JP2007057305A - 筒内検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円錐形鏡の中心軸および光学系の光軸と筒の中心軸とを偏心して配置することにより、安定した画像を取り込むことができる。
【解決手段】検査対象の円筒８内に設置されて、円筒８の内壁９の映像を反射させて円筒８の軸方向に進む平行光線に変換する円錐形鏡１と、円錐形鏡１により得られる平行光線を結像させて、円筒８の内壁９の撮影画像データを生成する光学系４とを備えた筒内検査装置であって、円錐形鏡１の中心軸５と光学系４の光軸６とを一致させるとともに、円筒８の中心軸７を、円錐形鏡１の中心軸５及び光学系４の光軸６に対して偏心させて設置して、円筒８を周方向に回転させて、内壁９の撮影を行って状態検査する。
【選択図】図１

Description

この発明は筒内検査装置に関し、特に、鏡や光学系のレンズやカメラを用いて筒内の状態検査をするための筒内検査装置に関する。

図４は従来の装置を示す図であり、図４（ａ）はカメラの配置状態を示した説明図、図４（ｂ）は、円筒８の内壁９を円筒８の軸方向から見た図である。図４に示すように、従来の装置は、円錐形鏡１と光学系４とを備えている。光学系４は、レンズ系２と撮像素子から成るカメラ３とから構成されている。図４において、５は円錐形鏡１の中心軸、６はレンズ系２とカメラ３とからなる光学系４の光軸、７は円筒８の中心軸である。このように構成された従来の装置は、円筒８内に設置されて、円筒８の内壁９の状態検査を行う。

次に動作について説明する。円筒８の内壁９を検査する場合、画像の情報は、円錐形鏡１およびレンズ系２を経て、カメラ３の撮像素子に結像する。レンズ系２とカメラ３とから成る光学系４の光軸６は、円錐形鏡１の中心軸５と一致するように配置されており、また、この一致させた２つの軸は、円筒８の中心軸７と一致するように配置されている。また、画像は円筒８の内壁９を周方向に円形輪切りした状態となっており、円錐形鏡１と光学系４とを一体化した装置を円筒８の中心軸７に沿って移動させると、連続した輪切りの映像信号を得ることができ、円筒８の内壁９が検査できる。

特開平６−２４１７６０号公報

従来の装置は以上のように構成されているので、円錐形鏡１の中心軸５と光学系４の光軸６とを一致させ、この一致させた２つの軸を円筒８の中心軸７の軸方向に精度良く合致させる必要がある。

図５について説明する。このような画像による検査の場合はその目的から高い分解能が求められるため、円筒８の内壁９の径に近接し、被写体距離の短い光学系４が用いられる。その結果、被写界深度１０は浅いものとなっている。なお、ここで、被写界深度とは、レンズの先端から対象物までの距離が多少前後にずれてもピントが合っている許容範囲のことである。すなわち、被写界深度１０内であればピントが合って撮影を行うことができる。一般に、対象物までの距離が長いほど深度が深くなる性質がある。ところが、図５（ａ）に示すように、円筒８の中心軸７が、円錐形鏡１の中心軸５および光学系４の光軸６からずれると、被写界深度１０が浅いことから、図中のα、βの部分では、被写界深度１０から外れたピントが合わない領域があり、検査の目的が果たせないという問題点があった。

さらに、円筒８の内壁９の大きさは常に一定ではないので、円筒８の内壁９の径が異なる場合の検査には、図５（ｂ）、図５（ｃ）および図５（ｄ）に示すように、そのたびごとに円筒８の内壁９の径に合わせた被写体距離の異なる光学系４を使い分けなければならないなどの問題点があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、円錐形鏡の中心軸および光学系の光軸とを一致させ、筒の中心軸と偏心して配置することにより、安定した画像を取り込むことができる筒内検査装置を得ることを目的とする。

この発明は、検査対象の筒内に設置されて、前記筒の内壁を映し、得られた画像を反射させて前記筒の軸方向に直進する平行光線に変換する円錐形鏡と、前記円錐形鏡により得られる前記平行光線による画像を結像させて、前記筒の内壁の撮影画像データを生成する光学系とを備え、前記円錐形鏡の中心軸と前記光学系の光軸とを一致させ、前記筒の中心軸を、前記円錐形鏡の中心軸及び前記光学系の光軸に対して偏心させた筒内検査装置である。

この発明は、検査対象の筒内に設置されて、前記筒の内壁を映し、得られた画像を反射させて前記筒の軸方向に直進する平行光線に変換する円錐形鏡と、前記円錐形鏡により得られる前記平行光線による画像を結像させて、前記筒の内壁の撮影画像データを生成する光学系とを備え、前記円錐形鏡の中心軸と前記光学系の光軸とを一致させ、前記筒の中心軸を、前記円錐形鏡の中心軸及び前記光学系の光軸に対して偏心させた筒内検査装置であるので、円錐形鏡の中心軸および光学系の光軸と筒の中心軸とを偏心して配置することにより、安定した画像を取り込むことができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る筒内検査装置について図１に基づいて説明する。図１（ａ）は本実施の形態１に係る筒内検査装置の構成を円筒８の所定の周方向から見た透視図であり、図１（ｂ）は円筒８の内壁９を円筒８の軸方向から見た図である。図１に示すように、本実施の形態１に係る筒内検査装置は、円錐形鏡１と光学系４とを備えて、例えば円筒８等の検査対象の筒内に設置されて、当該筒内の状態検査をする装置である。光学系４は、円錐形鏡１からの平行光線を集光するためのレンズ系２と、撮像素子からなるカメラ３とから構成されている。また、本実施の形態１に係る筒内検査装置には、円筒８を周方向に回転させるための回転手段１１が設けられている。回転手段１１は、円筒８の径方向への大きさの調整が可能なように構成されており、円筒８の外径（または内壁径）の大きさに合わせて調節してセットすることができるので、設計範囲内であればどんな大きさの筒でも対応可能であるので、内壁の径の大きさが異なる筒の検査が容易に可能である。回転手段１１は手動で駆動させて円筒８を回転させるようにしてもよいが、モータ等の駆動手段（図示せず）を設けて、それにより一定速度または可変速度に駆動させるようにしてもよい。なお、図１において、５は円錐形鏡１の中心軸、６はレンズ系２とカメラ３とから成る光学系４の光軸、７は円筒８の中心軸である。

本実施の形態１においては、レンズ系２とカメラ３とから成る光学系４の光軸６は、円錐形鏡１の中心軸５と一致するように配置されている。一方、円筒８の中心軸７は、これらの一致するように配置されている光軸６および中心軸５に対して、偏心して配置されている。ここで、偏心とは、互いに軸が一致（合致）してはいないが、平行な状態のことをいう。なお、円錐形鏡１と光学系４とは一体化して組立てられ、円錐形鏡１の中心軸５と光学系４の光軸６とは製造工程において一致するように設置されるので、ユーザが設定する必要はないのでユーザの手間がかかることがない。また、必要に応じて、微調整が可能なように、ダイヤル式等の微調整手段（図示省略）を設けておいて、円錐形鏡１の中心軸５と光学系４の光軸６とが万一ずれてしまったときのみにユーザが調節するようにしてもよい。また、本実施の形態１においては、円錐形鏡１の中心軸５と光学系４の光軸６に対して、円筒８の中心軸７を偏心して設置するようにしたので、従来においてはずれないように精度高くこれらの軸を一致させる必要があったが、本実施の形態１においては、そのような高い精度が要求される手間がユーザに要求されることなく、扱いが容易で利便性に優れている。

円錐形鏡１は、例えば、円錐体の側面がメタルメッキされて鏡状になっており、頂角が９０度のものが望ましい。図１（ｃ）に示すように、円錐形鏡１の側面に円筒８の内壁９が映し出され、そうして得られた内壁９の画像が円錐形鏡１の側面で反射されて、円筒８の軸方向に直進する平行光線に変換される。当該平行光線はレンズ２により集光され、カメラ３の撮像素子により結像されて電気信号に変換される。このようにして得られた電気信号による内壁９の撮影画像データを必要に応じて表示し、それに基づいて、被写体であるトンネルの内壁や水道管の内壁等の状態を検出および分析して、ひび割れや腐食などの発生があるか否か等の検査を行うことができる。なお、当該撮影画像データをコンピュータのディスプレイ等の表示手段に表示してユーザが目視により内壁の状態を検出するようにしてもよいが、コンピュータに予めひび割れや腐食を検出するための基準値を設定しておいて、撮影画像データの中から当該基準値以上になっている箇所があるか否かを自動検出して、検出結果を表示手段に表示するようにしてもよい。

次に、本実施の形態１に係る筒内検査装置の動作について説明する。図２（ａ）および（ｂ）は、同じ内壁径の場合の動作説明図である。なお、図２において、１０は被写界深度であり、被写界深度１０内においては被写体である円筒８の内壁９にピントが合って精度の高い安定した画像を取り込むことができる。なお、ここで、被写界深度とは、上述したように、レンズの先端から対象物までの距離が多少前後にずれてもピントが合っている許容範囲のことである。一般に、対象物までの距離が長いほど深度が深くなる性質がある。本発明においては、その目的から高い分解能が求められるため、円筒８の内壁９の径に近接し、被写体距離の短い光学系４が用いられるため、下記のいずれの場合においても、被写界深度１０は比較的浅いものとなる。

図２（ａ）は、円筒８の内壁９の径に比して被写体距離が短い場合を示したものであり、円錐形鏡１の中心軸５と光学系４の光軸６とは一致するように設置されているが、円筒の中心軸７は、それらの中心軸５および光軸６に対して偏心させて設置されている。図２（ａ）の場合は、図中のθ_２ａの範囲でピントが合うので、円筒８を周方向に回転させることにより、全周にわたって円形帯状の内壁９の画像を取り込むことが出来、また、円筒８の軸方向に移動させることにより、円筒８の内壁９の全てを検査することが出来る。

図２（ｂ）は、円筒８の内壁９の径に比して被写体距離が長い場合を示したものであり、図２（ａ）と同様に、円錐形鏡１の中心軸５と光学系４の光軸６とは一致するように設置されているが、円筒８の中心軸７は、それらの中心軸５および光軸６に対して偏心させて設置されている。図２（ｂ）の場合は、図中のθ_２ｂの範囲でピントが合うので、円筒８を周方向に回転させることにより、全周にわたって円形帯状の内壁９の画像を取り込むことが出来、また、円筒８の軸方向に移動させることにより、円筒８の内壁９の全てを検査することが出来、図２（ａ）の場合と同様の効果を奏する。

なお、このようにして得られた内壁９の撮影画像データは、コンピュータ内で、自動的に結合されて、全周にわたる画像が連続した１枚の画像になるように処理される。これにより、ユーザは、内壁９のどこにひび割れや腐食等の異常が発生しているかを容易に特定することができる。

図３は、同一被写体距離の光学系の場合の動作説明図である。
図３（ａ）は、被写体距離に比し円筒８の内壁９の径が大きい場合で図中のθ_３ａの範囲でピントが合い、図３（ｂ）は被写体距離に円筒８の内壁９の径が合っている場合で全周にわたってピントが合い、図３（ｃ）は被写体距離に比し円筒８の内壁９の径が小さい場合で図中のθ_３ｃの範囲でピントが合うので、同一の円錐形鏡１と光学系４とで、全ての異なる径の円筒８の内壁９を検査することができ、図２の場合と同様の効果を奏する。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、円錐形鏡１の中心軸５と光学系４の光軸６とを一致するように設置し、これらの２つの軸５および６と円筒８の中心軸７とを偏心させて配置し、円筒８を回転するように構成したので、円筒８の径の大きさに拠らず、同一の円錐形鏡１と光学系とにより径の異なる全ての円筒８の内壁９を検査することができるので、複数の検査装置を用意しなくてもよいなど、費用を抑制できる効果がある。

なお、上記の説明においては、円筒８を例に挙げて説明したが、この場合に限らず、四角筒や六角筒などの多角筒にも、本発明が実施できることは言うまでもなく、また、その場合も同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
なお、上記の実施の形態１では、回転手段１１をセットして円筒８を回転させることを示したが、円錐形鏡１および光学系４に回転手段（図示せず）をセットさせてこれらを回転させるようにしてもよい。検査対象物がトンネル等のように固定されていて回転できない場合に有効である。

さらに、円筒８に回転手段１１を設け、円錐形鏡１および光学系４にも回転手段（図示せず）を設けて、それらを同時に回転させるようにしてもよい。

いずれを回転させるかについては使用目的に合わせて適宜決定すれば、効率のよい検査を実施することができる。

この発明の実施の形態１に係る筒内検査装置の構成を示した説明図である。 この発明の実施の形態１に係る筒内検査装置の同一径円筒の場合の動作を示した説明図である。 この発明の実施の形態１に係る筒内検査装置の同一被写体距離の場合の動作を示した説明図である。 従来装置の構成を示した説明図である。 従来装置の動作を示した説明図である。

符号の説明

１ 円錐形鏡、２ レンズ系、３ カメラ、４ 光学系、５ 円錐形鏡１の中心軸、６ 光学系４の光軸、７ 円筒８の中心軸、８ 円筒、９ 円筒８の内壁、１０ 被写界深度、１１ 回転手段。

Claims (2)

1. 検査対象の筒内に設置されて、前記筒の内壁を映し、得られた画像を反射させて前記筒の軸方向に直進する平行光線に変換する円錐形鏡と、
   前記円錐形鏡により得られる前記平行光線による画像を結像させて、前記筒の内壁の撮影画像データを生成する光学系と
   を備え、
   前記円錐形鏡の中心軸と前記光学系の光軸とを一致させ、
   前記筒の中心軸を、前記円錐形鏡の中心軸及び前記光学系の光軸に対して偏心させた
   ことを特徴とする筒内検査装置。
2. 前記筒を周方向に回転させるための回転手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の筒内検査装置。

Images