JP2019181972A - 壁面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドローンと壁面との間隔を簡単な構造で保つことができ、壁面の検査を高精度に行うことが可能な壁面検査装置を提供する。【解決手段】無線によって飛行が遠隔制御されるドローン２と、ドローン２に取り付けられ、ドローン２の飛行位置における構造物の壁面８の状態を検査する検査手段２７と、ドローン２又は検査手段２７に取り付けられて構造物の壁面８に転接し、壁面８との転接状態でドローン２の飛行に伴って走行することによりドローン２と壁面８との間隔を一定に保つ走行車輪１０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ドローン等の無人飛行体を用いて建造物やトンネル等の構造物の壁面を検査する壁面検査装置に関する。

特許文献１には、ドローン等の無人飛行体を用いて建造物の壁面に植えた緑化植物の状態を検査するシステムが開示されている。この検査システムは無線によって無人飛行体を遠隔操作することにより建造物の壁面に沿って飛行させながらカメラによって壁面の緑化植物を撮像して植物の状態を観察するものである。

しかしながら、この従来の検査システムは壁面に植えられた緑化植物を検査するだけであり、建造物の壁面自体の状態を検査することはできないものとなっている。一方、壁面の状態検査に際しては、壁面と一定の間隔を保つ必要がある。無人飛行体の壁面との間隔の調整を行うための従来技術としては、特許文献２及び３に記載された技術が開示されている。

特許文献２記載の技術は、無人飛行体から壁面に光を照射し、無人飛行体が搭載している撮像装置によって画像を得、この画像に基づいて壁面との位置関係を計測して間隔を調整するものである。特許文献３記載の技術は、無人飛行体に測距装置を搭載して壁面との間隔を自動計測して間隔調整するものである。

特開２０１７−１０８６５６号公報 特開２０１７-２２４１２３号公報 特開２０１４-２２７１６６号公報

しかしながら、特許文献２及び３に記載された技術では、光画像の解析や測距装置のデータの解析とこの解析に基づいた制御とが必要であり、高度の専門的技術が必要となっている。又、解析のための装置や解析に基づいて動作する操作装置が必要であり、構造が複雑で高価となる問題も有している。又、特許文献２及び３の技術は壁面との間隔調整を行うだけであり、特許文献１と同様に壁面自体の検査を行うことはできないものである。

本発明は、以上の従来技術の問題点を考慮してなされたものであり、無人飛行体と壁面との間隔を簡単な構造で保つことができると共に壁面の検査を高精度に行うことが可能な壁面検査装置を提供することを目的とする。

本発明の壁面検査装置は、無線によって飛行が遠隔制御される無人飛行体と、前記無人飛行体に取り付けられ、無人飛行体の飛行位置における構造物の壁面の状態を検査する検査手段と、前記無人飛行体又は前記検査手段に取り付けられて構造物の壁面に転接し、前記壁面との転接状態で無人飛行体の飛行に伴って走行することにより無人飛行体と壁面との間隔を一定に保つ走行車輪と、を備えていることを特徴とする。

本発明においては、前記走行車輪は、前記無人飛行体に対する上下位置の変更が可能となっている。
又、前記走行車輪の走行時のバランスを保つバランスウェイトが前記無人飛行体又は検査手段に取り付けられている。

さらに前記検査手段は、前記壁面の方向に延びて壁面に接触する打診棒と、打診棒の接触による信号に基づいた音又は振動に基づいて壁面の状態を検知する音センサ又は振動センサとを有している。
又、前記打診棒は前記走行車輪と連動して上下位置の変更が可能となっている。
又、前記検査手段は、前記壁面の画像を撮像するカメラである。

本発明によれば、走行車輪の走行が壁面との転接状態でなされるため、簡単な構造で無人飛行体と壁面との間隔を確実に保つことができる。このように無人飛行体と壁面との間隔を保つことができるため、無人飛行体に取り付けられている検査手段による壁面の検査を高精度に行うことができる。

本発明の一実施形態による壁面検査状態を示す斜視図である。 壁面検査装置及び壁面検査状態を示す平面図である。 壁面検査装置の動作の構成を示すブロック図である。 トンネル壁面の検査状態を示す側面図である。

本発明の一実施形態を図１〜図４により具体的に説明する。図１は本発明の壁面検査装置１による建造物７の壁面８の検査状態を示す斜視図、図２は検査状態の詳細を示す平面図、図３はブロック図、図４はトンネル９の壁面８ａを検査する状態の側面図である。

本発明の壁面検査装置１では、壁面８の検査に無人飛行体２を用いるものである。無人飛行体２としてはドローン、マルチコプター、ラジオコントロールヘリコプター等を選択することができる。以下、無人飛行体２をドローン２として説明する。

図１及び図２に示すように、ドローン２はドローン本体３と、ドローン本体３に取り付けられた複数（４基）のプロペラ４とを備えている。ドローン本体３には、それぞれのプロペラ４を駆動制御するプロペラモータ、プロペラモータを駆動するモータドライバ、通信機、その他の飛行に必要な機器が格納されている（いずれも図示省略）。
ドローン２はパソコン等のコントローラ５と無線通信することにより飛行が遠隔制御される。コントローラ５はドローン２の飛行を制御すると共に、後述するように検査本体１２と通信することにより壁面８の状態を解析する。

ドローン本体３には、走行車輪１０、バランスウェイト１１及び検査本体１２が着脱自在に取り付けられている。なお、走行車輪１０及びバランスウェイト１１としてはドローン本体３に取り付けることなくこれらを検査本体１２に取り付け、この検査本体１２をドローン本体３に着脱自在に取り付ける構造としても良い。このように走行車輪１０及びバランスウェイト１１を検査本体１２に取り付ける構造とすることにより、これらが検査本体１２と一体となってドローン本体３に対して着脱することができる。これによりドローン２を改造することなく、市販のドローンを用いることができるメリットがある。

走行車輪１０は壁面８と転接して回転する車輪である。走行車輪１０はドローン本体３の側面から壁面８に向かって延びるクランク状の車軸１３を備え、この車軸１３の先端部に自由回転可能に取り付けられている。走行車輪１０はドローン２の飛行に伴って壁面８との転接状態で回転しながら走行する。走行車輪１０が壁面８と転接することによりドローン２（すなわち検査本体１２）と壁面８との間隔を一定に保つことができる。これにより壁面８との間隔を保つための撮像装置や測距装置が不要となるため、簡単な構造で壁面８との間隔を保つことができる。又、走行車輪１０が壁面８と転接してドローン２（すなわち検査本体１２）と壁面８との間隔を確実に保つことができることから検査本体１２による壁面８の検査を高精度に行うことができる。
図示例において、走行車輪１０はドローン２を挟むように２つが設けられているが、その数は任意に変更することができる。

この実施形態においては、走行車輪１０は上下位置の変更が可能となるものである。このためドローン本体３内に差し込まれている車軸１３の後端部が軸受やギヤ等の受け機構（図示省略）に取り付けられており、この受け機構を中心に車軸１３が回転可能となっている。車軸１３が回転することにより、ドローン本体３に対して走行車輪１０を上下方向に位置変更することができる。これにより図１に示す建造物７の垂直状の壁面８だけなく、図４に示すようにトンネル９の弧状の壁面８ａであっても、走行車輪１０はその壁面８ａに転接した状態で回転しながら走行することができる。これにより建造物の壁面８だけなくトンネルの壁面８ａや橋梁、天井などの他の構造物の壁面への適用が可能となる。
なお、走行車輪１０をドローン本体３ではなく検査本体１２に取り付ける場合には、図示を省略するが、その車軸１３を検査本体１２から壁面８、８ａの方向に延びるように設けると共に、車軸１３の後端部を受け機構に取り付けることにより走行車輪１０の上下位置の変更が可能となる。

バランスウェイト１１は走行車輪１０の反対側に配置されている。このバランスウェイト１１はドローン本体３から走行車輪１０の反対側に延びた連結ロッド１４の後端部に取り付けられることによりドローン本体３に取り付けられるものである。バランスウェイト１１はこの位置で走行車輪１０の走行時のバランスを保つように機能する。これによりドローン２の全体が水平状態を保って飛行することができ、壁面８、８ａの検査を確実に行うことができる。
なお、バランスウェイト１１もドローン本体３に取り付けることなく、検査本体１２に取り付けた構造とすることができる。

検査本体７は建造物の壁面８を検査する各種の検査手段を有している。この実施形態における検査手段を説明する。
検査本体７には壁面８、８ａの方向に延びる打診棒１６が取り付けられている。打診棒１６の先端は球状のセンサボール１７となっており、このセンサボール１７が壁面８、８ａと接触する。センサボール１７の接触によって音信号や振動信号が打診棒１６に入力される。

検査本体７の内部には、打診棒１６の後端部に連結された音センサ２０又は振動センサ２１（図３参照）が設けられており、打診棒１６に入力された音又は振動に基づいて壁面８、８ａの状態を検知するようになっている。これにより例えば、壁面８、８ａ内に発生した空隙や壁面８、８ａに取り付けたタイルやモルタルの浮き状態などを知ることができる。かかる音センサ２０、振動センサ２１はセンサボール１７の内部に設けることも可能である。なお、検知に際しては、プロペラ４の風切り音や騒音を軽減させるため、音センサ２０や振動センサ２１のボリュームを低減させることが良好である。

打診棒１６は走行車輪１０と連動して上下位置の変更が可能となっている。このため、打診棒１６は走行車輪１０の車軸１３が取り付けられる上述の受け機構に連結されており、受け機構を中心に打診棒１６が回転する。この回転により打診棒１６の上下方向への位置変更を走行車輪１０の上下の位置変更と連動させることができる。このような打診棒１６とすることにより、例えば、図４に示すトンネル９の弧状の壁面８ａに対しても、そのセンサボール１７が接触するため検査することができる。

ここで、打診棒１６はコイルばね等のばねを介して検査本体７に取り付けられることが好ましい。ばねを介した取り付けでは、センサボール１７の壁面８、８ａとの接触による衝撃を緩和することができるため、高精度の検査が可能となる。

図３は壁面８、８ａの検査を行うための検査本体１２とコントローラ５との関係のブロック図を示す。
検査本体１２は通信部２２、照明部２３、ＧＰＳ部２４、高度計２５、マーキング部２６、検査手段２７及びこれらを制御する制御部２８を有し、これらがバス３１によってアクセス可能に連結されている。コントローラ５は通信部４１、モニター部４２、記録部４３、解析部４４、操作部４５及びこれらを制御する制御部４６を有し、これらがバス４７によってアクセス可能に連結されている。

検査本体１２の通信部２２とコントローラ５の通信部４１とは無線によって信号のアクセスが行われる。検査本体１２の照明部２３は検査時における壁面８、８ａの照明を行う。ＧＰＳ部２４は検査本体１２の位置（ドローン２の位置）を検出する。これにより検査時におけるドローン２の飛行位置を知ることができ、壁面８、８ａに対する検査位置を知ることができる。高度計２５は検査本体１２の高度（ドローン２の高度）を検出する。これにより壁面８、８ａに対する検査位置の高さを知ることができる。マーキング部２６は壁面８、８ａの検査位置に対してインクを噴射する。これにより検査位置のマーキングを行うことができ、不良箇所の視認が容易となる。

検査本体１２の検査手段２７は、音センサ２０、振動センサ２１、カメラ２９、赤外線カメラ３０、Ｘ線カメラ３１を備えている。カメラ２９、赤外線カメラ３０、Ｘ線カメラ３１はいずれも壁面８、８ａの検査位置を撮像するものである。なお検査手段２７としては、これらの全てを備えることなく、検査目的に応じてその一部を備えるものであって良い。又、これ以外の手段を備えることも可能である。

コントローラ５のモニター部４２は壁面８、８ａの画像を可視表示する。記録部４３は壁面８、８ａの検査結果を検査位置に合わせて記録する。解析部４４は検査手段２７からのデータや信号に基づいて壁面８、８ａの状態を解析する。操作部４５はドローン２の飛行の制御を行うことができる。なお、ドローン２の飛行については、壁面８、８ａの検査マップをプログラミングし、これを操作部４５に入力することにより飛行の制御を自動的に行うことも可能である。

以上の壁面検査装置１によれば、走行車輪１０の走行が壁面８、８ａとの転接状態でなされるため、簡単な構造でドローン２と壁面８、８ａとの間隔を確実に保つことができる。このようにドローン２と壁面８、８ａとの間隔を保つことができることにより、ドローン２に取り付けられている検査手段による壁面８、８ａの検査を高精度に行うことができる。さらに検査のための足場構築の施工も不要となり、壁面８、８ａの検査を迅速に行うことができるばかりでなく、検査の省力化も可能となる。

１ 壁面検査装置
２ ドローン
３ ドローン本体
５ コントローラ
７ 建造物
８、８ａ 壁面
９ トンネル
１０ 走行車輪
１１ バランスウェイト
１２ 検査本体
１３ 車軸
１６ 打診棒
１７ センサボール
２０ 音センサ
２１ 振動センサ
２９ カメラ

Claims (6)

1. 無線によって飛行が遠隔制御される無人飛行体と、
   前記無人飛行体に取り付けられ、無人飛行体の飛行位置における構造物の壁面の状態を検査する検査手段と、
   前記無人飛行体又は前記検査手段に取り付けられて構造物の壁面に転接し、前記壁面との転接状態で無人飛行体の飛行に伴って走行することにより無人飛行体と壁面との間隔を一定に保つ走行車輪と、
   を備えていることを特徴とする壁面検査装置。
2. 前記走行車輪は前記無人飛行体に対する上下位置の変更が可能となっていることを特徴とする請求項１記載の壁面検査装置。
3. 前記走行車輪の走行時のバランスを保つバランスウェイトが前記無人飛行体又は検査手段に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の壁面検査装置。
4. 前記検査手段は前記壁面の方向に延びて壁面に接触する打診棒と、打診棒の接触による信号に基づいた音又は振動に基づいて壁面の状態を検知する音センサ又は振動センサとを有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の壁面検査装置。
5. 前記打診棒は前記走行車輪と連動して上下位置の変更が可能となっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の壁面検査装置。
6. 前記検査手段は前記壁面の画像を撮像するカメラであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の壁面検査装置。

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