JP6078273B2 - 漏洩箇所検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば配管やタンク等の閉塞された空間の漏洩箇所を検知する漏洩箇所検知装置に関する。

例えば、配管やタンク等から漏洩するガスの漏洩箇所を特定するための検出装置として、粒子画像流速測定法（ＰＩＶ，Particle Image Velocimetry）を利用した装置が知られている。この種の漏洩箇所検知装置は、漏洩ガス中に元々含まれる物質や、意図的にガス中に仕込んだ微粒子、あるいは漏洩が推定される箇所に噴霧した微粒子を撮影した画像を解析することによって、漏洩箇所を特定する装置である。具体的には、微粒子にシート状のレーザを照射して微粒子からの散乱光を検出し、画像処理によって微粒子の速度ベクトルを計測することによって、微粒子の流れを可視化することで漏洩箇所を特定している（例えば特許文献１参照）。

特許第４３２２４３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された装置は、カメラが固定されていることによって、例えば、多くの配管が輻輳した狭隘空間においては配管の検査をすることが困難であった。即ち、レーザ光源等の誘導が難しいため、広範囲な領域の漏洩状態を検査するのには作業性が悪い上、時間が掛かるものであった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、例えば多くの配管が輻輳したような狭隘な場所の漏洩箇所検知を可能とする漏洩箇所検知装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の漏洩箇所検知装置は、微粒子を散布する散布装置と、シート状のレーザ光を照射する照射装置と、前記シート状のレーザ光を反射して走査する可動ミラーと、旋回手段により旋回可能とされ、前記散布装置から散布された前記微粒子を撮影する撮影装置と、を有する気流可視化センサと、前記撮影装置により撮影された画像に基づいて前記微粒子の三次元位置を、前記可動ミラーから反射された前記シート状のレーザ光の照射角度と前記可動ミラーと前記撮影装置の光軸との距離から三角測量の原理により計算する画像処理手段と、前記気流可視化センサを測定箇所に誘導するマニピュレータと、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、気流可視化センサを撮影箇所に誘導するとともに、旋回手段を用いて撮影装置を旋回させることにより、撮影装置の撮影範囲がより広範囲となるため、狭隘な場所の漏洩箇所検知が可能となる。

上記漏洩箇所検知装置において、テレスコープ状の多段伸縮部材を有し、前記マニピュレータは、前記多段伸縮部材の先端に設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、気流可視化センサをより高い位置に位置させることができるため、より高い場所の漏洩箇所検知が可能となる。

上記漏洩箇所検知装置において、前記多段伸縮部材は、任意の場所に移動可能な移動台車上に設けられ、前記旋回手段、前記マニピュレータ、前記多段伸縮部材、及び移動台車は遠隔操作により駆動されることが好ましい。

気流可視化センサを任意の場所に移動可能となるため、人の立ち入りが制限されるような場所の漏洩箇所検知が可能となる。

上記漏洩箇所検知装置において、前記マニピュレータの先端には、前記微粒子を吸引する吸引装置が設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、検査後に微粒子を吸引することによって、微粒子によって検査対象が汚れるのを防止することができるとともに、検査リトライ時の検査対象の周辺の状態を微粒子散布前とほぼ同様な状態にすることができる。

本発明によれば、気流可視化センサを撮影箇所に誘導するとともに、旋回手段を用いて撮影装置を旋回させることにより、撮影装置の撮影範囲がより広範囲となるため、狭隘な場所の漏洩箇所検知が可能となる。

本発明の実施形態に係る漏洩箇所検知装置の斜視図である。 可視化検出モジュールの斜視図である。 可視化検出モジュールの内部構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る漏洩箇所検知装置の作用を説明する概略図である。 微粒子の三次元位置が表示された表示装置を示す図である。 旋回機構の作用を説明する概略図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の漏洩箇所検知装置１は、検知装置本体２と、制御装置９とを主な構成要素として備えている。検知装置本体２は、移動台車３と、移動台車３上に設けられた多段伸縮部材４と、多段伸縮部材４の先端に設けられたマニピュレータ５と、金属粒子等の微粒子（トレーサ粒子）を含む可視化ガスＧを噴射する散布装置である可視化ガス噴射装置６と、撮影装置１９（カメラ、図３参照）等が組み込まれた可視化検出モジュール７とを有している。

可視化ガス噴射装置６は、吸引装置付噴霧ノズル３２（以下、ノズルと呼ぶ）と本体ユニット３３とから構成されている。可視化ガス噴射装置６の詳細は後述する。また、可視化検出モジュール７は、図３に示すように、撮影装置１９、白色照明装置２０、レーザユニット２１、ガルバノミラー３０等を有している。可視化検出モジュール７の詳細は後述する。
そして、ノズル３２と可視化検出モジュール７とが気流可視化センサ８を構成しており、マニピュレータ５の先端にブラケット１６を介して取り付けられている。

検知装置本体２は、移動台車３によって任意の場所に移動可能であり、多段伸縮部材４及びマニピュレータ５を用いて気流可視化センサ８を配管Ｄやタンク等の所望の検査対象を臨む位置に配置し、漏洩を検知する装置である。

制御装置９は、コンピュータであり、所定のプログラムを実行することで、遠隔操作部１０と画像処理部１７（画像処理手段）とを備えている。制御装置９は、移動台車３、多段伸縮部材４、マニピュレータ５、可視化検出モジュール７、及び可視化ガス噴射装置６と無線接続されている。なお、制御装置９と上記機構、装置は、無線接続に限らず有線にて接続されている構成としてもよい。

遠隔操作部１０は、移動台車３、多段伸縮部材４、マニピュレータ５、可視化検出モジュール７、及び可視化ガス噴射装置６の遠隔操作を行う。
画像処理部１７は、撮影装置１９によって撮影された画像を画像処理を行う。

移動台車３は、台車本体１１と、台車本体１１を走行させる無限軌道１２（クローラー）と、無限軌道１２を駆動させる駆動装置（図示せず）と、台車本体１１の前後方向、左右方向の少なくとも一方に突出するアウトトリガ１３とを有する車両である。

移動台車３は、遠隔操作部１０による操作により任意の位置に移動可能である。また、移動台車３の移動は、アウトトリガ１３によって制限されている。即ち、移動台車３が移動しアウトトリガ１３に外部物体が接触することによって、移動台車３の移動が停止するように設定されている。
なお、移動台車３の移動は、無限軌道１２のみならず、タイヤ車輪によってなされる構成としてもよい。

多段伸縮部材４は、テレスコープ状の多重筒型伸縮機構であり、移動台車３の上面に取り付けられた三段階の筒部を有している。多段伸縮部材４は、所定の油圧システムによって、伸縮自在、かつ、旋回自在（ヨーイング、ピッチング方向）に構成されている。即ち、多段伸縮部材４は、上方の筒部が下方の筒部に収容されることにより符号Ｅで示す方向に伸縮し、筒部の基端部を通る垂直軸を中心に符号Ｒで示す方向に回転し、地面に対する筒部の角度（符号Ｔ）を変更可能である。多段伸縮部材４のこれらの機能により、マニピュレータ５、可視化検出モジュール７、及びノズル３２を任意の位置へ位置決め可能としている。
多段伸縮部材４は、例えば、８，０００ｍｍ程度の到達距離を有することが好ましい。また、筒部の段数は三段階に限らず、さらに多段とすることもできる。

マニピュレータ５は、７つの軸（関節）を備えた７軸（７自由度）マニピュレータ（多関節ロボット）である。マニピュレータ５は、６本のリンク１４と、各々のリンク１４を接続する７つの軸１５とを有しており、最も基端側が多段伸縮部材４の先端に設置されており、最も先端側にはブラケット１６を介して気流可視化センサ８（可視化検出モジュール７とノズル３２）が取り付けられている。なお、マニピュレータ５の自由度は７自由度に限らず、様々な自由度のマニピュレータを採用することができる。

図２及び図３に示すように、可視化検出モジュール７は、ケーシング１８と、ケーシング１８の内部に配置された撮影装置１９と、白色照明装置２０と、レーザユニット２１とを有している。ケーシング１８は、箱形状をなし、一面にはカメラ窓２３と、白色照明光源窓２４と、シートレーザ窓２５が設けられている。

撮影装置１９は、撮影装置本体２６と、撮影装置本体２６を旋回可能とする旋回機構２７（旋回手段）とを有している。撮影装置本体２６は、高解像度ＣＣＤカメラであり、カメラ窓２３を介して可視化ガスＧ中の微粒子群を撮影可能とされている。撮影装置本体２６は、画像処理部１７と接続されており、撮影された画像情報を送信可能である。

旋回機構２７は、撮影装置本体２６を一方向及び一方向に直交する他方向に旋回させる機構である。即ち、撮影装置本体２６による撮影方向を、左右及び上下（パン・チルト）に動かすことが可能な機構である。旋回機構２７は、遠隔操作部１０と接続されており、撮影装置本体２６の方向を遠隔操作可能とされている。

白色照明装置２０は、白色照明光源窓２４を介して白色光を照射することによって検査対象を照明するための装置であり、例えば、ＬＥＤを採用することができる。

レーザユニット２１は、レーザ光源２８と、レーザ光源２８より出射されるレーザをシート状のレーザ光Ｓ（図１及び図４参照。以下、シートレーザ光と呼ぶ）に変換するシート形成レンズ２９と、シートレーザ光Ｓを反射して走査する可動ミラーであるガルバノミラー３０を有している。レーザ光源２８より出射されたレーザ光がシート形成レンズ２９に入射するように方向付けられている。

シート形成レンズ２９は、レーザ光源２８から出射されたレーザ光を扇形のシートレーザ光Ｓに変換するためのレンズであり、レーザ光源２８と協働してシートレーザ光Ｓの照射装置として機能する。
ガルバノミラー３０は、揺動軸のまわりに反射面が所定の振れ角で往復揺動することにより、シートレーザ光Ｓを反射して走査するミラー装置であり、撮影装置１９のシャッタと同期して、停止させることも可能である。また、ガルバノミラー３０は、往復揺動に限らず、所定の中心軸まわりに回転させる構成としてもよい。回転速度は等速のみならず、ステップ状の回転送りとしてもよい。
また、可視化検出モジュール７の制御装置と電源とを収容したユニット２２（図１参照）が、多段伸縮部材４の先端部に取り付けられている。

可視化ガス噴射装置６は、可視化ガスＧを噴射するノズル３２と、本体ユニット３３から構成されている。
本体ユニット３３は、可視化ガスＧを生成するための微粒子を蓄えるタンクと、生成された可視化ガスＧを圧送するポンプと、電源と、可視化ガス噴射装置６の制御装置とを備えており、多段伸縮部材４の先端に取り付けられている。ノズル３２と本体ユニット３３とは、チューブ３４等で接続されており、可視化ガスＧはチューブ３４を介してノズル３２に供給されている。可視化ガスＧに含まれる微粒子Ｐは、レーザ光に対する散乱あるいは乱反射が強くなるような微粒子を選定する。また、微粒子Ｐの粒径は測定対象に応じて適宜決定される。

また、本体ユニット３３に内蔵されているポンプは気体を吸引する機能も備えており、ノズル３２を介してノズル３２周辺の気体を吸引することができる。即ち、ノズル３２を微粒子を吸引する吸引装置として機能させることができる。
上述したように、ノズル３２はマニピュレータ５の先端に取り付けられており、可視化検出モジュール７とともに気流可視化センサ８を構成している。

次に、本実施形態の漏洩箇所検知装置１の使用方法について説明する。
オペレータは、移動台車３を遠隔操作して、検知装置本体２を検査対象の近傍まで移動させる。具体的には、オペレータが制御装置９の遠隔操作部１０を介して移動台車３との無線通信により移動台車３を操作して、所望の位置まで検知装置本体２を移動させる。
次いで、同様に、多段伸縮部材４を遠隔操作して、気流可視化センサ８を所望の高さまで引き上げ、さらにマニピュレータ５を用いて気流可視化センサ８を測定対象である配管Ｄに向ける。この際、測定対象の周辺物の映り込みが最も少なくなる場所に撮影装置１９を位置決めする。

次いで、図４に示すように、遠隔操作により、可視化ガスＧ（微粒子Ｐ）を可視化ガス噴射装置６から散布し、測定対象である配管Ｄの周辺に浮遊させる。
次いで、遠隔操作により、シートレーザ光Ｓをガルバノミラー３０により走査し、浮遊した微粒子Ｐを三次元的に照射する。即ち、浮遊した微粒子Ｐのうち、シートレーザ光Ｓが照射されている微粒子Ｐ１が撮影装置１９によって撮影可能となる。

ここで、制御装置９の画像処理部１７は、任意の微粒子Ｐ１について、撮影装置１９によって撮影された画像上での座標位置から方位角θを算出するとともに、シートレーザ光の照射角度φとガルバノミラー３０と撮影装置１９の光軸間の距離Ｌから、三角測量の原理により特定の時間における三次元位置を計測する。
図５に示すように、計測された特定の時間における微粒子Ｐ１の三次元位置は、所定の表示装置３５に三次元的に表示されて可視化される。

漏洩がない箇所において、微粒子Ｐ１の乱れがないのに対し、漏洩がある箇所においては、配管Ｄ等からの噴き出しによる気流の変化により微粒子の特徴的な乱れが発生するため微粒子Ｐ１の乱れを可視化することによって漏洩箇所Ｃの特定が可能となる。

また、図６に示すように、撮影装置本体２６を旋回させることによって、計測箇所である配管Ｄが遠い場合にも対応が可能である。即ち、図６（ａ）に示すように、配管Ｄと可視化検出モジュール７との距離Ｌ１が小さい場合においても、図６（ｂ）に示すように、配管Ｄと可視化検出モジュール７との距離Ｌ２が大きい場合においても、撮影装置本体２６を遠隔操作により旋回させることによって、配管Ｄを含む画像を撮影することができる。この際、フォーカス（焦点距離）の操作も同時に行うことができる。

上記実施形態によれば、気流可視化センサ８と画像処理部１７を用いて、可視化ガス噴射装置６によって噴射された微粒子Ｐの乱れを可視化することにより、漏洩箇所Ｃの特定が可能となる。

また、マニピュレータ５を用いて気流可視化センサ８を測定箇所に誘導するとともに、旋回機構２７を用いて撮影装置本体２６を旋回させることにより、撮影装置１９の撮影範囲がより広範囲となるため、狭隘な場所の漏洩箇所検知が可能となる。

また、多段伸縮部材４を用いて気流可視化センサ８をより高い位置に位置させることができるため、より高い場所の漏洩箇所検知が可能となる。
また、移動台車３を遠隔操作することにより、気流可視化センサ８を任意の場所に移動可能となるため、人の立ち入りが制限されるような場所の漏洩箇所検知が可能となる。
さらに、検査後に微粒子Ｐを吸引することによって、微粒子Ｐによって測定対象が汚れるのを防止することができるとともに、検査リトライ時の検査対象の周辺の状態を微粒子散布前とほぼ同様な状態にすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態においては、一台の撮影装置１９を用いて撮影を行う構成としたが、これに限ることはなく、二台以上の撮影装置１９を用いて撮影を行い、微粒子Ｐの三次元位置の精度を向上させることができる。

１ 漏洩箇所検知装置
２ 検知装置本体
３ 移動台車
４ 多段伸縮部材
５ マニピュレータ
６ 可視化ガス噴射装置（散布装置）
７ 可視化検出モジュール
８ 気流可視化センサ
９ 制御装置
１０ 遠隔操作部
１７ 画像処理部（画像処理手段）
１９ 撮影装置
２１ レーザユニット
２７ 旋回機構（旋回手段）
２８ レーザ光源（照射装置）
２９ シート形成レンズ（照射装置）
３０ ガルバノミラー（可動ミラー）
３２ 吸引装置付噴霧ノズル
Ｓ シートレーザ光（シート状のレーザ光）

Claims (4)

1. 微粒子を散布する散布装置と、シート状のレーザ光を照射する照射装置と、前記シート状のレーザ光を反射して走査する可動ミラーと、旋回手段により旋回可能とされ、前記散布装置から散布された前記微粒子を撮影する撮影装置と、を有する気流可視化センサと、
   前記撮影装置により撮影された画像に基づいて前記微粒子の三次元位置を、前記可動ミラーから反射された前記シート状のレーザ光の照射角度と前記可動ミラーと前記撮影装置の光軸との距離から三角測量の原理により計算する画像処理手段と、
   前記気流可視化センサを測定箇所に誘導するマニピュレータと、を備えることを特徴とする漏洩箇所検知装置。
2. テレスコープ状の多段伸縮部材を有し、
   前記マニピュレータは、前記多段伸縮部材の先端に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の漏洩箇所検知装置。
3. 前記多段伸縮部材は、任意の場所に移動可能な移動台車上に設けられ、
   前記旋回手段、前記マニピュレータ、前記多段伸縮部材、及び移動台車は遠隔操作により駆動されることを特徴とする請求項２に記載の漏洩箇所検知装置。
4. 前記マニピュレータの先端には、前記微粒子を吸引する吸引装置が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の漏洩箇所検知装置。

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