクチュエータの制御と、を行う制御部と、を備え、
前記検査結果作成部が、前記検査用センサによって得られた検査情報と、前記探傷ヘッドの位置情報と、に基づいて前記検査結果を作成するものであり、
制御周期毎に更新される前記探傷ヘッドの位置の変化量に応じたパルス信号を、前記探傷ヘッドの位置情報として前記検査結果作成部に出力する出力部を備え、
前記出力部から出力されるパルス信号の出力周波数が、前記検査部で設定された単位時間あたりの探傷データ取得回数と、パルス分解能と、前記検査結果の表示分解能との積に同期するように設定され、
前記探傷ヘッドの機械走査の速度が、前記検査結果の表示分解能と、探傷データ取得周波数との積で求まる上限速度以下である金属板用自走式検査装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記位置測定システムにより測定した前記台車の位置及び姿勢と、検査を実施する際の前記台車の目標位置及び姿勢とに基づいて、前記台車を前記目標位置及び姿勢まで自律走行させる制御を行う、請求項１に記載の金属板用自走式検査装置。
【請求項３】
前記検査用センサが、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子である、請求項１又は請求項２に記載の金属板用自走式検査装置。
【請求項４】
前記位置測定システムはＩＧＰＳであり、
前記航法用受信機が、前記ＩＧＰＳの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを受信してこの回転ファンビームを前記位置測定システム信号としてのＩＧＰＳ信号として認識するものである、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の金属板用自走式検査装置。
【請求項５】
前記位置測定システムはレーザ三角測量技術を用いたものであり、
前記航法用送信機が、レーザを投光及び受光する機能を有するレーザ三角測量として構成され、投光したレーザを１つ以上のリフレクタで反射させ、反射光を前記位置測定システム信号として受光する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の金属板用自走式検査装置。
【請求項６】
前記台車が、回転可能な少なくとも２つの車輪と、前記車輪を駆動する駆動部を有し、
前記駆動部は、前記各車輪に対応して設けられ、前記各車輪を回転駆動する第一の駆動系と、前記台車が走行する金属板面と直行し、かつ前記各車輪に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに、前記車輪を９０°以上旋回駆動することが可能な第二の駆動系とにより構成される、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の金属板用自走式検査装置。
【請求項７】
前記台車に設けられ、検査対象である金属板のエッジを検知するためのエッジ検知用センサをさらに備える、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の金属板用自走式検査装置。
【請求項８】
三角測量の原理に基づいて位置を測定する位置測定システムを用いて、金属板を検査する金属板用自走式検査方法であって、
金属板表面を走行する台車に搭載された航法用受信機によって、三角測量の原理に基づいて測定した位置測定システム信号を送信する航法用送信機又は位置測定システム信号を受信し、
位置測定システムにより測定した前記台車の位置と、検査を実施する際の前記台車の目標位置とに基づいて、前記台車を前記目標位置まで自律走行させ、
前記台車に搭載された、金属板の検査領域を機械走査する検査用センサを有する探傷ヘッドにより金属表面の探傷検査を行い、
前記検査用センサによって得られた検査情報と前記探傷ヘッドの位置情報とに基づいて、前記台車に搭載された検査部において検査結果を作成する金属板用自走式検査方法であって、
制御周期毎に更新される前記探傷ヘッドの位置の変化量に応じたパルス信号を、前記探傷ヘッドの位置情報として前記検査結果作成部に出力するものであり、
パルス信号の出力周波数が、単位時間あたりの探傷データ取得回数と、パルス分解能と、前記検査結果の表示分解能との積に同期するように設定されており、
前記探傷ヘッドの機械走査の速度が、前記検査結果の表示分解能と、探傷データ取得周波数との積で求まる上限速度以下である金属板用自走式検査方法。
【請求項９】
前記制御部は、前記位置測定システムにより測定した前記台車の位置及び姿勢と、検査を実施する際の前記台車の目標位置及び姿勢とに基づいて、前記台車を前記目標位置及び姿勢まで自律走行させる制御を行う、請求項８に記載の金属板用自走式検査方法。
【請求項１０】
金属板を製造する製造工程と、
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の金属板用自走式検査装置を用いて、前記金属板に存在する欠陥を検査する検査工程と、
前記検査工程で得られた検査結果に基づいて前記金属板を選別する選別工程と、を有する金属板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置測定システムを用いた金属板用自走式検査装置及び検査方法に関する。また、本発明は、その金属板用自走式検査装置を用いて金属板の欠陥を検査する工程を有する金属板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼板等の金属板の品質を保証するために、金属板表面に存在する傷や金属板内部に存在する欠陥（以下、単に内部欠陥ともいう。）を、超音波探傷にて検査することが行われている。【０００３】
近年、金属板表面の傷や内部欠陥を検査する装置として、自走式検査装置が開発されている。最も単純な自走式検査装置としては、金属板上を移動できる装置に探傷ヘッドを搭載したものがある。このような検査装置では、被検査板の全面を走査するために、被検査板の周囲にリブ板等を取り付ける必要がある。【０００４】
特許文献１に開示された自走式検査装置は、図２２に示すように、履帯台車８はキャタピラー状の履帯８ａで走行し、横方向に移動する際は、横方向移動車輪８ｂで走行する。履帯台車８の前後には金属板端縁検出センサ２ｂが設けられ、ガイドレールに金属板上の傷を検査する探触子２ａが設けられている。履帯台車８は、金属板１の端縁に設けられたメジャーＡと、金属板１の基準点Ｐに設けられた伸縮自在メジャーＢによって探査位置が算出できるように構成されている。【０００５】
自走式検査装置の位置を測定する手法としては、例えば、誘導線を走行経路に設置する方法が知られている。また、他の手法としては、走行経路の床面や天井面をカメラで撮影して、その映像を画像処理する方法が知られている。また、他の手法としては、自走式検査装置にジャイロセンサを搭載して、走行速度と角速度を高速に積算して、現在位置を算出する方法が知られている。【０００６】
特許文献２に開示された探傷装置は、三角測量の原理に基づいて屋内空間内での自己位置測定を行う位置測定システムを用いて、金属板を検査する金属板用自走式検査装置である。実施例においては、ＪＩＳＧ０８０１圧力容器用鋼板の超音波探傷検査方法として、垂直探傷法による事例を紹介している。垂直探傷法はパルス反射法の一つであり、探傷ヘッド１つにつき１つの超音波発信源（振動子）を有し、検査データとしては一次情報である反射エコー（Ａスコープ）となる。Ａスコープに含まれる情報のうち、欠陥エコーピーク高さから「欠陥の程度」、超音波伝搬時間から「欠陥の深さ方向位置」の情報を抽出している。検査データはリアルタイムで演算される検査位置情報とともに、搭載コンピュータからホストコンピュータに伝達される。そして、金属板の内部の欠陥の配置を、金属板平面上でマップ化処理し、表示することにより、欠陥の平面的な配置を可視化している。【０００７】
ＪＩＳＧ０８０１には、原子炉、ボイラ、圧力容器等に使用する厚さ６ｍｍ以上、３００ｍｍ以下の炭素鋼又は合金鋼の鋼板に対する自動又は手動による超音波検査方法について規定されている。鋼板の厚さが６０ｍｍを超える超音波検査では、探触子の種類は垂直探触子と指定されている。一般的に、板厚が厚くなるほど、伝播経路での超音波の散乱と減衰によりＳ／Ｎ比は低下する。【０００８】
ところで、１９８０年代から超音波フェイズドアレイ技術の開発が進み、２１世紀の初頭には新しい技術分野として円熟期を迎えている。フェイズドアレイ技術では、探傷ヘッドに複数の超音波発信源（振動子）を用いており、発信タイミングを電気的に制御することで、ビームの方向、集束点を自由に変えることができる。つまり、集束点を板厚方向に制御することでＳ／Ｎ比を向上させ、従来は困難であった厚さ３００ｍｍを超える鋼板に介在する微小欠陥の検出が可能となってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１７２７９８号公報
【特許文献２】特許第５９５４２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１及び２において、検査機器としてフェイズドアレイ法を用いる場合、探傷データの情報量が膨大となる。このように、探傷データの情報量が膨大になった場合には、ホストコンピュータへのデータ伝達に支障が生じるという問題がある。【００１１】
また、検査機器にフェイズドアレイ法を用いた場合、検査データの一次情報は反射エコーであるため、複数の振動子から発振されるビームの経路演算、及び同経路を考慮した探傷結果の判読等が複雑である。そのため、検査データを探傷機と独立させ、ホストコンピュータに探傷結果の描画機能を持たせることは技術的にも難しい。この理由のために、検査用センサとしては専用機を用い、当該専用機の機能を用いて探傷結果を描画することが一般的である。【００１２】
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、探傷データの情報量が膨大になる場合であっても効率的に検査結果を作成できる、金属板用自走式検査装置及び検査方法、並びに当該検査装置を用いた金属板の製造方法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】
【００１３】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。本発明者らは、検討の過程で、所定の検査部、所定の制御部等を備え、検査用センサによって得られた検査情報と、探傷ヘッドの位置情報に基づいて検査結果を作成するように金属板用自走式検査装置を構成した。本発明者らは、この構成を備える金属板用自走式検査装置により、探傷データの情報量が膨大になる場合であっても、検査結果を効率的に作成できることを見出し、本発明に至った。上記課題は、以下の手段によって解決される。【００１４】
［１］三角測量の原理に基づいて位置を測定する位置測定システムを用いて、金属板を検査する金属板用自走式検査装置であって、
金属板表面を走行する台車と、
前記台車に搭載された、位置測定システム信号を送信する航法用送信機又は位置測定システム信号を受信する航法用受信機と、
前記台車に搭載された、金属板の検査領域を走査する検査用センサを有する探傷ヘッドと、検査結果を作成する検査結果作成部と、を有する検査部と、
位置測定システムにより測定した前記台車の位置と、検査を実施する際の前記台車の目標位置とに基づいて、前記台車を前記目標位置まで自律走行させる制御と、前記探傷ヘッドを走査する走査アクチュエータの制御と、を行う制御部と、を備え、
前記検査結果作成部が、前記検査用センサによって得られた検査情報と、前記探傷ヘッドの位置情報と、に基づいて前記検査結果を作成する、金属板用自走式検査装置。
［２］前記制御部は、前記位置測定システムにより測定した前記台車の位置及び姿勢と、検査を実施する際の前記台車の目標位置及び姿勢とに基づいて、前記台車を前記目標位置及び姿勢まで自律走行させる制御を行う、［１］に記載の金属板用自走式検査装置。
［３］前記検査用センサが、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子である、［１］又は［２］に記載の金属板用自走式検査装置。
［４］前記探傷ヘッドの位置情報としてパルス信号を用い、
制御周期毎に更新される前記探傷ヘッドの位置の変化量に応じたパルス信号を、前記検査用センサに出力する出力部を備える、［３］に記載の金属板用自走式検査装置。
［５］前記出力部で生成されるパルス信号の出力周波数が、前記検査部で設定された単位時間あたりの探傷データ取得回数と、パルス分解能と、前記検査結果の表示分解能との積に同期するように設定され、
前記探傷ヘッドの機械走査の速度が、前記検査結果の表示分解能と、探傷データ取得周波数との積で求まる上限速度以下である、［４］に記載の金属板用自走式検査装置。
［６］前記位置測定システムはＩＧＰＳであり、
前記航法用受信機が、前記ＩＧＰＳの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを受信してこの回転ファンビームを前記位置測定システム信号としてのＩＧＰＳ信号として認識するものである、［１］から［５］までのいずれか一つに記載の金属板用自走式検査装置。
［７］前記位置測定システムはレーザ三角測量技術を用いたものであり、
前記航法用送信機が、レーザを投光及び受光する機能を有するレーザ三角測量として構成され、投光したレーザを１つ以上のリフレクタで反射させ、反射光を前記位置測定システム信号として受光する、［１］から［５］までのいずれか一つに記載の金属板用自走式検査装置。
［８］前記台車が、回転可能な少なくとも２つの車輪と、前記車輪を駆動する駆動部を有し、
前記駆動部は、前記各車輪に対応して設けられ、前記各車輪を回転駆動する第一の駆動系と、前記台車が走行する金属板面と直行し、かつ前記各車輪に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに、前記車輪を９０°以上旋回駆動することが可能な第二の駆動系とにより構成される、［１］から［７］までのいずれか一つに記載の金属板用自走式検査装置。
［９］前記台車に設けられ、検査対象である金属板のエッジを検知するためのエッジ検知用センサをさらに備える、［１］から［８］までのいずれか一つに記載の金属板用自走式検査装置。
［１０］三角測量の原理に基づいて位置を測定する位置測定システムを用いて、金属板を検査する金属板用自走式検査方法であって、
金属板表面を走行する台車と、
前記台車に搭載された、位置測定システム信号を送信する航法用送信機又は位置測定システム信号を受信する航法用受信機と、
前記台車に搭載された、金属板の検査領域を走査する検査用センサを有する探傷ヘッドと、検査結果を作成する検査結果作成部と、を有する検査部と、
位置測定システムにより測定した前記台車の位置と、検査を実施する際の前記台車の目標位置とに基づいて、前記台車を前記目標位置まで自律走行させる制御と、前記探傷ヘッドを走査する走査アクチュエータの制御と、を行う制御部と、を備える金属板用自走式検査装置を用いて、
前記検査結果作成部が、前記検査用センサによって得られた検査情報と、前記探傷ヘッドの位置情報と、に基づいて前記検査結果を作成する、金属板用自走式検査方法。
［１１］前記制御部は、前記位置測定システムにより測定した前記台車の位置及び姿勢と、検査を実施する際の前記台車の目標位置及び姿勢とに基づいて、前記台車を前記目標位置及び姿勢まで自律走行させる制御を行う、［１０］に記載の金属板用自走式検査方法。
［１２］金属板を製造する製造工程と、
［１］から［９］までのいずれか一つに記載の金属板用自走式検査装置を用いて、前記金属板に存在する欠陥を検査する検査工程と、
前記検査工程で得られた検査結果に基づいて前記金属板を選別する選別工程と、を有する金属板の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、探傷データの情報量が膨大になる場合であっても効率的に検査結果を作成できる、金属板用自走式検査装置及び検査方法、並びに当該検査装置を用いた金属板の製造方法を提供することができる。また、本発明の金属板用自走式検査装置は、特に検査機器に超音波フェイズドアレイ技術を用いる場合に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る全体システムの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態に係る全体システムの概略構成を示す斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１の実施形態に係る全体システムのブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る位置測定システムのブロック図である。
【図４Ａ】図４Ａは、制御周期毎に更新される探傷ヘッド位置の変化量を説明するための、パルスと時間の関係の一例を示すグラフである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、制御周期毎に更新される探傷ヘッド位置の変化量を説明するための、パルスと時間の関係の他の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置に用いられる台車を示す側面図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置に用いられる台車を示すＡ−Ａ線による水平断面図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置に用いられる台車を示す正面図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置に用いられる台車の駆動部を拡大して示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、金属板用自走式検査装置を左右移動する際のステアリング状態を示す概略図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、金属板用自走式検査装置を斜め移動する際のステアリング状態を示す概略図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、金属板用自走式検査装置を前後移動する際のステアリング状態を示す概略図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、金属板用自走式検査装置を超信地旋回する際のステアリング状態を示す概略図である。
【図１０】図１０は、金属板の位置及び姿勢情報を取得する手法を説明するための図である。
【図１１】図１１は、金属板の位置及び姿勢情報を取得する際のシステム構成を示す図である。
【図１２】図１２は、金属板の位置及び姿勢検出と、目標位置及び検査経路の設定方法のフローチャートである。
【図１３】図１３は、金属板の位置及び姿勢検出の作業フローにおける板端の測定点に基づいて設定する座標系を示す図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、ＪＩＳＧ０８０１圧力容器用鋼板の超音波探傷検査方法の「７．６探傷箇所（走査箇所及び範囲）」に規定される走査区分及び探傷箇所を説明する図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、ＪＩＳＧ０８０１圧力容器用鋼板の超音波探傷検査方法の「７．６探傷箇所（走査箇所及び範囲）」に規定される走査区分及び探傷箇所を説明する図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、ＪＩＳＧ０８０１圧力容器用鋼板の超音波探傷検査方法の「７．６探傷箇所（走査箇所及び範囲）」に規定される走査区分及び探傷箇所を説明する図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、探傷において得られる一次情報であるＡスコープの概念図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、Ａスコープにおける探触子受信音圧と超音波伝搬時間との関係を示すグラフである。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、Ａスコープと走査位置の情報と紐付けて被探傷材の垂直断面に関するマップ化表示を行うＢスコープの概念図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、Ｂスコープにおける、被探傷材のＸＺ面で得られる情報を示す概念図である。
【図１５Ｅ】図１５Ｅは、被探傷材の水平断面に関するマップ化表示を行うＣスコープの概念図である。
【図１５Ｆ】図１５Ｆは、Ｃスコープにおける、被探傷材のＸＹ面で得られる情報を示す概念図である。
【図１６】図１６は、金属板内部に存在するきず（欠陥）の例を示す図である。
【図１７】図１７は、図１６に示した金属板内部のきず（欠陥）の配置を金属板平面上でマップ化処理して表示した例を示す図である。
【図１８】図１８は、きず（欠陥）の深さ方向位置の情報を追加して、金属板内部のきず（欠陥）の配置を厚み方向にも把握した例を示す図である。
【図１９】図１９は、四周辺探傷時の台車の動きを説明するための説明図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、金属板内部探傷時に台車が左に移動する際の動きを説明するための説明図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、金属板内部探傷時の台車が右に移動する際の動きを説明するための説明図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、金属板四周辺探傷を２周実施した際の検査位置及び経路を示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、金属板内部を圧延方向に検査を行った場合の検査位置及び経路を示す図である。
【図２１Ｃ】図２１Ｃは、金属板内部を圧延方向に検査を行った場合の検査位置及び経路を示す図である。
【図２１Ｄ】図２１Ｄは、金属板内部を圧延方向に検査を行った場合の検査位置及び経路を示す図である。
【図２１Ｅ】図２１Ｅは、金属板内部を圧延方向に検査を行った場合の検査位置及び経路を示す図である。
【図２２】図２２は、従来の自走式検査装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。
【００１８】
本発明の金属板用自走式検査装置は、三角測量の原理に基づいて位置を測定する位置測定システムを用いて、金属板を検査する金属板用自走式検査装置である。本発明の金属板用自走式検査装置は、金属板表面を走行する台車と、台車に搭載された、位置測定システム信号を送信する航法用送信機又は位置測定システム信号を受信する航法用受信機と、台車に搭載された、金属板の検査領域を走査する検査用センサを有する探傷ヘッドと、検査結果を作成する検査結果作成部と、を有する検査部と、位置測定システムにより測定した台車の位置と、検査を実施する際の台車の目標位置とに基づいて、台車を目標位置まで自律走行させる制御と、探傷ヘッドを走査する走査アクチュエータの制御と、を行う制御部と、を備え、検査結果作成部が、検査用センサによって得られた検査情報と、探傷ヘッドの位置情報と、に基づいて検査結果を作成する。以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００１９】
なお、本発明において、検査を実施する際の台車の位置を、単に目標位置ともいう。また、本発明において「欠陥」とは、金属板内部に存在する異物、割れ、空孔等の内部欠陥のことを意味する。また、本発明において「台車の姿勢」とは、三次元空間において、検査時の台車の向きを基準とした際の、当該基準に対する台車の傾きを意味する。また、以下の説明では、金属板の一例として鋼板を使用することを想定した説明をしているが、本発明の金属板用自走式検査装置は、アルミ板や銅板等の種々の金属板の検査にも適用可能である。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る全体システム１００ａの概略構成を示す斜視図である。図２は、本発明の第２の実施形態に係る全体システム１００ｂの概略構成を示す斜視図である。図３Ａは、本発明の第１の実施形態に係る全体システム１００ａを示すブロック図である。図３Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る位置測定システム２００ｂのブロック図である。
【００２１】
第１の実施形態に係る全体システム１００ａは、位置測定システム２００ａと、金属板用自走式検査装置３００ａとを有する。
【００２２】
位置測定システム２００ａは、複数の航法用送信機１１ａと、航法用受信機１２ａと、位置演算用ソフトウェア１６を含むホストコンピュータ１３とを有する。位置測定システム２００ａは、三角測量の原理に基づいて屋内空間内での自己位置測定を行う。位置測定システム２００ａは、例えば、ＩＧＰＳ（Ｉｎｄｏｏｒ  Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いることができる。
【００２３】
一般に、衛星航法システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）は、３つ以上のＧＰＳ人工衛星を用いてＧＰＳ受信機の位置に符合する３次元座標値（以下、「座標値」という）を認識及び決定する装置である。このような概念を屋内に適用した位置測定システムがＩＧＰＳである。ＩＧＰＳは、例えば、米国特許第６，５０１，５４３号明細書に詳細に記載されている。
【００２４】
第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置３００ａは、例えば、金属板１０上を走行する台車１４と、台車１４に搭載された航法用受信機１２ａと、台車１４に搭載された探触子（検査用センサ）を備えた探傷ヘッド３５を含む検査機器（検査部）１５と、台車１４を所定の目標位置に自律走行させるためのソフトウェアを含むホストコンピュータ１３とを有する。
【００２５】
位置測定システム２００ａにおいて、各航法用送信機１１ａは、２つの回転ファンビーム（扇形ビーム）を射出する。回転ファンビームはレーザファンビームであってもよく、他の光放射手段であってもよい。航法用受信機１２ａは送信機から射出される回転ファンビームを受信して、多数の送信機からの相対的位置を把握できるようになっている。このとき、回転ファンビームは所定の角度でずれており、これを受信する受信機の座標値、すなわち、位置又は高さを測定することができる。航法用受信機１２ａにおける受信情報はホストコンピュータ１３に無線伝送され、ホストコンピュータ１３により、三角測量の原理に従って、航法用受信機１２ａの位置を演算する。したがって、航法用受信機１２ａの位置をこのような手法で演算することにより、航法用受信機１２ａを搭載した走行中の台車１４の現在位置、姿勢情報をリアルタイムで得ることができる。
【００２６】
図２には、第２の実施形態に係る全体システム１００ｂの概略構成を示す。全体システム１００ｂは、位置測定システム２００ｂと、金属板用自走式検査装置３００ｂとを有する。第１の実施形態の金属板用自走式検査装置３００ａは位置測定システム信号を受信する航法用受信機１２ａを備えるのに対し、第２の実施形態の金属板用自走式検査装置３００ｂは位置測定システム信号を送信する航法用送信機１２ｂを備える。
【００２７】
図３Ｂに示すように、第２の実施形態に係る位置測定システム２００ｂは、台車１４の上部に設置した航法用送信機１２ｂと、複数のリフレクタ１１ｂと、位置演算用ソフトウェア１６を含むホストコンピュータ１３とを有する。第２の実施形態に係る位置測定システム２００ｂは、三角測量の原理に基づいて屋内空間内での自己位置測定を行う。第２の実施形態に係る位置測定システム２００ｂは、例えば、オフィスビル内等を自律走行する清掃ロボットに搭載されるレーザ三角測量技術を用いることができる（例えば、http://robonable.typepad.jp/news/2009/11/25subaru.html参照）。
【００２８】
金属板用自走式検査装置３００ｂは、例えば、金属板１０上を走行する台車１４と、台車１４の上部に設けられた航法用送信機１２ｂと、検査用センサである探触子を備えた探傷ヘッド３５を含む検査機器１５と、台車１４を所定の目標位置に自律走行させるためのソフトウェアを含む上記ホストコンピュータ１３とを有する。
【００２９】
第２の実施形態において、航法用送信機１２ｂはレーザ三角測量技術を用いて構成される。台車１４の自律走行は、レーザ三角測量である航法用送信機１２ｂと、例えば壁面に設置したリフレクタ１１ｂにより行う。航法用送信機１２ｂは、例えば台車１４の上部に設けられ、レーザを投光及び受光する機能を有する。航法用送信機１２ｂから３６０°レーザＬを投光し、リフレクタ１１ｂからの反射光を位置測定システム信号として受光する。反射光が戻ってくるまでの時間から距離を認識し、かつ角度から各リフレクタ１１ｂの方向を認識し、事前に登録したリフレクタ１１ｂの座標位置と比較することで、航法用送信機１２ｂの位置や方向を算出することが可能である。したがって、航法用送信機１２ｂの位置をこのような手法で演算することにより、航法用送信機１２ｂを搭載した走行中の台車１４の現在位置、姿勢情報をリアルタイムで得ることができる。
【００３０】
以下で説明する構成では、第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置３００ａを用い、位置測定システム２００ａを用いた場合を例に挙げて説明する。以下で説明する構成は、第２の実施形態に係る金属板用自走式検査装置３００ｂにも適用可能である。また、以下で説明する構成は、台車の位置情報及び姿勢情報を用いた例で説明する。ただし、検査する金属板が水平な地面に対して傾斜のない平面に平行となるように置かれており、かつ台車の姿勢が一定に保てるような場合では、姿勢の情報は不要である。
【００３１】
ホストコンピュータ１３は、図３Ａに示すように、例えば、上述した航法用受信機１２ａの位置を演算するための位置演算用ソフトウェア１６と、検査を実施する際の台車１４の目標位置及び台車１４の姿勢情報を設定する設定ソフトウェア１７と、を有する。
【００３２】
図３Ａに示すように、台車１４は、例えば、上述した位置測定システム２００ａの一部である航法用受信機１２ａと、探傷ヘッド３５及び検査結果作成部７１を含む検査機器１５と、搭載コンピュータ２１と、金属板１０のエッジを検知するエッジ検知用センサ２２と、ＩＯボード２３と、探傷ヘッド３５を走査する走査アクチュエータ２４と、コントローラ及びドライバを含む駆動制御部２５と、走行するための車輪２６と、車輪駆動用及び旋回用の車輪用モータ２７と、を備える。ここで、ホストコンピュータ１３に搭載した位置演算用ソフトウェア１６及び設定ソフトウェア１７は搭載コンピュータ２１にインストールしてもよい。
【００３３】
搭載コンピュータ２１は、位置測定システム２００ａにより測定した台車１４の位置及び姿勢と、検査を実施する際の台車１４の目標位置及び姿勢とに基づいて、台車１４を当該目標位置及び姿勢まで自律走行させる制御と、探傷ヘッド３５を走査する走査アクチュエータ２４の制御と、を行う制御部を有する。探傷ヘッド３５は、台車１４の目標位置で走査される。この自律走行では、例えば、まず前述のホストコンピュータ１３における演算結果である台車１４の現在位置及び姿勢と、検査を実施する際の台車１４の目標位置及び姿勢と、走査アクチュエータ２４の目標位置に関する情報とが、それぞれ台車１４に搭載された搭載コンピュータ２１に無線伝送される。次に、搭載コンピュータ２１において、目標位置及び姿勢に対する現在位置及び姿勢の偏差を演算する。そして、同偏差のうち台車本体の位置及び姿勢に依存する偏差が０となるように、駆動制御部２５から車輪用モータ２７に制御信号を出力して、車輪２６の速度、ステアリング角度のフィードバック制御を行うことで目標位置及び姿勢まで台車１４の自律走行を行う。なお、上述した姿勢の情報が不要な場合には、搭載コンピュータ２１を、位置測定システム２００ａにより測定した台車１４の位置と、検査を実施する際の台車１４の目標位置とに基づいて、台車１４を当該目標位置まで自律走行させる制御と、探傷ヘッド３５を走査する走査アクチュエータ２４の制御と、を行う制御部を有する構成としてもよい。
【００３４】
搭載コンピュータ２１の検査用センサ（探触子）における走査の制御について説明する。Ｘ方向及びＹ方向の２次元の欠陥イメージを描写する場合、走査方法として例えばパルス反射法を用いる場合には、探傷ヘッド３５をＸ方向及びＹ方向へ機械的な矩形走査することによって、探触子の走査を制御する。また、走査方法として例えばフェイズドアレイ法を用いる場合には、Ｘ方向への電子的なビーム走査と、Ｙ方向への探傷ヘッド３５の機械走査を制御する。探傷ヘッド３５の機械走査の制御は走査アクチュエータ２４によって行う。フェイズドアレイの探傷ヘッド３５は、複数の超音波発信元（振動子）を有しており、電子的なビーム走査が可能な距離は振動子の幅、配置ピッチ、数に依存する。探傷ヘッド３５の内部構造には高い製作精度が要求されるため、一般的に従来の垂直探触子の探傷ヘッドに比べて高価となる。探傷ヘッド３５が故障した場合の交換等、保全性を考慮した場合、振動子の数は１０〜１２８程度で構成するのが一般的である。例えばＸ方向へのビーム走査距離が１２０ｍｍ、金属板のＸ方向寸法が５０００ｍｍの場合、金属板全面を探傷するためにはビーム走査で不足する分を台車１４の車輪による１００ｍｍのピッチ走行で補う。また、例えばＹ方向寸法が２０００ｍｍ、Ｙ方向に探傷ヘッド３５を走査する走査アクチュエータ２４のストロークが６００ｍｍの場合、走査アクチュエータ２４の機械走査で不足する分を台車１４の車輪による５００ｍｍのピッチ走行で補う。
【００３５】
金属板用自走式検査装置３００ａにおいて、金属板１０を検査する機能について説明する。この機能は、例えば、金属板１０の検査領域を検査する探触子（検査用センサ）を有する探傷ヘッド３５を備えた検査機器１５、探傷ヘッド３５の走査を制御する走査アクチュエータ２４、搭載コンピュータ２１、及び駆動制御部２５が担う。搭載コンピュータ２１において、ホストコンピュータ１３から検査位置と現在の台車位置及び姿勢の情報より、検査機器１５の構成要素である探傷ヘッド３５を走査する走査アクチュエータ２４の必要走査量を演算する。駆動制御部２５は、その必要走査量分だけ駆動するように電気信号を走査アクチュエータ２４に出力し、走査アクチュエータ２４によって当該電気信号が探傷ヘッド３５の走査運動に変換される。探傷ヘッド３５の位置情報は搭載コンピュータ２１にフィードバックされ、台車１４の現在位置情報と合わせて検査位置情報として演算される。検査機器１５における検査データは、検査機器１５からＩＯボード２３を介して搭載コンピュータ２１に取り込まれ、検査位置情報と合わせて、ホストコンピュータ１３に無線送信される。このとき、走査アクチュエータ２４は、台車１４を自律走行させる制御と連動して探傷ヘッド３５の位置制御をしてもよいし、台車１４の自律走行と独立して探傷ヘッド３５の位置制御をしてもよい。
【００３６】
検査機器１５は、探傷ヘッド３５と、検査結果を作成する検査結果作成部７１を有する。検査結果作成部７１は、探触子（検査用センサ）によって得られた検査情報と、探傷ヘッド３５の位置情報と、に基づいて検査結果を作成する。検査結果としては、例えば、金属板の位置情報と探傷結果情報とが紐づいた探傷マップを作成する。本発明の装置構成であれば、検査結果の作成は検査機器１５で行えばよく、ホストコンピュータ１３で探傷マップ作成を行う必要はない。
【００３７】
検査用センサ（探触子）として超音波フェイズドアレイ技術を用いる場合であっても、膨大な探傷データをホストコンピュータ１３にデータを伝達する必要はなく、探傷データの情報量が膨大になった場合でも検査結果を効率的に作成し、評価することができる。
【００３８】
超音波フェイズドアレイ技術を用いる場合は、公知の技術を適用したものを利用できる。以下簡単に説明する。超音波フェイズドアレイ技術を用いる場合、探傷ヘッド３５に備えられた検査用センサは、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子である。超音波フェイズドアレイ法では、各超音波振動子から、超音波を発信する際に、発信するタイミング（遅延時間）を電子的に制御することで、超音波ビームを任意の位置に集束させたり、任意の方向に超音波を伝搬させることが可能である。
【００３９】
また、超音波フェイズドアレイ技術を用いて、Ｘ方向及びＹ方向の２次元の欠陥イメージを描写する場合、Ｘ方向へはビームの電子走査をするので、Ｙ方向への探傷ヘッド３５の機械走査だけでチャンネル数の範囲で欠陥イメージを描くことができる。ビームの走査方法は、リニアスキャン、セクタスキャン、ＤＤＦ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｄｅｐｔｈ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ）等の公知のスキャン方法を用いることができる。
【００４０】
探傷ヘッド３５の位置情報として、パルス信号を用いることができる。この場合、例えば、搭載コンピュータ２１による制御周期毎に更新される探傷ヘッド３５の位置の変化量に応じたパルス信号を、探触子（検査用センサ）に出力する出力部としてのパルス信号出力ボード７２を、搭載コンピュータ２１に搭載する。パルス信号としては、例えば、鋼板の水平面内の位置を示すＸ軸方向及びＹ軸方向のパルス信号（Ａ相及びＢ相）を用いることができる。
【００４１】
これにより、検査機器１５から大容量の探傷データを取り出す必要がない。つまり、フェイズドアレイ法における複数の振動子から発振されるビームの経路演算、及び当該経路を考慮した探傷結果の解析等は、検査機器１５で行えばよく、ホストコンピュータ１３に探傷データ等の大量のデータを出力する必要はない。したがって、本発明の検査方法は、実用性の高い手法である。
【００４２】
台車１４に搭載された搭載コンピュータ２１は、制御周期毎に更新される探傷ヘッド３５の位置の変化量に応じたパルスを、検査機器１５に出力するパルス信号出力ボード（出力部）７２を有する。探傷マップを作成する際には、例えば、実際の台車１４の位置・姿勢情報、走査アクチュエータ２４のストローク位置に基づき、リアルタイムでの探傷位置（探傷ヘッド３５の位置）を演算し、これがパルス信号として検査機器１５に出力されている。なお、上記実際の台車１４の位置・姿勢情報は、ＩＧＰＳでリアルタイムに取得する。パルス信号出力ボード７２で生成するパルス信号の出力周波数は、検査機器１５の設定条件及び探傷ヘッド３５の機械走査の速度と同期するように決定することが好ましい。
【００４３】
例えば、探傷マップ表示分解能（検査結果の表示分解能）２ｍｍ、探傷データ取得周波数５０Ｈｚの場合、表示分解能２ｍｍの間で探傷データ抜けが発生しないための最大走査速度は、これらの積となり、１００ｍｍ／ｓとなる。つまり、探傷ヘッド３５の機械走査の速度が、１００ｍｍ／ｓを上回ると、表示分解能２ｍｍ進む間に探傷データに漏れが発生する。したがって、探傷結果の精度を向上させるために、表示分解能２ｍｍ進む間で確実に探傷データを取得できるように、探傷ヘッド３５の機械走査の速度を調整することが好ましい。
【００４４】
また、例えば、探傷データ取得周波数５０Ｈｚ、パルス信号受け取り側となる検査機器１５におけるパルス分解能を１０パルス／ｍｍ、探傷結果を表示する際の空間分解能である探傷マップ表示分解能を１ｍｍと設定する。この場合、検査用センサに入力されるべきパルス周波数はこれらの積で表され、５００Ｈｚとなる。パルス信号出力ボード７２で生成されるパルス信号の出力周波数が上記と同期した５００Ｈｚの場合、検査用センサ（探触子）が受け取る探傷ヘッド３５の位置の経時変化は現実の動きに近い連続的なものとなる。この場合の、現実の探傷ヘッドの位置情報（パルス信号）と、パルス信号出力ボード７２で出力するパルス信号の関係を図４Ａに示している。
【００４５】
一方、パルス信号出力ボード７２で生成するパルス信号の周波数が５００Ｈｚに対して大きい場合、検査用センサ（探触子）が受け取る探傷ヘッド３５の位置の経時変化が不連続（階段状）となる。そして、探触子走査用リニアスライダ仕様に依存したストローク位置取得タイミング、搭載コンピュータ２１の制御周期に依存したパルス出力指令タイミングのばらつき等、偶発的な要素によって表示分解能２ｍｍの範囲で位置情報が更新されない場合が発生し得る。この場合の、現実の探傷ヘッドの位置情報（パルス信号）と、パルス信号出力ボード７２で出力するパルス信号の関係を図４Ｂに示している。
【００４６】
これらの結果からわかるとおり、パルス信号出力ボード７２で生成されるパルス信号の出力周波数が、検査機器１５で設定された単位時間あたりの探傷データ取得回数（回／ｓｅｃ）と、パルス分解能（ｐｕｌｓｅ／ｍｍ）と、探傷マップ表示分解能（ｍｍ／回）との積に同期するように設定され、かつ探傷ヘッド３５の機械走査の速度が探傷マップ表示分解能（検査結果の表示分解能）と探傷データ取得周波数の積で求まる上限速度以下とすることが好ましい。
【００４７】
次に、本発明に係る金属板用自走式検査装置の主要部をなす台車１４の物理的な構成について説明する。図５は台車１４の側面図、図６はそのＡ−Ａ線による水平断面図、図７はその正面図である。また、図８はその駆動部を拡大して示す断面図である。
【００４８】
台車１４は、台車本体３１を有しており、台車本体３１は、上段部３１ａ、中段部３１ｂ、下段部３１ｃに分かれている。
【００４９】
上段部３１ａには、上述した航法用受信機１２ａ、搭載コンピュータ２１、ＩＯボード２３、パルス信号出力ボード７２の他、検査機器１５の一部をなす超音波探傷器３２及び無線通信ユニット３３が設けられている。
【００５０】
中段部３１ｂには、水供給手段としての水タンク３４が設けられている。超音波探傷による金属板１０の検査を行う場合には、探触子と金属板１０との間は常時水で満たしておく必要があるため、水タンク３４から水供給用ホース（図示せず）を介して、探触子と金属板との間に常時水を供給する。なお、水タンクの容積には限界があるので、水源を外部に設けてホースで供給するようにしてもよい。
【００５１】
下段部３１ｃには、その周囲に設けられたエッジ検知用センサ２２、走行用の車輪２６、駆動制御部２５、車輪用モータ２７としての車輪駆動用モータ２７ａ及び旋回用モータ２７ｂ、検査機器１５の一部をなす探傷ヘッド３５、エッジ検知用センサコントローラ３７、並びにバッテリー３８が設けられている。
【００５２】
水源を外部に設けてホースで供給する場合、ホースが被探傷材の端部に引っ掛かってロボットの動作を妨げたり、ホースキンクにより水供給が停止したりしない供給方法が好ましい。例えば、探傷作業エリア周りに支柱を設置し、ホースを吊り下げる複数のケーブルハンガーを有するレールを当該支柱に旋回可能に固定することで、当該ケーブルハンガーを伝ってロボット上部からホースを供給することができる。ロボットの動きによってホースに作用する張力によりレールが旋回し、レール上でケーブルハンガーがスライドすることにより、ロボットの動きを妨げることなく、安定した水供給が可能となる。
【００５３】
この場合、ホースによる水供給と合わせ、電源及び信号も有線で供給することができる。例えば、この場合、搭載コンピュータ２１はロボットに搭載せず、例えば、作業エリア近くに設置した操作盤に収納し、両者の間を通信用ケーブルで接続することで、ロボット本体の機器構成をシンプルにし、軽量化することができる。また、無線通信ユニット３３は非搭載として、有線通信とすることで、環境外乱等による無線通信の不安定さを解消し、信頼性の高いシステム構成とすることができる。また、ロボット本体駆動用電源及びロボットに搭載する検査用センサ（探触子）への電源供給を有線による外部供給とすることで、バッテリー３８の搭載も不要となり、バッテリー切れによる異常停止等のトラブルを防止することができる。
【００５４】
探傷ヘッド３５は、金属板１０の検査領域を走査する検査用センサである探触子を有しており、探傷ヘッド支持機構３６により支持されている。探傷ヘッド３５は、探傷ヘッド支持機構３６を介して垂直軸３９に取り付けられており、垂直軸３９は垂直レール４０に沿って垂直方向に移動可能となっている。また、垂直軸３９は取付部４１により水平レール４２に取り付けられており、水平レール４２は走査アクチュエータ２４（図５、図６、及び図７では図示せず）により水平走査軸４３に沿って走査される。
【００５５】
エッジ検知用センサ２２は、典型的には、渦流式センサにより構成されており、これにより、金属板１０上を台車１４が自律走行している際に板端を検知し、台車１４が金属板１０からはみ出して落下することを防止する。また、これと同時にエッジ検知用センサ２２は、四周辺探傷時の板端の探傷において、板端に沿って走行するためのセンサとして用いられる。例えば、図６に示すように、探傷ヘッド３５が設置されている側の辺については、２つのエッジ検知用センサ２２が探傷ヘッド３５と同一線上となるように設置されている。２つのエッジ検知用センサ２２が常に板端を検出するように台車１４の走行方向を制御することにより、板端に沿った検査が可能である。また、探傷ヘッド３５が設置されていない側の辺についても、同様に左右各２つのエッジ検知用センサ２２が配置されている。
【００５６】
車輪２６は、台車１４の底部に各々独立に９０°以上旋回駆動可能に４つ設置されており、これらによる全方向制御が可能である。複数の車輪用モータのそれぞれの符合するモータエンコーダ（図示せず）を用いてモータの作動状態を検出した後、検出された信号を用いて通常のロボットの制御に用いられる全方向制御が行われるようになる。
【００５７】
駆動部５０は、各車輪を独立して駆動するもので車輪毎に設けられており、それぞれ、図８示すように、車輪用モータ２７として、第一の駆動系としての車輪駆動用モータ２７ａとステアリングのための第二の駆動系としての旋回用モータ２７ｂとを有する。ステアリングのための旋回用モータ２７ｂの軸にはピニオンギア５１が取り付けられており、そのピニオンギア５１をステアリングターンテーブル５２の外円周縁のラックギア５３に噛合されている。
【００５８】
ステアリングターンテーブル５２の上部には車輪駆動用モータ２７ａのハウジング（図示せず）が装着されており、車輪駆動用モータ２７ａの減速ギアの出力回転軸５４がステアリングターンテーブル５２を通過して下方に延びている。出力回転軸５４の下端には、第１交差軸ギア５５が結合されている。第１交差軸ギア５５には第２交差軸ギア５６が噛合されており、第２交差軸ギア５６は車輪２６の軸部材５７に結合されている。軸部材５７は、ステアリングターンテーブル５２から下方に延びた懸架構造５８により回転可能に支持されている。
【００５９】
したがって、車輪駆動用モータ２７ａにより各車輪２６が回転され、旋回用モータ２７ｂにより車輪２６がステアリングターンテーブル５２及び懸架構造５８とともに旋回されるようになっている。車輪駆動用モータ２７ａは、車輪を正転・逆転させることができ、旋回用モータ２７ｂは、台車１４が走行する金属板面と直行し、かつ車輪２６に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに９０°以上旋回することができるようになっている。
【００６０】
次に、金属板用自走式検査装置の走行方向を決定するステアリングパターンを説明する。図９Ａ〜Ｄはそのステアリングパターンを説明するための説明図である。図９Ａは左右移動、図９Ｂは斜め移動、図９Ｃは前後移動、図９Ｄは超信地旋回のステアリング状態である。なお、超信地旋回とは、油圧ショベルや戦車等の履帯（クローラー）を持つ車輌が左右のクローラーを同速度で互いに反対に回転させることによって、移動することなく車体の向きを変えることをいう。
【００６１】
次に、第１の実施形態に係る位置測定システム２００ａを用いた金属板用自走式検査装置３００ａにおける検査動作について説明する。最初に、目標検査位置及び検査経路の設定の前過程における、金属板の位置及び姿勢情報の取得について説明する。図１０は金属板の位置及び姿勢情報を取得する手法を説明するための図である。図１１はその際のシステム構成を示す図である。
【００６２】
これらの図に示すように、ここでは位置測定システム２００ａの航法用受信機１２ａを取り付けた金属板位置及び姿勢検出用治具６０の接触式プローブ６１を、測定ターゲットである金属板１０の隅位置にあてがってその位置測定を行う。その際の接点座標を高精度に測定するため、航法用受信機１２ａと接触式プローブ６１の幾何学的位置関係は通常±５０マイクロメートル以内の高い精度で決定している。位置測定システム２００ａにおいて、航法用受信機１２ａの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び姿勢（θｘ，θｙ，θｚ）の情報が得られる。航法用受信機１２ａと接触式プローブ６１との位置関係が決まっていれば、航法用受信機１２ａの位置情報を接触式プローブ６１の位置での位置情報に換算する演算を行うことができる。
【００６３】
図１２の工程１〜５は金属板の位置及び姿勢検出のためのフローチャートである。図１３は金属板の位置及び姿勢検出の作業フローにおける板端の測定点に基づいて設定する座標系を示す図である。まず、位置測定システム２００ａを構成するホストコンピュータ１３における操作画面において、金属板の端縁位置検出モードを選択する（工程１）。続いて金属板位置及び姿勢検出用治具を用いて、原点の板端隅（コーナ）として、測定点Ａ位置を測定する（工程２）。続いて、測定点Ａと圧延方向に隣り合う板隅（コーナ）として、板端測定点Ｂ位置を測定する（工程３）。続いて測定点Ａと対角板隅（コーナ）として、板端測定点Ｃ位置を測定する（工程４）。このようにして金属板の４隅（コーナ）のうち、少なくとも３隅（コーナ）において端縁位置を検出した上で、同３点を隅（コーナ）に含む矩形形状を演算することにより、金属板の位置及び姿勢を検出することができる。上記測定点Ａ（原点）、Ｂ、Ｃの測定位置座標データを３隅（コーナ）に含む矩形形状を仮定した場合の金属板の位置と姿勢をホストコンピュータ１３にて演算する。測定点Ａを原点とし、測定点ＡからＢへのベクトル方向をＸ方向、それと直行する方向をＹ方向とする座標系を設定する（工程５）。なお、本座標系は以降、金属板座標系と称する。
【００６４】
なお、金属板は必ずしも矩形状ではないため、そのような場合を想定し、金属板の４隅を線上で結ぶ４角形状として、金属板の位置及び姿勢を検出するようにしてもよい。
【００６５】
なお、第２の実施形態の場合には、位置測定システム２００ｂの航法用送信機１２ｂを取り付けた金属板位置及び姿勢検出用治具に上記の接触式プローブ６１設け、それを測定ターゲットである金属板１０の隅位置にあてがってその位置測定を行えばよい。
【００６６】
次に、目標検査位置及び検査経路の設定方法について説明する。図１２の工程６〜１０は目標検査位置及び検査経路の設定方法のフローチャートである。上述したように金属板座標系を設定した後、ホストコンピュータ１３における設定ソフトウェア１７において、金属板の目標検査位置設定モードを選択し（工程６）、工業規格、顧客との契約に基づき金属板の検査パターンを選択する（工程７）。引き続き、ソフトウェア上において、金属板四周辺の探傷については、探傷箇所、ピッチ、回数を指定し（工程８）、鋼板内部の探傷については、探傷箇所、探触子の走査方向、ピッチを指定する（工程９）。同指定と金属板の位置及び姿勢情報に基づきソフトウェアは金属板座標系において目標検査位置及び検査経路を決定する（工程１０）。
【００６７】
検査パターンの例として、図１４Ａ〜Ｃに、ＪＩＳＧ０８０１圧力容器用鋼板の超音波探傷検査方法の「７．６探傷箇所（走査箇所及び範囲）」に規定される走査区分及び探傷箇所を説明する図を示す。図１４Ａは、圧延方向及びその直角方向を探傷する場合の探傷箇所を示している。図１４Ｂは、圧延方向を探傷する場合を示している。図１４Ｃは圧延方向に対して直角方向を探傷する場合の探傷箇所を示している。同規格においては、探傷箇所としては、金属板の四周辺及び鋼板内部の探傷が指定されており、四周辺については探傷ピッチ、鋼板内部については探傷ピッチ及び走査方向に関して指定がある。このような金属板の検査に関しては、ＪＩＳに限らず、海外規格含め様々な規格が存在する上、最終的には顧客との契約に基づく検査を実施する必要がある。そのため、上記検査パターンの選択においては、必要に応じて事前に検査パターンを設定するためのソフトウェアを準備しておくことで顧客の要求に応じた柔軟な対応が可能となる。
【００６８】
図１５Ａは、探傷において得られる一次情報であるＡスコープの概念図である。図１５Ｂは、Ａスコープにおける探触子受信音圧と超音波伝搬時間との関係を示すグラフである。図１５Ｃは、Ａスコープと走査位置の情報と紐付けて被探傷材の垂直断面に関するマップ化表示を行うＢスコープの概念図である。図１５Ｄは、Ｂスコープにおける、被探傷材のＸＺ面で得られる情報を示す概念図である。図１５Ｅは、被探傷材の水平断面に関するマップ化表示を行うＣスコープの概念図である。図１５Ｆは、Ｃスコープにおける、被探傷材のＸＹ面で得られる情報を示す概念図である。Ａスコープは、探傷における一次情報として得られるものであり、エコーピーク高さより「きずの程度」、超音波伝搬時間より「きずの深さ方向位置」の情報を抽出可能である。図１５Ａ、Ｃ、Ｅにおいて、欠陥部を網点で示す。
【００６９】
フェイズドアレイ法を用いた場合、図１５Ａ、Ｃ、ＥのＸ軸方向が振動子の配列方向つまり電子走査方向、Ｙ軸方向が機械走査となる。先述のように板厚方向に焦点距離を制御することで、パルス反射法に対してＳ／Ｎ比の向上が可能である。また、検査結果はＸ軸、Ｙ軸方向位置に加え、板厚方向の情報も含むことになるため、上記Ａ〜Ｃスコープの取得が可能である。
【００７０】
ＪＩＳＧ０８０１圧力容器用鋼板の超音波探傷検査方法における「９．きずの分類及び評価」には、エコーピーク高さに基づく「きずの程度」の判定方法を規定しているが、「きずの深さ方向位置」の表示に関しては規定が無いのが現状である。しかし、品質保証、顧客の要求に応じた柔軟な対応のためには「きずの深さ方向位置」も含め、製品である鋼板内の３次元なきずの分布を把握しておく必要がある。
【００７１】
探触子を目標検査位置及び検査経路に走査させる際に、探触子の現在位置を同定しながら検査し、金属板平面上での検査位置情報と関連付けられた探傷情報を得ることにより、欠陥の位置を正確に把握することができる。例えば、金属板内部に、図１６に網点で示すようなきず（欠陥）が存在する場合に検査位置情報と関連付けられた探傷情報に基づき、図１７に示すように、金属板の内部のきず（欠陥）の配置を、金属板平面上でマップ化処理し、表示する。これにより、きず（欠陥）の平面的な配置を可視化することができ、欠陥の把握を容易に行うことができる。また、図１８に示すように、金属板内部のきず（欠陥）の配置を厚み方向にも把握することができ、金属板平板内で３次元的にマップ化処理し、表示することが可能となる。具体的には、Ａスコープと走査位置の情報と紐付けて被探傷材の垂直断面に関するマップ化表示を行ったＢスコープ、水平断面に関するマップ化表示を行ったＣスコープを得ることができる。
【００７２】
上述した航法用受信機と接触式プローブからなる金属板位置及び姿勢検出用治具による金属板の位置及び姿勢情報の取得においては、金属板形状は矩形形状を前提としている。そのため、金属板に曲がりがある場合等は上記方法による金属板の板端認識位置と実際の板端位置に差異が生じ、矩形形状を前提として決定した目標検査位置及び検査経路に基づいて走行した場合には、台車が金属板から落下する可能性がある。したがって、前述のように、四周辺探傷時には目標検査位置及び検査経路に加え、装置周囲に設置されたエッジ検知用センサで補正しながら走行することが好ましい。
【００７３】
図１９は四周辺探傷時の自走式検査装置（台車）の動きを説明するための説明図である。（１）図１９下側の板端を検査する際には探傷ヘッド３５と同一線上となるように台車１４の側面に設置された、２つのエッジ検知用センサ２２が常に板端を検出するように装置の走行方向を制御して走行する。（２）目標検査位置及び検査経路に基づき、走行方向の先にある板端位置が近づいてくると、装置は減速を開始し、（３）最終的に装置正面に設置された、２つのエッジ検知用センサ２２が金属板１０のエッジを検出した時点で一旦停止する。（４）続いて探傷ヘッド３５を水平方向に走査するためのアクチュエータ（図示せず）により、探傷ヘッド３５が板端位置に到るまで移動される。（５）装置は停止した状態で旋回用モータ（図示せず）を駆動し、車輪２６をそれまでの進行方向と直行する向きとなるようにステアリングする。（６）装置を前進させ、図１９左側の板端の検査を行う。以下、所定の四周探傷が完了するまで繰り返す。
【００７４】
図２０Ａ、Ｂは、金属板内部探傷時の自走式検査装置（台車）の動きを説明するための説明図である。金属板１０の内部は板端に依存せず、前述の目標検査位置及び検査経路に基づいて検査を行う。目標検査位置経路に応じ、目標台車位置及び探傷ヘッド３５を走査するアクチュエータ（図示せず）の目標走査量を決定し、車輪２６の駆動、ステアリングに関する制御及び走査アクチュエータ２４を走査する。
【００７５】
図２１Ａ〜Ｅは金属板四周辺探傷及び内部の検査を行った場合の検査位置及び経路を示す図である。ここでは、最初に、図２１Ａに示すように、四周探傷を板端及び板端から７５ｍｍ内側の２周実施した後、図２１Ｂ〜Ｅに示すように、隣り合う走査線からの距離を５０ｍｍピッチで圧延方向に検査を行ったケースを示している。
【００７６】
以上のように、第１の実施形態によれば、金属板の欠陥を検査する検査用センサ（探触子）を備えた台車１４に航法用受信機１２ａを設置する。航法用受信機１２ａは、位置測定システム２００ａの航法用送信機１１ａから射出された回転ファンビームを受信してこの回転ファンビームをＩＧＰＳ信号として認識し、自己位置を認識する。第２の実施形態によれば、金属板の欠陥を検査する検査用センサ（探触子）を備えた台車１４に航法用送信機１２ｂを設置する。航法用送信機１２ｂからレーザ三角測量で３６０°レーザを投光し、リフレクタ１１ｂからの反射光を受信することで自己位置を認識する。これにより、金属板のマーキングや画像処理用のマークを用いることなく、金属板上における台車１４の位置及び角度を高精度で認識することができる。また、そのように認識した自己位置と目標位置からの偏差を演算し、その偏差に応じて車輪の正転・逆転・停止を指示して台車１４を所定の目標位置に自律走行させるので、金属板の外周も検査することができる。また、目標走行ルートに対する直進性を確保することができる。
【００７７】
また、いずれの実施形態においても、予め測定した金属板の位置及び姿勢情報に基づき、金属板と近接して走査する探触子の走査パターンと、所定パターンに対応した検査位置及び経路を決定する。その走査経路を達成するように、探触子の台車に対する位置を決定するアクチュエータ及び台車位置の目標位置を決定することができるので、種々な走査パターンに対応できる。特に台車位置については目標位置と航法用受信機に基づく現在位置との偏差が探傷上の許容量以下となるように制御することができるので、どのような走査パターンであっても高精度で対応することができる。
【００７８】
さらに、金属板面を走行する台車１４が、正転・逆転可能な４つの車輪を有し、駆動部５０が、各車輪に対応して設けられ、各車輪を回転駆動させる駆動用モータを備えるように構成してもよい。また、台車１４は、台車１４が走行する金属板面と直行し、かつ車輪に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに、車輪を９０°以上旋回させることが可能な旋回用モータを備える構成としてもよい。これらの構成を備えることにより、台車１４は、一般的な前進後進に加え、台車正面の向きを保持した状態での斜め移動、左右移動が可能となる。さらに、台車１４は、その場での旋回動作が可能となる。また、目標位置に対する現在位置の偏差を生じさせる各種外乱に対して、台車１４のきめ細かい位置調整が可能となり、目標走行経路に対する直進性を極めて高いものとすることができる。
【００７９】
また、金属板面を走行する台車１４に、検査対象である金属板のエッジを検知するためのエッジ検知用センサを設けたので、台車１４が金属板からはみ出して落下することが防止され、かつ金属板のエッジの検査の際に、金属板のエッジに沿った検査が可能となる。
【００８０】
また、金属板の製品検査規格に則って金属板表面の傷や内部欠陥を自動的に探傷することが可能であり、検査員が探傷ヘッドを操作して金属板表面の傷を探査する必要がなくなり、水を散水した金属板上での転倒事故等から解放される利点がある。
【００８１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、台車１４に車輪を４つ設けた例について示したが、車輪の数は４つに限らず、２つ以上であればよい。また、第１の実施形態の金属板用自走式検査装置３００ａが適用される位置測定システム２００ａにおける航法用受信機１２ａの数は１つ以上あればよい。また、第２の実施形態の金属板用自走式検査装置３００ｂが適用される位置測定システム２００ｂにおけるリフレクタ１１ｂの数は１つ以上あればよい。
【００８２】
次に、本発明の金属板用自走式検査装置を用いた金属板の製造方法について説明する。本発明の金属板の製造方法は、金属板を製造する製造工程と、本発明の金属板用自走式検査装置を用いて金属板に存在する欠陥を検査する検査工程と、当該検査工程で得られた検査結果に基づいて金属板を選別する選別工程と、を有する。
【００８３】
金属板としては、例えば、鋼板、アルミ板、銅板が挙げられる。これらの金属板を製造する製造工程では、これらの金属板を製造するための公知の方法を使用することができる。
【００８４】
また、本発明の金属板の製造方法では、本発明の金属板用自走式検査装置を用いて金属板に存在する欠陥を検査し、検査結果に基づいて金属板を選別する。具体的には、例えば、金属板の種類や用途に応じて、欠陥の大きさや欠陥の個数の合格基準を予め定めておき、検査工程で得られた検査結果に基づいてその合格基準を満たす金属板を選別する。
【００８５】
以上で説明した本発明の実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。すなわち、本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８６】
１０  金属板
１１ａ  航法用送信機
１１ｂ  リフレクタ
１２ａ  航法用受信機
１２ｂ  航法用送信機
１３  ホストコンピュータ
１４  台車
１５  検査機器（検査部）
１６  位置演算用ソフトウェア
１７  設定ソフトウェア
２１  搭載コンピュータ
２２  エッジ検知用センサ
２３  ＩＯボード
２４  走査アクチュエータ
２５  駆動制御部
２６  車輪
２７  車輪用モータ
２７ａ  車輪駆動用モータ（第一の駆動系）
２７ｂ  旋回用モータ（第二の駆動系）
３１  台車本体
３１ａ  上段部
３１ｂ  中段部
３１ｃ  下段部
３２  超音波探傷器
３３  無線通信ユニット
３４  水タンク
３５  探傷ヘッド
３６  探傷ヘッド支持機構
３７  エッジ検知用センサコントローラ
３８  バッテリー
３９  垂直軸
４０  垂直レール
４１  取付部
４２  水平レール
４３  水平走査軸
５０  駆動部
５１  ピニオンギア
５２  ステアリングターンテーブル
５３  ラックギア
５４  出力回転軸
５５  第１交差軸ギア
５６  第２交差軸ギア
５７  軸部材
５８  懸架構造
６０  姿勢検出用治具
６１  接触式プローブ
７１  検査結果作成部
７２  パルス信号出力ボード（出力部）
１００ａ、１００ｂ  全体システム
２００ａ、２００ｂ  位置測定システム
３００ａ、３００ｂ  金属板用自走式検査装置
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２１Ｅ】
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【図２２】
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