JP6482248B2 - 狭隙間点検装置 - Google Patents

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Description

本発明は、狭隙間を点検する狭隙間点検装置に関し、特に、コンクリート面の複数の撮影画像からクラックを検出する技術に関する。
従来、狭隙間の点検が必要なものとして、コンクリート橋などが例示される。このようなコンクリート橋のコンクリートは、経年劣化やアルカリ骨材反応、または、冬期において橋上に凍結防止のために散布する塩化ナトリウムが内部に浸透し鉄筋を腐食させ膨張させることにより、表面にクラックが入る。そして、このクラックを放置しておくと、クラックの幅が拡大してコンクリートが破壊し、ひいては橋の強度が低下することになる。したがって、コンクリート橋等の保守点検において、微細なクラックを早期に発見することは、事故の防止や、補修工事の計画をたてる上で大変重要である。
ところで、コンクリートの微細なクラックを早期に発見するためには、表面の状態を点検する必要があるが、橋の基部(アバット)と上部工端部の狭隙間は、例えば幅8m、高さ1m、空間幅20mm程度であることから、直接、目視観測することは不可能である。
そこで、このような問題を考慮したコンクリート構造物の検査用撮影装置が提案されており、この検査用撮影装置は、床面上を水平自由方向に移動可能な台車と、基部を該台車に固定され、鉛直方向に伸縮自在の伸縮駆動手段付き鉛直支柱と、一端を該鉛直支柱の上端付近に担持させるとともに自由端を水平方向に向けて伸縮自在とした伸縮駆動手段付きの水平アームと、該水平アーム又は該水平アームの自由端先端部に取り付けられたエクステンションバーの何れかの自由端先端部に取り付けられたカメラユニットと、前記台車に取り付けられた鉛直支柱および水平アームの伸縮駆動手段、およびカメラユニットを操作する操作盤とからなる(例えば特許文献1)。
また、隙間用ではないが、橋梁の下部を点検するものとして、橋梁の下部に敷設されたレールと、デジタル無線装置を有し前記レール上を走行して橋梁を点検する巡視ロボットと、巡視ロボットを操作してその点検結果を受信するロボット制御装置とからなる橋梁点検設備において、前記レールに沿って微弱電波を漏洩する密結合ケーブルを敷設するとともに、巡視ロボットには密結合ケーブルに非接触で近接するアンテナである結合器を設けて、巡視ロボットとロボット制御装置との間で密結合ケーブルを介して通信信号を送受信するようにした橋梁点検設備(例えば特許文献2)が提案されている。
上記特許文献2の橋梁点検設備では、高架橋などの橋梁の裏面を自動で点検することができるが、上述したような狭隙間を点検することはできない。
一方、上記特許文献1の検査用撮影装置では、エクステンションバーの自由端先端に取り付けられるカメラユニットが、エクステンションバーの中心軸より下方に垂下させ、あるいは中心軸より上方に位置させた状態にて取り付けられる場合においては、上記した水平アームの縦長の断面構造部材を用いるのと相俟って安定性がよく、特に深い狭隘部内の観察・撮影が可能となるが、装置が複雑になるという問題がある。また、カメラユニットは平板の一端にレンズを備えた小型のCCDビデオカメラを設置するとともに、中央部にミラーを、上記平板に対して45度上記したビデオカメラに向けて傾斜させて設置し、平板の正面側軸線F方向におけるF1〜F2の範囲の画像をミラーで反射させてレンズを介しCCDビデオカメラに取り込むことができるように構成しているため、狭い範囲でしか撮影をすることができず、狭隙間全体を撮影するためには時間を要するという問題がある。また、平板にレンズを備えた小型のCCDビデオカメラとミラーが剥き出しで設けられているため、狭隙間に入れると、ゴミなどにより綺麗に撮像できなくなる虞もある。
さらに、微細なクラックを発見し、点検精度を高めるためには、高解像度のカメラを用いる必要がある。しかし、橋梁の上部の端部など狭い隙間の撮影においては、高解像度のカメラを入れ込むことが難しい。そして、たとえ高解像度のカメラで撮影することができたとしても、例えば幅8m、高さ1mの点検撮影対象面をカバーする画像は、膨大な量のデータになり、その膨大なデータから、目視で微細なクラックを探すのは、効率が悪く、信頼性も低い。
特開2005−24260号公報 特開2006−37557号公報 特開2011−242365号公報 特開2014−6222号公報
そこで、本発明者らは、上記問題点を解決するために、撮像手段により狭隙間において広範囲に撮像することができるとともに、高解像度で微細なクラックを自動検出することができる狭隙間点検装置を提供することを目的とする。
本発明の狭隙間点検装置は、本体に、点検箇所を写すミラーと、前記点検箇所を照明する照明手段と、前記ミラーに写した点検箇所を撮像する撮像手段とを備えた撮像ユニットを内蔵し、前記本体は厚さ方向より長さ方向及びこの長さ方向に交差する幅方向に大きく形成され、前記ミラーを前記長さ方向に対して斜設し、前記ミラーは前記長さ方向の寸法より前記幅方向の寸法が大きく、前記撮像ユニットを前記幅方向に複数並設した狭隙間点検装置であって、複数の前記撮像手段で撮像された個々の画像を前記撮像手段ごとに結合し、結合されたそれぞれの画像から適応的二値化処理によりクラック候補を抽出し、クラック候補が抽出された複数の画像を結合してクラック候補を連結した後に、連結されたクラック候補の特徴量からクラック候補がクラックかそれ以外かを判定してクラックを検出する画像処理手段を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、撮像手段により狭隙間において広範囲に撮像することができる狭隙間点検装置を提供することができる。そして、本体が厚さ方向より長さ方向及びこの長さ方向に交差する幅方向に大きく形成されているため、狭隙間に挿入してミラーに写った点検箇所を撮像手段により撮像することができ、この際、ミラーは長さ方向の寸法より幅方向の長さ寸法が大きいため、広い面積の撮像が可能となる。また、撮像ユニットを内蔵することにより、ゴミなどの影響を受け難くなる。また、撮像ユニットを幅方向に複数並設することにより、幅方向において広範囲に撮像することができる。その上、複数の撮像手段で撮像された複数の画像を結合した後にクラックを検出する画像処理手段を備えたことにより、複数の画像間をまたいで撮影されたクラックを自動検出することができる。
本発明の狭隙間点検装置の実施例を示す斜視図である。 同上、移動体の要部の側面図である。 同上、移動体の断面図である。 同上、移動体の要部の斜視図である。 同上、移動体の正面図である。 同上、駆動手段及びレールの説明図である。 同上、画像処理手段の説明図である。 同上、画像処理の流れを示すフロー図である。 同上、複数の撮像手段により撮影された画像である。 同上、画像結合前のクラック候補を示す画像である。 同上、画像結合後のクラック候補を示す画像である。
本発明の狭隙間点検装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施例の狭隙間点検装置の構成を示す図1〜7において、狭隙間点検装置は、移動して点検箇所を撮影する移動体2と、この移動体2を制御する図示しない装置本体とを備えている。また、移動体2は箱形をなす複数の本体4を並設して構成されている。
本体4は、厚さ方向の寸法Tよりも長さ方向の寸法L及びこれと交差する幅方向の寸法Wが大きく形成され、また、移動方向である長さ方向の寸法Lが幅方向の寸法Wより大きく形成されている(L>W>T)。また、本体4は、進行方向前後に位置する前面部5M及び後面部5Kと、厚さ方向両側に位置する幅広側面部6,6と、幅方向両側に位置する幅狭側面部7,7とを有する。本体4の後部には、枠体8が設けられ、この枠体8は幅広側面部6,6及び幅狭側面部7,7に挟まれ、その枠体8の後面が後面部5Kを構成している。枠体8の中央には開口部8Aが形成されている。
枠体8の前部中央には、内視鏡カメラやCCDカメラなどの撮像手段11が設けられ、この撮像手段11のレンズ11Aは前方に配置され、前方を撮像するようになっている。また、撮像手段11の前方には所定の距離をおいてミラー12が設けられ、このミラー12は、長さ方向に対して角度θをなして配置されている。ミラー12は本体4内の幅方向の略全長に設けられ、また、角度θを89度以下、1度以上としており、点検箇所を写す面積を調整することができるようになっている。そして、ミラー12は長さ方向の寸法L1より幅方向の長さ寸法W1が大きい。また、本体4の厚さは10mm以下である。
撮像手段11の例としては、市販の内視鏡型カメラの焦点距離20〜50mm程度のものを利用することができる。この場合、例えば、レンズ11Aとミラー12の間隔を撮像手段11の焦点距離よりも長い77mm程度とし、本体4の幅方向に長いミラー12を用いることで、広範囲の撮像を可能とすることができる。
そして、撮像手段11とミラー12により撮像ユニット13が構成されている。また、撮像ユニット13には、撮像手段11とミラー12に加えて照明手段14,14Aが備えられている。
ミラー12の前側には、棒状や複数の点状などに発光するLEDなどからなる照明手段14が設けられ、この照明手段14は、本体4内の幅方向の略全長又は長さ方向に対して角度をつけた交差方向に設けられている。
また、枠体8の前面又はその近傍などの適宜箇所には、照明手段14の動作を制御する本体側制御手段たる回路基板15が設けられ、この回路基板15は、照明手段14に電気的に接続されると共に、ケーブル16により図示しない装置本体に電気的に接続されている。また、撮像手段11もケーブル16により装置本体に電気的に接続され、枠体8の後部にはケーブル16を挿通する溝状の挿通部17が長さ方向に形成されている。また、回路基板15には、LEDからなる照明手段14Aが設けられており、前記照明手段14Aの照明光を前記ミラー12に照射し、ミラー12の反射光により点検箇所を照明することができる。尚、照明装置14,14Aの少なくとも一方を備えていればよい。
本体4の前面部5Mの前には、ガイド部21が設けられ、このガイド部21の幅方向両側にはソリッドタイヤなどからなるガイドローラ22,22がそれぞれ回転可能に設けられている。ガイド部21の厚さ方向の寸法は厚さ方向の寸法Tと同一かそれ以下であり、ガイドローラ22の外径Dは寸法Tより僅かに大きく形成され、幅方向両側からガイドローラ22の外周が出るように配置されている。そして、ガイドローラ22,23により焦点距離を一定に保持されるようになっている。両側のガイドローラ22,22の支持軸23,23の先端部23S,23Sは曲面状に形成され、それらの先端部23S,23S間は幅方向の寸法W内に収まるように設定されている。
また、本体4の後部の幅方向両側には、ガイドローラ22を収納する段部24,24が設けられ、それら両側の段部24,24内にガイドローラ22,22が回転可能に設けられている。ガイドローラ22の支持軸23の軸芯は幅方向に設けられている。
前記本体4は、並列状態で連結する連結手段26を備えている。この連結手段26は、幅狭側面部7の一方に設けた係止孔27と、幅狭側面部7の他方にも設けた係止突起28とからなる。係止孔27は長さ方向に大径部27Aと小径部27Bが連続形成され、係止突起28は大径部27Aを挿通する頭部28Aと、小径部27Bに係止する軸部28Bとを有している。そして、小径部27Bに軸部28Bを挿入した状態で、小径部27Bより大きな頭部28Aが該小径部27Bに係止している。
本体4の後部には後側連結手段31が設けられている。この後側連結手段31は、幅方向に間隔をおいて配置した後向きの長さ方向連結部たる後向き連結アーム32と、下向きに突設された幅方向連結部たる幅方向連結アーム33とを備えている。
そして、本体4の厚さ方向両側の開口に板状の幅広側面部6,6が固定されて該開口を塞ぎ、ミラー12の反射面側の幅広側面部6には、ミラー12及び照明手段14に対応して透明窓部34が設けられている。
また、複数の本体4,4・・・を並設して一体化するために取付体35が用いられている。取付体35は、後側連結手段31を連結する後側連結受け部36と、幅方向両側から複数の本体4,4・・・を挟む両端受け部37,37とを有する略コ字型をなしている。
そして、連結手段26により幅方向に隣り合う本体同士が連結され、複数の本体4,4・・・の後向き連結アーム32及び幅方向連結アーム33が、後側連結受け部36にボルトなどにより連結されている。また、幅方向両側の本体4,4と両端受け部37,37とは図示しない連結手段より連結されている。このようにして、撮像手段11とミラー12と照明手段14,14Aを備えた本体4が複数(この例では4つ)連結された移動体2が形成され、4つの本体4のミラー12が略連続して一直線上に並んでいる。また、両端受け部37は、断面が略U字型をなし、内部に紐状体を挿通可能なワイヤーガードが構成されている。
71はレールであり、このレール71上に移動体2が移動可能に構成されている。レール71の一端には、移動体2の駆動手段85が着脱可能に設けられている。この駆動手段85はケース85Kを備え、このケース85Kにレール71の一端が連結されている。レール71の他端には案内輪86と従動輪87が遊転可能に設けられ、これら案内輪86と従動輪87とは図示しないカバーにより覆われている。ケース85K内には、移動用ワイヤー88を駆動する電動式のモータ89が内蔵され、レール71の一端にモータ89により回転駆動する駆動輪87Aと、遊転可能な案内輪86が設けられている。
また、レール71に沿って移動する移動体受け部材90が設けられ、この移動体受け部材90は、一側部90Aと他側部90Bとがレール71の底面部72に沿う中央部90Cに連結され、それら一側部90Aと他側部90Bの間に、移動体2の下部が着脱自在に連結されるようになっている。さらに、移動体受け部材90又は移動体2の左右方向両側に車輪(図示せず)が設けられている。
移動用ワイヤー88は、レール71に沿って配置されている。移動用ワイヤー88の他端88Bは、他端側の案内輪86の下部を通って従動輪87に掛装されて折り返され、この従動輪87に掛装された移動用ワイヤー88の他端88Bが他端部90Bに連結されている。一方、移動用ワイヤー88の一端88Aは、ケース85K内の案内輪86の下部を通って駆動輪87Aに掛装されて折り返され、この駆動輪87Aに掛装された移動用ワイヤー88の一端88Aが前記一端部に連結されている。
ケース85K内には、モータ89の回転数を検出するエンコーダ91が内蔵されている。そして、モータ89により駆動輪87Aを回転駆動させ、移動用ワイヤー88を一側方向又は他側方向に引っ張ることにより、移動体2が左右に移動するようになっている。そして、エンコーダ91によりモータ89の回転数を検出し、この回転数から移動体2の移動量を検出し、この移動量から移動体2の位置を検出できるようになっている。
さらに、図1の実線では、レール71の一端の左右方向一側に駆動手段85が設けられているのに対して、駆動手段85を内蔵したケース85Kには、レール71との着脱を操作する操作ボタン85Bが設けられている。そして、この操作ボタン85Bを操作することにより、図1の一点鎖線に示すように、ケース85Kをレール71の一端の左右方向他側に連結して設けると共に、駆動手段85を駆動輪87Aに連結することができるようになっている。
図7を参照すると、駆動制御部92は、駆動手段85に内蔵されており、レール71に沿って移動する移動体2を制御し、エンコーダ91からの位置情報を基に、モータ89の駆動制御を行うようになっている。また、駆動制御部92は、一定移動距離間隔毎に撮影指令信号を撮像手段11に送るとともに、パーソナルコンピュータ93に画像取り込み指令信号を送るようになっている。
また、画像信号分配器94は、撮像手段11からの撮像データ、具体的にはNTSC×4チャンネル信号をパーソナルコンピュータ93と動画レコーダ95に分配するようになっている。画像取り込みボード96は、撮像手段11からのNTSC信号をパーソナルコンピュータ93へ取り込む基板である。
パーソナルコンピュータ93には、画像処理ソフトウェアがインストールされ、パーソナルコンピュータ93は、画像処理手段として動作するようになっている。この画像処理ソフトウェアは、撮像手段11の移動に伴って、複数の撮像手段11のそれぞれについて、一定距離区間(取込み間隔)で発生する撮影指令信号の入力により、画像を順次、自動的に結合して保存するようになっている。
さらに、この画像処理ソフトウェアは、複数の撮像手段11でそれぞれ撮像された画像を結合して、クラックを自動で検出する機能を有している。なお、この機能については後述する。
次に、動作について説明する。狭隙間の点検箇所に近接させてレール71を設置する。そして、照明手段14,14Aで点検箇所に撮影に適した光量の光を照射するとともに、駆動制御部92により移動体2の位置を制御しながら点検箇所の撮影を行う。
駆動制御部92は、エンコーダ91からの位置情報を基にモータ89の駆動制御を行うことで、移動体2の位置を制御する。すなわち、駆動制御部92は、モータ89により駆動輪87Aを回転駆動させて移動用ワイヤー88を引っ張ることにより移動体2を移動させると同時に、エンコーダ91によりモータ89の回転数を検出しこの回転数から移動体2の移動量を検出し、移動体2の位置を制御する。また、駆動制御部92は、一定移動距離間隔毎に撮影指令信号を撮像手段11に送るとともに、パーソナルコンピュータ93に画像取り込み指令信号を送る。これにより、一定移動距離間隔毎に撮影された画像が得られる。
パーソナルコンピュータ93は、複数の撮像手段11のそれぞれについて、複数の画像を順次、自動的に結合して保存する。
さらに、パーソナルコンピュータ93は、画像処理ソフトウェアにより、複数の撮像手段11でそれぞれ撮像された画像を結合して、クラックを自動で検出する。
パーソナルコンピュータ93における画像処理の流れを図8に示す。以下、実際に4台の撮像手段11を並べて撮影して得られた画像を例にとって説明する。
S1(ステップ1)では、複数台の撮像手段11(カメラ)から画像を取得する。そして、S2(ステップ2)では、S1で取得した個々の画像について、撮像手段11ごとに結合して、長方形画像を生成する。ここで、撮像手段11が4台の場合は、図9に示すように、4枚の長方形画像が得られる。この長方形画像は、撮像手段11のセンサ幅×移動距離の範囲を示すものとなる。
つぎのS3(ステップ3)において、クラック候補の抽出処理を行う。すなわち、S2で得られたそれぞれの長方形画像について、クラックが抽出される適応的二値化処理を実施し、抽出された画像を「クラック候補画像」とする。図10にクラック候補画像の例を示す。抽出されたクラック候補が塗りつぶされて表示されている。
そして、S4(ステップ4)において、異なる撮像手段11(カメラ)間の画像の同一化処理を行う。すなわち、S3で得られたクラック候補画像間には、複数の撮像手段11により撮影したことに起因するずれや隙間が存在する。このずれや隙間を画像処理により埋めて、異なる撮像手段11間のクラック候補を連続した同一のものとする。具体的には、異なる画像間で重なるべき境界点を検出し、その位置を合わせ、その後クラック候補を結合させる。図11に同一化処理後のクラック候補画像の例を示す。
つぎに、S5(ステップ)において、特徴量を判定する。すなわち、S4で連結されたクラック候補について、その長さ、幅、面積等を、連結された状態での長さ、幅、面積等の特徴量に修正する。そして、撮影された全てのデータについて、真のクラックとして判定する所定の条件に照らし合わせ、最終的にクラックかそれ以外(汚れ等)かの判定を行う。
なお、クラックは、「紐のように細長い」という特徴を持つ。これに対して、汚れは「細くない」という特徴を持つ。これらクラックと汚れの区別は、それぞれを別の塊として区別し(例えば、ラベリング処理)それぞれの塊の特徴量を測定することで可能である。この特徴量の一種として「面積」がある。また別の特徴量として「周辺長」がある。細長いものは、面積に対して周辺長が長く、細くないものは面積に対して周辺長が短い。
ここで、結合処置前の画像(図10)を用いてクラックかそれ以外かの判定を行った場合、塊が分断されて画像に塊の一部分しか現れていないなどの理由で正確な判定ができない場合がある。これに対し、この方法によれば、結合処理後の画像(図11)を用いて判定を行うため、塊が分断されて画像に塊の一部分しか現れない可能性が低くなり、その結果、画像処理ソフトウェアを用いて自動で正確な判定を行うことができる。
最後のS6(ステップ6)において、S5の判定結果をクラック検出結果としてパーソナルコンピュータ93のディスプレイに表示する。
以上のように、本実施例の狭隙間点検装置は、本体4に、点検箇所を写すミラー12と、前記点検箇所を照明する照明手段14,14Aと、前記ミラー12に写した点検箇所を撮像する撮像手段11とを設け、前記本体4は厚さ方向より長さ方向及びこの長さ方向に交差する幅方向に大きく形成され、前記ミラー12を前記長さ方向に対して斜設し、前記ミラー12は前記長さ方向の寸法より前記幅方向の寸法が大きく、前記ミラー12と前記撮像手段11とを備えた撮像ユニット13を前記本体4に内蔵し、前記撮像ユニット13を前記幅方向に複数並設した狭隙間点検装置であって、複数の前記撮像手段11で撮像された複数の画像を結合した後にクラックを検出する画像処理手段としてのパーソナルコンピュータ93を備えたものである。そして、本体4が厚さ方向より長さ方向及びこの長さ方向に交差する幅方向に大きく形成されているため、狭隙間に挿入してミラー12に写った点検箇所を撮像手段11により撮像することができ、この際、ミラー12は長さ方向の寸法より幅方向の長さ寸法が大きいため、広い面積の撮像が可能となる。また、撮像ユニット13を内蔵することにより、ゴミなどの影響を受け難くなる。また、撮像ユニット13を幅方向に複数並設することにより、幅方向において広範囲に撮像することができる。その上、複数の撮像手段11で撮像された複数の画像を結合した後にクラックを検出する画像処理手段としてのパーソナルコンピュータ93を備えたことにより、複数の画像間をまたいで撮影されたクラックを自動検出することができる。
また、複数台の撮像手段11で撮像することで、1台の撮像手段では得ることのできない高い分解能と大きな解像度の画像を得ることができ、高精度でクラック検出を行うことができる。また、撮像手段11の台数に制約は無いため、無限に解像度を高めるように構成することも可能となる。
そして、従来の装置が入り込めないような狭隙間であっても高精度でクラック検出ができることから、コンクリート構造物等の保守点検の精度を高めることができ、さらには容易に検査を行うことができることから、点検作業者の省力化を図ることもできる。
また、異なる複数の撮像手段から得られた複数の画像からクラック候補の検出を行い、異なる画像間で重なるべき境界点を検出し、その位置を合わせ、その後、クラック候補を結合させて真のクラック候補の幅、長さ等の特徴を導き出すことができる。これにより、複数の画像を跨ぐクラックであっても、連続した同一のクラックと判定でき、クラックの大きさ、長さ、面積などの値を、分断されていないクラックのものとして測定可能となる。その結果、高精度でクラックを選別、検出することができる。
4 本体
11 撮像手段
12 ミラー
13 撮像ユニット
14,14A 照明手段
93 パーソナルコンピュータ(画像処理手段)

Claims (1)

  1. 本体に、点検箇所を写すミラーと、前記点検箇所を照明する照明手段と、前記ミラーに写した点検箇所を撮像する撮像手段とを備えた撮像ユニットを内蔵し、前記本体は厚さ方向より長さ方向及びこの長さ方向に交差する幅方向に大きく形成され、前記ミラーを前記長さ方向に対して斜設し、前記ミラーは前記長さ方向の寸法より前記幅方向の寸法が大きく、前記撮像ユニットを前記幅方向に複数並設した狭隙間点検装置であって、複数の前記撮像手段で撮像された個々の画像を前記撮像手段ごとに結合し、結合されたそれぞれの画像から適応的二値化処理によりクラック候補を抽出し、クラック候補が抽出された複数の画像を結合してクラック候補を連結した後に、連結されたクラック候補の特徴量からクラック候補がクラックかそれ以外かを判定してクラックを検出する画像処理手段を備えたことを特徴とする狭隙間点検装置。
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