JP3966405B2 - 管内観察装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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
【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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