JP7221849B2 - 撮像装置保護機構及びこれを用いた地質調査装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置保護機構及びこれを用いた地質調査装置に関するものである。

地質を調査するため、ボーリング孔内にプローブを挿入し、プローブに設けられたカメラよってその内壁面の画像を取得する方法がある（例えば下記特許文献１参照）。

特開平１１－２５６５６０号公報

ところで、プローブが孔底に到達したとき、あるいは孔底付近にある岩などの支障物に当接したとき、作業者がその状況を判断できずに、さらにプローブを押し込んでしまうと、プローブに設けられた撮像装置等を破壊してしまう虞がある。

本発明は、上記技術的課題に鑑み、プローブが孔底に到達した場合や大きな岩に当接した場合に、それを判断することを可能とする、撮像装置保護機構及びこれを用いた地質調査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための第１の発明に係る撮像装置保護機構は、
径方向外側を向く撮像装置を備えるプローブの先端面に固定される固定部と、
内周面が、前記プローブの外周面及び前記固定部の外周面に対して摺接するようにして、前記プローブに嵌合する筒状の外筒部と、
前記外筒部に対し、その先端の開口部分を塞ぐようにして固定された蓋部と、
一端が前記固定部に固定され、他端が前記蓋部に固定され、前記プローブの延伸方向に伸縮可能である弾性体とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決するための第２の発明に係る撮像装置保護機構は、
上記第１の発明に係る撮像装置保護機構において、
一端が前記固定部に固定され、他端が前記蓋部に固定され、その長さが前記弾性体の自然長以下である紐を備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決するための第３の発明に係る地質調査装置は、
ボーリング孔に対して出し入れ可能である棒状のロッドと、
前記ロッドの先端側に設けられ、前記ボーリング孔の内壁面を撮影する前記撮像装置を備える前記プローブと、
上記第１又は２の発明に係る撮像装置保護機構とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決するための第４の発明に係る地質調査装置は、
上記第３の発明に係る地質調査装置において、
前記ロッドの延伸方向上の移動及び角度変更を制御する制御部を備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決するための第５の発明に係る地質調査装置は、
上記第３又は４の発明に係る地質調査装置において、
前記撮像装置で撮影した画像を取得する画像取得解析部を備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決するための第６の発明に係る地質調査装置は、
上記第３から５のいずれか１つの発明に係る地質調査装置において、
前記ロッド及び前記制御部は、地表に設置されるボーリングマシンに設けられている
ことを特徴とする。

本発明に係る撮像装置保護機構及びこれを用いた地質調査装置によれば、プローブが孔底に到達した場合や大きな岩に当接した場合に、それを判断することが可能となる。

本発明の実施例に係る地質調査装置（測定開始前）の構成を表す概略図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 本発明の実施例に係る撮像装置保護機構（測定可能状態）を表す拡大断面図である。 本発明の実施例に係る地質調査装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の実施例に係る撮像装置保護機構（測定不能状態）を表す拡大断面図である。 本発明の実施例に係る地質調査装置（測定中）の構成を表す概略図である。

以下、本発明に係る撮像装置保護機構及びこれを用いた地質調査装置について、実施例にて図面を用いて説明する。

まず、図１，２を用いて本実施例に係る地質調査装置の構成を説明する。図１の概略図に示すように、本実施例に係る地質調査装置は、主たる構成として、ボーリングマシン１１、プローブ１２、画像取得解析部１３、水出し部１４、タンク１５、及び、ポンプ１６を備えている。

地表２に設置されたボーリングマシン１１には、制御部１１ａ及びロッド１１ｂが設けられている。

ロッド１１ｂは、延伸方向上の移動、及び、地表２に対する傾斜角度の変更が可能な、中空棒状のものであり、これにより、ボーリング孔１に対して出し入れ可能となっている。また、その内部（図示略）を清水が流通可能となっており、ロッド１１ｂの後端側はポンプ１６と連通している。

タンク１５には清水が溜められている。ポンプ１６は、この清水を吸い上げ、ロッド１１の後端側からその内部に送り込むことが可能である。

ボーリングマシン１１に設けられた制御部１１ａは、上述したロッド１１ｂの延伸方向上の移動及び角度変更、さらには、ポンプ１６の動作を制御する。

プローブ１２は、ロッド１１ｂの先端側に設けられ、ロッド１１ｂと平行に延伸している。また、プローブ１２の先端には、径方向外側を向く撮像装置１２ａが設けられている。撮像装置１２ａは、ボーリング孔１の内壁面１ａを撮影可能に配置されている。なお、撮像装置１２ａは、詳細にはプローブ１２内部に埋め込まれるようにして配設され、プローブ１２における撮像装置１２ａの配設位置の壁面を、透明な材質（例えばアクリル管等）とすることで、内壁面１ａを撮影可能としている。

画像取得解析部１３は、一般的にボアホールカメラ又はボアホールスキャナと呼称されるものであって、コントロールユニット１３ａ、ウィンチ１３ｂ、ケーブル１３ｃ、及び、ＰＣ１３ｄ等を備えている。

そして、画像取得解析部１３のコントロールユニット１３ａは、ウィンチ１３ｂによって巻き取り・引き出しされるケーブル１３ｃによって、プローブ１２と接続している。撮像装置１２ａにて撮影した内壁面１ａの画像は、ケーブル１３ｃを介してコントロールユニット１３ａが取得し、コントロールユニット１３ａに接続するＰＣ１３ｄにて、解析される。

水出し部１４は、例えばステンレス等の材質から成り、図２の拡大断面図に示すように、プローブ１２との間に空隙Ｇが形成されるようにしてプローブ１２の外周側に配設される、円筒形状のものである。

また、図２に示すプローブ１２の外周面１２ｃと水出し部１４の内周面１４ｂとの間の円環状の空隙Ｇは、ロッド１１ｂの内部と連通しており、ロッド１１ｂの内部を通過した清水が流通可能となっている。さらに、水出し部１４の先端は開口しており、この開口部分は、撮像装置１２ａよりもロッド１１ｂの後端側に位置していることで、プローブ１２の先端に配置された撮像装置１２ａが露出した状態となっている。

そして、空隙Ｇを通過した清水は、水出し部１４の先端１４ａからプローブ１２の撮像装置１２ａの撮影範囲に向けて噴射される。

すなわち本実施例では、ボーリング孔内に溜まった水が濁っているか否かを確認することなく、ボーリング孔１の内壁面１ａの撮影中、水出し部１４の先端１４ａから撮像装置１２ａの撮影範囲に噴射し、撮像装置１２ａの撮影範囲における水に清水が入り込むことで、濁った水が透明になり、良好な撮影環境とすることができる。

なお、本実施例ではロッド１１ｂを移動させつつ撮像装置１２ａにて撮影するものとする。

これにより本実施例では、ボーリング孔内に溜まった水の濁りを確認する必要がなくなり、ボーリング孔が斜孔である場合にも簡便に地質を調査することが可能となる。

さらに、本実施例に係る地質調査装置は、本実施例に係る撮像装置保護機構（撮像装置保護機構１７）を備えている。図３の拡大断面図に示すように、撮像装置保護機構１７は、主たる構成として、固定部２１、外筒部２２、蓋部２３、固定部側ボルト２４、蓋部側ボルト２５、弾性体２６、及び、紐２７を備えている。

固定部２１は、プローブ１２の先端面１２ａに固定された、プローブ１２と同軸同径の円盤形状のものである。

外筒部２２は、その内周面２２ａがプローブ１２の（先端から所定長の範囲における）外周面１２ｂ及び固定部２１の外周面２１ａに対して摺接するようにして、プローブ１２に嵌合する、円筒形状のものである。

蓋部２３は、外筒部２２に対し、その先端の開口部分を塞ぐようにして固定されたものである。

なお、外筒部２２及び蓋部２３は、例えば塩化ビニールから成るものとし、両者は一体的もしくは別体として形成されている。

固定部側ボルト２４は、固定部２１（の軸心位置）に対し、蓋部２３側（すなわち、図３における下方側）から螺合している。

蓋部側ボルト２５は、蓋部２３（の軸心位置）に対し、固定部２１側（すなわち、図３における上方側）から螺合している。

弾性体２６は、例えばバネやゴム等の伸縮可能な部材であり、一端が、固定部側ボルト２４の頭部を介して固定部２１に固定され、他端が、蓋部側ボルト２５の頭部を介して蓋部２３に固定され、プローブ１２の延伸方向に伸縮可能となっている。

紐２７は、一端が、固定部側ボルト２４に巻き付けられ、固定部側ボルト２４の締結力により固定部２１に固定され、他端が、蓋部側ボルト２５に巻き付けられ、蓋部側ボルト２５の締結力により蓋部２３に固定されている。また、紐２７の長さは弾性体２６の自然長以下とする。

この紐２７を設けることにより、弾性体２６が蓋部２３の重みにより自然長以上の長さに伸長されることは無くなる。

以上が、本実施例に係る地質調査装置の構成の説明である。以下では、本実施例に係る地質調査装置の動作について、図４～６を用いて説明する。

まず、図４におけるステップＳ１では、ボーリングマシン１１において、制御部１１ａによりロッド１１ｂの傾斜角度を調整し、ロッド１１ｂ及びプローブ１２をボーリング孔１の延伸方向と平行にした状態で、ロッド１１ｂ及びプローブ１２をボーリング孔１の孔底１ｂに向けて移動させ、プローブ１２の撮像装置１２ａが孔底１ｂ付近に位置するようにする。このステップＳ１は、さらにステップＳ１１～Ｓ１６に細分化される。

ステップＳ１１では、図５に示すように、蓋部２３が支障物３（支障物３が存在しない場合は孔底１ｂ）に当接する。なおこの状態は、地表２からは認識することができない。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１の状態からさらにロッド１１ｂを移動させ、プローブ１２が孔底１ｂ方向へ押し込まれる。

ステップＳ１３では、蓋部２３が支障物３（あるいは孔底１ｂ）から応力を受けることで、弾性体２６が収縮する。なお、このとき紐２７は撓んだ状態となる。そして、蓋部２３、及び、（蓋部２３と一体的あるいは別体であっても）蓋部２３に固定された外筒部２２はそのままの位置に留まった状態で、プローブ１２のみが押し込まれる格好となる。

ステップＳ１４では、図５に示すように、撮像装置１２ａの撮影範囲に外筒部２２が入る。すなわち、撮像装置１２ａが撮影した画像に外筒部２２が映り込むことになる。

ステップＳ１５では、この状態が画像取得解析部１３に反映され、これにより、制御部１１ａがロッド１１ｂの移動を停止する。

その後、ステップＳ１６では、撮像装置１２ａの撮影範囲から外筒部２２が無くなるまで、ロッド１１ｂをボーリング孔１の入口１ｃ側に引き戻す。その後は既に説明したステップＳ２に移行する。

次に、ステップＳ２では、ボーリング孔１の内壁面１ａの撮影を行う。具体的には、図６に示すように、ロッド１１ｂをボーリング孔１の孔底１ｂ側から入口１ｃ側に向けて移動させつつ、撮像装置１２ａによりボーリング孔１の内壁面１ａを撮影する。

その際、ポンプ１６を作動させ、タンク１５内の清水をロッド１１ｂに送り込む。清水は、ロッド１１ｂ内、そして空隙Ｇを通過し、水出し部１４の先端１４ａから撮像装置１２ａの撮影範囲に向けて噴射される。

最後に、ステップＳ３では、撮像装置１２ａによって撮影した画像データを画像取得解析部１３により取得及び解析する。
以上が本実施例に係る地質調査装置の動作説明である。

なお、上記ステップＳ１５，Ｓ１６において、撮像装置１２ａの撮影範囲に外筒部２２があるか否かによってロッド１１ｂの移動を制御する動作については、作業者が、画像取得解析部１３の情報から外筒部２２が撮影されていることを確認してから、制御部１１ａにロッド１１ｂを制御する旨を入力し、制御部１１ａが当該入力に基づき制御を行うようにしてもよく、あるいは、制御部１１ａ自体が、画像取得解析部１３の情報に基づき外筒部２２が撮影されていると判断し、自動的に制御を行うようにしてもよい。

すなわち本実施例では、プローブ１２が孔底１ｂに到達した場合や大きな岩３に当接した場合に、それを判断することができ、撮像装置等の破壊を防止することができる。

なお、図１，３，５，６は、ボーリング孔１の孔底１ｂ付近に岩などの支障物３が堆積している場合を表しているが、本発明は支障物３が存在しない場合であっても成立する。

また、本実施例においては、まずプローブ１２をボーリング孔１に挿入し、プローブ１２の撮像装置１２ａを孔底１ｂ付近に位置させてから、プローブ１２を引き上げつつ内壁面１ａの撮影を行うものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、初めにプローブ１２をボーリング孔１に挿入するときから撮像装置１２ａにより内壁面１ａの撮影を（ボーリング孔１の入口１ｃ側から孔底１ｂ側に向けて）行うものとしてもよい。このような場合であっても、プローブ１２が孔底１ｂに到達した場合や大きな岩３に当接した場合に、それを判断することができ、撮像装置等の破壊を防止することができる。

さらに、本実施例では、ボーリング孔１が斜孔である場合を想定して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、鉛直方向に形成されるボーリング孔にも適用することができる。

そして、本実施例では、撮像装置保護機構を、撮像装置に清水を噴射する機構を備える地質調査装置に対して設けるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、撮像装置に清水を噴射しない構造（水出し部を設けず、ロッドが中実である構造等）の地質調査装置に対して、撮像装置保護機構を設けるものとしてもよい。さらには、撮像装置保護機構は、径方向外側を向く撮像装置を備えるプローブ全般に適用することが可能である。

本発明は、撮像装置保護機構及びこれを用いた地質調査装置として好適である。

１ ボーリング孔
１ａ （ボーリング孔１の）内壁面
１ｂ （ボーリング孔１の）孔底
１ｃ （ボーリング孔１の）入口
２ 地表
３ 支障物
１１ ボーリングマシン
１１ａ 制御部
１１ｂ ロッド
１２ プローブ
１２ａ 撮像装置
１２ｂ （プローブ１２の）先端面
１２ｃ （プローブ１２の）外周面
１３ 画像取得解析部
１３ａ コントロールユニット
１３ｂ ウィンチ
１３ｃ ケーブル
１３ｄ ＰＣ
１４ 水出し部
１４ａ （水出し部１４の）先端
１４ｂ （水出し部１４の）内周面
１５ タンク
１６ ポンプ
１７ 撮像装置保護機構
２１ 固定部
２１ａ （固定部２１の）外周面
２２ 外筒部
２２ａ （外筒部２２の）内周面
２３ 蓋部
２４ 固定部側ボルト
２５ 蓋部側ボルト
２６ 弾性体
２７ 紐

Claims (6)

1. 径方向外側を向く撮像装置を備えるプローブの先端面に固定される固定部と、
   内周面が、前記プローブの外周面及び前記固定部の外周面に対して摺接するようにして、前記プローブに嵌合する筒状の外筒部と、
   前記外筒部に対し、その先端の開口部分を塞ぐようにして固定された蓋部と、
   一端が前記固定部に固定され、他端が前記蓋部に固定され、前記プローブの延伸方向に伸縮可能である弾性体とを備え、
   前記弾性体が収縮して前記外筒部が摺動すると、前記撮像装置の撮影範囲に前記外筒部が映り込むように構成した、
   ことを特徴する撮像装置保護機構。
2. 一端が前記固定部に固定され、他端が前記蓋部に固定され、その長さが前記弾性体の自然長以下である紐を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置保護機構。
3. ボーリング孔に対して出し入れ可能である棒状のロッドと、
   前記ロッドの先端側に設けられ、前記ボーリング孔の内壁面を撮影する前記撮像装置を備える前記プローブと、
   請求項１又は２に記載の撮像装置保護機構とを備えることを特徴とする地質調査装置。
4. 前記ロッドの延伸方向上の移動及び角度変更を制御する制御部を備える
   ことを特徴とする請求項３に記載の地質調査装置。
5. 前記撮像装置で撮影した画像を取得する画像取得解析部を備える
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の地質調査装置。
6. 前記ロッド及び前記制御部は、地表に設置されるボーリングマシンに設けられている
   ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の地質調査装置。

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