JP7285793B2 - 流水路点検装置 - Google Patents

Description

本発明は、敷設された導水路トンネルなどの流水路の内部点検に使用される流水路点検装置に関する。

例えば、水力発電所に敷設された導水路トンネルの内部点検は、概ね数年に一回の頻度で行われる。その際、水力発電所での発電を停止し、導水路トンネルを抜水した後、作業員が導水路トンネル内を歩いて点検しているのが現状である。

導水路トンネル内での作業員による内部点検では、導水路トンネルを抜水するため、発電停止に伴う溢水電力量が大きい。作業員は導水路トンネル内を長距離歩くことになり、長時間の作業になることから、作業員にかかる負担が大きい。

この問題を解消するため、導水路トンネルを抜水することなく、導水路トンネルの内部点検を作業員が歩くことなく実施することができる流水路点検装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の流水路点検装置は、流水路内の水面に浮上する船体と、船体に水平面で回転自在に保持された回転体ベースと、回転体ベースを回転させる回転用モータと、回転体ベースに搭載された撮影用カメラと、流水路の壁面までの距離を測定する距離測定装置とを具備するものである。

特開２０１２－１３５９５号公報

ところで、特許文献１の流水路点検装置では、距離測定装置の測定結果に基づいて回転用モータを制御して回転体ベースの姿勢を一定に制御する。これにより、回転体ベース上で一定方向に向けられた撮影用カメラで、流水路の壁面を撮影することでもって流水路の内部点検を行っている。

しかしながら、この流水路点検装置では、撮影用カメラが一定方向に向くように回転体ベースを水平面で回転させることにより回転体ベースの姿勢を一定に制御することから、回転体ベースの姿勢制御が複雑となる。

また、回転体ベースが保持された船体が流水路内を自然に流下することから、流水路内で流下方向に向かって左右方向に移動する。この時も、回転体ベースの姿勢制御により撮影用カメラは一定方向に向くが、船体が流水路の左右壁面に近づいたり遠ざかったりして船体の流下方向が安定しない。

このように、流水路の左右壁面からの距離が一定でないと、船体が流水路の左右方向にふらつきながら流下することになる。その結果、撮影用カメラで捉えられた画像が安定せず、鮮明な画像が得難くなる。このように、不鮮明な画像であると、正確な内部点検を行うことが困難となる。

そこで、本発明は前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、流水路を抜水することなく、流水路の内部点検を作業員が歩くことなく実施することができ、流水路内での流下方向を安定化させて鮮明な画像を確保し得る流水路点検装置を提供することにある。

本発明は、流水路内の水面に浮上する装置本体を流水路に沿って流下させながら、流水路の内側壁面の状態を点検する流水路点検装置である。これにより、流水路を抜水することなく、流水路の内部点検を作業員が歩くことなく実施することができる。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る流水路点検装置の装置本体は、装置本体を流水路の内側壁面に近接させる方向に推進力を装置本体に付与する壁面近接用スラスタと、流水路の内側壁面を流下方向に沿って転動するガイドローラと、流水路の内側壁面を撮影するカメラとを備えていることを特徴とする。

本発明では、壁面近接用スラスタにより、装置本体を流水路の内側壁面に近接させる方向に推進力を装置本体に付与することで、装置本体を流水路の内側壁面に沿って流下させることができる。

この時、ガイドローラが流水路の内側壁面を流下方向に沿って転動することで、装置本体の流下方向を安定化させることができる。その結果、カメラで撮影した画像から流水路の内側壁面の状態を鮮明に捉えることができる。

本発明における流水路点検装置の装置本体は、流水路の下流側から上流側へ向けて推進力を装置本体に付与する方向姿勢用スラスタを備えていることが望ましい。

このような構成を採用すれば、方向姿勢用スラスタにより、流水路の下流側から上流側へ向けて推進力を装置本体に付与することで、推進力がブレーキ力となって装置本体が水面で回転することを抑制でき、装置本体をスムーズに流下させることができる。

本発明において、装置本体に前方レーザおよび後方レーザを流下方向に沿って配設し、前方レーザと後方レーザとの離間距離に基づいてカメラの撮影距離を割り出すことにより、装置本体の流下位置を特定可能とした構成が望ましい。

このような構成を採用すれば、前方レーザと後方レーザとの離間距離に基づいてカメラの撮影距離を割り出すことにより、装置本体の流下位置を特定することができ、カメラで撮像した画像から流水路の内側壁面の状態を解析する際に有効である。

本発明によれば、壁面近接用スラスタおよびガイドローラにより、装置本体を流水路の内側壁面に沿って流下させることができ、装置本体の流下方向を安定化させることができる。これにより、カメラで撮影した画像から流水路の内側壁面の状態を鮮明に捉えることができる。

その結果、流水路を抜水することなく、流水路の内部点検を作業員が歩くことなく実施することができ、流水路内での流下方向を安定化させて鮮明な画像を確保することで適正な内部点検を実施することができ、点検品質の向上が図れる。

本発明の実施形態における流水路点検装置の主要部を示し、図３の矢印Ａから見た正面図である。 図１の平面図である。 図１の側面図である。 図１の流水路点検装置の使用状態を示す正面図である。 図２の流水路点検装置の使用状態を示す平面図である。 図３の流水路点検装置の使用状態を示す側面図である。

本発明に係る流水路点検装置の実施形態を図面に基づいて以下に詳述する。

以下の実施形態では、流水路点検装置により内部点検する対象構築物である流水路として、例えば水力発電所に敷設された導水路トンネルを例示するが、導水路トンネル以外の他の流水路についても適用可能である。

図１～図３は流水路点検装置の主要部を示し、図４～図６は流水路点検装置の使用状態を示す。実施形態の流水路点検装置は、図４～図６に示すように、導水路トンネル１内の水面２に浮上する装置本体１１を導水路トンネル１の内側壁面３に沿って流下させながら、導水路トンネル１の内側壁面３の状態を点検するものである。

流水路点検装置を使用することにより、導水路トンネル１を抜水することなく、水力発電所での発電中に、通水中の導水路トンネル１を作業員が歩くことなく内部点検することができる。その結果、溢水電力量を低減することができ、作業時間を短縮することで、作業員にかかる負担も軽減することができる。

装置本体１１は、図１～図３に示すように、導水路トンネル１内の水面２に浮上させるために軽量化が必要であることから、例えばアルミニウム製の枠状フレーム１２で構成されている。

装置本体１１には、構成要素である壁面近接用スラスタ１３、方向姿勢用スラスタ１４、ガイドローラ１５、カメラ１６～２０、前方レーザ２１、後方レーザ２２、電源２３および録画器２４が搭載されている。各構成要素は、図示しない取り付け部材によって枠状フレーム１２に固定されている。

なお、装置本体１１の前部には、複数枚の立板２５を配置している。この立板２５により、導水路トンネル１の内側壁面３に設けられた手すりなどの障害物が、装置本体１１の流下時、装置本体１１の前部で枠状フレーム１２内に嵌まり込むことを阻止できる。

ここで、各立板２５を斜めに配置することにより、隣接する立板２５間に隙間を設けている。この隙間により、導水路トンネル１内を流下する上で水が流れ易くなる。

壁面近接用スラスタ１３は、スクリュー構造により、装置本体１１を導水路トンネル１の内側壁面３に近接させる方向に推進力を装置本体１１に付与するもので、装置本体１１が流下方向に長いので、装置本体１１の前方および後方に位置する枠状フレーム１２の二箇所に取り付けられている。

方向姿勢用スラスタ１４は、スクリュー構造により、導水路トンネル１の下流側から上流側へ向けて推進力を装置本体１１に付与するもので、装置本体１１の後方に位置する枠状フレーム１２の一箇所に取り付けられている。

ガイドローラ１５は、導水路トンネル１の内側壁面３を流下方向に沿って転動するもので、装置本体１１の上部左右で前方および後方に位置する枠状フレーム１２の四箇所に回転自在に取り付けられている。

ガイドローラ１５は、枠状フレーム１２の側方に突出するように取り付けられている。ガイドローラ１５は、導水路トンネル１の内側壁面３に当接した時に内側壁面３の凹凸を吸収できるように、突出方向に対して後退可能な構造（例えば、ばね構造）を備えている（図２の鎖線参照）。

ガイドローラ１５は、導水路トンネル１の一方側（図４および図５の左側）の点検時に内側壁面３を転動する二つのガイドローラ１５（図１および図２の左側）と、導水路トンネル１の他方側（図４および図５の右側）の点検時に内側壁面３を転動する二つのガイドローラ１５（図１および図２の右側）とで構成されている。

カメラ１６～２０（例えば、ハイビジョンカメラ）は、導水路トンネル１の内側壁面３を撮影するもので、二台の気中カメラ１６，１７と三台の水中カメラ１８～２０とで構成され〔図１および図３の喫水線（水面２）参照〕、装置本体１１の後部で枠状フレーム１２の所定位置に取り付けられている。

上方を向く気中カメラ１６と、斜め上方を向く気中カメラ１７とが枠状フレーム１２の上部に取り付けられている。また、側方を向く水中カメラ１８が枠状フレーム１２の中央部に取り付けられ、下方を向く水中カメラ１９と、斜め下方を向く水中カメラ２０とが枠状フレーム１２の下部に取り付けられている。

これら気中カメラ１６，１７および水中カメラ１８～２０は、内部点検時の使用状況（導水路トンネル１の大きさなど）に応じて、撮影エリアＥ１～Ｅ５（図４参照）が最適な状態となるように、取り付け角度が調整可能となっている。

気中カメラ１６，１７および水中カメラ１８～２０は、導水路トンネル１の内側壁面３と干渉しないように、枠状フレーム１２の内側に配置されている。通常、導水路トンネル１の内部は暗いので、気中カメラ１６，１７および水中カメラ１８～２０には、照明用のＬＥＤライト（図示せず）が付設されている。

この実施形態では、二台の気中カメラ１６，１７と三台の水中カメラ１８～２０としているが、気中カメラ１６，１７および水中カメラ１８～２０の数については、導水路トンネル１の大きさなどの条件により任意に設定することができる。

前方レーザ２１および後方レーザ２２は、装置本体１１の上部で後方に位置する枠状フレーム１２の二箇所に流下方向に沿って配設されている（図３参照）。前方レーザ２１および後方レーザ２２は、上方に向けて照射可能なように配置されている。

この流水路点検装置では、図６に示すように、前方レーザ２１と後方レーザ２２との離間距離Ｘに基づいて気中カメラ１６の撮影距離Ｗを割り出すことにより、装置本体１１の流下位置を特定することができるようになっている。

電源２３および録画器２４は、円筒形状の密閉容器を有し、装置本体１１の中央に位置する枠状フレーム１２に並べて取り付けられている。電源２３は、密閉容器にバッテリ等を収容する。また、録画器２４は、密閉容器にハードディスク等を収容する。

装置本体１１に並べて取り付けられた電源２３および録画器２４は、密閉容器を使用していることから浮き機能を発揮し、装置本体１１を導水路トンネル１の水面２に浮上させる上で有効である。

以上の構成からなる流水路点検装置の動作例、つまり、導水路トンネル１の内側壁面３を内部点検する流水路点検装置の使用例を図面に基づいて以下に詳述する。

図４～図６では、導水路トンネル１の一方側（図４および図５の左側）の内側壁面３を内部点検する場合を例示するが、導水路トンネル１の他方側（図４および図５の右側）の内側壁面３を内部点検する場合も同様である。図５および図６に付された白抜き矢印は、導水路トンネル１内での水の流れ方向を示す。

まず、装置本体１１を導水路トンネル１の一方側（図４および図５の左側）の水面２に浮上させた状態で導水路トンネル１に沿って流下させる。この時、電源２３のバッテリにより、壁面近接用スラスタ１３、方向姿勢用スラスタ１４、気中カメラ１６，１７、水中カメラ１８～２０、前方レーザ２１および後方レーザ２２を駆動する。

壁面近接用スラスタ１３により、装置本体１１を導水路トンネル１の内側壁面３に近接させる方向に推進力を装置本体１１に付与する。これにより、装置本体１１を導水路トンネル１の内側壁面３に沿って流下させる。導水路トンネル１の一方側に位置するガイドローラ１５は、導水路トンネル１の内側壁面３を流下方向に沿って転動する。

この時、継ぎ目や凹凸などの障害物が内側壁面３にあっても、壁面近接用スラスタ１３の推進力により装置本体１１を内側壁面３に向けて速やかに軌道修正することで、装置本体１１が壁面近接位置に復帰する。これにより、装置本体１１の流下方向を安定化させることができる。

また、内側壁面３に継ぎ目や凹凸があっても、ガイドローラ１５は、側方への突出方向に対して後退可能な構造を備えていることから、内側壁面３に当接した状態で後退することにより、内側壁面３の凹凸状態を吸収するので、装置本体１１の流下方向を安定化させる上で有効である。

このようにして、装置本体１１が導水路トンネル１の内側壁面３に沿って流下する際、気中カメラ１６，１７および水中カメラ１８～２０により、導水路トンネル１の点検対象物である内側壁面３を近距離で撮影する。

つまり、気中カメラ１６，１７で上方の撮影エリアＥ１および斜め上方の撮影エリアＥ２内の内側壁面３を撮影すると共に、水中カメラ１８～２０で側方の撮影エリアＥ３、下方の撮影エリアＥ４および斜め下方の撮影エリアＥ５内の内側壁面３を撮影する。

気中カメラ１６，１７および水中カメラ１８～２０により近距離で撮影した画像から導水路トンネル１の内側壁面３の状態、つまり、ひび割れ等の劣化の有無を鮮明に捉えることができる。

これら画像データは、録画器２４のハードディスクに記録される。このハードディスクに記録された画像データに基づいて、撮影画像の合成などの適宜のデジタル処理でもって画像解析が行われる。

以上のようにして、この実施形態の流水路点検装置を使用することにより、導水路トンネル１内での流下方向を安定化させて鮮明な画像を確保することで適正な内部点検を実施することができ、点検品質の向上が図れる。

一方、装置本体１１が導水路トンネル１の内側壁面３に沿って流下する際、方向姿勢用スラスタ１４により、導水路トンネル１の下流側から上流側へ向けて推進力を装置本体１１に付与する。

これにより、方向姿勢用スラスタ１４の推進力がブレーキ力（上流側へ引っ張られる力）となって装置本体１１が水面２で回転することを抑制でき、姿勢の安定化が図れて装置本体１１をスムーズに流下させることができる。

ここで、装置本体１１が導水路トンネル１の内側壁面３に沿って流下する際、装置本体１１の前後に配設された前方レーザ２１と後方レーザ２２により、レーザ光を導水路トンネル１の内側壁面３に向けて上方照射する。

図６に示すように、前方レーザ２１と後方レーザ２２との離間距離Ｘに基づいて気中カメラ１６の撮影距離Ｗを割り出すことにより、装置本体１１の流下位置を特定することができる。

つまり、移動前の位置（図中実線位置）では、気中カメラ１６により、撮影エリアＥ１（図４参照）の画像Ｓ１が得られ、この画像Ｓ１中に前方レーザ２１と後方レーザ２２による照射点Ｐ，Ｑが映し込まれる。

また、移動後の位置（図中鎖線位置）では、同じ気中カメラ１６により、撮影エリアＥ１（図４参照）の画像Ｓ２が得られ、この画像Ｓ２中に前方レーザ２１と後方レーザ２２による照射点Ｐ，Ｑが映し込まれる。

前方レーザ２１と後方レーザ２２との離間距離Ｘが既定値であることから、移動前における気中カメラ１６の画像Ｓ１の距離Ｌ１と、移動後における気中カメラ１６の画像Ｓ２の距離Ｌ２とを、前方レーザ２１と後方レーザ２２との離間距離Ｘに対する比率から算出する。

気中カメラ１６から内側壁面３までの距離は、装置本体１１が水面２に浮上していることや内側壁面３の凹凸および傾斜により、移動の前後で変動する。これに対して、前方レーザ２１と後方レーザ２２との離間距離Ｘは移動の前後で一定であるため、移動前における画像Ｓ１の距離Ｌ１と移動後における画像Ｓ２の距離Ｌ２とが一致することはない。

次に、移動前における気中カメラ１６の画像Ｓ１の距離Ｌ１と、移動後における気中カメラ１６の画像Ｓ２の距離Ｌ２とを加算した上で、移動前における気中カメラ１６の画像Ｓ１と移動後における気中カメラ１６の画像Ｓ２との重合部分ΔＳの補正値ΔＬを減算することにより、気中カメラ１６の撮影距離Ｗ（＝Ｌ１＋Ｌ２－ΔＬ）を割り出す。

以上のようにして、前方レーザ２１と後方レーザ２２との離間距離Ｘに基づいて気中カメラ１６の撮影距離Ｗを割り出すことにより、装置本体１１の流下位置（例えば、導水路トンネル１の内側壁面３における劣化箇所の位置）を特定することができる。

気中カメラ１６，１７および水中カメラ１８～２０により、流水路点検装置の投入地点から連続的に撮影した画像に基づいて、導水路トンネル１の内側壁面３の状態を解析する際、流水路点検装置の投入地点から現在地点までの流下距離を認知することができる点で有効である。

以上で説明した流下位置の特定では、上方を向く気中カメラ１６を使用した場合を例示したが、斜め上方を向く気中カメラ１７や、側方を向く水中カメラ１８、斜め下方を向く水中カメラ２０および下方を向く水中カメラ１９を使用することも可能である。

その場合、使用する気中カメラ１７や水中カメラ１８～２０の撮影エリア内に、前方レーザ２１および後方レーザ２２による照射点Ｐ，Ｑが映し込まれるように、前方レーザ２１および後方レーザ２２を配置する必要がある。

以上のようにして、導水路トンネル１の一方側（図４および図５の左側）の内側壁面３を内部点検した後、導水路トンネル１の他方側（図４および図５の右側）の内側壁面３を内部点検することになる。

その場合、壁面近接用スラスタ１３、方向姿勢用スラスタ１４、気中カメラ１６，１７、水中カメラ１８～２０の各構成要素は、装置本体１１において、導水路トンネル１の一方側を内部点検する場合と左右対称な位置に取り付け直すことになる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ 流水路（導水路トンネル）
２ 水面
３ 内側壁面
１１ 装置本体
１３ 壁面近接用スラスタ
１４ 方向姿勢用スラスタ
１５ ガイドローラ
１６，１７ カメラ（気中カメラ）
１８～２０ カメラ（水中カメラ）
２１ 前方レーザ
２２ 後方レーザ

Claims (6)

1. 流水路内の水面に浮上する装置本体を前記流水路に沿って流下させながら、前記流水路の内側壁面の状態を点検する流水路点検装置であって、
   前記装置本体は、前記装置本体の側方を前記流水路の内側壁面に近接させる方向に推進力を前記装置本体に付与する壁面近接用スラスタと、前記装置本体の側方に突出するように設けられ、前記流水路の内側壁面を流下方向に沿って転動するガイドローラと、前記流水路の内側壁面を撮影するカメラとを備えていることを特徴とする流水路点検装置。
2. 前記装置本体は、前記流水路の下流側から上流側へ向けて推進力を前記装置本体に付与する方向姿勢用スラスタを備えている請求項１に記載の流水路点検装置。
3. 前記装置本体に前方レーザおよび後方レーザを流下方向に沿って配設し、前記前方レーザと前記後方レーザとの離間距離に基づいて前記カメラの撮影距離を割り出すことにより、前記装置本体の流下位置を特定可能とした請求項１又は２に記載の流水路点検装置。
4. 前記ガイドローラは、前記装置本体の一方側の側方に突出するように設けられた第一ガイドローラと、前記装置本体の他方側の側方に突出するように設けられた第二ガイドローラとを備えている請求項１～３のいずれか１項に記載の流水路点検装置。
5. 前記ガイドローラは、前記流水路内の前記水面よりも上方に設けられている請求項１～４のいずれか１項に記載の流水路点検装置。
6. 前記ガイドローラは、突出方向に対して後退可能である請求項１～５のいずれか１項に記載の流水路点検装置。

Images