JP2019056671A - Wall surface damage inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリートやレンガ、タイルなど、種々材質、表面粗さなどが異なる壁面に存在するクラックや浮きなどの損傷を検査するための装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for inspecting damage such as cracks and floats existing on wall surfaces of various materials, such as concrete, bricks, and tiles, having different surface roughnesses.
従来、壁面のクラックや浮きなどの損傷は、写真による壁面全体の目視判定を行い、目視判定によって損傷の疑いがある箇所について打診打音診断により確認し、スケッチ等により図化するという手法が採られていた。しかし、こうした手法はアナログ的で、写真判定などを行う作業者の熟練度に依存する割合が大きかった。 Conventionally, damages such as cracks and floats on the wall surface are determined by visual inspection of the entire wall surface using photographs, and by visual inspection, the part that is suspected of being damaged is confirmed by percussion and percussion diagnosis, and is drawn by sketching. It was done. However, these methods are analog, and a large proportion depends on the skill level of workers who perform photo judgment and the like.
このため、作業者の熟練度に依存する事なく、壁面の損傷検査を行う事ができる技術が求められていた。こうした背景の下、壁面の損傷、異常などを検査する装置として、例えば特許文献1に開示されているようなものが提案さている。特許文献1に開示されている装置は、レーザ測距や、可視光カメラ、レーザ撮像手段、あるいは赤外線撮像手段などを用い、トンネル内の壁面に生じるクラックや浮きなどの異常を検査、解析する装置である。 For this reason, the technique which can perform the damage inspection of a wall surface without depending on the skill level of an operator was calculated | required. Under such a background, a device disclosed in, for example, Patent Document 1 has been proposed as an apparatus for inspecting a wall surface for damage or abnormality. The apparatus disclosed in Patent Document 1 uses a laser ranging, a visible light camera, a laser imaging means, an infrared imaging means or the like, and an apparatus for inspecting and analyzing abnormalities such as cracks and floating on a wall surface in a tunnel It is.
特許文献1に開示されている装置では、可視光カメラやレーザ撮像手段などを介して取得した画像データに基づいて表面空間座標を作成し、赤外線撮像手段などによって取得されたデータを複合的に解析し、表面の浮きやクラックなどの異常を診断するというものである。 In the apparatus disclosed in Patent Document 1, surface space coordinates are created based on image data acquired through a visible light camera, a laser imaging unit, and the like, and the data acquired by the infrared imaging unit is analyzed in a complex manner. In this case, abnormalities such as surface floats and cracks are diagnosed.
また、レーザ光を用いて物体の形状を計測する技術として、例えば特許文献2に開示されているようなものが知られている。特許文献2に開示されている技術は、計測対象とする物体の表面にライン状のレーザ光を投光し、このライン状のレーザ光の形状を可視光カメラで撮像するというものである。レーザ光の照射位置と可視光カメラによる撮像位置との関係に角度を持たせることで、物体の表面形状に沿って変化するレーザ光の形状変化を取得し、この変化を演算することで、物体表面の形状データを取得することができることが開示されている。 As a technique for measuring the shape of an object using laser light, for example, a technique disclosed in Patent Document 2 is known. The technique disclosed in Patent Document 2 is to project a line-shaped laser beam onto the surface of an object to be measured, and to capture the shape of the line-shaped laser beam with a visible light camera. By giving an angle to the relationship between the irradiation position of the laser beam and the imaging position of the visible light camera, the shape change of the laser beam that changes along the surface shape of the object is acquired, and by calculating this change, the object It is disclosed that surface shape data can be acquired.
特許文献1に開示されている技術は、コンクリートで形成されたトンネル内などの広範な検査において、温度変化が生じるような大きな異常を検出することには好適な手段であるように感じられる。しかし、このような検査技術では、計測対象物までの距離を比較的長くとる関係上、その分解能に限界があり、幅が0.2mmといった、微小なクラックを検出することは難しいという実状がある。 The technique disclosed in Patent Document 1 seems to be a suitable means for detecting a large abnormality that causes a temperature change in a wide range of inspections such as in a tunnel formed of concrete. However, with such an inspection technique, the resolution is limited due to the relatively long distance to the measurement object, and it is difficult to detect minute cracks with a width of 0.2 mm. .
また、特許文献2に開示されている技術では、計測対象とする物体表面の形状を正確に検出することはできるものの、これを壁面に適用した場合、その材質や表面粗さなどの壁面特性をも検出してしまい、実際の損傷がどこにあるのかということを判定する事が困難になる可能性がる。 Moreover, although the technique disclosed in Patent Document 2 can accurately detect the shape of the surface of the object to be measured, when this is applied to a wall surface, the wall surface characteristics such as the material and surface roughness are reduced. May also be detected, making it difficult to determine where the actual damage is.
そこで本発明では、上記課題を解決し、材質や表面粗さなどの壁面特性の影響を受けることなく、クラック等の異常を検出することが可能な壁面損傷検査装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to solve the above-described problems and provide a wall surface damage inspection apparatus capable of detecting abnormalities such as cracks without being affected by wall surface characteristics such as material and surface roughness. .
上記目的を達成するための本発明に係る壁面損傷検査装置は、検査対象とする壁面にライン状のレーザ光を投光するレーザ光照射部と、前記壁面に投光されたレーザ光の形状を撮像する撮像部とを、前記壁面に投光されるレーザ光の延長方向軸を基点として、当該延長方向軸回りに所定の角度ずらして配置した計測手段と、前記壁面から前記計測手段までの距離、および前記レーザ光照射部と前記撮像部との配置角度に基づいて、投光された前記レーザ光の非直線部の変化量を算出し、前記壁面の凹凸形状画像を作成すると共に、前記壁面の壁面特性に基づく凹凸をキャンセルした壁面状態画像を生成する画像処理を行う演算手段と、前記演算手段によって作成された壁面状態画像を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a wall surface damage inspection apparatus according to the present invention includes a laser beam irradiation unit that projects a line-shaped laser beam onto a wall surface to be inspected, and a shape of the laser beam projected onto the wall surface. An imaging unit for imaging, a measuring unit arranged by shifting a predetermined angle around the extending direction axis with respect to an extending direction axis of laser light projected on the wall surface, and a distance from the wall surface to the measuring unit And calculating the amount of change of the non-linear portion of the projected laser beam based on the arrangement angle between the laser beam irradiation unit and the imaging unit, and creating an uneven shape image of the wall surface, The image processing apparatus includes an operation unit that performs image processing for generating a wall surface state image in which the unevenness based on the wall surface characteristics is canceled, and a display unit that displays the wall surface state image created by the operation unit.
また、上記のような特徴を有する壁面損傷検査装置において前記壁面特性は、前記壁面において正常であると判定されている部分の壁面状態を予め読み取る事により取得するようにすると良い。このような特徴を有する事により、検査対象となる壁面そのものの凹凸特性を取得することができる。よって、壁面特性として精度の高いデータを取得することができる。 In the wall surface damage inspection apparatus having the above-described characteristics, the wall surface characteristics may be acquired by reading in advance a wall surface state of a portion determined to be normal on the wall surface. By having such characteristics, it is possible to obtain the unevenness characteristics of the wall surface itself to be inspected. Therefore, highly accurate data can be acquired as the wall surface characteristics.
また、上記のような特徴を有する壁面損傷検査装置において前記表示手段には、前記壁面状態画像と共に、前記撮像部によって撮像された実画像が表示されるようにすることもできる。このような特徴を有する事により、壁面状態画像と実画像を見比べてクラック等の損傷の有無を判定することが可能となる。 Moreover, in the wall surface damage inspection apparatus having the above-described features, the display unit may display an actual image captured by the imaging unit together with the wall surface state image. By having such a feature, it is possible to determine the presence or absence of damage such as cracks by comparing the wall surface state image with the actual image.
上記のような特徴を有する壁面損傷検査装置によれば、材質や表面粗さなどの壁面特性の影響を受けることなく、クラック等の異常を検出することが可能となる。 According to the wall surface damage inspection apparatus having the above-described characteristics, it is possible to detect abnormalities such as cracks without being affected by wall surface characteristics such as material and surface roughness.
以下、本発明の壁面損傷検査装置に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の好適な形態の一部であり、以下に示す形態と同様な効果を奏する事ができる範囲において、構成の一部に変化を加えたとしても、本発明の一部とみなすことができる。 Hereinafter, embodiments of the wall surface damage inspection apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiment is a part of a preferred embodiment of the present invention, and even if a part of the configuration is changed within a range where the same effect as the embodiment shown below can be obtained, the present embodiment It can be regarded as a part of the invention.
[装置構成]
本実施形態に係る壁面損傷検査装置10は図1に示すように、計測手段12と演算手段18、及び表示手段20を基本として構成される。計測手段12は、図2、図3に示すように、少なくともレーザ光照射部14と、撮像部16とを有する。なお、図2は計測手段12の側面形態を示す図であり、図3は、計測手段12の平面形態を示す図である。
[Device configuration]
As shown in FIG. 1, the wall surface damage inspection apparatus 10 according to the present embodiment is configured based on measurement means 12, calculation means 18, and display means 20. As shown in FIGS. 2 and 3, the
レーザ光照射部14は、検査対象とする壁面50にライン状のレーザ光を投光する要素である。このため、レーザ光照射部14から照射されるレーザ光は、光源を基点として扇形に照射されることとなる。撮像部16は、少なくとも投光されたレーザ光の照射範囲を含む撮像範囲を有するものであれば良い。すなわち、壁面50に投光されたレーザ光の反射光を撮像素子に受像可能なものであれば良い。
The laser
撮像部16は、レーザ光照射部14に対して所定の傾斜角θを持つように配置されている。傾斜角度θは、レーザ光の延長方向軸Pを基点とした軸回りの角度とすれば良い。レーザ光照射部14と撮像部16をこのような配置関係とすることで撮像部16は、投光されているレーザ光が、壁面50の凹凸形状に沿って変形している状態を撮像することが可能となる。また、壁面50までの距離Lを一定とした場合、傾斜角θを小さくすると、検出可能なレーザ光の凹凸深さ(高さ)dが大きくなり、傾斜角θを大きくすると、検出可能なレーザ光の凹凸深さ(高さ)dが小さくなる。
The
レーザ光照射部14と撮像部16をこのような配置形態としている計測手段12は、検査対象とする壁面50からレーザ光照射部14、並びに撮像部16までの距離が決まることで、三角測量の手法により、レーザ光が示す凹凸の変化から、クラック等に起因した損傷の深さ(高さ)を導くことが可能となる。ここで、壁面50からレーザ光照射部14、並びに撮像部16までの距離Lとは、壁面50から投光素子(光源)までの距離、並びに壁面50から受光(受像)素子までの距離を基本とするが、計算上の補正値を加える事により、レンズを基点とする距離と認定することもできる。
The measuring means 12 having the laser
なお、このような手法で検出することのできる損傷の深さは、レーザ光が描く凹凸を捉えることができる範囲であり、凹凸が検出できない場合、例えば、凹部が影となり、撮像部16が反射光を受光することができない場合には、凹凸の深さ等を導くことができないことがある。
Note that the depth of damage that can be detected by such a method is a range in which the unevenness drawn by the laser beam can be captured. If the unevenness cannot be detected, for example, the concave portion becomes a shadow and the
演算手段18は、計測手段12を介して取得した2次元画像の解析、および詳細を後述する昇降架台24への制御信号の出力等を行うための要素である。ここで、2次元画像の解析とは、2次元画像に基づいて壁面50の凹凸状態を算出し、クラック等の損傷の有無についての判定を行うことができるようにする処理である。具体的な処理の一例としては、以下のようなものがある。
The calculation means 18 is an element for analyzing a two-dimensional image acquired via the measurement means 12 and outputting a control signal to the
[画像生成処理]
まず、レーザ光照射部14から照射され、壁面50に投光されたライン状のレーザの形状を撮像部16が撮像し、実画像を取得する。壁面50にクラック等の損傷や凹凸がある場合、ライン状のレーザには、図5に示すような非直線部が表れる。演算手段18では、この非直線部の変化量を画素数あるいはピクセル数等から割り出し、三角測量の原理により、非直線部の変化量に基づく高さ(Z軸方向の変化量)を算出する。このような処理により、レーザ光の到達範囲であり、かつ撮像部16による撮像範囲において、クラックや凹凸の深さ(高さ)を検出することができる。
[Image generation processing]
First, the
ここで、壁面50からレーザ光照射部14、並びに撮像部16までの距離Lを比較的短距離、例えば200mmから400mm、望ましくは300mm程度とすることで、単位幅あたりにおける撮像部16における取得画像の分解能を高めることができる。よって、幅0.2mm程度の微小なクラックであっても、これに起因した凹凸状態を検出することが可能となる。すなわち、距離Lは、撮像部16が任意の分解能を得る事ができる距離を基準として定めるようにすれば良い。
Here, the distance L from the
検査対象とする壁面50が、図4に示すようなレンガ造りである場合には、図5中に破線Aで示すクラックの他に、レンガ間に生じる目地部分が、図5中の破線Bで示すように凹部として検出される。検出されたレーザ光の画像データは、壁面50の凹凸形状画像として、演算手段18に付帯されている表示手段20に、作業者が視認可能な形態で表示される。なお、レーザ光の形状は、撮像部16による二次元データとして投影されることより、レーザ光の延長方向Y軸方向とした場合、凹凸の変化量は、X軸方向の変化として実画像が取得される。演算手段18では、この実画像から、三角測量の原理により、Z軸方向(深さ方向)の変化量を算出し、画面上に表すことを可能とする。
When the
撮像部16による画像データ(実画像)の取得、および非直線部の変化量の算出は、計測手段12による走査時間に応じて連続的に行われる。演算手段18では図6に示すように、取得されたレーザ光の画像データ、あるいは画像データからレーザ光が描く凹凸を抜き出した画像データを時系列に従って同一平面上に連続配置し、凹凸部分にメッシュ処理を施す。
Acquisition of image data (actual image) by the
なお、本実施形態では上述したように、撮像部16がレーザ光の反射光を受光できない場合には、凹部の深さ等を検出することができない。しかしながら、反射光の受光ができない場合には、撮像部16による検出データ(実画像)にレーザ光が描く凹凸に欠損部分が生じることとなる。こうしたレーザ光の欠損部分は、所定のアルゴリズムに基づいて補完を行ったり、単に凹部と判定する処理を行うようにすれば良い。ここで、所定のアルゴリズムに基づくレーザ光の欠損部分の補完とは、例えば、レーザ光が欠損している幅と、欠損部分近傍におけるレーザ光の傾き等に基づき、予想されるライン形状を補完するものなどであれば良い。
In the present embodiment, as described above, when the
本発明では、壁面50に損傷が存在するか否かを判定できれば良く、損傷の深さが不明であっても、検査自体の精度に影響を与えないからである。
In the present invention, it is only necessary to determine whether or not the
[壁面特性処理]
上述したメッシュ処理と同時、あるいは前後して、検査対象とする壁面50の壁面特性による凹凸をキャンセルする処理を施し、壁面状態画像(図7参照)を生成する。例えば図4に示すようなレンガ造りの壁面50の場合、代表的な壁面特性として、目地による凹凸を挙げることができる。図6に示すメッシュ処理後の連続配置画像に対して、壁面特性による凹凸をキャンセルする処理を施すと、図7に示すように、クラックに起因した凹部のみが現れた壁面状態画像を生成することができ、クラック等の損傷の有無の判定が可能となる。
[Wall characteristic processing]
At the same time as or before or after the mesh process described above, a process for canceling the unevenness due to the wall surface characteristics of the
なお、クラック等の損傷の有無に関する判定は、別途に定められたアルゴリズムに基づいて自動で行うようにしても良いが、図7に示すような形態で表示手段20に表示された壁面状態画像に基づいて、作業者が判定するようにしても良い。 The determination on the presence or absence of damage such as cracks may be made automatically based on a separately defined algorithm, but the wall surface state image displayed on the display means 20 in the form as shown in FIG. Based on this, the operator may make a determination.
また、壁面特性については、演算手段18に付帯された入力手段22等を介して、予め入力しておけば良い。また、壁面特性の入力は、数値入力であっても良いし、予め正常と判定されている壁面の状態を計測手段12によって読み取ることにより、これに近似する凹凸を壁面特性とするようにしても良い。 Further, the wall surface characteristics may be input in advance via the input means 22 attached to the calculation means 18 or the like. Further, the input of the wall surface characteristic may be a numerical value input, or the surface of the wall surface that has been determined to be normal in advance is read by the measuring means 12 so that the unevenness that approximates this is used as the wall surface characteristic. good.
また、表示手段20には、凹凸形状画像や、壁面状態画像の他に、撮像部16によって撮像された壁面50の実画像も表示することができる。実画像と壁面状態画像の両方を見比べる事により、より高精度にクラック等の損傷の有無を判定することが可能となるからである。
In addition to the uneven shape image and the wall surface state image, the display unit 20 can also display a real image of the
[効果]
このような構成の壁面損傷検査装置10によれば、材質や表面粗さなどの壁面特性の影響を受けることなく、微小なクラック等の異常も検出することができる。
[effect]
According to the wall surface damage inspection apparatus 10 having such a configuration, it is possible to detect abnormalities such as minute cracks without being affected by wall surface characteristics such as material and surface roughness.
[昇降架台]
このような構成の壁面損傷検査装置10は、壁面50から計測手段12(詳細には、レーザ光照射部14並びに撮像部16)までの距離Lを一定に保ちつつ、走査方向(X軸方向)への移動を行う必要がある。このため、例えば図1、図8に示すような昇降架台24に計測手段12備え付けることで、壁面50の検査をスムーズに行うことが可能となる。昇降架台24は少なくとも、昇降レール26と昇降スライダ28、並びに横行レール30と横行スライダ32を備える。
[Elevator base]
The wall surface damage inspection apparatus 10 having such a configuration is configured such that the distance L from the
昇降レール26は、ベース34を基点として鉛直方向に立設されたレールであり、壁面損傷検査装置10における計測手段12をY軸方向へ移動、すなわち壁面50に沿って昇降移動させるための要素である。昇降スライダ28は、昇降レール26に沿って移動するスライダであり、例えば対を成すように配置された昇降レール26間に架け渡されるように配置されるように構成することができる。昇降レール26に対する昇降スライダ28の昇降動作は、演算手段18から制御信号を受けるアクチュエータ36とすれば良い。ここで、アクチュエータ36とは、モータ等の駆動手段であれば良く、より具体的には、ステッピングモータ等のパルス制御型モータとすると良い。このようなアクチュエータ36であれば、演算手段18からの制御信号に基づいて、その回転動作を制御することが可能となる。また、図示しないエンコーダ等を用いて回転数の検出を行う事で、昇降スライダ28の位置制御が可能となる。
The elevating
アクチュエータ36は、昇降スライダ28に備える構成(直接駆動方式)としても良いが、昇降レール26(ベース34)側に備える構成(間接駆動方式)としても良い。図8においては、アクチュエータ36を昇降レール26側に配置し、昇降スライダ28の軽量化を図ることとしている。このような構成とすることで、アクチュエータ36の出力が小さい場合であっても、昇降スライダ28を駆動させることが可能となるからである。
The
横行レール30は、壁面損傷検査装置10における計測手段12を壁面50に沿って走査方向(X軸方向)に移動させるための要素であり、昇降スライダ28上に配置されていると良い。横行スライダ32は、横行レール30に沿って移動するスライダであり、計測手段12を搭載する要素である。横行スライダ32の横行動作は、昇降スライダ28と同様に、モータ等のアクチュエータ38によるものとし、エンコーダ等によりその位置制御が成されるようにすれば良い。
The
このような構成の昇降架台24に計測手段12を備えることにより、各レールが届く範囲において、壁面50の任意の位置(範囲)の検査を実行することが可能となる。また、このような構成の昇降架台24には、物体検知センサ40を備えるようにしても良い。
By providing the measuring means 12 in the
物体検知センサ40とは、壁面50に存在する窓枠や柱、壁(いずれも不図示)などの構造物を検出するためのセンサである。物体検知センサ40は、レーザ等を用いた非接触型のものであっても、スイッチ等による接触型のものであっても良いが、例えば非接触型のものである場合には、凸状の構造物だけでなく凹状の構造物も検出することが可能となる。
The
このような機能を有する物体検知センサ40を演算手段18に接続することで、物体検知センサ40による検出信号を演算手段18により取得して、物体検知センサ40が構造物(接触型センサであれば、接触を感知した場合、非接触型センサであれば、閾値を超える大きさの凹凸などの構造物)を検知した場合には、これを判定することができる。演算手段18では、物体検知センサ40からの検知信号が入力された場合、昇降架台24のアクチュエータ36,38に対する動作信号の停止、並びに計測手段12のレーザ照射部14に対するレーザ光の照射停止といった検査中止制御が行われるようにすることができる。
By connecting the
上記実施形態では、壁面損傷検査装置10の計測手段12を昇降架台24に備え付ける旨説明したが、壁面50から計測手段12までの距離を一定に保ちつつ、計測手段12を移動させることが可能であれば、計測手段12の移動を手動で行うようにしても良い。また、計測手段12は、壁面50に吸着可能なロボットなど、レールを持たない移動手段に備え付けるようにしても良い。
In the above embodiment, it has been described that the measuring means 12 of the wall surface damage inspection apparatus 10 is provided on the
また、撮像部16によるレーザ光の撮像について、可視光等、レーザ光以外の波長の光の影響により画像取得が困難となる場合には、任意の波長の光のみを通過させるフィルタを備えるようにしても良い。
In addition, when imaging of laser light by the
また、上記実施形態では、壁面特性について、予め正常と判定されている壁面の状態を計測手段12によって読み取る旨記載したが、壁面50の材質等に基づいたサンプルデータを集めたデータベースを作成し、当該データベースから近似する壁面特性を選択するといったものであっても良い。
In the above embodiment, the wall surface characteristics are described as being read by the measuring
10………壁面損傷検査装置、12………計測手段、14………レーザ光照射部、16………撮像部、18………演算手段、20………表示手段、22………入力手段、24………昇降架台、26………昇降レール、28………昇降スライダ、30………横行レール、32………横行スライダ、34………ベース、36………アクチュエータ、38………アクチュエータ、40………物体検知センサ、50………壁面。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ......... Wall-surface damage inspection apparatus, 12 ......... Measurement means, 14 ......... Laser light irradiation part, 16 ......... Imaging part, 18 ......... Calculation means, 20 ......... Display means, 22 ......... Input means 24... Elevating
Claims (3)
前記壁面から前記計測手段までの距離、および前記レーザ光照射部と前記撮像部との配置角度に基づいて、投光された前記レーザ光の非直線部の変化量を算出し、前記壁面の凹凸形状画像を作成すると共に、前記壁面の壁面特性に基づく凹凸をキャンセルした壁面状態画像を生成する画像処理を行う演算手段と、
前記演算手段によって作成された壁面状態画像を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする壁面損傷検査装置。 A laser beam irradiating unit that projects a line-shaped laser beam onto a wall surface to be inspected, and an imaging unit that images the shape of the laser beam projected onto the wall surface, Measuring means arranged by shifting a predetermined angle around the extension direction axis from the extension direction axis,
Based on the distance from the wall surface to the measuring means and the arrangement angle between the laser beam irradiation unit and the imaging unit, the amount of change in the non-linear portion of the projected laser beam is calculated, and the unevenness of the wall surface An arithmetic means for creating a shape image and performing image processing to generate a wall surface state image in which irregularities based on the wall surface characteristics of the wall surface are canceled,
A wall surface damage inspection apparatus comprising: display means for displaying a wall surface state image created by the computing means.
前記壁面状態画像と共に、前記撮像部によって撮像された実画像が表示されることを特徴とする請求項1または2に記載の壁面損傷検査装置。 The display means includes
The wall surface damage inspection apparatus according to claim 1, wherein an actual image captured by the imaging unit is displayed together with the wall surface state image.
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