JP2020003295A - 免震装置の検査システムおよび検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】免震装置の検査を効率的かつ精度よく行う。【解決手段】検査システム１０は、上部構造体６０と下部構造体６２との間に設置された免震装置２０を検査する。カメラ４０は、長さが既知の基準スケール３０と免震装置２０とを含む画像を異なる視点から複数枚撮影する。このとき、単眼カメラを用いて複数回の撮影動作で複数枚の画像を撮影してもよい。基準スケール３０は、例えば中心点間の距離が既知の２つの図形が表示された板状部材３２を用いる。寸法算出部５２は、複数の画像に基づいて、免震装置２０各部の寸法を算出する。【選択図】図４

Description

本発明は、免震装置の検査システムおよび免震装置の検査方法に関する。

従来、地震発生時等における構造物の振動を低減する免震装置が実用化されている。
例えば、下記特許文献１において、免震装置は、免震用積層ゴムと、この免震用積層ゴムの上下にそれぞれ接合され上部の構造体または下部の構造体にボルトで取着される上下のフランジプレートとを備えている。

特開２０１１−１４１０３６号公報

免震装置は、出荷時や構造物に設置後の保守点検時などに検査が行われる。このような寸法（形状）測定および設置後の変形計測は、一般にノギスやメジャーを用いたマニュアル計測により行われている。
マニュアル計測は、少品種・多量製品を精密に繰り返し計測するのに適した方法であるが、計測箇所１つ１つを人手によって計測するため、時間がかかるという課題がある。
また、近年面の歪みや３次元変形についても計測が必要となる場合があり、このような場合はマニュアル計測では対応することができない。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、免震装置の検査を効率的かつ精度よく行うことにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる免震装置の検査システムは、上部構造体と下部構造体との間に設置された免震装置の検査システムであって、長さが既知の基準スケールと前記免震装置とを含む画像を異なる視点から複数枚撮影するカメラと、複数の前記画像に基づいて、前記免震装置各部の寸法を算出する寸法算出部と、を備えることを特徴とする。
請求項２の発明にかかる免震装置の検査システムは、前記基準スケールは、中心点間の距離が既知の２つの図形が表示された板状部材である、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる免震装置の検査システムは、前記基準スケールは、免震装置、上部構造体および下部構造体のうち、寸法が既知の領域である、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる免震装置の検査システムは、前記カメラは単眼カメラであり、複数回の撮影動作で複数枚の画像を撮影する、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかる免震装置の検査システムは、前記カメラはステレオカメラであり、１回の撮影動作で複数枚の画像を撮影する、ことを特徴とする。
請求項６の発明にかかる免震装置の検査システムは、前記カメラを搭載する自動移動体を更に備え、前記自動移動体は、無線制御または自動運転により前記免震装置近傍に移動し、前記カメラにより前記画像を撮影する、ことを特徴とする。
請求項７の発明にかかる免震装置の検査方法は、上部構造体と下部構造体との間に設置された免震装置の検査方法であって、長さが既知の基準スケールと前記免震装置とを含む画像を異なる視点から複数枚撮影する撮影工程と、複数の前記画像に基づいて、前記免震装置各部の寸法を算出する寸法算出工程と、を含んだことを特徴とする。
請求項８の発明にかかる免震装置の検査方法は、前記基準スケールは、中心点間の距離が既知の２つの図形が表示された板状部材である、ことを特徴とする。
請求項９の発明にかかる免震装置の検査方法は、前記基準スケールは、免震装置、上部構造体および下部構造体のうち、寸法が既知の領域である、ことを特徴とする。
請求項１０の発明にかかる免震装置の検査方法は、前記カメラは単眼カメラであり、複数回の撮影動作で複数枚の画像を撮影する、ことを特徴とする。
請求項１１の発明にかかる免震装置の検査方法は、前記カメラはステレオカメラであり、１回の撮影動作で複数枚の画像を撮影する、ことを特徴とする。

請求項１および請求項７の発明によれば、免震装置の各部の寸法をマニュアルで計測するのと比較して、短時間で計測を行うことができる。また、マニュアル計測では難しい３次元計測についても対応することができる。また、免震装置の画像を撮影するため、検査時における外観状態を記録することができる。
請求項２および請求項８の発明によれば、予め距離が既知の２点が表示された部材を基準スケールとして用いるので、基準スケールを均一化することができ、寸法の算出精度を向上させる上で有利となる。
請求項３および請求項９の発明によれば、特別な器具を用いることなく、免震装置の設置場所の任意の物体を基準スケールとして用いることができ、免震装置の検査を簡便に行う上で有利となる。
請求項４および請求項１０の発明によれば、単眼カメラを用いて画像を撮影するので、特殊なカメラを用意しなくてもよく、低コストに免震装置の検査システムを構築する上で有利となる。
請求項５および請求項１１の発明によれば、ステレオカメラを用いて画像を撮影するので、１度の撮影で複数枚の画像を撮影することができ、検査時間を短縮する上で有利となる。
請求項６の発明によれば、自動移動体を用いて遠隔作業により免震装置の検査を行うことでき、作業効率を向上させることができる。

実施の形態にかかる検査システム１０の構成を示すブロック図である。 免震装置２０の構成を示す説明図である。 基準スケール３０である板状部材３２の構成を示す説明図である。 検査時におけるカメラ４０等の配置状態を模式的に示す説明図である。 検査システム１０の処理を示すフローチャートである。 自動移動体７０を用いた例を模式的に示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる免震装置の検査システムおよび免震装置の検査方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかる免震装置２０の検査システム１０の構成を示すブロック図である。
本実施の形態では、検査システム１０を用いて上部構造体６０と下部構造体６２（図４参照）との間に設置された状態の免震装置２０を検査する場合について説明する。

まず、図２を参照して検査システム１０の検査対象物である免震装置２０の構成について説明する。図２Ａは免震装置２０の斜視図であり、図２Ｂは免震装置２０の側面視図である。
免震装置２０は、上部構造体６０（図４参照）に取り付けられる鋼材製の上部フランジ２２と、下部構造体６２（図４参照）に取り付けられる鋼材製の下部フランジ２４と、上部フランジ２２と下部フランジ２４に挟まれた積層ゴム２６とを備える。
積層ゴム２６は、下部構造体６２の上で上部構造体６０の水平方向の変位を許容しつつ上部構造体６０からの垂直荷重を支えるものであり、複数枚のゴムシートと複数枚の鋼板とが交互に積層されて構成され、その外側がゴムで被覆されている。上部フランジ２２は積層ゴム２６の上面に接合され、下部フランジ２４は積層ゴム２６の下面に接合されている。上部フランジ２２および下部フランジ２４には、それぞれ上部構造体６０または下部構造体６２にボルト（図示なし）により結合される際に用いられるボルト挿通穴２８が形成されている。積層ゴム２６の中央部には、エネルギ吸収手段として鉛プラグが配置されているものもある。なお、免震装置２０の構造は、上述したものに限らず、従来公知の様々な構造が適用可能である。
図４に示すように、免震装置２０は、上部構造体６０と下部構造体６２との間の空間Ｓに設置されている。上部構造体６０は例えば建物であり、下部構造体６２は例えば建物の基礎である。なお、図４では図示を省略しているが、免震装置２０は、空間Ｓ内に間隔をおいて複数設置されている。
例えば、地震が発生した場合、積層ゴム２６の変形により下部構造体６２と上部構造体６０との間の水平方向の相対変位が許容され、積層ゴム２６の変形に伴ってエネルギ吸収手段により振動エネルギが吸収される。

検査システム１０は、免震装置２０の各部の寸法を画像処理よって計測することにより、免震装置２０に変形等の異常が生じていないかを判定する。
本実施の形態では、例えば図２Ｂに示すように、上部フランジ２２の直径Ｄ１（点Ｅ１−Ｅ２間の距離）、下部フランジ２４の直径Ｄ２、上部フランジ２２の軸心位置Ｏ１、下部フランジ２４の軸心位置Ｏ２、上下の軸心Ｏ１−Ｏ２のずれ、右側面における上下フランジ間の距離（積層ゴム２６の一方の側面の高さ）Ｈ１、左側面における上下フランジ間の距離（積層ゴム２６の他方の側面の高さ）Ｈ２、左右の上下フランジ間の距離Ｈ１−Ｈ２の差分（積層ゴム２６の傾き）などを計測する。

つぎに、検査システム１０における計測方法について説明する。
本実施の形態では、ステレオカメラ計測方式を用いて画像内の各点の３次元座標を算出し、免震装置２０の各部の寸法を算出する。より詳細には、位置をずらして撮影対象物を撮影した複数の画像中の対応点を特定し、正規化相関処理演算、ステレオカメラ数学処理により、画像上の各点の３次元座標を算出する。そして、図２Ｂに示した各寸法の端部の位置を画像上で指定（または画像処理により自動的に抽出）する。例えば上部フランジ２２の直径Ｄ１であれば、点Ｅ１と点Ｅ２とを指定し、これら２点間の座標値の差分を算出する。単位座標値あたりの距離は、後述する基準スケールにより既知であるため、２点間の座標値の差分に対して単位座標値あたりの距離を掛け合せることによって、２点間の距離を算出することができる。

ステレオカメラ計測方式は、水平方向に距離（視差）を置いて配置された２つのカメラによって同時に撮影された画像を用いるのが一般的であるが、本実施の形態では単眼カメラを用いる。
単眼カメラを用いた場合、同一の対象（本実施の形態では免震装置２０）について撮影位置を変えて複数枚画像を撮影する。例えば２方向から撮影を行い、互いの画像中に５点以上の共通点があれば、それぞれの撮影位置の位置関係を計算することができ、ステレオカメラと同等であることが知られている。
特に、本実施の形態においては、撮影対象物（免震装置２０）が動いていないため、複数の画像を同時に撮影する必要はない。このため、例えば検査作業において外観記録用の画像を撮影するための汎用的なカメラなどを用いることができる。

図１に示すように、検査システム１０は、基準スケール３０、カメラ４０およびコンピュータ５０を備える。
基準スケール３０は、長さが既知の任意の２点を含んでいる。ステレオカメラ計測方式では、基本的に基準スケール３０は不要であるが、本実施の形態では精度向上のために基準スケール３０を用いている。
基準スケール３０の一例として、本実施の形態では、中心点間の距離が既知の２つの図形が表示された板状部材を用いる。

図３は、基準スケール３０の一例を示す説明図であり、図３Ａは基準スケール３０として用いる板状部材３２の斜視図、図３Ｂは板状部材３２の正面視図である。
板状部材３２には、上下の端部に沿って間隔を置いて３つずつ円形のマークＭ１〜Ｍ６が描かれている。また、板状部材３２の中央部には、間隔を置いて２つの四角形のマークＭ７，Ｍ８が描かれている。
２つの四角形のマークＭ７，Ｍ８の中心点間の距離Ｎは既知である。この距離Ｎを基準として、画像中の３次元座標系における単位座標値あたりの距離を算出することができる。
また、円形のマークＭ１〜Ｍ６は、ステレオカメラ計測方式において、複数の画像中の対応点（３次元座標中における同一点）を特定する際に利用する。
なお、マークの形状については、図３に示すような円形や四角形などに限らず、例えば×印やドーナツ型など、任意の形状を使用することができる。
また、基準スケール３０として、免震装置２０、上部構造体６０および下部構造体６２のうち、寸法が既知の領域を用いてもよい。具体的には、例えば上部フランジ２２（または下部フランジ２４）の厚さや、上部構造体６０（または下部構造体６２）から延びる柱の幅などを基準スケールとして用いてもよい。

図１の説明に戻り、カメラ４０は、基準スケール３０と免震装置２０とを含む画像を異なる視点から複数枚撮影する。すなわち、カメラ４０は、基準スケール３０と免震装置２０とを撮影範囲Ａに含んでいる。
上述のように、本実施の形態ではカメラ４０として単眼カメラを使用し、複数回の撮影動作で複数枚の画像を撮影する。
カメラ４０で撮影する際は、例えば図４に示すように、板状部材３２をマークＭ１〜Ｍ８が描かれている側を表面にして下部フランジ２４上に置き、略鉛直となるように積層ゴム２６に立てかける。そして、カメラ４０の位置を変更しながら複数の画像を撮影する。図４の例では、位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の３か所で撮影を行っている。
また、カメラ４０での撮影の際に、免震装置２０やその周辺に対してランダム模様を投影（プロジェクター投影やレーザ照射など）してもよい。このような模様を投影することによって、複数の画像中の対応点の特定や正規化相関処理演算の処理が容易となる。
なお、カメラ４０としてステレオカメラを使用し、１回の撮影動作で複数枚の画像を撮影するようにしてもよい。

カメラ４０で撮影した画像はコンピュータ５０に出力される。カメラ４０からコンピュータ５０への画像の出力は、例えばネットワークを介して行ってもよいし、カメラ４０とコンピュータ５０とを有線または無線で接続して行ってもよい。また、カメラ４０内に保持されている記録媒体をコンピュータ５０に読み込ませることによって行ってもよい。

コンピュータ５０は、一般にカメラ４０等が設置された空間Ｓから離れた場所に設けられている。コンピュータ５０は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部、モニタ、キーボードなどを含んで構成される。
コンピュータ５０は、上記ＣＰＵが上記制御プログラムを実行することにより、寸法算出部５２、判定部５４として機能する。

寸法算出部５２は、カメラ４０で撮影された複数の画像に基づいて、免震装置２０各部の寸法を算出する。上述のように、寸法算出部５２は、ステレオカメラ計測方式を用いて画像内の各点の３次元座標を算出し、免震装置２０の各部の寸法を算出する。
なお、各部の寸法を算出する際に、複数の画像中の対応点（３次元座標において同一座標となる点）および計測点（例えば図２Ｂに示す点Ｅ１，Ｅ２など、寸法として算出する領域の端部）を特定する必要がある。
このような特定作業は、例えば作業者が目視により確認し、マウスクリック等により所望の点を指定してもよいし、図３に示した円形のマークＭ１〜Ｍ６および四角形のマークＭ７，Ｍ８のように規則性のあるマーカを自動抽出することにより指定してもよい。
本実施の形態では、画像中の対応点については上述した円形のマークＭ１〜Ｍ６を自動抽出することにより特定する。これにより、手作業による誤差を防止するとともに、計測精度の向上を図ることができる。

判定部５４は、寸法算出部５２によって算出された寸法が予め設定された許容範囲内か否かを判定する。
例えば、上部フランジ２２の軸心位置Ｏ１と下部フランジ２４の軸心位置Ｏ２とのずれはゼロとなるべきであるが、地震等によって積層ゴム２６が変形した場合などは、ゼロとならない場合がある。
このため、例えば寸法算出部５２で算出する各部の寸法に対して、計測誤差も見越した許容範囲を設定しておき、許容範囲を超えている場合には免震装置２０に不良が生じている可能性があるものとしてアラートを発生する。
なお、アラートとして、例えば寸法算出部５２で算出した寸法を表示する際に他の寸法値と異なる色で表示する（許容範囲内の寸法は黒で表示するのに対し、許容範囲外の寸法は赤で表示するなど）、アラーム音を鳴らすなど、従来公知の様々な報知方法を適用可能である。

図５は、検査システム１０の処理を示すフローチャートである。
作業者は、まず基準スケール３０である板状部材３２（プレート）を検査対象の免震装置２０の近傍に設置する（ステップＳ５００）。作業者は、単眼のカメラ４０により方向を変えながら複数の画像を撮影する（ステップＳ５０２、撮影工程）。検査対象の免震装置２０が複数ある場合は、板状部材３２を移動させてそれぞれの免震装置２０の側で撮影を行う。カメラ４０により撮影された画像は、コンピュータ５０へと入力される（ステップＳ５０３）。
寸法算出部５２は、カメラ４０で撮影された複数の画像に基づいて、免震装置２０各部の寸法を算出する（ステップＳ５０４、寸法算出工程）。算出された寸法は、図示しないコンピュータ５０のモニタ等に表示される。
また、判定部５４は、算出された寸法が許容範囲内か否かを判定し（ステップＳ５０６）、許容範囲内でない場合は（ステップＳ５０６：Ｎｏ）、アラートを発生させる（ステップＳ５０８）。
そして、コンピュータ５０の記録装置に寸法や画像を記録して（ステップＳ５１０）、本フローチャートによる処理を終了する。

なお、上述した説明では、免震装置２０各部の寸法検査を例に挙げたが、これに加えて、免震装置２０の外観検査を検査システム１０で行うようにしてもよい。具体的には、例えば画像解析により免震装置２０上に生じたサビや汚損などを画像の特徴点として抽出する外観検査部をコンピュータ５０に設ける。
また、カメラ４０で撮影した画像を用いて、作業者が目視でサビや汚損などの有無を判断してもよい。

また、作業者が画像を撮影するのではなく、図６に示すような自動移動体を用いて画像を撮影するようにしてもよい。
図６に示す自動移動体７０は、筐体７２、車輪７４、伸縮機構７６、カメラ保持部７７、ランダム模様投影部７８を備える。
筐体７２は、自動移動体７０の駆動機構等を格納する。筐体７２には、例えば周囲の障害物を検知するレーダ等を設けてもよい。
車輪７４は、クローラなどであってもよく、回転により筐体７２を水平方向の任意の位置へ移動させる。
伸縮機構７６は、一端を筐体７２に固定され、他端にカメラ保持部７７が取り付けられている。伸縮機構７６が伸縮することによって、カメラ保持部７７の鉛直方向の位置を変更可能である。
カメラ保持部７７は、カメラ４０のレンズや受光素子等を保持する。図６の例では、２つのカメラ４０（Ｐ１およびＰ２）がカメラ保持部７７に保持されている。また、筐体７２にもう１つのカメラ４０（Ｐ３）が取り付けられており、１度に３枚の画像を撮影可能である。筐体７２に取り付けられたカメラ４０の画像を作業者に送信するとともに、作業者は当該画像を見ながら自動移動体７０の操縦をするようにしてもよい。
ランダム模様投影部７８は、カメラ４０の撮影方向に向けてランダム模様Ｒを投影する。
自動移動体７０は、例えば無線通信によって移動方向やカメラ４０の位置、撮影方向、撮影タイミングなどが制御される。また、免震装置２０周辺の構成に変更がなければ、無線通信を用いることなく、予め決まったルートを自動的に巡回し、撮影を行ってもよい。
すなわち、検査システム１０において、カメラ４０を搭載する自動移動体７０を更に備え、自動移動体７０は、無線制御または自動運転により免震装置２０近傍に移動し、カメラ４０により免震装置２０を含む画像を撮影するようにしてもよい。
このように、自動移動体７０を用いることによって、遠隔作業により免震装置２０の検査を行うことでき、作業効率を向上させることができる。
なお、図６では自動移動体が床面を走行するようにしたが、これに限らず、例えばドローン等の飛行体を自動移動体として用いてもよい。この場合、飛行体にカメラやランダム模様投影部を搭載させ、上部構造体６０と下部構造体６２との間の空間を飛行させることにより所望の位置に移動させる。

以上説明したように、実施の形態にかかる免震装置２０の検査システム１０は、免震装置２０の各部の寸法をマニュアルで計測するのと比較して、短時間で計測を行うことができる。また、マニュアル計測では難しい３次元計測についても対応することができる。また、免震装置の画像を撮影するため、検査時における外観状態を記録することができる。
また、検査システム１０は、予め距離が既知の２点が表示された板状部材３２を基準スケール３０として用いるので、撮影時における基準スケール３０を統一することができ、寸法の算出精度を向上させる上で有利となる。
また、検査システム１０において、免震装置２０の設置場所の任意の物体を基準スケールとして用いるようにすれば、特別な器具を用いることなく免震装置の検査を簡便に行う上で有利となる。
また、検査システム１０は、単眼カメラを用いて画像を撮影するので、特殊なカメラを用意しなくてもよく、低コストに免震装置２０の検査システムを構築する上で有利となる。
また、検査システム１０において、ステレオカメラを用いて画像を撮影するようにすれば、１度の撮影で複数枚の画像を撮影することができ、検査時間を短縮する上で有利となる。

なお、本実施の形態では、上部構造体６０と下部構造体６２（図４参照）との間に設置された状態の免震装置２０を検査する場合について説明したが、これに限らず、例えば免震装置２０の出荷前に行われる製品検査に本発明にかかる検査システム１０を適用してもよい。
この場合、図２Ｂに示した各寸法に加え、例えばボルト挿通穴２８の直径などを検査項目として加えてもよい。

１０ 検査システム
２０ 免震装置
２２ 上部フランジ
２４ 下部フランジ
２６ 積層ゴム
２８ ボルト挿通穴
３０ 基準スケール
３２ 板状部材
４０ カメラ
５０ コンピュータ
５２ 寸法算出部
５４ 判定部
６０ 上部構造体
６２ 下部構造体
７０ 自動移動体
Ａ 撮影範囲
Ｓ 空間

Claims (11)

1. 上部構造体と下部構造体との間に設置された免震装置の検査システムであって、
   長さが既知の基準スケールと前記免震装置とを含む画像を異なる視点から複数枚撮影するカメラと、
   複数の前記画像に基づいて、前記免震装置各部の寸法を算出する寸法算出部と、
   を備えることを特徴とする免震装置の検査システム。
2. 前記基準スケールは、中心点間の距離が既知の２つの図形が表示された板状部材である、
   ことを特徴とする請求項１記載の免震装置の検査システム。
3. 前記基準スケールは、免震装置、上部構造体および下部構造体のうち、寸法が既知の領域である、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の免震装置の検査システム。
4. 前記カメラは単眼カメラであり、複数回の撮影動作で複数枚の画像を撮影する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の免震装置の検査システム。
5. 前記カメラはステレオカメラであり、１回の撮影動作で複数枚の画像を撮影する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の免震装置の検査システム。
6. 前記カメラを搭載する自動移動体を更に備え、
   前記自動移動体は、無線制御または自動運転により前記免震装置近傍に移動し、前記カメラにより前記画像を撮影する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の免震装置の検査システム。
7. 上部構造体と下部構造体との間に設置された免震装置の検査方法であって、
   長さが既知の基準スケールと前記免震装置とを含む画像を異なる視点から複数枚撮影する撮影工程と、
   複数の前記画像に基づいて、前記免震装置各部の寸法を算出する寸法算出工程と、
   を含んだことを特徴とする免震装置の検査方法。
8. 前記基準スケールは、中心点間の距離が既知の２つの図形が表示された板状部材である、
   ことを特徴とする請求項７記載の免震装置の検査方法。
9. 前記基準スケールは、免震装置、上部構造体および下部構造体のうち、寸法が既知の領域である、
   ことを特徴とする請求項７または８記載の免震装置の検査方法。
10. 前記カメラは単眼カメラであり、複数回の撮影動作で複数枚の画像を撮影する、
    ことを特徴とする請求項７から９のいずれか１項記載の免震装置の検査方法。
11. 前記カメラはステレオカメラであり、１回の撮影動作で複数枚の画像を撮影する、
    ことを特徴とする請求項７から９のいずれか１項記載の免震装置の検査方法。

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