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【発明の名称】 伝熱管外表面検査装置
【発明者】 【氏名】新谷 静馬

【氏名】山口 寛

【氏名】小林 哲

【氏名】中村 泰隆

【氏名】浅原 美則

【氏名】柏木 達司

【氏名】山口 良祐

【氏名】松本 曜明

【氏名】西原 康雄
【要約】 【課題】狭い伝熱管群であっても、検査機構を自由に前後左右に走行させて伝熱管外表面の検査を可能とする。

【解決手段】スパイラルロール２１には外周面に羽根２０−１，２０−２がスパイラル状に取り付けられている。そして、スパイラルロール２１を矢印ｃ１のように左回転させると、スパイラルロール２１は伝熱管２の表面に接触しながら図の下方へ前進する。また、スパイラルロール２１を逆に右回転させると、スパイラルロール２１は伝熱管２の表面に接触しながら図の上方へ後退する。このようなスパイラルロール２１をフレームに収納して、そのフレームに検査機構を連結すれば、検査機構は狭い伝熱管群内を自由に移動できるようになり、伝熱管２２の外表面の検査を容易に行うことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 外周面上にフィンが螺旋状に取り付けられ、並列に配置される複数の棒状体と、該棒状体の両端部を回転自在に支持するフレームと、前記棒状体を回転駆動させる駆動手段とからなる移動装置を、前記棒状体の軸方向に複数直列配置すると共に、該複数の移動装置を伸縮部材で連結し、さらに検査手段を前記移動装置に連結し、前記駆動手段により前記棒状体を回転駆動させることにより、前記移動装置と共に前記検査手段を伝熱管群内で移動させることを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項２】 請求項１に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記フィンは前記棒状体の外周面上に１周以上取り付けられており、さらにフィンのピッチは前記伝熱管群の管ピッチに等しいことを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項３】 請求項１に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記移動装置から伸延させた押し当て部材を設け、該押し当て部材を伝熱管郡内で対向する一方側の伝熱管に押し当てることにより、他方側の伝熱管にフィンを介して前記移動装置を押し付けることを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項４】 請求項３に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記押し当て部材は一方側の伝熱管に押し当てたり解除する機構を有することを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項５】 外周面上にフィンが螺旋状に取り付けられ、並列に配置される複数の棒状体と、該棒状体の両端部を回転自在に支持するフレームと、前記棒状体を回転駆動させる駆動手段とからなる移動装置に、検査手段を連結し、前記駆動手段により前記棒状体を回転駆動させることにより、前記移動装置と共に前記検査手段を伝熱管群内で移動させることを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項６】 請求項１又は５に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記並列に配置された隣り合う棒状体の螺旋の巻き方向は互いに逆方向であり、さらに互いに逆方向に回転することを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項７】 請求項５に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記フィンのピッチは、前記棒状体の軸方向中央部では前記伝熱管群の管ピッチに等しく、軸方向両端部では前記伝熱管群の管ピッチよりも大きいことを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項８】 請求項５に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記フィンは、前記棒状体の軸を含む面で切ったときの断面形状が、一側では長く、他側では短く形成されていることを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項９】 請求項８に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記フィンは反発力を有し、前記移動装置が前記伝熱管郡内を移動する際には、前記一側の長く形成されたフィンが各伝熱管表面に接触し、該フィンの反発力によって前記移動機構を伝熱管と伝熱管の間に位置させることを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項１０】 請求項１又は５に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記検査手段は、伝熱管の外表面に縞状のレーザシート光を垂直方向から且つ該縞状のレーザシート光が伝熱管軸方向に直角となるように照射する照射部と、前記レーザシート光が照射されている箇所を伝熱管外表面に対して直角方向と斜め方向から撮影し、該伝熱管外表面での前記レーザシート光の反射光を複数個の円弧形状の撮影画像として取り込む複数の撮影部と、前記撮影画像を解析して前記伝熱管外表面の摩耗状況を判断する解析部と、を備えたことを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項１１】 請求項１０に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記解析部は、前記撮影画像が歪んだ円弧であるときは、その円弧の仮想円を前記照射部および前記撮影部の位置関係から数学的に求め、前記円弧と前記仮想円との相違から前記伝熱管外表面の摩耗状況を判断することを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項１２】 請求項１０に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧の中心とを一致させ、前記仮想円に対して前記円弧が部分的にずれている箇所があれば該箇所を摩耗部分と識別し、且つ前記箇所の円周方向の幅から摩耗量を算出することを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項１３】 請求項１０に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧の中心とを一致させ、前記仮想円に対して前記円弧が部分的にずれている箇所があれば該箇所を摩耗部分と識別し、且つ前記箇所の法線方向のずれ量から摩耗量を算出することを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項１４】 請求項１０に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧との距離を求め、その距離が最小値を示す箇所を摩耗量が最大の位置であると識別することを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項１５】 請求項１０に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧の中心とを一致させ、前記仮想円に対して前記円弧がずれている箇所があれば該箇所を摩耗部分と識別し、且つそのずれ量から摩耗量を算出することを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項１６】 請求項１２〜１５のいずれかに記載の伝熱管外表面検査装置において、前記解析部は、前記照射部からのレーザシート光と同軸上で撮影した、前記レーザシート光の前記伝熱管外表面での反射光情報を取り込むとともに、その反射光情報に基づいて前記摩耗量を補正することを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項１７】 請求項１０に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記伝熱管を検知するセンサが設けられ、前記撮影部および前記解析部は前記センサからの検出信号に基づいて作動することを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【請求項１８】 請求項１７に記載の伝熱管外表面検査装置において、前記センサとしては、前記伝熱管との距離を測定する距離測定センサ、前記伝熱管のセンターラインを検出するセンターライン検出センサ、および前記棒状体の回転量を検出する回転量検出センサが設けられていることを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は伝熱管外表面検査装置に係り、特に、ボイラ伝熱管等の外表面の摩耗状態を検査するのに好適な伝熱管外表面検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ボイラ内の伝熱管を検査する従来の検査装置としては、図３０に示すようなものがある。この検査装置においては、複数の伝熱管１からなる伝熱管群の中に走行レール２をセットし、この走行レール２上を矢印ａ方向に検査機構３を移動させながら各伝熱管１の外表面を検査することができる。走行レール２の上下端部は走行レール固定器具４，５で支持されている。
【０００３】また、図３１に示すような検査装置も知られている。この検査装置は、ワイヤ巻き取り装置６から吊り下げられたワイヤ７の先端に検査機構３が設けられ、ワイヤ巻き取り装置６によりワイヤ７を駆動して検査装置３を矢印ｂ方向に移動させるようになっている。伝熱管１に軸方向レール８をセットしておけば、この軸方向レール８上をワイヤ巻き取り装置６は移動することができ、検査機構３を伝熱管１の軸方向（図３１の紙面垂直方向）に移動させることができる。
【０００４】次に、検査機構３については、図３２の従来例が知られている。この従来例は石炭焚ボイラ横置伝熱管のアッシュエロージョン傾向を把握する検査技術に関するものである。図３２において、伝熱管群の中に搬入された検査装置１０から、伝熱管群深層部に検査ユニット１１を挿入する。検査ユニット１１には、検査デバイスとして、伝熱管に対して斜めに縞状のレーザシート光を照射するレーザシート発信器、およびレーザシート光が照射された箇所を撮影するＣＣＤカメラを搭載しており、伝熱管群深層部の伝熱管情報を取り込むことができる。
【０００５】取り込まれた伝熱管情報は映像信号として、炉外に設置した電源・制御盤１２を経由して画像処理パソコン１３に取り込まれる。画像処理パソコン１３では、画像処理を行って伝熱管摩耗程度を判定し、その判定結果をＣＲＴ１４およびプリンタ１５に出力する。
【０００６】図３３は検出原理を示したものである。石炭焚ボイラのアッシュエロージョンの特徴としては、火炉から後部伝熱部に流れてくる燃焼排ガス中に含まれる燃焼灰を研磨材として、ガス流れが特異となった部位の伝熱管表面を研削していく。この部位の表面状態は、燃焼灰が非常に微細なため、鏡面状態を示すようになる。エロージョンが進行するとこの鏡面状態範囲が拡大される。
【０００７】ここで伝熱管に対して斜め位置に、レーザシート発信器１６を設置して、伝熱管１に縞状のレーザシート光を照射すると、伝熱管１の健全部においては通常の物体面であるからレーザシート光は乱反射する。それに対して、伝熱管１の摩耗部では前述したように鏡面状態であるから、照射されたレーザシート光の入射角と同じ角度で全反射してしまう。この状態を、レーザシート発信器１６と同様な角度に設置したＣＣＤカメラ１７で撮影すると、摩耗部に対応した範囲のレーザシート光の欠落を捉えることができる。そして、この欠落部の面積を算出して、あらかじめ区分した判定基準で評価してアッシュエロージョン傾向を把握することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来技術のうち走行レール上を検査機構が移動するレール方式のものでは、走行レールの設置が必要であり、その走行レール設置の際は伝熱管群の上下に作業員を配置し、作業を行う必要があった。しかも、伝熱管軸方向に検査機構を移動させて検査する際には、走行レールを位置を変えて再設置する必要があった。
【０００９】ワイヤに検査機構を吊り下げたワイヤ方式のものでは、伝熱管群の上部にワイヤ巻き取り装置および管軸方向レールが必要であり、装置構成が複雑となる。このためワイヤ巻き取り装置および管軸方向レールを伝熱管群上に設置した後、移動機構を伝熱管群内に挿入する必要があり、さらに伝熱管群の列を移動して検査する場合は、ワイヤ巻き取り装置および伝熱管軸方向レールを人手にて移動させる必要があった。また、伝熱管軸方向への検査機構の移動は、伝熱管群上部に設置した管軸方向レールの上をワイヤ巻き取り装置を移動させることで行うが、千鳥配列の配管群の場合に対して配慮されておらず、千鳥配列の斜めの伝熱管隙間に移動機構を挿入した場合、伝熱管群上部に設置されたワイヤ巻き取り装置を移動させても移動機構は伝熱管軸方向に移動できないという問題点があった。
【００１０】伝熱管群を移動する移動機構は対向する伝熱管隙間が狭隘部となり、このため装置の小型化が必要になる。さらに最も大きな問題は、前記伝熱管隙間が設計寸法通りではなく、運転時の熱負荷などにより大きな寸法偏差が生じていることである。このため、ある程度余裕度を考慮しているとはいえ設計寸法を大前提としている図３０や図３１に示す従来の検査装置では対応ができなかった。
【００１１】また、従来の検査機構は非接触による連続検査ではあるが、伝熱管の表面反射状態（乱反射状態、鏡面状態）のエリアを判定し、その大きさで摩耗状態を把握していたが、その検出量は、あくまでも傾向値であり摩耗絶対値を把握するためには、別途、検査装置を投入する必要があった。
【００１２】また、ボイラ運転中に摩耗が発生していても、ボイラ停止後何らかの原因により、伝熱管表面に灰が固着してしまい、エアーパージによる検査前処理によって伝熱管表面反射状態が露出しない場合においては、誤判定を発生させてしまう恐れがあった。
【００１３】本発明の第１の目的は、千鳥配列の狭い伝熱管群で、さらに管の隙間に実使用による変動があっても、レールやワイヤ巻き取り装置なしで、検査機構を自由に前後左右に自走させて、伝熱管外表面の検査を行うことのできる伝熱管外表面検査装置を提供することにある。
【００１４】また、本発明の第２の目的は、伝熱管外表面の形状による摩耗量を把握することのできるできる伝熱管外表面検査装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の伝熱管外表面検査装置は、外周面上にフィンが螺旋状に取り付けられ、並列に配置される複数の棒状体と、該棒状体の両端部を回転自在に支持するフレームと、前記棒状体を回転駆動させる駆動手段とからなる移動装置を、前記棒状体の軸方向に複数直列配置すると共に、該複数の移動装置を伸縮部材で連結し、さらに検査手段を前記移動装置に連結し、前記駆動手段により前記棒状体を回転駆動させることにより、前記移動装置と共に前記検査手段を伝熱管群内で移動させることを特徴としている。
【００１６】上記の伝熱管外表面検査装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。
（１）前記フィンは前記棒状体の外周面上に１周以上取り付けられており、さらにフィンのピッチは前記伝熱管群の管ピッチに等しい。
（２）前記移動装置から伸延させた押し当て部材を設け、該押し当て部材を伝熱管郡内で対向する一方側の伝熱管に押し当てることにより、他方側の伝熱管にフィンを介して前記移動装置を押し付ける。
（３）前記押し当て部材は一方側の伝熱管に押し当てたり解除する機構を有する。
【００１７】また、本発明は、外周面上にフィンが螺旋状に取り付けられ、並列に配置される複数の棒状体と、該棒状体の両端部を回転自在に支持するフレームと、前記棒状体を回転駆動させる駆動手段とからなる移動装置に、検査手段を連結し、前記駆動手段により前記棒状体を回転駆動させることにより、前記移動装置と共に前記検査手段を伝熱管群内で移動させることを特徴としている。
【００１８】上記の各伝熱管外表面検査装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。
（１）前記並列に配置された隣り合う棒状体の螺旋の巻き方向は互いに逆方向であり、さらに互いに逆方向に回転する。
（２）前記フィンのピッチは、前記棒状体の軸方向中央部では前記伝熱管群の管ピッチに等しく、軸方向両端部では前記伝熱管群の管ピッチよりも大きい。
（３）前記フィンは、前記棒状体の軸を含む面で切ったときの断面形状が、一側では長く、他側では短く形成されている。
（４）前記フィンは反発力を有し、前記移動装置が前記伝熱管郡内を移動する際には、前記一側の長く形成されたフィンが各伝熱管表面に接触し、該フィンの反発力によって前記移動機構を伝熱管と伝熱管の間に位置させる。
【００１９】（５）前記検査手段は、伝熱管の外表面に縞状のレーザシート光を垂直方向から且つ該縞状のレーザシート光が伝熱管軸方向に直角となるように照射する照射部と、前記レーザシート光が照射されている箇所を伝熱管外表面に対して直角方向と斜め方向から撮影し、該伝熱管外表面での前記レーザシート光の反射光を複数個の円弧形状の撮影画像として取り込む複数の撮影部と、前記撮影画像を解析して前記伝熱管外表面の摩耗状況を判断する解析部とを備えている。
（６）前記解析部は、前記撮影画像が歪んだ円弧であるときは、その円弧の仮想円を前記照射部および前記撮影部の位置関係から数学的に求め、前記円弧と前記仮想円との相違から前記伝熱管外表面の摩耗状況を判断する。
（７）前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧の中心とを一致させ、前記仮想円に対して前記円弧が部分的にずれている箇所があれば該箇所を摩耗部分と識別し、且つ前記箇所の円周方向の幅から摩耗量を算出する。
（８）前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧の中心とを一致させ、前記仮想円に対して前記円弧が部分的にずれている箇所があれば該箇所を摩耗部分と識別し、且つ前記箇所の法線方向のずれ量から摩耗量を算出する。
（９）前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧との距離を求め、その距離が最小値を示す箇所を摩耗量が最大の位置であると識別する。
【００２０】（１０）前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧の中心とを一致させ、前記仮想円に対して前記円弧がずれている箇所があれば該箇所を摩耗部分と識別し、且つそのずれ量から摩耗量を算出する。
（１１）前記解析部は、前記照射部からのレーザシート光と同軸上で撮影した、前記レーザシート光の前記伝熱管外表面での反射光情報を取り込むとともに、その反射光情報に基づいて前記摩耗量を補正する。
（１２）前記伝熱管を検知するセンサが設けられ、前記撮影部および前記解析部は前記センサからの検出信号に基づいて作動する。
（１３）前記センサとしては、前記伝熱管との距離を測定する距離測定センサ、前記伝熱管のセンターラインを検出するセンターライン検出センサ、および前記棒状体の回転量を検出する回転量検出センサが設けられている。
本発明における外周面上にフィンが螺旋状に取り付けられ、並列に配置される複数の棒状体（以下スパイラルロールと称することがある）の構成を図６および図７に示す。
【００２１】外周面上にフィン（以下羽根と称することがある）２０が螺旋状（以下スパイラル状と称することがある）に取り付けられたスパイラルロール２１を伝熱管２２の間に挿入して回転させると、スパイラルロール２１はネジのようにその軸方向に推力が発生する。すなわち、図６および図７において、スパイラルロール２１には図の下方に向かって右ねじの方向（時計周り）に羽根２０が巻いてあり、この場合、スパイラルロール２１を矢印ｃ１のように左回転（図６）、または矢印ｃ２のように右回転（図７）することにより、図６のように図の下方へ前進または図７のように図の上方へ後退する。なお、スパイラルロール２１の外周面に取り付けられた羽根２０−１（前進用）、２０−２（後退用）は分割しなくてもよいが、等分に分割すれば、可撓性が高くなり伝熱管へのホールド性が上昇するので分割羽根とすることが望ましい。
【００２２】上記構成において、図６および図７に示すように、外周方向に１周したフィンのピッチ（以下スパイラルリードまたはＬｓと称することがある）を伝熱管ピッチに等しくすることにより、伝熱管ピッチ以上の外径を持つ羽根を設置でき、停止時には羽根２０が伝熱管２２に接触し、スパイラルロール２１が伝熱管群内を滑り落ちることなく停止位置を確保した状態で静止させておくことができる。また、羽根２０の外径をＤｗ、伝熱管隙間をＬｐとすれば、Ｄｗ＞Ｌｐである。
【００２３】図６および図７では羽根２０が伝熱管２２の上面側に接触するように構成されていたが、図８のように、伝熱管２２の下面側に接触する羽根２３をスパイラル状に取り付けることもできる。このように構成すれば、下方に前進する際に羽根２０が対向する伝熱管２２の下面側に接触しているので、前進時にも下面側から羽根側に推力が与えられるため、ホールド性能が向上する。しかしながら、伝熱管群においては、内部を被加熱流体である高温の流体が流れており、外部を加熱流体である高温のガスや流動媒体が流れているため、伝熱管群間の間隙寸法が運転時間によって、当初の設計寸法から変動しており、場所によっては大きな変動が生じている。このような場所では、前記図８に示すような装置とすることは、既設の運転中のプラントに使用されている伝熱管群においては干渉が生じて移動できなくなる場合がある。
【００２４】図９に移動機構を直列方向に２台並べたものを示す。図９においては移動機構をわかりやすくするために、検査機構、フレームなど図示を省略したものもある。図９において、スパイラルロール２１の外周面上に羽根のピッチ（スパイラルリード）を設計時の管ピッチと等しくして、１周以上取り付けており、それによって必ず１点は接触するようにしている。しかしながら、１台の移動機構では管ピッチＰが大幅に変動した場合、例えば管がうねっている状態ではその変動を吸収できない。したがって、本発明においては、少なくとも２台を直列配置し、その間を伸縮性のある継ぎ手などの部材で連結し、互いに引き合うことで、必ず、１点が接触するように機能する。
【００２５】また、羽根を外周面でばねなどの弾性を有する部材で取り付け、弾性を持たせ、変動を吸収する構造とすることもできる。
【００２６】また、単独のスパイラルロールの場合は、図１０に示すように、推進力がスパイラルロール２１の軸方向のみでなく、羽根２０と伝熱管２２の接触面で羽根の回転方向と逆向きに反力を受けるため伝熱管軸方向の成分が含まれることになり、スパイラルロール２１が伝熱管軸方向へ移動する。そこで、図１１に示すようにスパイラルロール２１ａ，２１ｂと左右２系統の構成とする。そして、スパイラルロール２１ａ，２１ｂの羽根２０ａ，２０ｂのスパイラル方向を互いに逆向きにし、さらにスパイラルロール２１ａ，２１ｂを互いに逆向きに回転させることにより、伝熱管軸方向の推進力の成分が相殺できスパイラルロール２１ａ，２１ｂの軸方向に安定した推進力が得られる。また、左右各々のスパイラルロール２１ａ，２１ｂの場合の伝熱管軸方向の推進力を利用して、左右のスパイラルロール２１ａ，２１ｂを伝熱管に接触／接触解除する機能を持たせ、片側のスパイラルロールを伝熱管に接触、他方のスパイラルロールを非接触とすることにより移動機構を管軸方向に斜めに移動させることができる。
【００２７】さらに、図１２に示すようにスパイラルロール２１ａ，２１ｂを備えた移動機構２４と、スパイラルロール２１ｃ，２１ｄを備えた移動機構２５とを進行方向に２段に設置し、両移動機構２４，２５を伸縮式連結機構２６で連結する。そして、スパイラルロール２１ｃをスパイラルロール２１ａと同方向に、スパイラルロール２１ｄをスパイラルロール２１ｂと同方向にそれぞれ回転させることにより、伝熱管群に外径の異なる管が配置されている場合においても、移動機構２４，２５の移動が可能となる。すなわち、このように構成すれば、外径の変化する境界を挟んで前後何れかのスパイラルロールの羽根が確実に伝熱管に接触することになり、図１３に示すように、外径変化の境界部分での不確実な羽根接触状況を補って安定した運用が得られる。
【００２８】次に検査手段について説明すると、図１４に示すように、伝熱管２２に対して、垂直に縞状のレーザシート光を照射する位置にレーザシート発信器３０が配置され、伝熱管２２の外表面状態を撮影する第１のＣＣＤカメラ３１および第２のＣＣＤカメラ３２の２台が設けられている。第１のＣＣＤカメラ３１は伝熱管２２に対して斜め方向からレーザシート光を撮影する位置に、第２のＣＣＤカメラ３２は伝熱管２２に対して垂直方向からレーザシート光を撮影する位置にそれぞれ配置されている。第２のＣＣＤカメラ３２は、検査デバイス（レーザシート発信器３０、ＣＣＤカメラ３１，３２）の伝熱管２２に対する位置情報を得る為に撮影を行う。
【００２９】縞状のレーザシート光を伝熱管２２に照射すると、伝熱管２２の外表面には、図１５に示すように、レーザシート光に対応して縞状のレーザパターン３３が形成される。レーザシート発信器３０からのレーザシート光は縞の本数がある特定の本数に設定され、さらに中心光軸以外は特定の投射角度をもって照射されるため、レーザパターン３３の縞の間隔はレーザシート発信器３０からの距離に応じて変化する。縞状のレーザシート光は伝熱管２２の外表面に燃焼灰が付着して外表面の反射状態が露出しない場合においても、レーザパターン３３は伝熱管外面形状に対応して形成される。なお、レーザシート発信器３０の先端部にはシート光偏向プリズム３４が取り付けられている。
【００３０】伝熱管２２に摩耗があったときは、摩耗の形状に対応して縞状のレーザパターン３３が変形する。すなわち、伝熱管２２を斜め方向から見た場合、図１６に示すように、摩耗のない健全部ではレーザパターン３３は歪みのない円弧形状をしているが、摩耗した減肉部ではレーザパターン３３に歪みが生じている。そして、この歪んだレーザパターン３３から伝熱管２２の摩耗量を算出することができる。
【００３１】図１７はカメラ位置情報算出モデル図を示している。現場においては、当然ながら検査対象物である伝熱管は図面通りに整然と配置されているものではなく乱れているものであり、さらには、検査デバイスを常に同一の位置関係で伝熱管に接近させることは事実上不可能である。このため、まずカメラ位置情報を算出することが必要となる。伝熱管２２に対して垂直位置に配置した第２のＣＣＤカメラ３２で撮影された縞状のレーザパターンは、図１７に示すように、カメラと伝熱管の距離についてはレーザパターン３３の縞の間隔、カメラと伝熱管の角度についてはレーザパターン３３の傾きで把握することができる。
【００３２】また、伝熱管２２に対して斜め方向に配置された第１のＣＣＤカメラ３１で撮影したレーザパターンを抽出し、前述したカメラ位置情報を加味して、図１８に示すように仮想円を描画する。この仮想円各円周上の点から仮想円中心までの距離を求めていくと、湾曲率が変化する点が抽出される。これを変曲点といい、この点は伝熱管２２の形状が変化した点、すなわち健全部と摩耗部の境界点を示している。
【００３３】ここで、図１９に示すように、横軸に角度、縦軸に仮想円中心からの距離をプロットすると、明らかに変曲点で仮想円中心からの距離が変化することがわかる。この角度範囲と既知の伝熱管直径又は仮想円直径から減肉幅が求まる。この減肉幅は、減肉量を顕著に表しており、図２０に示すように、減肉幅から減肉量を算出することができる。また、図１８で求めた仮想円各円周上の点から仮想円中心までの距離の最小値が最大摩耗位置と認識することもでき、この距離から減肉量を算出することができる。
【００３４】図２１は変曲点が発生しない減肉モデル図を示している。伝熱管に対して均一に燃焼灰が衝突して全体的に減肉した場合、図２１に示すように円曲率が変化する変曲点が明確に現れない場合が想定される。その場合、あらかじめ登録しておいた基準画像とのパタンマッチングにより、減肉量を算出することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る伝熱管外表面検査装置の全体構成図、図２は図１のＢ−Ｂ線に沿った矢視図である。本発明の伝熱管外表面検査装置は、図に示すように、移動機構２４，２５と検査機構４０とを備え、移動機構２４と移動機構２５とは伸縮式連結機構２６で、移動機構２５と検査機構４０とは連結機構４１でそれぞれ連結されている。
【００３６】移動機構２４には矩形状の枠体からなるフレーム４２が設けられ、このフレーム４２内に前述したスパイラルロール２１ａ，２１ｂが並列に且つ回転自在に取り付けられている。また、フレーム４２内にはモータ４３ａ，４３ｂが設置され、これらのモータ４３ａ，４３ｂは変速機４４ａ，４４ｂおよび駆動伝達機構４５ａ，４５ｂを介してスパイラルロール２１ａ，２１ｂにそれぞれ連結されている。またモータ４３ａ，４３ｂの回転数を制御するためにエンコーダ４６ａ，４６ｂが設けられている。
【００３７】スパイラルロール２１ａ，２１ｂの傍にはスパイラルロール２１ａ，２１ｂを伝熱管に押し付けるための押しつけ機構４７ａ，４７ｂが設けられ、またフレーム４２にはスパイラルロール２１ａ，２１ｂを上下に移動させるためのリフター４８ａ，４８ｂおよび羽根押し上げそり４９ａ，４９ｂが設けられている。
【００３８】また、移動機構２５も移動機構２４と同じ構成で、フレーム５０内に、スパイラルロール２１ｃ，２１ｄ、モータ４３ｃ，４３ｄ、変速機４４ｃ，４４ｄ、駆動伝達機構４５ｃ，４５ｄ、エンコーダ４６ｃ，４６ｄ、押し付け機構４７ｃ，４７ｄ、リフター４８ｃ，４８ｄおよび羽根押し上げそり４９ｃ，４９ｄが設けられている。
【００３９】スパイラルロール２１ａ〜２１ｄには羽根２０ａ〜２０ｄと２３ａ〜２３ｄがスパイラル状に設けられているが、これらの羽根２０ａ〜２０ｄ，２３ａ〜２３ｄは外周に沿って等分に分割された羽根である。そして、羽根２０ａ〜２０ｄは伝熱管の上面側に接触し後進の推進力を得るための後進用羽根であり、羽根２３ａ〜２３ｄは伝熱管の下面側に接触して前進の推進力を得るための前進用羽根である。また前進用羽根２３ａ〜２３ｄは駆動力喪失時に手動で引き抜く場合にも用いられる。
【００４０】上記構成において、モータ４３ａ〜４３ｄを回転させることにより回転駆動力が各スパイラルロール２１ａ〜２１ｄに伝達され、羽根２０ａ〜２０ｄ，２３ａ〜２３ｄが伝熱管に接触しながら回転することで、スパイラルロール軸方向の推進力を得ることができる。
【００４１】推進用および引き抜き用の羽根２３ａ〜２３ｄはスパイラルリードを伝熱管ピッチと等しくして、伝熱管の隙間より大きな外径としてあり、モータ停止時に移動機構を静止状態に保つことができる。
【００４２】また、本実施の形態では、左右２系統のスパイラルロール２１ａ，２１ｂおよび２１ｃ，２１ｄは互いに逆向きのスパイラルとなっており、互いに逆回転させることで伝熱管軸方向に発生する推進力を相殺し、スパイラルロール軸方向に安定した走行とすることができる。また前後２段に配置された移動機構２４，２５は伸縮式連結機構２６で連結されているので、異なる外径の伝熱管群が配列されている場合でも、前後のスパイラルロールが確実に伝熱管に接触し安定走行が可能である。
【００４３】スパイラルロール２１ａ〜２１ｄはリフター４８ａ〜４８ｄにより伝熱管に接触させたり、その接触を解除させたりする機能が付加されており、左右のリフター４８ａ〜４８ｄを操作することで、羽根押し上げそり４９ａ〜４９ｄが上下に動作し、押し上げた場合は、伝熱管軸方向に斜めに移動させることができる。
【００４４】図３は、上記伝熱管外表面検査装置を実際に伝熱管群に設置した例を示している。伝熱管外表面検査装置には、図３に示すように、ケーブル５１を介して検査データ処理ユニット５２と操作ユニット５３が接続されている。また、検査機構４０には、伝熱管２を検査するためのセンサ部５５が取り付けられている。センサ部５５には、図１４で示したレーザシート発信器３０およびＣＣＤカメラ３１，３２等が搭載されている。そして、操作ユニット５３による操作で、移動機構２４，２５を狭い伝熱管群内で推進走行させ、この走行に伴って検査機構４０を移動させて伝熱管２２の外表面を検査する。検査機構４０で得られた検査データは検査データ処理装置５２に送られて処理・記録される。
【００４５】ここで、図３に示した検査データ処理ユニット５２の内部構成の詳細について、図２２を用いて説明する。検査データ処理ユニット５２内には、画像採取タイミングコントローラ６０、第１の画像処理装置６１、第２の画像処理装置６２が設けられている。画像採取タイミングコントローラ６０からは、第１の画像処理装置６１および第２の画像処理装置６２に対してタイミング信号が出力され、さらに第１の画像処理装置６１と第２の画像処理装置６２間ではイーサネット通信が行われる。また第１の画像処理装置６１および第２の画像処理装置６２にはＣＲＴ６３，６４がそれぞれ接続されている。
【００４６】図４および図５は他の実施の形態を示している。本実施の形態では、移動機構２４については、スパイラルロール２１ａ，２１ｂの内部に、モータ５６ａ，５６ｂ、減速機５７ａ，５７ｂ、エンコーダ５８ａ，５８ｂおよびクラッチ機構５９ａ，５９ｂが格納されている。移動機構２５についても同様、スパイラルロール２１ｃ，２１ｄの内部に、モータ５６ｃ，５６ｄ、減速機５７ｃ，５７ｄ、エンコーダ５８ｃ，５８ｄおよびクラッチ機構５９ｃ，５９ｄが格納されている。このように構成すれば、検査装置全体を小型化することができる。
【００４７】次に、検査機構４０に設けられたセンサ部５５の詳細を図２３を用いて説明する。センサ部５５は検査部フレーム７０を有し、この検査部フレーム７０の上に、レーザシート発信器３０、斜視用の第１のＣＣＤカメラ３１、直視用の第２のＣＣＤカメラ３２、左側の前方監視用カメラ７２、右側の前方監視用カメラ７３、左側の前方監視用ライト７４および右側の前方監視用ライト７５が搭載されている。レーザシート発信器３０の先端部にはシート光偏向プリズム３４が取り付けられている。
【００４８】レーザシート発信器３０は伝熱管に対して垂直に配置され、伝熱管外表面の形状を最も顕著に表すよう縞状のレーザシート光を照射する。伝熱管外表面の形状を表したレーザシート光に対して、レーザシート発信器３０と同様に伝熱管に対して垂直に配置されたＣＣＤカメラ３２は、伝熱管に対する位置情報を得るために、縞状のレーザシート光を撮影する。またＣＣＤカメラ３１は、縞状のレーザシート光を伝熱管の斜め方向から撮影する。
【００４９】図２４は撮影画像例を示している。レーザシート発信器３０から伝熱管に対して垂直に縞状のレーザシート光を照射し、２台のＣＣＤカメラ３１，３２で角度を変えて撮影すると、図２４のようなレーザパターンを得ることができる。図２４（ａ）は第１のＣＣＤカメラ３１によるレーザパターンであり、同図（ｂ）は第２のＣＣＤカメラ３２によるレーザパターンである。そして、これらのレーザパターンを解析して伝熱管の摩耗量を算出する。
【００５０】ＣＣＤカメラ３１，３２でそれぞれ撮影した画像について、図示してない管検出センサにて検知した信号をトリガとして、それぞれ画像処理装置６１，６２にて、画像処理して特徴量を解析する。ＣＣＤカメラ３２で撮影した画像は画像処理装置６１にて、光学系の伝熱管に対する位置情報（距離、角度）を解析する。ＣＣＤカメラ３１で撮影した画像は画像処理装置６２にて、伝熱管外表面状態を解析する。ここで、画像処理装置６２で行う解析について述べる。
【００５１】管検出センサの信号にて取り込んだ画像は、まず縞状のレーザシート光を最も強調できる赤色成分に分離して、画像データ（２５６階調）として画像メモリに保存される。この画像データには、レーザシート光以外の情報（ノイズ）が含まれているため、ノイズ消去を行い、レーザシート光のみの情報として２値化してメモリされる。この時点では、レーザシート光は、線幅をもっているため、骨格化して１本の線情報に変換する。この線情報を座標化して、画像処理装置６１から転送された光学系の伝熱管に対する位置情報を加味して仮想円を描画して、仮想円中心からの各円周上の点の距離を求めて、変曲点を抽出して減肉幅、減肉量を算出していく。
【００５２】次に、本発明の更に他の実施の形態を図２５を用いて説明する。本実施の形態では、図２５に示すように、移動機構８１の前後に伸縮式連結機構２６を介して検査機構４０および電磁弁ユニット８２が連結され、これら検査機構４０および電磁弁ユニット８２は、移動機構８１の推力により移動機構８１と共に走行可能である。そして、ケーブル５１を介して接続された操作ユニット５３を操作することによって、検査機構４０を上下方向（図の矢印方向）走行させて、検査機構４０に搭載されたセンサ５５で検査対象の伝熱管映像を撮影する。撮影された映像は、ケーブル５１を介して接続された画像処理装置６１へ送られ、画像処理装置６１内の画像処理ボードで画像処理される。また、ケーブル５１を介して画像採取タイミングコントローラ６０よび位置管理装置８３が接続され、検査機構４０の情報は画像採取タイミングコントローラ６０および位置管理装置８３内のデータ入力ボードに送られており、その情報を加味した検査が実施される。
【００５３】図２６は移動機構８１、検査機構４０および電磁弁ユニット８２の詳細構成を示している。移動機構８１内には、モータ内蔵タイプのスパイラルロール８４が２個並設され、またスパイラルロール８４の回転量を検出するスパイラルロール回転量検出センサ８５が取り付けられている。本実施の形態では、上述した実施の形態とは異なって、移動機構８１には押しつけ機構が設けられておらず、移動機構８１は、スパイラルロール８４の回転力（羽根の回転力）から発生する推進力と、その推進力に合わせて発生する伝熱管から離れる力（羽根の反発力）とを利用して、伝熱管と伝熱管との間に自立的に位置できるよう構成されている。
【００５４】また、本実施の形態では、スパイラルロール８４の羽根のピッチは、スパイラルロール８４の軸方向中央部では伝熱管群の管ピッチに等しく、軸方向両端部では伝熱管群の管ピッチよりも大きく設定されている。このように構成すれば、伝熱管群の管ピッチに誤差があっても、移動機構８１を伝熱管群内にスムーズに挿入できる。
【００５５】検査機構４０には、レーザシート発信器３０やＣＣＤカメラ３１を備えたセンサ部５５、画像処理に適したタイミングを検出するための伝熱管センターライン検出センサ８６、および伝熱管との距離を測定する距離測定センサ８７が取り付けられている。また検査機構４０には、そり８８を有するそり伸縮機構８９が設けられ、このそり８８によって検査機構４０を伝熱管に押し付けて映像ブレを極力防止するようになっている。
【００５６】電磁弁ユニット８１には、エアパージやそり伸縮機構８９へのエアー供給をコントロールする電磁弁が収納されている。
【００５７】ここで、上記スパイラルロール８４に取り付けられた羽根の形状について説明する。スパイラルロール８４は推進するときには、できるだけ伝熱管に引っ掛かり回転力を推力に変換する形状としているが、逆に動力喪失時に装置を人力で回収する場合にはスムーズに回収するために、引き抜き力が小さな引き抜き抵抗力になるような形状とする必要がある。すなわち、図２７はスパイラルロール８４をその中心軸を含む面で切断したときの羽根９０の断面形状を示しており、この図に示すように、羽根９０の高さはスパイラルロール８４の前進方向側では長く（伝熱管２２の高さ方向で中心線付近まで）、後退方向側では短く形成されている。また、羽根９０は反発力を有する材料で形成されている。
【００５８】このように構成すると、スパイラルロール８４が前進する際には、羽根９０の長く形成された部分が図の右側の伝熱管２２に接触するとともに、羽根９０の反発力によってスパイラルロール８４と伝熱管２２との距離が一定に保持される。図には示してないが、伝熱管は下側にも設けられており、この下側の伝熱管とスパイラルロール８４との距離も同様に一定に保持される。その結果、スパイラルロール８４は上下の伝熱管の間に位置し、移動機構８１がスムーズに前進することができる。
【００５９】一方、スパイラルロール８４を後退方向に引き抜く場合、本実施の形態では羽根９０が後退方向側では短く形成されているので、容易に引き抜くことができる。すなわち、図２７に示すように、引き抜き力ｆ１で引き抜く場合、羽根９０の長く形成された部分が図の左側の伝熱管２２に当たると、非常に大きな引き抜き抵抗力ｆ２が発生する。これに対し、羽根９０の短く形成された部分が図の左側の伝熱管２２に当たったときの、引き抜き力Ｆ１（Ｆ１＝ｆ１）に対する引き抜き抵抗力Ｆ２は非常に小さい。その結果、移動機構８１等を人力でも容易に引き抜くことができる。
【００６０】図２８は検査システム系統を示した図である。伝熱管２２に対して垂直にレーザシート発信器３０を設置して、伝熱管２２にレーザシート光を照射する。そのときの映像をＣＣＤカメラ３１，３２で撮影して、映像信号として伝送してモニタＴＶ９２に表示するとともに、画像処理装置６１に搭載した画像処理ボードに入力する。
【００６１】検査機構４０には伝熱管センターライン検出センサ８６と距離測定センサ８７が設けられ、画像採取タイミングコントローラ６０は、伝熱管センターライン検出センサ８６からの信号を処理してタイミング信号を位置管理装置８３と画像処理装置６１に送る。位置管理装置８３には、距離測定センサ８７とスパイラルロール回転量検出センサ８５に接続されたデータ入力ボードが搭載され、距離測定センサ８７とスパイラルロール回転量検出センサ８５からの信号を前記タイミング信号を基にして処理し、移動機構８１の位置を管理する。また、画像処理装置６１の画像処理ボードは、伝熱管２２の外表面の形状を認識して、その摩耗量を推定する。なお、位置管理装置８３と画像処理装置６１とはイーサネット通信で互いに接続されており、必要なデータを通信しながら処理を行う。
【００６２】図２９は、本実施の形態の変形例である。この実施の形態では、検査機構４０に接触式センサ９５が取り付けられ、さらにケーブル５１を介して接触式センサコントローラ９６が設けられている。このように構成しても、図２５の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【００６３】なお、本発明の対象としている伝熱管外表面の検査装置として、アッシュエロージョン検査装置がある。この検査装置は、従来技術のところで説明したとおり減肉の絶対値が把握できず、また伝熱管外表面の固着した燃焼灰の影響を受けるという問題がある。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以下の効果がある。
（１）千鳥配列の狭い管群内を前後左右に検査機構を自走させることができるので、レール設置や、ワイヤ巻き取り装置の設置、伝熱管の軸方向および列方向移動時のレールやワイヤ巻き取り装置の移設を必要とせず、高効率な検査が実施可能となる。
（２）レールやワイヤ巻き取り装置が不要となり、装置構成がシンプルな検査装置を提供できる。
（３）伝熱管の外表面摩耗検査を高速で行うことができる。
（４）伝熱管の切断・吊り上げ等付帯工事を必要としない。
【出願人】 【識別番号】０００２１１３０７
【氏名又は名称】中国電力株式会社
【識別番号】０００００５４４１
【氏名又は名称】バブコック日立株式会社
【出願日】 平成１２年１０月２３日（２０００．１０．２３）
【代理人】 【識別番号】１０００６６９７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜沼 辰之
【公開番号】 特開２００１−１９４３１９（Ｐ２００１−１９４３１９Ａ）
【公開日】 平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】 特願２０００−３２２５９８（Ｐ２０００−３２２５９８）