JP3966405B2 - 管内観察装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ガスや水道水の供給や、工場プラント等に使用される配管などの内部を観察して検査するための管内観察装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、各種の配管は、敷設時ばかりではなく、敷設後も各種の観察や検査を続け、内部を流れる流体などの漏れが生じないようにしている。都市ガスの配管では、地中に埋設されることが多く、特に敷設後の検査は、管内から行うことが多い。
【0003】
図12は、典型的な管内観察の方法を示す。図12(a)は、管1内に管内カメラ2を挿入して、カメラ3によって管1の軸線方向を撮像し、撮像視野に入る管1の内周面を観察する方法を示す。カメラ3はピグ4内に保持され、ピグ4の外周は管1の内周面に接触する。ピグ4は、管1の軸線方向の一方側である前方にカメラ3が撮像する視野を向ける。ピグ4で軸線方向の後方側には、可撓性を有するフレキシブルチューブ5を介して、案内玉6が接続されている。ピグ4、フレキシブルチューブ5および案内玉6によって、カメラ3は管1の中心部に保持され、撮像する視野の方向は軸線方向の一方に保たれる。管内カメラ2は、案内玉6の後方に接続される挿入部材7で管1内に押込まれる。挿入部材7は、可撓性も有し、管1に曲管部8が存在しても、対応して変形し、曲管部8の奥まで管内カメラ2を押込むことが可能である。管内カメラ2によって、たとえば溶接部9などの観察を行い、溶接欠陥などの初期不良や、腐食などの時間とともに進行する不良を検査する。管内カメラ2は、自走式、あるいはロボットとして、各種機能を備えるように形成されることもある。
【0004】
図12(b)は、ファイバスコープ10を管1内に挿入して管内の観察を行う方法を示す。ファイバスコープ10は、先端側を管1内に挿入し、基端側にワイヤ制御装置11、照明光源12およびカメラ13を配置する。ファイバスコープ10の先端は、管1の内周面側に向けられ、照明光源12からの照明光がその内周面に照射される。カメラ13が撮像する画像も、ファイバスコープ10の先端側での側方監視で得られる。ファイバスコープ10の基端側には、先端側で側方監視を行う方向を、管1の軸線まわりで変化させることができ、ワイヤ制御装置11によって制御可能な先端首振り機構14が設けられている。ファイバスコープ10を挿入する方法は、原子力関係の伝熱管など、比較的小口径の管1の内部観察に適用されることが多い。超小型CCDカメラを利用して、管壁を側視する方法もある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図12(a)に示すような管内カメラ2で管1の軸線方向の前方を撮像して観察を行う方法では、壁面の広い範囲が同時に撮像され、しかも撮像方向は壁面に対して傾斜しているので、壁面の細部を観察することができない。管内カメラ2をロボットとして構成し、視野を壁面に向けるような機能を持たせる例もあるけれども、構成が複雑化し、現場での取扱いが困難である。図12(b)に示すようなファイバスコープ10で管1の壁面を観察する方法では、大口径の管に適用することが困難となる。
【0006】
本発明の目的は、構成が単純で、現場で容易に取扱うことができ、管の内周面の状態を充分に観察することができる管内観察装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、管内を移動しながら内部状況を観察するための管内観察装置であって、
管の軸線方向の一方を視野の方向として撮像を行うカメラと、カメラの視野の方向を、該管の内周面側に向ける光学手段と、該光学手段によって与えられる視野の方向を照明する照明手段とを含み、管の内周面を部分的に撮像可能な撮像手段と、
撮像手段を、管の内周面を撮像する方向が管の軸線まわりに変更可能な状態で、管の中心部に支持し、管の軸線方向に移動可能な管内支持機構と、
概略的に棒形状を有し、一端が撮像手段に接続され、管外に露出する他端側から撮像手段に対して管の軸線方向に沿って管内部に挿入する推力と、管の軸線まわりのトルクとを伝達することが可能な挿入機構と、
管外で、撮像手段によって撮像される画像を表示する表示手段とを含み、
前記撮像手段と前記挿入機構の一端とは、前記カメラの視野の方向となる軸線方向の一方と、該軸線方向の他方との両方で、着脱可能であることを特徴とする管内観察装置である。
【0008】
本発明に従えば、管内観察装置は、管内を移動しながら内部状況を観察するために、撮像手段と、管内支持機構と、挿入機構と、表示手段とを含む。撮像手段は、管の内周面を部分的に撮像可能であるので、撮像する視野内で、管の内周面を充分に観測することができる。管内支持機構は、撮像手段を、管の内周面を撮像する方向が管の軸線まわりに変更可能な状態で、管の中心部に支持し、管の軸線方向に移動可能であるので、撮像手段によって観察する部分を管の周方向と軸線方向とに移動させ、管の内周面全体を充分に観察させることができる。挿入機構は、概略的に棒形状を有し、一端が撮像手段に接続され、管外に露出する他端側から撮像手段に対して管の軸線方向に沿って管内部に挿入する推力と、管の軸線まわりのトルクとを伝達することが可能であるので、管内支持機構に動力を備えていなくても、管外からの操作で、撮像手段による撮像位置の移動を行わせることができる。管内支持機構には動力を備える必要がないので、構成を簡素化し、小型軽量化して現場での取扱いを容易にすることができる。表示手段は、管外で、撮像手段によって撮像される画像を表示するので、表示手段の画像から管内の観察を充分に行うことができる。
また本発明では、カメラで管の軸線方向の一方を視野の方向として撮像を行い、たとえばミラーなどの光学手段でカメラの視野の方向を管の内周面側に向け、照明手段でその視野の方向を照明するので、管の内周面を照明されている状態で充分に撮像することができる。
また本発明では、撮像手段と挿入機構の一端とは、カメラの視野の方向となる軸線方向の一方と、該軸線方向の他方との両方で、着脱可能である。したがってエルボ継手などの曲管部付近を撮像する必要がある場合などに、撮像手段の向きを入換えて、撮像手段が曲管部に掛らないようにして、管の内周面を軸線まわりに撮像することができる。
また本発明は、管内を移動しながら内部状況を観察するための管内観察装置であって、
管の内周面を部分的に撮像可能な撮像手段と、
撮像手段を、管の内周面を撮像する方向が管の軸線まわりに変更可能な状態で、管の中心部に支持し、管の軸線方向に移動可能な管内支持機構と、
概略的に棒形状を有し、一端が撮像手段に接続され、管外に露出する他端側から撮像手段に対して管の軸線方向に沿って管内部に挿入する推力と、管の軸線まわりのトルクとを伝達することが可能な挿入機構と、
管外で、撮像手段によって撮像される画像を表示する表示手段とを含み、
前記管内支持機構は、
前記撮像手段を前記管の軸線まわりに回転可能に支持する回転軸受と、
回転軸受を、管の内周面に基づいて支持し、衝撃および振動を緩衝させる支持緩衝手段であって、前記管の中心部から内周面に向って延びる形状を有し、管径に対応して、長さが異なる複数種類を交換可能であり、管の周方向に均等な角度間隔で配置される3以上の脚部材と、各脚部材の先端に設けられ、外周面が管の内周面に当接する車輪とを含む支持緩衝手段とを含むことを特徴とする管内観察装置である。
本発明に従えば、管内観察装置は、管内を移動しながら内部状況を観察するために、撮像手段と、管内支持機構と、挿入機構と、表示手段とを含む。撮像手段は、管の内周面を部分的に撮像可能であるので、撮像する視野内で、管の内周面を充分に観測することができる。管内支持機構は、撮像手段を、管の内周面を撮像する方向が管の軸線まわりに変更可能な状態で、管の中心部に支持し、管の軸線方向に移動可能であるので、撮像手段によって観察する部分を管の周方向と軸線方向とに移動させ、管の内周面全体を充分に観察させることができる。挿入機構は、概略的に棒形状を有し、一端が撮像手段に接続され、管外に露出する他端側から撮像手段に対して管の軸線方向に沿って管内部に挿入する推力と、管の軸線まわりのトルクとを伝達することが可能であるので、管内支持機構に動力を備えていなくても、管外からの操作で、撮像手段による撮像位置の移動を行わせることができる。管内支持機構には動力を備える必要がないので、構成を簡素化し、小型軽量化して現場での取扱いを容易にすることができる。表示手段は、管外で、撮像手段によって撮像される画像を表示するので、表示手段の画像から管内の観察を充分に行うことができる。
また本発明では、支持機構は、回転軸受と、支持緩衝手段と、シール機構とを含む。回転軸受は、撮像手段を間の軸線まわりに回転可能に支持するので、撮像する位置を管の周方向に沿って円滑に移動させることができる。支持緩衝手段は回転軸受を、管の内周面に基づいて支持し、衝撃および振動を緩衝させるので、管内に挿入する際の衝撃や振動から撮像手段を保護することができる。また、管内の溶接部分などを通過する際にも、衝撃を緩衝させることができる。
また本発明では、支持緩衝手段は、3以上の脚部材と、各脚部材の先端に設けられる車輪とを含む。各脚部材は、管の中心部から内周面に向って延びる形状を有し、管径に対応して、長さが異なる複数種類を交換可能であり、管の周方向に均等な角度間隔で配置されるので、多くの管径の管に対して観察を行うことができる。車輪は、各脚部材の先端に設けられ、外周面が管の内周面に当接するので、管内の溶接部分などで平滑でない表面でも、容易に通過することができる。
【0009】
また本発明で、前記撮像手段は、
前記管の軸線方向の一方を視野の方向として撮像を行うカメラと、
カメラの視野の方向を、該管の内周面側に向ける光学手段と、
該光学手段によって与えられる視野の方向を照明する照明手段とを含むことを特徴とする。
【0010】
本発明に従えば、カメラで管の軸線方向の一方を視野の方向として撮像を行い、たとえばミラーなどの光学手段でカメラの視野の方向を管の内周面側に向け、照明手段でその視野の方向を照明するので、管の内周面を照明されている状態で充分に撮像することができる。
【0011】
また本発明で、前記カメラは、オートフォーカス機能と撮像条件制御機能とを備えることを特徴とする。
【0012】
本発明に従えば、カメラにオートフォーカス機能が備えられるので、撮像する画像を明瞭に観察することができる。カメラに撮像条件制御機能も備えられるので、アイリス、撮像感度およびシャッタ速度などの制御で適切な画像を撮像することができる。
【0015】
また本発明で、前記挿入機構は、複数の棒状部材が自在継手で、着脱可能に連結されて形成されることを特徴とする。
【0016】
本発明に従えば、挿入機構を複数の棒状部材と、棒状部材間を連結する自在継手とで着脱可能に形成するので、棒状部材の数を多くして長い距離に対応させることができ、自在継手で曲管部に対応させることができる。全部の棒状部材と自在継手とを外して分解すれば、観察が必要な現場への搬送性を高めることができる。
【0021】
また本発明で、前記支持緩衝手段は、
前記管の中心部から内周面に対向して軸線方向に延びる形状を有し、管の周方向に均等な角度間隔で配置される3以上の板ばね部材と、
各板ばね部材の先端に設けられ、外周面が管の内周面に当接する車輪とを含むことを特徴とする。
【0022】
本発明に従えば、車輪が軸線方向に延びる形状を有する板ばね部材の先端に設けられるので、板ばね部材の撓み変形で管径の変動や溶接部分などの平滑でない部分の通過に対応して緩衝作用を行わせることができる。板ばね部材は径方向の外方に突出しないので、撮像手段の外周と管の内周との間隔が狭くても、支持緩衝手段として機能することができ、比較的小口径の管に対する観察を容易に行うことができる。
【0023】
また本発明は、前記撮像手段が撮像する視野内に配置され、基準となる寸法の画像を撮像させる基準寸法手段をさらに含むことを特徴とする。
【0024】
本発明に従えば、撮像手段が撮像する視野内に、治具を撮像させたり、レーザマーカの像を撮像させたりして、基準となる寸法の画像を撮像させる基準寸法手段によって、画像中の寸法を知ることができ、腐食状態などの大きさから、程度の評価を行うことができる。
【0025】
また本発明で、前記撮像手段は、前記管内周面のカラー画像を撮像し、
前記表示手段には、該カラー画像とともに前記基準寸法手段による画像も表示し、
該カラー画像の濃淡処理および色相処理によって、撮像対象箇所の変化状態を検出する画像処理手段をさらに含むことを特徴とする。
【0026】
本発明に従えば、表示手段にカラー表示される管内周面を見て、変色や腐食の有無を判断し、基準寸法と比較してその程度を判断することができる。画像処理手段によって、変色や腐食による変化状態の自動的な検出も行うことができる。
【0027】
また本発明は、前記画像処理手段によって検出される変化状態を、前記基準寸法手段による画像の大きさに基づいて評価し、予め設定される判定基準に従って、管内の腐食状態を判定する腐食判定手段をさらに含むことを特徴とする。
【0028】
本発明に従えば、腐食判定手段は、画像処理手段によって検出される変化状態を、基準寸法手段による画像の大きさに基づいて評価し、予め設定される判定基準に従って、管内の腐食状態を判定するので、管内の腐食状態を自動的に判定することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の一形態である管内観察装置20を側面視した状態と、概略的な電気的構成とを示す。図2は、管内観察装置20を正面視した状態を示す。管内観察装置20は、管21の内部を軸線方向に移動可能であり、溶接部22などの内周面の観察を行うために、管壁に視野を向ける観察フード23を備えている。管21の内周面には、車輪24の外周面が接触し、各車輪24は、サポート機構25の先端に設けられている。サポート機構25は、管21の内周面に基づいて、カメラホルダ機構部26を管2の中心部に位置するように支持する。カメラホルダ機構部26内部には、カメラ27が収容され、カメラホルダ機構部26に対して管21の軸線周りに回転可能である。観察フード23もカメラ27とともに、管21の軸線まわりに回転する。
【0030】
図2に示すように、カメラホルダ機構部26は、車輪24およびサポート機構25によって、管21の中心部に支持される。サポート機構25は、管21の中心部から放射状に延びる形状の脚部材として機能し、先端に車輪24が設けられている。本実施形態のサポート機構25は、管21の内周面に対し、均等に3点支持を行うように、軸線まわりに120°の角度で3方向に配置されている。90°の角度間隔で4方向に配置したり、5方向以上に均等配置することもできる。サポート機構25内にはばねを設けて、管21の径の変化の許容範囲で収縮し、また溶接部22を通過するときの段差も吸収可能なようにしている。ばねによる収縮の範囲を超える管径の違いに対しては、長さが異なる複数組のサポート機構25を用意しておき、管径の違いに応じて交換すればよい。
【0031】
カメラ27は、カメラホルダ機構部26に設けられる雲台や固定部によって取付けられ、これらの取付け機構を一般のCCDカメラ等に合わせてあれば、それらの使用が可能である。量産されているカメラ27を使用することによって、管内観察装置20の製造コストを低減することができる。カメラ27としては、オートフォーカス機能を備えることが好ましく、ズーム倍率や、アイリス、撮像感度およびシャッタ速度等の制御も可能なことが好ましい。本実施形態で使用するカメラ27は、それらの機能を備えるものとする。
【0032】
観察フード23内には、金属ミラー28が備えられる。金属ミラー28の角度を、管21の軸線に対して45°傾斜させれば、カメラ27の撮像する視野の方向が管21の軸線方向であっても、視野の方向を曲げて、管21の内周面に向け、管壁を真上から観察することを可能にする光学手段として機能する。金属ミラー28に代えて、プリズムなどを使用することもできる。また、金属ミラー28の反射面の角度は、変更可能として、観察フード23から管21の軸線方向や内周面の方向を撮像可能なように、調整することもできる。観察フード23の開口部には、金属ミラー28などの内部構成を水分や塵埃などから防護する透明樹脂などによる観察窓29が設けられる。観察窓29の周囲には、照明手段として、高輝度の白色光で発光可能なLED(発光ダイオード)ランプ30が複数個配置される。本実施形態では、カメラ27および観察フード23で管21の内周面の撮像を行う撮像手段として機能する。
【0033】
管21の軸線方向に関して、観察フード23が設けられていない背面側と、観察フード23の先端とには、接続金具31,32がそれぞれ設けられている。また、カメラ27と外部との電気的接続を行うためのコネクタ33,34もそれぞれ設けられている。
【0034】
接続金具31,32には、挿入機構35の先端を着脱することができる。挿入機構35は、概略的に棒形状を有し、先端が接続金具31,32を介してカメラ27に接続され、管21外に露出する他端側の回転機構36から撮像手段に対して管21の軸線方向に沿って管21の内部に挿入する推力と、管21の軸線まわりのトルクとを伝達することが可能である。カメラ27や観察フード23を含む撮像手段は、カメラホルダ機構部26に、管21の軸線まわりに回転可能なように支持されているので、挿入機構35を介するトルクの伝達によって、観察フード23を介して撮像する管21の内周面の位置を、周方向に移動させることができる。挿入機構35を介して管21の軸線方向の推力を作用させれば、カメラ27を介してカメラホルダ機構部26を、管21の軸線方向に押込むことができる。
【0035】
コネクタ33,34には、カメラ制御ケーブル37の先端を接続することができる。カメラ制御ケーブル37は、カメラ27が撮像する画像を表す信号を伝達し、カメラ27やLEDランプ30に電力を供給し、カメラ27のズーム機能や、アイリス、撮像感度およびシャッタ速度等の制御のための信号伝達を行う。カメラ制御ケーブル37の基端は、管21の外部に引出すことができる。
【0036】
本実施形態の挿入機構35は、複数のロッドや鋼線などの棒状部材38と自在継手39とを連結して構成される。挿入機構35を複数の棒状部材38と、棒状部材38間を連結する自在継手39とで着脱可能に形成するので、棒状部材38の数を多くして長い距離に対応させることができ、自在継手39で曲管部に対応させることができる。全部の棒状部材38と自在継手39とを外して分解すれば、観察が必要な現場への搬送性を高めることができる。
【0037】
挿入機構35は、継目無しの1本の鋼線とすることもできる。たとえば直径2〜8mmのばね鋼線を使用して、数10mの長さの管に管内観察装置20を押込むことができる。
【0038】
管21の外部には、制御装置40が設けられる。制御装置40は、カメラ制御ユニット41、画像解析装置42、データ処理装置43および表示装置44を含む。カメラ制御ユニット41は、カメラ制御ケーブル37を介してカメラ27に対する制御信号や電力を与える。画像解析装置42には、カメラ27が撮像した画像が入力され、画像処理が行われる。データ処理装置43は、画像解析装置42による画像処理結果に基づいて、管21内の観察結果をデータとして処理する。表示装置44は、カメラ27によって撮像される画像や、画像解析装置42による画像処理結果、データ処理装置43によるデータ処理結果などを表示する。
【0039】
図3は、接続金具31,32とコネクタ33,34とを、管21の軸線方向の両側に設ける理由を示す。図3(a)は、管内観察装置20が直管である管21内の検査を行う状態を示す。図3(b)は、エルボ継手45などの曲管部の近傍で検査を行う状態を示す。図3(a)に示す直管の検査では、観察フード23からの撮像視野を管21の軸線まわりに移動させ、軸線方向には移動させないことによって、溶接部22などの全周にわたる観察を容易に行うことができる。図3(b)に示す曲管部の近傍では、管内観察装置20が直管側に位置するようにしないと、図3(a)と同様な観察を行うことができない。管内観察装置20がエルボ継手45内に位置していると、軸線が曲線となり、カメラ27や観察フード23を中心部に支持することも困難で、溶接部22に沿うような撮像位置の移動は非常に困難になる。このため、撮像する位置に合わせて、挿入機構35を接続する位置を選択可能なように、接続金具31,32を管21の軸線方向の両側に設けておく。カメラ制御ケーブル37を接続するコネクタ33,34も、同様に両側に設ける。
【0040】
図4は、図1に示すカメラホルダ機構部26および観察フード23の内部構成を示す。カメラホルダ機構部26は、サポート機構25の基端が接合される円筒状のカメラホルダ46と、カメラホルダ46の内周面側で外輪が保持される回転軸受47とを含む。回転軸受47の内輪は、カメラ27を収納する円筒状のカメラケース48を保持する。カメラケース48の軸線は、カメラ27の撮像方向の光軸と一致し、撮像方向の先方には観察フード23が装着される。回転軸受47を含む構成部分は、シール49によって、水分や塵埃の進入から防護される。カメラケース48の軸線方向の後方側には、接続金具31とコネクタ33とが設けられる。観察フード23の先端には、接続金具32とコネクタ34とが設けられる。
【0041】
図5は、管内観察装置20が撮像する測定視野で、寸法などを校正するための基準寸法手段に関する構成を示す。図5(a)に正面断面視して示すように、観察フード23で観察窓29の両側には、一対のスポットレーザ50が配置され、一定間隔の平行なビームを発生する。図5(b)に側面断面視して示すように、カメラ27には、撮像倍率を変化させるズーム機能を有する電動ズームレンズ部51などが撮像条件制御可能な機能として含まれる。電動ズームレンズ部50によって撮像倍率が変化するので、測定視野内で基準寸法を確保するために、アングルゲージ52が設けられる。また、カメラ27の傾斜角度を検出するために、傾斜センサ53が設けられる。
【0042】
図6は、図5のスポットレーザ50やアングルゲージ52などの基準寸法手段による測定視野の校正法を示す。図6(a)は、被検体54の画像とともに、図5(a)に示すスポットレーザ50によるスポット点55を表示させている状態を示す。スポット点55間の距離が基準寸法であり、比較によって被検体54の寸法を知ることができる。スポットレーザ50を管21の軸線方向にも一定間隔をあけて配置するようにすれば、図示のスポット点55を結ぶ方向と垂直な方向についても基準寸法の表示を行うことができる。図6(b)は、図5(b)に示すアングルゲージ52の先端56を、被検体54とともに表示している状態を示す。先端56の幅が基準寸法であり、比較によって被検体54の寸法を知ることができる。アングルゲージ52は、管21の内周面にできるだけ近づけることが好ましい。アングルゲージ52の先端56の形状を変更すれば、幅方向ばかりではなく、幅方向に垂直な方向の基準寸法も表示させることができる。図6(c)は、撮像する視野内で、幅方向であるX方向と、X方向に垂直なY方向との両方で寸法の校正を行う状態を示す。前述のように、両方向について基準寸法を表示させたり、撮像する光学系に等方性をもたせて、両方向の撮像倍率が同一になるようにしておけば、容易に両方向の校正を行うことができる。また、傾斜センサ53が傾斜を検出しているときには、検出される傾斜角度に応じて補正を行えばよい。
【0043】
図7は、図1の管内観察装置20を管21内に挿入する際に、挿入距離を測定するための構成を示す。挿入機構35は、複数の鋼線などの棒状部材38を自在継手39で連結して、管内観察装置20を管21内に挿入しながら、内周面の撮像を行う。各棒状部材38には、基準スケールのケガキ57が施され、管21内での使用個数とケガキ57に基づく部分的な挿入長さとに基づいて、管内観察装置20の挿入距離を計算することができる。各棒状部材38は同一の長さとし、また推力を充分に伝達することができる剛性と、曲管部を通過可能な可撓性とを併せて持つように、適切な径の鋼線などを使用する。また、傾斜センサ53の検出する傾斜の変化から、管内観察装置20が曲管部を通過中であるか否かを判断し、曲管部を通過する履歴を記録しておいて、管21の全体形状の推定を行い、推定された全体形状に基づいて挿入距離の補正を行う。
【0044】
図8は、図1に示すカメラ制御ユニット41の概略的な構成を示す。カメラ制御ユニット41は、全体の制御を行う制御回路60と、LEDランプ30を駆動する照明駆動回路61と、スポットレーザ50を駆動するスポットレーザ駆動回路62と、傾斜センサ53からの出力に基づいて傾斜角度を算出する傾斜角度算出回路63と、電源64と、カメラ27のズーム倍率、アイリス、撮像感度およびシャッタ速度などの設定を入力する設定スイッチ65とを含む。設定スイッチ65で、LEDランプ30の光量を調整し、管壁の照度や距離変化に対応させることができる。また、設定スイッチ65で、スポットレーザ50を寸法の校正が必要なときだけ発光させることができる。
【0045】
図9は、図1の表示装置44に表示する被検体54の画像に基づいて、測定処理を行う状態を示す。図9(a)は、手動で測定する場合を示す。被検体54の画像で計測する対象となるポインティング点66を2点、マウスカーソル67を操作して指示する。2点のポインティング点66の指定が終ると、図6に示すような校正法に基づいて、画像解析装置42がポインティング点66間の寸法を自動的に算出する。図9(b)は、カメラ27でカラー画像を撮像し、画像解析装置42で濃淡処理と色相判定などの画像処理を行って得られるカラー濃淡処理画像70で、色相値から変色度や腐食度を自動的に判定する処理状態を示す。カラー濃淡処理画像70の面積や、長軸長さL、主軸方向角度θなども自動的に画像から計測することができる。
【0046】
図10および図11は、本発明の実施の他の形態である管内観察装置80の概略的な構成を示す。図10は側面断面視した状態、図11は正面断面視した状態をそれぞれ示す。本実施形態で、図1の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。本実施形態の管内観察装置80は、図1の実施形態の管内観察装置20に比較して、径の小さい管21内に挿入することを目的としている。このため、カメラ制御ケーブル37の接続用のコネクタ83は一方側にしか設けない。本実施形態の最大の特徴は、車輪84を、板ばね85の端部に装着して、板ばね85の撓みで曲線部や溶接部を通過するときの径の変化を吸収するようにしていることである。
【0047】
板ばね85は、管内観察装置80を直管内に挿入するときに、軸線にほぼ平行となる。カメラ27は、カメラホルダ機構部86に着脱可能である。車輪84、板ばね85およびカメラホルダ機構部86の組合せを、管21の径に合わせて準備しておき、カメラ27を装着して管内観察装置80として使用することができる。この組合せは軽量であり、多くの種類の管に対して準備しても、容易に運搬することができる。
【0048】
なお、本実施形態の挿入機構35としては、ピアノ線などの弾性的な鋼線の周囲にコイルばねを巻付けて、可撓性を持たせた構造体とすることが好ましい。
【0049】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、管の内周面を部分的に撮像しながら、管外からの挿入機構への操作で、撮像する位置を管の軸線まわりと軸線方向とに変化させ、管の内周面全体を充分に表示手段で観察させることができる。管内支持機構には動力を備える必要がないので、構成を簡素化し、小型軽量化して現場での取扱いを容易にすることができる。
また管の軸線方向に視野が向いているカメラで、内周面を照明されている状態で充分に撮像することができる。
また撮像手段の向きを入換えて、撮像手段が曲管部に掛らないようにして撮像することができる。
また本発明によれば、管の内周面を部分的に撮像しながら、管外からの挿入機構への操作で、撮像する位置を管の軸線まわりと軸線方向とに変化させ、管の内周面全体を充分に表示手段で観察させることができる。管内支持機構には動力を備える必要がないので、構成を簡素化し、小型軽量化して現場での取扱いを容易にすることができる。
また撮像手段が撮像する位置を管の周方向に沿って円滑に移動させ、管内に挿入する際の衝撃や振動から撮像手段を保護することができる。
また支持緩衝手段は、多くの管径の管に対応して観察を行うことができ、車輪によって、管内の溶接部分などで平滑でない表面でも、容易に通過することができる。
【0050】
また本発明によれば、管の軸線方向に視野が向いているカメラで、内周面を照明されている状態で充分に撮像することができる。
【0051】
また本発明によれば、カメラで撮像する画像を、明瞭かつ適切な条件で観察することができる。
【0053】
また本発明によれば、挿入機構は、複数の棒状部材と、棒状部材間を連結する自在継手とで着脱可能であるので、長い距離に対応させたり、分解して搬送性を高めたりすることができる。
【0056】
また本発明によれば、板ばね部材の撓み変形で管径の変動や溶接部分などの平滑でない部分の通過に対応して緩衝作用を行わせることができ、撮像手段の外周と管の内周との間隔が狭くなる比較的小口径の管に対する観察を容易に行うことができる。
【0057】
また本発明によれば、撮像手段が撮像する視画像中の寸法を知ることができ、腐食状態などの大きさから、腐食程度などの評価を行うことができる。
【0058】
また本発明によれば、カラー表示される管内周面から変色や腐食の有無を判断し、基準寸法と比較してその程度を判断することができる。画像処理手段によって、変色や腐食による変化状態の自動的な検出も行うことができる。
【0059】
また本発明によれば、画像処理手段によって検出される変化状態を、基準寸法手段による画像の大きさに基づいて腐食判定手段が判定するので、管内の腐食状態を自動的に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態である管内観察装置20について、概略的な構成を示す側面図およびブロック図である。
【図2】図1の管内観察装置20の正面図である。
【図3】図1の管内観察装置20で、挿入機構35との接続を軸線方向の両側で可能にしておく理由を示す簡略化した側面図である。
【図4】図1のカメラホルダ機構部26の構成を示す側面断面図である。
【図5】図1の管内観察装置20で測定視野の校正のための構成を示す部分的な正面断面図および部分的な側面断面図である。
【図6】図5の構成で、測定視野の校正を行う状態を示す画像である。
【図7】図1の管内観察装置20の挿入距離を測定する状態を示す簡略化した側面断面図である。
【図8】図1のカメラ制御ユニット41の電気的構成を示すブロック図である。
【図9】図1の管内観察装置20で測定を行う状態を示す画像である。
【図10】本発明の実施の他の形態である管内観察装置80の概略的な構成を示す側面断面図である。
【図11】図10の管内観察装置80の正面断面図である。
【図12】従来からの管内観察装置の例を示す簡略化した側面断面図である。
【符号の説明】
20,80 管内観察装置
21 間
22 溶接部
23 観察フード
24,84 車輪
25 サポート機構
26、86 カメラホルダ機構部
27 カメラ
28 金属ミラー
29 観察窓
30 LEDランプ
31,32 接続金具
35 挿入機構
36 回転機構
37 カメラ制御ケーブル
38 棒状部材
39 自在継手
40 制御装置
41 カメラ制御ユニット
42 画像解析装置
43 データ処理装置
44 表示装置
47 回転軸受
49 シール
50 スポットレーザ
52 アングルゲージ
53 傾斜センサ
60 制御回路
70 カラー濃淡処理画像
85 板ばね
Claims (9)
- 管内を移動しながら内部状況を観察するための管内観察装置であって、
管の軸線方向の一方を視野の方向として撮像を行うカメラと、カメラの視野の方向を、該管の内周面側に向ける光学手段と、該光学手段によって与えられる視野の方向を照明する照明手段とを含み、管の内周面を部分的に撮像可能な撮像手段と、
撮像手段を、管の内周面を撮像する方向が管の軸線まわりに変更可能な状態で、管の中心部に支持し、管の軸線方向に移動可能な管内支持機構と、
概略的に棒形状を有し、一端が撮像手段に接続され、管外に露出する他端側から撮像手段に対して管の軸線方向に沿って管内部に挿入する推力と、管の軸線まわりのトルクとを伝達することが可能な挿入機構と、
管外で、撮像手段によって撮像される画像を表示する表示手段とを含み、
前記撮像手段と前記挿入機構の一端とは、前記カメラの視野の方向となる軸線方向の一方と、該軸線方向の他方との両方で、着脱可能であることを特徴とする管内観察装置。 - 管内を移動しながら内部状況を観察するための管内観察装置であって、
管の内周面を部分的に撮像可能な撮像手段と、
撮像手段を、管の内周面を撮像する方向が管の軸線まわりに変更可能な状態で、管の中心部に支持し、管の軸線方向に移動可能な管内支持機構と、
概略的に棒形状を有し、一端が撮像手段に接続され、管外に露出する他端側から撮像手段に対して管の軸線方向に沿って管内部に挿入する推力と、管の軸線まわりのトルクとを伝達することが可能な挿入機構と、
管外で、撮像手段によって撮像される画像を表示する表示手段とを含み、
前記管内支持機構は、
前記撮像手段を前記管の軸線まわりに回転可能に支持する回転軸受と、
回転軸受を、管の内周面に基づいて支持し、衝撃および振動を緩衝させる支持緩衝手段であって、前記管の中心部から内周面に向って延びる形状を有し、管径に対応して、長さが異なる複数種類を交換可能であり、管の周方向に均等な角度間隔で配置される3以上の脚部材と、各脚部材の先端に設けられ、外周面が管の内周面に当接する車輪とを含む支持緩衝手段とを含むことを特徴とする管内観察装置。 - 前記撮像手段は、
前記管の軸線方向の一方を視野の方向として撮像を行うカメラと、
カメラの視野の方向を、該管の内周面側に向ける光学手段と、
該光学手段によって与えられる視野の方向を照明する照明手段とを含むことを特徴とする請求項2記載の管内観察装置。 - 前記カメラは、オートフォーカス機能と撮像条件制御機能とを備えることを特徴とする請求項1または3記載の管内観察装置。
- 前記挿入機構は、複数の棒状部材が自在継手で、着脱可能に連結されて形成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の管内観察装置。
- 前記支持緩衝手段は、
前記管の中心部から内周面に対向して軸線方向に延びる形状を有し、管の周方向に均等な角度間隔で配置される3以上の板ばね部材と、
各板ばね部材の先端に設けられ、外周面が管の内周面に当接する車輪とを含むことを特徴とする請求項2記載の管内観察装置。 - 前記撮像手段が撮像する視野内に配置され、基準となる寸法の画像を撮像させる基準寸法手段をさらに含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の管内観察装置。
- 前記撮像手段は、前記管内周面のカラー画像を撮像し、
前記表示手段には、該カラー画像とともに前記基準寸法手段による画像も表示し、
該カラー画像の濃淡処理および色相処理によって、撮像対象箇所の変化状態を検出する画像処理手段をさらに含むことを特徴とする請求項7記載の管内観察装置。 - 前記画像処理手段によって検出される変化状態を、前記基準寸法手段に よる画像の大きさに基づいて評価し、予め設定される判定基準に従って、管内の腐食状態を判定する腐食判定手段をさらに含むことを特徴とする請求項8記載の管内観察装置。
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