JPH0771944A - トンネル内面性状計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車体のピッチング変動、トンネル中心からの
ずれがあってもトンネル内壁のクラックを正確に検出で
きるようにする。 【構成】 スキャニング装置３０を上下動する第１モー
タ５１と、ピッチング動する第２モータ５２を設け、こ
のスキャニング装置３０とトンネル天頂との距離を上下
用超音波センサ３２で検出し、この検出距離が所定の値
と異なる場合に第１モータ５１を駆動し、スキャニング
装置３０のピッチング動をバーチカルジャイロ３１で検
出して第２モータ５２を駆動し、スキャニング装置３０
とトンネル左右側壁との距離の偏差によりそのずれ量を
表示する表示器３５を設け、運転者が表示器３５を見て
ハンドル２７を操作することで左右操舵してトンネル中
心に合致させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導水路、道路、鉄道等
に用いられるトンネルの壁面に発生したクラック（ひび
割れ）を検出するトンネル内面性状計測装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】トンネル壁面のクラックを検出する装置
としては例えば特願昭６２−２３６６１８号公報に示す
ものが知られている。すなわち、車体に、レーザ光をト
ンネル壁面に対して垂直に照射するとともに円周方向全
域を走査させるスキャニング装置と、トンネル壁面全周
に走査したレーザ光の散乱光を受光するセンシング装置
と、このセンシング装置の出力（データ）に基づいてト
ンネル壁面のクラック有・無を検出する装置より成るも
のが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかるトンネルクラッ
ク検出装置であると、レーザ光軸の水平に対する上下変
位（以下ピッチング変動という）によるデータの欠落、
レーザ光軸がトンネル中心からずれることによるデータ
の歪が生じて正しくクラック検出できない。

【０００４】このことを具体的に説明する。前述のトン
ネルクラック検出装置は図１に示すように、車体１にス
キャニング装置２とセンサ装置３が取付けられ、そのス
キャニング装置２のガラス部４からレーザ光５がトンネ
ル壁面６に３６０°全周照射され、センサ装置３の受光
部７にトンネル壁面６からの反射光８が入射され、その
反射光量に対応した電気信号が出力される。トンネル延
長方向は車両の車輪９に接したローラ付エンコーダ１０
により一定間隔でパルス信号が出力され、これらの出力
信号によりトンネル内面の画像データを構築し、それに
基づいてトンネル内面６のクラック有無を検出する。

【０００５】そこで走行路面１１に凹凸がある場合、図
２の仮想線で示すようにスキャニング装置２が傾き、レ
ーザ光５の照射間隔がかわり、一度レーザ光を照射した
位置に再度レーザ光が照射することによるデータの重復
ａや、照射間隔が広がるデータの欠落ｂが発生する。

【０００６】また、レーザ光５は、走査ミラーで等速度
回転されており、トンネル壁面６からの反射光８を受光
部７より一定サンプリング時間でデータを取り込むた
め、図３の実線で示すようにスキャニング装置２がトン
ネル中心１２と一致し、レーザ光５がトンネル中心１２
で走査した場合にはトンネル壁面６までの距離が一定で
あるためトンネル壁面６のデータのサンプリングピッチ
も一定となるが、図３の仮想線で示すように、トンネル
中心１２からずれた場合にはトンネル壁面６までの距離
が変化するためトンネル壁面６のデータのサンプリング
ピッチが変わりデータが歪む。特に車両のハンドル操作
及び走行路面の凹凸によりトンネル中心からずれ歪が現
われる。

【０００７】このようであるから、従来のトンネルクラ
ック検出装置は鉄道トンネルのように軌道が敷設してあ
る場合には、その軌道に沿って車両を走行することで車
体ピッチングが生じることなくトンネル中心に沿って走
行できるからトンネルラックを正しく検出できるが、水
路トンネルのように軌道がなく、しかも路面に石や泥等
が堆積されたり、削られていたりする場合には前述のよ
うに車体ピッチングが生じたり、トンネル中心からずれ
たりしてトンネルクラックを正しく検出できない。

【０００８】そこで、本発明は前述の課題を解決できる
ようにしたトンネル内面性状計測装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】操向輪２４を備えた車体
２３に、レーザ光をトンネル内壁に３６０度照射するス
キャニング装置３０と、このレーザ光のトンネル内壁か
らの反射光を受光するセンサ装置３６を設けてセンサ装
置３６の出力信号を画像処理してトンネル内壁のクラッ
クを検出する装置において、前記スキャニング装置３０
を上下動する第１モータ５１と、スキャニング装置３０
を水平に対して上下揺動する第２モータ５２と、スキャ
ニング装置３０の水平に対する上下揺動を検出するバー
チカルジャイロ３１と、スキャニング装置３０からトン
ネル天頂までの距離と所定の距離との偏差を検出する第
１手段と、スキャニング装置３０からトンネル左右側壁
までの左右距離の偏差を検出する第２手段と、前記バー
チカルジャイロ３１の検出信号、前記第１検出手段の検
出信号によって前記第１・第２モータ５１，５２を駆動
してスキャニング装置３０を常時所定高さで水平姿勢に
保持する第１制御手段と、前記第２検出手段の検出信号
で前記操向輪２４を操向する第２制御手段を設けたトン
ネル内面性状計測装置。

【００１０】

【作 用】車体２３が走行する路面に石や泥等が堆積
されたり、削られていたりするので、車体２３が水平に
対して上下揺動変位したり、トンネル中心よりずれたり
しても、スキャニング装置３０を常に水平姿勢に保持で
きるしトンネル中心に一致させることができ、トンネル
内部のクラック有無を正確に検出できる。

【００１１】

【実 施 例】図４と図５に示すように、前部車体２０
と後部車体２１を連杆２２で連結して車体２３とし、そ
の前部車体２０に操向輪２４と駆動輪２５が取付けてあ
ると共に、座席２６とハンドル２７等が設けられてオペ
レータにより走行される車両２８を構成し、ローラ付エ
ンコーダ２９で走行距離を検出するようにしてある。

【００１２】前記前部車体２０にはスキャニング装置３
０とバーチカルジャイロ３１と上下用超音波センサ３２
と左用超音波センサ３３と右用超音波センサ３４とセン
タリング表示器３５が設けられ、後部車体２１にはセン
サ装置３６が設けてある。

【００１３】前記スキャニング装置３０はレーザ光源４
０と図示しないレーザ走査ミラー等が収納されており、
レーザ走査ミラーは、モータに４５°の反射ミラーが結
合された構造でレーザ光源４０からのレーザ光が４５°
反射ミラーで反射されガラス部４１から出射し、そのレ
ーザ光４２をトンネル壁面４３に３６０°照射するもの
で、従来と同一としてある。

【００１４】前記スキャンニング装置３０は図６、図
７、図８に示すように取付けてある。すなわち、前部車
体２０に設けた支持枠体４４に前後一対の右縦ガイド４
５と左縦ガイド４６と送りネジ杆４７が設けられ、この
右縦ガイド４５に沿って昇降する右昇降体４８と左縦ガ
イド４６に沿って昇降する左昇降体４９に亘って取付枠
５０が上下揺動自在に支承され、この取付枠５０にスキ
ャニング装置３０に車体走行方向に向けて取付けてあ
る。

【００１５】前記送りネジ杆４７は左昇降体４９に螺合
し、ＤＣサーボモータより成る第１モータ５１により回
転駆動され、前記左昇降体４９にはＤＣサーボモータよ
り成る第２モータ５２が設けられ、この第２モータ５２
により前記取付枠５０が上下に揺動される。前記バーチ
カルジャイロ３１はスキャニング装置３０に取付けら
れ、上下用超音波センサ３２、左右用超音波センサ３
３，３４はレーザ光源４０に取付けてある。図６と図７
において符号５３は左右昇降体４８，４９を連結するス
テーであり、これにより左右昇降体４８，４９が同期し
て昇降するようにしてある。

【００１６】前記バーチカルジャイロ３１は図９に示す
ように、スキャニング装置３０のピッチング変動（水平
に対する上下揺動）を検出し、その変動角に応じた信号
を出力するものであり、その信号は専用センサアンプ６
０、１２ビットＡ−Ｄ変換器６１を経てＣＰＵ６２に入
力され、前記上下用超音波センサ３２はスキャニング装
置３０からトンネル天頂までの距離を検出し、その距離
に応じた信号を出力し、その信号は専用センサアンプ６
３、１２ビットＡ−Ｄ変換器６１を経てＣＰＵ６２に入
力される。

【００１７】前記ＣＰＵ６２は入力信号に基づいて指令
信号を出力し、その指令信号は１２ビットＤ−Ａ変換器
６４でアナログ変換されて第１・第２サーボドライバ６
５，６６に送られ、それにより第１・第２モータ５１，
５２を駆動し、その第１・第２モータ５１，５２の回転
は第１・第２エンコーダ６７，６８で検出されて第１・
第２サーボドライバ６５，６６にフィードバックされ
る。６９はエンコーダカウンタであり、ＣＰＵ６２にカ
ウント信号を出力する。

【００１８】次に図９に基づいてスキャニング装置３０
の動作制御を説明する。まず、天頂部までの距離を検出
する上下用超音波センサ３２の信号により、上下方向の
第１モータ５１を動作させる系について説明する。上下
用超音波センサ３２からの信号は、専用センサアンプ６
３を介して距離に比例した電気信号が出力され、専用セ
ンサアンプ６３から出力された電気信号は、Ａ／Ｄ変換
器６１で１２ビットディジタル変換されＣＰＵ６２に取
り込まれる。ＣＰＵ６２では次の処理を行なう。上下用
超音波センサ３２は、天頂部にある、凹凸なども敏感に
検出してしまうため、出力信号を一定区間で平均化し、
平均化された信号がトンネル中心から天頂部までのあら
かじめ設定した距離と一致しない場合はその偏差相当だ
け第１モータ５１を動かす指令信号を出力する。出力さ
れた指令信号は、Ｄ／Ａ変換器６４でアナログ変換後上
下方向の第１サーボドライバ６５に入力され、第１モー
タ５１を駆動する。

【００１９】これにより、スキャニング装置３０が上下
方向に移動し、これと同時に第１モータ５１に設けた第
１エンコーダ６３が回転して所定回転角度毎に信号を出
力し、その信号をエンコーダカウンタ６９でカウントし
てＣＰＵ６２に出力し、ＣＰＵ６２は第１モータ５１の
回転数（回転角）を常に監視でき、その第１モータ５１
の回転数（回転角）に基づいてスキャニング装置３０の
上下量を演算してその値が前記偏差に相当したら指令信
号を停止して第１モータ５１を停止する。

【００２０】次に、バーチカルジャイロ３１の信号より
第２モータ５２を動作させる系について説明をする。バ
ーチカルジャイロ３１からの信号は、専用センサアンプ
６０を介して角度に比例した電気信号が出力され、その
専用センサアンプ６０から出力された電気信号はＡ／Ｄ
変換器６１で１２ビットディジタル変換されＣＰＵ６２
に取り込まれる。このＣＰＵ６２に取り込まれた信号が
角度０に相当しなければＣＰＵ６２で割り込み処理さ
れ、第２モータ５２を駆動するための指令信号を出力
し、Ｄ／Ａ変換器６４でアナログ変換され第２サーボド
ライバ６６に入力され、第２モータ５２を駆動する。

【００２１】これにより、スキャニング装置３０が上下
方向に揺動し、これと同時に第２エンコーダ６８とエン
コーダカウンタ６９で第２モータ５２の回転数（回転
角）をＣＰＵ６２で演算し、前述と同様にフィードバッ
ク制御する。前記バーチカルジャイロ３１はスキャニン
グ装置３０に取付けてあるためにフィードバック制御と
なり、上下方向揺動は高速制御できる。

【００２２】次に側壁までの距離を検出する左右超音波
センサ３３，３４の信号より光軸のトンネル中心からの
ずれを表示する系について図１０に基づいて説明する。
左用超音波センサ３３はスキャニング装置３０からトン
ネル左側壁までの距離を検出し、同様に右用超音波セン
サ３４はスキャニング装置３０からトンネル右側壁まで
の距離を検出する。前記左右用超音波センサ３３，３４
からの信号は専用センサアンプ７０，７１を介して距離
に比例した電気信号が出力され、その専用センサアンプ
７０，７１から出力された電気信号は、Ａ／Ｄ変換器７
２でディジタル変換されＣＰＵ７３に取り込まれ、ＣＰ
Ｕ７３で次の処理を行なう。

【００２３】左右用超音波センサ３３，３４は側壁にあ
る凹凸なども敏感に検出してしまうため、各センサの出
力信号を一定区間で平均化し、その平均化した左右の距
離値をＣＰＵ７３の比較回路に逆って偏差を演算する。
このＣＰＵ７３で演算した左右の距離値の偏差はＬＥＤ
ドライバ７４を経て前述の表示器３５に出力され、その
表示器３５は偏差の大きさに応じて左右にＬＥＤ表示す
る。運転者は表示器３５を見ながらハンドル２７を操作
してスキャニング装置３０が常にトンネル中心に一致す
るように操舵する。

【００２４】前記表示器３５は図１１に示すように、セ
ンターランプＳ、左側第１〜第７ランプＬ₁ 〜Ｌ₇ 、右
側第１〜第７ランプＲ₁ 〜Ｒ₇ を備え、このランプはＬ
ＥＤとなると共に、前記ＣＰＵ７３によって演算した左
距離と右距離の偏差に基づいていずれか１つのランプが
下記表１に示すように点灯する。

【００２５】

【表１】

【００２６】以上の実施例では表示器３５により左右距
離の偏差をランプ表示したが、操向輪２４を左右操向す
るステアリング制御系に左右距離の偏差を入力して操向
輪２４を自動的に左右操向するようにしても良い。

【００２７】

【発明の効果】車体２３が走行する路面に石や泥等が堆
積されたり、削られていたりすることで、車体２３が水
平に対して上下揺動変位したり、トンネル中心よりずれ
たりしても、スキャニング装置３０を常に水平姿勢に保
持できるしトンネル中心に一致させることができ、トン
ネル内部のクラック有無を正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の全体正面図である。

【図２】従来の不具合説明図である。

【図３】従来の不具合説明図である。

【図４】本発明の実施例を示す全体正面図である。

【図５】図４の平面図である。

【図６】スキャニング装置取付部の拡大正面図である。

【図７】図６の右側面図である。

【図８】図６の平面図である。

【図９】スキャニング装置を上下動、上下揺動する制御
系のブロック説明図である。

【図１０】スキャニング装置をトンネル中心に合せる制
御系のブロック説明図である。

【図１１】表示器の正面図である。

【符号の説明】

２３…車体、２４…操向輪、２７…ハンドル、３０…ス
キャニング装置、３１…バーチカルジャイロ、３２…上
下用超音波センサ、３３…左用超音波センサ、３４…右
用超音波センサ、３５…表示器、３６…センサ装置、５
１…第１モータ、５２…第２モータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 智浩 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 太田 資郎 埼玉県大宮市宮町３−13−２ 日本工営株 式会社関東支店内 (72)発明者 畠見 尚彦 神奈川県平塚市根坂間821−11 船ビル コマツエンジニアリング株式会社エンジニ アリングセンタ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操向輪２４を備えた車体２３に、レーザ
   光をトンネル内壁に３６０度照射するスキャニング装置
   ３０と、このレーザ光のトンネル内壁からの反射光を受
   光するセンサ装置３６を設けてセンサ装置３６の出力信
   号を画像処理してトンネル内壁のクラックを検出する装
   置において、 前記スキャニング装置３０を上下動する第１モータ５１
   と、スキャニング装置３０を水平に対して上下揺動する
   第２モータ５２と、スキャニング装置３０の水平に対す
   る上下揺動を検出するバーチカルジャイロ３１と、スキ
   ャニング装置３０からトンネル天頂までの距離と所定の
   距離との偏差を検出する第１手段と、スキャニング装置
   ３０からトンネル左右側壁までの左右距離の偏差を検出
   する第２手段と、前記バーチカルジャイロ３１の検出信
   号、前記第１検出手段の検出信号によって前記第１・第
   ２モータ５１，５２を駆動してスキャニング装置３０を
   常時所定高さで水平姿勢に保持する第１制御手段と、前
   記第２検出手段の検出信号で前記操向輪２４を操向する
   第２制御手段を設けたことを特徴とするトンネル内面性
   状計測装置。
2. 【請求項２】 前記第２手段の検出信号によりスキャニ
   ング装置３０のトンネル中心からの左右のずれを表示す
   る表示器３５と、前記操向輪２４を操向するハンドル２
   ７より第２制御手段とした請求項１記載のトンネル内面
   性状計測性状装置。