JP6628669B2 - 構造物表面検査装置およびそれを備える構造物表面検査システム並びに構造物表面検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の表面を検査するための構造物表面検査装置およびそれを備える構造物表面検査システム並びに構造物表面検査方法に関する。

従来より、移動手段である検査車両の移動に伴って、構造物の表面である路面の画像を撮像し、撮像した画像を用いて構造物の表面性状を検査する構造物表面検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の構造物表面検査装置は、両端部よりレーザビームを発射する気体レーザを用いて、この気体レーザから発射される２本のレーザビームのうちの１本を、光ファイバーケーブルを通して路面性状測定用光源として取り出すようにしている。

特公平７−２８０６２号公報

一方で、このような路面の性状を検査するための構造物表面検査装置では、光を照射するための光源等に関してコストが高くなることが多い。このため、構造物表面検査装置全体として、更なるコストダウンを実現することが求められている。

従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、コストダウンを実現することができる構造物表面検査装置およびそれを備える構造物表面検査システム並びに構造物表面検査方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の構造物表面検査装置は、移動手段に搭載され、構造物の表面を移動手段の移動に伴って検査するための構造物表面検査装置であって、構造物の表面に向けて移動方向と交差する方向に延びる線状の光を照射する照射部と、照射部によって光が照射されている部分の構造物の表面を移動方向と交差する方向に沿って撮像するラインカメラと、を備え、照射部による光の照射方向とラインカメラによる撮像方向を同一平面上に配置している。

また、本発明の構造物表面検査システムは、前記構造物表面検査装置と、構造物表面検査装置を搭載した移動手段としての検査車両とを備える、構造物表面検査システムであって、検査車両の移動に伴って、検査車両に搭載された構造物表面検査装置を用いて構造物の表面を検査する。

また、本発明の構造物表面検査方法は、構造物の表面を移動手段の移動に伴って検査するための構造物表面検査方法であって、照射部により、構造物の表面に向けて移動方向と交差する方向に延びる線状の光を照射するステップと、ラインカメラにより、照射部によって光が照射されている部分の構造物の表面を移動方向と交差する方向に沿って撮像するステップと、を含み、照射部による光の照射方向とラインカメラによる撮像方向を同一平面上に配置している。

本発明の構造物表面検査装置およびそれを備える構造物表面検査システム並びに構造物表面検査方法によれば、コストダウンを実現することができる。

実施形態にかかる構造物表面検査装置の概略平面図 実施形態にかかる構造物表面検査装置の概略側面図 実施形態にかかる構造物表面検査装置の概略背面図

以下に、本発明にかかる実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態）
図１、図２、図３は、実施形態にかかる構造物表面検査システム２の概略構成を示す図である。

構造物表面検査システム２は、長手方向Ａに延長された構造物の一例である道路４（図２）の表面を検査するためのシステムである。構造物表面検査システム２は、道路４の長手方向Ａ沿い（移動方向Ｍ）に移動する移動手段の一例である検査車両３と、検査車両３に搭載される構造物表面検査装置５とを備える。構造物表面検査装置５は、検査車両３の移動に伴って道路４の表面を検査する装置であり、ラインレーザ６と、ラインカメラ８と、３Ｄカメラ１０とを備える。構造物表面検査システム２は、検査車両３に搭載された構造物表面検査装置５を用いて、道路４の表面を検査する。

図１に示すように、ラインレーザ６、ラインカメラ８および３Ｄカメラ１０はいずれも、取付部材１２に取り付けられている。取付部材１２は、ラインレーザ６、ラインカメラ８および３Ｄカメラ１０を検査車両３に取り付けて固定するための部材である。本実施形態における取付部材１２は、検査車両３の屋根上で道路４の長手方向Ａに延びるように固定された２本の棒状部材で構成される。

本実施形態におけるラインレーザ６、ラインカメラ８、３Ｄカメラ１０および取付部材１２は、それぞれ左右対称に配置されている。具体的には、ラインレーザ６は、左右のラインレーザ６ａ、６ｂを備え、ラインカメラ８は、左右のラインカメラ８ａ、８ｂを備え、３Ｄカメラ１０は、左右の３Ｄカメラ１０ａ、１０ｂを備え、取付部材１２は、左右の取付部材１２ａ、１２ｂを備える。

ラインレーザ６は、道路４の表面に向けて、道路４の短手方向Ｂに延びる線状のレーザを照射する照射部である。ラインレーザ６が照射する線状のレーザは、夜間等であってもラインカメラ８および３Ｄカメラ１０が道路４の表面を撮像することを可能とするための光として用いられる。図２に示すように、本実施形態では、ラインレーザ６は真下（鉛直下方）を向くように配置されている。すなわち、ラインレーザ６によるレーザの照射方向Ｃは鉛直方向に設定される。ラインレーザ６が照射するレーザの幅（長手方向Ａ沿い）は例えば、３〜５ｍｍ幅である。

図３に示すように、左側のラインレーザ６ａは、道路４の左半分の領域を含む範囲にレーザを照射するように配置され、右側のラインレーザ６ｂは、道路４の右半分の領域を含む範囲にレーザを照射するように配置される。ラインレーザ６ａおよびラインレーザ６ｂから道路４の表面にレーザを照射することで、道路４の短手方向Ｂの全範囲にレーザを照射することができる。

ラインカメラ（ラインスキャンカメラ、ラインセンサカメラとも称される）８は、ラインレーザ６によって光が照射されている部分の道路４の表面を撮像する撮像部である。本実施形態におけるラインカメラ８はリニア撮像素子を有し、リニア撮像素子を用いて道路４の表面を短手方向Ｂ沿いにライン状に撮像し、道路４の表面の２Ｄ画像を生成する。ラインカメラ８が生成した２Ｄ画像は主に、道路４の表面におけるひび割れの有無を検査するために用いられる。

ラインカメラ８は、ラインレーザ６と同様に真下を向くように配置されている。すなわち、ラインカメラ８による道路４の撮像方向Ｄは鉛直方向に設定される。このように、照射部であるラインレーザ６によるレーザの照射方向Ｃと、撮像部であるラインカメラ８による撮像方向Ｄは同一平面（本実施形態では鉛直平面）Ｐ上に設定される。

ラインカメラ８が画像を撮像する幅（長手方向Ａ沿い）は例えば、１ｍｍ幅である。

図３に示すように、左側のラインカメラ８ａは、道路４の左半分の領域を含む範囲を撮像するように配置され、右側のラインカメラ８ｂは、道路４の右半分の領域を含む範囲を撮像するように配置される。ラインカメラ８ａおよびラインカメラ８ｂから道路４の表面を撮像することで、道路４の短手方向Ｂの全範囲（例えば１車線分）を撮像することができる。

図１、図２に示すように、ラインレーザ６とラインカメラ８は、取付部材１２における長手方向Ａ沿いの同じ位置に取り付けられている。このような配置を実現するために、図１、図３に示すように、ラインレーザ６は取付部材１２の内側（短手方向Ｂ沿い）に取り付けられ、ラインカメラ８は取付部材１２の外側に取り付けられている。

３Ｄカメラ１０は、ラインカメラ８と同様に道路４の表面を撮像する撮像部である。３Ｄカメラ１０は、ラインレーザ６によって光が照射されている部分の道路４の表面の３Ｄ画像を生成する。具体的には、ラインレーザ６によってレーザが照射されている部分の道路４の表面を短手方向Ｂ沿いに撮像するとともに、光切断法によって３Ｄ画像を生成する。３Ｄカメラ１０が生成した３Ｄ画像は主に、道路４の表面におけるわだちの有無を検査するために用いられる。

光切断法を利用するため、３Ｄカメラ１０が撮像する撮像方向Ｅ（図２）は、照射部であるラインレーザ６による光の照射方向Ｃと交差する方向に設定されている。本実施形態では、３Ｄカメラ１０が撮像する撮像方向Ｅは、道路４に向かって斜め下方に設定されている。このため、３Ｄカメラ１０自体もラインレーザ６およびラインカメラ８が配置される平面Ｐと交差する平面Ｑに含まれるように配置されている。図１、図２に示すように、３Ｄカメラ１０は、取付部材１２における長手方向Ａ沿いのラインレーザ６およびラインカメラ８が取り付けられる位置とは異なる位置に取り付けられる（本実施形態では後方）。

左側の３Ｄカメラ１０ａは、道路４の左半分の領域を含む範囲を撮像するように配置され、右側の３Ｄカメラ１０ｂは、道路４の右半分の領域を含む範囲を撮像するように配置される。３Ｄカメラ１０ａおよび３Ｄカメラ１０ｂから道路４の表面を撮像することで、道路４の短手方向Ｂの全範囲を撮像することができる。図３では、３Ｄカメラ１０および検査車両３の図示を省略している。

このような構成において、構造物表面検査システム２は、道路４の長手方向Ａに沿って検査車両３が移動することに伴って、ラインレーザ６により、道路４の表面に線状のレーザを照射し続ける。道路４の表面に、道路４の短手方向Ｂに延びるレーザが照射される。レーザが照射された範囲は夜間などにかかわらず、道路４の表面の画像を撮像することができる。ラインレーザ６によって道路４の表面に継続的にレーザを照射した状態において、ラインカメラ８および３Ｄカメラ１０による撮像を行う。具体的には、道路４の表面のうち、ラインレーザ６によるレーザが照射されている同じ範囲をラインカメラ８および３Ｄカメラ１０が撮像する。すなわち、ラインカメラ８および３Ｄカメラ１０が、ラインレーザ６によって照射されている範囲内を撮像する。ラインカメラ８は、同一平面Ｐ上のラインレーザ６によって照射された光が道路４の表面で正反射した正反射光成分を主に撮像する。これにより道路表面のひび割れなどを検査することができる。一方、３Ｄカメラ１０はラインレーザ６の照射方向に対して斜めから撮像しており、ラインレーザ６の光が道路４の表面で拡散反射した拡散反射光成分を主に撮像する。これにより道路表面の凹凸などを検査することができる。ラインカメラ８の撮像により、道路４の表面の２Ｄ画像が生成され、３Ｄカメラ１０の撮像により、道路４の表面の３Ｄ画像が生成される。ラインカメラ８が撮像した２Ｄ画像および３Ｄカメラ１０が撮像した３Ｄ画像は、構造物表面検査システム２に設けられた制御部（図示せず）に記憶される。その後、ラインカメラ８および３Ｄカメラ１０による撮像を継続的に行い、生成された連続的な２Ｄ画像および３Ｄ画像を制御部に記憶する。

記憶されたこれらの画像は最終的に、道路４の表面の性状を検査するために使用される。具体的には、ラインカメラ８が撮像する２Ｄ画像は、道路４の表面のひび割れを検査するために使用され、３Ｄカメラ１０が撮像する３Ｄ画像は、道路４の表面のわだちを検査するために使用される。

このような検査方法によれば、検査車両３に搭載された構造物表面検査装置５（ラインレーザ６、ラインカメラ８および３Ｄカメラ１０）を用いて、検査車両３の移動に伴って道路４の表面性状（ひび割れ、わだち）を検査することができる。特に本実施形態では、ラインレーザ６によるレーザの照射方向Ｃと、ラインカメラ８による撮像方向Ｄとを同一平面Ｐ上に配置している。このように光の照射方向Ｃと撮像方向Ｄを同一平面Ｐ上に設定することにより、検査車両３の移動に伴うラインレーザ６による照射範囲とラインカメラ８による撮像範囲の位置ずれを抑制することができる。これにより、ラインカメラ８による撮像をより確実に行うことができる。このような構成において、ラインレーザ６とラインカメラ８も同一平面Ｐ上に配置しているため、構造物表面検査システム２における効率的な配置が可能となり、コストダウンにつながる。

また、ラインカメラ８が撮像する領域と３Ｄカメラ１０が撮像する領域とを、ラインレーザ６がレーザを照射する同じ範囲内に設定している。このように、ラインカメラ８と３Ｄカメラ１０に対して同一の光源を割り当てているため、構造物表面検査システム２における効率的な配置が可能となり、コストダウンにつなげることができる。さらに、３Ｄカメラ１０による撮像方向Ｅをラインレーザ６の照射方向Ｃに対して傾斜させている。このような配置により、３Ｄカメラ１０による光切断法を用いた３Ｄ画像の生成をより確実に行うことができる。

これに対して、本実施形態の構造物表面検査システム２とは別の方法として、ラインカメラ８および３Ｄカメラ１０に別々の光源・光学系を使用する場合が想定される。この場合、ラインカメラ８は、３Ｄカメラ１０よりも高速な撮像レートで撮像を行うため、より高輝度な照明を割り当てることが望まれる。よって、３Ｄカメラ１０には、実施形態と同様のラインレーザ６を割り当てる一方で、ラインカメラ８にはより高輝度の照明装置（例えば、メタルハライド、ハロゲン等）を割り当てることが想定される。しかしながら、このような高輝度照明装置は非常に高価であり、また高輝度であるが故に、ラインレーザ６によるレーザ光源への外乱光となりやすい。このため、ラインレーザ６の照射位置とは離れた位置を照射するように高輝度照明装置を配置する必要があり、このためにさらに高輝度が必要となり、コストが高くなる。これに対して、本実施形態の構造物表面検査システム２では、ラインカメラ８と３Ｄカメラ１０に同一の光源・光学系であるラインレーザ６を割り当てているため、高輝度照明装置を設ける必要がなく、大幅なコストダウンを実現することができる。また、ラインレーザ６によるレーザ光源への外乱要素を排除することができるため、撮像精度も向上させることができる。

上述したように、本実施形態の構造物表面検査装置５は、検査車両３（移動手段）に搭載され、（長手方向Ａに延長された）道路４（構造物）の表面を（長手方向Ａ沿い）の検査車両３の移動に伴って検査するための装置である。構造物表面検査装置５は、道路４の表面に向けて道路４の短手方向Ｂ（移動方向Ｍと交差する方向）に延びる線状の光を照射するラインレーザ６（照射部）を備える。構造物表面検査装置５はさらに、ラインレーザ６によって光が照射されている部分の道路４の表面を道路４の短手方向Ｂ（移動方向Ｍと交差する方向）に沿って撮像するラインカメラ８を備える。さらに、ラインレーザ６による光の照射方向Ｃとラインカメラ８による撮像方向Ｄを同一平面Ｐ上に配置している。このように、ラインレーザ６による照射方向Ｃとラインカメラ８による撮像方向Ｄを同一平面Ｐ上に配置することにより、ラインカメラ８による撮像をより確実に行いながら、ラインレーザ６とラインカメラ８を効率的に配置することができ、構造物表面検査装置５のコストダウンにつながる。

また、本実施形態の構造物表面検査装置５は、ラインレーザ６によって光が照射されている部分の道路４の表面を撮像して、光切断法により３Ｄ画像を生成する３Ｄカメラ１０をさらに備える。また、３Ｄカメラ１０による撮像方向Ｅは、ラインレーザ６による光の照射方向Ｃとラインカメラ８による撮像方向Ｄが含まれる平面Ｐと交差する平面Ｑ上に配置される。このような構成によれば、ラインレーザ６による照射方向Ｃとは異なる方向Ｅから道路４を撮像することにより、３Ｄカメラ１０による光切断法を用いた３Ｄ画像の生成が可能となる。また、ラインレーザ６による照射方向Ｃとラインカメラ８による撮像方向Ｄを同一平面Ｐ上に配置しながら、３Ｄカメラ１０は異なる平面Ｑ上に設けることにより、効率的な配置が可能となり、構造物表面検査装置５のコストダウンにつながる。

また、本実施形態の構造物表面検査システム２は、構造物表面検査装置５と、構造物表面検査装置５を搭載した移動手段としての検査車両３とを備える。構造物表面検査システム２は、（長手方向Ａに延長された）道路４の表面を、（長手方向Ａ沿いの）検査車両３の移動に伴って、検査車両３に搭載された構造物表面検査装置５を用いて検査する。このように、ラインレーザ６による照射方向Ｃとラインカメラ８による撮像方向Ｄを同一平面Ｐ上に配置することにより、ラインカメラ８による撮像をより確実に行いながら、ラインレーザ６とラインカメラ８を効率的に配置することができ、構造物表面検査装置５のコストダウンにつながる。

また、本実施形態の構造物表面検査方法は、（長手方向Ａに延長された）道路４の表面を（長手方向Ａ沿いの）検査車両３の移動に伴って検査するための構造物表面検査方法である。構造物表面検査方法は、ラインレーザ６により、道路４の表面に向けて道路４の短手方向Ｂ（移動方向Ｍと交差する方向）に延びる線状の光を照射するステップを含む。構造物表面検査方法はさらに、ラインカメラ８により、ラインレーザ６によって光が照射されている部分の道路４の表面を道路４の短手方向Ｂ（移動方向Ｍと交差する方向）に沿って撮像するステップを含む。また、ラインレーザ６による光の照射方向Ｃとラインカメラ８による撮像方向Ｄを同一平面Ｐ上に配置している。このように、ラインレーザ６による照射方向Ｃとラインカメラ８による撮像方向Ｄを同一平面Ｐ上に配置することにより、ラインカメラ８による撮像をより確実に行いながら、ラインレーザ６とラインカメラ８を効率的に配置することができ、コストダウンにつながる。

また、本実施形態の構造物表面検査方法は、ラインレーザ６による光の照射方向Ｃとラインカメラ８による撮像方向Ｄとが含まれる平面Ｐと交差する平面Ｑに含まれる方向Ｅから、３Ｄカメラ１０を用いて、ラインレーザ６によって光が照射されている部分の道路４の表面を撮像し、光切断法により３Ｄ画像を生成するステップをさらに含む。このように、ラインレーザ６による照射方向Ｃとは異なる方向Ｅから道路４を撮像することにより、３Ｄカメラ１０による３Ｄ画像の生成が可能となる。また、ラインレーザ６による照射方向Ｃとラインカメラ８による撮像方向Ｄを同一平面Ｐ上に配置しながら、３Ｄカメラ１０は異なる平面Ｑ上に設けることにより、効率的な配置が可能となり、コストダウンにつながる。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、実施形態では、ラインカメラ８に加えて３Ｄカメラ１０を設ける場合について説明したが、このような場合に限らず、３Ｄカメラ１０を省略してもよい。このような場合であっても、ラインレーザ６の照射方向Ｃとラインカメラ８の撮像方向Ｄを同一平面Ｐ上に配置することで、ラインカメラ８による撮像をより確実に行いつつ、効率的なレイアウトが実現可能となり、コストダウンにつながる。

また実施形態では、ラインレーザ６による照射方向Ｃとラインカメラ８による撮像方向Ｄがともに鉛直方向である場合について説明したが、このような場合に限らず、同一平面上にあれば、鉛直方向とは異なる方向に傾斜させてもよい。このように傾斜させた場合であっても、３Ｄカメラ１０による撮像方向をラインレーザ６による照射方向と交差する平面上に設けることにより、３Ｄカメラ１０によって３Ｄ画像を生成することが可能となる

また実施形態では、構造物の一例として道路４の表面を検査する場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、トンネルなど、任意の構造物の表面を検査してもよい。

また実施形態では、ラインレーザ６が道路４の短手方向Ｂに延びる線状の光を照射する場合について説明したが、このような場合に限らない。道路４の短手方向Ｂ以外にも、検査車両３の移動方向Ｍと交差する方向に延びる線状の光を照射すればよい。同様に、ラインスキャンカメラ８および３Ｄカメラ１０も道路４の短手方向Ｂに沿って撮像する場合について説明したが、このような場合に限らない。ラインレーザ６が照射する線状の光が延びる方向、すなわち、検査車両３の移動方向Ｍと交差する方向に沿って撮像すればよい。

また実施形態では、ラインカメラ８および３Ｄカメラ１０のための光源として、レーザを照射するラインレーザ６を採用する場合について説明したが、このような場合に限らない。線状の光を照射するものであれば、例えばラインＬＥＤ照明等の任意の照射部を採用してもよい。

また実施形態では、構造物表面検査装置５の各構成を左右対称に配置する場合について説明したが、このような場合に限らず、各構成を１つのみ設ける場合であってもよい。なお、構造物表面検査装置５の各構成を複数設けることで、分解能を向上させることができる。

本発明は、構造物の表面性状を検査するための構造物表面検査装置およびそれを備える構造物表面検査システム並びに構造物表面検査方法であれば適用可能である。

２ 構造物表面検査システム
３ 検査車両（移動手段）
４ 道路（構造物）
５ 構造物表面検査装置
６、６ａ、６ｂ ラインレーザ
８、８ａ、８ｂ ラインカメラ
１０、１０ａ、１０ｂ ３Ｄカメラ
１２、１２ａ、１２ｂ 取付部材
Ａ 長手方向
Ｂ 短手方向
Ｃ 照射方向
Ｄ 撮像方向
Ｅ 撮像方向
Ｍ 移動方向

Claims (3)

1. 移動手段に搭載され、構造物の表面を移動手段の移動に伴って検査するための構造物表面検査装置であって、
   構造物の表面に向けて移動方向と交差する方向に延びる線状の光を照射する照射部と、
   照射部によって光が照射されている部分の構造物の表面を移動方向と交差する方向に沿って撮像するラインカメラと、を備え、
   照射部による光の照射方向とラインカメラによる撮像方向を同一平面上に配置し、
   照射部によって光が照射されている部分の構造物の表面を撮像して、光切断法により３Ｄ画像を生成する３Ｄカメラをさらに備え、
   ３Ｄカメラによる撮像方向は、照射部による光の照射方向とラインカメラによる撮像方向が含まれる平面と交差する平面上に配置される、構造物表面検査装置。
2. 請求項１に記載の構造物表面検査装置と、
   構造物表面検査装置を搭載した移動手段としての検査車両とを備える、構造物表面検査システムであって、
   検査車両の移動に伴って、検査車両に搭載された構造物表面検査装置を用いて構造物の表面を検査する、構造物表面検査システム。
3. 構造物の表面を移動手段の移動に伴って検査するための構造物表面検査方法であって、
   照射部により、構造物の表面に向けて移動方向と交差する方向に延びる線状の光を照射するステップと、
   ラインカメラにより、照射部によって光が照射されている部分の構造物の表面を移動方向と交差する方向に沿って撮像するステップと、を含み、
   照射部による光の照射方向とラインカメラによる撮像方向を同一平面上に配置し、
   照射部による光の照射方向とラインカメラによる撮像方向とが含まれる平面と交差する平面に含まれる方向から、３Ｄカメラを用いて、照射部によって光が照射されている部分の構造物の表面を撮像し、光切断法により３Ｄ画像を生成するステップをさらに含む、構造物表面検査方法。

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