JP2023050516A - 打音検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】作業者が一人でもスムーズに測量作業が可能な測量システムの提供。【解決手段】ターゲットと、飛行ユニットと、検査体の打音検査を実施する打音検査機構とを有する打音検査装置と、スキャン光を走査して点群データを習得するスキャナを有し、前記ターゲットを追尾、測距および測角が可能に構成された測量機と、前記スキャナが習得した点群データを解析して形状データを算出する点群データ解析部と、前記点群データ解析部が算出した前記形状データを基に、前記打音検査装置の飛行計画を算出する飛行計画算出部と、とを有する演算処理部と、を備え、前記測量機は、前記打音検査装置の前記ターゲットを追尾して、前記打音検査機構が打音検査時に測距および測角を実施する。検査体の形状データを基に飛行計画を算出して、自動で打音検査を行うことができる。【選択図】図１

Description

本発明は、広範囲に安定して打音検査できる打音検査システムに関する。

建造物には、安全性を維持するための定期的な点検が実施される。例えば、コンクリート建造物では、検査者がハンマーで打撃して打音を検査する打音検査によって、コンクリート内部にひび割れや浮きなどの異常部位がないか調べられる。作業者が直接ハンマーで打撃するだけでなく、アームの先端に検査装置を付けてアームを伸ばして検査した（特許文献１）。

特開２００４－２０５２１６号

しかし検査対象は、ビル、橋脚、トンネルなど、大型の建造物であり、アームの長さに限界がある。
本発明は、この問題を鑑みてなされたものであり、検査員が手の届かない高所でも安定して打音検査できる打音検査システムを提供する。

上記問題を解決するため、本開示のある態様では、ターゲットと、飛行ユニットと、検査体の打音検査を実施する打音検査機構とを有する打音検査装置と、スキャン光を走査して点群データを習得するスキャナを有し、前記ターゲットを追尾、測距および測角が可能に構成された測量機と、前記スキャナが習得した点群データを解析して形状データを算出する点群データ解析部と、前記点群データ解析部が算出した前記形状データを基に、前記打音検査装置の飛行計画を算出する飛行計画算出部と、とを有する演算処理部と、を備え、前記測量機は、前記打音検査装置の前記ターゲットを追尾して、前記打音検査機構が打音検査を実施するタイミングと同期したタイミングで、測距および測角を実施するように、打音検査システムを構成した。

この態様によれば、スキャナによる検査体の形状を把握して飛行計画を算出でき、自動で検査装置を飛行させて打音検査できる。さらに正確な打音検査装置の位置や姿勢を把握し、打音検査位置を精密に把握することができる。

また、ある態様では、前記飛行計画算出部は、前記形状データの表面を所定距離ごとに打音検査の検査点を設定して、網羅的に前記検査体の表面に打音検査を実施させる飛行計画を算出するように構成した。この態様によれば、飛行計画で、自動で検査体を網羅的に検査できる。

また、ある態様では、前記演算処理部は、前記点群データ解析部が算出した前記形状データを基に、および前記測量機による測距・測角で取得したデータに基づいて、前記打音検査装置による打音検査結果を視認可能な情報とする打音検査後処理部を備えるように構成した。検査体の形状データと共に、検査結果に基づいて異常個所を可視化できる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高所でも安定して打音検査できる打音検査システムを提供する。

好適な実施形態に係る打音検査システムの概略構成図である。 測量機の構成ブロック図である。 スキャナの構成ブロック図である。 打音検査装置の正面図である。 打音検査装置の構成ブロック図である。 打音検査装置の接地状態を示す。図７（Ａ）は、接地面が天井面の場合の接地状態を示す。図７（Ｂ）は、接地面が傾斜面である場合の接地状態を示す。図７（Ｃ）は、接地面が鉛直面である場合の接地状態を示す。 処理ＰＣの構成ブロック図である。 三次元形状データ算出の一例である。 飛行計画算出の一例である。 打音検査のフローチャートである。 打音検査の後処理後表示の一例である。 打音検査の結果の一例である。 打音検査の結果の一例である。 打音検査システムによる別の実施例である。

以下、本開示の構成の具体的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。また、同一の構成を持つものは同一の符号を付して、説明を省略する。

（打音検査システム）
図１は、本発明の好適な実施形態である打音検査システム１の概略構成図であり、検査現場での作業イメージを示している。本実施形態に係る打音検査システム１は、打音検査装置４、測量機２、処理ＰＣ６を備える。処理ＰＣ６、測量機２、打音検査装置４は、相互に接続され、互いに情報を送受信可能となっている。

打音検査装置４は、マルチコプターなどの自立飛行可能な無人飛行体（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｉｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）である。打音検査装置４は入力された飛行計画（飛行プログラム）に従って自動操縦、または手動操縦される。打音検査装置４は、検査位置まで自ら移動して、打音検査を実施する。打音検査装置４にはターゲットＴが取り付けられている。

測量機２は、３次元スキャナ搭載型トータルステーションである。自動追尾機能・測距及び測角機能・スキャン機能を有する。全周にわたってスキャン光を走査して、全周の三次元点群データを習得可能に構成されている。また、ターゲットＴの追尾、測距および測角を実施する。

処理ＰＣ６は、検査体Ｂのある現場内に設置される。測量機２、打音検査装置４、および処理ＰＣ６は相互に無線接続され（有線接続も可）、互いに情報を送受信可能となっている。

測量機２は、基準点中心上に三脚を用いて設置される。測量機２は、検査体Ｂをスキャン走査して、三次元点群データを取得する。三次元形状データを取得する。処理ＰＣ６は、習得された三次元点群データから三次元形状データを算出し、打音検査の検査点を含む飛行計画を算出するなど、さまざまな演算処理を実施する。

（測量機２）
前述の通り、測量機２は、３次元スキャナ搭載型トータルステーションであり、図１に示すように、整準器の上に設けられた基盤部２ａと、基盤部２ａを軸Ｈ－Ｈ周りに水平に回転する托架部２ｂと、托架部２ｂの中央で軸Ｖ－Ｖ周りに鉛直回転する望遠鏡２ｃを有し、さらに上部にスキャナ３０を有する。

図２は、測量機２の構成ブロック図である。測量機２は、水平角検出器２１、鉛直角検出器２２、水平回転駆動部２３、鉛直回転駆動部２４、測量機制御部２５、測距部２６、追尾部２７、通信部２８、スキャナ３０を備える。

水平角検出器２１と鉛直角検出器２２は、エンコーダである。水平角検出器２１は、托架部２ｂの回転軸に設けられ、托架部２ｂの水平角を検出する。鉛直角検出器２２は、望遠鏡２ｃの回転軸に設けられ、望遠鏡２ｃの鉛直角を検出する。

水平回転駆動部２３および鉛直回転駆動部２４はモータである。水平回転駆動部２３は托架部２ｂの回転軸を動かし、鉛直回転駆動部２４は、望遠鏡２ｃの回転軸を動かす。両駆動部の協働により、望遠鏡２ｃの向きが変更される。水平角検出器２１と鉛直角検出器２２とで、測角部を構成する。水平回転駆動部２３および鉛直回転駆動部２４とで、駆動部を構成する。

測距部２６は、送光部と受光部を備え、例えば赤外パルスレーザ等の測距光を送光部から出射し、その反射光を受光部で受光し、測距光と内部参照光との位相から測距する。測距部は、プリズム測定のみならず、ノンプリズム測定も可能となっている。

追尾部２７は、測距光とは異なる波長の赤外線レーザなどの追尾光として出射する追尾送光系と、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサを有する追尾受光系を有する。追尾部２７は、追尾光を含む風景画像と追尾光を除いた風景画像を取得し、両画像を測量機制御部２５に送る。測量機制御部２５は、両画像の差分からターゲット像の中心を求め、ターゲット像の中心と望遠鏡２ｃの視軸中心からの隔たりが一定値以内に収まる位置をターゲットの位置として検出し、常に望遠鏡２ｃがターゲットの方向を向くように、自動追尾する。

通信部２８は、外部ネットワークとの通信を可能にするものであり、例えば、インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）を用いてインターネットを接続し、打音検査装置４および処理ＰＣ６と情報の送受信を行う。無線通信はこれに制限されず、既知の無線通信を使用することができる。

スキャナ３０は、三次元レーザスキャナである。

図３は、スキャナの構成ブロック図である。スキャナ３０は、スキャナ鉛直角検出器３１、スキャナ鉛直回転駆動部３２、回動ミラー３３、スキャナ測距部３７、スキャナ制御部３９を有する。

回動ミラー３３は、スキャナ鉛直回転駆動部３２に駆動されて、図示しない鏡筒を介して、鉛直方向回動軸Ｒ－Ｒ周りに回動する。回動ミラーは、スキャナ３０の筐体３０ａを介して、測量機２の水平方向回転軸Ｈ－Ｈ上に配置されており、スキャナ３０の筐体３０ａと托架部２ｂとは一体的に水平回転する。

スキャナ測距部３７は、スキャン光として赤外線パルスレーザ光を、回動ミラー３３を用いて、測定対象物に向けて出力し、フォトダイオードなどの受光部でその反射光を受光する。

スキャナ制御部３９は、スキャナ鉛直回転駆動部３２を制御して、回動ミラー３３を回動するとともに、水平回転駆動部２３を制御して水平駆動させ、スキャン光を鉛直方向および水平方向に走査させる。スキャン光が出射されてから受光部で受光するまでの時間を計測することで、スキャン光の反射点までの距離が求められる。またスキャナ鉛直角検出器３１と、水平角検出器２１から、反射点の角度を計測する。これを繰り替えることで、反射点の三次元点群データを得る。取得した点群データは通信部２８により処理ＰＣ６へ送られる。スキャナの基準点および基準方向と、望遠鏡２ｃとの関係は既知とする。

本実施形態においては、スキャナ３０は測量機２の上部に配置され、水平回動は基盤部２ａを水平に回転する托架部２ｂを用いたが、スキャナ３０専用の水平回転駆動部と水平角度検出を備えた構成でもよく、またスキャナ３０が望遠鏡２ｃと一体化した構成の測量機を用いてもよい。

測量機制御部２５は、ＣＰＵを備えたマイクロコントローラであり、ＲＯＭおよびＲＡＭを有し、ＲＯＭに収納されたプログラムにより、ＲＡＭにて各制御が実行される。制御として、通信部２８を介した情報の送受信、水平回転駆動部２３および鉛直回転駆動部２４による各回転軸の駆動、測距部２６による測距、水平角検出器２１および鉛直角検出器２２による測角、追尾部２７による自動追尾、スキャナ３０による三次元点群データの取得を行う。

測量機２は、測距部２６および測角部（２１、２２）により、ターゲットＴの測距および測角を行う。打音検査が実施されたタイミングと同期したタイミングで、測量機２はターゲットＴの測距および測角を行い、測定（測距・測角）した結果（以下、測定データＤＡと称する）は、通信部２８を介して処理ＰＣ６へ送られる。また、測量機２は追尾中も、所定の間隔で随時、ターゲットＴへの測距・測角を行う。追尾時の測定データも処理ＰＣ６へ送られ、ターゲットＴ、即ち、打音検査装置４の移動ルートや移動時間が把握される。

（打音検査装置４）
図４は、打音検査装置４の側面である。図５は打音検査装置４の構成ブロック図である。

打音検査装置４は、ターゲットＴ、打音検査機構５０、飛行ユニット４１、マーキング機構４３、３軸センサ４４、検知センサ４５、通信部４６、装置制御部４９を有する。

打音検査装置４は、筐体４ａを有する。ターゲットＴは、筐体４ａの下部に固定されている。ターゲットＴは、複数の三角錐状のプリズムを放射状に組み合わせて構成された、いわゆる全方位プリズムであり、その全周（３６０°）から入射する光を、その入射方向と反対の方向に再帰反射する。

打音検査機構５０は、筐体４ａの上部に設けられ、打撃部５１と、収音部５２とを有する。

打撃部５１は、ソレノイドコイル５１ａおよび円柱状のハンマー５１ｂを有し、ソレノイドコイルへの通電のＯＮ／ＯＦＦにより、ハンマー５１ｂを上下移動させて、検査面Ａを打撃する。本実施形態においては、ハンマー５１ｂの打点を検査点Ｐとしている。詳しくは、仮想水平天井面に打音検査装置４が水平状態で接地したときのハンマー５１ｂの中心の鉛直線と仮想水平天井面との交点を、ハンマー５１ｂの打点としている。

収音部５２は、いわゆるマイクであり、ハンマー５１ｂ近傍に配置され、ハンマー５１ｂによる打音を収音する。収音された収音データＤＣは装置制御部４９へ出力される。

ターゲットＴは、ハンマー５１ｂの鉛直下方に配置され、ハンマー５１ｂの中心軸である鉛直軸Ｚ上にターゲットＴの光学中心（光学的な反射点）が通るように取り付けされている。ターゲットＴの光学中心点とハンマー５１ｂの打点との相対位置は既知とする。

飛行ユニット４１は、それぞれ同数で、４以上かつ偶数であるプロペラ４１ａ、プロペラフレーム４１ｂ、プロペラモータ４１ｃ、および接地棒４１ｄから構成される。プロペラフレーム４１ｂは筐体４ａから放射状に延出し、各プロペラフレーム４１ｂの先端にはプロペラモータ４１ｃが取り付けられている。プロペラモータ４１ｃの出力軸にはプロペラ４１ａが取り付けられている。プロペラモータ４１ｃによりプロペラ４１ａが回転し、打音検査装置４は飛行する様に構成されている。接地棒４１ｄは、打音検査装置４が着陸もしくは検査体Ｂに接地した際に支持する脚であり、プロペラフレーム４１ｂの先端から上下両方向に垂設されている。各接地棒４１ｄは、水平面に接地した際、打音検査装置４が水平姿勢となるように調整されている。飛行ユニット４１は、打音検査装置４の飛行装置および姿勢制御装置として機能する。

マーキング機構４３は、着色されたマーキング用の着色溶液を先端のノズルから噴射し、標点にマーキングを行う吐出装置である。マーキング機構４３は、打音検査装置４が水平面に着陸した際、溶液の噴射方向が鉛直上方となるように筐体４ａの上部に固定されている。打音検査の結果、異常有りと判定された場合に溶液を噴射して、異常個所を可視化する。蛍光塗料を溶液に含ませると、トンネルなどの暗所や夜間でも作業者が位置を把握しやすく好ましい。

３軸センサ４４は、ＩＭＵ（慣性計測装置）であり、３軸ジャイロと３軸加速度センサを有し、打音検査装置４の３軸方向（ロール・ピッチ・ヨー）の角速度と加速度を取得する。３軸センサ４４は、打音検査装置４の姿勢を検出する姿勢検出装置として機能する。以下、３軸センサ４４の検出結果を姿勢データＤＢと称する。打音検査が実施されたタイミングと同期されたタイミングで取得された３軸センサ４４の姿勢データＤＢは処理ＰＣ６へ送られる。打音検査装置４は、飛行体であり、３軸方向に傾いた姿勢をとることができるため、打音検査の検査点Ｐの詳細な位置把握のために、打音検査時の姿勢データＤＢがあると好ましい。処理ＰＣ６に送られた姿勢データＤＢは、ターゲットＴの測距・測角データである測定データＤＡと共に、実際に打音検査を実施した検査点Ｐの詳細な三次元座標の算出に用いられる。ここで検査点Ｐは、飛行計画上の打音検査を実施の設定位置であり、検査点ＰＰは、実際に打音試験で打撃された打点となる。

検知センサ４５は、障害物を検知する光学センサであり、筐体４ａの四方に配置され、打音検査装置４の周囲の障害物を検知する。障害物が検知された場合、打音検査装置４はこれを回避する。ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を用いて、撮像された画像の解析により障害物や有無や、障害物の位置を特定するように構成してもよい。

通信部４６は、前述の通信部２８と同等の構造を有し、測量機２および処理ＰＣ６と情報の送受信を行う。打音検査装置４が手動操縦される場合に、処理ＰＣ６からの操縦信号を受信し、その操縦信号を装置制御部４９に入力する。自動操縦される場合には、飛行計画を受信し、装置制御部４９のメモリ（ＲＯＭ）に入力する。

装置制御部４９は、ＣＰＵを備えたマイクロコントローラであり、ＲＯＭおよびＲＡＭを有し、ＲＯＭに収納されたプログラムにより、ＲＡＭにて各制御が実行される。プログラムは、自動操縦の場合には入力された飛行計画、手動操縦の場合には、装置通信部４７から受信した操縦信号、およびＩＭＵ５ｌの検出結果に基づき、飛行に関する制御信号を演算し、飛行ユニット４１（詳しくはプロペラモータ４１ｃ）に所要の状態に駆動するよう命令する飛行プログラムなどが収納されている。装置制御部４９は、打音検査機構５０の打音検査のタイミング、マーキング機構４３への噴射指示、３軸センサ４４や検知センサ４５のデータ取得など、打音検査装置４に搭載された各種機構を制御する。

装置制御部４９には、打音検査機構５０から出力された収音データＤＣを解析して、異常の有無の有無を判定する判定部４９１が搭載されている。ここで、異常とは、検査面の亀裂、剥離、浮き、内部空洞などである。異常があった場合、装置制御部４９は、マーキング機構４３に溶液を噴射させる。

打音検査装置４は、飛行計画にのっとり自動で検査点Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・）を順次移動し、各検査点で打音検査を実施する。打音検査装置４の検査点Ｐｎまでの飛行、検査点Ｐへ打音検査するための検査体Ｂへの接地、接地後の姿勢制御、および打音検査は、自動で行われる。飛行中の手動／自動の切り替えも可能で、作業者は自動から手動に切り替えて自ら操縦してもよく、さらに再び自動飛行へ切り替えてもよい。

自動操縦を開始されると、打音検査装置４は自動で離陸し最初の検査点Ｐまで飛行し、到達するとハンマー５１ｂの打点と検査点Ｐの位置合わせを行い、検査体Ｂの形状に合わせて接地して姿勢を維持する。打点検査が実施され、判定部４９１が検査体Ｂに異常有りと判定する、マーキング機構４３により溶液が噴射され、マーキングが施される。打音検査装置４はそこから自動で離脱し、次に検査点まで飛行する。これを全ての検査点が終了するまで繰り返す。これにより打音検査装置４は所望の全ての検査点Ｐに打音検査を実施することができる。

図６は、打音検査装置４の検査時の姿勢を示す。打音検査装置４は、筐体４ａの上下方向方に延出する接地棒４１ｄにて、検査体Ｂの表面(以下、検査面Ａと称する)に接地可能に構成されている。

接地棒４１ｄは、打音検査装置４の脚として、プロペラフレーム４１ｂの端部から上下方向に延出しており、上方向は検査面に接地するため、下方向は着地のために設けられている。検査体Ｂの打音検査を実施するには、まず打音検査装置４を、打音検査を実施する検査面Ａへ打音検査機構５０を対向させるようにして姿勢制御しながら、検査面Ａへ近づける。

プロペラ４１ａが回転するとプロペラ４１ａ上方の気圧が下がり、下方の気圧よりも気圧が低くなり、揚力が発生する。検査面Ａに近づくと、この気圧差により、打音検査装置４は検査面Ａに引き寄せられる。引き寄せられた打音検査装置４は、検査面Ａに接地棒４１ｄで接地する。前述の気圧差により、打音検査装置４は、検査面Ａへ引き寄せられて張り付くため、打音検査装置４の姿勢は安定する。

飛行時には打音検査機構５０のハンマー５１ｂは、筐体４ａ方向に下げられた状態となっており、接地棒４１ｄの上端部よりも下方配置されており、検査面Ａに接地棒４１ｄが当接しても、打音検査機構５０が検査面Ａと干渉することはない。打音検査時には、ハンマー５１ｂは、検査面Ａ方向へ突出して、検査面Ａを打撃する。

図６（Ａ）に示すように、検査面Ａが、例えばトンネルの上部や橋梁床版の下面など（以下、天井面と称す）、天井面である場合、検査面Ａの下方まで飛行し、そこから上昇して検査面Ａに接地棒４１ｄで当接して張り付く。図６（Ｂ）に示すように、検査面Ａが傾斜面である場合や、図６（Ｃ）に示すように、検査面Ａが鉛直面である場合であっても、打音検査装置４は、検査面Ａに当接して張り付くことができ、安定して打音検査を実施できる。

（処理ＰＣ６）
図７は、処理ＰＣ６の構成ブロック図である。処理ＰＣ６は、汎用パーソナルコンピュータ、ＰＬＤ（programmable Logic Device）などによる専用ハードウェア、タブレット端末、またはスマートフォンなどである。処理ＰＣ６は、通信部６１と、表示部６２と、入力部６３と、記憶部６４と、演算処理部６５を有する。

通信部６１は、前述の通信部２８と同等の構造を有し、測量機２および打音検査装置４と情報の送受信を行う。

表示部６２は、例えば液晶ディスプレイである。入力部６３は、キーボード、マウスなどであり、種々の入力・選択・決定を可能にする。

記憶部６４は、例えばＨＤＤドライブである。記憶部６４には、打音検査システム１が取得したデータが収納される。

演算処理部６５は、少なくともＣＰＵおよびメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭなど）を集積回路に実装した制御ユニットである。ＲＯＭに収納された各種プログラムに基づいて、ＲＡＭで演算処理を行う。演算処理部６５は、操作部６５１、点群データ解析部６５２、飛行計画算出部６５３、打音検査後処理部６５４がプログラム的に構成されている。

操作部６５１は打音検査装置４のコントロールプログラムである。打音検査装置４は、自動飛行、および手動飛行が可能な構成となっている。手動飛行（マニュアル飛行）では、操作部６５１が入力部６３と協働して作業者が直接打音検査装置４の操作（マニュアル飛行）を行う。自動飛行では、操作部６５１は、測量機２の自動追尾により位置情報を把握して、フィードバック制御しながら、入力した飛行計画に基づいて所望のルートを走行させる。自動飛行においては、作業者は操作不要で、打音検査装置４は、操作部６５１の完全制御により自動運転する。状況に応じて、手動飛行／自動飛行を切り替えることも可能である。この場合、入力部６３として、別体の専用コントローラを用意してもよい。

点群データ解析部６５２は、スキャナ３０で取得した三次元点群データを基にスキャン対象物の三次元形状を算出する。算出方法は既知の方法を用いてよく、詳細は省略する。

飛行計画算出部６５３は、点群データ解析部６５２で算出された検査対象物の三次元形状データ、もしくはあらかじめ用意された検査対象物のＣＡＤデータを基に、打音検査装置４の飛行計画を算出する。打点を中心とした１回の打音検査の検査範囲を基に、未検査領域が発生しないよう、検査点Ｐを設定していく。

打音検査後処理部６５４は、打音検査で取得したデータの後処理を行う。後処理について、詳しくは後述する。

図８は、スキャナ３０および点群データ解析部６５２による三次元形状データ算出の一例を示す。

図８に示すように、まず既知の基準点Ｏに測量機２を設置して、検査体Ｂをスキャナ３０のスキャン光で走査し、三次元点群データを取得する。

また、基準点Ｏの座標（ｘ０、ｙ０、ｚ０）から座標変換により、各点の座標を算出する。これにより、算出された検査体ＢＤは、形状そのものだけでなく、絶対三次元座標軸上で形状が把握される。例えば、データ形状で矩形である検査面ＡＤの四つの角部が、それぞれ座標Ｃ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、座標Ｃ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、座標Ｃ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、座標Ｃ４（ｘ４，ｙ４，ｚ４）としても把握される。

一度の三次元スキャンでは検査体Ｂの形状を把握しきれない場合、複数の基準点Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４・・・に測量機２を配置してスキャンを実施する。あるいは、複数の測量機２を用いてもよい。

図９は、飛行計画算出部６５３における飛行計画の一例を示す。飛行計画算出部６５３は、算出された検査体ＢＤから飛行計画を算出する。検査体Ｂの検査領域として検査面ＡＤおよびＡＤ２が隙なく検査されるように、所定距離ごとに離間して検査点Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・）が設定され、これを全て結ぶ飛行ルートＲ１が算出される。飛行ルートＲ１や検査点Ｐも、検査点Ｐ１（ｘｐ１，ｙｐ１，ｚｐ１），検査点（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）・・・と座標で把握される。これらを含めて算出された飛行計画が打音検査装置４および測量機２へ送られる。

検査体Ｂが一度の三次元スキャンでは形状を把握しきれない範囲では、測量機２がターゲットＴを追尾できない場合もあり、複数回スキャンを行った場合は、一度だけの飛行で検査体Ｂを全て検査するのではなく、複数回の飛行により検査体Ｂの検査領域をカバーするように飛行計画が算出されると、精度よく全体を網羅できて好ましい。測量機２の設置、スキャン、飛行計画の算出、打音検査を、１セットとして、測量機２の設置位置ごとに実行することにより、検査体Ｂ全体を網羅的に検査してもよい。

（打音検査方法）
次に、打音検査システム１を用いた打音検査方法を説明する。図１０は、打音検査システム１を用いた作業工程フローである。打音検査システム１では、検査体Ｂの複数の検査点Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・）を順に連続して打音検査することができる。

まず、ステップＳ１０１で、基準点に測量機２が設置される。基準点は既知点とする。

次に、ステップＳ１０２に移行して、検査体Ｂのスキャンを実施する。測量機２のスキャナ３０によりスキャン光で検査体Ｂを走査して、三次元点群データを取得する。

次に、ステップＳ１０３に移行して、検査体Ｂの三次元形状を算出する。スキャナ３０の走査で取得された３次元点群データに基づいて、点群データ解析部６５２が、検査体Ｂの三次元形状データを算出する。三次元形状データは、測量機２の設置された既知点である基準点から、絶対三次元座標としても把握される。

次に、ステップＳ１０４に移行して、打音検査装置４の飛行計画を算出する。取得した三次元形状データに基づいて、隙なく検査されるように検査点Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・）が設定され、これを結ぶ飛行ルートが算出される。

次に、ステップＳ１０５に移行して、打音検査装置４の離陸準備がなされる。処理ＰＣ６から打音検査装置４および測量機２に飛行計画が送られる。測量機２は測距・測角を実施して、打音検査装置４の初期位置が把握される。測量機２は打音検査装置４のターゲットＴをロックして追尾を開始する。

次に、ステップＳ１０６に移行して、打音検査装置４が検査点Ｐｎへ向かって飛行する。打音検査装置４は、３軸センサ４４、および測量機２による追尾で、随時打音検査装置４の姿勢・位置は把握されて制御ながら、検知センサ４５で障害物を回避しつつ、検査点Ｐｎへ向かって飛行する。

次に、ステップＳ１０７に移行して、打音検査装置４が検査体Ｂに接地する。打音検査装置４が検査点Ｐｎ近傍に到達すると、検査点Ｐｎのある検査面Ａへ打音検査機構５０を対向させるように姿勢制御されつつ、検査面Ａに近づく。検査面Ａに近づくと、打音検査装置４は検査面Ａに引き寄せられ、検査面Ａに接地棒４１ｄで接地して姿勢が安定する。

次に、ステップＳ１０８に移行して、打音検査が実施される。装置制御部４９は、打音検査機構５０のソレノイドコイル５１ａを通電させ、ハンマー５１ｂを上下運動させて検査面Ａを打撃させる。打音は収音部５２で収音されて、取得された収音データＤＣが装置制御部４９へ出力される。打音検査装置４は、ハンマーでの打音のタイミングに同期して、３軸センサ４４で姿勢データＤＢを取得する。また、打音検査装置４の打音検査のタイミングに同期させて、測量機２によるターゲットＴの測距・測角が実施され、習得された測定データＤＡは、通信部２８を介して処理ＰＣ６へ送られる。

次に、ステップＳ１０９に移行して、判定部４９１により、収音データＤＣの解析から検査面Ａの検査点Ｐｎの近傍（打音検査範囲）における異常の有無が判定される。

次に、ステップＳ１１０に移行して、判定部４９１が異常有りと判定した場合、ステップＳ１１１に移行して、マーキング機構４３が溶液を検査面Ａへ向かって噴射し、マーキングを行う。噴射が完了すると、ステップＳ１１２へ移行する。ステップＳ１１０で判定部４９１が異常なしと判定した場合、ステップＳ１１２へ移行する。

次に、ステップＳ１１２に移行して、打音検査データとして、姿勢データＤＢと収音データＤＣが処理ＰＣ６へ送られる。処理ＰＣ６で、測定データＤＡ、姿勢データＤＢ、および収音データＤＣは、検査点Ｐｎにおける打音検査結果として互いに紐づけされて、記憶部６４に収納される。検査点Ｐｎにおける打音検査が完了する。

次に、ステップＳ１１３に移行して、次に打音検査すべき検査点Ｐｎがある場合には、ステップＳ１０６へ移行し、全ての検査点Ｐの打音検査が完了するまでステップＳ１０６～ステップＳ１１３を繰り返す。全ての検査点Ｐの打音検査を終えると、終了する。

（作用効果）
上記に示すように、打音検査システム１によれば、検査体Ｂの三次元形状が把握され、打音検査装置４は自動で、飛行計画に従って、順次、検査点の打音検査を実施する。検査面Ａが鉛直面や天井面であっても問題なく移動でき、所望の位置で打音検査を実施することができる。検査体Ｂの形状および座標はスキャナ３０によるスキャンにより把握されているため、打音検査装置４の飛行計画を算出することができる。安全に効率よく検査を実施できる。検査員の手が届かないほど高所であっても、打音検査装置４は自ら検査点へ移動して、問題なく打音検査を実施できる。高所の場合、検査員の足場の確保や安全性が問題となるが、足場を設ける必要がなく、安全に打音検査を実施することができる。また飛行体による検査は、熟練が必要であるが、事前の形状把握による自動飛行計画の作成で、作業者が操作しなくても、自動で打音検査が行われる。

打音検査は、ハンマーで打撃して打音で判断するため、検査員の経験や感覚に依存するが、器械による打撃で何度も繰り返し同じ力で打撃でき、かつ判定部による解析から経験に依存せずに異常を検知することができる。定量的でばらつきのない検査を実施することができる。異常ありと判定された場所にマーキングが施されるため、一目で異常個所を把握できる。自動飛行で、自動で検査面Ａが網羅的に検査される。検査位置は測量機２の測定により絶対座標で精度よく把握されるため、もれがなく、また異常が疑われる領域は重点的に検査できる。

飛行体である打音検査装置４により、作業者が手の届かないような高所や、足場の組めないような場所であっても、打音検査を実施できる。

追尾しながら随時、測量機２は測距・測角を実施する。これにより飛行ルートや検査点は精度よくかつ絶対座標にて把握される。飛行ルートは交差しても構わず、同じ場所を何度か打音検査を実施しても問題ない。また、飛行計画においては、検査対象物の態様（コンクリートなどの素材、建築からの経年年数、表面状態など）により、打音検査の検査半径は設定できる。打音検査で異常が検出された場合、追加ミッションとして再度その周囲で打音検査を実施するように構成しても良い。三次元形状データで、異常が発生しやすい打継目などを検出した際は、打継目近辺では検査範囲を小さくして、打音検査の密度を増やす、あるいは打音検査を繰り返すように設定してもよい。

また、飛行体は姿勢制御が難しいが、打音検査装置４のターゲットＴの測距・測角により、打点が三次元座標として精密に把握されるため、多少目標としてした検査点Ｐの座標と実際の打点にズレが生じても、問題無い程度であるかを判断でき、問題無しだと判断された場合には、次の検査点に移行することができる。このときの実際に検査が実施された打点の座標から、以降の飛行計画が修正されると好ましい。

上記構成により、形状や座標が既知ではない検査体Ｂの形状が把握され、全領域を網羅的に、かつ自動で打音検査が行われる。検査体の三次元データの用意や検査点の設定などの事前の準備が不要で、３次元データのない古い建造物であっても、自動で網羅的な打音検査を実施することができる。

（打音検査データの後処理）
次に、打音検査で取得されたデータの後処理につて詳しく説明する。

記憶部６４には、実際に打音検査された検査点ＰＰ（ＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３・・・）における測定データＤＡ（ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３・・・・）、姿勢データＤＢ（ＤＢ１、ＤＢ２、ＤＢ３・・・）、収音データＤＣ（ＤＣ１、ＤＣ２、ＤＣ３・・・）が収納されている。

打音検査後処理部６５４は、三次元座標（絶対三次元座標）と、測量機２による測定データＤＡ、および打音検査装置４の姿勢データＤＢから、検査点ＰＰの三次元座標ＤＰを算出する。そして算出した三次元座標ＤＰ（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３・・・）に基づいて、検査体Ｂの三次元形状データである検査体ＢＤに合わせて表示される。

さらに、収音データＤＣを詳しく解析して、異常のレベルを算出し、これも検査体ＢＤに合わせて表示する。これにより検査結果が可視化される。レベルに合わせて色付けして、表示部６２に表示させ、異常個所の状態を分かりやすく示すと好ましい。

図１１（Ａ）は、打音検査後処理部６５４により、上記後処理が実施され、表示部６２に表示されるデータである検査体ＢＤの一例である。図１１（Ｂ）は打音検査後の検査体Ｂある。

図１１（Ａ）に示すように、表示部６２には検査体ＢＤが表示され、異常が疑われる箇所が、領域として異常のレベルに合わせて図示される。図１１（Ｂ）に示すように、実際の検査体Ｂには、マーキングが施されている。作業者は、データと現物の両方で、検査体Ｂの異常個所を視認して把握することができる。

図１２は、表示部６２に表示されるデータの別の例である。検査体ＢＤ上には、検査点として打点のデータが点ＰＰとして表示される。点ＰＰ（ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３・・・）は実際に打音検査された打点座標に対応して配置されている。このように後処理を施して表示することで、検査体ＢＤと検査した打点が可視化される。

点ＰＰをクリックすると、収音データＤＣを聞くことや、判定内容、解析結果として、異常の種類（割れ、浮きなど）や、検査点を中心とした所定範囲の予測形状などが表示される。各点ＰＰは、異常の有無または異常レベルにより色分けわれており、異常状態も一目で把握される。

検査対象物は、安全のために毎年検査が義務づけされている場合が多く、検査体Ｂの形状データおよび飛行計画をそのまま次年度の検査に流用でき、毎年の検査の工数を抑制することができる。異常個所も把握できるため、検査体Ｂを所定時間経過後に再び網羅的に打音検査することで、検査体Ｂの経年変化を把握することができる。検査員の熟練度によらず、時間的に隔たりがあっても、同じ条件で検査を実施することができるため、客観的に検査体Ｂの状態が把握される。

図１３は、後処理後に表示部６２に表示されるデータの別の例である。図１１は、検査年度の異なる同じ検査体のデータを同時に表示させている。上から、２年前、１年前、今年の打音検査の結果を示している。このように、打音検査時の異なる検査体Ｂの状態を比較することで、経年劣化を可視化することができる。アニメーションのように所定時間で順に表示させて、アニメーションのように表示させても好ましい。

打音検査装置４は飛行体であり、検査対象物が円柱やトンネルであっても、打音検査システム１を用いることができる。

図１４は、検査体Ｂ２がトンネルである打音検査システム１の実施例を示している。図１４（Ａ）は、検査体Ｂ２のトンネルを示す。トンネル内の既知点に測量機２を配置し、スキャンを実施し、取得した三次元点群データからトンネル形状データの検査体ＢＤ２を算出する。飛行計画を算出して、打音検査装置４を自動飛行させて、打音検査を実施する。

図１４（Ｂ）は、打音検査後に、データとして検査体ＢＤ２と打音検査の結果を表示部６２に表示させたものである。算出された検査体ＢＤ２は薄墨で着色して示す。検査不要な路面は除いた。異常有りと判定された箇所を、より濃い薄墨で着色して示す。

図１４（Ｃ）は、検査後のトンネルを示す。打音検査により異常が判定された検査点（打点）にはマーキングが施されている。

図１４（Ｂ）および図１４（Ｃ）に示すように、検査対象がトンネルであっても、打音検査システム１を適用でき、データでも、現場でも、異常個所が可視化され、検査員に異常個所をわかりやすく示される。打音検査は打音検査装置４の自動飛行により自動で網羅的に実施されるため、暗所であるトンネル内でも問題なく実施される。作業員はマーキング箇所を念入りに再検査し、修繕する。修繕後の再検査も容易に実施できる。全体の作業工数を大幅に減少させることができる。また、トンネル形状と異常個所の三次元座標が把握されるため、次年度の検査では、問題個所を重点検査できる。また、トンネルに限らず、暗所や夜間であっても打音検査システム１を適用でき、打音検査を実施できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について述べたが、上記の実施形態は本発明の一例に過ぎない。例えば、判定部４９１を、処理ＰＣ６の演算処理部６５に実装し、演算処理能力の高い処理ＰＣ６で解析や判定を行い、異常の有無のみ装置制御部４９へ送るように構成してもよい。

このような変形や実施例の組み合わせは当業者の知識に基づいて行うことができ、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

１ ：打音検査システム
２ ：測量機
４ ：打音検査装置
６ ：処理ＰＣ
１ ：打音検査システム
３０ ：スキャナ
４１ ：飛行ユニット
５０ ：打音検査機構
６５ ：演算処理部
６５２ ：点群データ解析部
６５３ ：飛行計画算出部
６５４ ：打音検査後処理部
Ｂ ：検査体
Ｐ ：検査点
Ｐ１ ：検査点
ＰＣ ：処理
ＰＣ６ ：処理
ＰＰ ：検査点
ＰＲ ：検査点
Ｐｎ ：検査点
Ｔ ：ターゲット

Claims (3)

1. ターゲットと、飛行ユニットと、検査体の打音検査を実施する打音検査機構とを有する打音検査装置と、
   スキャン光を走査して点群データを習得するスキャナを有し、前記ターゲットを追尾、測距および測角が可能に構成された測量機と、
   前記スキャナが習得した点群データを解析して形状データを算出する点群データ解析部と、前記点群データ解析部が算出した前記形状データを基に、前記打音検査装置の飛行計画を算出する飛行計画算出部と、とを有する演算処理部と、
   を備え、
   前記測量機は、前記打音検査装置の前記ターゲットを追尾して、前記打音検査機構が打音検査を実施するタイミングと同期したタイミングで、測距および測角を実施する、
   ことを特徴とする打音検査システム。
2. 前記飛行計画算出部は、前記形状データの表面を所定距離ごとに打音検査の検査点を設定して、網羅的に前記検査体の表面に打音検査を実施させる飛行計画を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の打音検査システム。
3. 前記演算処理部は、前記点群データ解析部が算出した前記形状データを基に、および前記測量機による測距・測角で取得したデータに基づいて、前記打音検査装置による打音検査結果を視認可能な情報とする打音検査後処理部を備える、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の打音検査システム。

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