JP2007071660A - 遠隔検査における作業位置計測方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カメラ映像に基づいて複雑な計算を行うことなく、簡便に作業位置、寸法計測を実施できる作業位置計測方法およびその装置を提供する。
【解決手段】 作業対象面５０との相対距離と相対角度を一定に保持することが可能であり表面に位置計測用の参照点を有する移動体１１を接触させ、カメラ２０と照明２１を有する監視装置１８を作業対象面５０との相対位置が既知である任意の基準点に設置し、移動体１１と監視装置１８とが任意の相対角度または相対距離における両者の相対距離と、映像上での前記被撮影体表面上の距離寸法と、を一対一に相関させる相関データをあらかじめ求めておき、被撮影体と監視装置との相対角度を測定し、監視装置１８のカメラ２０により移動体１１を撮影し、その映像上の前記参照点間の寸法距離と、測定した相対角度に一致する前記相関データとを照合することにより、監視装置１８と移動体１１の間の相対距離から作業位置を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、遠隔検査における作業位置計測方法およびその装置に関し、特に、原子炉内など作業員の接近が困難な場所で、検査あるいは作業対象の参照点の位置や長さなどの寸法を把握できるようにする作業位置計測方法およびその装置に関する。

一般に、構造物や機械設備で検査位置、作業位置を把握するためには、作業員が検査場所に接近し、スケールを用いて測定する方法が取られている。ところが、原子炉の圧力容器内などを検査、補修する場合には、作業員は接近できないために、計測技術を応用して間接的に位置を計測しなければならない。

従来、例えば、原子炉のシュラウド内面のひびの位置とその大きさを計測する場合、水中にカメラと照明を投下するとともに、別にスケールとなる基準構造物を利用し、計測対象をスケールといっしょにカメラで撮影し、その映像からひびの位置と大きさなどをスケールと対比して読み取る方法が行われていた。

近年、原子炉に関しては、新たな維持基準が設けられ、より精度の高い炉内点検の必要性が高まっている。この点、従来のカメラによる計測では、画面上に表示される映像からは、検査員にはどの箇所を点検しているのかわからなくなる点に大きな問題があった。

そこで、計測精度と効率の向上を図るため、ロボットアームのように複数の駆動軸を設け、これらの各駆動軸の位置を計算することにより、位置および形状寸法を計測する方法がある（特許文献１）。また、複数のカメラにより同一のターゲットをステレオ視することで相対距離を計測する手法（特許文献２）が考案されている。

以下、図１９を参照して、特許文献２による位置及び寸法計測方法の従来例について説明する。

図１９は、ステレオ視による位置及び寸法計測方法に用いる計測装置を示す。この計測装置では、ロボットの多関節のアーム１の先端に、計測対象に照明する２台の光源２と、２台の水中カメラ３が取り付られている。

このように構成された計測装置においては、原子炉内の基準構造物からのアーム１の各軸の変位量から先端部の水中カメラ３の位置を計算し、２台の水中カメラ３のステレオ視により三次元立体寸法を把握するものである。
特願２００４−１２３２７３号明細書 （（社）日本原子力学会「2001年秋の大会」H48水中目視検査用カメラのステレオ視３次元位置標定技術の開発）

しかしながら、上述の従来の位置及び寸法計測方法においては、特に原子炉内の狭隘部への適用を考慮すると、対象面への接近が必要であるため、必要に応じて冗長なアームを適用する必要が有り、この場合準備が大規模になり時間がかかる、アームを使用するためアクセス範囲が限定されることが課題であった。

本発明はかかる従来の課題を解決するためになされたものであり、カメラ映像に基づいて簡便に寸法計測を実施できる作業位置計測方法およびその装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る発明は、表面の概略形状が既知である作業対象面に対して遠隔検査作業を施す作業位置を計測する方法であって、前記作業対象面との相対距離と相対角度を一定に保持することが可能であり表面に位置計測用の参照点を有する移動体を接触させ、カメラと照明を有する監視装置を前記作業対象面との相対位置が既知である任意の基準点に設置し、前記位置計測用の移動体と監視装置とが任意の相対角度または相対距離において作業対象部位と同様の光学的環境下で、前記移動体を撮影した映像データをあらかじめ集積し、前記映像データに基づいて、位置計測用の移動体と監視装置とが任意の相対角度または相対距離における両者の相対距離と、映像上での前記被撮影体表面上の距離寸法と、を一対一に相関させる相関データをあらかじめ求めておき、前記被撮影体と監視装置との相対角度を測定し、前記監視装置のカメラにより移動体を撮影し、その映像上の前記参照点間の寸法距離と、測定した相対角度に一致する前記相関データとを照合することにより、前記監視装置と該移動体の間の相対距離を算出し、前記監視装置の相対位置と、前記相対距離、相対角度に基づいて、位置計測用の該移動体の作業位置を算出することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に係る発明は、表面の概略形状が未知である作業対象面に対して遠隔検査作業を施す作業位置を計測する方法であって、前記作業対象面との相対距離と相対角度を一定に保持することが可能であり表面に位置計測用の参照点を有する移動体を接触させ、カメラと照明を有する監視装置を座標軸上の座標原点に設置し、前記位置計測用の移動体と監視装置とが任意の相対角度または相対距離において作業対象部位と同様の光学的環境下で、前記移動体を撮影した映像データをあらかじめ集積し、前記映像データに基づいて、位置計測用の移動体と監視装置とが任意の相対角度または相対距離における両者の相対距離と、映像上での前記移動体表面上の距離寸法と、を一対一に相関させる相関データをあらかじめ求めておき、撮影した移動体の映像と、前記映像データとを照合することにより該当する相対角度を求め、前記監視装置のカメラにより移動体を撮影し、その映像上の前記参照点間の寸法距離と、該当する相対角度に一致する前記相関データとを照合することにより、前記監視装置と該被撮影隊の間の相対距離を算出し、前記監視装置の相対位置と、前記相対距離、相対角度に基づいて、位置計測用の移動体の作業位置を算出することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または２の発明において、前記移動体に補助カメラと照明を設置し、この補助カメラと作業対象面の相対距離と相対角度を取得し、予め計測される補助カメラと対象面の距離、角度に応じた対象面を想定し、寸法あるいは座標のマークなどのスケール表示を施した模擬対象面のスケール映像データを予め作成しておき、前記スケール映像データと前記補助カメラにより撮影した実際の対象面の映像を重ね合わせることによって、作業対象面上の特徴点の形状寸法を測定することを特徴とするものである。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項３の発明において、前記作業対象面上にある既知の構造物あるいは模様等の目印を基準として、比例計算による寸法のスケール表示が対象面の映像内になされることを特徴とするものである。

本発明の請求項５に係る発明は、表面の概略形状が既知または未知である作業対象面に対して遠隔検査作業を施す作業位置を計測する方法であって、前記作業対象面との相対距離と相対角度を一定に保持することが可能であり、自走するための走行機構と、カメラと照明を有する位置計測用の移動体を前記作業対象面に接触させ、前記移動体のカメラと前記作業対象面との相対角度と距離が任意で、前記作業対象面を撮影した映像データをあらかじめ集積し、撮影した前記作業対象面の映像と、前記映像データとを照合することにより相対距離および相対角度が一致する映像データから映像内における寸法のスケール表示となる定尺格子を作成し、該定尺格子を該映像に重ね合わせ、移動体を自走させながら、前記作業対象面の映像に映っている特徴点の形状の寸法および位置計測することを特徴とするものである。

上記請求項１乃至５の発明では、前記作業対象面に溶接ビード、グラインダ加工痕、ひび、クラッドの剥離痕など、特徴点がある場合には、位置計測対象の装置を移動させ、少なくとも撮像範囲が重複する２つの映像を並べることによって、寸法計測範囲を拡大するようにしてもよい。

本発明の請求項７に係る発明は、表面の概略形状が既知または未知である作業対象面に対して遠隔操作により検査、補修等の保守作業を施す作業位置を計測する装置であって、表面に位置計測用の参照点を有し遠隔操作により移動自在な移動体と、前記作業対象面と前記移動体との相対距離と相対角度を一定に保つ手段と、作業対象面に所定の作業を施すための作業効果器と、を有する作業装置と、カメラと照明を有し、任意の基準点に設置される監視装置と、前記位置計測用の移動体と監視装置とが任意の相対角度または相対距離において作業対象部位と同様の光学的環境下で、前記移動体を撮影した映像データをあらかじめ集積した映像データ記憶手段と、前記映像データに基づいて、位置計測用の移動体と監視装置とが任意の相対角度または相対距離における両者の相対距離と、映像上での前記移動体表面上の参照点間の距離寸法と、を一対一に相関させる相関データを求め、これらの相関データをあらかじめ集積した相関データ記憶手段と、前記監視装置のカメラにより撮影した移動体の映像上の前記参照点間の寸法距離と、測定した相対角度に対応する前記相関データとを照合することにより、前記監視装置と該移動隊の間の相対距離を算出し、若しくは、撮影した移動体の映像と、測定した相対距離に対応する前記映像データとを照合することにより相対角度を求める照合手段と、前記監視装置の相対位置と、前記相対距離、相対角度に基づいて、位置計測用の移動体の位置を算出する位置演算手段と、を具備することを特徴とするものである。

本発明の請求項８に係る発明は、表面の概略形状が未知である作業対象面に対して遠隔検査作業を施す作業位置を計測する装置であって、前記作業対象面との相対距離と相対角度を一定に保つ手段と、作業対象面に沿って移動するための移動手段と、作業対象面上の目視検査を実施するためのカメラおよび照明と、位置計測用の被撮影体と、を有する計測作業装置と、前記計測作業装置のカメラと作業対象面とが任意の相対角度または相対距離において作業対象部位と同様の光学的環境下で、前記作業対象面を撮影した映像データをあらかじめ集積した映像データ記憶手段と、撮影した前記作業対象面の映像と、前記映像データとを照合することにより相対距離および相対角度を求める照合手段と、この相対距離および相対角度に基づいて映像内における寸法の基準スケールとなる定尺格子を作成するとともに該映像に重ね合わせ、移動体を自走させながら、前記作業対象面の映像に映っている特徴点の形状の寸法および位置を算出する演算手段と、を具備することを特徴とするものである。

請求項１に記載した発明によれば、カメラと照明を備えた監視装置を作業対象面との相対位置が既知である基準位置に対して据え付け、前記カメラによって、位置計測用の移動体の外観を撮影した映像と、映像上の寸法距離と相対距離についてあらかじめ用意した相関データに基づいて移動体と監視装置との相対距離または相対角度を求められるので、複雑な三次元計算を行わなくても、簡便に作業位置を計測することができる。

請求項２に記載した発明によれば、カメラと照明を備えた監視装置を座標原点に対して据え付け、前記カメラによって撮影した移動体の外観映像と、映像上の寸法距離と相対距離についてあらかじめ用意した相関データに基づいて、位置計測対象の装置と監視装置の相対距離および相対角度を求めることができるので、監視装置にモータなどの駆動装置を必要とせず、位置計測対象の存在する場所の予測が困難な場合、移動を伴う場合でも簡便に装置の位置を計測することができる。

請求項３に記載した発明によれば、位置計測用の移動体の位置を計測するだけでなく、目視点検時のひびの端部など、対象面の寸法計測を簡便に行うことができる。

請求項４に記載にした発明によれば、作業対象面上にあらかじめある既知の構造物や目印を基準として、絶対的な位置を計測することが容易になるとともに、監視装置の位置が不明でも、作業位置及び作業対象面内の寸法計測が可能になる。

請求項５に記載した発明によれば、監視装置を用いずとも、移動体に設けたカメラによる映像から作業対象面の寸法測定や位置測定を行うことができる。

請求項６に記載した発明によれば、カメラ映像に一度に収まらない大きな計測対象であっても、移動体の移動距離と、カメラの視野角に応じたスケールにより、監視装置がなくても寸法計測が簡便に行い、映像精度で寸法計測できる範囲を拡大することができる。

請求項７に記載した発明によれば、ロボットアームのようなアームを使用せずに、接近し難い作業対象面上の位置測定や形状測定を、カメラによる映像を利用して簡便に行うことができる。

請求項８に記載した発明によれば、カメラと対象面との距離を同一とする複数映像を重ねることによって、相関データとの照合に可能な限り適したカメラ画像が得られ、監視装置を用いることなく、特徴点の寸法位置測定が可能となる。

以下、本発明による作業位置計測方法およびその装置の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

第１実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態による作業位置計測方法を実施するための計測装置を示す。
本実施の形態は、例えば、原子力発電施設の圧力容器について、水中カメラを用いて遠隔操作による目視検査、補修などの保守作業を行う際して、作業を施している現在位置を把握できるようにするための実施の形態である。

図１において、参照番号５０は、作業対象面を示す。この作業対象面５０は、概略形状は既知であるものとする。参照番号１０は、作業対象面５０に沿って移動しながら目視検査、サンプル採取、検査、サンプル採取、欠陥除去、補修溶接、予防保全などの保守作業を実施する作業装置の全体を示す。この作業装置１０は、大きく分けると、遠隔操作により水中を移動する移動体１１と、上記作業を実施する手段を構成する作業効果器１２と、から構成されている。移動体１１には、作業対象面５０との相対距離と相対角度を一定に保つ手段として、この実施例では４点で移動体を支持する干渉体１３が取り付けられている。また、移動体１１は、推進器１４、照明灯１５を備えており、この推進器１４は、移動体１１を移動させるための推力と、移動体１１の干渉体１３を作業対象面５０に対して押し付けるための推力を発生させることができる。

この実施形態では、移動体１１は直方体形状であり、干渉体１３が取り付けられている面を除いた各５面には、目盛り１６が設けられているとともにそれぞれ適所に位置計測用の参照点１７が付印されている。このような移動体１１は、任意の直交２軸の姿勢角が傾斜計（図示せず）で計測されるか、浮心と重心のオフセットからほぼ一定に保たれるかして既知である。また、移動体１１に取り付けられた作業効果器１２の作業点、照明灯１５、参照点１７、目盛り１６、干渉体１３の相対的な取り付け位置は既知である。

次に、参照番号１８は、移動体１１をカメラで撮影して、位置測定ための映像を取得するための監視装置を示す。この監視装置１８の本体フレーム１９には、カメラ２０と照明２１が取り付けられている。この第１実施形態における監視装置１８は、作業対象面５０からの相対位置が既知である基準点Ｐに設置されている。この監視装置１８では、カメラ２０の基準点に対する相対的な取り付け位置、角度は予め測定され、既知である。

図２は、監視装置１８のカメラ２０で移動体１１を撮影したカメラ映像２２を示している。作業対象面５０に干渉体１３が当接した状態で相対距離と相対角度が一定に保たれていると、カメラ映像２２は、カメラ２０と作業対象面５０との相対距離および相対角度が異なれば、違った映像になる。

そこで、作業対象面５０との監視装置１８のカメラ２０の間で、角度と距離を様々に変えて、作業部位と同様の光の屈折率に関連する環境下で移動体１１を多様な位置、角度にて撮影した映像データ（図示せず）があらかじめ取得される。

図３は、あらかじめ取得してあるこれらの映像データから求めた映像寸法相関データの一例を示すグラフである。

この映像寸法相関データでは、移動体１１のカメラ２０の光軸に対する相対角度が与えられた場合に、カメラ２０と移動体１１の間の距離に応じた映像寸法の相関を示すデータである。この図３では、横軸がカメラ２０から中心軸と移動体１１の被撮影面との交点２３までの距離を表し、縦軸がその映像における寸法距離を表している。

なお、図１において、参照番号２４は、上述の映像データや映像寸法相関データが集積されて記憶されている記憶装置、参照番号２５は、前記相関データとを照合することにより、監視装置１８と移動体１１の間の相対距離や相対角度を算出し、移動体１１が実際に存在する位置を計算する演算装置を示す。

以上のように構成された第１実施の形態の作業位置計測装置を用いて実施する作業位置計測方法について説明する。

遠隔操作により推進機１４を作動させて移動体１１を作業対象面５０に向かって移動させ、移動体１１の干渉体１３を作業対象面５０に対して接触させる。この接触状態で移動体１１は、作業対象面５０に対して一定の姿勢角度で一定の距離を保つことができる。また、必要に応じて、推進機１４を作動させて、停止位置を調節する。

次に、監視装置１８のカメラ２０で移動体１１を撮影する。このとき、図２に示すようなカメラ映像２２が得られる。このような鮮明な映像が得られるように、監視装置１８の設置位置を調節する。

このとき、作業対象面５０と移動体１１の姿勢角、監視装置１８の基準点Ｐに対する位置及び角度は既知であるから、これらから移動体１１のカメラ２０の中心軸に対する相対角度を算出することができる。

そこで、このとき得られた相対角度に対応する映像寸法相関データを参照して、次のようにして、カメラ２０と移動体１１との相対距離、すなわち、移動体１１の外表面とカメラ２０の中心軸の交点２３までの距離を求める。図２において、例えば、カメラ映像9内の任意の照明灯１５、参照点１７、目盛り１６の距離寸法がＬ1であるとすると、図３からこのときのカメラから移動体１１の外表面とカメラ6中心軸との交点16までの距離Ｌを求めることができる。

作業対象面５０の任意の座標が既知で、移動体１１の干渉体１３が作業対象面５０に接触して一定の距離に保たれているので、移動体１１の外表面上の任意の照明灯１５、参照点１７、目盛り１６の存在する可能性のある座標を予め求められる。移動体１１上の交点２３までの距離のデータあるいは予め把握されている監視装置１８のカメラ２０の指向角度から、移動体１１の実際に存在する座標を計算する。

そして、移動体１１の姿勢と任意の参照点１７の座標から、作業効果器１２の作業点の座標を計算することができる。また、必要に応じて、推進機１４を作動させ、作業効果器１２の作業点を移動、調節、位置決めする。

以上のように、本実施形態によれば、予め監視装置１８に対する作業対象面５０の相対座標が把握されていれば、移動体１１を動かしてその干渉体１３を作業対象面５０に対して接触させることにより、そのときの移動体１１の姿勢及び存在座標が限定できる。従って、カメラ映像２２内に移動体１１の全景あるいは一部が映った時の作業対象面５０に対する監視装置１８の相対角度を求め、カメラ２０に映ったカメラ映像２２内の映像寸法から移動体１１と監視装置5の相対距離を導出することにより、複雑な三次元の計算を行わなくても、簡便に移動体１１及び作業効果器１２による作業点座標を簡便に計算できる。

また、これにより、基準点からマニピュレータのように関節軸で接続された装置でなく、推進機１４を有する空間を自由に移動できる移動体１２でも特定の座標に対する各種作業ができるようになる。また、検査時など任意の対象点の座標を求めることができる。

第２実施形態
次に、第２の実施形態による作業位置計測方法について図４に基づき説明する。

図４において、本実施の形態で用いる作業位置計測に用いられる移動体１１そのものは、図１で示した移動体１１と同一であり、同じ構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。

この第２実施形態の場合、第１の実施の形態と比較して最も異なる点は、第１実施形態では、作業対象面５０の概略形状が既知であるのに対して、この第２実施形態では、作業対象面５０が特定されている必要はないことである。また、移動体１１の任意直交２軸の姿勢角が傾斜計（図示せず）で計測されるか、浮心と重心のオフセットからほぼ一定に保たれる必要は無い。

他方、監視装置１８については、カメラ２０と照明２１を備えた構成は同様であるが設置位置が第１実施形態と異なる。すなわち、第１実施形態における監視装置１８は、作業対象面５０からの相対位置が既知である基準点Ｐに設置されているのに対して、この第２実施形態では、作業対象面そのものが特定されていないので、図４に示すように、あらかじめ座標系を設定しておき、監視装置１８の設置位置は、座標原点とする。

この第２実施形態では、第１実施形態と異なり、作業対象面５０ があらかじめ特定されていないので、座標軸の原点に監視装置１８を配置した場合、図４において、カメラ２０と移動体１１の相対距離として、カメラ２０から移動体１１上のカメラ中心軸の交点２３までの距離Ｌと、移動体１１に対するカメラ２０の相対角度θは未知である。

そこで、記憶装置２４に集積されている映像データ、すなわち、移動体１１と監視装置１８のカメラ２０の間で、角度と距離を様々に変えて、作業部位と同様の光の屈折率に関連する環境下で移動体１１を多様な位置、角度にて撮影した映像データを利用して相対角度θを求めるようになっている。

また、移動体１１とカメラの相対距離Ｌについては、図３に示したような、あらかじめ取得してあるこれらの映像データから求めた映像寸法相関データを利用して求める点は第１実施形態と同様である。

次に、以上のように構成された第２実施形態による作業位置計測方法について説明する。

移動体１１は、遠隔操作により作業対象面５０まで推進器１４を作動させて移動し、移動体１１の干渉体１３を作業対象面５０に接触させ、そのまま推進器１４の推力で接触状態を維持すると、移動体１１は作業対象面５０に対して一定の距離、姿勢角度を保つ。また、必要に応じて、推進器１４を作動させて、停止位置を調節する。このとき、監視装置１８のカメラ２０から得られるカメラ映像２２は、図２に示したような映像になり、この点は第１実施形態と同様である。

次に、移動体１１のカメラ２０の相対角度θは未知であるので、これを求めるために、演算装置２５は、記憶装置２４に集積されている映像データと、撮影した移動体１１のカメラ映像２２とを照合する。そして、映像が一致すれば、その映像データを撮影したときの相対角度は、現在の移動体１１とカメラ２０の相対角度θにほかならないことになるから、これにより、相対角度θを求めることができる。

他方、こうして得られた相対角度θに対応する映像寸法相関データを参照して、カメラ２０と移動体１１との相対距離Ｌを求めるやり方は、第１実施形態と同様である。すなわち、図２において、例えば、カメラ映像２２内の任意の照明灯１５、参照点１７、目盛り１６の距離寸法がＬ1であるとすると、図３からこのときのカメラから移動体１１の外表面とカメラ２０中心軸との交点２３までの距離Ｌを求めることができる。

以上のようにして、作業対象面の位置について事前にわからず、予測できない場合であつても、相対角度θと相対距離Ｌがわかるので、移動体１１の干渉体１３が作業対象面５０に接触して一定の距離に保たれていることから、そのときの移動体１１の姿勢及び存在座標が限定できるので、複雑な三次元の計算を行わなくても、簡便に移動体１１及び作業効果器による作業点座標を簡便に計算することができる。

また、これにより、基準点からマニピュレータのように関節軸で接続された装置でなく、推進機12を有する空間を自由に移動できる装置1でも特定の座標に対する各種作業ができるようになる。また、検査時など任意の対象点の座標を求めることができる。

第３実施形態
図５は、第１の実施形態、第２実施の形態に関連し、監視装置5に能動的に駆動できる指向調節機構を付加した実施形態を示す。

本実施の形態で用いる作業位置計測に用いられる移動体１１そのものは、図１、図４で示した移動体１１と同一であり、同じ構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。

この第３実施形態の場合、監視装置１８には、カメラ２０と照明２１が指向する方向を２軸について調整できるように、本体フレーム１９をその軸周りに回転させる回転機構２６と軸方向に上下に伸縮される上下機構２７が設けられている。そして、回転機構２６、上下機構２７によりカメラ２０が変位する角度と上下方向の移動量は、図示しない変位計測器により検出されるようになっている。

以上のように構成される第３実施形態によれば、移動体１１の干渉体１３を作業対象面５０に接触させて移動体１１が作業対象面５０から一定の距離に保たれた状態でカメラ２０により移動体１１を撮影する点は同じであるが、監視装置１８において角度及び変位計測可能な回転機構２６と上下機構２７を作動させることにより、カメラ２０を適切な方位に指向させ、図６に示すように、図２の映像とは違った方位から撮影できるように、カメラ映像２２の映り方を調節することができるので、監視装置１８の設置換えを行わずに、監視領域を広げることができる。

また、監視装置１８のカメラ２０で撮影したカメラ映像２２と映像寸法相関データとの照合や、座標計算は、第１実施形態または第２実施形態と同じようにすることができる。その場合、映像寸法相関データとの照合に可能な限り適したカメラ映像２２が得られるようカメラの指向方向を調節できるので、予め取得するべき映像データ量の低減や映像寸法相関データと実際のカメラ映像２２との照合の作業量が軽減される。

第４実施形態
次に、図７は、第１の実施の形態、第２の実施の形態に関連し、移動体１１には、作業対象面の表面をカメラにより目視検査をする実施形態を示す。

この第４実施実施形態では、移動体１１には、作業効果器１２の具体例として、目視検査用のカメラ２８と照明２９が配設されている。監視装置１８については、第３実施形態における図５に示した監視装置１８と同じく、角度及び変位計測可能な回転機構２６と上下機構２７を作動させることにより、移動体１１を撮影するカメラ２０を適切な方位に指向させ、映像の映り方を調節する点は同じである。

図７において、移動体１１の干渉体１３を作業対象面５０に接触させ、移動体１１に配置したカメラ２８で作業対象面５０を撮影すると、図８、図９に示すようなカメラ画像３０が得られる。これらのカメラ画像３０において、作業対象面５０上には特徴点３１、３２が映し出されている。これらの特徴点３１、３２は、例えば、溶接ビートや、グラインダ加工痕、ひび割れ、クラットの剥離痕などを利用できる。

移動体１１は、干渉体１３が作業対象面５０に当たっていることにより、移動体１１と作業対象面５０は一定距離に保たれるので、カメラ２８で得られたカメラ映像３０における寸法は一定であるから、この寸法をあらかじめ把握することにより、図１０に示す定尺格子模様３３の画像を作成し、これを寸法の基準スケールとして利用することができる。

図８あるいは図９のカメラ画像ように作業対象面５０上の特徴点３１、３２の映像を取得した後、図１１に示すように、定尺格子模様３３の画像を特徴点３１、３２の映った映像に重畳させることにより、特徴点３１、３２の寸法を計測することができる。

このとき、監視装置１８のカメラ２０で移動体１１を撮影したカメラ映像２２（図１２）と映像寸法相関データ（図３）との照合や、座標計算は、第１実施形態または第２実施形態と同じようにすることができる。その際、監視装置１８によりカメラ２０を適切な方位に指向させることができるので、監視装置１８の設置換えを行わず、監視領域を広げることができる。また、映像寸法相関データとの照合に可能な限り適したカメラ映像２２が得られるよう調節できるので、予め取得するべき映像データ量の低減や映像寸法相関データと実際のカメラ映像２２との照合の負荷が軽減される。

このようにして、第１実施形態または第２実施形態による作業位置計測方法を実施し、移動体１１のカメラの位置を把握した上で、特徴点３１、３２の寸法を計測し、その位置座標を計測することができる。

なお、監視装置１８では、特徴点３１、３２が斜視となり視認困難な場合であっても、正面付近よりカメラ２８にて映像を取得できるため、精度の高い位置及び寸法計測が可能となる。

次に、図７に示したカメラ２８と照明２９が配設された移動体１１を用いて、作業対象面を目視検査を実施する他の検査態様について、図１３〜図１６を参照して説明する。

図１３において、移動体１１には、作業効果器１２の具体例として、目視検査用のカメラ２８と照明２９が配設されている。監視装置１８については、第３実施形態における図５に示した監視装置１８と同じく、角度及び変位計測可能な回転機構２６と上下機構２７を備えている。

図７と異なる点は、事前に定尺格子模様３３のような基準スケールを取得する代わりに、寸法既知のランドマークを利用する点にある。図１３において、作業対象面５０には、ランドマークして、構造物３５が取付けられていることを前提とする。

そこで、移動体１１の干渉体１３を作業対象面５０に接触させ、移動体１１に配置したカメラ２８で作業対象面５０を撮影すると、図１４に示すようなカメラ画像３６が得られる。このカメラ画像３６では、構造物３５が図１４に示すように写っているとすると、構造物３５は事前に寸法ａ、ｂが既知なのであるから、この構造物３５の既知の寸法ａ、ｂを定尺格子模様３３のような基準スケールの代わりに用い比例計算を行うことによって、カメラ画像３６上の任意の寸法を測定することができる。

なお、監視装置１８のカメラ２０で移動体１１を撮影したカメラ映像２２（図１２）と映像寸法相関データとの照合や、座標計算は、第１実施形態または第２実施形態と同じようにする点は、定尺格子模様３３を基準スケールとする場合と同様である。

次に、図１５に示す移動体１１では、カメラ２８の両側に指向性のある光を照射する光照射装置３７が２台、カメラ２８の光軸に平行に配設されている。この光照射装置３７の光軸間距離はあらかじめ測定され、既知であるものとする。

この図１５では、図１３の作業対象面５０にある構造物３５をランドマークとする代わりに、光照射装置３５から作業対象面５０に向けて照射し、作業対象面５０での光点３８、３８の間の寸法距離ｃを基準スケールとして、比例計算により寸法計測するものである。

移動体１１では、干渉体１３の接触により、移動体１１と作業対象面５０は一定距離に保たれている。このとき、カメラ２８で得られたカメラ画像４０（図１６）における寸法は一定である。そして、カメラ画像４０には、光照射装置３７から平行に照射され作業対象面５０にて反射する光点３８、３８が図１６に示すように映し出されており、光点３８、３８の間の寸法距離ｃは、光照射装置３７が平行に設置され指向性のある光を照射するため、光点３８、３８間の寸法距離ｃは予め把握することができる。したがって、光点３８、３８の間の寸法距離ｃを基準スケールとして、比例計算によりカメラ画像４０上の任意の寸法を測定することができる。

なお、監視装置１８のカメラ２０で移動体１１を撮影したカメラ映像２２（図１２）と映像寸法相関データとの照合や、座標計算は、第１実施形態または第２実施形態と同じようにする点は、定尺格子模様を基準スケールとする場合と同様である。

以上のようにして、第４実施形態によれば、図１１に示すような定尺格子模様３３や、図１３のような構造物３５をランドマークとしたり、あるいは、図１５のようにカメラ２８の両側の光照射装置３７から指向性のある光を作業対象面に照射することにより、移動体１１のカメラで撮影した画像から寸法を計測できるる。しかも、監視装置１８では、斜視となり視認困難な対象面であっても、正面付近よりカメラ21にて映像を取得できるため、精度の高い位置及び寸法計測が可能となる。なお、構造物３５をランドマークとしたり、光を照射する場合には、必ずしも定尺格子模様３３を事前に取得する必要がないため、準備が勘弁となる。また、映像寸法相関データを用いて、光点３８、３８間の寸法差を把握する場合には、カメラ映像４０の奥行き方向の補正が可能である。

第５実施形態
次に、第１の実施の形態では、作業対象面５０と監視装置１８との相対位置が既知である場合であったが、この第５実施形態では、作業対象面５０が未知であるため、あらかじめ未知の作業対象面５０の形状を計測した上で、作業位置及び寸法計測を実施する場合の実施形態を図１７を参照して説明する。

図１７において、未知の作業対象面５０の形状測定を実施する装置は、図５における回転機構２６及び上下機構２７を備えた監視装置１８の本体フレーム１９に、照明２１、カメラ２０の代わりに、距離測定装置４２が取付けられている。第１の実施の形態の実施に先立ち、作業対象面５０の形状計測を行うことが本実施形態の特徴であり、それ以外の構成は、第１の実施の形態と同じである。

図１７に示すような、距離測定装置４２を備えた監視装置１８を作業対象面５０に対して適当な位置に設置し、作業対象面５０との間の距離を計測する。その計測データに基づいて、第１の実施の形態と同様に、移動体１１を作業対象面５０１に接触させ、監視装置１８のカメラ２０で移動体を撮影し、このカメラ映像から位置及び寸法計測を実施する。

以上の第５実施形態によれば、未知の作業対象面５０の相対距離、寸法を把握して寸法計測を実施することになるため、予め取得するべき映像データ量の低減や相関データと実際のカメラ映像との照合の負荷が軽減される。

第６実施形態
次に、図１８を参照しながら、第１の実施の形態、第２の実施の形態に関連して監視装置１８を必要としない実施例の形態について説明する。
図１８において、本実施の形態の場合、移動体１１は、目視検査を実施するカメラ２８と照明２９を作業効果器として備え、移動及び作業対象面５０に対する押付けのための推進機１４に加えて、押付け後に作業対象面５０に沿っての移動を行う走行機構４４を具備している。この走行機構４４には走行位置を計測する手段（図示せず）を有しており、作業対象面５０上の基準位置からの走行時の相対位置を計測することができる。移動体１１のカメラ２８を用いて、カメラ２８と対象面角度と距離に応じて作業部位と同様の光の屈折率に関連する環境下で取得された映像データ（図示せず）と、その映像の寸法に合わせて作成した図１０に示す定尺格子模様３３があらかじめ取得されている点は、第４実施形態と同様である。なお、移動体１１に取付けられたカメラ２８の光軸、走行機構４４の相対的な取り付け位置及び角度は予め測定され、既知である。

本実施形態によれば、移動体１１では、走行機構４４により作業対象面５０に接触することにより、移動体１１と作業対象面13は一定距離に保たれるため、第４実施形態と同じようにして、カメラ２８からの映像における寸法をあらかじめ把握し、図１０に示す定尺格子模様３３を作成することができる。図８あるいは図９のように作業対象面５０上の特徴点３１の映像を取得した後、図１１に示すように、定尺格子模様３３を特徴点３１の映った映像に重複させ、特徴点３１の寸法計測を行う。このとき、走行機構４４の走行位置計測により、移動体１１の特徴点を基準に作業対象面上での相対座標を計測することができ、移動体１１のカメラ２８の位置も予め把握できるため、特徴点３１の位置座標を計測することができる。

本実施形態のように、移動体１１に位置計測機能がある場合には、第１実施形態のように必ずしも監視装置１８を用いる必要はなく、移動体１１のもつ位置計測機能と定尺格子模様３３を用いることで、特徴点３１の位置座標の測を簡便に行うことができる。

更に、監視装置１８のカメラ２０による撮影では、斜視となり視認困難な特徴点３１であっても、移動体１１のカメラ２８にて正面付近より映像を取得できるため、精度の高い位置及び寸法計測が可能となる。

本発明の第１の実施形態による作業位置計測方法を実施する装置の全体構成図。 図１の状態における監視装置からの映像を示す図。 映像寸法相関データの例（対象面までの距離と映像内寸法のグラフ）を示す図。 本発明の第２の実施形態による作業位置計測方法を実施する装置の全体構成図。 本発明の第３の実施形態による作業位置計測方法を実施する装置の全体構成図。 図５の状態における監視装置からの映像を示す図。 本発明の第４の実施形態による作業位置計測方法を実施する装置の全体構成図。 図７の状態において、移動体のカメラからの映像を示す図。 図７の状態において、移動体のカメラからの映像を示す図。 あらかじめ取得される映像内の定尺格子模様（スケールテンプレート）を示す図。 位置計測対象装置からのカメラ映像と図１０の定尺格子模様の重ね合わせの説明図。 図７の状態における監視装置からの映像を示す図。 本発明の第４の実施形態による他の実施例の作業位置計測方法を実施する装置の全体構成図。 図１３の状態において、移動体のカメラからの映像を示す図。 本発明の第４の実施形態による他の実施例の作業位置計測方法を実施する装置の全体構成図。 図１５の状態において、移動体のカメラからの映像を示す図。 本発明の第５の実施形態による他の実施例の作業位置計測方法を実施する装置の全体構成図。 本発明の第６の実施形態による他の実施例の作業位置計測方法を実施する装置の全体構成図。 アームを用いた従来の位置及び寸法計測方法の説明図。

符号の説明

１１ 移動体
１２ 作業効果器
１３ 干渉体
１４ 推進器
１５ 照明灯
１７ 参照点
１８ 監視装置
２０ カメラ
２１ 照明
５０ 作業対象面

Claims (8)

1. 表面の概略形状が既知である作業対象面に対して遠隔操作により検査、補修等の保守作業を施す作業位置を計測する方法であって、
   前記作業対象面との相対距離と相対角度を一定に保持することが可能であり表面に位置計測用の参照点を有する移動体を接触させ、
   カメラと照明を有する監視装置を前記作業対象面との相対位置が既知である任意の基準点に設置し、
   前記位置計測用の移動体と監視装置とが任意の相対角度または相対距離において作業対象部位と同様の光学的環境下で、前記移動体を撮影した映像データをあらかじめ集積し、
   前記映像データに基づいて、位置計測用の移動体と監視装置とが任意の相対角度または相対距離における両者の相対距離と、映像上での前記被撮影体表面上の距離寸法と、を一対一に相関させる相関データをあらかじめ求めておき、
   前記被撮影体と監視装置との相対角度を測定し、
   前記監視装置のカメラにより移動体を撮影し、その映像上の前記参照点間の寸法距離と、測定した相対角度に一致する前記相関データとを照合することにより、前記監視装置と該移動体の間の相対距離を算出し、
   前記監視装置の相対位置と、前記相対距離、相対角度に基づいて、位置計測用の該移動体の作業位置を算出することを特徴とする作業位置計測方法。
2. 表面の概略形状が未知である作業対象面に対して遠隔操作により検査、補修等の保守作業を施す作業位置を計測する方法であって、
   前記作業対象面との相対距離と相対角度を一定に保持することが可能であり表面に位置計測用の参照点を有する移動体を接触させ、
   カメラと照明を有する監視装置を座標軸上の座標原点に設置し、
   前記位置計測用の移動体と監視装置とが任意の相対角度または相対距離において作業対象部位と同様の光学的環境下で、前記移動体を撮影した映像データをあらかじめ集積し、
   前記映像データに基づいて、位置計測用の移動体と監視装置とが任意の相対角度または相対距離における両者の相対距離と、映像上での前記移動体表面上の距離寸法と、を一対一に相関させる相関データをあらかじめ求めておき、
   撮影した移動体の映像と、前記映像データとを照合することにより該当する相対角度を求め、
   前記監視装置のカメラにより移動体を撮影し、その映像上の前記参照点間の寸法距離と、該当する相対角度に一致する前記相関データとを照合することにより、前記監視装置と該被撮影隊の間の相対距離を算出し、
   前記監視装置の相対位置と、前記相対距離、相対角度に基づいて、位置計測用の移動体の作業位置を算出することを特徴とする作業位置計測方法。
3. 前記移動体に補助カメラと照明を設置し、この補助カメラと作業対象面の相対距離と相対角度を取得し、
   予め計測される補助カメラと対象面の距離、角度に応じた対象面を想定し、寸法あるいは座標のマークなどのスケール表示を施した模擬対象面のスケール映像データを予め作成しておき、
   前記スケール映像データと前記補助カメラにより撮影した実際の対象面の映像を重ね合わせることによって、作業対象面上の特徴点の形状寸法を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の作業位置計測方法。
4. 前記作業対象面上にある既知の構造物あるいは模様等の目印を基準として、比例計算による寸法のスケール表示が対象面の映像内になされることを特徴とする請求項３に記載の作業位置計測方法。
5. 表面の概略形状が未知である作業対象面に対して遠隔操作により検査、補修等の保守作業を施す作業位置を計測する方法であって、
   前記作業対象面との相対距離と相対角度を一定に保持することが可能であり、自走するための走行機構と、カメラと照明を有する位置計測用の移動体を前記作業対象面に接触させ、
   前記移動体のカメラと前記作業対象面との相対角度と距離が任意で、前記作業対象面を撮影した映像データをあらかじめ集積し、
   撮影した前記作業対象面の映像と、前記映像データとを照合することにより相対距離および相対角度が一致する映像データから映像内における寸法のスケール表示となる定尺格子を作成し、
   該定尺格子を該映像に重ね合わせ、移動体を自走させながら、前記作業対象面の映像に映っている特徴点の形状の寸法および位置計測することを特徴とする作業位置計測方法。
6. 前記作業対象面に溶接ビード、グラインダ加工痕、ひび、クラッドの剥離痕など、特徴点がある場合には、位置計測対象の装置を移動させ、少なくとも撮像範囲が重複する２つの映像を並べることによって、寸法計測範囲を拡大することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の作業位置計測方法。
7. 表面の概略形状が既知または未知である作業対象面に対して遠隔操作により検査、補修等の保守作業を施す作業位置を計測する装置であって、
   表面に位置計測用の参照点を有し遠隔操作により移動自在な移動体と、前記作業対象面と前記移動体との相対距離と相対角度を一定に保つ手段と、作業対象面に所定の作業を施すための作業効果器と、を有する作業装置と、
   カメラと照明を有し、任意の基準点に設置される監視装置と、
   前記位置計測用の移動体と監視装置とが任意の相対角度または相対距離において作業対象部位と同様の光学的環境下で、前記移動体を撮影した映像データをあらかじめ集積した映像データ記憶手段と、
   前記映像データに基づいて、位置計測用の移動体と監視装置とが任意の相対角度または相対距離における両者の相対距離と、映像上での前記移動体表面上の参照点間の距離寸法と、を一対一に相関させる相関データを求め、これらの相関データをあらかじめ集積した相関データ記憶手段と、
   前記監視装置のカメラにより撮影した移動体の映像上の前記参照点間の寸法距離と、測定した相対角度に対応する前記相関データとを照合することにより、前記監視装置と該移動隊の間の相対距離を算出し、若しくは、撮影した移動体の映像と、測定した相対距離に対応する前記映像データとを照合することにより相対角度を求める照合手段と、
   前記監視装置の相対位置と、前記相対距離、相対角度に基づいて、位置計測用の移動体の位置を算出する位置演算手段と、
   を具備することを特徴とする作業位置計測装置。
8. 表面の概略形状が既知である作業対象面に対して遠隔操作により検査、補修等の保守作業を施す作業位置を計測する装置であって、
   表面に位置計測用の参照点を有し前記作業対象面に沿って移動自在な移動体と、前記作業対象面と前記移動体との相対距離と相対角度を一定に保つ手段と、作業対象面上の目視検査を実施するためのカメラおよび照明と、を有する計測作業装置と、
   前記計測作業装置のカメラと作業対象面とが任意の相対角度または相対距離において作業対象部位と同様の光学的環境下で、前記作業対象面を撮影した映像データをあらかじめ集積した映像データ記憶手段と、
   撮影した前記作業対象面の映像と、前記映像データとを照合することにより相対距離および相対角度を求める照合手段と、
   この相対距離および相対角度に基づいて映像内における寸法の基準スケールとなる定尺格子を作成するとともに該映像に重ね合わせ、移動体を自走させながら、前記作業対象面の映像に映っている特徴点の形状の寸法および位置を算出する演算手段と、を具備することを特徴とする作業位置計測装置。

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