JP2020139929A - 検査装置及び検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造によって、検査対象となる構造物の壁面上で打音を発生させることができる検査装置及び検査システムを提供する。【解決手段】飛行体１０に搭載されて飛行体の飛行によって構造物１００の内部の破損を検査する検査装置２０において、飛行体から延伸するアーム３１の先端において回転自在に保持されて飛行体の飛行によって構造物の壁面１０１に当接して飛行体の移動に追従して壁面上で回転する回転体３３と、回転体にアームを介して振動を付与する振動モータと、振動モータによって付与される振動に基づいて回転体が構造物の壁面上で回転しながら壁面を打突する際に発生する打音を収音するマイク４０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置及び検査システム、特に、飛行体に搭載されて飛行体の飛行によって構造物の内部の破損を検査する検査装置、及び構造物の内部の破損を検査する検査システムに関する。

対象物を高所から観察したり、上空から地上を空撮したり、あるいは立ち入りが困難な領域を観察したりする場合には、近年、複数のプロペラの回転によって飛行するいわゆるドローンあるいはマルチコプタといった飛行体が用いられることがある。

特許文献１には、飛行体に搭載したカメラで対象物を撮像した画像から三次元の画像を生成することが開示され、特許文献２には、飛行体に搭載したカメラで下水管路を点検することが開示されている。

特開２０１８−１０６３０公報 特開２０１６−２１８８１３公報

ところで、例えばビルの壁面やトンネルの壁面等といった構造物の内部の破損を点検する場合に、回転自在なボールが保持された打音検査具を構造物の壁面上で往復させて、その壁面上でのボールの回転によって打音を発生させて、打音が変化した場合に構造物の内部に破損が生じていることを検知する検査技術が提案されている。

一方、飛行体を用いて、橋梁の橋脚や橋桁といった人が立ち入ることが困難な領域の構造物の内部の破損を検査する場合において、構造物の壁面上で打音を発生させる上記のような検査技術を実装しようとすれば、打音検査具を構造物の壁面上で往復させる機構を採用する必要がある。

しかし、このような機構は、部品点数が多く構造が複雑であることから、耐久性に懸念が生じたり、飛行体に搭載する観点からは重量が増加することに懸念が生じたりすることが想定される。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造によって、検査対象となる構造物の壁面上で打音を発生させることができる検査装置及び検査システムを提供することを課題とするものである。

上記課題を達成するための、本発明に係る検査装置は、飛行体に搭載されて飛行体の飛行によって構造物の内部の破損を検査する検査装置において、飛行体から延伸するアームの先端において回転自在に保持されて飛行体の飛行によって構造物の壁面に当接して飛行体の移動に追従して壁面上で回転する回転体と、回転体にアームを介して振動を付与する振動モータと、振動モータによって付与される振動に基づいて回転体が構造物の壁面上で回転しながら壁面を打突する際に発生する打音を収音するマイクと、を備えることを特徴としている。

ここでいう構造物の「壁面」には、構造物の立設方向に倣う面のみならず、構造物の天井面や床面等といった構造物を構成する各種の面が含まれる。

この検査装置によれば、検知部の振動モータの振動によって、アームを介して回転体に振動が付与されて回転体が高速で振動せしめられることから、回転体によって構造物の壁面が高速で打突される。

したがって、振動モータで回転体を高速で振動させるという簡易な構造によって、構造物の壁面上で打音を発生させることができる。

この検査装置は、飛行体によって回転体を介して構造物の壁面に押圧力が付与されることを特徴としており、検査装置のマイクは、回転体に近接して配設されることを特徴としている。

さらに、検査装置は、回転体に入力される衝撃荷重を緩衝する緩衝機構を備えるものであってもよい。

上記課題を達成するための、本発明に係る検査システムは、構造物の内部の破損を検査する検査システムにおいて、飛行体及び飛行体に搭載される検査装置を備え、検査装置は、飛行体から延伸するアームの先端において回転自在に保持されて飛行体の飛行によって構造物の壁面に当接して飛行体の移動に追従して壁面上で回転する回転体と、回転体にアームを介して振動を付与する振動モータと、振動モータによって付与される振動に基づいて回転体が構造物の壁面上で回転しながら壁面を打突する際に発生する打音を収音するマイクと、を備えることを特徴としている。

この検査システムによれば、検査装置の検知部の振動モータの振動によって、アームを介して回転体に振動が付与されて回転体が高速で振動せしめられることから、回転体によって構造物の壁面が高速で打突される。

したがって、振動モータで回転体を高速で振動させるという簡易な構造によって、構造物の壁面上で打音を発生させることができる。

この発明によれば、振動モータで回転体を高速で振動させるという簡易な構造によって、構造物の壁面上で打音を発生させることができる。

本発明の実施の形態に係る検査システムの概略を説明する図である。 同じく、本実施の形態に係る飛行体のハードウェア構成を説明するブロック図である。 同じく、本実施の形態に係る検査装置の検知部の構成の概略を説明する図である。 同じく、本実施の形態に係る検査装置の制御ユニットの構成の概略を説明するブロック図である。 同じく、本実施の形態に係る検査装置の制御ユニットにおける制御部の構成の概略を説明するブロック図である。 同じく、本実施の形態の検査システムの作動概略を説明する図である。 同じく、本実施の形態の検査システムの作動概略を説明する図である。 本発明の参考例に係る検査装置の検知部の概略を説明する図である。 本発明の他の実施の形態に係る検査装置の検知部の概略を説明する図である。

次に、図１〜図７に基づいて、本発明の実施の形態に係る検査システムについて説明する。

図１は、本実施の形態に係る検査システムの概略を説明する図である。図示のように、検査システム１は、飛行体１０及びこの飛行体１０に搭載される検査装置２０を備え、検査対象物である構造物１００の内部の破損を検知するものである。

飛行体１０は、本実施の形態では、機体１１及びこの機体１１から放射状に形成される複数のアーム１２を備え、これら各アーム１２の先端に、モータ１８及びモータ１８に連結されたプロペラ１９が配備された、いわゆるドローンあるいはマルチコプタである。

さらに、飛行体１０は、先端に回転自在なキャスタ１３ａが設けられた複数の脚部１３が、機体１１に垂下して設けられる。

図２は、本実施の形態に係る飛行体１０のハードウェア構成を説明するブロック図である。図示のように、飛行体１０は、送受信部１４、送受信部１４と接続されるフライトコントローラ１５、フライトコントローラ１５を介して電力を供給するバッテリ１６、フライトコントローラ１５と接続されてプロペラ１９を駆動するモータ１８を制御する速度制御部（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＥＳＣ）１７を備える。

送受信部１４は、例えば、送信機（プロポ）や情報端末、表示装置あるいは他の遠隔の制御器といった複数の外部機器からのデータを送受信するように構成された通信インターフェースである。

この送受信部１４は、例えば、ローカルエリアネットワーク（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信等といった複数の通信網を利用することができる。

さらに、送受信部１４は、取得した各種のデータ、フライトコントローラ１５が生成した処理結果、各種の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンド等の複数のデータの送受信を実行する。

フライトコントローラ１５は、プロセッサ１５Ａ、メモリ１５Ｂ、及びセンサ類１５Ｃを主要構成として備える。

プロセッサ１５Ａは、本実施の形態では例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で構成され、フライトコントローラ１５の動作を制御し、各要素間におけるデータの送受信の制御や、プログラムの実行に必要な処理等を行う。

メモリ１５Ｂは、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置で構成される主記憶装置、及びフラッシュメモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性記憶装置で構成される補助記憶装置を備える。

このメモリ１５Ｂは、プロセッサ１５Ａの作業領域として使用される一方、フライトコントローラ１５が実行可能であるロジック、コード、あるいはプログラム命令といった各種の設定情報等が格納される。

さらに、このメモリ１５Ｂに、センサ類１５Ｃ等から取得したデータが直接的に伝達されて記憶されるように構成してもよい。本実施の形態では、飛行体１０の飛行記録が後述する飛行軌跡データとしてメモリ１５Ｂに格納される。

センサ類１５Ｃは、本実施の形態では、ＧＰＳ衛星から電波を受信するＧＰＳセンサ、大気圧を測定する気圧センサ、温度を測定する温度センサや加速度センサといった各種のセンサによって構成される。

図１で示すように、検査装置２０は、検知部３０、マイク４０、カメラ５０、及びこれらを電気的に制御する制御ユニット６０を主要構成として備える。

図３は、検知部３０の構成の概略を説明する図である。図示のように、検知部３０は、基端３１ａ及び先端３１ｂを有する側面視で略Ｌ字状であって飛行体１０から延伸するアーム３１、アーム３１の先端３１ｂに設けられたカプラ３２、及びカプラ３２を介してアーム３１の先端３１ｂにおいて回転自在に保持された回転体である回転ボール３３を備える。

検知部３０は、アーム３１に形成された支持部３１Ａにおいてアーム３１を揺動可能に軸支するブラケット３４、ブラケット３４及びアーム３１を介して回転ボール３３に振動を付与する振動モータ３５、振動モータ３５による振動をブラケット３４に伝達するウォーム３６ａ及びウォームホイール３６ｂからなるウォームギヤ３６を備える。

さらに検知部３０は、アーム３１の基端３１ａ側に取り付けられる保持部３７を介してアーム３１に連結される緩衝機構であるシリンダ３８を備え、シリンダロッド３８ａの伸縮によって回転ボール３３に入力される衝撃荷重を緩衝する。

再び図１で示すように、マイク４０は、コンデンサマイクによって実装されるものであって、信号対雑音比（ＳＮ比）を高めて雑音の影響を低減させる観点から、本実施の形態では、回転ボール３３に近接して配設されるようにアーム３１に取り付けられる。

カメラ５０は、本実施の形態では、飛行体１０から垂下して設けられ、構造物１００の壁面１０１を撮像する。カメラで撮像した画像（映像）に基づいて、構造物１００の壁面１０１のひび割れや欠落といった破損を検知することができる。

図４は、制御ユニット６０の構成の概略を説明するブロック図である。図示のように、制御ユニット６０は、制御部６１、オーディオインターフェース６２、モータ制御部６３、モータ制御部６３に接続される切替スイッチ６４、制御部６１に電力を供給するバッテリ６５及びモータ制御部６３に電力を供給するバッテリ６６を備える。

この制御ユニット６０は、本実施の形態では、マイク４０がオーディオインターフェース６２を介して制御部６１に接続されるとともに、カメラ５０及びモータ制御部６３が制御部６１に接続される。

制御部６１は、マイク４０、カメラ５０及びモータ制御部６２を制御するものであって、本実施の形態では、小型のコンピュータによって実装される。

図５は、制御部６１の構成の概略を説明するブロック図である。図示のように、制御部６１は、プロセッサ６１ａ、メモリ６１ｂ、ストレージ６１ｃ、送受信部６１ｄ、及び入出力部６１ｅを主要構成として備え、これらが互いにバス６１ｆを介して電気的に接続される。

プロセッサ６１ａは、制御部６１の動作を制御し、各要素間におけるデータの送受信の制御や、プログラムの実行に必要な処理等を行う演算装置である。

このプロセッサ６１ａは、本実施の形態では例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、後述するストレージ６１ｃに格納されてメモリ６１ｂに展開されたプログラムを実行して各処理を行う。

メモリ６１ｂは、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置で構成される主記憶装置、及びフラッシュメモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性記憶装置で構成される補助記憶装置を備える。

このメモリ６１ｂは、プロセッサ６１ａの作業領域として使用される一方、制御部６１の起動時に実行されるＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、及び各種の設定情報等が格納される。

ストレージ６１ｃは、プログラムや各種の処理に用いられる情報等が格納されている。さらに、本実施の形態では、マイク４０で収音した後述する打音が打音データとして格納される。

送受信部６１ｄは、制御部６１をインターネット網等のネットワークに接続するものであって、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）といった近距離通信インターフェースを具備するものであってもよい。

本実施の形態では、ストレージ６１ｃに格納された打音データが、この送受信部６１ｄを介して、例えば外部の管理サーバ等に送信される。

入出力部６１ｅには、入出力機器が接続されるインターフェースであって、本実施の形態では、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ（ＵＳＢ）によって実装される。

本実施の形態では、オーディオインターフェース６２を介したマイク４０、カメラ５０及びモータ制御部６２のいずれもが、この入出力部６１ｅを介して接続される。

バス６１ｆは、接続したプロセッサ６１ａ、メモリ６１ｂ、ストレージ６１ｃ、送受信部６１ｄ及び入出力部６１ｅの間において、例えばアドレス信号、データ信号及び各種の制御信号を伝達する。

図４で示すように、モータ制御部６３は、切替スイッチ６４のオン／オフを切り替えることによって振動モータ３５の作動を制御するものであって、本実施の形態では、Ａｒｄｕｉｎｏ基板及び電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が組み込まれて実装される。

次に、本実施の形態の検査システム１の作動概略を、図６及び図７に基づいて説明する。

図６で示すように、検査システム１は、飛行体１０の飛行によって、検査装置２０の検知部３０が、検査対象物である構造物１００の壁面１０１の検査開始位置Ｓに当接される。

具体的には、検知部３０のアーム３１の先端３１ｂに設けられた回転ボール３３が、構造物１００の壁面１０１の検査開始位置Ｓに当接される。

このとき、本実施の形態では、矢線Ａで示す飛行体１０が構造物１００の壁面１０１に対して近接する方向に飛行体１０が傾斜せしめられて、回転ボール３３を介して構造物１００の壁面１０１に押圧力が付与される。

一方、構造物１００の壁面１０１の検査開始位置Ｓに回転ボール３３を当接させる前あるいは当接させた後に、振動モータ３５が作動せしめられることによって、ブラケット３４及びアーム３１を介して回転ボール３３に振動が付与される。

これにより、回転ボール３３が水平方向に高速で振動せしめられて、構造物１００の壁面１０１の検査開始位置Ｓが回転ボール３３によって高速で打突されることによって、打音が発生する。

続いて、図７で示すように、飛行体１０が、構造物１００の壁面１０１上を水平方向に往復移動しながら、検査開始位置Ｓから検査終了位置Ｅに向かって蛇行状の飛行軌跡Ｔを形成するように飛行する。

飛行体１０の飛行記録は、本実施の形態では飛行軌跡データとしてフライトコントローラ１５のメモリ１５Ｂに格納される。

飛行体１０の飛行による移動に追従して、壁面１０１に当接されて壁面１０１に押圧力を付与しながら壁面１０１を高速で打突している回転ボール３３が壁面１０１上で回転することによって発生する打音が、マイク４０で収音される。

一方、飛行体１０が風に煽られて検知部３０の回転ボール３３が壁面１０１に衝突して回転ボール３３に衝撃荷重が入力されたり、飛行体１０の誤操作により回転ボール３３が壁面１０１に衝突して回転ボール３３に衝撃荷重が入力されたりすると、アーム３１を介してシリンダ３８で衝撃荷重が緩衝される。

あるいは、飛行軌跡Ｔ上における壁面１０１に、例えば欠損等によって形成された凹部Ｈが存在し、検知部３０の回転ボール３３がこの凹部Ｈに落ち込んで壁面１０１から回転ボール３３に衝撃荷重が入力されるような場合も、アーム３１を介してシリンダ３８で衝撃荷重が緩衝される。

これにより、回転ボール３３に入力された衝撃荷重によって、飛行体１０に影響が及ぼされることが抑制される。

このように、飛行体１０が検査開始位置Ｓから検査終了位置Ｅに向かって飛行しながらマイク４０で収音した打音が、打音データとして制御ユニット６０の制御部６１のストレージ６１ｃに格納される。

ストレージ６１ｃに格納された打音データは、本実施の形態では、構造物１００の内部の破損の有無を検査するための解析に供される。

この解析において、飛行軌跡データと飛行軌跡Ｔ上の飛行体１０の飛行時刻とに基づいて算出した飛行軌跡Ｔ上の地点Ｐにおいて収音した打音が、飛行軌跡Ｔ上の他の地点で収音した打音と異なっている、すなわち地点Ｐで収音した打音が他の地点の打音から変化していることが判明した場合には、この地点Ｐにおける構造物１００の内部に破損が生じていると判断される。

なお、打音データの解析は例えば、打音データの音声周波数の波形画像に基づいて実行される。

このように、本実施の形態の検査システム１によれば、検査装置２０の検知部３０の振動モータ３５の振動によって、アーム３１を介して回転ボール３３に振動が付与されて回転ボール３３が高速で振動せしめられることから、回転ボール３３によって構造物１００の壁面１０１が高速で打突される。

したがって、振動モータ３５で回転ボール３３を高速で振動させるという簡易な構造によって、構造物１００の壁面１０１上で打音を発生させることができる。

（参考例）
次に、図８に基づいて、本発明の参考例に係る検査装置の検知部について説明する。

なお、本参考例では、上記実施の形態の検知部３０と異なる構成のみを説明することとし、この検知部３０と同様の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図示のように、検知部３０のアーム３１は、アーム３１の基端３１ａ側に形成された取付部３１Ｂにおいて、検査装置２０の図示しない筐体（検査装置２０が図示しないフレーム体によって形成される場合はフレーム体）に固定される。

このアームの先端３１ｂに、本参考例では振動モータ３５ａが内蔵され、この振動モータ３５ａの振動が、アーム３１を経由しないで直接的に回転ボール３３に付与される。

なお、本発明は上記実施の形態及び上記参考例に限定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記実施の形態では、振動モータ３５の振動がアーム３１を介して回転ボール３３に付与される場合を説明したが、例えば図９で示すように、振動モータ３５とは別途でアームの先端３１ｂに振動モータ３５ａが内蔵されるように構成し、振動モータ３５による振動と選択的に、振動モータ３５ａによってアーム３１を経由しないで直接的に回転ボール３３に振動が付与されるように構成してもよい。

上記実施の形態では、構造物１００の壁面１０１に対して近接する方向に飛行体１０が傾斜せしめられて、回転ボール３３を介して構造物１００の壁面１０１に押圧力が付与される場合を説明したが、シリンダ３８の作動力によってアーム３１を作動させて、回転ボール３３を介して構造物１００の壁面１０１に押圧力が付与されるように構成してもよい。

上記実施の形態では、ウォームギヤ３６によって、振動モータ３５による振動がブラケット３４に伝達される場合を説明したが、ブラケット３４にクランク板を取り付け、このクランク板に形成されたクランク溝に係合するクランクが振動モータ３５によって駆動されることによって、振動モータ３５による振動がブラケット３４に伝達されるように構成してもよい。

１ 検査システム
１０ 飛行体
２０ 検査装置
３０ 検知部
３１ アーム
３１ｂ 先端
３３ 回転ボール（回転体）
３５ 振動モータ
３８ シリンダ（緩衝機構）
４０ マイク
５０ カメラ
６０ 制御ユニット
１００ 構造物
１０１ 壁面

Claims (5)

1. 飛行体に搭載されて該飛行体の飛行によって構造物の内部の破損を検査する検査装置において、
   前記飛行体から延伸するアームの先端において回転自在に保持されて前記飛行体の飛行によって前記構造物の壁面に当接して前記飛行体の移動に追従して前記壁面上で回転する回転体と、
   該回転体に前記アームを介して振動を付与する振動モータと、
   該振動モータによって付与される振動に基づいて前記回転体が前記構造物の壁面上で回転しながら前記壁面を打突する際に発生する打音を収音するマイクと、
   を備えることを特徴とする検査装置。
2. 前記飛行体によって前記回転体を介して前記構造物の壁面に押圧力が付与されることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記マイクは、
   前記回転体に近接して配設されることを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
4. 前記回転体に入力される衝撃荷重を緩衝する緩衝機構を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の検査装置。
5. 構造物の内部の破損を検査する検査システムにおいて、
   飛行体及び該飛行体に搭載される検査装置を備え、
   該検査装置は、
   前記飛行体から延伸するアームの先端において回転自在に保持されて前記飛行体の飛行によって前記構造物の壁面に当接して前記飛行体の移動に追従して前記壁面上で回転する回転体と、
   該回転体に前記アームを介して振動を付与する振動モータと、
   該振動モータによって付与される振動に基づいて前記回転体が前記構造物の壁面上で回転しながら前記壁面を打突する際に発生する打音を収音するマイクと、
   を備えることを特徴とする検査システム。