JP2017026350A - 検査用カメラおよびこれを備えた検査システム、検査方法 - Google Patents

検査用カメラおよびこれを備えた検査システム、検査方法 Download PDF

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Abstract

【課題】撮像された画像を用いて高精度にひび割れ等の大きさを検出することが可能な検査用カメラおよびこれを備えた検査システム、検査方法を提供する。
【解決手段】検査用カメラ13は、ケース41と、撮像部13aと、複数のレーザ照射部13ba〜13bdとを備えている。撮像部13aは、ケース41に設置されており、第1方向において被写体を撮像する。複数のレーザ照射部13ba〜13bdは、ケース41における撮像部13aの周辺に配置されており、撮像部13aにおいて撮像された画像における対象物の寸法を測定する際の基準となるレーザ光を第1方向に向かって照射する。
【選択図】図5

Description

本開示は、壁面等に発生したひび割れ等の検査を実施するために用いられる検査用カメラおよびこれを備えた検査システム、検査方法に関する。
特許文献1および特許文献2は、水中で検査対象を撮影する遠隔制御ロボットを開示する。これらは、浮力体、推進装置、カメラ、照明等からなる本体と、本体を制御する制御装置等から構成される。これにより、従来の潜水士に代わって、人が水中に潜らずとも遠隔制御でダム等の水中を移動して検査対象を撮影することができる。
特開昭61−200089号公報 特公平7−74030号公報
本開示は、撮像された画像を用いて高精度に測定対象物の寸法を検出することが可能な検査用カメラおよびこれを備えた検査システム、検査方法を提供する。
本開示に係る検査用カメラは、筐体部と、撮像部と、複数のレーザ照射部と、を備えている。撮像部は、筐体部に設置されており、第1方向において被写体を撮像する。複数のレーザ照射部は、筐体部における撮像部の周辺に配置されており、撮像部において撮像された画像における対象物の寸法を測定する際の基準となるレーザ光を第1方向に平行に、被写体に向かって照射する。
本開示に係る検査用カメラによれば、撮像された画像を用いて高精度に測定対象物の寸法を検出することができる。
本開示の一実施形態に係る水中用ロボットの構成を示す全体斜視図。 図1の水中用ロボットの上面図。 図1の水中用ロボットの左側面図。 図1の水中用ロボットの正面図。 図1の水中用ロボットの右側面図。 図1の水中用ロボットの背面図。 図1の水中用ロボットを含む検査システムの構成を示す制御ブロック図。 図1の水中用ロボットの構成に含まれる検査用カメラの構成を示す斜視図。 図4の検査用カメラの構成を示す分解斜視図。 図4の検査用カメラの内部構成を示す正面図。 図6のA−A線矢視断面図。 図1の水中用ロボットを用いてダムの壁面を検査する際の工程を示す模式図。 図1の水中用ロボットを用いた検査方法において、ダムの壁面に照射された複数のレーザの重心位置を検出して壁面からの水中用ロボットの距離および傾きを算出する工程を説明するための図。 壁面からの距離0.5mで撮影した画像におけるレーザの照射位置の間隔を示す図。 壁面からの距離1.0mで撮影した画像におけるレーザの照射位置の間隔を示す図。 ダムの壁面に生じた傷と4点のレーザ光の位置とを含む画像を示す図。 図1の水中用ロボットを用いた壁面に生じた傷の大きさを算出する検査方法の流れを示すフローチャート。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
(実施形態1)
本開示の一実施形態に係る検査用カメラ13を搭載した水中用ロボット10およびこれを備えた検査システム、検査方法について、図1〜図12を用いて説明すれば以下の通りである。
なお、本実施形態では、以下の説明において、上下・前後・左右の各方向を図1に示すように定義する。
すなわち、水中用ロボット10が水中において潜行している際の基本姿勢(直立姿勢)において、水面側を上、水底側を下と定義する。そして、円筒状の本体ユニット12の中心軸に沿って上下方向に伸びる仮想的な軸を上下軸(第2軸)とする。
この上下軸の方向に直交する平面において、後述する操作用カメラ12aおよび検査用カメラ13が撮影する方向を前と定義する。つまり、検査用カメラ13等の光軸に沿って被写体へ向かう方向(第1方向)を前とし、その反対を後とする。そして、検査用カメラ13の光軸と平行であって、前後方向に伸びる仮想的な軸を前後軸(第1軸)とする。
さらに、上下軸と前後軸とにそれぞれ直交する仮想的な軸を左右軸(第3軸)とする。
従って、操縦者が操作用カメラ12aによって撮影された画面をコントローラ1のモニタ等で見ながら操作する場合には、浮上/潜航が上/下方向、前進/後進が前/後方向、左進(あるいは左旋回/反時計回り)/右進(あるいは右旋回/時計回り)が左/右方向に対応する。
また、以下の説明では、前後軸を中心とする回転の方向をロール方向、左右軸を中心とする回転の方向をピッチ方向、上下軸を中心とする回転の方向をヨー方向とする。
ここで、高速道路やダム等の社会インフラは、建設されて長い年月が経過したことによる老朽化が進んでいる。近年、これらの社会インフラにおける事故や災害等の発生を未然に防ぐために、点検・整備等が重要となっている。
例えば、ダムの点検は、水深の深い位置まで潜水して点検作業を行う必要があり、ダイバーによる点検作業ではリスクを伴うとともに高額な費用がかかってしまう。このため、人の代わりとして水中の様子を把握できるように、水中用ロボットが開発されている。しかしながら、従来の水中用ロボットは、ダムの壁面に対して相対的な位置・姿勢を任意の状態に制御したり、一定に保持したりすることが難しく、鮮明な画像を得ることが困難であった。本開示の水中用ロボット10は、このような課題に鑑みて、以下のような構成を備えたものである。
<水中用ロボット10の説明>
本実施形態に係る水中用ロボット10は、例えば、ダムの壁面に生じた亀裂等の検査を実施するために、水中において潜行しながら検査対象となる壁面等の撮影を行う。そして、水中用ロボット10は、図1および図2A〜図2Eに示すように、バンパー(フレーム)11、本体ユニット12、検査用カメラ13、ソナー14、照明15、バッテリユニット16、固定浮力材17a,17b、推進器ユニット20、姿勢調整機構30を備えている。
また、水中用ロボット10は、図3に示すように、ケーブル2を介して、コントローラ1に有線接続されており、地上の操作者からコントローラ1を介して入力された操作内容に応じて、動作・姿勢等が制御される。
水中用ロボット10を操作するコントローラ1は、例えば、水中用ロボット10から送信される各種情報を表示するモニタ、水中用ロボット10を操縦するための入力部等を有している。そして、コントローラ1は、ダムの壁面等の検査対象物との相対的な位置および姿勢を一定に保持するように、複数のスラスタを含む推進器ユニット20を制御しながら、検査用カメラ13等の撮影動作を制御する。
ここで、コントローラ1としては、キーボード、マウス、およびモニタを含むノートパソコン等を利用することができる。あるいは、コントローラ1としては、ラジコン機器の操縦等で使用されるプロポーショナル方式のコントローラを利用してもよい。
そして、コントローラ1は、図3に示すように、画像取得部1a、位置検出部1b、距離測定部1c、姿勢検出部1d、補正部1e、検査対象測定部1fおよびメモリ1gを備えている。コントローラ1は、CPUがメモリ1gに保存された各種プログラムを読み込んで実行することにより、これらの機能ブロックとして動作する。
画像取得部1aは、検査用カメラ13(撮像部13a)において撮像された画像(動画、静止画)を取得する。
位置検出部1bは、後述する4つのレーザ照射部13ba〜13bdから照射され画像中に写りこんだレーザのスポットP1〜P4(図9等参照)の各々について、画像内における重心位置を検出する。
距離測定部1cは、画像における、位置検出部1bにおいて検出された各レーザのスポットP1〜P4の重心位置と、撮像部13aの光軸Xとの間の距離を算出する。また、距離測定部1cは、位置検出部1bにおいて検出された各レーザのスポットP1〜P4の重心位置に基づいて、4つのレーザ照射部13ba〜13bdのそれぞれから壁面までの距離を算出する。
姿勢検出部1dは、4つのレーザ照射部13ba〜13bdのそれぞれの壁面までの距離から、水中用ロボット10(検査用カメラ13)の壁面に対する傾き(姿勢)を算出する。
補正部1eは、姿勢検出部1dにおいて検出された水中用ロボット10(検査用カメラ13)の傾きに応じて、画像を補正する。
検査対象測定部1fは、補正部1eにおいて補正された画像を用いて、検査対象となる壁面に生じた傷D1,D2(図11参照)等の大きさ(幅)を測定する。
なお、コントローラ1によるダムの壁面等に生じた傷の大きさ(幅)の測定に関しては、後段にて詳述する。
なお、水中用ロボット10からコントローラ1へ送信される情報としては、例えば、水中用ロボット10において撮影された画像や、水中用ロボット10に登載された各種センサから取得した値、推進器ユニット20に含まれる各スラスタの状態値等がある。
また、コントローラ1は、水中用ロボット10から送信される情報を記録するための記録装置を備えていてもよい。さらに、コントローラ1は、水中用ロボット10において撮影された水中の画像を鮮明化する画像処理を行う画像処理部を備えていてもよい。
水中用ロボット10とコントローラ1との間を接続するケーブル2は、信号線と係留線とを含むように構成されている。
信号線は、電気信号あるいは光信号によって、水中用ロボット10とコントローラ1との間の通信を可能とする。係留線は、水中用ロボット10とコントローラ1とを係留する。
ここで、係留線は、少なくとも、金属および樹脂のいずれかの素材によって形成されているが、材質としてはこれらに限定されるものではない。
また、信号線と係留線とは、一体的に形成されていることが好ましい。例えば、係留線を中空としてその中空部に信号線を通したものや、信号線と係留線をねじり合わせて撚り線としたもの、線材や補強材を保護チューブ内に設けた構成とするいわゆるキャブタイヤケーブル等を用いることができる。
これにより、水中で複数の線同士が絡まってしまうリスクが低減され、ケーブルの取り回しが容易になる。
なお、信号線のみで係留に十分な強度が得られる場合には、信号線が係留線を兼ねる構成とし、係留線を含まない構成であってもよい。
また、水中用ロボット10とコントローラ1との間には、ケーブル2を巻き取るための巻き取り器(図示せず)が設けられていてもよい。
この場合には、水中用ロボット10と巻き取り器との間は係留線によって接続し、巻き取り器とコントローラ1との間は通信線のみで接続してもよい。なお、巻き取り器としては、巻き芯にケーブル2を巻き取って収納可能とするものであって、いわゆるウインチやリール、ライン巻きと呼ばれるものを利用することができる。
<水中用ロボット10の構成>
水中用ロボット10は、上述したように、バンパー(フレーム)11、本体ユニット12、検査用カメラ13、ソナー14、照明15、バッテリユニット16、固定浮力材17a,17b、推進器ユニット20、姿勢調整機構30を備えている(図1および図2A〜図2E参照)。
(バンパー11)
バンパー(フレーム)11は、図1等に示すように、上面と下面を構成する2つの八角形のパイプ状部材と、これらの八角形の部材の4隅から上下方向(第2軸方向)に沿って立設された4本のパイプ状部材とを組み合わせた状態で、ボルト等を用いて固定して構成されている。そして、バンパー11には、上述した本体ユニット12、検査用カメラ13、ソナー14、照明15、バッテリユニット16等が固定される。また、バンパー11は、図1に示すように、前後方向(第1軸方向)に沿って配置されたセンターフレーム11a、上下方向(第2軸方向)に沿って配置されたセンターフレーム11bを有している。
センターフレーム11aは、図1および図2Aに示すように、水中用ロボット10の上面における左右方向(第3軸方向)の中央部分において、前後方向(第1軸方向)に沿って配置されている。そして、センターフレーム11aは、後述する姿勢調整機構30の可動おもりユニット31の移動方向を誘導するガイド軸として使用される。
センターフレーム11bは、図1および図2Eに示すように、水中用ロボット10の背面における左右方向(第3軸方向)の中央部分において、上下方向(第2軸方向)に沿って配置されている。そして、センターフレーム11bは、後述する姿勢調整機構30の可動浮力材ユニット35の移動方向を誘導するガイド軸として使用される。
(本体ユニット12)
本体ユニット12は、図1および図2B等に示すように、内部に操作用カメラ12aが設置された透明の円筒形容器である。そして、本体ユニット12は、その両端に設けられた蓋によって操作用カメラ12a等の内容物を密閉することによって、水中において内部に水が浸入しない防水構造を形成する。そして、本体ユニット12は、円筒形容器の軸が上下方向(第2軸方向)に沿って配置されるように、バンパー11の略中央部分に固定されている。
操作用カメラ12aは、水中用ロボット10を水中で操作する際に動画または静止画を撮影してコントローラ1へ送信する撮像装置である。そして、操作用カメラ12aは、図1および図2Cに示すように、水中用ロボット10の前後方向(第1軸方向)に沿ってカメラの光軸が配置されるように、バンパー11へ固定されている。そして、操作用カメラ12aは、水中用ロボット10の前方向が撮影領域となる向きで設置されている。また、操作用カメラ12aは、本体ユニット12を構成する円筒形容器に形成された透明な窓部分から動画や静止画の撮影を行う。
(検査用カメラ13)
検査用カメラ13は、検査対象となるダムの壁面を撮影するための撮像装置であって、操作用カメラ12aと比較して、高解像度の動画や静止画の撮影が可能である。そして、検査用カメラ13は、図1および図2B〜図2Dに示すように、操作用カメラと同様に、水中用ロボット10の前後方向(第1軸方向)に沿ってカメラの光軸が配置されるように、バンパー11の下部へ固定されている。そして、検査用カメラ13は、水中用ロボット10の前方向が撮影領域となる向きで設置されている。
本実施形態の検査用カメラ13は、図4に示すように、ケース(筐体部)41、透明板42、フロントケース43を備えている。また、検査用カメラ13は、図5に示すように、内部に、撮像部13aと、4つのレーザ照射部13ba〜13bdとを備えている。
ケース41は、検査用カメラ13の被写体側(第1方向)とは反対側の筐体部分を形成する円筒状の部材であって、撮像部13a、4つのレーザ照射部13ba〜13bdを内包する。
透明板42は、フロントケース43の被写体側の前面を覆うように取り付けられており、透明な樹脂によって成形されている。そして、透明板42は、検査用カメラ13の内部に水が浸入しない防水構造を形成するように、フロントケース43の前面に取り付けられている。
なお、透明板42は、検査用カメラ13による撮影とレーザ照射部13ba〜13bdによるレーザ光の照射が可能になるように、光を透過する材料で成形されていればよい。透明板42は、例えば、ガラスによって成形されていてもよい。
フロントケース43は、図5に示すように、保持部43aにおいて撮像部13aを、保持部43bにおいて4つのレーザ照射部13ba〜13bdをそれぞれ保持する。
保持部43aは、図6および図7に示すように、フロントケース43の円形の前面の中心部分に形成された円筒状の貫通穴であって、円筒状の撮像部13aが挿入される。
保持部43bは、図6および図7に示すように、保持部43aを中心とする円周上に、角度90度間隔で配置された円筒状の貫通孔であって、レーザ照射部13ba〜13bdがそれぞれ挿入される。
撮像部13aは、ダムの壁面等の検査用の画像を撮像するカメラであって、図6および図7に示すように、フロントケース43の円形の前面の中心部分に形成された保持部43a内に挿入された状態で保持されている。そして、撮像部13aは、光軸X方向における被写体側を透明板42によって覆われている。これにより、透明板42によって検査用カメラ13内への水の浸入を防ぎつつ、被写体方向の撮影を行うことができる。
4つのレーザ照射部13ba〜13bdは、光軸X方向における被写体側に向かって、撮像部13aの光軸Xと平行にレーザを照射する。すなわち、4つのレーザ照射部13ba〜13bdの光軸と撮像部13aの光軸Xとは互いに平行である。そして、レーザ照射部13ba〜13bdは、図6に示すように、撮像部13aを中心とする円周上に、角度90度間隔で配置されている。換言すれば、4つのレーザ照射部13ba〜13bdは、撮像部13aの光軸Xに直交する平面上の2つの軸上に、撮像部13aの光軸Xを中心とする円周に沿って配置されている。
4つのレーザ照射部13ba〜13bdから照射されるレーザ光は、撮像部13aの光軸Xと平行な方向に沿ってダムの壁面に対して照射され、4つのスポットP1〜P4を形成する。各スポットの間隔は、壁面の傷の大きさの測定時の基準となる。
なお、本実施形態の検査用カメラ13を用いたダムの壁面の傷等を検査する方法については、後段にて詳述する。
(ソナー14)
ソナー14は、ダムの壁面等の検査対象物との間の距離を検出するために、音波発信器と音波検出器とを有している。そして、ソナー14は、水中用ロボット10の前方の物体との距離を検知可能とするために、図1および図2Cに示すように、正面視において、バンパー11の前面側における四隅に配置されている。
なお、ダムの堤体壁面等のように、検査対象物が平面である場合には、本実施形態のように、バンパー11の前面における左上と右下、右上と左下のように、対角となる2箇所にそれぞれ設けることが好ましい。
これにより、ダムの堤体壁面等の検査対象物との相対姿勢を安定した状態で維持しながら壁面撮影を実施することができるため、検査対象物を撮影した画像として、画像処理に適した画像データを容易に取得することができる。
(照明15)
照明15は、検査用カメラ13によって撮影可能な照度を確保するための光を検査対象物に対して照射する。また、照明15は、図1および図2Cに示すように、バンパー11における前面の上部中央に固定されている。
これにより、操作用カメラ12aと検査用カメラ13の光軸方向前方を、撮影可能な照度になるように保つことができる。
なお、本実施形態のように、照明15が1つの場合には、検査対象物を一様に照らすことが可能な照明を利用することが好ましい。また、照明15を複数設ける場合には、双方の照明の重なりによって画像処理に影響が及ばないように、画面内あるいは画像処理に使用する範囲の照度が一様になるように各照明を取り付ける位置と向きを調整することが好ましい。
また、照明15は、コントローラ1から照度等を制御されるように構成されてもよい。
(バッテリユニット16)
バッテリユニット16は、図3に示すように、本体ユニット12(操作用カメラ12a)と接続されており、本体ユニット12内の電気回路を介して、検査用カメラ13、ソナー14、照明15、推進器ユニット20、姿勢調整機構30に対して電力を供給する。そして、バッテリユニット16は、図1および図2Cに示すように、バンパー11の下部、特に、下端面に、結束帯あるいはネジ等を用いて固定さられている。
これにより、水中用ロボット10の重心位置を低い位置に設定することができるため、水中用ロボット10の水中姿勢を安定化させることができる。
なお、バッテリユニット16のバンパー11に対する固定部分には、バッテリユニット16をバンパー11に対して傾けることが可能なチルト機構を設けることがより好ましい。これにより、バッテリユニット16内の電池あるいは充電池を取り出す作業をより容易に実施することができる。
また、バッテリユニット16は、防水コネクタ等を用いて、密閉容器である本体ユニット12や照明15と着脱可能な状態で接続されていることがより好ましい。
(固定浮力材17a,17b)
固定浮力材17a,17bは、水中用ロボット10に浮力を付与するために設けられた浮力材であって、図1および図2Aに示すように、バンパー11の上面における後ろ寄りの位置に固定配置されている。また、固定浮力材17a,17bは、その下方に設けられた上下スラスタ22c,22dの推進力の障壁となることを回避するために、図2Aに示すように、平面視において上下スラスタ22c,22dと重なる部分が切り欠かれた形状を有している。
(推進器ユニット20)
推進器ユニット20は、水中用ロボット10の水中における移動時の推進力を生じさせる機構であって、スクリュー(プロペラとも呼ぶ)とスクリューを回転させるモータとを組み合わせて構成される複数のスラスタによって構成されている。
推進器ユニット20は、コントローラ1からの指示入力や自動姿勢制御によって、各スラスタのモータの回転数が制御されることで、前後、左右、上下の各方向(第1〜第3軸方向)における推進力が制御される。
これにより、水中用ロボット10の水中における移動、姿勢等を制御することができる。
そして、推進器ユニット20は、図1および図2A〜図2Eに示すように、前後スラスタ(第1推進器)21a,21b、上下スラスタ(第2推進器)22a〜22d、左右スラスタ(第3推進器)23a,23bを有している。
前後スラスタ21a,21b、上下スラスタ22a〜22d、左右スラスタ23a,23bは、互いに直交する3つの軸(第1〜第3軸)方向において、水中用ロボット10の各軸方向における並進と各軸回りの回転とが可能になるように、それぞれバンパー11に固定される。そして、前後スラスタ21a,21b、上下スラスタ22a〜22d、左右スラスタ23a,23bは、それぞれが独立して制御される。
なお、以下の説明においてスラスタの方向とは、各スラスタが備えるスクリューの回転軸に平行な方向、すなわち、各スラスタによって生じる推進力の方向を指すものとする。
(前後スラスタ21a,21b)
2つの前後スラスタ(第1推進器)21a,21bは、前後方向(第1軸方向)における水中での推進力を生じさせるために、図1および図2A〜図2Eに示すように、バンパー11の右前と左後ろの位置に固定されている。また、前後スラスタ21a,21bは、上下方向(第2軸方向)における中央からやや下寄りの位置において、バンパー11に固定されている。そして、前後スラスタ21a,21bは、各スラスタの回転軸が前後方向(第1軸方向)において互いに平行になるように配置されている。
本実施形態の水中用ロボット10では、図1および図2A〜図2Eに示すように、前後スラスタ21a,21bが、平面視において水中用ロボット10の直立姿勢における重心位置g1(図2A参照)を中心として対称な位置に配置されている。
これにより、前後スラスタ21a,21bのそれぞれの推進力の出力を変化させることで、水中用ロボット10を安定した状態で、前後方向に移動させたり、前後方向に沿う第1軸に対して傾けたりすることができる。すなわち、水中用ロボット10を、ピッチ方向およびヨー方向において回転させることが可能となる。
(上下スラスタ22a〜22d)
4つの上下スラスタ(第2推進器)22a〜22dは、上下方向(第2軸方向)における水中での推進力を生じさせるために、図1および図2B〜図2Eに示すように、平面視におけるバンパー11の四隅付近に設けられている。また、上下スラスタ22a〜22dは、バンパー11の上下方向における中央よりやや上寄りの位置に設けられている。さらに、上下スラスタ22a〜22dは、水中用ロボット10が潜水する際に大きな推進力を必要とするため、他のスラスタ(前後スラスタ21a,21b、および左右スラスタ23a,23b)と比較して、大きな推進力を生じさせることが可能なスラスタが配置されている。
具体的には、上下スラスタ22a〜22dのスクリューの羽根の大きさ、モータの馬力、回転数等が他のスラスタよりも大きくなるように調整すればよい。
また、4つの上下スラスタ22a〜22dは、上下方向(第2軸方向)を向くように、バンパー11に固定されている。すなわち、上下スラスタ22a〜22dは、各スラスタの回転軸が、上下方向に対して互いに平行になるように配置される。
また、上下スラスタ22a〜22dは、それぞれの回転軸に直交する同一平面上に、平面視において水中用ロボット10の重心位置g1を中心とする長方形の四隅付近に配置されている。
これにより、4つの上下スラスタ22a〜22dの推進力の出力を変化させることで、水中用ロボット10を上下方向に移動させたり、上下方向(第2軸方向)に対して傾けたりすることができる。すなわち、水中用ロボット10を、ロール方向に移動させたり、ピッチ方向において回転(前傾・後傾)させたりすることができる。
また、本実施形態の水中用ロボット10では、図2Bおよび図2Cに示すように、他の部品と比較して重量の大きいバッテリユニット16がバンパー11の下端面に配置されている。
このため、水中用ロボット10を水中で上下に移動させる際に、姿勢を安定化させることができる。
(左右スラスタ23a,23b)
2つの左右スラスタ(第3推進器)23a,23bは、左右方向(第3軸方向)における水中での推進力を生じさせるために、図1および図2A〜図2Eに示すように、バンパー11の左前と右後ろの位置に固定されている。また、左右スラスタ23a,23bは、上下方向(第2軸方向)における中央からやや下寄りの位置、つまり前後スラスタ21a,21bと略同じ高さ位置において、バンパー11に固定されている。そして、左右スラスタ23a,23bは、各スラスタの回転軸が左右方向(第3軸方向)において互いに平行になるように配置されている。
本実施形態の水中用ロボット10では、図1および図2A〜図2Eに示すように、左右スラスタ23a,23bが、平面視において、直立姿勢の水中用ロボット10の重心位置g1(図2A参照)を中心として対称な位置に配置されている。
これにより、左右スラスタ23a,23bのそれぞれの推進力の出力を変化させることで、水中用ロボット10を安定した状態で、左右方向に移動させたり、左右方向に沿う第3軸に対して傾けたりすることができる。すなわち、水中用ロボット10を、ヨー方向およびロール方向において回転させることが可能となる。
ただし、上記の各スラスタの配置や方向は、標準的な配置であって、水中用ロボット10の重心位置や水中推進時における水の抵抗による挙動等に鑑みて、位置や方向を調整すればよい。
(姿勢調整機構30)
姿勢調整機構30は、左右方向に沿った第3軸を中心として回転させて、水中用ロボット10を前傾姿勢へ移行させる機構であって、水中用ロボット10の重心位置および浮心位置を移動させるために設けられている。
すなわち、姿勢調整機構30は、図1、および図2A〜図2Eに示すように、可動おもりユニット31と、第1送りねじ32と、可動浮力材ユニット35と、第2送りねじ36と、ギアボックス37と、を有している。
(可動おもりユニット31)
可動おもりユニット31は、水中用ロボット10の重心位置を前後方向(第1軸方向)において移動させるために、前後方向に沿って配置された第1送りねじ32の回転に伴って、前後方向において前後に移動する。
本実施形態の水中用ロボット10では、ギアボックス37に近接した位置が、可動おもりユニット31の初期位置として設定されている。そして、水中用ロボット10を前傾姿勢に移行させる際には、図1等に示すように、ギアボックス37から離間した位置まで可動おもりユニット31を移動させる。
すなわち、水中用ロボット10が直立姿勢(図1等参照)で水中を移動する際には、可動おもりユニット31は、前後方向における後端の初期位置にある。
そして、水中用ロボット10が前傾姿勢へ移行する際には、可動おもりユニット31は、可動浮力材ユニット35の上下方向における移動に連動して、前後方向における前端の位置まで移動する。
これにより、水中用ロボット10の重心位置を、前後方向における前寄りの位置へと移動させることができる。
(第1送りねじ32)
第1送りねじ32は、図1および図2A等に示すように、前後方向(第1軸方向)に沿って配置されている。そして、第1送りねじ32は、外周面に送り溝と停止溝とが形成されており、回転することによって可動おもりユニット31を前後方向において移動させる。
なお、第1送りねじ32と後述する第2送りねじ36とは、送り溝のピッチが異なるものの、ほぼ同じ構成を有している。
送り溝は、円柱状の第1送りねじ32の軸方向に対して斜めに、前後方向に沿って連続的に形成された1本の溝として形成されている。
可動おもりユニット31は、この送り溝内にその一部が係止された状態で第1送りねじ32が回転することで、前後方向において移動可能となる。
停止溝は、円柱状の第1送りねじ32の軸方向に対して垂直な平面に沿って形成された円環状の溝であって、送り溝の両端に形成されている。
可動おもりユニット31は、停止溝内にその一部が係止された状態になると、第1送りねじ32を回転させても、前後方向において移動不能となる。よって、停止溝は、可動おもりユニット31の前後方向の両端部におけるストッパとして機能する。
(可動浮力材ユニット35)
可動浮力材ユニット35は、水中用ロボット10の浮心位置を上下方向(第2軸方向)において移動させるために、上下方向に沿って配置された第2送りねじ36の回転に伴って、上下方向において前後に移動する。
本実施形態の水中用ロボット10では、可動おもりユニット31と同様に、ギアボックス37に近接した位置が、可動浮力材ユニット35の初期位置として設定されている。そして、水中用ロボット10を前傾姿勢に移行させる際には、ギアボックス37から離間した位置まで可動浮力材ユニット35を移動させる。
すなわち、水中用ロボット10が直立姿勢(図1等参照)で水中を移動する際には、可動浮力材ユニット35は、上下方向における上端の初期位置にある。
そして、水中用ロボット10が前傾姿勢へ移行する際には、可動浮力材ユニット35は、可動おもりユニット31の前後方向における移動に連動して、上下方向における下端の位置まで移動する。
これにより、水中用ロボット10の浮心位置を、鉛直方向における下向きの位置へと移動させることができる。
(第2送りねじ36)
第2送りねじ36は、図1および図2B、図2D等に示すように、上下方向(第2軸方向)に沿って配置されている。そして、第2送りねじ36は、第1送りねじ32と同様に、外周面に送り溝と停止溝とが形成されており、回転することによって可動浮力材ユニット35を上下方向において移動させる。
送り溝は、円柱状の第2送りねじ36の軸方向に対して斜めに、前後方向に沿って連続的に形成された1本の溝として形成されている。
可動浮力材ユニット35は、この送り溝内にその一部が係止された状態で第2送りねじ36が回転することで、上下方向において移動可能となる。
なお、第2送りねじ36の送り溝のピッチは、第1送りねじ32の送り溝のピッチよりも大きい。これは、可動浮力材ユニット35の上下方向における移動距離が、可動おもりユニット31の前後方向における移動距離よりも長く、かつ可動おもりユニット31と可動浮力材ユニット35とが、それぞれ第1・第2送りねじ32,36における両端へ到達するタイミングを一致させるためである。
停止溝は、円柱状の第2送りねじ36の軸方向に対して垂直な平面に沿って形成された円環状の溝であって、送り溝の両端に形成されている。
可動浮力材ユニット35は、その一部が停止溝内に係止された状態になると、第2送りねじ36を回転させても、上下方向において移動不能となる。よって、停止溝は、可動浮力材ユニット35の上下方向の両端部におけるストッパとして機能する。
(ギアボックス37)
ギアボックス(駆動機構)37は、可動おもりユニット31および可動浮力材ユニット35を、それぞれ前後方向および上下方向において駆動するために、バンパー11における上面の後端に設けられている。そして、ギアボックス37は、内部に設けられた単一の駆動源(モータ)(図示せず)と、複数のギアとを組み合わせて構成されている。
ギアボックス37内の単一の駆動源(モータ)は、複数のギアを介して、前後方向に沿って配置された第1送りねじ32の後端、上下方向に沿って配置された第2送りねじ36の上端にそれぞれ連結されている。
そして、ギアボックス37は、第1送りねじ32と第2送りねじ36とに対して、それぞれ回転駆動力を付与する。
具体的には、ギアボックス37から付与される回転駆動力は、可動おもりユニット31が前方向へ移動する際には、これに連動して可動浮力材ユニット35が下方向へ移動するように、第1送りねじ32、第2送りねじ36に対して伝達される。
なお、第1送りねじ32と第2送りねじ36とを回転させる方向は、それぞれの送り溝が形成された向きに応じて設定されていればよい。例えば、ギアボックス37から見て、第1送りねじ32と第2送りねじ36とを同じ方向に回転させてもよいし、逆方向に回転させてもよい。
<ダムの壁面の検査時の動作>
本実施形態の水中用ロボット10では、上述した構成によって、例えば、図8に示すダムの堤体50の壁面51a,51bの検査を実施する。
具体的には、水中用ロボット10は、コントローラ1から操作入力された内容に基づいて、図8に示すように、水面に近い位置L1で潜行しながら検査対象であるダムの堤体50の壁面51aへと近づいていく。
このとき、水中用ロボット10は、推進器ユニット20の各スラスタによって、3軸方向における推進力を制御して、直立姿勢を維持した状態で壁面51aへと近づいていく。水中用ロボット10では、このような水平移動時には、上下スラスタ22a〜22dおよび左右スラスタ23a,23bによる推進力を使って直立姿勢を維持しつつ、前後スラスタ21a,21bによる推進力を使って前進する。また、コントローラ1では、操作用カメラ12aによって取得された映像をモニタ画面で確認しながら目標とする方向へ移動していく。
次に、水中用ロボット10は、その正面(例えば、検査用カメラ13)と壁面51aまでの距離dsになる位置L2まで移動する。
この位置L2において、水中用ロボット10は、検査用カメラ13を起動して、壁面51aの撮影を開始する。
次に、水中用ロボット10は、直立姿勢を維持した状態で、壁面51aまでの距離dsを維持したまま、水平移動と下降とを繰り返しながら移動して行く。
このとき、水中用ロボット10は、上下方向における移動時には、前後スラスタ21a,21b、上下スラスタ22a〜22dおよび左右スラスタ23a,23bによる推進力を使って直立姿勢を維持しつつ、上下スラスタ22a〜22dによる推進力を使って上下に移動する。また、水中用ロボット10は、左右方向における移動時には、前後スラスタ21a,21b、上下スラスタ22a〜22dおよび左右スラスタ23a,23bによる推進力を使って直立姿勢を維持しつつ、左右スラスタ23a,23bによる推進力を使って左右方向に移動する。
これにより、略鉛直方向に沿うように配置された壁面51aの検査用の画像を、検査用カメラ13によって取得することができる。なお、検査用カメラ13によって取得される画像は、動画であってもよいし、静止画であってもよい。
検査用カメラ13によって動画を撮影する場合には、検査対象となる壁面51aから距離dsとなった位置L2に移動した後、所望のタイミングで撮影を開始して、壁面51aと壁面51bとの境界部分の位置L3に到達するまで連続的に撮影を行えばよい。
一方、検査用カメラ13によって静止画を撮影する場合には、検査対象となる壁面51aから距離dsとなった位置L2に移動した後、操作用カメラ12aによって壁面51aの状態を確認しながら移動し、クラック等の異常が見られる位置において、所望のタイミングで静止画を撮影すればよい。
次に、水中用ロボット10が壁面51aと壁面51bとの境界部分の位置L3に到達すると、水中用ロボット10は、次に検査対象となる傾斜した壁面51bの角度に合わせて前傾姿勢へと切り替えられる。
具体的には、水中用ロボット10では、図8に示す位置L3において、上述した姿勢調整機構30によって可動おもりユニット31と可動浮力材ユニット35とが、同期して所定の方向へ移動する。
これにより、水中用ロボット10では、重心位置が移動し、かつ浮心位置が移動することで、水中用ロボット10をピッチ方向において傾ける(前傾させる)ことができる(位置L4)。
ここで、位置L4における前傾角度、つまり、可動おもりユニット31と可動浮力材ユニット35の移動距離は、検査対象である壁面51bの角度に平行になるように設定される。壁面51bの傾斜角度は、ダム等の設計データ等を予め入力しておいてもよい。あるいは、水中用ロボット10において、操作用カメラ12a、検査用カメラ13、ソナー14等を用いて直立姿勢時における壁面51bまでの距離を計測して、壁面51bの傾斜角度を求めてもよい。
次に、水中用ロボット10は、前傾姿勢を維持した状態で、壁面51bまでの距離dsを維持したまま、左右方向における移動と斜め下向きへの移動とを繰り返しながら移動して行く。
このとき、水中用ロボット10は、斜め下向きへの移動時には、前後スラスタ21a,21b、上下スラスタ22a〜22dおよび左右スラスタ23a,23bによる推進力を使って前傾姿勢を維持しつつ、上下スラスタ22a〜22dによる推進力を使って斜め下向きに移動する。また、水中用ロボット10は、左右方向における移動時には、前後スラスタ21a,21b、上下スラスタ22a〜22dおよび左右スラスタ23a,23bによる推進力を使って前傾姿勢を維持しつつ、左右スラスタ23a,23bによる推進力を使って左右方向に移動する。
これにより、傾斜面として形成された壁面51bの検査用の画像を、検査用カメラ13によって取得することができる。
<検査用カメラ13を用いた検査方法>
本実施形態の検査用カメラ13を用いた検査方法では、図8に示す水中用ロボット10を用いて取得された画像に基づいて壁面に生じた傷の大きさを算出する。
予め、PC等のコントローラ1が水中用ロボット10を遠隔操作し、検査用カメラ13の撮像部13aによって、壁面に生じた傷D1,D2を含む画像を撮影する。コントローラ1の画像取得部1aは、撮影した画像を水中用ロボット10から取得する。コントローラ1は、取得した画像に基づいて壁面に生じた傷の大きさを算出する。
具体的には、図12に示すフローチャートの流れに沿って、ダムの壁面51a,51bに生じた傷D1,D2(図11参照)の大きさ(幅)を測定する。
まず、ステップS11において、位置検出部1bは、スポットP1〜P4の重心位置を検出する。具体的には、位置検出部1bが、画像における4つのスポットの領域を検出し、画素を単位としてその重心位置を算出する。スポットPi(i=1〜4)の画像中の重心位置をPpi(xpi,ypi)とする。
次に、ステップS12において、距離測定部1cは、交点C1から各スポットの重心位置までの距離を算出する。スポットP1とスポットP3とを結んだ直線と、スポットP2とスポットP4とを結んだ直線との交点C1を求める。距離測定部1cは、交点C1の画像における位置を画素を単位として算出する。次に距離測定部1cは、交点C1から各スポットの重心位置までの距離を、画素を単位として算出する。交点C1からスポットPiの重心位置までの画像中の距離をrpiとする。
ここで、図11に示すように交点C1から各スポットPiの重心位置までの距離rpiの値に差がある場合、水中用ロボット10の検査用カメラ13の光軸Xの角度が壁面に対して傾いていることを意味する。
次に、ステップS13において、距離測定部1cは、各レーザ照射部13ba〜13bdの前面から壁面の対応するスポットまでの距離を算出する。各レーザ照射部13ba〜13bdの前面からスポットPiまでの実際の距離をdiとすると、diは次のように求められる。
まず、予め基準となる画像を2枚以上撮影する。基準画像は、検査用カメラ13の光軸Xと垂直な平面を被写体とし、この被写体を異なる既知の距離から撮影する。この被写体は、平面上に既知の寸法で格子が描かれたチャートであってもよい。図10Aは、撮影距離、すなわち検査用カメラ13から被写体までの距離を0.5mとして撮影したときに得られた画像の一例を示す図である。また、図10Bは、撮影距離を1.0mとして撮影したときに得られた画像の一例を示す図である。
撮影した画像においては、次の関係が成り立つ。
di=Axpi/(xpi−Bxpi) (i=1〜4) (式1)
di=Aypi/(ypi−Bypi) (i=1〜4) (式2)
ただし、Axpi、Aypi、BxpiおよびBypiはいずれも定数である。
ここで、上記基準画像においては、diは撮影距離と等しく、また、xpi、ypiは基準画像から算出可能である。1枚の基準画像からは8つの関係式が得られることから、2枚の基準画像が得られれば16の関係式が得られる。したがって、これらの関係式からAxpi、Aypi、BxpiおよびBypiをすべて算出することができる。
このようにして求めたAxpi、Aypi、BxpiおよびBypiは、予めメモリ1gに記憶されている。距離測定部1cは、検査対象である画像から求めた各スポットの重心位置Ppi(xpi,ypi)と、記憶しているこれらの定数とを式1および式2に代入することにより、diを求めることができる。
次に、ステップS14において、姿勢検出部1dは、ステップS13において算出された各レーザ照射部13ba〜13bdの前面からスポットPiまでの距離diに基づいて、検査用カメラ13の壁面に対する傾き(水中用ロボット10の姿勢)を算出する。
検査用カメラ13の光軸Xの、壁面に対する相対角度(ヨー角ψ、ピッチ角θ)は、次式で求められる。
θ=tan−1((d1−d3)/rw1+rw3)) (式3)
ψ=tan−1((d2−d4)/rw2+rw4)) (式4)
ただし、各レーザ照射部の光軸と撮像部13aの光軸Xとの距離をrwiとする。
ここで、各レーザ照射部の光軸と撮像部13aの光軸Xとは平行であるから、これらの距離rwiは、対応するレーザ照射部と撮像部13aの光軸Xとの距離と等しい。すなわち、rwiは既知である。rwiは、あらかじめメモリ1gに記憶されている。姿勢検出部1dは、すでに求めたdiと記憶されているrwiとから、θおよびψを算出することができる。
次に、ステップS15において、補正部1eは、ステップS14において算出された傾き(姿勢)の大きさに応じて、画像の傾きを補正する処理を実施する。
補正部1eはヨー角ψ、ピッチ角θを用いて、元の画像を、壁面に垂直な方向から壁面を見た画像、すなわち撮像部13aの光軸Xが壁面と垂直となる方向から撮影した画像に相当するように変換(補正)する。
次に、ステップS16において、検査対象測定部1fは、予め記憶されている実際のスポットP1〜P4の位置の間隔と比較して、補正後の画像における1画素当たりの長さを算出する。
検査対象測定部1fは、補正後の画像におけるスポットP1とスポットP3との画像における距離rp1+rp3を、画素を単位として算出する。一方、撮像部13aの光軸Xが壁面と垂直になる方向から撮影したときのスポットP1とスポットP3との実際の距離は、rw1+rw3である。したがって、検査対象測定部1fは、補正後の画像における1画素に対応する実際の長さを、(rw1+rw3)/(rp1+rp3)として求める。
次に、ステップS17において、検査対象測定部1fは、補正後の画像に含まれる傷D1,D2の実際の幅(実寸)を算出する。
まず、検査対象測定部1fは、補正後の画像に含まれる傷D1、D2を特定する。検査対象測定部1fは、画像を解析することにより傷D1、D2を検出する。そして、検査対象測定部1fは、画像における傷D1,D2の幅を、画素を単位として算出する。なお、検査対象測定部1fは、傷D1,D2の幅を算出する代わりに、傷D1,D2の幅を外部から取得するようにしてもよい。
次に検査対象測定部1fは、画素を単位とする傷D1,D2の幅を、実寸に変換する。検査対象測定部1fは、ステップS18で求めた1画素に対応する実際の長さを、傷D1,D2の幅に乗じることにより、傷D1,D2の幅(実寸)を算出する。
本実施形態の検査用カメラ13を用いた検査方法では、以上のように、例えば、水中用ロボット10の姿勢によって、レーザ照射部13ba〜13bdから照射されるレーザが、壁面に対して傾いている場合でも、傾いた状態で撮影された画像を補正する。
これにより、水中用ロボット10の壁面に対する傾き等を考慮して、壁面に生じた傷D1,D2の大きさを補正後の画像に基づいて正確に測定することができる。
この結果、水中用ロボット10を用いて、ダムの壁面の検査をさらに精度よく実施することができる。
[他の実施形態]
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(A)
上記実施形態では、図5等に示すように、4つのレーザ照射部13ba〜13bdを搭載した検査用カメラ13を例として挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。
例えば、検査用カメラ13に搭載されたレーザ照射部の数は、3つ、あるいは2つであってもよい。
この場合でも、レーザ照射部の位置の間隔が予め記憶されていれば、画像中のスポットの間隔が何画素分に相当するかを算出することで、実際のレーザ照射部の間隔を用いて、ダムの壁面等の傷等、検査対象物の大きさを測定することができる。
(B)
上記実施形態では、撮像部13aの光軸Xに直交する平面において、互いに直交する2つの軸上における光軸Xを中心とする円周上に、4つのレーザ照射部13ba〜13bdが配置された検査用カメラ13を例として挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。
例えば、検査用カメラにおけるレーザ照射部の配置としては、各レーザ照射部から照射されたレーザの位置の間隔が設定されていればよいため、任意の配置であってもよい。
(C)
上記実施形態では、撮像部13a、4つのレーザ照射部13ba〜13bdが、共通のフロントケース43に取り付けられている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、撮像部13a、4つのレーザ照射部13ba〜13bdが、別々の部材に取り付けられていてもよい。
(D)
上記実施形態では、ダム等の壁面の検査を行う水中用ロボット10に搭載された検査用カメラ13に、本開示の内容を適用した例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。
例えば、本開示に係る検査用カメラは、水中における検査に限定されるものではなく、陸上における各種検査を行う検査用カメラに対しても適用可能である。
本開示の検査用カメラは、撮像された画像を用いて高精度に測定対象物の寸法を検出することができるという効果を奏することから、水中、地上に関わらず、リモートで測定対象物の寸法を測定する各種装置に対して広く適用可能である。
1 コントローラ
1a 画像取得部
1b 位置検出部
1c 距離測定部
1d 姿勢検出部
1e 補正部
1f 検査対象測定部
1g メモリ
2 ケーブル
10 水中用ロボット
11 バンパー(フレーム)
11a センターフレーム
11b センターフレーム
12 本体ユニット
12a 操作用カメラ
13 検査用カメラ
13a 撮像部
13ba〜13bd レーザ照射部
14 ソナー
15 照明
16 バッテリユニット
17a,17b 固定浮力材
20 推進器ユニット
21a,21b 前後スラスタ(第1推進器)
22a〜22d 上下スラスタ(第2推進器)
23a,23b 左右スラスタ(第3推進器)
30 姿勢調整機構
31 可動おもりユニット
32 第1送りねじ
35 可動浮力材ユニット
36 第2送りねじ
37 ギアボックス
41 ケース(筐体部)
42 透明板
43 フロントケース
43a 保持部
43b 保持部
50 堤体
51a,51b 壁面(検査対象物)
ds 距離
L1〜L5 位置
X 光軸

Claims (13)

  1. 筐体部と、
    前記筐体部に設置されており、第1方向において被写体を撮像する撮像部と、
    前記筐体部における前記撮像部の周辺に配置されており、前記撮像部において撮像された画像における対象物の寸法を測定する基準となるレーザ光を前記第1方向に平行に、被写体に向かって照射する複数のレーザ照射部と、
    を備えている検査用カメラ。
  2. 前記筐体部は、前記撮像部と前記複数のレーザ照射部とを、前記第1方向における撮像側の端部において保持するフロントケースを有している、
    請求項1に記載の検査用カメラ。
  3. 前記複数のレーザ照射部は、前記撮像部の光軸に対して平行に照射する、
    請求項1または2に記載の検査用カメラ。
  4. 前記複数のレーザ照射部は、前記撮像部を中心とする円周上に配置されている、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の検査用カメラ。
  5. 前記レーザ照射部は、前記第1方向に直交する第2方向および前記第1方向と前記第2方向にそれぞれ直交する第3方向に沿って4つ設けられている、
    請求項4に記載の検査用カメラ。
  6. 前記レーザ照射部は、3つ設けられている、
    請求項4に記載の検査用カメラ。
  7. 前記筐体部は、前記撮像部と前記レーザ照射部とを内包しており、防水構造を有する、
    請求項1から6のいずれか1項に記載の検査用カメラ。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の検査用カメラと、
    前記撮像部において第1方向における被写体の画像を取得する画像取得部と、
    前記画像取得部において取得された画像における前記複数のレーザ照射部によって照射された複数のレーザ光の位置を検出する位置検出部と、
    前記位置検出部において検出された前記画像における複数のレーザ光の間隔を基準にして、対象物の寸法を測定する検査対象測定部と、
    を備えた検査システム。
  9. 前記検出部における前記レーザ光の検出時において、撮像時における前記検査用カメラの姿勢を検出する姿勢検出部を、さらに備えている、
    請求項8に記載の検査システム。
  10. 前記姿勢検出部における検出結果に応じて、前記対象物の寸法を補正する補正部を、さらに備えている、
    請求項8または9に記載の検査システム。
  11. 請求項1から7のいずれか1項に記載の検査用カメラを用いた検査方法であって、
    前記撮像部において第1方向における被写体の画像を取得するステップと、
    前記取得された画像における前記複数のレーザ照射部によって照射された複数のレーザ光の位置を検出するステップと、
    前記画像における複数のレーザ光の間隔を基準にして、対象物の寸法を測定するステップと、
    を備えた検査方法。
  12. 前記レーザ光の検出時において、撮像時における前記検査用カメラの姿勢を検出するステップを、さらに備えている、
    請求項11に記載の検査方法。
  13. 前記検査用カメラの姿勢の検出結果に応じて、前記対象物の寸法を補正するステップを、さらに備えている、
    請求項11または12に記載の検査方法。
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