JP6927507B2

JP6927507B2 - 構造物検査装置

Info

Publication number: JP6927507B2
Application number: JP2020016148A
Authority: JP
Inventors: 徹勝俣; 圭一平野; 古村　崇; 崇古村; 伊藤　始; 始伊藤; 直希金森
Original assignee: Toyama Prefecture; Toyama Prefectural University
Current assignee: Toyama Prefecture; Toyama Prefectural University
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2021-09-01
Anticipated expiration: 2035-07-16
Also published as: JP2020063665A

Description

本発明は、河川や水路上に架設された橋梁等のインフラ構造物の状態を検査するための構造物検査装置に関する。

従来、橋梁等の劣化や損傷の状態を検査するための構造物検査装置として、例えば特許文献１に開示されているように、橋梁の下面を撮影するためのカメラと、先端部に前記カメラが取り付けられ、カメラを橋梁の下方に配置するＬ字状アームと、前記Ｌ字状アームの基端部を支持すると共に橋梁上の路面を走行可能な台車とを備えた橋梁設備点検装置があった。

また、特許文献２に開示されているように、橋梁の下面を撮影するためのＣＣＤカメラと、前記ＣＣＤカメラが搭載され、橋梁の橋桁の下面に設置された案内レールを移動自在な移動装置とを備えた塗膜劣化診断システムがあった（特許文献２の実施の形態１）。また、実施の形態３には、上記のＣＣＤカメラを飛行船に搭載し、飛行船の操縦及びＣＣＤカメラの制御を遠隔地の管理者が無線で行う形態も開示されている。

特開２００５−９００７２号公報特開２００５−２８３５１９号公報

検査対象のインフラ構造物である橋梁は、川幅が広い一級河川等に架設された大規模橋梁（例えば、橋長が数十ｍ以上の橋梁）や、川幅が狭い河川や用水路等に架設された小規模橋梁（例えば、橋長が１０ｍ以下の橋梁）があり、設置数は小規模橋梁の方が圧倒的に多い。その他のインフラ構造物として、例えば、地中に埋設された下水管路があり、直径が数ｍ以上の大型のものや、直径が１〜２ｍ以下の小型のものがある。

特許文献１の橋梁設備点検装置は、大規模橋梁の検査に使用できるが、小規模橋梁の検査には適さない場合がある。例えば、橋脚の高さが水面から数十ｃｍ程度の小型の橋梁は、橋梁下の空間が狭いため、Ｌ字状アームでカメラ位置を自由に移動させるのは難しい。また、この橋梁設備点検装置の構造は、地中に埋設された小型の下水管路の検査には使用できない。

特許文献２の塗膜劣化診断システムの実施の形態１は、小規模橋梁の下や小型下水道管路の内側の狭い空間にも設置可能であるが、専用の案内レール及び移動装置をインフラ構造物ごとに固定的に設置しなければならない。したがって、インフラ構造物ごとに設置するのに手間が掛かり、設置費用も高額になってしまう。また、特許文献２の実施の形態３は、狭い空間に飛行船を飛ばすのが難しいため、小規模橋梁や小型下水道管の検査に適用することはできない。

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、橋梁や管渠等のインフラ構造物の表面を容易に撮影することができ、特に作業者が入れない狭小空間での検査に適した構造物検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、インフラ構造物である管渠の状態を検査する構造物検査装置であって、水に浮かび、複数のスクリューに駆動されて任意の方向に移動可能なフロート部と、前記フロート部に取り付けられ、前記管渠の上側内面を下方から撮影するカメラと、前記カメラ及び前記スクリューの動作を制御する制御部とを備え、前記フロート部は、上向きに膨出した半球形状に形成され、その頭頂部に前記カメラが取り付けられ、前記フロート部の底部の下面側に、前記フロート部が水に浮かんだ時の水平性を確保するための重錘体が設けられている構造物検査装置である。

前記カメラは、当該カメラのブレを補正するブレ補正装置を備えていることが好ましい。前記重錘体の下端部には、水中カメラが取り付けられていてもよい。

また、前記制御部は、前記フロート部に搭載された本体と、遠隔操作用の外部コントローラとを備えていることが好ましい。

さらに、前記制御部の本体と前記外部コントローラは、ワイヤレスで接続されていることが好ましい。

前記カメラは、上半球の任意の角度を撮影するためのカメラ角度可変装置を備えている構成にしてもよい。

本発明の構造物検査装置は、インフラ構造物である管渠の表面を容易に撮影することができ、例えば、小型下水道管路の内側等の作業者が入れない狭小空間でも検査が可能である。

さらに本発明の構造物検査装置は、インフラ構造物ごとに固定的に設置する必要がなく、コストもかからない。しかも、構造がシンプルかつコンパクトなので、１つのインフラ構造物の検査が終了すると、次の現場に容易に移送して検査を行うことができる。したがって、検査対象のインフラ構造物の数が多い場合でも、順番に効率よく検査することができ、検査のための費用も最小限に抑えることができる。

構造物検査装置の一実施形態を示す平面図（ａ）、Ａ−Ａ断面図（ｂ）、カメラ及び走行装置の部分を拡大した図（ｃ）である。この実施形態の構造物検査装置を使用し、水路上に架設された小規模橋梁の検査を行う様子を示す図である。本発明の構造物検査装置の一実施形態を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。本発明の実施形態の構造物検査装置を使用し、地中の小型下水道管路の検査を行う様子を示す図（ａ）、Ｂ−Ｂ断面図（ｂ）である。

先ず構造物検査装置の一実施形態について、図１、図２に基づいて説明する。この実施形態の構造物検査装置１０は、インフラ構造物の中で、特に、幅が狭い河川や水路等に架設された小規模な橋梁の検査に好適な装置である。

構造物検査装置１０は、図１に示すように、河川や水路を流れる水１４に浮かぶフロート部１６、フロート部１６上に設けられ、橋梁１２の下面の静止画像を撮影する複数のカメラ１８と、カメラ１８等の動作を制御する制御部２０とを備えている。

フロート部１６は、水１４に浮く樹脂発泡体等で成る略長方形の板であり、その上側に、広い平坦面１６ａが形成され、平坦面１６ａの周縁部に側壁１６ｂが立設されている。ここでは、フロート部１６の長辺の長さが橋梁１２の橋幅に対して、例えば数分の一以下の短いもので良く、短辺の長さは長辺の約1/3程度に設定されている。また、フロート部１６の片方の短辺の両端部に２つのロープ２１(1)が一対に取り付けられ、他方の短辺の両端部にも２つのロープ２１(2)が一対に取り付けられている。

カメラ１８及び制御部２０は、装置本体２２ａの両側に車輪が設けられた走行装置２２（移動装置）に取り付けられている。走行装置２２は、フロート部１６の平坦面１６ａ上を長手方向に往復移動可能であり、側壁１６ｂを乗り越えて移動することはできない。走行装置２２の動作は、装置本体２２ａ上に搭載された制御部２０により制御される。

複数のカメラ１８は、フロート部１６の短辺より僅かに短い横フレーム２４に均等間隔に配され上向きに固定され、横フレーム２４及びブレ補正装置２６を介して装置本体２２ａ上に取り付けられている。カメラ１８の数は例えば５つであり、各カメラ１８の視野範囲が隣のカメラ１８の視野範囲と重なるように設定されている。カメラ１８が取り付けられたブレ補正装置２６は、カメラ１６のブレを補正する装置であり、横フレーム２４をフロート部１６の短辺とほぼ平行な向きに支持し、撮影時に、内蔵する振動ジャイロ等の制御機構により横フレーム２４の振動を検出し、各カメラ１８のブレを補正する。なお、フラッシュ機能を備えていないカメラ１８を使用する場合は、フロート部１６又は横フレーム２４に図示しないＬＥＤライトを設置する。カメラ１８やブレ補正装置２６の動作は、装置本体２２ａ上に搭載された制御部２０により制御される。

さらに、制御部２０は、例えば無線により制御する外部コントローラ２０ａに接続され、カメラ１８及び走行装置２２の動作を、ワイヤレスで制御できるよう構成されている。なお、外部コントローラ２０ａは、有線の装置でも良く、有線の場合、電力ケーブルとともに配線することにより、フロート部１６に設置する各装置に供給する電源を省くことができる。

構造物検査装置１０を使用して検査を行うときは、まず、検査対象の橋梁１２がある現場まで構造物検査装置１０を搬送し、図２に示すように、フロート部１６を水路内の水面１４ａに浮かべ、フロート部１６の長手方向が橋梁１２の幅方向と平行になるように配置する。そして、橋梁１２上の複数の作業者Ｍ１が、橋梁１２の川上側からロープ２１(1)を、川下側からロープ２１(2)をそれぞれ引き上げて保持し、フロート部１６を水面１４ａに浮かせたまま、平坦面１６ａを橋梁１２の下面１２ａに対向させる。

次に、作業者Ｍ２が外部コントローラ２０ａを操作し、平坦面１６ａ上の走行装置２２を走らせ、複数のカメラ１８で、カメラ１８の橋桁方向の撮影可能範囲である下面１２ａの各部を撮影する。つまり、走行装置２２が平坦面１６ａを長手方向の端から端まで１回移動させる間に、下面１２ａの橋桁方向幅でフロート部１６が対面する画像データを取得することができる。次に、ロープ２１(1)，２１(2)を操作して、フロート１６をその長手方向長さ分だけ水面１４ａ上で下流側又は上流側に移動させ、上記同様に平坦面１６ａ上の走行装置２２を走らせ、複数のカメラ１８で、カメラ１８の撮影可能範囲である下面１２ａの各部を撮影する。これを繰り返して、橋梁１２の幅方向の一部の領域である下面１２ａの撮影を完了する。取得した画像データは、例えば、制御部２０のメモリに格納される。

下面１２ａの撮影が終わると、作業者Ｍ１がフロート部１６を橋桁方向に移動させ、フロート部１６の平坦面１６ａを下面１２ａに隣接する範囲の橋梁１２の下面１２ｂに対向させる。そして、上記と同様に走行装置２２及びカメラ１８を動作させ、下面１２ｂの画像データを取得する。

下面１２ｂの撮影が終わると、同様に、フロート部１６の平坦面１６ａを橋梁１２のさらに隣接する領域の下面１２ｃに対向させ、下面１２ｃの画像データを取得する。橋桁方向に橋梁１２の下面全体の画像データを取得すると、橋梁１２についての検査画像の取得が終了する。この後、取得した橋梁１２の下面の画像を解析し、ひび割れやその他疲労状態等を検査する。

以上説明したように、構造物検査装置１０によれば、小規模な橋梁１２下の作業者が入れない狭小空間での検査が可能であり、橋梁１２の下面の画像データを容易に取得できる。また、フロート部１６が水１４に浮いているためカメラ１８が揺れることが考えられるが、フロート部１６がある程度広い面積を有することにより、水面の小さな揺れによる影響が抑えられ、さらにブレ補正装置２６によりカメラ１８のブレが補正され、鮮明な画像データを得ることができる。

構造物検査装置１０は、検査対象の橋梁が複数ある場合に、橋梁ごとに固定的に設置する必要がない。しかも、構造がシンプルかつコンパクトなので、１つの橋梁の検査が終了すると、次の現場に容易に移送して検査を行うことができる。したがって、検査対象の橋梁の数が多い場合でも、順番に効率よく検査することができ、検査のための費用も最小限に抑えることができる。

次に、本発明の構造物検査装置の一実施形態について、図３、図４に基づいて説明する。この実施形態の構造物検査装置２８は、インフラ構造物の中で、地中に埋設された小型の下水管路等の検査に好適な装置である。

構造物検査装置２８は、図３に示すように、下水管路３０を流れる水３２に浮かぶフロート部３４、フロート部３４上に設けられ、下水管路３０の内壁面を下方から見た動画を撮影するカメラ３６と、カメラ３６等の動作を制御する制御部３８とを備えている。

フロート部３４は、水３２に浮く略半球形状の装置であり、筐体３４ａの頭頂部に複数のカメラ３６が異なる方角の斜め上向きに取り付けられ、筐体３４ａ内に制御部３８が搭載され、筐体３４ａの側部３箇所にスクリュー４０が設けられている。さらに、筐体３４ａの底部には、水３２に浮かんだ時の水平性を確保するための重錘体４２が設けられ、重錘体４２の下端部に水中カメラ４４が取り付けられている。スクリュー４０は、それぞれ制御部３８によって回転の速度や向きが制御され、フロート部３４は、３つのスクリュー４０が協働して発生させる推進力により、水面３２ａを任意の方向に移動することができる。カメラ３６及び水中カメラ４４は、図示しないブレ補正装置を備え、各カメラ３６，４４のブレが抑えられ、制御部３８によって動作が制御される。

また、制御部３８には、フロート部３４の側部から延びるケーブル４６を介して外部コントローラ３８ａが設けられ、スクリュー４０、カメラ３６及び水中カメラ４４の動作を外部制御できるよう構成されている。また、外部コントローラ３８ａには撮影した動画がリアルタイムに表示されるディスプレイが設けられている。

構造物検査装置２８を使用して検査を行うときは、まず、検査対象の下水管路３０がある現場まで構造物検査装置２８を搬送し、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば上流側のマンホール４８ａを通じて構造物検査装置２８を搬入し、下水管３０ａ内の水３２にフロート部３４を浮かべる。そして、作業者Ｍ３が外部コントローラ３８ａを操作し、スクリュー４０を駆動してフロート部３４を任意の位置に移動させ、カメラ３６で下水管３０ａの内壁面の各部を撮影する。作業者Ｍ３は、外部コントローラ３８ａのディスプレイに表示される動画を見ながら操作するので、各部を均等に撮影してもよいし、ひび割れや腐食が進行している特定の部分を重点的に撮影することも可能である。カメラ３６で撮影された動画データは、例えば制御部３８のメモリに格納される。水中カメラ４４についても同様である。このときの構造物検査装置２８の位置合わせ等の操作に、ケーブル４６を利用しても良く、上記実施形態のロープ２１と同様に、ケーブル４６を操作して位置調整を行うことも可能である。

下水管３０ａの撮影が終わると、作業者Ｍ３は、構造物検査装置２８をマンホール４８ａから搬出し、下水管３０ａの終端にある下流側のマンホール４８ｂを通じて構造物検査装置２８を搬入し、隣の下水管３０ｂ内の水３２にフロート部３４を浮かべる。そして、上記と同様の動作を行って下水管３０ｂの動画データを取得する。

以上説明したように、構造物検査装置２８によれば、小型の下水管路３０のように作業者が入れない狭小空間での検査が可能であり、水道管路３０の内壁面の状態を作業者Ｍ３がリアルタイムに確認しながら、鮮明な動画データを容易に取得することができる。

なお、本発明の構造物検査装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、構造物検査装置２８は、複数のカメラ３６を互いに異なる方角の斜め上向きに取り付けられているが、カメラ角度可変装置を備えた１つのカメラを設け、上半球の任意の位置を撮影できる構成にしてもよい。

また、上記２つの実施形態は、いずれも制御部に外部コントローラが設けられ、作業者がカメラ等の動作を外部制御する構成であるが、あらかじめ制御部に移動や撮影用等の所定の検査プログラムをインストールしておき、これを実行させることによって検査が自動的に行われるようにしてもよい。

１０，２８構造物検査装置
１２橋梁
１４，３２水
１４ａ，３２ａ水面
１６，３４フロート部
１６ａ平坦面
１８，３６カメラ
２０，３８制御部
２０ａ，３８ａ外部コントローラ
２１(1)，２１(2) ロープ
２２走行装置
２６ブレ補正装置
３０下水管路（管渠）
３０ａ，３０ｂ下水管

Claims

インフラ構造物である管渠の状態を検査する構造物検査装置において、
水に浮かび、複数のスクリューに駆動されて任意の方向に移動可能なフロート部と、前記フロート部に取り付けられ、前記管渠の上側内面を下方から撮影するカメラと、前記カメラ及び前記スクリューの動作を制御する制御部とを備え、
前記フロート部は、上向きに膨出した半球形状に形成され、その頭頂部に前記カメラが取り付けられ、前記フロート部の底部の下面側に、前記フロート部が水に浮かんだ時の水平性を確保するための重錘体が設けられていることを特徴とする構造物検査装置。
前記重錘体の下端部に水中カメラが取り付けられている請求項１記載の構造物検査装置。
前記制御部は、前記フロート部に搭載された本体と、遠隔操作用の外部コントローラとを備えている請求項１又は２記載の構造物検査装置。
前記制御部の本体と前記外部コントローラは、ワイヤレスで接続されている請求項３記載の構造物検査装置。
前記カメラは、上半球の任意の角度を撮影するためのカメラ角度可変装置を備えている請求項１記載の構造物検査装置。