JP2013250124A - Inner shape measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地下に埋設された下水道管路等の管体の内形状を測定する内形状測定装置に関するものである。 The present invention relates to an inner shape measuring apparatus for measuring the inner shape of a pipe body such as a sewer pipe buried underground.
下水道は、雨水や生活排水等の汚水を公共用水域へと排出するための施設であり、住宅環境の改善や浸水被害の防除といった水質保全を図る上で最も重要な都市基盤整備の一つである。日本では、下水道の整備が1970年代の高度経済成長期より急激に進み、2010年の時点での下水道管路の総延長は43万kmを越えている。 The sewer is a facility for discharging sewage such as rainwater and domestic wastewater to public water areas, and is one of the most important urban infrastructure developments for water quality conservation, such as improvement of the housing environment and prevention of inundation damage. is there. In Japan, the development of sewerage has progressed rapidly since the period of high economic growth in the 1970s. As of 2010, the total length of sewerage pipes has exceeded 430,000 km.
ところで、地下に埋設された管路は、時間の経過と共に土圧力や車両の輪荷重によって当初の設計段階から断面形状の変形や歪みを生じる。形状変形や歪みが進行すると、ついには破損に至り道路陥没等を引き起こすことが知られている。 By the way, the pipe buried in the basement causes deformation and distortion of the cross-sectional shape from the initial design stage due to earth pressure and vehicle wheel load with the passage of time. It is known that when shape deformation or distortion progresses, it eventually leads to damage and causes road cave-in.
従って、異常箇所を早期発見するため、定期的な管内調査業務は必要不可欠とされている。現在埋設されている下水道管路の総延長のうち、約18%が埋設から30年以上、約2%が埋設から50年以上経過しており、定期調査業務の必要性は今後更に高まることが予測されている。 Therefore, regular in-house inspection work is indispensable for early detection of abnormal parts. Of the total length of sewer pipes that are currently buried, about 18% are over 30 years since burial and about 2% are over 50 years since burial, and the need for regular survey work will increase further in the future. It is predicted.
ここで、埋設されている下水道管路のおよそ9割は、人が入ることのできない管口径200mmから700mmの小口管である。 Here, about 90% of the buried sewer pipes are small pipes having a pipe diameter of 200 mm to 700 mm that cannot be entered by humans.
そのため、従来は、CCDカメラを備えた自走式車両によって撮影された動画映像を元に、作業者の目視によって管のたるみや滞水状態を確認する方法が取られてきた。 For this reason, conventionally, a method has been adopted in which the operator checks the slack of the pipe and the water-stagnation state based on a moving image captured by a self-propelled vehicle equipped with a CCD camera.
しかし、この方法では、作業者の負担が大きく、且つ、作業者の主観や熟練度によって検査結果の信頼性にばらつきが生じることが問題とされ、定量的な計測方法が望まれていた。 However, this method has a problem that the burden on the operator is large and the reliability of the inspection result varies depending on the subjectivity and skill level of the operator, and a quantitative measurement method has been desired.
そこで、近年では、管の断面形状(内形状)を画像解析から定量的に測定する方法が提案されている(特許文献1等参照)。 Therefore, in recent years, a method for quantitatively measuring the cross-sectional shape (inner shape) of a tube from image analysis has been proposed (see Patent Document 1 and the like).
しかし、これら従来の方法では、測定値の1次データではなく、CCDカメラにより記録された画像による2次情報であるため、測定データの信頼性に欠けること、3次元の画像データであるため高精度な測定を行うにはデータ量が膨大となり作業効率が悪いことが指摘されている。 However, these conventional methods are not primary data of measurement values, but secondary information based on images recorded by a CCD camera. Therefore, the reliability of the measurement data is lacking, and the three-dimensional image data is high. It is pointed out that the amount of data is enormous and the work efficiency is poor for accurate measurement.
本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、レーザを用いた三角測距により管内形状のスキャンを行い、相対的な数値ではなく実測値をそのまま測定でき、更に、現場状況に応じてレーザ測定器と回転鏡間の距離調整等の事前調整を容易に且つ柔軟に行える極めて実用性に優れた内形状測定装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the current situation as described above, and scans the shape of the inside of a tube by triangulation using a laser, and can measure actual values instead of relative numerical values. The present invention provides an inner shape measuring apparatus that is extremely practical and capable of easily and flexibly performing prior adjustment such as distance adjustment between a laser measuring instrument and a rotating mirror.
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。 The gist of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
管体1の内形状を測定する内形状測定装置であって、前記管体1の内周面に沿ってレーザを走査させて三角測距により内形状を測定可能なレーザ測定器2を有するレーザ測定部と、このレーザ測定部を管体軸方向に移動させる移動手段とを備え、前記レーザ測定部には、前記レーザ測定器2と対向状態に設けられ、このレーザ測定器2から照射されるレーザを、前記管体軸方向に沿って折り返し屈曲させる折返屈曲鏡3と、この折返屈曲鏡3で折り返し屈曲されたレーザを前記管体1の内周面へ向けて屈曲させる、管体軸方向を軸として回転可能な回転鏡4とを設けたことを特徴とする内形状測定装置に係るものである。
An internal shape measuring apparatus for measuring the internal shape of a tubular body 1, which has a
また、前記レーザ測定部を移動手段としての車輪5を備えた車体6内に収納したことを特徴とする請求項1記載の内形状測定装置に係るものである。
2. The inner shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the laser measuring unit is housed in a
また、前記車体6にして前記回転鏡4の管体径方向壁部は透明部材で構成したことを特徴とする請求項2記載の内形状測定装置に係るものである。
3. The inner shape measuring apparatus according to
また、前記レーザ測定器2は、レーザ光源7とこのレーザ光源から出射され前記管体1の内周面で反射された前記レーザを受光する受光部8とを同一の筐体9内に一体に設けて成ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の内形状測定装置に係るものである。
Further, the
また、前記回転鏡4を回転駆動させる駆動部10を前記レーザ測定器2の上下方向位置に設けたことを特徴とする請求項4記載の内形状測定装置に係るものである。
5. The inner shape measuring apparatus according to
また、前記折返屈折鏡3は、対向する前記レーザ測定器2から離間するに従って間隔が互いに狭くなるように一対の反射鏡11・12を所定の傾き角度でハ字状に設けて構成したことを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の内形状測定装置に係るものである。
In addition, the folding refracting
また、前記折返屈折鏡3の前記一対の反射鏡11・12を、この一対の反射鏡11・12を夫々所定の傾き角度でハ字状をなす状態で位置決め保持する位置決め保持部を有する位置決め保持体13に設け、この位置決め保持体13には、楔状の切欠部14を設けて前記所定の傾き角度の一対のテーパ部15を形成し、このテーパ部15に前記反射鏡を取付ける取付部16を設けて前記位置決め保持部を構成し、前記位置決め保持体13を、一方側の前記反射鏡11が前記レーザ測定器2と対向し、他方側の前記反射鏡12が前記回転鏡4と対向するように前記車体6内に取り付けたことを特徴とする請求項6記載の内形状測定装置に係るものである。
Further, the pair of reflecting
また、前記レーザ測定器2及び前記折返屈曲鏡3を2対設け、一の前記レーザ測定器2からのレーザは一の前記折返屈曲鏡3を介して前記回転鏡4の表面側で屈曲されて前記管体1の内周面に照射されるように構成し、他の前記レーザ測定器2からのレーザは他の前記折返屈曲鏡3を介して前記回転鏡4の裏面側で屈曲されて前記管体1の内周面に照射させるように構成し、前記管体1の内周面の対向する2点を同時に測距し得るように前記レーザ測定部を構成したことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の内形状測定装置に係るものである。
Further, two pairs of the
本発明は上述のように構成したから、レーザを用いた三角測距により管内形状のスキャンを行い、相対的な数値ではなく実測値をそのまま測定でき、更に、現場状況に応じてレーザ測定器と回転鏡間の距離調整等の事前調整を容易に且つ柔軟に行える極めて実用性に優れた内形状測定装置となる。 Since the present invention is configured as described above, the shape of the tube is scanned by triangulation using a laser, and actual values can be measured as they are instead of relative numerical values. This is an extremely useful internal shape measuring apparatus that can easily and flexibly make prior adjustments such as distance adjustment between rotating mirrors.
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。 An embodiment of the present invention which is considered to be suitable will be briefly described with reference to the drawings showing the operation of the present invention.
回転鏡4を管体軸方向を軸として回転させてレーザを管体1の内周面に沿って360°走査することで、三角測距の原理を用いてレーザを反射した管体内周面の全周各点におけるレーザ測定器2からの距離を測定すると共に、移動手段によりレーザ測定部を管体軸方向に移動させ、例えば、測定した各点の三次元座標を求めてこれを元に三次元モデルを生成することで、下水道管等の管体の内形状(断面形状)を測定する。
The rotating
ここで、本発明は、レーザ測定器2からのレーザを、管体軸方向に沿って折り返し屈曲させる折返屈曲鏡3を介して回転鏡4に照射するように構成しているため、この折返屈曲鏡3の位置調整によって、レーザ測定器2から回転鏡4までの距離を(レーザ測定器2や回転鏡4を動かさずとも)容易に調整することが可能となり、それだけ現場環境に応じての調整設定が容易となる。また、折返屈曲鏡3を用いることで、レーザ測定器2と回転鏡4とを一直線上に配置する必要がなく、例えば上下方向位置に重ねるように配置すること等が可能となり、よりコンパクトでシステムの構成自由度が高いものとなる。
Here, the present invention is configured to irradiate the
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。 Specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施例は、管体1の内形状を測定する内形状測定装置であって、前記管体1の内周面に沿ってレーザを走査させて三角測距により内形状を測定可能なレーザ測定器2を有するレーザ測定部と、このレーザ測定部を管体軸方向に移動させる移動手段とを備え、前記レーザ測定部には、前記レーザ測定器2と対向状態に設けられ、このレーザ測定器2から照射されるレーザを、前記管体軸方向に沿って折り返し屈曲させる折返屈曲鏡3と、この折返屈曲鏡3で折り返し屈曲されたレーザを前記管体1の内周面へ向けて屈曲させる、管体軸方向を軸として回転可能な回転鏡4とを設けたものである。
The present embodiment is an internal shape measuring apparatus for measuring the internal shape of the tubular body 1 and is capable of measuring the internal shape by triangulation by scanning a laser along the internal peripheral surface of the tubular body 1. And a moving means for moving the laser measuring unit in the tube axis direction. The laser measuring unit is provided in a state of being opposed to the
本実施例は、公知の三角測距の原理を用いて下水道管やトンネル等の管体内周面の各点を測距し(各点のレーザ測定器2からの距離を測定し)、測定した三次元データ(三次元座標)を用いて管体内形状を(コンピュータ等の演算手段により三次元モデルを生成するなどして)測定するものである。
In this example, each point on the peripheral surface of the pipe body such as a sewer pipe or a tunnel was measured using the known principle of triangulation (measured by measuring the distance from the
各部を具体的に説明する。 Each part will be specifically described.
レーザ測定器2は、図1に図示したように、レーザ光源7とこのレーザ光源から出射され前記管体1の内周面で反射された前記レーザを受光する受光部8とを同一の筐体9内に一体に設けて成るものを採用している。
As shown in FIG. 1, the
具体的には、レーザ光源7のレーザ照射部と受光部8とが、折返屈曲鏡3と対向する面にして管体軸方向と直交する面に所定間隔をおいて並設されるように構成している。本実施例においては、レーザ光源7は、管体1の軸方向と平行にレーザを出射するように構成している。
Specifically, the laser irradiation unit and the light receiving unit 8 of the
折返屈折鏡3は、対向する前記レーザ測定器2から離間するに従って間隔が互いに狭くなるように上下一対の反射鏡(全反射ミラー)11・12を所定の傾き角度でハ字状に設けて構成している。具体的には、前記レーザ光源7からのレーザを180°屈折させるように前記所定の傾き角度(本実施例においては管体軸方向に対して±45°傾斜)を設定している。
The
また、本実施例においては、前記折返屈折鏡3の前記一対の反射鏡11・12を、この一対の反射鏡11・12を夫々前記所定の傾き角度でハ字状をなす状態で位置決め保持する位置決め保持部を有する位置決め保持体13に設けている。
Further, in this embodiment, the pair of reflecting
この位置決め保持体13には、楔状の切欠部14を設けて前記所定の傾き角度の一対のテーパ部15を形成し、このテーパ部15に前記反射鏡を取付ける凹状の取付部16を設けて前記位置決め保持部を構成し、前記位置決め保持体13を、上方側の前記反射鏡11が前記レーザ測定器2と対向し、下方側の前記反射鏡12が前記回転鏡4と対向するように設けている。
The
具体的には、本実施例においては、位置決め保持体13は左右一対の板状体として、夫々に取付部16を形成し、各板状体に架設状態に反射鏡11・12をネジ等の取付け部材で取り付けた構成としている。なお、位置決め保持体13は一対の板状体に限らず、1つのブロック状体から成るものを採用しても良い。
Specifically, in the present embodiment, the
従って、折返屈折鏡3は、ユニット化されてコンパクトとなり、しかも、位置調整を極めて容易に行えるなど、極めて扱い易いものとなる。また、レーザ測定器2からのレーザを180°折り返すことで、前記回転鏡4を回転駆動させる駆動部10を前記レーザ測定器2の上下方向位置に設けることが可能となり、装置全体のコンパクト化も図ることが可能となる。
Therefore, the
回転鏡4は、図2,3に図示したように、反射鏡(全反射ミラー)20と、この反射鏡20を所定の傾き角度で保持する回転体21と、この回転体21を回転させる軸22及びモータ23(駆動部10)とで構成している。軸22の回転軸を回転体21及び反射鏡20の重心位置に合わせることで、360°高速回転させても振動しない構成とすることができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
具体的には、回転体21には、反射鏡20をレーザの進行方向に対して90°屈折させて管体1の内周面へと照射する傾き角度(本実施例においては管体軸方向に対して−45°傾斜)で反射鏡20の端部を挟持固定する固定部24を設けている。また、回転体21にしてレーザが通過する面(折返屈折鏡3の反射鏡12との対向面及び管体1の内周面との対向面)には、レーザの通過を許容する開口部を夫々設けている。
Specifically, the
従って、回転鏡4に入射したレーザは90°屈折して回転鏡4の回転軸に対して円周方向に進行し、管体1の内周面で反射したレーザ光は再び回転鏡4によって90°屈折してレーザ測定器2の受光部8に入射する。このレーザの往復が回転鏡4の回転に併せて繰り返されることで、連続して360°全周の測定を行うことが可能となる。
Accordingly, the laser incident on the
また、管体1の内周面の円周方向測定間隔及び軸方向間隔は適宜設定することができる。また、所定の軸方向位置で停止した状態で測定することを所定間隔で繰り返しても良いし、移動手段により移動させながら測定(螺旋状に走査)しても良い。 Moreover, the circumferential direction measurement interval and the axial direction interval of the inner peripheral surface of the tubular body 1 can be set as appropriate. Further, the measurement may be repeated at predetermined intervals while stopped at a predetermined axial position, or may be measured (scanned in a spiral manner) while being moved by the moving means.
本実施例においては、上記構成のレーザ測定部を移動手段としての車輪5を備えた車体6内に収納している。
In the present embodiment, the laser measuring unit having the above configuration is housed in a
車体6は、図4,5に図示したように、両端に牽引用車両等と連結されるジョイント部25を有する下部フレーム体28と、レーザ測定器2及び回転鏡4を回転駆動させる駆動部10を収納する第一ケース体17と、位置決め保持体13を収納する第二ケース体18と、この第一ケース体17と第二ケース体18とを連通状態に連結し回転鏡4が配置される連結部19とで構成している。なお、第一ケース体17内には、駆動部10やレーザ測定器2を制御する制御装置を収納している。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
また、各ケース体17・18は、各ケース体17・18と下部フレーム体28とで、レーザ測定器2及び回転鏡4と位置決め保持体13とを夫々隠蔽し得る構成である。また、各ケース体17・18の天面部は開閉可能な蓋体としており、これら蓋体の上面には、内方にレーザ測定器2若しくは位置決め保持体13を逃げる逃げ部を形成する***部29を設けている。第一ケース体17の蓋体の***部29にしてレーザが通過する部位(折返屈曲鏡3との対向面26)は、アクリル等の透明部材で構成している。また、第二ケース体18の蓋体の***部29にしてレーザが通過する部位(折返屈折鏡3の反射鏡11との対向面27)も同様にアクリル等の透明部材で構成している。
Further, the
また、前記車体6にして前記回転鏡4の管体径方向壁部、即ち連結部19の周壁部は全てアクリル等の透明部材で構成している。従って、レーザを360°全周に遮られることなく照射することが可能となる。なお、車体6の下部フレーム体28にして回転鏡4の管体径方向に存する部分も同様の透明部材としても良いが、本実施例においては、当該部分は他部位より幅狭として可及的に測定を阻害しないように構成している。
Further, the tubular body radial wall portion of the
従って、車体6に各構成要素を隠蔽状態で一体に設けることが可能となり、コンパクトで塵埃や水分の影響を受けにくく、取扱い容易な構成とすることができる。
Therefore, it is possible to integrally provide the constituent elements in the
また、例えば、車体6(第二ケース体18)に、前記位置決め保持体13をレーザ測定器2及び回転鏡4に対して相対的にガイド移動させるガイドレール等の位置調整手段を設けた構成としても良い。この場合、一層レーザ測定器と回転鏡間の距離調整が容易となる。
Further, for example, the vehicle body 6 (second case body 18) is provided with position adjusting means such as a guide rail for guiding the
なお、例えば図6に図示した別例のように、前記レーザ測定器2及び前記折返屈曲鏡3を2対設け、一の前記レーザ測定器2からのレーザは一の前記折返屈曲鏡3を介して前記回転鏡4(の反射鏡20)の表面側で屈曲されて前記管体1の内周面に照射されるように構成し、他の前記レーザ測定器2からのレーザは他の前記折返屈曲鏡3を介して前記回転鏡4(の反射鏡20)の裏面側で屈曲されて前記管体1の内周面に照射させるように構成し、前記管体1の内周面の対向する2点を同時に測距し得るように前記レーザ測定部を構成しても良い。この場合、より効率的に管体の内形状の測定を行えるものとなる。
For example, as in another example shown in FIG. 6, two pairs of the
本実施例は上述のように構成したから、回転鏡4を管体軸方向を軸として回転させてレーザを管体1の内周面に沿って360°走査することで、三角測距の原理を用いてレーザを反射した管体内周面の全周各点におけるレーザ測定器2からの距離を測定すると共に、移動手段によりレーザ測定部を管体軸方向に移動させ、例えば、測定した各点の三次元座標を求めてこれを元に三次元モデルを生成することで、下水道管等の管体の内形状(断面形状)を測定する際、以下の作用効果を奏する。
Since the present embodiment is configured as described above, the principle of the triangulation is obtained by rotating the
即ち、レーザ測定器2からのレーザを、管体軸方向に沿って折り返し屈曲させる折返屈曲鏡3を介して回転鏡4に照射するように構成しているため、この折返屈曲鏡3の位置調整によって、レーザ測定器2から回転鏡4までの距離を(レーザ測定器2や回転鏡4を動かさずとも)容易に調整することが可能となり、それだけ現場環境に応じての調整設定が容易となる。また、折返屈曲鏡3を用いることで、レーザ測定器2と回転鏡4とを一直線上に配置する必要がなく、例えば上下方向位置に重ねるように配置すること等が可能となり、よりコンパクトでシステムの構成自由度が高いものとなる。
That is, since the
よって、本実施例は、レーザを用いた三角測距により管内形状のスキャンを行い、相対的な数値ではなく実測値をそのまま測定でき、更に、現場状況に応じてレーザ測定器と回転鏡間の距離調整等の事前調整を容易に且つ柔軟に行える極めて実用性に優れたものとなる。 Therefore, in this embodiment, the internal shape of the tube is scanned by triangulation using a laser, and the actual measurement value can be measured as it is rather than a relative numerical value. Further, according to the field situation, between the laser measuring instrument and the rotating mirror can be measured. This makes it possible to easily and flexibly make prior adjustments such as distance adjustment, and is extremely practical.
1 管体
2 レーザ測定器
3 折返屈折鏡
4 回転鏡
5 車輪
6 車体
7 レーザ光源
8 受光部
9 筐体
10 駆動部
11・12 反射鏡
13 位置決め保持体
14 切欠部
15 テーパ部
16 取付部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
10 Drive unit
11 ・ 12 Reflector
13 Positioning holder
14 Notch
15 Taper
16 Mounting part
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