JP2006064589A - 管内面形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被測定配管の奥行き方向の一定範囲について、管全周にわたり高密度に定量的な形状測定が可能な管内面形状測定装置を提供する。
【解決手段】 被測定配管１０内を撮影する２台のテレビカメラ２３とテレビカメラ２３で撮影する際の照明を行う投光装置２４とを備えた検出ヘッド２０を、被測定配管１０内に挿入して被測定配管１０内の内面形状を測定する管内面形状測定装置であって、２台のテレビカメラ２３からの映像信号を同一タイミングでデジタル化して記録する画像記録装置３１と、画像記録装置３１に記録された画像データを読み出してステレオ法により被測定配管１０の内面形状を求めるステレオ法処理手段を有するデータ処理装置４０とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ガス管その他各種配管の内面形状を測定する管内面形状測定装置に関する。

従来、被測定対象物内の内面形状を取得する装置として、被測定対象物内に、２台のカメラを備えた走行車を走行させて内部の映像を取得し、その映像を処理して立体ＴＶモニタに表示することで内面形状を立体視可能としたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、検出ユニットを被検査官内に挿入して管軸方向に移動させ、検出ユニットから被検査管内面に一様照明とビームとを時分割で切り替えて照射するか、または同時に照射して波長で分離することにより、内面の性状と形状を同時に検査するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、被検査管内を流れる物質の流れに沿って被検査管を走行するピグに対し、ピグ本体周方向に被検査管内面に接触する複数の触針を取付け、その変位量を測定することにより、管の内面腐食の有無、内径、溶接位置などを測定するようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。

特開平３−２１２６１０ 特開平５−１４９８８５ 特開昭５３−５３３５３

上記特許文献１においては、２つのカメラの映像によって奥行きを知覚することは可能であるが、基本的には目視（両眼視）と変わらないため内面形状を定量的に把握することはできない。また、特許文献１では、スケールを合成して立体視させることにより定量性を持たせようとしているが、物差しを置いて眺めていることと等価であり、定量化されているとは言えない。

また、上記特許文献２では、ビームの当たっている場所については光切断法の原理で定量的な形状測定が可能であるが、管軸方向の一定範囲について連続した形状を得ようとすると、検出ユニットを移動させながら順次測定する必要があるため非常に時間がかかるという問題があった。またこの技術をピグ方式（流体圧力で走行する方式）に適用した場合、ピグ方式は移動速度の制御が困難であることから、管軸方向に測定の抜けが発生する可能性があるという問題があった。

また、上記特許文献３では、管軸方向に連続した測定が可能であるが、探針をピグのボディの周方向に高密度で配置することができないため、管周方向に高密度な測定ができないという問題があった。また、機械的な接触測定であるため、摩耗や塑性変形による誤差が生じるという問題があった。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、被測定配管の管軸方向の一定範囲について、管全周にわたり高密度に定量的な形状測定が可能な管内面形状測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る管内面形状測定装置は、被測定配管内を撮影する２台のテレビカメラとテレビカメラで撮影する際の照明を行う投光装置とを備えた検出ヘッドを、被測定配管内に挿入して被測定配管内の内面形状を測定する管内面形状測定装置であって、２台のテレビカメラからの映像信号を同一タイミングでデジタル化して記録する画像記録装置と、画像記録装置に記録された画像データを読み出してステレオ法により被測定配管の内面形状を求めるステレオ法処理手段を有するデータ処理装置とを備えたものである。

また、本発明に係る管内面形状測定装置は、被測定配管内を撮影する２台のテレビカメラとテレビカメラで撮影する際の照明を行う投光装置とを備えた検出ヘッドを、被測定配管内を走行させて被測定配管内の内面形状を測定する管内面形状測定装置であって、２台のテレビカメラからの映像信号を同一タイミングでデジタル化して記録する画像記録装置と、画像記録装置から各位置で撮影された画像データを読み出して各位置毎の被測定配管の内面形状をステレオ法によりそれぞれ求め、各位置毎に得られた内面形状を繋ぎ合わせて全体の内面形状を得るステレオ法処理手段を備えるデータ処理装置とを備えたものである。

また、本発明に係る管内面形状測定装置は、検出ヘッドの走行距離を測定する走行距離測定手段と、検出ヘッドの被測定配管の管軸周りの回転角度を検出する回転角度計とを更に備え、ステレオ法処理手段は、各位置毎に得られた内面形状を繋ぎ合わせる際、それぞれの内面形状を、テレビカメラで撮影したときの回転角度計及び走行距離測定手段それぞれの測定データに基づいて補正した上で繋ぎ合わせるものである。

また、本発明に係る管内面形状測定装置は、検出ヘッドの被測定配管の管軸に対する姿勢を検出する姿勢検出手段を更に備え、ステレオ法処理手段は、各位置毎に得られた内面形状を繋ぎ合わせる際、それぞれの内面形状を、テレビカメラで撮影したときに姿勢検出手段で検出された姿勢に基づいて補正した上で繋ぎ合わせるものである。

また、本発明に係る管内面形状測定装置において、ステレオ法処理手段は、各位置毎に得られた内面形状を繋ぎ合わせる際、被写界深度内のデータのみを対象とするものである。

また、本発明に係る管内面形状測定装置において、投光装置は、模様パターンを被測定配管内に投影するものである。

また、本発明に係る管内面形状測定装置は、テレビカメラで撮影された映像信号を表示するテレビカメラモニタと、検出ヘッドの走行位置を制御する走行制御手段とを更に備え、テレビカメラモニタにより被測定配管内を確認しながら走行制御手段により検出ヘッドを任意の箇所に停止させてテレビカメラによる撮影位置を指定できるようにしたものである。

本発明によれば、２台のテレビカメラで撮像した画像からステレオ法による内面形状測定を行うように構成したので、２台のテレビカメラの共通視野内にある管軸方向の一定範囲について、被測定配管内面全周の形状を高密度に且つ定量的に測定することが可能となる。

本発明においては、管内面形状を示す定量的なデータ（３次元位置情報）を得るに際し、既存技術であるステレオ法を用いている。ステレオ法とは、２枚の画像間で対応点（画素）を相関演算によって求め、テレビカメラ間の距離やテレビカメラレンズの光学的なパラメータ等を用いて対象点までの距離を三角測量原理により求める計算のことをいう。

以下、本発明の実施の形態の説明に先立ち、ステレオ法による測定原理を説明する。図１（ａ）は測定原理を模式的に説明するための図、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢視Ａ方向から見た図である。図１において、２つのテレビカメラは、測定対象の被測定配管１００内において互いの光軸が平行になるように、かつ、その光軸間の距離がＬとなるようにカメラヘッド（図示せず）に配置されているものとする。図中の符号１０１，１０３は、それぞれ２つのテレビカメラのレンズを示している。

いま、カメラヘッドに固定された３次元座標系Ｈｓ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を考え、被測定配管１００内面の任意の点をこの座標系で表現するものとする。この座標系Ｈｓの原点は、２つのカメラのレンズ１０１，１０２の中心を結ぶ線分の中点にあり、Ｘ方向が２つのテレビカメラの光軸を含む平面上で、かつ管軸と直交する方向、Ｙ方向が２つのテレビカメラの光軸を含む平面に直交する方向、Ｚ方向が管軸方向となっている。また、テレビカメラの各撮像素子１０３，１０４には、その各撮像素子１０３，１０４上の撮像面中心（光軸と撮像面との交点）を原点とした２次元座標系Ｈｍ（ｘ，ｙ），Ｈｎ（ｘ，ｙ）が設けられている。なお、図１において２次元座標系Ｈｍ，Ｈｎは、図示の都合上、撮像面中心から離れた位置に図示されている。

管内面の点Ｐ（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）のレンズ１０１，１０２による撮像面１０３ａ，１０４ａへの結像位置を点Ｑ（ｘ１，ｙ１），点Ｒ（ｘ２，ｙ１）とする。レンズ１０１（１０２）中心から撮像面１０３ａ（１０４ａ）までの距離をｂ、レンズ１０１，１０２の焦点距離をｆとすると、以下に示す幾何光学的な関係式（１），（２），（３），（４）が成立する。

ｘ１／ｂ＝（Ｘ０−Ｌ／２）／Ｚ０ …（１）
ｘ２／ｂ＝（Ｘ０＋Ｌ／２）／Ｚ０ …（２）
１／ｂ＋１／Ｚ０＝１／ｆ …（３）
ｙ１／ｂ＝Ｙ０／Ｚ０ …（４）

これらの関係式からｂを消去すると、以下の式が得られる
Ｘ０＝（Ｌ／２）・（ｘ２＋ｘ１）／（ｘ２−ｘ１） …（５）
Ｙ０＝Ｌ・ｙ１／（ｘ２−ｘ１） …（６）
Ｚ０＝ｆ・（１＋Ｌ／（ｘ２−ｘ１）） …（７）

ここで、Ｌとｆは既知である。点Ｑ（ｘ１，ｙ１）と点Ｒ（ｘ２，ｙ１）は、点Ｐが２つのテレビカメラの共通視野内にあれば撮像素子１０３の画像と撮像素子１０４の画像とから互いに対応する点（画素）として探索することが可能であるため、点Ｐの３次元座標値（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）を算出することが可能である。この処理を、２つのテレビカメラからの画像の共通視野内にある全ての画素について行うことにより、共通視野内の全ての点について３次元位置情報を求めることができる。以上がステレオ法の測定原理である。

実施の形態１．
図２は、本発明の実施の形態１に係る管内面形状測定装置を示すブロック図である。
図２において、管内面形状測定装置は、パイプラインの被測定配管１０内に挿入されて内部を走行する検出ヘッド２０と、検出ヘッド２０の走行によって得られた画像データなどの各種データを処理して被測定配管１０の内面形状の測定処理を行うデータ処理装置４０とから構成されている。実施の形態１の検出ヘッド２０は、その本体（耐圧容器）２１の前後部に一対のシールカップ２２が嵌着固定されており、このシールカップ２２で被測定配管１０内を流れる流体を受けることにより検出ヘッド２０が走行する、いわゆるピグ方式の検出ヘッドである。なお、このシールカップ２２は、その先端がパイプ内面と密嵌合しかつ摺動自在となるように設定されている。

検出ヘッド２０において、本体２１内には２台のテレビカメラ２３，２３が備えられており、本体（耐圧容器）２１の後方に設けられた耐圧性の窓（図示せず）から、被測定配管１０内部の映像を撮像する。ここで、２台のテレビカメラ２３，２３は、管軸方向に向けられ、テレビカメラ２３，２３から一定以上の距離にある被測定配管１０の内面全周を互いの共通視野内に捉えることができるように本体２１内に設置されている。投光装置２４は、テレビカメラ２３，２３で被測定配管１０内を撮像するために必要な照明を行うもので、本体２１に設けた窓（図示せず）から被測定配管１０後方に向けて投光を行う。カメラ・投光装置コントローラ２５は、テレビカメラ２３，２３の駆動信号と画像取込タイミング信号を発生し、テレビカメラ２３，２３の駆動・制御と映像信号入力を行うとともに、投光装置２４のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

距離測定用ローラ２６は、検出ヘッド２０の移動に伴って回転し、その回転角度がローラに取り付けたロータリーエンコーダ２７で検出され、パルス発生器２８で距離パルス信号に変換されてシステムコントローラ２９に入力される。回転角度計３０は、検出ヘッド２０の管軸周りの回転角度を検出するもので、ポテンショメータの軸に振り子を取り付けた構造を有し、本体２１が管軸周りに回転するとポテンショメータの軸が回転し、その回転を抵抗変化として検出するものである。

システムコントローラ２９は、検出ヘッド２０全体をコントロールするもので、カメラ・投光装置コントローラ２５からの画像データ、パルス発生器２８からの距離パルス信号、回転角度計３０からの信号が入力され、それぞれの信号を適宜処理する。

画像記録装置３１は、システムコントローラ２９の制御により、距離パルス信号に基づく距離データ、回転角度データ及び画像データを記憶する。

データ処理装置４０は、具体的にはパソコンなどのコンピュータで構成され、検出ヘッド２０を被測定配管１０内から回収した後に、画像記録装置３１内のデータを処理するために用いられる。データ処理装置４０は、画像記録装置３１に記録された距離データ、回転角度データ及び画像データから、ステレオ法により被測定配管１０内面の形状を求めるステレオ法処理手段（図示せず）と、検出ヘッド２０の被測定配管１０の管軸に対する姿勢を求める姿勢検出手段（図示せず）とを備えている。

以下、管内面形状測定装置における計測動作について説明する。
まず、被測定配管１０内に挿入された検出ヘッド２０は、被測定配管１０内の流体の流れをシールカップ２２でせき止め、その前後に生じた差圧がシールカップ２２の摩擦抵抗に打ち勝つことによって走行する。この検出ヘッド２０の走行に伴って距離測定用ローラ２６が回転し、その回転角度がロータリーエンコーダ２７で検出され、パルス発生器２８でパルスに変換されて単位距離毎に距離パルス信号が出力される。パルス発生器２８から出力された距離パルス信号はシステムコントローラ２９に入力され、システムコントローラ２９で積算されて検出ヘッド２０の走行距離が求められる。システムコントローラ２９は、走行距離がある一定距離に達する毎に回転角度計３０の信号を取り込むとともに、カメラ・投光装置コントローラ２５に対して画像取込指令を出力する。ここで、管内撮影は一定の走行距離毎に行うとしているが、その走行距離は、管内画像の撮影抜けが発生しないように、また、連続する２枚の画像が一部領域がオーバラップするように設定されている。

カメラ・投光装置コントローラ２５は、画像取込指令が入力されると、投光装置２４をＯＮにして管内後方を照らし、その状態で２台のテレビカメラ２３，２３に駆動信号を出力し、被測定配管１０の後方を撮影させる。ここで、投光装置２４からは、以降の処理におけるステレオ法による対応点決めの演算を容易にするために、後述の図４に示すような模様パターンが投影されるようになっている。カメラ・投光装置コントローラ２５は、２台のテレビカメラ２３，２３で撮影された映像信号を、同時にＡ／Ｄ変換して内部のフレームメモリに取り込むと共に、画像データをシステムコントローラ２９に転送する。システムコントローラ２９は、画像データ、走行距離データ及び回転角度データを指定のフォーマットで画像記録装置３１に順次記録する。

以上のように被測定配管１０内に検出ヘッド２０を走行させて管内画像データ、走行距離データ及び回転角度データを画像記録装置３１に記録した後、検出ヘッド２０を被測定配管１０から回収して画像記録装置３１をデータ処理装置４０に接続し、データ処理装置４０で管内形状測定処理を行う。以下、データ処理装置４０における管内形状測定処理について説明する。

データ処理装置４０は、まず、画像記録装置３１から画像データ、走行距離データ及び回転角度データを順次読み出す。そして、ステレオ法処理手段により、前述のステレオ法を用いて被測定配管１０内の３次元位置情報を求める。ここで、ステレオ法処理手段では、同じタイミングすなわち同じ走行位置（測定位置）からテレビカメラ２３，２３により撮影された２枚の画像のうち、共通視野内の領域画像を処理して３次元位置情報を求めている。このステレオ計算による３次元位置情報の演算処理を、各々の測定位置で取得した画像について順次行う。なお、投光装置２４からは、上述したように管内面に向けて模様パターンが投影されているので、ステレオ計算における対応点決めが容易となっている。

そして、各々の測定位置毎に得られた３次元位置情報を、走行距離データと回転角度データとを元に補正し、順次繋ぎ合わせていくことにより、被測定配管１０全体の形状を求める。また、検出ヘッド２０は、被測定配管１０内部の流体の流れを受けて走行する構成上、被測定配管１０に対して常に平行な姿勢が保たれているわけではなく、傾き姿勢で走行する場合がある。傾き姿勢で得られた画像に基づく３次元位置情報については、その３次元位置情報を、検出ヘッド２０の被測定配管１０に対する相対姿勢により定まる補正量に基づき補正した上で繋ぎ合わせる必要がある。そこで、データ処理装置４０では、姿勢検出手段により検出ヘッド２０の被測定配管１０の管軸に対する姿勢を求めている。

データ処理装置４０の姿勢検出手段は、ステレオ法処理手段で得られた被測定配管１０形状を示す３次元位置情報と、予め別手段で測定した被測定配管１０の外形形状を定義する３次元線形データとに基づいて検出ヘッド２０の被測定配管１０の管軸に対する姿勢を求める。ここで、３次元線形データは、具体的には被測定配管１０の中心軸の３次元座標データである。一方、ステレオ法処理手段で得られた３次元位置情報からも管軸の中心軸座標を算出することが可能であるので、３次元線形データの中心軸と３次元位置情報に基づく中心軸座標とに基づいて検出ヘッド２０の被測定配管１０に対する相対姿勢を測定している。データ処理装置４０の姿勢検出手段では、以上のようにして相対姿勢を求めている。

以下、３次元位置情報を繋ぎ合わせる処理を行うに際し、本例において考慮するようにした点について説明する。
（ａ）繋ぎ合わせに用いる３次元位置情報は、被写界深度（テレビカメラのピントが合う範囲）内の画像データに基づき取得された３次元位置情報のみを対象とする。
（ｂ）テレビカメラ２３，２３でそれぞれ撮影された連続する２枚においてオーバラップする部分のステレオ計算を行う際には、そのオーバラップ部分を有する２枚の画像データのうち、撮影時のテレビカメラ位置が近い方の画像データを用いる。すなわち本例では進行方向とは逆方向にテレビカメラ２３，２３を向けて撮影を行っているため、先に撮影された方の画像データを優先してステレオ計算に用いるようにしている。これは、点Ｐ（図１参照）の位置がテレビカメラ２３，２３から遠く離れれば離れるほど、点Ｒの位置と点Ｑの位置が近づくため、ｘ２−ｘ１が小さくなり、ｘ２−ｘ１を分母に持つ前記（５）〜（７）式の精度が劣化するためである。

図３は、本発明の管内面形状測定装置における形状計算の実験結果である。図３（ａ），（ｂ）は左右のテレビカメラ画像を示している。また、図３（ｃ）は、図３（ａ），（ｂ）のテレビカメラ画像のステレオ計算による形状計算結果を示す図で、遠近を濃淡表示したものである。図３（ｄ）は、図３（ｃ）の形状計算結果において模擬デントを含む断面で切った結果を示した図である。図３（ｅ）は、図３（ｄ）の要部拡大図である。図３（ｆ）は、図３（ｅ）の拡大部分に対応した管内面を撮影した写真で、管の中央部から管内面の左側面を撮影したものである。

なお、実験結果は、被測定配管１０に図４に示すような模様パターンを投光するとともに、被測定配管１０内に三角柱や角材等の模擬デントを被測定配管１０表面から突出するように管軸方向に埋設した状態で管内面形状を測定したものである。具体的には、被測定配管１０内に、高さ１９ｍｍの三角柱、高さ８ｍｍの角柱、高さ４ｍｍの角柱、高さ２ｍｍの溶接線、高さ３ｍｍの角柱を設けている。

図３において、グレー表示されている部分は形状計算結果が得られた画素を示しており、黒表示されている部分は形状計算結果が得られていない画素を示している。図３より、模様パターンを投光した共通視野内の管内面の形状がほぼ１００％測定されていることがわかる。また、図３（ｅ）より、三角柱や、角材、溶接線による凸形状が測定されていることもわかる。

このように本実施の形態１によれば、２台のテレビカメラ２３，２３の画像からステレオ法による内面形状測定を行うように構成したので、２台のテレビカメラ２３，２３の共通視野内にある管軸方向の一定範囲について、被測定配管１０内面全周の形状を３次元位置情報（座標値）として定量的に得ることができる。また、従来のピグ本体周囲に配置された探針による計測に比べ、高密度に被測定配管１０内面の形状を取得することができるため、被測定配管１０の変形や内面腐食の程度をより確実に知ることができ、被測定配管１０の健全性評価に利用することができる。また、非接触で測定することが可能となり、従来のような機械的な接触による摩耗等による測定誤差を防止できる。

また、本例では、検出ヘッド２０を移動させながら連続して画像を取り込み、各測定位置で得られた画像から求められた３次元位置情報を繋ぎ合わせるようにしたので、パイプライン全体の内面形状を測定することが可能となる。ここで、３次元位置情報を繋ぎ合わせる際には、画像が撮影された際の被写界深度内のデータのみを対象としているので、パイプライン全体の内面形状を精度良く得ることができるようになっている。

また、連続する２枚の画像において一部領域がオーバラップするように撮影を行っており、そのオーバラップ部分を有する２枚の画像データのうち、撮影時のテレビカメラ位置が近い方の画像データを用いてステレオ計算を行うようにしているので、上述した理由から精度の高い形状計測が可能となっている。

また、検出ヘッド２０が被測定配管１０内を走行している状況であっても、２台のテレビカメラ２３，２３からの画像を同期して取り込むため、２枚の画像の取込み時間差がなく、正確な形状測定が可能となっている。

また、本例では、投光装置２４から模様パターンを配管内に投影するようにしているので、ステレオ計算に際し、２枚の画像における対応点決めを容易なものとすることが可能となっている。従って、被測定配管１０が特徴の乏しい表面形状を有していても、安定した形状測定が可能である。なお、対応点決めが容易な場合には、模様パターンを投影せず、一様照明を用いるようにしてももちろんよい。

なお、前記の説明では、ある一定の走行距離毎に画像データを取得しているが、一定時間毎に画像データを取得しても良い。

また、本例では、従来の光切断法の原理で形状測定を行う場合と比較して、１回の画像取込みで管軸方向に一定範囲の内面形状を得ることができる。このため、上述したように一定距離毎に画像データを取得するのではなく、一定時間毎に画像データを取得するようにした場合に、ピグ方式であるが故に検出ヘッド移動速度を正確に制御できないような場合でも、管軸方向に抜けのない測定が可能である。

また、本例では、投光装置２４と距離測定用ローラ２６等をそれぞれ１台のみ装備した構成を示したが、複数装備しても良い。さらに、前記の説明では、投光装置２４は連続投光を前提としているが、走行速度が速くて画像が流れる場合にはカメラ・投光装置コントローラ２５からの制御でパルス点灯させても良い。

また、本実施の形態１では、検出ヘッド２０を移動させながら画像を順次取得してパイプライン全体の管内面形状を測定する場合を例に説明したが、検出ヘッド２０を移動させずに測定対象部分を撮影し、管内面形状を測定するようにしてもよい。すなわち、本発明において検出ヘッド２０を移動させるか否かは任意であり、要は、管内面形状をステレオ法を用いて定量的に把握できるところに本発明の特徴がある。

また、本実施の形態１では、姿勢検出手段として、ステレオ法処理手段で得られた被測定配管１０形状を示す３次元位置情報と、予め別手段で測定した被測定配管１０の外形形状を定義する３次元線形データとに基づいて姿勢検出を行うとして説明したが、この方法に限られたものではない。例えば、検出ヘッド２０の本体２１外周に周状に複数の超音波センサを装着し、その各超音波センサからのセンサ信号に基づいて各々の装着位置と被測定配管１０の内表面との距離を測り、姿勢を検出するようにしてもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、被測定配管１０内の流体の流れを受けて走行するいわゆるピグ方式の例を示して説明したが、実施の形態２は、ピグ方式とは別の走行手段の例を示したものである。

図５は、実施の形態２の管内面形状測定装置を示す図である。
実施の形態２は、自走車５０に検出ヘッド６０を搭載して被測定配管１０内を走行させるようにしたものである。この構成は前記実施の形態１の構成とは異なり、被測定配管１０内に流体が流れていない状態で、パイプラインの部分区間を測定する場合に適している。図１と異なる部分のみを説明する。

自走車５０は、本例ではモータ駆動のタイヤ５１により自走するものであるが、ロープを繋いで引っ張るなどして走行させるようにしてもよい。自走車５０の走行距離を得るに際しては、本例では自走車５０のタイヤ５１の回転数をロータリーエンコーダ２７で検出することにより得るようにしている。また、本例では、図２に示した実施の形態１において検出ヘッド２０に備えていたシステムコントローラ２９を、自走車５０に搭載せず、パイプラインの外に定置されたデータ処理装置７０に搭載した構成としており、データ処理装置７０は、実施の形態１のデータ処理装置４０に、システムコントローラ２９の機能を兼ね備えた構成となっている。

データ処理装置７０には、ケーブル６１を介してカメラ・投光装置コントローラ２５及びパルス発生器２８が接続されている。また、データ処理装置４０はテレビカメラモニタ７１を備えており、テレビカメラ２３，２３により撮影された映像信号がケーブル６１を介して入力され、テレビカメラモニタ７１に表示されるようになっている。また、データ処理装置７０は、自走車５０のタイヤ５１を駆動させる図示しないモータを制御して自走車５０の走行・停止を制御する走行制御手段（図示せず）を有し、任意の位置で自走車５０を停止可能な構成となっている。また、本構成の場合、自走車５０のタイヤ５１がパイプの内面に接しており、また、自重によりタイヤ５１の管に対する接触位置を常に下方に保つことが可能であるため、被測定配管１０に対する自走車５０の相対姿勢を一定に保つことが可能となっている。このことから、本構成では実施の形態１において備えていた回転角度計３０が省略されている。

以下、実施の形態２の管内面形状測定装置における動作を説明する。なお、本構成による計測は、図２の構成とほぼ同様に行われるので、異なる部分のみ説明する。
自走車５０の走行中、データ処理装置４０はシステムコントローラ２９として機能し、走行距離データと画像データを画像記録装置３１に順次記録する。走行終了後はデータ処理装置４０として機能し、画像記録装置３１の画像データと走行距離データからパイプライン内面の形状を計算する。また、自走車５０の場合、上述したように自重によりタイヤ５１の管に対する接触位置を常に下方に保つことが可能である。したがって、３次元位置情報の繋ぎ合わせの際に検出ヘッド８０の被測定配管１０に対する相対姿勢の変化と回転角度を考慮する必要はなく、単に各測定位置の画像を繋ぎ合わせることによりパイプライン全体の管内形状を得ることができる。

また、本例においては、被測定配管１０内の映像がテレビカメラモニタ７１に表示されるため、テレビカメラモニタ７１で被測定配管１０内をモニタリングしながら検出ヘッド６０を被測定配管１０内に挿入し、測定したい位置で自走車５０を停止させ、その位置の画像を取得することが可能となっている。すなわち、オペレータによるデータ処理装置４０の操作により、データ処理装置４０から自走車５０の図示しないモータに制御信号を与えて測定したい位置で停止させ、そして、カメラ・投光装置コントローラ２５に画像取込指令を出力し、取得した画像を画像記録装置３１に保存させる。画像記録装置３１内のデータに基づくステレオ法による処理は実施の形態１と同様なのでここではその説明を省略する。

なお、本例では、自走車５０の走行距離を求めるに際し、タイヤ５１の回転数から自走車５０の走行距離を求めるとしたが、検出ヘッド６０をウィンチを用いて牽引し、牽引ケーブルの巻き取り量から走行距離を求めるようにしてもよい。

以上説明したように、走行手段は実施の形態１に示したピグ方式に限られず、自走車５０により自走させる構成としてもよい。ところで、配管径が異なる複数種の被測定配管１０の内面形状を測定したい場合、配管径に応じた大きさの検出ヘッド６０を用意する必要がある。このような場合、本実施の形態２の構成を適用することにより、システムコントローラ２９を、大きさの異なる複数種の検出ヘッド６０に兼用することが可能となるため、管内面形状測定を行うシステム全体を廉価に構成することが可能となる。

実施の形態３．
実施の形態３は、被測定配管１０の配管径が小さい場合に用いて好適な検出ヘッド８０を備えた管内面形状測定装置に関するものである。

図６は、実施の形態３の管内面形状測定装置を示す図である。
実施の形態３は、検出ヘッド８０内にテレビカメラ２３，２３と投光装置２４のみを備えた構成とし、その他の構成要素については被測定配管１０外に設け、検出ヘッド８０の小型化を図ったものである。なお、各構成要素における動作内容は実施の形態１及び実施の形態２と同様である。

実施の形態３の管内面形状測定装置も、実施の形態２と同様に、テレビカメラモニタ７１で被測定配管１０内の映像をモニタリングしながら適宜箇所で検出ヘッド８０を停止させて画像取得を行うものである。本例の検出ヘッド８０内のテレビカメラ２３，２３及び投光装置２４と外部に設けられたカメラ・投光装置コントローラ２５とはケーブル６２で接続されている。ケーブル６２は、ある程度の硬度を有するものており、このケーブル６２の硬度を利用して検出ヘッド８０を被測定配管１０内に挿入して適当な位置で停止させ、その位置の管内映像を撮影できるようになっている。

以上説明したように、検出ヘッド８０内にテレビカメラ２３，２３と投光装置２４のみを備えて小型化したので、例えば細い水道管やガス管などの内面形状の測定に用いる際に好適である。

また、本実施の形態３の検出ヘッド８０の構成から明らかなように、検出ヘッド内に備える必要のある必須の構成としては２台のテレビカメラと投光装置であり、その他の構成要素については被測定配管１０外に設けることとしてよい。但し、実施の形態１のようにピグ方式の場合には、走行距離を把握するための構成が検出ヘッド内に必要となる。

ステレオ法による測定原理を模式的に説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る管内面形状測定装置を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１の管内面形状測定装置における形状計算の実験結果を示す図である。 模様パターンの具体例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る管内面形状測定装置を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る管内面形状測定装置を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 被測定配管
２０，６０，８０ 検出ヘッド
２３ テレビカメラ
２４ 投光装置
３０ 回転角度計
３１ 画像記録装置
４０ データ処理装置
７１ テレビカメラモニタ

Claims (7)

1. 被測定配管内を撮影する２台のテレビカメラと該テレビカメラで撮影する際の照明を行う投光装置とを備えた検出ヘッドを、前記被測定配管内に挿入して前記被測定配管内の内面形状を測定する管内面形状測定装置であって、
   前記２台のテレビカメラからの映像信号を同一タイミングでデジタル化して記録する画像記録装置と、
   該画像記録装置に記録された画像データを読み出してステレオ法により前記被測定配管の内面形状を求めるステレオ法処理手段を有するデータ処理装置と
   を備えたことを特徴とする管内面形状測定装置。
2. 被測定配管内を撮影する２台のテレビカメラと該テレビカメラで撮影する際の照明を行う投光装置とを備えた検出ヘッドを、前記被測定配管内を走行させて前記被測定配管内の内面形状を測定する管内面形状測定装置であって、
   前記被測定配管内の各位置で前記２台のテレビカメラで撮影された映像信号を同一タイミングでデジタル化して記録する画像記録装置と、
   該画像記録装置から前記各位置で撮影された画像データを読み出して各位置毎の被測定配管の内面形状をステレオ法によりそれぞれ求め、各位置毎に得られた内面形状を繋ぎ合わせて全体の内面形状を得るステレオ法処理手段を備えるデータ処理装置と
   を備えたことを特徴とする管内面形状測定装置。
3. 前記検出ヘッドの走行距離を測定する走行距離測定手段と、前記検出ヘッドの前記被測定配管の管軸周りの回転角度を検出する回転角度計とを更に備え、前記ステレオ法処理手段は、前記各位置毎に得られた内面形状を繋ぎ合わせる際、それぞれの内面形状を、前記テレビカメラで撮影したときの前記回転角度計及び前記走行距離測定手段それぞれの測定データに基づいて補正した上で繋ぎ合わせることを特徴とする請求項２記載の管内面形状測定装置。
4. 前記検出ヘッドの前記被測定配管の管軸に対する姿勢を検出する姿勢検出手段を更に備え、前記ステレオ法処理手段は、前記各位置毎に得られた内面形状を繋ぎ合わせる際、それぞれの内面形状を、前記テレビカメラで撮影したときに前記姿勢検出手段で検出された姿勢に基づいて補正した上で繋ぎ合わせることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の管内面形状測定装置。
5. 前記ステレオ法処理手段は、前記各位置毎に得られた内面形状を繋ぎ合わせる際、被写界深度内のデータのみを対象とすることを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れかに記載の管内面形状測定装置。
6. 前記投光装置は、模様パターンを前記被測定配管内に投影することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の管内面形状測定装置。
7. 前記テレビカメラで撮影された映像信号を表示するテレビカメラモニタと、前記検出ヘッドの走行・停止を制御する走行制御手段とを更に備え、前記テレビカメラモニタにより被測定配管内を確認しながら前記走行制御手段により前記検出ヘッドを任意の箇所に停止させて前記テレビカメラによる撮影位置を指定できるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の管内面形状測定装置。