JP5554372B2

JP5554372B2 - 内形状測定装置

Info

Publication number: JP5554372B2
Application number: JP2012124348A
Authority: JP
Inventors: 俊夫雲田; 富士雄池田; 雄一佐藤
Original assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: JP2013250124A

Description

本発明は、地下に埋設された下水道管路等の管体の内形状を測定する内形状測定装置に関するものである。

下水道は、雨水や生活排水等の汚水を公共用水域へと排出するための施設であり、住宅環境の改善や浸水被害の防除といった水質保全を図る上で最も重要な都市基盤整備の一つである。日本では、下水道の整備が１９７０年代の高度経済成長期より急激に進み、２０１０年の時点での下水道管路の総延長は４３万ｋｍを越えている。

ところで、地下に埋設された管路は、時間の経過と共に土圧力や車両の輪荷重によって当初の設計段階から断面形状の変形や歪みを生じる。形状変形や歪みが進行すると、ついには破損に至り道路陥没等を引き起こすことが知られている。

従って、異常箇所を早期発見するため、定期的な管内調査業務は必要不可欠とされている。現在埋設されている下水道管路の総延長のうち、約１８％が埋設から３０年以上、約２％が埋設から５０年以上経過しており、定期調査業務の必要性は今後更に高まることが予測されている。

ここで、埋設されている下水道管路のおよそ９割は、人が入ることのできない管口径２００ｍｍから７００ｍｍの小口管である。

そのため、従来は、ＣＣＤカメラを備えた自走式車両によって撮影された動画映像を元に、作業者の目視によって管のたるみや滞水状態を確認する方法が取られてきた。

しかし、この方法では、作業者の負担が大きく、且つ、作業者の主観や熟練度によって検査結果の信頼性にばらつきが生じることが問題とされ、定量的な計測方法が望まれていた。

そこで、近年では、管の断面形状（内形状）を画像解析から定量的に測定する方法が提案されている（特許文献１等参照）。

しかし、これら従来の方法では、測定値の１次データではなく、ＣＣＤカメラにより記録された画像による２次情報であるため、測定データの信頼性に欠けること、３次元の画像データであるため高精度な測定を行うにはデータ量が膨大となり作業効率が悪いことが指摘されている。

特開２００３−７５１３８号公報

本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、レーザを用いた三角測距により管内形状のスキャンを行い、相対的な数値ではなく実測値をそのまま測定でき、更に、現場状況に応じてレーザ測定器と回転鏡間の距離調整等の事前調整を容易に且つ柔軟に行える極めて実用性に優れた内形状測定装置を提供するものである。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

管体１の内形状を測定する内形状測定装置であって、前記管体１の内周面に沿ってレーザを走査させて三角測距により内形状を測定可能なレーザ測定器２を有するレーザ測定部と、このレーザ測定部を管体軸方向に移動させる移動手段とを備え、前記レーザ測定部には、レーザ光源７とこのレーザ光源７から出射され前記管体１の内周面で反射された前記レーザを受光する受光部８とを同一の筐体９内に一体に設けて成る前記レーザ測定器２と対向状態に設けられ、このレーザ測定器２から照射されるレーザを、前記管体軸方向に沿って折り返し屈曲させる折返屈曲鏡３と、この折返屈曲鏡３で折り返し屈曲されたレーザを前記管体１の内周面へ向けて屈曲させる、管体軸方向を軸として回転可能な回転鏡４とを設け、前記折返屈折鏡３は、対向する前記レーザ測定器２から離間するに従って間隔が互いに狭くなるように上下方向に対設した一対の反射鏡11・12を所定の傾き角度でハ字状に設けて構成して、前記折返屈曲鏡３の前記上下方向に対設した一対の反射鏡11・12により、前記レーザ光源７から出射されたレーザを、一の前記反射鏡11で他の前記反射鏡12へ向けて屈曲させると共に、他の前記反射鏡12で前記回転鏡４側に折返屈曲させてこの回転鏡４から前記管体１の内周面に前記レーザを照射し、この管体１で反射された前記レーザを、前記回転鏡４で他の前記反射鏡12へ向けて屈曲させ他の前記反射鏡12で一の前記反射鏡11に向けて屈曲させると共に、一の前記反射鏡11で前記レーザ測定器２の前記受光部８側に折返屈曲させることで、前記レーザ測定器２及び一の前記反射鏡11間を通過するレーザと他の前記反射鏡12及び前記回転鏡４間を通過するレーザとが上下方向に離間した状態となるようにし、前記レーザ測定器２と前記回転鏡４とを一直線上に配置せずに、このレーザ測定器２と前記回転鏡４を回転駆動させる駆動部10とを上下方向に重なるように配置し、前記折返屈曲鏡３は、前記レーザ測定器２から前記回転鏡４までのレーザ光路距離をこのレーザ測定器２及び回転鏡４を動かすことなく調整し得るように位置調整可能に設けたことを特徴とする内形状測定装置に係るものである。

また、前記レーザ測定部を移動手段としての車輪５を備えた車体６内に収納したことを特徴とする請求項１記載の内形状測定装置に係るものである。

また、前記車体６にして前記回転鏡４の管体径方向壁部は透明部材で構成したことを特徴とする請求項２記載の内形状測定装置に係るものである。

また、前記折返屈折鏡３の前記一対の反射鏡11・12を、この一対の反射鏡11・12を夫々所定の傾き角度でハ字状をなす状態で位置決め保持する位置決め保持部を有する位置決め保持体13に設け、この位置決め保持体13には、楔状の切欠部14を設けて前記所定の傾き角度の一対のテーパ部15を形成し、このテーパ部15に前記反射鏡を取付ける取付部16を設けて前記位置決め保持部を構成し、前記位置決め保持体13を、一方側の前記反射鏡11が前記レーザ測定器２と対向し、他方側の前記反射鏡12が前記回転鏡４と対向するように前記車体６内に取り付けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内形状測定装置に係るものである。

また、前記レーザ測定器２及び前記折返屈曲鏡３を２対設け、一の前記レーザ測定器２からのレーザは一の前記折返屈曲鏡３を介して前記回転鏡４の表面側で屈曲されて前記管体１の内周面に照射されるように構成し、他の前記レーザ測定器２からのレーザは他の前記折返屈曲鏡３を介して前記回転鏡４の裏面側で屈曲されて前記管体１の内周面に照射させるように構成し、前記管体１の内周面の対向する２点を同時に測距し得るように前記レーザ測定部を構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内形状測定装置に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、レーザを用いた三角測距により管内形状のスキャンを行い、相対的な数値ではなく実測値をそのまま測定でき、更に、現場状況に応じてレーザ測定器と回転鏡間の距離調整等の事前調整を容易に且つ柔軟に行える極めて実用性に優れた内形状測定装置となる。

本実施例の要部の構成概略説明斜視図である。本実施例の回転鏡の拡大概略説明側面図である。本実施例の回転鏡の拡大概略説明正面図である。本実施例の概略説明斜視図である。本実施例の一部を切り欠いた概略説明側面図である。本実施例の別例の構成概略説明図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

回転鏡４を管体軸方向を軸として回転させてレーザを管体１の内周面に沿って３６０°走査することで、三角測距の原理を用いてレーザを反射した管体内周面の全周各点におけるレーザ測定器２からの距離を測定すると共に、移動手段によりレーザ測定部を管体軸方向に移動させ、例えば、測定した各点の三次元座標を求めてこれを元に三次元モデルを生成することで、下水道管等の管体の内形状（断面形状）を測定する。

ここで、本発明は、レーザ測定器２からのレーザを、管体軸方向に沿って折り返し屈曲させる折返屈曲鏡３を介して回転鏡４に照射するように構成しているため、この折返屈曲鏡３の位置調整によって、レーザ測定器２から回転鏡４までの距離を（レーザ測定器２や回転鏡４を動かさずとも）容易に調整することが可能となり、それだけ現場環境に応じての調整設定が容易となる。また、折返屈曲鏡３を用いることで、レーザ測定器２と回転鏡４とを一直線上に配置する必要がなく、例えば上下方向位置に重ねるように配置すること等が可能となり、よりコンパクトでシステムの構成自由度が高いものとなる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、管体１の内形状を測定する内形状測定装置であって、前記管体１の内周面に沿ってレーザを走査させて三角測距により内形状を測定可能なレーザ測定器２を有するレーザ測定部と、このレーザ測定部を管体軸方向に移動させる移動手段とを備え、前記レーザ測定部には、前記レーザ測定器２と対向状態に設けられ、このレーザ測定器２から照射されるレーザを、前記管体軸方向に沿って折り返し屈曲させる折返屈曲鏡３と、この折返屈曲鏡３で折り返し屈曲されたレーザを前記管体１の内周面へ向けて屈曲させる、管体軸方向を軸として回転可能な回転鏡４とを設けたものである。

本実施例は、公知の三角測距の原理を用いて下水道管やトンネル等の管体内周面の各点を測距し（各点のレーザ測定器２からの距離を測定し）、測定した三次元データ（三次元座標）を用いて管体内形状を（コンピュータ等の演算手段により三次元モデルを生成するなどして）測定するものである。

各部を具体的に説明する。

レーザ測定器２は、図１に図示したように、レーザ光源７とこのレーザ光源から出射され前記管体１の内周面で反射された前記レーザを受光する受光部８とを同一の筐体９内に一体に設けて成るものを採用している。

具体的には、レーザ光源７のレーザ照射部と受光部８とが、折返屈曲鏡３と対向する面にして管体軸方向と直交する面に所定間隔をおいて並設されるように構成している。本実施例においては、レーザ光源７は、管体１の軸方向と平行にレーザを出射するように構成している。

折返屈折鏡３は、対向する前記レーザ測定器２から離間するに従って間隔が互いに狭くなるように上下一対の反射鏡（全反射ミラー）11・12を所定の傾き角度でハ字状に設けて構成している。具体的には、前記レーザ光源７からのレーザを１８０°屈折させるように前記所定の傾き角度（本実施例においては管体軸方向に対して±４５°傾斜）を設定している。

また、本実施例においては、前記折返屈折鏡３の前記一対の反射鏡11・12を、この一対の反射鏡11・12を夫々前記所定の傾き角度でハ字状をなす状態で位置決め保持する位置決め保持部を有する位置決め保持体13に設けている。

この位置決め保持体13には、楔状の切欠部14を設けて前記所定の傾き角度の一対のテーパ部15を形成し、このテーパ部15に前記反射鏡を取付ける凹状の取付部16を設けて前記位置決め保持部を構成し、前記位置決め保持体13を、上方側の前記反射鏡11が前記レーザ測定器２と対向し、下方側の前記反射鏡12が前記回転鏡４と対向するように設けている。

具体的には、本実施例においては、位置決め保持体13は左右一対の板状体として、夫々に取付部16を形成し、各板状体に架設状態に反射鏡11・12をネジ等の取付け部材で取り付けた構成としている。なお、位置決め保持体13は一対の板状体に限らず、１つのブロック状体から成るものを採用しても良い。

従って、折返屈折鏡３は、ユニット化されてコンパクトとなり、しかも、位置調整を極めて容易に行えるなど、極めて扱い易いものとなる。また、レーザ測定器２からのレーザを１８０°折り返すことで、前記回転鏡４を回転駆動させる駆動部10を前記レーザ測定器２の上下方向位置に設けることが可能となり、装置全体のコンパクト化も図ることが可能となる。

回転鏡４は、図２，３に図示したように、反射鏡（全反射ミラー）20と、この反射鏡20を所定の傾き角度で保持する回転体21と、この回転体21を回転させる軸22及びモータ23（駆動部10）とで構成している。軸22の回転軸を回転体21及び反射鏡20の重心位置に合わせることで、３６０°高速回転させても振動しない構成とすることができる。

具体的には、回転体21には、反射鏡20をレーザの進行方向に対して９０°屈折させて管体１の内周面へと照射する傾き角度（本実施例においては管体軸方向に対して−４５°傾斜）で反射鏡20の端部を挟持固定する固定部24を設けている。また、回転体21にしてレーザが通過する面（折返屈折鏡３の反射鏡12との対向面及び管体１の内周面との対向面）には、レーザの通過を許容する開口部を夫々設けている。

従って、回転鏡４に入射したレーザは９０°屈折して回転鏡４の回転軸に対して円周方向に進行し、管体１の内周面で反射したレーザ光は再び回転鏡４によって９０°屈折してレーザ測定器２の受光部８に入射する。このレーザの往復が回転鏡４の回転に併せて繰り返されることで、連続して３６０°全周の測定を行うことが可能となる。

また、管体１の内周面の円周方向測定間隔及び軸方向間隔は適宜設定することができる。また、所定の軸方向位置で停止した状態で測定することを所定間隔で繰り返しても良いし、移動手段により移動させながら測定（螺旋状に走査）しても良い。

本実施例においては、上記構成のレーザ測定部を移動手段としての車輪５を備えた車体６内に収納している。

車体６は、図４，５に図示したように、両端に牽引用車両等と連結されるジョイント部25を有する下部フレーム体28と、レーザ測定器２及び回転鏡４を回転駆動させる駆動部10を収納する第一ケース体17と、位置決め保持体13を収納する第二ケース体18と、この第一ケース体17と第二ケース体18とを連通状態に連結し回転鏡４が配置される連結部19とで構成している。なお、第一ケース体17内には、駆動部10やレーザ測定器２を制御する制御装置を収納している。

また、各ケース体17・18は、各ケース体17・18と下部フレーム体28とで、レーザ測定器２及び回転鏡４と位置決め保持体13とを夫々隠蔽し得る構成である。また、各ケース体17・18の天面部は開閉可能な蓋体としており、これら蓋体の上面には、内方にレーザ測定器２若しくは位置決め保持体13を逃げる逃げ部を形成する隆起部29を設けている。第一ケース体17の蓋体の隆起部29にしてレーザが通過する部位（折返屈曲鏡３との対向面26）は、アクリル等の透明部材で構成している。また、第二ケース体18の蓋体の隆起部29にしてレーザが通過する部位（折返屈折鏡３の反射鏡11との対向面27）も同様にアクリル等の透明部材で構成している。

また、前記車体６にして前記回転鏡４の管体径方向壁部、即ち連結部19の周壁部は全てアクリル等の透明部材で構成している。従って、レーザを３６０°全周に遮られることなく照射することが可能となる。なお、車体６の下部フレーム体28にして回転鏡４の管体径方向に存する部分も同様の透明部材としても良いが、本実施例においては、当該部分は他部位より幅狭として可及的に測定を阻害しないように構成している。

従って、車体６に各構成要素を隠蔽状態で一体に設けることが可能となり、コンパクトで塵埃や水分の影響を受けにくく、取扱い容易な構成とすることができる。

また、例えば、車体６（第二ケース体18）に、前記位置決め保持体13をレーザ測定器２及び回転鏡４に対して相対的にガイド移動させるガイドレール等の位置調整手段を設けた構成としても良い。この場合、一層レーザ測定器と回転鏡間の距離調整が容易となる。

なお、例えば図６に図示した別例のように、前記レーザ測定器２及び前記折返屈曲鏡３を２対設け、一の前記レーザ測定器２からのレーザは一の前記折返屈曲鏡３を介して前記回転鏡４（の反射鏡20）の表面側で屈曲されて前記管体１の内周面に照射されるように構成し、他の前記レーザ測定器２からのレーザは他の前記折返屈曲鏡３を介して前記回転鏡４（の反射鏡20）の裏面側で屈曲されて前記管体１の内周面に照射させるように構成し、前記管体１の内周面の対向する２点を同時に測距し得るように前記レーザ測定部を構成しても良い。この場合、より効率的に管体の内形状の測定を行えるものとなる。

本実施例は上述のように構成したから、回転鏡４を管体軸方向を軸として回転させてレーザを管体１の内周面に沿って３６０°走査することで、三角測距の原理を用いてレーザを反射した管体内周面の全周各点におけるレーザ測定器２からの距離を測定すると共に、移動手段によりレーザ測定部を管体軸方向に移動させ、例えば、測定した各点の三次元座標を求めてこれを元に三次元モデルを生成することで、下水道管等の管体の内形状（断面形状）を測定する際、以下の作用効果を奏する。

即ち、レーザ測定器２からのレーザを、管体軸方向に沿って折り返し屈曲させる折返屈曲鏡３を介して回転鏡４に照射するように構成しているため、この折返屈曲鏡３の位置調整によって、レーザ測定器２から回転鏡４までの距離を（レーザ測定器２や回転鏡４を動かさずとも）容易に調整することが可能となり、それだけ現場環境に応じての調整設定が容易となる。また、折返屈曲鏡３を用いることで、レーザ測定器２と回転鏡４とを一直線上に配置する必要がなく、例えば上下方向位置に重ねるように配置すること等が可能となり、よりコンパクトでシステムの構成自由度が高いものとなる。

よって、本実施例は、レーザを用いた三角測距により管内形状のスキャンを行い、相対的な数値ではなく実測値をそのまま測定でき、更に、現場状況に応じてレーザ測定器と回転鏡間の距離調整等の事前調整を容易に且つ柔軟に行える極めて実用性に優れたものとなる。

１管体
２レーザ測定器
３折返屈折鏡
４回転鏡
５車輪
６車体
７レーザ光源
８受光部
９筐体
10 駆動部
11・12 反射鏡
13 位置決め保持体
14 切欠部
15 テーパ部
16 取付部

Claims

管体の内形状を測定する内形状測定装置であって、前記管体の内周面に沿ってレーザを走査させて三角測距により内形状を測定可能なレーザ測定器を有するレーザ測定部と、このレーザ測定部を管体軸方向に移動させる移動手段とを備え、前記レーザ測定部には、レーザ光源とこのレーザ光源から出射され前記管体の内周面で反射された前記レーザを受光する受光部とを同一の筐体内に一体に設けて成る前記レーザ測定器と対向状態に設けられ、このレーザ測定器から照射されるレーザを、前記管体軸方向に沿って折り返し屈曲させる折返屈曲鏡と、この折返屈曲鏡で折り返し屈曲されたレーザを前記管体の内周面へ向けて屈曲させる、管体軸方向を軸として回転可能な回転鏡とを設け、前記折返屈折鏡は、対向する前記レーザ測定器から離間するに従って間隔が互いに狭くなるように上下方向に対設した一対の反射鏡を所定の傾き角度でハ字状に設けて構成して、前記折返屈曲鏡の前記上下方向に対設した一対の反射鏡により、前記レーザ光源から出射されたレーザを、一の前記反射鏡で他の前記反射鏡へ向けて屈曲させると共に、他の前記反射鏡で前記回転鏡側に折返屈曲させてこの回転鏡から前記管体の内周面に前記レーザを照射し、この管体で反射された前記レーザを、前記回転鏡で他の前記反射鏡へ向けて屈曲させ他の前記反射鏡で一の前記反射鏡に向けて屈曲させると共に、一の前記反射鏡で前記レーザ測定器の前記受光部側に折返屈曲させることで、前記レーザ測定器及び一の前記反射鏡間を通過するレーザと他の前記反射鏡及び前記回転鏡間を通過するレーザとが上下方向に離間した状態となるようにし、前記レーザ測定器と前記回転鏡とを一直線上に配置せずに、このレーザ測定器と前記回転鏡を回転駆動させる駆動部とを上下方向に重なるように配置し、前記折返屈曲鏡は、前記レーザ測定器から前記回転鏡までのレーザ光路距離をこのレーザ測定器及び回転鏡を動かすことなく調整し得るように位置調整可能に設けたことを特徴とする内形状測定装置。
前記レーザ測定部を移動手段としての車輪を備えた車体内に収納したことを特徴とする請求項１記載の内形状測定装置。
前記車体にして前記回転鏡の管体径方向壁部は透明部材で構成したことを特徴とする請求項２記載の内形状測定装置。
前記折返屈折鏡の前記一対の反射鏡を、この一対の反射鏡を夫々所定の傾き角度でハ字状をなす状態で位置決め保持する位置決め保持部を有する位置決め保持体に設け、この位置決め保持体には、楔状の切欠部を設けて前記所定の傾き角度の一対のテーパ部を形成し、このテーパ部に前記反射鏡を取付ける取付部を設けて前記位置決め保持部を構成し、前記位置決め保持体を、一方側の前記反射鏡が前記レーザ測定器と対向し、他方側の前記反射鏡が前記回転鏡と対向するように前記車体内に取り付けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内形状測定装置。
前記レーザ測定器及び前記折返屈曲鏡を２対設け、一の前記レーザ測定器からのレーザは一の前記折返屈曲鏡を介して前記回転鏡の表面側で屈曲されて前記管体の内周面に照射されるように構成し、他の前記レーザ測定器からのレーザは他の前記折返屈曲鏡を介して前記回転鏡の裏面側で屈曲されて前記管体の内周面に照射させるように構成し、前記管体の内周面の対向する２点を同時に測距し得るように前記レーザ測定部を構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内形状測定装置。