特許 6522145 表面に対するプローブの受動的な正常化のための展開機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6522145

(24)【登録日】2019年5月10日

(45)【発行日】2019年5月29日

(54)【発明の名称】表面に対するプローブの受動的な正常化のための展開機構

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/22 20060101AFI20190520BHJP

   G01N 29/24 20060101ALI20190520BHJP

   G01N 29/265 20060101ALI20190520BHJP

【ＦＩ】

   G01N29/22

   G01N29/24

   G01N29/265

【請求項の数】27

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-542881(P2017-542881)

(86)(22)【出願日】2016年2月3日

(65)【公表番号】特表2018-506040(P2018-506040A)

(43)【公表日】2018年3月1日

(86)【国際出願番号】IB2016000189

(87)【国際公開番号】WO2016132213

(87)【国際公開日】20160825

【審査請求日】2017年10月6日

(31)【優先権主張番号】14/624,726

(32)【優先日】2015年2月18日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】599130449

【氏名又は名称】サウジ アラビアン オイル カンパニー

(73)【特許権者】

【識別番号】505087230

【氏名又は名称】株式会社ハイボット

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】パブロ・カラスコ・ザニーニ

(72)【発明者】

【氏名】ファドゥル・アブデルラティフ

(72)【発明者】

【氏名】サヘジャド・パテル

(72)【発明者】

【氏名】広瀬 茂男

(72)【発明者】

【氏名】ミッシェル・グァルニエリ

(72)【発明者】

【氏名】パウロ・デベネスト

【審査官】 小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０５−００８４１５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０２−０６７９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０１５６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０７４２７２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５８−０３８８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３０５２１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭５８−０６３８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７２７３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １７／００−２１／３２

Ｇ０１Ｎ ２１／８４−２１／９５８

２７／７２−２７／９０

２９／００−２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

計器を保持し、選択的に表面に対して前記計器を展開するように構成された装置であって、
前記計器に動作可能に結合されるように構成され、前記表面に対する第１の経路に従って前記計器を第１の方向で移動するように構成された第１のリンク機構と、
前記計器に動作可能に結合されるように構成され、前記装置の少なくとも一部と前記表面との間の接触時に、前記計器を前記表面に対して少なくとも実質的に垂直とさせるために、前記計器を第２の方向に従って移動するように構成された第２のリンク機構と
を備え、
前記第１のリンク機構は第１の４節リンク機構を備え、前記第２のリンク機構は第２の４節リンク機構を備え、前記第１の方向がピッチ方向を含み、前記第２の方向がロール方向を含む、装置。

【請求項2】

前記計器は、前記表面を検査するためのセンサプローブを備え、少なくとも前記第２のリンク機構は、前記計器を前記表面に対して少なくとも実質的に垂直とさせるために、前記表面と接触している、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記第１の経路に従って前記計器を移動するように前記第１のリンク機構を移動するために、前記第１のリンク機構に動作可能に結合されたアクチュエータをさらに備え、前記第２のリンク機構は、本質的に受動的であり、前記アクチュエータによる作用なしで、前記計器を前記第２の方向で自動的に移動する、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記計器は超音波プローブを備える、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記超音波プローブは超音波ドライ結合ホイールプローブを備える、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記アクチュエータはモータを備える、請求項３に記載の装置。

【請求項7】

前記モータは、伝達装置によって前記第１のリンク機構に動作可能に結合される、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記伝達装置は、前記モータの駆動シャフトに連結されたウォームによって形成されるウォーム駆動部と、前記第１のリンク機構に結合されたウォームギヤシャフトに連結されたウォームギヤとを備え、前記ウォームギヤシャフトの回転が前記第１の経路に従う前記計器の移動へと変換される、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記伝達装置を前記第１のリンク機構に結合する減衰コイルをさらに備える、請求項７に記載の装置。

【請求項10】

前記伝達装置は、ピンで前記第１のリンク機構にしっかりと結合される、請求項７に記載の装置。

【請求項11】

前記第１の経路は、前記表面に対する前記計器の持ち上げおよび降下を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項12】

前記センサプローブは、筐体内に搭載され、前記筐体内で回転可能でもある１対の支持ローラの間に配置される回転可能ホイールを備える、請求項２に記載の装置。

【請求項13】

前記支持ローラは、前記ローラと前記表面との間の接触を確保するために磁化される、請求項１２に記載の装置。

【請求項14】

前記第１の４節リンク機構は、前記計器が展開されて前記表面と接触するとき、前記計器が、少なくともピッチ方向で、自動的に少なくとも実質的に正常化されるように、前記計器が直線に沿ってではなく湾曲した経路（前記第１の経路）に沿って移動するように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項15】

前記第２の４節リンク機構は、Ｘ字の形を有し、前記計器を保持する筐体と前記第１の４節リンク機構との両方に旋回可能に結合される、請求項１に記載の装置。

【請求項16】

前記第２の４節リンク機構は前記第１の４節リンク機構の下に配置され、前記計器を、前記表面に対して、ロール方向で少なくとも実質的に正常化するように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項17】

前記第１の４節リンク機構は、アクチュエータに固定的に結合された第１のリンク機構プレートと、前記第１のリンク機構プレートに固定的に結合され、前記第１のリンク機構プレートから隔てられた第２のリンク機構プレートと、前記第１のリンク機構プレートおよび前記第２のリンク機構プレートに旋回可能に連結され、検査車両に旋回可能に取り付けられるように構成された第１の連結アームと、前記第１のリンク機構プレートおよび前記第２のリンク機構プレートに旋回可能に連結され、前記検査車両に旋回可能に取り付けられるように構成された第２の連結アームとを備え、前記第１の連結アームはアクチュエータに結合され、前記アクチュエータは、前記アクチュエータの回転が、前記第１の連結アームが前記表面に対して上昇または降下されることへと変換され、それによって、前記計器も前記表面に対して上昇または降下されるように、前記第１のリンク機構に動作可能に連結される、請求項１に記載の装置。

【請求項18】

前記第２の４節リンク機構は、前記第１の４節リンク機構、および前記計器を保持する筐体に旋回可能に取り付けられた第１のリンクと、前記第１の４節リンク機構、および前記計器を保持する前記筐体に旋回可能に取り付けられた第２のリンクと、前記第１の４節リンク機構、および前記計器を保持する前記筐体に旋回可能に取り付けられた第３のリンクと、前記第１の４節リンク機構、および前記計器を保持する前記筐体に旋回可能に取り付けられた第４のリンクとを備え、前記第１のリンクおよび前記第２のリンクは、Ｘ字の形を有するように配置され、前記筐体の前部に沿って配置され、前記第３のリンクおよび前記第４のリンクは、Ｘ字の形を有するように配置され、前記筐体の後部に沿って配置される、請求項３に記載の装置。

【請求項19】

前記表面への接触における前記計器の前記表面に対する正常化が、前記アクチュエータへの直接的な接続がない前記第２のリンク機構の受動的な性質のため、自動的である、請求項３に記載の装置。

【請求項20】

前記装置は検査車両に結合される、請求項１に記載の装置。

【請求項21】

計器を保持し、外部デバイスに結合された装置であって、
前記計器を支持するように前記計器に動作可能に結合された第１の４節リンク機構であって、前記計器を、第１の経路に沿って、前記装置の少なくとも一部が当接され得る表面に対して第１の方向で移動するように構成された第１の４節リンク機構と、
前記計器に動作可能に結合され、前記計器を、前記表面に対して第２の方向で受動的に移動するように構成された第２の４節リンク機構と
を備え、
前記第１の４節リンク機構および前記第２の４節リンク機構は、前記計器を前記表面に対して位置決めし、前記少なくとも一部と前記表面との間の接触を維持するように、前記少なくとも一部を前記表面に対して展開するように構成され、前記第１の方向はピッチ方向を含み、前記第２の方向はロール方向を含む、装置。

【請求項22】

前記計器は、前記表面と直接的に接触して位置決めされる超音波プローブを備え、前記外部デバイスは、前記表面上を進むことができる検査車両を備える、請求項２１に記載の装置。

【請求項23】

前記第１の４節リンク機構および前記第２の４節リンク機構は、前記計器を、前記表面への接触時に、自動的に前記表面に対して少なくとも実質的に垂直とさせるように構成される、請求項２１に記載の装置。

【請求項24】

前記第１の４節リンク機構を前記第１の方向で前記第１の経路に沿って移動することで、前記計器も前記第１の方向で前記第１の経路に沿って移動するための、前記第１のリンク機構に動作可能に結合されたアクチュエータをさらに含む、請求項２１に記載の装置。

【請求項25】

前記アクチュエータと前記第１の４節リンク機構との間で動作可能に結合され、前記アクチュエータの回転を、前記第１の方向で前記第１の経路に沿った前記第１の４節リンク機構の移動へと伝達するように構成された伝達装置をさらに備える、請求項２４に記載の装置。

【請求項26】

前記アクチュエータはモータを備える、請求項２５に記載の装置。

【請求項27】

前記外部デバイスはロボット検査車両を備える、請求項２１に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサ（例えば、超音波プローブ）などの計器を支持するための装置に関し、より詳細には、センサが、表面（例えば、パイプ壁）に対して降下または展開でき、装置の少なくとも一部と表面との間の接触において、自動的に表面に対して少なくとも実質的に垂直になることができるように、センサを保持するように構成された装置に関する。

【背景技術】

【0002】

機器の定期的な検査は、安全を確保し、性能を最適化するために、ほとんどの産業において重要である。例えば、石油産業および関連する分野では、液体、気体、およびそれらの混合物がパイプラインを介して搬送され、これらの物質は大きなタンクに貯蔵もされる。

【0003】

この産業では、パイプライン、貯蔵タンクなどの完全性を維持するために、センサデバイスがそのような表面を検査するために用いられ得ることが知られている。具体的には、検査車両が、目標物体（例えば、パイプまたはタンク）の表面にわたって進み、パイプ壁の品質についての情報を記録するために使用され得る。これらの検査車両の大部分は、検査を実行するために、超音波センサまたは磁気センサを使用する。記録された情報に基づいて、検査されている表面（例えば、パイプ壁）における亀裂または他の欠陥が、後に是正措置が取られることを可能とするために、検出および留意され得る。

【0004】

このような検出車両で使用され得るいくつかの異なるセンサがある一方、１つの好ましい種類の超音波センサは、壁厚を測定して腐食を検出するために、表面の超音波検査を実施するように構成されたドライ結合プローブ（ＤＣＰ）である。ドライ結合プローブは、典型的には、シャフトがシャフトにしっかりと埋め込まれている変換器部品を有する一方で、外側のタイヤがシャフトの周りで回転するため、シャフト（アクスル）が固定で保持されることを意図されたホイールの形態で構築される。したがって、プローブのシャフトは、変換器が常に表面を指すように保持および位置決めされなければならず、ホイールがそのロール方向およびピッチ方向で傾斜されないことを意味する。

【0005】

したがって、ＤＣＰを用いるときの課題の１つは、検査されている表面に対してプローブが常に直角（垂直）でなければならないことであり、これは、検査車両が移動可能であり、表面を移動している間、課題となり得る。これは、検査車両が、パイプまたはタンクの表面において、周囲方向、長手方向、および螺旋状に駆動でき、これは、検査車両の場所に拘わらず、検査されている表面に対してＤＣＰが垂直であることを確保するために、ＤＣＰが再位置合わせされる必要があることを意味するため、特に難しい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって、本発明は、検査車両が操舵されている間、および／または、検査車両が異なる検査場所へと移動される間、主に不必要な摩耗を回避するために検査が実施されていないとき、センサ（例えば、ＤＣＰ）を正常化することと、検査されている表面からセンサを持ち上げることもまた可能にすることとの両方を行う機構（デバイス／装置）を対象としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本装置は、金属パイプラインまたは貯蔵タンクなど、表面を検査するように構成された計器／プローブを保持するように構成され、装置は検査車両に結合されるようにも構成される。計器は、表面の完全性を検査するように構成されるものなどのセンサプローブと、センサプローブに動作可能に結合され、センサプローブを第１の自由度に従って移動するように構成された第１のリンク機構との形態とされ得る。アクチュエータが、センサプローブを第１の自由度に従って移動するように、第１のリンク機構を移動するために、第１のリンク機構に動作可能に連結され得る。第２のリンク機構が、センサプローブに動作可能に結合され、装置の少なくとも一部（例えば、第２のリンク機構）と表面との間の接触において、センサプローブを表面に対して少なくとも実質的に垂直とさせるために、センサプローブを第２の自由度に従って受動的に移動するように構成される。第１の自由度は、センサプローブの降下（展開）および上昇を許容するために、上下方向の移動とでき（例えば、センサは、上下方向においてであるが、若干湾曲した経路に沿って移動できる）（これは、概して、ピッチ方向と考えることができる）、第２の自由度はロール方向における動作とできる。したがって、第１の自由度は、線形方向のみにおいての移動に限定されず、湾曲した経路を含み得る。

【0008】

第１のリンク機構は、アクチュエータの動作によって駆動される点において能動的な機構であり得るが、第２のリンク機構は、展開され、装置の少なくとも一部（例えば、第２のリンク機構）が表面と接触するときに、センサプローブを自動的に正常化する点において受動的な機構である。しかしながら、代替の実施形態では、デバイスはアクチュエータを備えず、プローブは常に表面に対して展開される。この代替の実施形態では、バネなどの付勢部材が、いくらかの減衰／緩衝を提供するために、プローブを表面に対して保持するために使用され得る。

【0009】

したがって、本明細書で詳述されている正常化が、装置の少なくとも一部が表面と接触するときに起こることは、理解されるものである。例えば、接触する装置の一部が第２のリンク機構の形態とでき、装置によって保持されている物体（つまり、センサ（プローブ））を含んでも含まなくてもよい。例えば、一部の実施形態では、保持されている物体（例えば、撮像デバイス（カメラ）またはレーザー計器）が表面との物理的接触を行うことは、望ましくない。代わりに、これらの実施形態では、物体は、装置（例えば、第２のリンク機構）によって吊り下げられ、表面から若干離されたままである一方、第２のリンク機構などの装置の別の部分は、表面と接触している。

【0010】

本発明によって提供されるこの機構は、検査される表面から適切な読取を得るために、内部の変換器部品をその検査される表面に対して常に垂直としておく必要があるドライ結合プローブなど、感知方向性のセンサにとって特に有用である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明による、センサプローブを保持するためのデバイスを有する、検査車両などの外部デバイスの側面図である。

【図2】図１のデバイスの側方からの斜視図である。

【図3】第１のリンク機構を示す、図１のデバイスの側方からの立面図である。

【図4】第２のリンク機構を示す、図１のデバイスの前方からの立面図である。

【図5】図１のデバイスの分解斜視図である。

【図6】図１のデバイスの別の分解斜視図である。

【図7】第１の実施形態による、図１のデバイスの伝達装置の一部の前方からの立面図である。

【図8】第２の実施形態による、図１のデバイスの伝達装置の一部の前方からの立面図である。

【図9A】第１の状態における第２のリンク機構の概略図である。

【図9B】力が加えられた後の第２の状態における第２のリンク機構の概略図である。

【図10A】第１の状態における従来のＴ字形リンク機構の概略図である。

【図10B】力が加えられた後の第２の状態における従来のＴ字形リンク機構の概略図である。

【図11A】従来のＴ字形リンク機構の一部であるセンサプローブの軌道の図である。

【図11B】第２のリンク機構の一部であるセンサプローブの起動の図である。

【図12A】プローブと表面との間の接触角度が、本発明の構造によって少なくとも実質的に垂直であり得ることを示す、平坦な表面におけるセンサプローブの側方からの立面図である。

【図12B】プローブと表面との間の接触角度が、本発明の構造によって少なくとも実質的に垂直であり得ることを示す、８インチのパイプにおけるセンサプローブの側方からの立面図である。

【図12C】プローブと表面との間の接触角度が、本発明の構造によって少なくとも実質的に垂直であり得ることを示す、１３インチのパイプにおけるセンサプローブの側方からの立面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、概して、外部デバイス１０と装置（機構）１００とを示しており、装置１００は、外部デバイス１０に解除可能に結合されるように構成されると共に、プローブセンサが、パイプまたは貯蔵タンクの表面などの表面１１に対して降下または展開され、装置１００の少なくとも一部と表面との間の接触において、表面１１に対して自動的に垂直となり得るように、センサを保持するように構成される。本明細書で記載しているように、外部デバイス１０が表面との接触を行う必要が必ずしもないが、装置１００の１つまたは複数の部分が接触し得ることは、理解されるものである。

【0013】

外部デバイス１０は、検査車両（本明細書で示しているようなロボットなど）、手持ち式運搬装置、ロボットアーム把持部、ＰＩＧ、または、パイプ内検査のためのスクラッパなどの形態であり得る。別の言い方をすると、装置１００は、具体的な用途に依存して、任意の数の異なる部品に結合され得る。例えば、装置１００は、本明細書で記載しているように、手持ち式運搬装置に結合されてもよく、装置１００の設計は、装置１００を、他の手持ち式運搬装置ができない螺旋のパターンに追従させることができる。ロボットアーム把持部への装置１００の結合は、鋳造所または工場でのパイプ、梁、金属板または鋳鉄の部品の自動化された選択の検査を可能にする。図示の目的だけのために、装置１００は、検査車両１０に取り付けられるとして記載および図示されているが、前述したように、装置１００は、機器の他の外部部品に取り付けられてもよいことは、理解されるものである。したがって、検査車両１０に取り付けられた装置１００の記載および図示は、本発明の範囲の限定ではない。

【0014】

検査車両１０は、表面１１にわたって制御可能に駆動できる任意の数の異なる車両であり得る。例えば、検査車両１０は、検査車両１０の動作を制御するために、制御命令を検査車両１０へと送信できる使用者によって制御できるロボットデバイスであり得る。この手法では、使用者は、ロボット検査車両１０を表面にわたって効果的に駆動でき、車両１０を停止および操縦することもできる。後で記載しているように、装置１００によって捕捉および記録される情報は、有線通信と無線通信（無線アンテナ１５）との両方を含む適切な通信プロトコルを用いて、使用者に通信され得る。したがって、ロボット検査車両１０は、ロボット検査車両１０を表面１１にわたって駆動させることができる２つ以上のホイール１２を有する車両であり得る。ホイール１２は、ロボット検査車両１０を、金属パイプまたは金属貯蔵タンクなどの金属表面１１に付着させ、その表面にわたって移動可能とさせることができるように、磁気材料から形成されてもよい。ロボット検査車両１０は、ホイールの回転を制御するためのモータと、操縦機構とをさらに備え、車両１０を動作させるためにユーザー命令を生成するように構成され、センサから受信される情報を受信および記録するようにも構成された処理装置もさらに備える。

【0015】

装置１００の詳細は、図２〜図６を考慮して最良に理解される。装置１００は、装置１００を形成するために一体に嵌まり合う異なる部分組立体であるとして考えることができるいくつかの構成部品を含む（組立の後、装置１００は図２に示した単一の構造の形態となる）。具体的には、装置１００は、駆動組立体１０１（駆動構成部品）と、第１のリンク機構１０２と、第２のリンク機構１０３と、センサプローブ構造１０４とを含むと考えることができる。本明細書で記載しているように、検査車両１０が、表面１１の１つまたは複数の領域の検査のために表面１１にわたって装置１００を移動するための手段を提供するため、装置１００は、検査車両１０に取り外し可能に結合されるように構成される。

【0016】

装置１００の駆動構成部品１０１は、本明細書に記載しているような第１のリンク機構１０２の制御された移動のために、第１のリンク機構１０２において動作するように意図されているアクチュエータを備える。図示した実施形態では、駆動構成部品１０１は、モータ１１０と、モータ１１０および第１のリンク機構１０２に動作可能に連結された伝達装置１５０とを備える。モータ１１０は、本出願での使用に適する任意の数の異なる種類のモータであり得る。例えば、モータ１１０は、ユーザーインターフェース（車両から遠隔に位置され、使用者によって制御される主制御装置など）を用いて制御できるブラシレスＤＣモータであり得る。モータ１１０は、回転可能な駆動シャフト１１２を有し、電池パックなどの動力源に連結される。モータ１１０は、モータ１１０（図示しているような細長い形を有し得る）を受け入れるための開口を備え、平坦な表面であり得る搭載面１３１を有するモータ搭載部１３０に、しっかりと取り付けられもする。

【0017】

モータ１１０の駆動シャフト１１２の回転は、伝達装置１５０を用いて、第１のリンク機構１０１の移動へと変換される。一実施形態によれば、伝達装置１５０は、一種の歯車配置として知られているウォーム駆動部組立体の形態である。より具体的には、ウォーム駆動部組立体は、ウォームギヤ１５４（平歯車同様の外観であり、ウォームホイールとも呼ばれる）と噛み合うウォーム１５２（ネジの形態の歯車である）を備える。ウォーム１５２は、モータ１１０の起動（動作）が駆動シャフト１１２およびウォーム１５２の回転を引き起こすように、駆動シャフト１１２に固定的に結合される、または、駆動シャフト１１２の一体部品である。したがって、駆動シャフト１１２およびウォーム１５２は同軸であり、第１の軸の周りで回転する。駆動構成部品１０１は、エンドキャップ１５５と、ウォーム１５２を回転可能に支持する軸受１５７なども備え得る。

【0018】

ウォームギヤ１５４は、第１の軸に対して直角である第２の軸に沿って延びるウォームギヤシャフト１５９に固定的に結合される。後で詳細に記載しているように、ウォームギヤ１５４およびシャフト１５９は、ウォーム１５２と噛み合いの関係にあるウォームギヤ１５４を位置決めするように、第１のリンク機構１０２に結合される。ウォーム１５２の回転はウォームギヤ１５４の回転へと変換される。シャフト１５９は、その第１の端において、ウォームギヤ１５４に固定的に取り付けられる。

【0019】

第１のリンク機構１０２は、リンク機構を形成し、装置１００を検査車両１０に取り付けるための手段を提供し、駆動構成部品１０１を支持するための手段も提供するいくつかの部品から成る。第１のリンク機構１０２は、第１のリンク機構プレート１６０と、第１のリンク機構プレート１６０から離された第２のリンク機構プレート１８０と、第１の連結アーム１９０と、第２の連結アーム２００とを備える。一実施形態では、第１および第２の連結アーム１９０、２００は異なる長さを有し得る。この特徴は、図１２Ａ〜図１２Ｃを参照して後に記載されている。

【0020】

第１のリンク機構プレート１６０は、第１の端（上端）１６２と、反対の第２の端（下端）１６４とを有する平面上の構造であり得る。第１のリンク機構プレート１６０は、第１の端１６２における拡大された第１の区域（斜め区域）１６３と、第２の端１６４における拡大された第２の区域（水平区域）１６５とを有し、第１の区域１６３と第２の区域１６５との間に、狭い中間区域（鉛直区域）１６６が形成されている。図示された第１および第２の区域１６３、１６５は、大まかには矩形の形を有しており、第１の区域１６３が第２の区域１６５に対して斜めに形成されている。狭い中間区域１６６は、第１の区域１６３を第２の区域１６５から離すように機能し、第２の区域１６５に対して直角に配向されている。

【0021】

第１の区域１６３は、搭載部１３０の搭載面１３１と合致する大きさおよび形とされている。第１の区域１６３は、第１の区域１６３を搭載部１３０の搭載面１３１に取り付けるための留め具１６９を受け入れる複数の貫通孔１６７を備える。この手法では、駆動構成部品１０１を形成するモータ１１０、ウォーム１５２、および搭載部１３０は、第１のリンク機構プレート１６０によって固定的に取り付けられて支持されている。

【0022】

狭い中間区域１６６は、第１の貫通孔１７０と、第２の貫通孔１７２と、第３の貫通孔１７４とを備える。貫通孔１７０、１７２、１７４は線形の手法で形成されており、第１の貫通孔１７０は最も上の孔であり、第２の貫通孔１７２は中間の孔であり、第３の貫通孔１７４は最も下の孔である。シャフト１５９は、第１の貫通孔１７０を貫いて延び、第１の貫通孔１７０の中で自由に回転する。

【0023】

第２の区域１６５は、第１の端面１７５と、反対の第２の端面１７７とを備える。

【0024】

第２のリンク機構プレート１８０は、第１の端（上端）１８２と、反対の第２の端（下端）１８４とを有する。第２のリンク機構プレート１８０は、第１の端１８２において途切れる第１の鉛直区域１８３と、第２の端１８４における第２の水平区域１８５とを備える。第１の鉛直区域１８３および第２の水平区域１８５は、狭い中間区域１６６と第２の区域１６５との相補となるような大きさおよび形とされている。より具体的には、第２の水平区域１８５は第２の区域１６５と同一であり得る。第１の鉛直区域１８３は、そこに形成された３つの貫通孔、すなわち、第１の貫通孔１８６、第２の貫通孔１８７、および第３の貫通孔１８８を備えている。貫通孔１８６、１８７、１８８は、第１のリンク機構プレート１６０に形成された貫通孔１７０、１７２、１７４とそれぞれ軸方向で並ぶように形成されている。

【0025】

第２の水平区域１８５は、第１の端面１８１と、反対の第２の端面１８９とを備える。

【0026】

シャフト１５９は、貫通孔１７０および貫通孔１８６を通過し、第１のリンク機構プレート１６０および第２のリンク機構プレート１８０に対して自由に回転可能になっている。

【0027】

図示しているように、第１および第２のリンク機構プレート１６０、１８０は、互いから離間されている平行な平面で位置決めされている。より具体的には、第１のリンク機構プレート１６０および第２のリンク機構プレート１８０は、固定された離れた関係を維持するために、および、それらの間の移動を防止するために、互いと固定的に連結されている。第１および第２のリンク機構プレート１６０、１８０は、細長い形を有し、一端において第１のリンク機構プレート１６０に（留め具によって）、および、その反対の端において第２のリンク機構プレート１８０に（留め具によって）、固定的に連結されたロッドの形態であり得る連結体１３５によって連結され得る。連結体１３５の２つの端は孔１７２、１８７へと挿入され得る。

【0028】

第１および第２のリンク機構プレート１６０、１８０は、第１のリンク機構１０２の第１のリンクを形成している。

【0029】

第１の連結アーム１９０および第２の連結アーム２００は、第１のリンク（第１および第２のリンク機構プレート１６０、１８０）と検査車両１０との両方に各々旋回可能に連結された構造の形態になっている。図に示しているように、第１の連結アーム１９０は第２の連結アーム２００の上方に位置付けられている。第１の連結アーム１９０は、基礎部１９１（例えば、水平棒）と、基礎部１９１の反対の端同士において基礎部１９１から外向きに延びる第１の対のアーム（フランジ）１９２とを有する。第１の対のアーム１９２は、基礎部１９１に対して直角に配向され、基礎部１９１との組み合わせで、第１のＵ字形の構造が形成されるように、平行な平面で配置されている。アーム１９２の自由端は、アーム１９２を検査車両１０の本体に旋回可能に取り付けるための留め具１９３を受け入れる。これは、第１の連結アーム１９０を検査車両１０の本体の周りで旋回させることができる。

【0030】

第１の連結アーム１９０は、基礎部１９１で、基礎部１９１の２つの端の中間の場所から内向きに延びる複数のアームも備える。図に示しているように、第１の内側アーム１９４が基礎部１９１の一端に接近して形成されており、第２および第３の内側アーム１９５、１９６が基礎部１９１の他方の端に接近して形成されている。第２および第３の内側アーム１９５、１９６は、それらの間に空間またはスロット１９７を画定するように、互いに接近して形成されている。第１、第２、および第３の内側アーム１９４、１９５、１９６は、基礎部１９１に対して直角に形成されており、平行な平面で位置付けられている。第１の対のアーム１９２およびアーム１９４、１９５、１９６を含む平面同士は、互いに平行であり得る。

【0031】

内側アーム１９４、１９５、１９６の自由端は、シャフト１５９を受け入れる貫通孔を備える。シャフト１５９は、これらのアーム１９４、１９５、１９６に対して自由に回転し、前述したように、第１のリンク機構プレート１６０および第２のリンク機構プレート１８０に対して自由に回転もする。

【0032】

第１の連結アーム１９０が第１および第２のリンク機構プレート１６０、１８０に組み込まれるとき、第２のリンク機構プレート１８０の第１の鉛直区域１８３は、アーム１９５、１９６の間に第１の鉛直区域１８３を位置決めするように、スロット１９７内に受け入れられる。第１のリンク機構プレート１６０の狭い中間区域１６６は、アーム１９４に隣接してアーム１９４の内部に位置決めされる。ここでも、これらの部品を貫いて延びるシャフト１５９は、すべての部品を一体に結合するが、シャフト１５９が自由に回転する手法で作用する。

【0033】

ウォームギヤと反対のシャフト１５９の端は、アーム１９６の外面に沿って形成された凹所内に受け入れられる軸受部材または同様のもの１６１で受け入れられ得る。軸受部材１６１は円形を有し得る。また、エンドキャップまたは留め具１３７が、シャフト１５９の横方向の移動を防止するために使用され得る。具体的には、ボルト１３７は、軸受部材１６１に隣接してシャフト１５９の自由端にネジ留めでき、それによってシャフト１５９の横方向の移動を抑制する。

【0034】

図４および図８で最良に示した一実施形態によれば、シャフト１５９は、第１の付勢部材２１０によって、第１の連結アーム１９０に結合されてもよい。より具体的には、シャフト１５９は、第１の付勢部材２１０の一端が取り付けられた搭載構造２１２を、第１の付勢部材２１０の反対の第２の端が第１の連結アーム１９０に取り付けられた状態で備えてもよい。第１の付勢部材２１０は、シャフトの長さの周りに巻かれた（らせん状に巻かれた）捩じりバネの形態とできる。搭載構造２１２は、第１のリンク機構プレート１６０の内面に隣接する場所でシャフト１５９に固定的に連結された円板の形態であり得る。捩じりバネ２１０の一端は円板２１２（シャフト１５９と調和して回転する）に固定的に取り付けでき、捩じりバネ２１０の他端は第１の連結アーム１９０のアーム１９５（移動しない）に取り付けできる。この構成の結果として、駆動構成部品１０１がシャフト１５９を一方の方向に回転させるとき、バネ２１０は巻き上げられ、エネルギーを蓄え始めることになる。後に記載しているように、捩じりバネ１５９は、モータ回転を装置１００の持ち上げおよび降下へと伝達する。

【0035】

代替で、図７に示しているように、固定ピン２１５は、シャフト１５９の回転（モータの作動の結果として）を装置１００の所望の持ち上げおよび降下へと変換するように、シャフト１５９を第１の連結アーム１９０へと結合するために使用され得る。

【0036】

円板２１２が２つのリンク機構プレート１６０、１８０の間に最初に配置され、シャフト１５９が、プレート１６０における孔１７０を通し、次に円板２１２における中心孔を通して送り込まれてから、第２のリンク機構プレート１８０およびアーム１９５、１９６に形成されたそれぞれの孔を通過され得ることは、理解されるものである。いくつかの技術が、留め具、スナップフィット機構などの使用を含め、円板２１２をシャフト１６０に固定的に取り付けるために使用され得る。したがって、円板２１２と捩じりバネ２１０との両方が、第１のリンク機構プレート１６０とアーム１９５との間に配置される。

【0037】

第２の連結アーム２００は、第１の連結アーム１９０と同様であり、基礎部２０１（例えば、水平棒）と、基礎部２０１の反対の端同士において基礎部２０１から外向きに延びる第１の対のアーム（フランジ）２０２とを備える。第１の対のアーム２０２は、基礎部２０１に対して直角に配向され、基礎部２０１との組み合わせで、第１のＵ字形の構造が形成されるように、平行な平面で配置されている。アーム２０２の自由端は、アーム２０２を検査車両１０の本体に旋回可能に取り付けるための留め具２０５を受け入れる。これは、第２の連結アーム２００を検査車両１０の本体の周りで旋回させることができる。

【0038】

第２の連結アーム２００は、基礎部２０１で、基礎部２０１の２つの端の中間の場所から内向きに延びる複数のアームも備える。図に示しているように、１対の内側アーム２０４が、基礎部２０１の端同士の間に形成されている。１対の内側アーム２０４は、基礎部２０１に対して直角に形成されており、平行な平面で位置付けられている。第１の対のアーム２０２および１対の内側アーム２０４を含む平面同士は、互いに平行であり得る。

【0039】

１対の内側アーム２０４の自由端は、横断シャフト２０７を受け入れる貫通孔を備える。シャフト２０７は、第１および第２のリンク機構プレート１６０、１８０にそれぞれ形成された孔１７４、１８８も通過する。

【0040】

シャフト２０７は、内側アーム２０４に対して自由に回転し、第２の連結アーム２００が旋回できる旋回軸を形成する。留め具２０９が、シャフト２０７を内側アーム２０４に結合し、シャフト２０７の横方向の移動を抑制するために使用できる。これらの留め具２０９はボルトであり得る。

【0041】

第１の連結アーム１９０および第２の連結アーム２００の各々が単一の一体構造として形成され得ることは、理解されるものである。

【0042】

第１の連結アーム１９０は第１のリンク機構１０２の第２のリンクを形成し、第２の連結アーム２００は第１のリンク機構１０２の第３のリンクを形成する。第１のリンク機構１０２の第４のリンクは、本明細書で記載しているように、検査車両１０自体によって形成される。したがって、第１のリンク機構１０２は４節リンク機構として特徴付けることができる。第１のリンク機構１０２の動作に関する追加の詳細は、後で述べられている。

【0043】

第２のリンク機構１０３は、センサプローブ構造１０４を第１のリンク機構１０２に結合し、装置１００を異なる自由度（第１のリンク機構１０２の持ち上げおよび降下の動き以外）で移動させることができるように機能する。

【0044】

センサプローブ構造１０４は、センサ３１０を保持するためのケーシングまたは筐体３００から成る。筐体３００は、開放した上部と開放した下部とを有する箱状の構造の形態であり得る。筐体３００は正方形または長方形を有し得る。したがって、筐体３００は、１対の相対する側壁（前壁および後ろ壁）３０２と、１対の相対する端壁３０４とによって形成される。エンドキャップ３０５が端３０４を閉じるために使用され得る。中空の内部空間が壁３０２、３０４の間に画定される。センサ３１０は、センサ３１０が端壁３０４／エンドキャップ３０５の間で延びる車軸３０１の周りで回転するホイールの形態で、中空の内部空間内に回転可能に配置される。センサ３１０は、センサプローブ（ホイール）３１０が車軸３０１に回転可能に結合されるとき、センサプローブ３１０の一部が筐体３００の上縁の上方と、筐体３００の下縁の下方との両方へと延びるような直径を有する。

【0045】

車軸３０１は、表面１１の検査を可能にするために、さらに装置を表面１１にわたって転がして操縦させることができる１つまたは複数の、好ましくは２つのホイール（ローラー）３２０も支持する。図示した実施形態では、センサプローブ（ホイール）３１０は、１対のホイール３２０の間に配置される。検査車両１０の一部であるホイールと同様に、ホイール３２０は、金属パイプまたは金属貯蔵タンクなどの金属表面１１に装置１００を付着させるために、および、検査車両１０の駆動に応じて表面１１にわたって移動可能であるために、好ましくは磁気材料から形成される。

【0046】

第２のリンク機構１０３は、装置１００を、具体的には、装置１００のセンサプローブ１１０を、本明細書に記載しているような加えられる力に応じて移動させるように構成された４節リンク機構である点において、第１のリンク機構１０１と同様である。第２のリンク機構１０３は、２対のクロスリンク部材から形成され、より具体的には、第２のリンク機構１０３は、第１の対を形成する第１および第２のリンク４００、４１０と、第２の対を形成する第３および第４のリンク４２０、４３０とから形成される。

【0047】

第１および第２のリンク４００、４１０は、第１のリンク４００の第１の端が、第１の旋回軸４０１において第１のリンク機構プレート１６０の第２の区域１６５の第１の端面１７５に旋回可能に取り付けられ、第１のリンク４００の第２の端が第２の旋回軸４０３において筐体３００の側壁３０２に旋回可能に取り付けられる点において、Ｘ字形に配置される。同様に、第２のリンク４１０は、第３の旋回軸４０５において第２のリンク機構プレート１８０の第２の水平区域１８５の第１の端面１８１に旋回可能に取り付けられ、第２のリンク４１０の第２の端は、第４の旋回軸４０７において筐体３００の側壁３０２に旋回可能に取り付けられる。

【0048】

図示しているように、第１および第２のリンク４００、４１０は互いに物理的に連結されない。

【0049】

同様に、第３および第４のリンク４２０、４３０は、第４のリンク４３０の第１の端が、第１の旋回軸４２１において第１のリンク機構プレート１６０の第２の区域１６５の第２の端面１７７に旋回可能に取り付けられ、第４のリンク４３０の第２の端が第２の旋回軸４２３において筐体３００の他方の側壁３０２に旋回可能に取り付けられる点において、Ｘ字形に配置される。同様に、第３のリンク４２０は、第３の旋回軸４２５において第２のリンク機構プレート１８０の第２の水平区域１８５の第２の端面１８９に旋回可能に取り付けられ、第３のリンク４２０の第２の端は、第４の旋回軸４２７において筐体３００の他方の側壁３０２に旋回可能に取り付けられる。

【0050】

図示しているように、第３および第４のリンク４２０、４３０は互いに物理的に連結されない。

【0051】

本発明によれば、センサプローブ構造１０４を伴う第１および第２のリンク機構は、センサ３１０が表面１１に対して降下または展開され、装置１００の少なくとも一部と表面１１との間の接触において、表面１１に対して自動的に垂直となり得るように構成される（例えば、一部の実施形態では、センサ３１０自体が表面１１と接触できるが、これは、表面１１と接触するときに自動的に正常化するための装置１００についての要件ではない）。第１のリンク機構１０２は、減衰されたウォームギヤ伝達装置を含む駆動構成部品１０１を介して作動され、第２のリンク機構１０３は、本明細書で記載しているように、表面１１に対するセンサプローブ３１０の受動的な正常化を可能にする。本発明によって提供されるこの機構は、検査される表面から適切な読取を得るために、内部の変換器部品をその表面に対して常に垂直としておく必要があるドライ結合プローブなど、感知方向性のセンサにとって特に有用である。

【0052】

組み立てられるとき、ホイールおよびセンサホイールを受け入れるために、一部において、第１および第２のリンク機構プレート１６０、１８０と筐体３００との間に空間がある。

【0053】

第１のリンク機構の動作
第１のリンク機構１０２は、命令で、装置１００を表面１１に対して上昇および降下させることができる持ち上げ機構として作用するように構成される。したがって、第１のリンク機構１０２と駆動構成部品１０１との間の相互作用は、鉛直方向において１つの自由度を持ち上げ機構に加え、それによって、センサプローブ３１０を、必要とされる場所および時間に、持ち上げるおよび降ろすことができる。この自由度は、横向きの動作が実施される場合、センサプローブ３１０を引き摺ることを防止することで、センサプローブ３１０の完全性を良好な形で維持する。さらに、駆動構成部品１０１は、適切なデータ取得のために、センサプローブ３１０に、検査される表面１１への十分な押し付け力を提供する。

【0054】

第１のリンク機構１０２は次のように動作する。センサプローブ４１０を表面１１に対して展開することが望まれるとき、使用者は、命令（指示）を駆動構成部品１０１へと送信し、駆動構成部品１０１の作動を引き起こす。より具体的には、モータ１１０は、（センサプローブを降下させるために）第１の動作のモードで動作され、駆動シャフト１１２およびウォーム１５２を第１の方向で回転させる。ウォーム１５２の回転はウォームギヤ１５４の回転へと変換される。横断シャフト１５９がウォームギヤ１５４に固定的に連結されているため、シャフト１５９も回転する。シャフト１５９の回転は、シャフト１５９に固定的に結合された円板２１２の回転をもたらす。第１の付勢部材（捩じりバネ）２１０が第１の連結アーム１９０の円板２１２とアーム１９５との両方に取り付けられ、そのため、円板２１２（およびシャフト１５９）の回転が、シャフト１５９の長さに沿った捩じりバネ２１０の巻き上げをもたらし、それによってエネルギーが蓄えられる。

【0055】

捩じりバネ２１０の巻き上げと、第１の連結アーム１９０への捩じりバネ２１０の連結とは、上向きの力を第１の連結アーム１９０に加えさせる。第１の連結アーム１９０が、検査車両１０と第１、第２のリンク機構プレート１６０、１８０との両方に旋回可能に取り付けられ、第１の連結アーム１９０は上向き方向で旋回する。センサプローブ３１０は、センサプローブ３１０が（第２のリンク機構１０３を用いて）第１のリンク機構１０２に連結されている筐体３００自体によって保持されるため、表面１１から持ち上げられる。筐体３００の上向きの移動は、センサプローブ３１０を表面１１から持ち上げさせる。

【0056】

センサプローブ３１０を降下させるために、動作が反転され、モータ１１０は、駆動シャフト１１２およびウォーム１５２を、第１の方向と反対の第２の方向で回転させるために、第２の動作のモードで動作される。捩じりバネ２１０はシャフト１５９に沿って巻き上げが解放され、これは、第１の連結アーム１９０の下向き方向への移動をもたらし、それによって筐体３００およびセンサプローブ３１０を降下させ、その結果、図示した実施形態では、センサプローブ３１０を表面１１と接触させる。

【0057】

したがって、この捩じりバネ２１０は、モータ１１０の回転を伝達する線形コイルとして作用し、第１のリンク機構１０２に作用する捩じりバネとして使用される。コイル（バネ２１０）は、センサプローブ３１０と表面１１との間に減衰効果を作り出す。したがって、粗面または起伏面においてセンサプローブ３１０を移動するとき、捩じりバネ２１０は、センサへの圧力によって引き起こされる損傷および外乱を最小限とした。別の言い方をすれば、センサプローブ３１０を若干起伏のある面で移動するとき、センサプローブ３１０は、装置１００の動作を妨げることなく接触を維持する。バネ２１０の減衰効果は、図７に示した固定ピン設計に対して、固定ピン設計がモータ１１０の回転動作を第１のリンク機構１０２を介して鉛直な線形の動作／力へと変換し、固定ピン設計が減衰効果を欠いている点において、利点を提供する。

【0058】

図に示したものを超える他の技術が、モータ１１０の回転動作が第１のリンク機構１０２を介して装置１００の鉛直な線形の動作／力へと変換されるような方法で、シャフト１５９を第１の連結アーム１９０へと結合するために使用され得ることは、理解されるものである。

【0059】

また、装置自体が、表面１１に対する装置１００の動作の間、表面１１との接触を維持するために構成されてもよいことは、理解されるものである。別の言い方をすれば、装置１００によって保持される物体が、表面と接触し得ないが、代わりに、装置１００の一部（第２のリンク機構など）が、表面１１との接触において正常化するように作用し、装置１００が表面１１に沿って移動するとき、表面１１とのこのような接触を維持する。

【0060】

異なる長さの連結アーム
一実施形態では、第１および第２の連結アーム１９０、２００は異なる長さを有し得る。図１２Ａ〜図１２Ｃを参照すると、外部デバイス１０（例えば、検査車両）の本体および外部デバイス１０の骨格に対する装置１００の特定の配置を考えると、プローブ３１０は、表面１１の湾曲に依存して、異なる高さにおいて表面１１と接触する。その結果、第１の段（第１のリンク機構）が直線的な経路の代わりに湾曲した経路に沿ってプローブ３１０を移動するように構成されるため、プローブ３１０と表面１１との間の接触角度（ピッチ方向において）は、ほとんど完璧に垂直となるように最適化され得る。別の言い方をすれば、長さにおけるこの差は、装置１００の第１の段が、直線的な動作のために構成されるか、湾曲した経路に沿う動作のために構成されるかを決定することになる。本明細書で記載しているように、アクチュエータ（駆動モータ）は、湾曲した経路に沿って移動するように構成され、駆動モータは、２つの目的、すなわち、プローブの持ち上げ／降下の目的と、ピッチ方向においての表面に対するプローブの正常化の目的とを有する。

【0061】

図１２Ａは、表面１１が平坦な表面であることを示しており、コネクタアーム１９０、２００を含む装置１００が、検査車両１０と共に示されている。図１２Ａでは、プローブ３１０と表面１１との間の角度が約８９．６°であること（つまり、ピッチ方向における正常化がほとんど完璧であること）がわかる。

【0062】

図１２Ｂは、表面１１が８インチのパイプの形態であることを示しており、コネクタアーム１９０、２００を含む装置１００の相対位置が、検査車両１０と共に示されている。図１２Ｂでは、プローブ３１０と表面１１との間の角度が約１８０．１°であること（つまり、ピッチ方向における正常化がほとんど完璧であること）がわかる。

【0063】

図１２Ｃは、表面１１が平坦な表面（図１２Ａ）、８インチのパイプ（図１２Ｂ）、および１３インチのパイプであるとして示されている、表面１１の構造についての３つの例を示している。図１２Ｃでは、プローブ３１０と表面１１との間の角度が、１３インチのパイプの場合に、約１８１．９°であること（つまり、ピッチ方向における正常化がほとんど完璧であること）がわかる。

【0064】

本明細書で記載しているように、装置１００は、プローブが装置の垂直な使用の間、自動化された手法で少なくとも実質的に正常化されるように好ましくは構成される。本明細書で用いられているように、実質的に正常化されるという用語は、プローブが、表面に対する完璧な正常化の少なくとも５度以内に位置決めされ、好ましくは、完璧な正常化の少なくとも３度以内に位置決めされ、より好ましくは、完璧な正常化の少なくとも２度以内に位置決めされ、一部の実施形態では、完璧な正常化の少なくとも１度以内に位置決めされること（図１２Ａおよび図１２Ｂ参照）を意味する。

【0065】

第２のリンク機構の動作
第２のリンク機構１０３は、センサプローブ３１０のロール配置を制御するように設計され、したがって、装置１００への受動的な結合を与えることで得られる第２の自由度を、装置に提供する。図９Ａおよび図９Ｂは、一実施形態による受動的な結合を示しており、図１０Ａおよび図１０Ｂは、他の実施形態による受動的な結合を示している。図１０Ａおよび図１０Ｂに示されている受動的な結合は、Ｔ字形の結合（振り子）であるとして考えることができる。力が筐体３００（センサプローブ３１０を保持している）に加えられるとき、筐体３００は、単一の旋回点の周りで旋回して、筐体３００およびセンサプローブ３１０の変位を引き起こす。

【0066】

本発明によれば、図９Ａおよび図９Ｂを含む図に示されているように、第２のリンク機構１０３は、センサ軸の回転の移動中心を、表面１１（金属表面）にできるだけ近くで低く設定するように利用および設計されるＸ字形の４節リンク機構の形態である。図９Ａおよび図９Ｂは、力（Ｆ）が加えられていることに応答しての筐体３００およびセンサプローブ３１０の移動と、図９Ａと図９Ｂ（Ｘ字形）との間の比較とを示し、図１０Ａおよび図１０Ｂ（Ｔ字形）は、回転の中心が、Ｔ字形における単一の旋回の場所と比較して、複数の旋回の場所へのＸ字形の設計において、より低いことを示している。図２を参照すると、Ｘ字形リンク機構１０３を用いるときのセンサプローブ３１０の水平方向の変位が、より高い回転の中心のもの（図１０Ａおよび図１０Ｂの実施形態を参照）を伴う通常の自由度を用いるときに得られる変位より著しく小さい。図９Ａおよび図９Ｂ（Ｘ字形）の実施形態を図１０Ａおよび図１０Ｂの実施形態と比較するとき、Ｘ字形の設計の水平方向の変位は、Ｔ字形のリンクの設計の水平方向の変位の約半分（１／２）である。

【0067】

さらに図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、Ｘ字形リンク機構（第２のリンク機構１０３）は、２つの受動的な結合のため、筐体３００（およびセンサプローブ３１０）の回転と共に下向きに移動するセンサプローブ３１０の接触点についての軌道を生成し、一方、図１０Ａおよび図１０Ｂに示したＴ字形の結合の場合、接触点は上向きに移動する。動作におけるこの違いは、図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて提示されたグラフにおいてはっきりと見られ、より具体的には、図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、Ｔ字形リンクに関する軌跡は図１１Ａに示されており、Ｘ字形リンクに関する軌跡は図１１Ｂに示されている。軌跡におけるこの違いは、Ｘ字形リンク機構が、金属表面１１に向かってセンサプローブ３１０を押し付けることでより安定した接触点を作り出す傾向がある一方、Ｔ字形の結合の場合、センサプローブ３１０は、接触点から逸脱し、最終的に接触点を失う点において、Ｘ字形リンクを用いることの利点を示している。この特徴は、パイプにわたって移動するとき、具体的には、螺旋状の軌道に追従するとき、特に有用である。

【0068】

本発明によれば、Ｘ字形のリンク機構（第２のリンク機構１０３）は、検査される表面１１の垂直軸にセンサプローブ３１０を厳密に並べるときに重要な役割を演じる。２つのローラ（ホイール３２０）を備えることは、センサプローブ３１０の各々の側における１つのホイール３２０で、正常化を向上させる。適切な力が機構に発揮されるとき、２つのローラ（ホイール３２０）は、最終的に表面１１に接触し、センサプローブ３１０のための支持体として作用し、これは、表面１１においてセンサプローブ３１０をさらに正常化する。

【0069】

本発明の一応用例では、壁厚（例えば、パイプ壁または貯蔵壁の厚さ）を測定するために超音波検査を実施するために、センサプローブ３１０は、対象物上にカプラントを載せることを回避するために、ドライ結合プローブ（ＤＣＰ）の形態である。本明細書で言及したように、垂直な接触は、放射された超音波を受信するために、および、ノイズのない厚さ信号を取得するために（この場合、センサプローブ３１０が表面１１と接触するときであり、他の実施形態では、垂直な接触は、センサを保持するフレーム（例えば、第２の機構）と、表面との間である）、パイプ表面とセンサプローブ３１０との間で達成される必要がある。この正常化を達成するために、本発明の装置１００は、２自由度を伴う２段機構を提供する。第１の段は、図３に示しているような側から見たとき、平面の自由度を有する第１のリンク機構１０２を備える。この第１の段は、２つの規則を演じることができ、つまり、センサプローブ３１０が表面１１に対して押されることを確保するために、バネ荷重によって、センサプローブ３１０を、目標となる異なるパイプの湾曲に対して降下および上昇させることができる。これは、損傷を回避するために、センサプローブ３１０を表面１１から離すように持ち上げもする。本明細書に記載した減衰効果は、センサプローブ３１０が若干起伏のある表面において進んでいるとき、検査車両１０（ロボット）の動作を妨げることなく、センサに接触を維持させることができる。ＤＣＰセンサプローブ（ホイール）３１０は、検査の間、センサプローブ３１０のための所望の圧力を考慮することで、支持ローラ３２０の内径の中で受動的な減衰動作を有するように構成され得る。

【0070】

また、センサ３１０がゴムホイールセンサプローブの形態であるとき、本出願者は、プローブゴムの剛性が、最適な性能に向けた持ち上げ機構の設計において最も考慮される必要があることに気付いた。この剛性は、プローブセンサ３１０の側におけるローラ軸受の直径、および／または、接触ローラ３２０に対するセンサプローブの配置などの設計パラメータを導き出す。例えば、ローラ３２０の直径、および、プローブ３１０に対するローラ３２０の配置は、好ましくは、２つのローラ３２０が表面１１と接触するときまでに、プローブ３１０が約１〜２Ｋｇｓの圧力の下にあることを確保するために最適化される。代替で、センサプローブ３１０の周りのローラ３２０は磁化されてもよい。磁気ローラ３２０は、表面１１とのローラ３２０の完璧な接触を確保することで、プローブ３１０の正常化を支援する。ローラ３２０は、好ましくは、ローラ３２０が表面１１に向けての大き過ぎる誘引力を生成しないように構築され、そうでない場合、機構（第１のリンク機構１０２）は、検査が完了された後、センサプローブ３１０を持ち上げるのが難しくなる可能性がある。また、ローラは、センサプローブ３１０に対してより細い輪郭を有するように作られてもよく、バネ荷重が、起伏のある表面において移動する間に減衰効果を取り入れるために、ローラ３２０とセンサプローブ３１０との間に加えられてもよい。

【0071】

したがって、本発明によれば、支持ローラ３２０の直径は、プローブ材料の剛性と、検査の間のプローブについての所望の圧力とを考慮することで選択される。補正が、プローブ材料の剛性と、検査の間のプローブについての所望の圧力とを考慮することで、センサプローブホイール３１０の軸と支持ローラ３２０との間に導入されてもよい。

【0072】

他の実施形態では、ローラ３２０は表面１１と接触する。

【0073】

第２のリンク機構１０３から作られる第２の段は、図４に示したように後ろに向かって見たとき、第２の自由度を提供する。これは、検査車両１０が、周囲方向または長手方向の代わりに、螺旋経路で駆動しているとき、センサプローブ３１０をパイプ傾斜に順応させることができる。本明細書で詳述したように、この自由度は受動的である。センサプローブ３１０の両側に位置している２つのローラ３２０は、センサプローブを支持し、センサプローブ３１０が表面１１と接触するとき、機構を正常化させる。

【0074】

本発明が、センサを保持し、本明細書で記載している動作を実施するための少なくとも２つの自由度を含む装置を網羅することは、理解されるものである。１つの自由度は、センサを上昇および降下（鉛直移動）させるように構成された能動的な機構（能動的なリンク機構）と関連付けられ、別の自由度は、センサを正常化する受動的な機構と関連付けられる。

【0075】

本発明のセンサを保持する装置１００は、従来の競合する製品には見られなかったいくつかの利点を提供しており、先行技術と関連付けられる欠陥を克服する。より具体的には、以下の利点が本発明の装置で得られる。
・横方向の引摺りによるプローブの損傷：先行技術の以前のデバイスは、ＤＣＰホイールと表面との間に圧力を一定に加えるように設計されており、デバイス全体を表面から取り除く以外に表面からプローブを持ち上げる方法がない。本装置の第１の４節リンク機構（リンク機構１０２）は、プローブを表面から持ち上げることができるウォームギヤ付きモータに取り付けられる。これは、ロボットが横へと操縦する必要があり、ＤＣＰホイールプローブが表面において横へと引き摺られると損傷されるため、検査ロボットにとって特に重要である。
・２つではなく１つだけのアクチュエータを介したピッチ正常化およびプローブ展開：先行技術は、表面に向けた、および、表面から離す、直線的な経路に沿ってプローブを典型的に動かすプローブを展開するために、４節リンク機構の全般的な使用を開示している。しかしながら、先行技術は、このリンク機構が正常化のためのプローブ搭載に追加的な自由度を加えるために、第２のアクチュエータの必要性を暗に導入していることから、「ピッチ」方向におけるプローブの適切な正常化に対処し損ねている。それにも拘らず、提案した発明は、プローブが真っ直ぐな線に沿ってではなく湾曲した経路に沿って移動し、それによって、第２のアクチュエータを必要とすることなくプローブが展開されるにつれて（少なくとも「ピッチ」方向において）、プローブが自動的に正常化されるように、第１の４節リンク機構の構成部品のためにカスタマイズされた設計を導入しているという意味において、先行技術から区別される。しかしながら、先に詳述したように、本明細書で開示した機構が、アクチュエータの使用なしで展開でき、代わりに、プローブが表面に対して常に展開されることを確保する付勢要素などを用いることは、理解されるものである。
・表面に対する信頼できる一定の圧力：先行技術は、十分な力が表面に対するプローブに発揮されていることを確実にするために、走査ヘッドの手動の取り扱いを必要とする。捩じりバネに取り付けられた本装置における４節リンク機構は、プローブを降下させ、湾曲／平坦な表面に対して押し付けることができる。プローブの側における支持ローラは、信頼できる一定の圧力がプローブに加えられることを可能にする。
・「ロール」方向位おけるプローブの正常化：適切なプローブ正常化を伴うパイプに沿っての螺旋状の駆動は、先行技術では対処されていない。上部における４節リンク機構からの圧力によって支持されるＸ字形リンク機構（第１のリンク機構１０２）は、プローブが湾曲した表面の垂直軸に近付くための１つの自由度を許容する。十分な圧力と共に、優れたＵＴ読み取りが取得される。

【0076】

そのため、本装置が、計器またはプローブを保持し、それを任意選択で表面に対して展開するように構成され得ることは、理解されるものである。本装置は、湾曲した表面に対して展開され、および／または、最終的に回収される必要がある任意の種類の物体を、その物体が表面を真っ直ぐに指すことを確実にしつつ保持する上で、非常に効果的である。これは、単一のアクチュエータで達成され得る。

【0077】

本装置はプローブを保持するために使用されるとして記載されているが、これは、本装置についての単なる１つの例示の用途であり、限定されることはないが、レーザー、赤外線センサなどの他の種類のセンサ、カメラなどを含む他の物体を保持できる。例えば、装置は、透明なＰＶＣパイプまたは湾曲したガラスパネルの上を走行するように構成されたレーザーまたは赤外線センサを保持できる。装置は、透明なパイプに沿って駆動または移動でき、測定された信号に見出される特徴にマッチすることで、装置は、どの製品がパイプ内で流れているかを計算できる。製品は、液体または気体など、任意の数の異なる形態であってもよい。例えば、製品は、原油、または、異なる種類のガスであり得る。同様に、本装置がカメラまたは他の撮像機器を保持する場合、装置は、少なくともいくつかの異なる方法で使用できる。最初に、カメラまたは他の撮像機器は、前述のような透明の材料に使用でき、何であっても透明な表面の内側において進んでいるものの１つまたは一連の画像（近寄った写真など）を撮ることができ、次に、撮像デバイス（カメラ）が９０度回転される場合、表面に対して垂直ではないがほとんど正接を指すことになり、これは、デバイスにあらゆる材料の非常に良好な近寄った視覚検査を実施させることができる。

【0078】

本発明は、特定の実施形態を用いて先に記載されてきたが、多くの変形および改良があることは、当業者には明らかである。そのようにして、記載した実施形態は、すべての点において、限定ではなく、例示として考慮されるものである。そのため、本発明の範囲は、前述の記載によってというよりも、添付の特許請求の範囲によって指示される。特許請求の範囲の等価の意味および範囲内となるすべての変更は、特許請求の範囲内に包含されることになる。

【符号の説明】

【0079】

１０ 外部デバイス、ロボット検査車両
１１ 表面
１２ ホイール
１５ 無線アンテナ
１００ 装置、機構
１０１ 駆動組立体、駆動構成部品
１０２ 第１のリンク機構
１０３ 第２のリンク機構、Ｘ字形リンク機構
１０４ センサプローブ構造
１１０ モータ
１１２ 駆動シャフト
１３０ モータ搭載部
１３１ 搭載面
１３５ 連結体
１３７ エンドキャップ、留め具、ボルト
１５０ 伝達装置
１５２ ウォーム
１５４ ウォームギヤ
１５５ エンドキャップ
１５７ 軸受
１５９ ウォームギヤシャフト
１６０ 第１のリンク機構プレート
１６１ 軸受部材
１６３ 第１の区域、斜め区域
１６５ 第２の区域、水平区域
１６６ 中間区域、鉛直区域
１８０ 第２のリンク機構プレート
１８３ 第１の鉛直区域
１８５ 第２の水平区域
１９０ 第１の連結アーム
１９１ 基礎部
１９２ 第１の対のアーム、フランジ
１９４ 第１の内側アーム
１９５ 第２の内側アーム
１９６ 第３の内側アーム
１９７ スロット
２００ 第２の連結アーム
２０１ 基礎部
２０２ 第１の対のアーム、フランジ
２０４ 内側アーム
２０７ 横断シャフト
２１０ 第１の付勢部材、捩じりバネ
２１２ 搭載構造、円板
２１５ 固定ピン
３００ ケーシング、筐体
３０１ 車軸
３０２ 側壁
３０４ 端壁
３１０ センサ、センサプローブ、ホイール
３２０ ホイール、接触ローラ
４００ 第１のリンク
４１０ 第２のリンク
４２０ 第３のリンク
４３０ 第４のリンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A-9B】

【図10A-10B】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図12C】