JP2021101257A - 観察装置、水中機械および観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水中機械を観察可能な観察装置および観察方法を提供すること、また、観察が容易な水中機械を提供すること。【解決手段】撮像装置と、前記撮像装置による撮像方向に向かって液体が噴射される噴射口と、前記液体の供給源から前記噴射口までの流路上に設けられた浄水部材と、を備える観察装置が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプの内部を観察する観察装置およびポンプ観察方法に関する。

ポンプなどの水中機械は、使用を続けると劣化したり摩耗・腐食したりするため、定期的に観察を行う必要がある。

特開２００８−２０２５７５号公報

水中機械の周囲には泥水のような透明度の低い水や薬品、あるいは、有色生物が存在することが多く、観察を行うのは容易ではない。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、水中機械を観察可能な観察装置および観察方法を提供すること、また、観察が容易な水中機械を提供することである。

本発明の一態様によれば、撮像装置と、前記撮像装置による撮像方向に向かって液体が噴射される噴射口と、前記液体の供給源から前記噴射口までの流路上に設けられた浄水部材と、を備える観察装置が提供される。

前記液体の供給源にある液体は泥水であり、前記浄水部材によって濾過されることで清浄な液体となって前記噴射口から噴射されてもよい。
あるいは、前記液体の供給源にある液体は化学薬液であり、前記浄水部材によって中和されることで清浄な液体となって前記噴射口から噴射されてもよい。

本発明の別の態様によれば、浄水部材によって液体を浄水し、撮像装置と観察対象との間に前記浄水された液体を噴射し、前記浄水された液体が前記撮像装置と前記観察対象との間にある状態で、前記撮像装置が前記観察対象を撮影する観察方法が提供される。

本発明の別の態様によれば、撮像装置と、前記撮像装置による撮像方向に向かって流体が噴射される第１噴射口と、前記第１噴射口からの流体噴射による推力と反対方向の推力を発生させる推力バランス部と、を備える、観察装置が提供される。

前記推力バランス部は、前記第１噴射口からの流体噴射方向とは反対方向に流体を噴射する第２噴射口を有してもよい。
あるいは、前記推力バランス部は、スクリューであってもよい。

本発明の別の態様によれば、第１方向に推力を発生させながら、前記第１方向とは反対の第２方向にある観察対象に流体を噴射し、前記流体が撮像装置と前記観察対象との間にある状態で、前記撮像装置が前記観察対象を撮影する観察方法が提供される。

本発明の別の態様によれば、不透明な液体中に置かれた観察対象の凹部に、前記不透明な液体より透明度が高い流体を噴射し、該流体が前記凹部に貯まった状態で前記凹部の内
面を撮像装置で観察する、観察方法が提供される。

本発明の別の態様によれば、観察対象箇所の近傍に設けられ、流体を噴射する噴射口を備える水中機械が提供される。

本発明の別の態様によれば、不透明な液体中に置かれた観察対象箇所の近傍に設けられた噴射口から、前記不透明な液体より透明度が高い流体を噴射し、前記観察対象箇所と撮像装置との間に前記流体が存在する状態で、前記観察対象箇所を前記撮像装置で観察する観察方法が提供される。

第１の実施形態に係る観察装置１００の概略構成図。 第２の実施形態に係る観察装置１０１の概略構成図。 第３の実施形態に係る観察装置１０２の概略構成図。 第４の実施形態における観察対象３０を模式的に示す図。 観察装置２００を用いて観察対象を観察する様子を模式的に示す図。 観察装置２００を用いて観察対象を観察する様子を模式的に示す図。 第５の実施形態における観察対象の一例であるフランジ部４１ａ，４２ａ付近の拡大断面図。 観察対象を観察する様子を模式的に示す図。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１は、第１の実施形態に係る観察装置１００の概略構成図である。観察装置１００は、工業用内視鏡、水中ロボット、水中ドローンなどであってよく、撮像装置１１と、流路１２ａ〜１２ｃと、フィルタ１３（浄水部材）と、ポンプ１４と、噴射部材１５と、保持部材１６とを備えている。

撮像装置１１は、その先端に設けられたレンズ１１ａの前方を撮像する。撮像装置１１は、ファイバースコープ（不図示）の先端にレンズ１１ａを取り付けたものでもよいし、レンズ１１ａを有するカメラであってもよい。撮像装置１１は保持部材１６によって保持される。保持部材１６内には撮像装置１１と接続された配線が通っており、外部から電源供給や撮像装置の制御が行われたり、撮像装置１１で得られた画像データが画像処理系１１ｂに伝送されたりする。撮像した画像はオペレータの近傍に配置されたモニタ（不図示）にリアルタイム表示されるようになっており、適宜撮影あるいは録画も可能である。

流路１２ａの一端は液体供給源６０に接続され、他端はフィルタ１３に接続される。流路１２ｂの一端はフィルタ１３に接続され、他端はポンプ１４に接続される。流路１２ｃの一端はポンプ１４に接続され、他端は噴射部材１５に接続される。言い換えると、液体供給源６０から噴射部材１５までの流路１２ａ〜１２ｃ上にフィルタ１３およびポンプ１４が順に設けられる。

ポンプ１４の駆動によって液体供給源６０からの液体がフィルタ１３に吸い上げられ、ポンプ１４を通って噴射部材１５の先端に設けられた噴射口１２ｄから液体が噴射される。

液体供給源６０は予め清浄な液体が蓄えられたタンクやなど別の水源（例えば公共の水道）などであってもよいが、以下では排水機場における吸込水槽や吐出水槽などであって、液体供給源６０の液体は泥を含んだ不透明な液体（いわゆる泥水）であるとする。液体
供給源６０からの泥水がフィルタ１３を通ることで清浄な液体となりポンプ１４に流入する。そして、この清浄な液体が噴射口１２ｄから噴射される。なお、「清浄な」とは、少なくとも液体供給源６０にある液体と比べて透明度が高ければよい。

噴射口１２ｄからは、撮像装置１１による撮像方向に向かって液体が噴射される。言い換えると、噴射口１２ｄは撮像装置１１のレンズ１１ａと観察対象との間に液体を噴射する。

保持部材１６はその先端に撮像装置１１を保持しており、可撓性を有する。保持部材１６の少なくとも一部は流路１２ａ〜１２ｃの少なくとも一部に結合されていてもよいし、一体であっていてもよい。保持部材１６の根元（レンズ１１ａが設けられるのとは反対側の端部）にはジョイスティックなどの操縦手段（不図示）が設けられている。オペレータが操縦手段を操作することで、保持部材１６の先端の向き（つまりレンズ１１ａの向き）を調整できる。また、保持部材１６の根元には、液体の噴射や撮像を制御する制御装置（不図示）も設けられている。

なお、図１に示す態様は一例にすぎず、観察装置１００が大型の水中ロボットや水中ドローンである場合、それ自体にフィルタ１３やポンプ１４を設け、周囲の液体から清浄な液体を生成してもよい。

以下のようにして観察装置１００を用いた観察を行う。まず、オペレータは、撮像装置１１によって撮像された映像をモニタ上で観察しつつ操縦手段を操作することで、観察対象２における観察対象位置を検出する。なお、観察対象２の周囲には濁った水が存在し得る。

観察対象位置が見つかると、オペレータの操作により、噴射口１２ｄから撮像装置１１による撮像方向に向って清浄な液体を噴射する。より詳しくは、ポンプ１４の駆動によって液体供給源６０からの泥水をフィルタ１３に通して濾過し、清浄な液体を生成する。そして、この清浄な液体をレンズ１１ａと観察対象位置との間に噴射する。

これにより、噴射された清浄な液体による水みちがレンズ１１ａの前方と観察対象位置との間に形成される。この状態でオペレータは撮像装置１１によって撮像された映像をモニタ上で観察し、水みちが形成されて観察対象位置が見えた時点で撮影する。

このように、第１の実施形態では、泥水を濾過して得られた清浄な液体をレンズ１１ａの前方に噴射する。そのため、レンズ１１ａと観察対象位置との間に汚れた水が存在する場合でも、観察対象位置の観察が容易となる。

なお、フィルタ１３をポンプ１４の上流に配置して清浄な液体がポンプ１４に流れ込むようにするのが望ましいが、ポンプ１４が泥水を駆動できるのであればフィルタ１３をポンプ１４の下流に配置してもよい。

また、液体供給源６０からの液体が化学薬液の場合、フィルタ１３に代えて／加えて、中和等を行う浄水部材を設けてもよい。さらに、観察対象が海中の装置である場合、透明な海水をフィルタ１３を介さずに噴射してもよい。また、液体に代えて空気などの気体を噴射してもよい。

（第２の実施形態）
次に説明する第２の実施形態は、観察装置１００の安定化に関する。第１の実施形態において、噴射口１２ｄから液体を噴射する際、その反対方向（観察対象位置から遠ざかる
方向）に推力が発生する。特に、汚れた水を押しのけるためにはできるだけ高圧で噴射口１２ｄから液体を噴射するのが望ましく、そうすると推力はより大きくなる。

観察対象が水底あるいは液槽底に近い場合には、観察装置１００を着底させ、観察装置１００の下面と水底あるいは液槽底との摩擦で観察装置１００を動きにくくさせることができる。しかしながら、そうでない場合には、観察装置１００がその場に留まることができずに移動し、観察が困難になることもある。観察装置１００を十分に重くすることも考えられるが、作業性を考慮すると、観察装置１００は小型かつ軽量であることが望まれる。
そこで、本実施形態では次のような観察装置１０１を提供する。

図２は、第２の実施形態に係る観察装置１０１の概略構成図である。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。この観察装置１０１は２つの噴射口１２ｄ，２２ａを備えている。噴射口１２ｄは第１の実施形態と同様に撮像装置１１による撮像方向に向かって液体を噴射する。一方、噴射口２２ａは噴射口１２ｄの噴射方向とは反対方向に液体を噴射する。一例として、ベース２３の一面に噴射口１２ｄおよび撮像装置１１のレンズ１１ａが設けられ、反対側の面に噴射口２２ａが設けられる。

そして、ポンプ観察時に、噴射口２２ａからの液体噴射によって観察対象２に近づく方向への推力を発生させながら、噴射口１２ｄから観察対象位置に液体を噴射する。その結果、噴射口１２ｄによる推力と噴射口２２ａによる推力とがバランスし、観察装置１０１はほとんど移動しなくなり、観察対象位置の観察が容易となる。

なお、本実施形態において、噴射口１２ｄ，２２ａへの液体供給は、第１の実施形態で説明した態様のものであってもよいし、予め清浄な液体が蓄えられたタンクなどから行われてもよい。また、噴射口１２ｄ，２２ａへの液体供給源が共通していてもよいし、別個にあってもよい。さらに、本実施形態では、噴射口１２ｄ，１２ｂから液体ではなく気体を噴射してもよい。

（第３の実施形態）
次に説明する第３の実施形態は、第２の実施形態の変形例であり、スクリューを用いて推力のバランスを図るものである。

図３は、第３の実施形態に係る観察装置１０２の概略構成図である。以下、第２の実施形態との相違点を中心に説明する。この観察装置１０２はスクリュー２４を備えている。一例として、ベース２３の一面に噴射口１２ｄおよび撮像装置１１のレンズ１１ａが設けられ、反対側の面にスクリュー２４が設けられる。スクリュー２４が回転することで観察対象に近づく方向への推力が発生する。

本実施形態では、ポンプ観察時に、スクリュー２４を回転させて観察対象に近づく方向への推力を発生させながら、噴射口１２ｄから観察対象位置に液体を噴射する。その結果、噴射口１２ｄによる推力とスクリュー２４による推力とがバランスし、観察装置１０２はほとんど移動しなくなり、観察対象位置の観察が容易となる。

（第４の実施形態）
次に説明する第４の実施形態は、観察対象における凹部の観察に関する。

図４は、第４の実施形態における観察対象３０を模式的に示す図である。図示のように、本実施形態の観察対象３０は泥水のような不透明な液体中に置かれた任意の水中機械（例えばポンプ）である。そして、観察対象３０は、凹部３１、すなわち、上に凸の内面３
２を有する。不透明な液体が凹部３１に存在するため、観察は容易ではない。そこで、本実施形態では以下のようにして、凹部３１の内面３２を観察する。

図５Ａおよび図５Ｂは、観察装置２００を用いて観察対象を観察する様子を模式的に示す図である。観察装置２００は送気管付内視鏡であり、先端に撮像装置が設けられ、かつ、流体を先端から噴出することができる。流体は拡散しにくい気体（空気など）が望ましいが、清浄な液体であってもよい。なお、「清浄な」とは、観察対象３０の周囲にある不透明な液体より透明度が高ければよい。

まず、図５Ａに示すように、観察装置２００は流体を凹部３１に噴射する。これにより、図５Ｂに示すように、不透明な液体が除去されて凹部３１に流体が貯まる。この状態で、撮像装置によって観察対象３０の表面、より具体的には、凹部３１の内面３２を観察できる。

なお、観察装置として、撮像装置が設けられた水中ロボットを用いてもよい。この場合、水中ロボットに搭載された空気ボンベから空気を流体として噴射してもよい。あるいは、送気管と撮像装置とを別個に設け、まず送気管から流体を噴射し、続いて撮像装置で観察を行ってもよい。
このように、本実施形態では、凹部３１に流体を貯めるため、不透明な液体中であっても観察対象を観察できる。

（第５の実施形態）
次に説明する第５の実施形態は、観察対象から流体を噴射して観察を行うものである。

図６は、第５の実施形態における観察対象の一例であるフランジ部４１ａ，４２ａ付近の拡大断面図である。具体例として観察対象は海水中に設置されたポンプ吸込配管のフランジ部４１ａ，４２ａである。フランジ部４１ａ，４２ａの周囲には不透明な液体が存在するため、フランジ部４１ａ，４２ａの観察は容易ではない。そこで、本実施形態では以下のようにする。

本実施形態における観察対象は、フランジ部４１ａ側に設けられた流体配管４３と、フランジ部４２ａ側に設けられた流体配管４４とを備えている。流体配管４３はフランジ部４１ａの下方から流体を噴射する。流体配管４４はフランジ部４２ａの上方から流体を噴射する。噴射する流体は、清浄な水であってもよいし、清浄な気体（空気など）であってもよい。また、流体配管４３からの流体と流体配管４４からの流体とが互いに異なっていてもよい。なお、「清浄な」とは、観察対象の周囲にある不透明な液体より透明度が高ければよい。

図７は、観察対象を観察する様子を模式的に示す図である。まず、内視鏡あるいは水中ロボットなどの観察装置３００に設けられた撮像装置４５をフランジ部４１ａ，４２ａに向ける。そして、流体配管４３，４４の先端に設けられた噴射口４３ａ，４４ａから流体を噴射する。これにより、フランジ部４１ａ，４２ａの周囲、より詳しくは、撮像装置４５の光軸上には清浄な流体が定在することとなる。この状態で、撮像装置４５によって、フランジ部４１ａ，４２ａを観察する。

このように、本実施形態では、観察対象であるフランジ部４１ａ，４２ａと撮像装置４５との間に清浄な流体を定在させるため、不透明な液体中であっても観察対象を観察できる。

なお、観察対象に特に制限はなく、任意の水中機械に本実施形態を適用できる。すなわ
ち、水中機械において、定期点検などで一定の箇所を比較的高頻度に観察する場合、その観察対象箇所の近傍に流体の噴射口を設ける。そして、流体を噴射しつつ撮像装置を用いて観察を行えばよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１１ 撮像装置
１１ａ レンズ
１１ｂ 画像処理系
１２ａ〜１２ｃ 流路
１３ フィルタ
１４ ポンプ
１５ 噴射部材
１６ 保持部材
１００〜１０２ 観察装置
２ 観察対象
２３ ベース
２４ スクリュー
３０ 観察対象
３１ 凹部
３２ 内面
４１ａ，４２ａ フランジ
４３，４４ 流体配管
４３ａ，４４ａ 噴射口
６０ 液体供給源

Claims (11)

1. 撮像装置と、
   前記撮像装置による撮像方向に向かって液体が噴射される噴射口と、
   前記液体の供給源から前記噴射口までの流路上に設けられた浄水部材と、を備える観察装置。
2. 前記液体の供給源にある液体は泥水であり、前記浄水部材によって濾過されることで清浄な液体となって前記噴射口から噴射される、請求項１に記載の観察装置。
3. 前記液体の供給源にある液体は化学薬液であり、前記浄水部材によって中和されることで清浄な液体となって前記噴射口から噴射される、請求項１に記載の観察装置。
4. 浄水部材によって液体を浄水し、
   撮像装置と観察対象との間に前記浄水された液体を噴射し、
   前記浄水された液体が前記撮像装置と前記観察対象との間にある状態で、前記撮像装置が前記観察対象を撮影する観察方法。
5. 撮像装置と、
   前記撮像装置による撮像方向に向かって流体が噴射される第１噴射口と、
   前記第１噴射口からの流体噴射による推力と反対方向の推力を発生させる推力バランス部と、を備える、観察装置。
6. 前記推力バランス部は、前記第１噴射口からの流体噴射方向とは反対方向に流体を噴射する第２噴射口を有する、請求項５に記載の観察装置。
7. 前記推力バランス部は、スクリューである、請求項５に記載の観察装置。
8. 第１方向に推力を発生させながら、前記第１方向とは反対の第２方向にある観察対象に流体を噴射し、
   前記流体が撮像装置と前記観察対象との間にある状態で、前記撮像装置が前記観察対象を撮影する観察方法。
9. 不透明な液体中に置かれた観察対象の凹部に、前記不透明な液体より透明度が高い流体を噴射し、該流体が前記凹部に貯まった状態で前記凹部の内面を撮像装置で観察する、観察方法。
10. 観察対象箇所の近傍に設けられ、流体を噴射する噴射口を備える水中機械。
11. 不透明な液体中に置かれた観察対象箇所の近傍に設けられた噴射口から、前記不透明な液体より透明度が高い流体を噴射し、
    前記観察対象箇所と撮像装置との間に前記流体が存在する状態で、前記観察対象箇所を前記撮像装置で観察する観察方法。

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