JPWO2020059475A1 - 穿孔装置及び穿孔方法 - Google Patents

Abstract

本管（１０）内を管長方向に移動する移動体に、赤外線カメラ（１２０）が搭載される。赤外線カメラは枝管（１１）内に投入された熱媒体（１４０）により冷却ないし加熱された管ライニング材（１２）を本管側から撮影する。赤外線カメラで取得された熱画像がリアルタイムで地上の作業トラック（１４）内のディスプレーに動画像として表示される。地上に伝送された熱画像に基づき生成される指令により穿孔刃（２１）が枝管開口部（１１ａ）に位置決めされる。

Description

本発明は、枝管開口部を閉塞している管ライニング材を穿孔する穿孔装置及び穿孔方法に関する。

従来、地中に埋設された下水道管などの既設管が老朽化した場合に、既設管を更生するのに、既設管を管ライニング材でライニングするライニング工法が用いられる。管ライニング材としては、管状の柔軟な不織布からなる樹脂吸収材に未硬化の液状硬化性樹脂を含浸させたライニング材、あるいは硬質の塩ビなど熱可塑性樹脂からなる管ライニング材が用いられる。

下水管などの本管には枝管が合流しているので、管ライニング材で本管をライニングした場合、管ライニング材が枝管合流部分の枝管開口部を塞いでしまう。このため、穿孔機とＴＶカメラを搭載した管内作業ロボットを本管に入れて地上から遠隔操作し、穿孔機のカッター（穿孔刃）を回転して枝管の端部を塞いでいる管ライニング材部分を本管側から穿孔している。

穿孔作業では、穿孔前に、穿孔機のカッターの位置決めを本管の管長方向と周方向及び上下方向のそれぞれについて行う必要があるため、枝管開口部の中心位置を検出し、カッターをこの検出位置に位置決めして穿孔を行っている。

穿孔機のカッターの位置決めに対しては、カッターの左右に設けられたレーザー発射部から発射されたレーザー光を、枝管内に挿入されたカメラで検出する方法が提案されている（下記特許文献１）。

また、管ライニング材が不織布でできている場合には、可視光を透過するので、枝管開口部を閉塞している管ライニング材を枝管内から照明すると、照明光は管ライニング材を透過する。本管内からこの透過光を見ると、本管の内面には、枝管開口部に対応した明るい開口部像が形成されるので、この開口部像に基づいて穿孔位置の位置決めを行うことが行われている（下記特許文献２）。

特開２０００−９７３８８号公報 ＷＯ２０１７/２０３８２３号公報

しかしながら、不織布の管ライニング材が厚くなると、あるいは不織布にガラスファイバーなど強化材が含まれているときは、薄い管ライニング材でも、レーザー光あるいは照明光は透過性が悪くなり、明るい開口部像が得にくいので、特許文献１、２に記載されたような穿孔装置の位置決めが困難になる。また、管ライニング材が塩ビなどでできていると、そもそもレーザー光あるいは照明光は透過しないので、穿孔装置の位置決めが不可能になる。

また、穿孔装置の位置決めは、穿孔装置に搭載されたカメラの撮影画像を地上の作業トラック内のモニターを用いてリアルタイムで観察したり、あるいは撮影画像を画像処理して行われるので、穿孔効率は、撮影画像をどのような方法で伝送するか、あるいはどのような画像処理を行うかにも、依存する。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、枝管開口部が可視光を透過しにくいあるいは可視光を透過しない管ライニング材で塞がれている場合でも、該枝管開口部を安価な方法でしかも効率よく検出して管ライニング材を穿孔することが可能な穿孔装置及び穿孔方法を提供することを課題とする。

本発明は、
管ライニング材で内壁面がライニングされている本管内を走行し、本管と交差する枝管の開口部を閉塞している管ライニング材を穿孔刃により穿孔する穿孔装置であって、
本管内を管長方向に移動する移動体と、
前記移動体に搭載され、枝管内に投入された熱媒体により冷却ないし加熱された管ライニング材を本管側から撮影する赤外線カメラと、
前記赤外線カメラで取得された熱画像を地上に伝送する伝送手段と、
前記地上に伝送された熱画像に基づき生成される指令により穿孔刃を位置決めする位置決め手段と、
を備えることを特徴とする。
また、本発明は、
枝管開口部を閉塞している管ライニング材を穿孔刃を回転させて本管側から穿孔する穿孔方法であって、
管ライニング材により閉塞された枝管内に熱媒体を投入する工程と、
投入された熱媒体により冷却ないし加熱された管ライニング材を赤外線カメラを用いて本管側から撮影する行程と、
赤外線カメラで取得された熱画像に基づき穿孔刃を管ライニング材により閉塞された枝管開口部に位置決めする工程と、
を備えることを特徴とする。

本発明では、枝管内に投入された熱媒体により冷却ないし加熱された管ライニング材の熱画像に基づいて穿孔装置が位置決めされるので、管ライニング材が可視光を透過するだけでなく、可視光を透過しにくい、あるいは透過しない材質でできていても、単に枝管内に熱媒体を投入するだけで、枝管開口部を閉塞する管ライニング材の熱画像を取得でき、本管内での枝管開口部の位置が認識できるので、枝管開口部を閉塞している管ライニング材を効率よく穿孔することが可能になる。

管ライニング材でライニングされた本管内を移動する穿孔装置の構成を概略示した説明図である。 穿孔装置の外観を示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った穿孔装置の縦断面図である。 穿孔装置の上面図である。 車輪ボディーが回動して中間車輪が上昇する過程を示す側面から見たときの説明図である。 穿孔装置の各種機器を駆動、制御する構成を示したブロック図である。 枝管開口部を閉塞する管ライニング材の熱画像の経時変化を示す説明図である。 本管内に搬入された穿孔装置の初期状態を示す説明図である。 本管内で車輪ボディーが回動して中間車輪が本管の管ライニング材上部に接触したときの状態を示す説明図である。 穿孔装置が枝管開口部に移動するとき、赤外線カメラで撮影された枝管開口部を閉塞する管ライニング材の熱画像の位置が変化する状態を説明する説明図である。 穿孔刃を上昇させて管ライニング材を穿孔する状態を示した説明図である。 穿孔刃を本管周方向に回動させて管ライニング材を穿孔する状態を示した説明図である。 穿孔装置がローリングして前進したとき、枝管開口部を閉塞する管ライニング材の熱画像が変位して表示されることを示した説明図である。 穿孔装置を制御する操作ボタンの配列を示した説明図である。

以下、添付図を参照して本発明の実施例を説明する。本実施例では、既設管を下水道の本管とし、該本管を管ライニング材でライニングした後、管ライニング材で塞がれた枝管開口部の管ライニング材を穿孔する例が説明される。しかし、本発明は、下水道だけでなく、その他の管路でライニング後、管ライニング材で塞がれている開口部の管ライニング材を穿孔するものにも適用できる。

図１には、老朽化した下水道の本管１０の内壁面が管ライニング材１２を用いてライニングされた状態が示されている。管ライニング材１２は、管状の柔軟な不織布からなる樹脂吸収材に未硬化の液状硬化性樹脂を含浸させたもので、不織布にガラスファイバーを含ませて強化させたものもある。また、硬質の塩化ビニルでできた管ライニング材を用いて本管１０の内面をライニングすることも行われる。

本管１０には、複数の枝管１１が分岐していて、家庭やビルディングなどの下水が枝管１１を介して本管１０に排出される。本管１０が、図１に図示したように、管ライニング材１２によりライニングされると、開放していた枝管１１の開口部１１ａが管ライニング材１２により塞がれてしまう。穿孔刃２１を搭載した穿孔装置２０は、マンホール１６から本管１０内に搬入され、穿孔刃２１を上昇、回転させて枝管開口部１１ａを閉塞している管ライニング材１２を切削し、穿孔する。

地上の作業トラック１４には、穿孔装置２０を駆動、制御するための電源、油圧ユニット、コントローラー、コンソールなどが搭載され、パイプ１５内に収納された電源線、制御線、油圧配管を介して穿孔装置２０の各種操作機器に電圧、圧油が供給され、また制御信号が送られる。

穿孔装置２０には、赤外線カメラ１２０が搭載されており、赤外線カメラ１２０は、矢印で示したように、地上から枝管１１内に投入され管ライニング材１２上に堆積する水、冷却水、ドライアイス、熱湯などの熱媒体１４０により冷却あるいは加熱された枝管開口部１１ａの管ライニング材１２を赤外線サーモグラフィを用いて撮影する。

穿孔装置２０には、さらに穿孔刃２１周辺を撮影する可視光カメラ１３０が搭載される。赤外線カメラ１２０並びに可視光カメラ１３０の撮影光軸は、穿孔刃２１の上部近辺に向けられており、赤外線カメラで取得された枝管開口部１１ａの熱画像並びに可視光カメラ１３０で取得された穿孔刃２１の画像は、後述するように、コントローラー１３２、ＬＡＮケーブルなどを介してリアルタイムでライブ配信され、動画像として作業トラック１４内のディスプレーに表示される。

図２〜図４には、穿孔装置２０が斜視図、断面図、上面図として図示されている。穿孔装置２０は、前方フレーム４１と、前方フレーム４１に一端が固定された互いに平行な側方フレーム４２、４３を備えた車台４０を有する。側方フレーム４２、４３には、水平方向に延びるスロット４２ａ、４３ａが形成され、スロット４２ａ、４３ａの幅方向（垂直方向）中心は側方フレーム４２、４３の幅方向中心に一致している。

穿孔装置２０は、ホルダー２２に支持され穿孔刃２１を回転させる油圧モーターとして構成された穿孔モーター２３と、ホルダー２４に支持され穿孔刃２１を垂直方向に昇降させる油圧シリンダーとして構成された昇降シリンダー２５を有する。ホルダー２２の上部は、昇降シリンダー２５のピストン２５ａの先端に結合され、ホルダー２２の下方部には、ホルダー２４に固定されたガイド２７に沿って移動が案内される横板２６が取り付けられる。昇降シリンダー２５を駆動してピストン２５ａを上下動させると、ピストン２５ａに結合されたホルダー２２がガイド２７に沿って上下し、穿孔刃２１が昇降する。

ホルダー２４は、穿孔刃２１と反対側が中空円柱部２４ａとなっていて、図３に示したように、この円柱部２４ａに、油圧モーターとして構成されたロータリーアクチュエーター３０の回転シャフト３０ａが圧入される。ホルダー２４の円柱部２４ａは、フランジ３３を備えた滑り軸受け３２により軸受され、ロータリーアクチュエーター３０が駆動されると、昇降シリンダー２５並びに穿孔モーター２３は、ロータリーアクチュエーター３０の回転軸ｖ１を中心に回転し、穿孔刃２１の回転軸（穿孔モーター２３の回転軸２３ａ）がロータリーアクチュエーター３０の回転軸ｖ１を中心に本管周方向に回転する。これにより、穿孔刃２１が回転軸ｖ１を中心に本管周方向に回転する。

ロータリーアクチュエーター３０には、フランジ３１が取り付けられ、このフランジ３１と滑り軸受け３２のフランジ３３間に車台４０の前方フレーム４１を挟持してフランジ３１、３３を多箇所でボルト締めすることにより、ロータリーアクチュエーター３０、昇降シリンダー２５、並びに穿孔モーター２３を車台４０に取り付けることができる。

車台４０の側方フレーム４２、４３間には、車台４０の前方に配置される車輪ボディー５０と、後方に配置される車輪ボディー７０が支持される。車輪ボディー５０は、その一端両側に、前輪となる走行車輪５１、５２が取り付けられ、中央部両側には、側方フレーム４２、４３に形成されたスロット４２ａ、４３ａ内に嵌入してスライドするピン５３、５４がそれぞれ固定される。車輪ボディー５０は、両側方フレーム間でピン５３、５４を中心に回動できるように支持される。

車輪ボディー５０は、ボルト締めして結合できる同形状の２つの半体５０ａ、５０ｂからなっており、内部は空洞となっていてそこに電動モーター（ＤＣモーター）からなる走行モーター５５が取り付けられる。走行モーター５５は、ギアボックス５６を介して走行車輪５１、５２を取り付けた車軸５７を回転させ、走行車輪５１、５２を回転させる。

車輪ボディー７０は、車輪ボディー５０と同様な構成であり、車輪ボディー７０の一端両側には、後輪となる走行車輪７１、７２が取り付けられ、中央部両側に固定されたピン７３、７４を中心に両側方フレーム間で回動できるように支持される。

車輪ボディー５０、７０のピン５３、５４、７３、７４は、それぞれピン中心がロータリーアクチュエーター３０の回転軸ｖ１と同じ高さにあって、回転軸ｖ１を通る水平面に位置するように、各車輪ボディーに取り付けられる。

車輪ボディー７０は、２つの半体７０ａ、７０ｂからなっており、内部は空洞となっていてそこに電動モーター（ＤＣモーター）からなる走行モーター７５が取り付けられる。走行モーター７５は、ギアボックス７６を介して走行車輪７１、７２を取り付けた車軸７７を回転させ、走行車輪７１、７２を回転させる。

図４に示したように、車輪ボディー５０の他端で側方フレーム４２側には、車軸６０が固定されたアーム６１が一体的に取り付けられる。車軸６０の側方フレーム４２に向かう端部には、中間車輪６２が回転自在に取り付けられ、車軸６０の他方端部には、車輪ボディー７０に固定されたアーム７８と一体に結合されたアーム７９が回動自在に取り付けられ、車輪ボディー５０、７０の他端一方側が車軸６０を介して回動可能に結合される。

同様に、車輪ボディー５０の他端で側方フレーム４３側には、車軸６０と同形状の車軸６３が固定されたアーム６４が一体的に取り付けられる。車軸６３の側方フレーム４３に向かう端部には、中間車輪６５が回転自在に取り付けられ、車軸６３の他方端部には、車輪ボディー７０に固定されたアーム８０と一体に結合されたアーム８１が回動自在に取り付けられ、車輪ボディー５０、７０の他端他方側が車軸６３を介して回動可能に結合される。

また、図３に図示したように、側方フレーム４３側にあるピン５４は、その中心が走行車輪５２の中心（車軸５７の軸中心）と中間車輪６５の中心（車軸６３の軸中心）を結ぶ線の中点に位置するように、車輪ボディー５０に取り付けられる。また、側方フレーム４３側にあるピン７４は、その中心が走行車輪７２の中心（車軸７７の軸中心）と中間車輪６５の中心（車軸６３の軸中心）を結ぶ線の中点に位置するように、車輪ボディー７０に取り付けられる。

側方フレーム４２側にあるピン５３の位置に関しても、ピン５４と同様であり、ピン５３は、その中心が走行車輪５１の中心（車軸５７の軸中心）と中間車輪６２の中心（車軸６０の軸中心）を結ぶ線の中点に位置し、ピン７３は、その中心が走行車輪７１の中心（車軸７７の軸中心）と中間車輪６２の中心（車軸６０の軸中心）を結ぶ線の中点に位置している。

両側の中間車輪６２、６５並びに第１と第２の車輪ボディー５０、７０の走行車輪５１、５２、７１、７２は、図４に示すように、全て同径、同形状で、側方フレーム４２側の中間車輪６２並びに走行車輪５１、７１の車輪面（中央車輪面）がそれぞれ同じ垂直面ｐ１上にあり、側方フレーム４３側の中間車輪６５並びに走行車輪５２、７２の車輪面（中央車輪面）がそれぞれ同じ垂直面ｐ２上にあるように、取り付けられる。また、ロータリーアクチュエーター３０は、その回転軸ｖ１が垂直面ｐ１、ｐ２間の中心を通る垂直面ｐ０上に位置するように、取り付けられる。

車輪ボディー５０、７０間には、図４に示したように、クランプシリンダー８２が配置され、クランプシリンダー８２のピストン８２ａが車輪ボディー５０に結合され、シリンダー部が車輪ボディー７０に結合される。

車台４０並びに走行車輪５１、５２、７１、７２は、本管１０内を管長方向に走行する移動体を構成し、この移動体に赤外線カメラ１２０、可視光カメラ１３０並びにコントローラー１３２が搭載される。赤外線カメラ１２０は、ホルダー１２１に収納され、このホルダー１２１が車台４０の側方フレーム４２、４３の上部に取り付けられた支持台１２２の両アーム間に支持される。赤外線カメラ１２０は、支持台１２２の両アームの上部に取り付けられた調節部材１２３により撮影光軸が穿孔刃２１の上部に向くようにその傾斜角度が調節される。

赤外線カメラ１２０は非冷却型赤外線カメラで、赤外線レンズ１２４とデジタルカメラレンズ１２５が取り付けられ、その背面にディスプレーを有している。ディスプレー上には、赤外線レンズ１２４で撮影された熱画像とデジタルカメラレンズ１２５で撮影された可視画像を重ね合わせて表示することができる。このような赤外線カメラは、例えば、「赤外線サーモグラフィＦＬＩＲ Ｃ２」の型番で入手することができる。あるいは赤外線カメラ１２０は、「Ｆｌｉｒ Ｌｅｐｔｏｎ（登録商標）」の名称で販売されている小型のサーモグラフィカメラモジュールとすることができる。

可視光カメラ１３０は、側方フレーム４２、４３を跨ぐ支持台１３１の中央部に撮影光軸が穿孔刃２１の上部に向くように、回動可能に支持され、支持台１３１上にコントローラー１３２が取り付けられる。可視光カメラ１３０は、ＵＳＢカメラあるいはコントローラー１３２専用のカメラである。穿孔刃２１の周辺部を撮影できるように、そこに向けて可視光を発光する照明ランプ１３３が支持台１３１に取り付けられる。

コントローラー１３２は、例えばＲａｓｐｂｅｒｒｙＰ３モデルＢあるいは同等の性能を備えたコントローラーで、赤外線カメラ１２０で取得された熱画像並びに可視光カメラ１３０で取得された穿孔刃２１周辺の画像をリアルタイムで動画像としてライブ配信することができる。なお、赤外線カメラ１２０、可視光カメラ１３０、コントローラー１３２は、断面図示が困難なので、図３の断面図では、図示が省略され、また図４の上面図では、内部構造を図示するために、これらの図示が省略されている。

クランプシリンダー８２を駆動すると、第１と第２の車輪ボディー５０、７０間に引力ないし反発力が発生する。この力で、ピン５３、５４が側方フレーム４２、４３のスロット４２ａ、４３ａ内を移動するので、ピン７３、７４との距離が伸縮し、車輪ボディー５０、７０が車軸６０、６３を支点として回動し車輪ボディー５０、７０のロータリーアクチュエーター３０の回転軸ｖ１に対する傾斜角度が変化する。図５には、このときの動作が線画として模式的に図示されている。図５は、側方フレーム４３側の半径ｒ１の走行車輪５２、７２、中間車輪６５の動作を示すが、側方フレーム４２側の走行車輪５１、７１、中間車輪６２の動作に関しても同様である。

最初、クランプシリンダー８２は駆動されず、図５の上段に示したように、ピン５４がスロット４３ａの最右端位置にある。ロータリーアクチュエーター３０の回転軸ｖ１と、ピン５４、７４のピン中心は、同じ高さで回転軸ｖ１と同じ高さにある。また、走行車輪５２の中心（車軸５７の軸中心）と中間車輪６５の中心（車軸６３の軸中心）を結ぶラインｓ１、走行車輪７２の中心（車軸７７の軸中心）と中間車輪６５の中心（車軸６３の軸中心）を結ぶラインｓ２、並びに各ピン５４、７４の中心を結ぶラインｓ３も、回転軸ｖ１と同じ高さにある。

クランプシリンダー８２を駆動すると、図５の中段に示したように、ピン５４がスロット４３ａ内を左方向に移動するので、ピン５４、７４間の距離が縮小し、車輪ボディー５０、７０が車軸６３を支点として回動する。ラインｓ１、ｓ２のラインｓ３に対する傾斜角度が大きくなり、中間車輪６５と側方フレーム４３が持ち上がる。ピン５４の中心がラインｓ１の中点にあり、ピン７４の中心がラインｓ２の中点にあることから、走行車輪５２、７２のラインｓ３からの垂直下方移動量は、中間車輪６５のラインｓ３からの垂直上方移動量と同じ値ｒ２になる。

車輪ボディー５０、７０間にさらに引力を発生させると、図５の下段に示したように、ピン５４がスロット４３ａの最左端まで移動してラインｓ１、ｓ２のラインｓ３に対する傾斜角度が更に大きくなる。この場合も、ピン５４の中心がラインｓ１の中点にあり、ピン７４の中心がラインｓ２の中点にあることから、走行車輪５２、７２のラインｓ３からの垂直下方移動量は、中間車輪６５のラインｓ３からの垂直上方移動量と同じ値ｒ３になる。

上述した関係は、車輪ボディー５０、７０間に反発力を作用させて車輪ボディー５０、７０を逆方向に回動させても同じであり、ピン５４がスロット４３ａ内のどの位置にあっても、中間車輪６２、６５と走行車輪５１、５２、７１、７２は回転軸ｖ１より垂直方向に同距離離間する。

図６には、穿孔装置２０に搭載された穿孔モーター２３、昇降シリンダー２５、クランプシリンダー８２、ロータリーアクチュエーター３０の油圧機器、並びに走行モーター５５、７５を駆動、制御する回路、並びに穿孔装置２０とのネットワーク構成が図示されている。

図６の上部には、油圧回路が図示されており、油圧ユニット１００からリリーフ弁１０１を介して流れる圧油は、方向切替弁１０４を介して穿孔モーター２３に供給されて、穿孔刃２１を両方向に回転させる。圧油は、さらに絞り弁１０３で流量が調節され、方向切替弁１０４を介して昇降シリンダー２５、クランプシリンダー８２、ロータリーアクチュエーター３０に供給され、それぞれ穿孔刃２１を昇降させ、車輪ボディー５０、７０を回動させ、穿孔刃２１を回動させる。なお、ロータリーアクチュエーター３０には、コントローラー１１０からの信号でレギュレータ１０２により減圧された圧油が供給される。また、方向切替弁１０４は、コントローラー１１０によりそれぞれ個別に制御されるが、図６では、簡略して１本の制御線でその制御が図示されている。

コントローラー１１０には、コンソール１１１が接続され、油圧の調整、方向切替弁の切替など、油圧機器を駆動、制御する信号をコントローラー１１０に入力することができ、また油圧機器を制御するデータなどがモニター１１５に表示される。

作業トラック１４内には、無線ルーター１４５が設置されており、穿孔装置２０のコントローラー１３２との間でネットワークが構築され、コントローラー１３２をサーバーとして機能させることができる。赤外線カメラ１２０と可視光カメラ１３０で取得された画像はＬＡＮケーブル１３４を介して伝送され、無線ルーター１４５と通信できるコンピュータ１４１、タブレット１４３、スマートフォン１４４にリアルタイムに動画配信される。配信された動画像は、コンピュータ１４１のディスプレー１４２、あるいはタブレット１４３、スマートフォン１４４のディスプレーに表示される。

コントローラー１３２はサーバー機能を有するので、コンピュータ１４１、タブレット１４３、あるいはスマートフォン１４４にインストールされているブラウザーからコントローラー１３２にアクセスし、車輪ボディー５０、７０に内蔵された走行モーター５５、７５を制御することができる。走行モーター５５、７５は、コンピュータ１４１のディスプレー１４２、あるいはタブレット１４３、スマートフォン１４４のディスプレーに表示される前進ボタン１４２ａ、停止ボタン１４２ｂ、後進ボタン１４２ｃ（図１２）をクリックすることにより出力される指令により走行車輪５１、５２、７１、７２を同期して正回転あるいは逆回転させ、あるいは停止させることができる。指令は、アンプ１１２で増幅されてパルス幅変調器（ＰＷＭ）１１３に入力され、パルス幅が変調されるので、走行車輪５１、５２、７１、７２はそのパルス幅に応じた速度で回転される。

なお、各図において、穿孔モーター２３、昇降シリンダー２５、クランプシリンダー８２、ロータリーアクチュエーター３０に接続される油圧ホース、走行モーター５５、７５を駆動する電源ケーブル、ＬＡＮケーブル１３４などは、図示が煩雑になるので、図示が省略されている。

次に、このように構成された穿孔装置を本管内に搬送して管ライニング材を穿孔する動作を説明する。

本管１０は、上述したように、不織布あるいは塩化ビニルなどからなる管ライニング材１２でライニングされる。枝管開口部１１ａの位置を検出するために、地上から枝管１１内に水、冷却水、ドライアイス、熱湯などの熱媒体１４０が投入される。熱媒体１４０が、水、冷却水や熱湯などの液体の場合には、枝管開口部１１ａと管ライニング材１２との隙間から漏水する恐れがあるので、ビニール袋に、水、冷却水あるいは熱湯を入れて投入するようにする。

図７は、赤外線カメラ１２０による枝管開口部１１ａを閉塞する管ライニング材１２の熱画像１５０の経時変化を示す。この熱画像は、ストリーミングプロトコルでコンピュータ１４１のディスプレー１４２に静止画像あるいは動画像として表示することができる。上段に示すように、熱媒体１４０の投入直後の画像には、熱変化はないが、数分後には、中段に示すように、熱画像１５０が輪郭を持った湾曲した像として現れ、１０分も経過すれば、下段に示すように、熱媒体１４０の熱に応じた枝管開口部１１ａの輪郭を示す着色熱画像が得られる。なお、赤外線カメラ１２０の熱分解能、あるいは熱媒体１４０の種類あるいはその管ライニング上の着地状況、あるいは枝管開口部と管ライニング材の隙間によっては、輪郭内に異なる熱分布を示す像が現れたり、輪郭が２重になったりする場合があるが、すくなくとも数分後には枝管開口部１１ａの概略輪郭を示す熱画像１５０を取得することができる。

穿孔装置２０は、車輪ボディー５０、７０が水平になった状態で、マンホール１６から本管１０内に搬入される。図８ａに図示したように、ロータリーアクチュエーター３０は、その回転軸ｖ１が、垂直面ｐ１、ｐ２間の中心を通る垂直面ｐ０上にあって、両側の走行車輪５１、５２の管ライニング材１２の各接触点ｖ２から垂直面ｐ０への水平方向距離がいずれも等しい値ｄ１になる。

続いて、クランプシリンダー８２を駆動して、車輪ボディー５０、７０間に引力を発生させ、車輪ボディー５０、７０を回動させ、図８ｂに示したように、中間車輪６２、６５を管ライニング材１２の上部に接触させ、その状態を保持する。

この状態で、中間車輪６２、６５の垂直上方移動量をｒ４とすると、図８ｂに示したように、走行車輪５１、５２（図８ｂでは不可視であるが走行車輪７１、７２）の管ライニング材接触点ｖ２から回転軸ｖ１を通る水平面までの垂直方向距離と、中間車輪６２、６５の管ライニング材接触点ｖ３から同水平面までの垂直方向距離は、それぞれｒ１＋ｒ４となり、各車輪の管ライニング材接触点ｖ２、ｖ３からロータリーアクチュエーター３０の回転軸ｖ１への径方向距離はいずれも等しくなっているので、ロータリーアクチュエーター３０の回転軸ｖ１は、本管１０の管中心軸１０ａ（図１）と一致する。このように、本実施例では、本管１０の管径が変化しても、中間車輪６２、６５が管ライニング材１２の上部に接触したときには、自動的にロータリーアクチュエーター３０の回転軸ｖ１を本管１０の管中心軸１０ａと一致させることができ、自動センタリングが行われる。

この状態で、走行モーター５５、７５を駆動し、穿孔装置２０を前進させたとき、コンピュータ１４１のディスプレー１４２上に表示される赤外線カメラ１２０による熱画像１５０と可視光カメラ１３０による穿孔刃２１の画像２１’が図９に図示されている。なお、穿孔刃２１の画像２１’がディスプレー１４２のほぼ中央に表示されるように可視光カメラ１３０の位置を予め調整しておく。

穿孔装置２０が前進して、その穿孔刃２１が枝管開口部１１ａに近づくと、図９の最上段に示したように、枝管開口部１１ａの熱画像１５０の一部がディスプレー１４２の下方部に表示される。以降、穿孔装置２０が前進するにつれて、熱画像１５０は順次拡大されながら上部に移動し、図９の最下段に示したように、熱画像１５０と穿孔刃２１の画像２１’がマッチングしたとき、つまり熱画像１５０内に穿孔刃２１の画像２１’が内包された状態となったときに、走行モーター５５あるいは７５を停止する。このとき、図１０ａに示したように、昇降シリンダー２５を駆動して穿孔刃２１を上昇させ、回転する穿孔刃２１により枝管開口部１１ａを閉塞している本管１０のライニング材１２を切削する。

穿孔刃２１の径は枝管開口部１１ａの径より小さく、この１回の動作で管ライニング材を全部切削できない場合は、一度穿孔刃２１を下降させ、図１０ｂに示したように、穿孔刃２１をロータリーアクチュエーター３０の回転軸ｖ１を中心に回動させ、管ライニング材１２を切削する。このとき、ロータリーアクチュエーター３０の回転軸ｖ１が本管１０の管中心軸１０ａと一致しているので、穿孔刃２１の本管周方向回動に偏心がなく、本管周方向の切削を円滑に行うことができる。なお、穿孔時には、中間車輪６２、６５を強く管ライニング材１２に押し当て穿孔装置２０を安定させるようにする。

なお、熱画像１５０と穿孔刃２１の画像２１’のマッチング精度を向上させるために、図１２に図示したように、前進、後進を微調節する操作ボタン１４２ｄ、１４２ｅを設けるようにする。

操作ボタン１４２ｄを１回押すごとに、走行モーター５５を微小時間回転し、穿孔刃２１を微小距離前進させ、また、操作ボタン１４２ｅを１回押すごとに、走行モーター７５を微小時間回転し穿孔刃２１を微小距離後進させる。これにより、穿孔刃２１は微小距離ずつ前後動するので、マッチング精度を高めることができる。

穿孔装置２０が本管１０の管軸周りに回動してローリングした状態で本管内を移動する場合には、図１１に示したように、枝管開口部１１ａの熱画像１５０と穿孔刃２１の画像２１’はマッチングしないので、穿孔刃２１を本管周方向に回動させる必要がある。このような場合には、ロータリーアクチュエーター３０を時計方向あるいは反時計方向に回転させて両画像をマッチングさせる。ロータリーアクチュエーター３０も、時計方向、反時計方向、回転停止の各ボタン並びに各方向の微小量回転ボタンを設け、走行モーター５５、７５の回転と同様に、回転させてマッチング精度を向上させることができる。

上述した実施例では、車輪ボディーを回動させるのに、油圧シリンダーを用いているが、引きばねの一端を一方の車輪ボディーに取り付け、他端を他方の車輪ボディーに取り付けて、両車輪ボディーを回動させるようにしてもよい。また、上述した実施例では、ロータリーアクチュエーター３０は油圧モーターであったが、ステッピングモーターやサーボモーターであってもよい。また、穿孔モーター２１に、電動モーターあるいはエアモーターを用いるようにしてもよい。また、穿孔装置に搭載される穿孔刃は、上面にビットを有する径の大きな円柱状の穿孔刃２１であったが、径の小さなロッド状のミリングビットであってもよい。

上述した実施例では、赤外線カメラ１２０による熱画像と、可視光カメラ１３０による画像を個々に伝送したが、赤外線カメラ１２０が背面にディスプレー付きのカメラである場合には、ディスプレーに表示される熱画像を可視光カメラ１３０で撮影して、枝管開口部１１ａの熱画像１５０と穿孔刃２１の周辺画像を一つの動画像として伝送するようにしてもよい。

上述した実施例では、走行モーター５５、７５を穿孔装置２０に搭載したコントローラー１３２で制御したが、作業トラック１４に搭載されたコントローラー１１０で制御するようにしてもよい。この場合には、図１２に図示した操作ボタンはコントローラー１１０に接続されたコンソール１１１に配置するようにする。

穿孔装置は、上述した実施例のものに限定されるものでなく、特許文献１、２に記載されたような穿孔刃を管長方向と周方向並びに上下方向に移動させる穿孔装置も含むものである。また、本管内を管長方向に移動する移動体は、実施例に記載されたような走行車輪を備えたものだけでなく、移動体の前後にワイヤを接続して、地上から前後のワイヤをウインチなどで巻き上げて移動体を本管内で前後させるものも含むものである。

１０ 本管
１１ 枝管
１２ 管ライニング材
１４ 作業トラック
２０ 穿孔装置
２１ 穿孔刃
２３ 穿孔モーター
２５ 昇降シリンダー
３０ ロータリーアクチュエーター
４０ 車台
４１ 前方フレーム
４２、４３ 側方フレーム
５０ 車輪ボディー
５１、５２ 走行車輪
５３、５４ ピン
５５ 走行モーター
５７、６０ 車軸
６２、６５ 中間車輪
７０ 車輪ボディー
７１、７２ 走行車輪
７３、７４ ピン
７５ 走行モーター
７７ 車軸
８２ クランプシリンダー
１００ 油圧ユニット
１１０ コントローラー
１１１ コンソール
１２０ 赤外線カメラ
１３０ 可視光カメラ
１３１ 支持台
１３２ コントローラー
１３３ 照明ランプ
１４０ 熱媒体
１５０ 熱画像

Claims (10)

1. 管ライニング材で内壁面がライニングされている本管内を走行し、本管と交差する枝管の開口部を閉塞している管ライニング材を穿孔刃により穿孔する穿孔装置であって、
   本管内を管長方向に移動する移動体と、
   前記移動体に搭載され、枝管内に投入された熱媒体により冷却ないし加熱された管ライニング材を本管側から撮影する赤外線カメラと、
   前記赤外線カメラで取得された熱画像を地上に伝送する伝送手段と、
   前記地上に伝送された熱画像に基づき生成される指令により穿孔刃を位置決めする位置決め手段と、
   を備えることを特徴とする穿孔装置。
2. 前記熱媒体が水、冷却水、ドライアイス、又は熱湯であることを特徴とする請求項１に記載の穿孔装置。
3. 前記移動体に穿孔刃周辺を撮影する可視光カメラが搭載され、該可視光カメラで取得された穿孔刃の画像と赤外線カメラで取得された熱画像のマッチングにより穿孔刃の位置決めが行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の穿孔装置。
4. 前記穿孔刃周辺が可視光を発光する照明ランプにより照明されることを特徴とする請求項３に記載の穿孔装置。
5. 前記移動体にサーバー機能を有するコントローラーが搭載され、該コントローラーと地上のコンピュータとでネットワークが構築され、前記赤外線カメラで取得された熱画像と可視光カメラで取得された画像がライブ配信によりコンピュータに接続されたディスプレーにリアルタイムで表示されることを特徴とする請求項３又は４に記載の穿孔装置。
6. 前記コントローラーが移動体の移動を制御することを特徴とする請求項５に記載の穿孔装置。
7. 枝管開口部を閉塞している管ライニング材を穿孔刃を回転させて本管側から穿孔する穿孔方法であって、
   管ライニング材により閉塞された枝管内に熱媒体を投入する工程と、
   投入された熱媒体により冷却ないし加熱された管ライニング材を赤外線カメラを用いて本管側から撮影する行程と、
   赤外線カメラで取得された熱画像に基づき穿孔刃を管ライニング材により閉塞された枝管開口部に位置決めする工程と、
   を備えることを特徴とする穿孔方法。
8. 前記熱媒体が水、冷却水、ドライアイス、又は熱湯であることを特徴とする請求項７に記載の穿孔方法。
9. 前記水、冷却水又は熱湯がプラスチック袋に入れられ、該プラスチック袋が枝管内に投入されることを特徴とする請求項７又は８に記載の穿孔方法。
10. 前記移動体に穿孔刃周辺を撮影する可視光カメラが搭載され、該可視光カメラで取得された穿孔刃の画像と赤外線カメラで取得された熱画像のマッチングにより穿孔刃の位置決めが行われることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の穿孔方法。

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