WO2017203823A1 - 穿孔装置及び穿孔方法 - Google Patents

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WO2017203823A1
WO2017203823A1 PCT/JP2017/012789 JP2017012789W WO2017203823A1 WO 2017203823 A1 WO2017203823 A1 WO 2017203823A1 JP 2017012789 W JP2017012789 W JP 2017012789W WO 2017203823 A1 WO2017203823 A1 WO 2017203823A1
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drilling
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神山　隆夫
加藤　卓
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株式会社湘南合成樹脂製作所
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    • F16L2101/00—Uses or applications of pigs or moles
    • F16L2101/10—Treating the inside of pipes

Definitions

  • the present invention relates to a drilling apparatus and a drilling method for drilling a pipe lining material closing a branch pipe opening.
  • a lining method for lining an existing pipe with a pipe lining material when an existing pipe such as a sewer pipe buried underground is aged is known.
  • the pipe lining material is made by impregnating an uncured liquid curable resin into a resin absorbent material made of a tubular flexible nonwoven fabric corresponding to the shape of an existing pipe.
  • the outer peripheral surface of the resin absorbent material is a highly airtight plastic.
  • a film is affixed.
  • the pipe lining material is inserted into the existing pipe by the reversal method or the pull-in method, and the liquid curable resin is heated and cured while being pressed against the inner peripheral surface of the existing pipe, whereby the lining is performed.
  • the branch pipes are joined to the main pipe such as a sewer pipe
  • the pipe lining material blocks the opening at the end of the junction of the branch pipes.
  • a work robot equipped with a drilling machine and a TV camera is inserted into the main pipe and remotely operated from the ground, and the pipe lining material that blocks the branch pipe opening by rotating the drilling machine (piercing blade) is rotated.
  • Patent Document 1 discloses that a cap member made of a conductive or magnetic material is attached to a branch opening of a branch pipe and a main pipe, and after the main pipe lining, the detecting means of the mobile robot in the pipe Describes a method of detecting a place where the change in the permittivity or permeability of the cap member is maximum as an opening of the branch pipe, and punching the opening of the branch pipe closed by the lining material of the main pipe.
  • Patent Document 2 a magnetism generating member is arranged on the side of the branch pipe, and a magnetism detection unit is moved along the lined main pipe to detect magnetism from the magnetism generating member, and the branch pipe and the main pipe are detected.
  • the structure which detects the branch opening part of this and cuts the lining material of this opening part is described.
  • Patent Document 3 describes a configuration in which a marker made of a coil and a resonator is embedded concentrically with a tube axis of a branch pipe, and a loop antenna mounted on a drilling robot excites the marker after main pipe lining. .
  • the marker when the loop antenna approaches the branch opening, the marker resonates at the resonance frequency, and the position where the reception level of the resonance signal is minimum is specified as the center position of the branch opening, and the drilling operation is performed.
  • JP 2002-22062 A JP 2008-142827 A JP-A-7-88915
  • Patent Document 1 it is necessary to prepare a cap member made of a conductive or magnetic material.
  • the detecting means has a change in the permittivity or permeability of the cap member. There is a drawback that the maximum point cannot be detected accurately.
  • Patent Document 2 it is necessary to attach the magnetism generating member so as to coincide with the axis of the branch pipe, and since the positioning is incomplete, the center of the branch opening of the branch pipe and the main pipe is accurately specified. There is a drawback that it is difficult.
  • Patent Document 3 a piezoelectric vibrator such as a quartz crystal vibrator is required for manufacturing a marker, and the excitation signal from the marker is not sharp, and it is difficult to specify the center position of the branch opening. , There is a drawback.
  • any patent document since the marker (mark) for perforation is detected by moving the sensor in the pipe length direction of the main pipe, if the mounting position of the marker is shifted in the circumferential direction of the main pipe, The marker could not be detected, and the detection had to be performed again by moving the sensor in the circumferential direction, resulting in a decrease in drilling efficiency.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and the pipe lining material is perforated by detecting the branch pipe opening blocked by the pipe lining material in an inexpensive manner and efficiently. It is an object of the present invention to provide a drilling device and a drilling method that can be used.
  • the present invention Main pipe lining material in which an opening image corresponding to the branch pipe opening is formed on the inner surface of the pipe lining material by the illumination light from the branch pipe passing through the pipe lining material closing the branch pipe opening.
  • a drilling device for drilling from the side A rotatable drilling blade for drilling pipe lining material;
  • a working robot that moves the inside of the main pipe in the pipe length direction by mounting the drilling blade so as to be able to turn in the circumferential direction around an axis extending in the main pipe length direction;
  • a plurality of photodetectors arranged in the circumferential direction of the main tube, a photodetector for scanning the aperture image in the tube length direction to detect the contour point, and an aperture based on the contour point detected by the photodetector
  • Image generating means for generating a two-dimensional image showing the outline of the partial image;
  • Calculating means for calculating the amount of displacement in the tube length direction and the circumferential direction between the center position of the generated two-dimensional image and the axial center position
  • the present invention also provides: Main pipe lining material in which an opening image corresponding to the branch pipe opening is formed on the inner surface of the pipe lining material by the illumination light from the branch pipe passing through the pipe lining material closing the branch pipe opening.
  • a drilling method for drilling from the side A step of moving a work robot mounted in a main pipe length direction so that a rotatable drilling blade for drilling a pipe lining material can be turned around an axis extending in the main pipe length direction; Scanning the opening image formed on the inner surface of the tube lining material by the illumination light with a photodetector in which a plurality of photodetecting elements are arranged in the circumferential direction of the main tube, and detecting the contour points; A two-dimensional image indicating the contour of the opening image is generated based on the detected contour point, and the main pipe length direction and the circumference between the center position of the generated two-dimensional image and the axial center position of the rotation axis of the drilling blade Calculating the direction displacement amount; Drilling the pipe lining material by moving
  • the opening image is scanned in the main tube length direction by a photodetector in which a plurality of photodetecting elements are arranged in the main tube circumferential direction to generate a two-dimensional image indicating the contour, and the generated two-dimensional image
  • the amount of displacement in the main pipe length direction and the circumferential direction between the center position of the center and the axial center position of the rotary shaft of the drilling blade is calculated. Accordingly, it is possible to obtain the positional deviation amount in the tube length direction and the circumferential direction with respect to the opening image of the drilling blade with a simple configuration, and it is possible to accurately position the drilling blade.
  • an existing pipe is a main pipe of a sewer, and after lining the main pipe with a pipe lining material, a branch pipe opening blocked by the pipe lining material is drilled.
  • the example can be applied not only to the sewer system but also to the case of drilling an opening portion which is closed by a pipe lining material after lining in another pipe line.
  • FIG. 1 shows a state in which the inner surface of an old sewer main pipe 11 is lined with a pipe lining material 13.
  • this lining is performed by guiding the pipe lining material 13 into the main pipe 11 by the reversing method or the pulling method and pressing the pipe lining material 13 on the inner surface of the main pipe.
  • the pipe lining material 13 is obtained by impregnating a resin absorbent material made of a tubular flexible nonwoven fabric with an uncured liquid curable resin.
  • the resin is a thermosetting resin
  • it is pressed against the inner surface of the main pipe.
  • the pipe lining material 13 is heated and the resin is a photocurable resin, the pipe lining material 13 is cured by irradiating with ultraviolet rays, and the inner surface of the main pipe 11 is lined.
  • a plurality of branch pipes 12 branch to the main pipe 11, and sewage such as homes and buildings is discharged to the main pipe 11 through the branch pipe 12. As shown in FIG. 1, when the main pipe 11 is lined with the pipe lining material 13, the opening 12 a of the open branch pipe 12 is blocked by the pipe lining material 13. *
  • FIG. 2 shows a perforating apparatus for perforating a branch pipe opening that is thus blocked by the pipe lining material 13.
  • the drilling apparatus includes a work robot 20 that moves in the main pipe 11 in the pipe length direction (horizontal direction), and a drilling blade 28 is mounted on the work robot 20.
  • the work robot 20 has four wheels, and is driven by driving a motor 21 mounted in the work robot 20 or by winding a wire (not shown) coupled to the front and rear of the work robot 20 with a winch on the ground. It can move back and forth in the tube length direction.
  • the TV camera 27 is attached to the upper part of the work robot 20, and the inside of the main illuminated by the lighting device (not shown) attached to the side surface is photographed by the TV camera 27.
  • the photographed image is displayed on the display 52 (FIG. 10) in the work track 14 installed on the ground via the signal cable in the cable pipe 15 so that the operator can observe the inside of the main pipe. .
  • a motor 22 is attached to the front position of the work robot 20 at the center position in the left-right direction (main pipe circumferential direction).
  • a support plate 24 is attached to the tip of the motor 22 via a mount 23, and a hydraulic cylinder 25 having a disk-shaped head 25 a on the upper side is fixed to the support plate 24.
  • a cylindrical drilling blade 28 having a blade surface 28a having a number of bits arranged in a circle and a rotating shaft 28b is attached to the head 25a of the hydraulic cylinder 25 in the vertical direction, and a motor 26 that rotates the drilling blade 28 is provided.
  • the rotary shaft is mounted coaxially with the piston rod of the hydraulic cylinder 25.
  • the motor 22 has a rotating shaft 22a extending in the length direction of the main pipe parallel to the pipe axis 11a of the main pipe 11, and when the work robot 20 takes a normal position in the main pipe, for example, the rotating shaft 22a is It is attached to the work robot 20 so as to be coaxial with the tube axis 11a of the tube 11 (FIG. 4).
  • the drilling blade 28 turns in the main pipe circumferential direction about the pipe shaft 11a extending in the pipe length direction.
  • the drilling blade 28 has an outer diameter d1 of the blade surface 28a slightly smaller than an inner diameter d2 of the branch pipe, and is lifted up and down by hydraulic pressure by the hydraulic cylinder 25. Can be rotated.
  • the tension member 29 is provided on the upper part of the work robot 20, and when the drilling is performed, the tension member 29 rises and hits the upper surface of the pipe lining material 13 to stabilize the work robot 20.
  • an illumination lamp 30 is inserted into the branch pipe 12 from the ground, and the illumination lamp 30 is turned on by a power source 32 via a power line 31 to close the branch pipe opening 12 a.
  • the existing pipe lining material 13 is illuminated from above. Since the tube lining material 13 is made of a non-woven fabric, the illumination light passes through the tube lining material even when the resin impregnated therein is cured.
  • this transmitted light is viewed from the inside of the main tube 11, it can be observed as a bright opening image 34 curved corresponding to the inner surface of the main tube 11 as shown in FIG. 7.
  • the opening image 34 is observed as a circular image when the branch pipe 12 intersects the main pipe 11 perpendicularly, and when it intersects obliquely as shown in FIG. Observed as an image.
  • a block-shaped base 41 is fixed to the work robot 20, and is urged upward by a spring 44 in a hollow column 42 erected on the base 41.
  • a sensor rod 43 that can be raised and lowered is housed.
  • a ball bearing 47 for rolling the sensor holder 45 and a metal or resin ball 46 is attached to the upper part of the sensor rod 43.
  • a sensor mounting plate 48 that is curved according to the curvature of the pipe lining material 13 is fixed to the sensor holder 45.
  • five photodetecting elements 48a to 48e each made of a CdS (cadmium sulfide) cell or a photodiode are attached at equal intervals ⁇ 1 in the circumferential direction of the main pipe.
  • These light detection elements 48a to 48e constitute a light detector 40 that optically scans and detects the opening image 34 in the main tube length direction as the work robot 20 moves.
  • FIG. 8 shows the waveform of the output signal with respect to the elapsed time t of each of the light detection elements 48a to 48e when the work robot 20 is moved at a constant speed.
  • Each of the light detection elements 48a to 48e outputs a voltage from v0 to v1, as illustrated by a dotted line, according to the brightness of the aperture image 34.
  • the output signal is digitized so that, for example, a threshold voltage of v1 / 2 is set and a high level signal v1 is generated when the threshold voltage is exceeded, and a low level v0 signal is generated below the threshold voltage.
  • the light detection element of the light detector 40 detects the first contour point of the aperture image at time t1, and the output signal is low. Switch to high level. Subsequently, the output signal of the light detection element maintains a high level in a bright region corresponding to the diameter d2 of the branch tube opening, and switches to a low level when a subsequent contour point is detected at time t2.
  • the threshold voltage at which the level is switched can be adjusted according to the brightness of the aperture image and the sensitivity of the light detection element.
  • FIG. 10 is a block diagram of a control system for controlling the operation of the perforating apparatus.
  • a computer (CPU) 50 as a control unit and a calculation unit includes a ROM 50a that stores a basic program and the like, and a work RAM 50b that stores processing data, calculation data, and the like.
  • the computer 50 includes an image processing unit 50c, and the image generation unit 50d of the image processing unit 50c processes signals output from the light detection elements 48a to 48e to generate a two-dimensional image corresponding to the aperture image. Generated.
  • the positional deviation amount calculation unit 50e of the image processing unit 50c the positional deviation amount between the center position of the generated two-dimensional image and the axis of the rotary shaft 28 of the punching blade 28 located at the end of the scanning of the opening image 34 is calculated.
  • the image processing unit 50c performs various other image processing necessary for image formation.
  • the computer 50 is connected to a storage device 51 formed of a hard disk storing a control program, an image processing program, a template, and the like.
  • the motor 21 is composed of, for example, a DC motor equipped with a rotary encoder, and moves the work robot 20 back and forth in the main pipe length direction.
  • the rotation speed of the motor 21 is input to the computer 50, and the moving speed and moving distance of the work robot 20 are calculated.
  • the motor 22 is composed of a stepping motor or a servo motor provided with a rotary encoder.
  • the motor shaft 22a is coaxial with the tube shaft 11a of the main pipe 11, and the drilling blade 28 is clocked at a predetermined angle around the motor shaft 22a. Turn in direction or counterclockwise.
  • the computer 50 drives the hydraulic cylinder 25 to move the drilling blade 28 up and down, drives the motor 26 to rotate the drilling blade 28, and drives the hydraulic cylinder 53 to move the thrust member 29 up and down. Further, the computer 50 controls the attitude of the TV camera 27 and captures an image taken by the TV camera 27.
  • a display device 52 is connected to the computer 50, and the display device 52 calculates the contour point of the detected opening image, the two-dimensional image generated based on the contour point, and the image taken by the TV camera. Data, control data, etc. are displayed.
  • a mouse 54 and a keyboard 55 are connected to the computer 50. The computer 50, the storage device 51, the display 52, the mouse 54, and the keyboard 55 are mounted on the work track 14 as a part of the drilling device.
  • the motors 21, 22, 26 and the hydraulic cylinders 25, 53 are connected to a power source mounted on the work track 14 via a power cable in the cable pipe 15 and are controlled by the computer 50. These driving means can be individually driven and controlled via switches, joysticks, etc. arranged on the console in the work track.
  • image data captured by the TV camera 27 or a signal from the light detection element is input to the computer 50 via a signal cable in the cable pipe 15.
  • the work robot 20 is thrown into the main pipe 11 through the manhole 16 and moves forward in the main pipe 11 (step S1).
  • the ball 46 urged upward by the spring 44 rolls while making point contact with the inner surface of the tube lining material 13, so that the light detection elements 48a to 48e attached to the sensor attachment plate 48 have their detection surfaces.
  • it is close to the inner surface of the pipe lining material 13 at an equal distance in the radial direction, and the brightness of the opening image 34 is optically detected.
  • the work robot 20 does not necessarily move forward in a vertical posture.
  • the work robot 20 is slightly rotated clockwise by ⁇ around the tube axis 11 a of the main pipe 11. Move forward with.
  • the photodetector 40 is also tilted by ⁇ , so that the light detection elements 48a to 48e detect the opening image 34 indicated by the phantom line in a state shifted to the right instead of being symmetrical.
  • This ⁇ is shown in FIG. 12 as a shift amount ⁇ x when viewed from above.
  • any one of the light detection elements 48a to 48e for example, the center light detection element 48c, is a point on the contour line 34a of the opening image 34. And the output signal of the light detection element 48c switches from the low level to the high level at this contour point.
  • the position of the work robot 20 at this time is also shown in FIG.
  • the work robot 20 When any of the light detection elements 48a to 48e detects the contour point of the opening image 34 (Yes in step S2), the work robot 20 is moved backward by a predetermined distance, and this position is set as the scanning start position H1 of the opening image 34. (Step S3).
  • the scanning start position H1 is a home position when the coordinates of the contour point of the opening image 34 are obtained.
  • a dimension D1 longer by a predetermined distance than the maximum diameter of the used branch pipe is set, and the work robot 20 is moved to the scanning start position H1 as shown in FIG. Is moved in the main pipe length direction by a distance D1 beyond the opening image 34, and the work robot 20 is stopped there.
  • the stop position H2 of the work robot 20 is set as the scanning end position of the aperture image.
  • 2D scanning of the aperture image 34 is performed while the work robot 20 moves from the scanning start position H1 to the scanning end position H2 (step S4).
  • the photodetecting elements 48a to 48e are respectively switched from the low level to the high level, whereby the contour points P2, P1, P0, P8, and P7 in front of the opening image 34 are displayed. Is detected.
  • the work robot 20 further moves forward, and the light detection elements 48a to 48d are switched from the high level to the low level, whereby the rear contour points P3, P4, P5, and P6 are detected.
  • the contour points P2 and P5 are detected by being deviated from the contour line 34a of the opening image 34, and the work robot 20 is inclined by ⁇ . Therefore, the rightmost light detection element 48e can detect only the front contour point P7.
  • the contour of the opening image may not be detected, so it is determined whether a plurality of contour points, for example, six or more contour points have been detected (step S5). If not detected, the process returns to step S3, the work robot 20 is retracted to the scanning start position H1, and the same processing is repeated until a predetermined number of contour points are detected.
  • the computer 50 calculates the coordinate values of the contour points P0 to P8.
  • the y-axis when calculating the coordinate value is, for example, an axis parallel to the tube axis 11a of the main pipe 11 and set to an axis passing through the position of the center photodetecting element 48c in the left-right direction.
  • the horizontal axis orthogonal to the y-axis is set to an axis that passes through the scanning start position H1 of the center photodetecting element 48c. Since the y-axis is set at the center in the left-right direction of the work robot 20, the y-axis is directly above the axis C of the rotary shaft 28 b of the drilling blade 28.
  • the vertical line passing through the scanning start position H1 is orthogonal to the x axis.
  • the computer 50 is provided with a time counter for each of the light detection elements 48a to 48e, and each time counter is activated simultaneously with the movement of the work robot 20 from the scanning start position H1, and each of the light detection elements 48a to 48e is respectively set. Time t1 (FIG. 8) until switching from the low level to the high level is measured.
  • the movement speed can be obtained based on the wheel diameter of the work robot 20, so that the movement speed of the work robot and the time t1 until switching from the low level to the high level are obtained.
  • Distance) y2, y1, y0, y8, y7 can be calculated.
  • the distance in the x-axis direction of each of the light detection elements 48a to 48e from the light detection element 8c is x2, x1, 0, x1, x2 as shown in the center of FIG.
  • the xy coordinate values of the contour points P0 to P8 when the contour points P0 to P8 of the partial image 34 are projected onto the xy plane determined by the xy axes are values as illustrated on the right side of FIG.
  • the calculation of the coordinate values of the contour points P0 to P8 is performed by the image generation unit 50d of the image processing unit 50c.
  • the image generation unit 50d adds contour points by interpolating the contour points P0 to P8 as necessary, and connects the contour points P0 to P8 and the added contour points with, for example, a spline curve, as shown in the upper part of FIG.
  • a two-dimensional image 35 showing the contour of the opening image 34 is generated (step S6).
  • the xy coordinate value of the axis C of the rotary shaft 28b of the drilling blade 28 is C ⁇ 0, (D1 + D2) ⁇ .
  • D1 is a movement distance in the tube length direction from the scanning start position H1 of the work robot 20 considering a dimension longer than the maximum diameter of the branch tube
  • D2 is a distance between the light detection element 48c and the punching blade 28. The distance in the tube length direction to the axis C.
  • D1 is obtained by activating the time counter when the work robot 20 starts scanning, measuring the time when the work robot 20 stops at the scan end position H2, and multiplying by the moving speed of the work robot 20.
  • D2 is a value determined by the design value of the work robot 20.
  • the moving distances y0 to y8 and D1 can also be obtained by measuring the number of rotations of the motor 21 using a rotary encoder.
  • the two-dimensional image 35 generated by the image generation unit 50d is displayed on the display 52 (step S7).
  • the xy coordinate values of the contour points P0 to P8 are calculated based on the actual distance in the coordinate system set in the work robot 20 and become a large value, so that they are appropriately reduced to 1 / m times and displayed. To.
  • the center position of the two-dimensional image 35 displayed on the display 52 is detected (step S8).
  • One method (means) for detecting the center is a method using a circular template 36 having a diameter 1 / m times the outer diameter d1 (FIG. 5) of the blade surface 28a of the drilling blade 28.
  • a template 36 is read from the storage device 51, and the template 36 and the two-dimensional image 35 are aligned by, for example, dragging the template 36 with the mouse 54 as shown in the lower part of FIG.
  • a coordinate value C ′ ( ⁇ Xc, Yc) of the center C ′ of the aligned template 36 is obtained, and this is used as a coordinate value indicating the center position of the two-dimensional image 35. Since the template 36 has a circular shape, the center can be easily obtained by software.
  • the drilling blade 28 is moved while the opening image 34 is actually viewed obliquely upward in the main tube 11 with the TV camera 27, and the rotation surface (corresponding to the template 36) is moved to the opening image. This corresponds to the operation of positioning to 34 (corresponding to the two-dimensional image 35).
  • Another method for detecting the center of the two-dimensional image 35 is to use template matching.
  • the degree of coincidence between the image of the template 36 and the two-dimensional image 35 is calculated from the correlation coefficient, the position of the template 36 having the maximum correlation coefficient is obtained, and the center position C ′ is determined as the center of the two-dimensional image 35.
  • Position the center of gravity of the two-dimensional image 35 can be calculated and the position of the center of gravity can be set as the center position of the two-dimensional image 35.
  • the positional deviation amount calculation unit 50e calculates the positional deviation amount between the center position C ′ ( ⁇ Xc, Yc) of the two-dimensional image and the axial center position C ⁇ 0, (D1 + D2) ⁇ of the drilling blade 28 (step S9). ).
  • ( ⁇ Xc, Yc) is a coordinate value in the reduced coordinate system, it is set to m times.
  • step S10 the perforation blade 28 is moved by the amount of the positional deviation in a direction in which the calculated amount of positional deviation disappears (step S10). That is, the work robot 20 is retracted by (D1 + D2) ⁇ Yc, and the motor 22 is driven to turn the drilling blade 28 counterclockwise by an angle ⁇ ( ⁇ ) corresponding to Xc.
  • the blade surface 28a of the drilling blade 28 is also aligned with the opening image 34 in correspondence with the template 36 being aligned with the two-dimensional image 35 on the display 52. Therefore, the hydraulic cylinder 25 is driven to raise the drilling blade 28, and the motor 26 is driven to rotate the drilling blade 28 as shown in FIG. At this time, in order to stabilize the position of the work robot 20, the tension member 29 is abutted against the inner surface of the pipe lining material 13. In this way, as shown in FIG. 6, the pipe lining material 13 closing the branch pipe opening 12a is perforated (step S11).
  • the operation of aligning the blade surface 28a of the drilling blade 28 with the opening image 34 while actually viewing the opening image 34 obliquely upward with the TV camera 27 in the main pipe 11 is performed. Since the two-dimensional image 35 corresponding to the opening image 34 can be displayed on the display 52 and can be viewed from the front, alignment is extremely easy. In addition, even if there is an unclear portion in the outline of the actual opening image 34 or there is a harsh light (noise) in the opening image 34, the positioning is performed within a range where the outer shape of the two-dimensional image 35 can be grasped. And the drilling efficiency can be increased.
  • the five photodetecting elements are used. However, as the number of photodetecting elements increases, the number of detected contour points increases, and the alignment accuracy improves.
  • the five light detection elements are arranged at equal intervals in the circumferential direction. However, the density may be changed between the central portion and the end portion.
  • a CCD or CMOS image sensor 70 in which minute light detection elements are arranged one-dimensionally at equal intervals at a fine pitch may be used as the light detector 40.
  • the one-dimensional image sensor 70 is attached to a sensor attachment plate 48 that extends in an arc shape along the circumferential direction of the main pipe.
  • the work robot 20 When the opening image 34 is scanned using such a one-dimensional image sensor 70, the work robot 20 is moved forward until the one-dimensional image sensor 70 detects any contour of the opening image 34 (see FIG. 16). In steps T1 and T2), when the contour is detected, the work robot 20 is moved backward by a predetermined distance (step T3), and this position is set as a scanning start position H1 ′ (step T3). Subsequently, a dimension longer than the maximum diameter of the branch pipe by a predetermined distance is set as D1 ′, and the work robot 20 is moved from the scanning start position H1 ′ to the distance D1 ′ + D2 beyond the opening image 34 as shown in FIG.
  • D2 ′ is a value determined by the design value of the work robot 20.
  • the analog signal detected by each photodetecting element of the one-dimensional image sensor 70 is converted into a digital signal indicating the brightness of the minute area of the aperture image corresponding to the arrangement pitch of each photodetecting element and input to the computer 50. .
  • the signal value for each minute region of the aperture image 34 sequentially output from each light detection element of the one-dimensional image sensor 70 according to the movement of the light detector 40 in the tube length direction is sequentially recorded in the RAM 50b.
  • the image generation unit 50d reads the signal value for each minute region of the opening image 34 stored in the RAM 50b, and generates a two-dimensional image 72 that faithfully reproduces the shape and brightness of the opening image 34 (step T5). ).
  • the y axis is an axis parallel to the tube axis 11 a of the main pipe 11 and is set to an axis passing through the position of the light detection element at the center of the one-dimensional image sensor 70
  • the x axis is The horizontal axis orthogonal to the y-axis is set to an axis that passes through the scanning start position H1 ′ of the central photodetector.
  • steps S7 to S11 in FIG. 11 processing similar to steps S7 to S11 in FIG. 11 is performed in steps T6 to T10, and the tube lining material 13 is perforated.
  • the entire area of the aperture image 34 is displayed on the display 52 with a resolution corresponding to the fine pitch of the light detection elements.
  • the outline 72a of the two-dimensional image 72 is shown as a black solid line. However, in actuality, the lines having different shading according to the brightness of the rising or falling part of the signal indicated by the dotted line in FIG. It is expressed as a contour.
  • the peripheral regions 72b and 72c of the two-dimensional image 72 are images in which the portions are missing because dirt is deposited on the branch pipe opening 12a, and the central region 72d is reproduced as a noise image.
  • the coordinate value of the axis C of the rotary shaft 28a of the punching blade 28 is C ⁇ 0, (D1 ′ + D2 ′) ⁇ , and the center position of the two-dimensional image 72 is C ′ ( ⁇ Xc, Yc) as in FIG. ),
  • the work robot 20 is moved backward by the amount of displacement (D1 ′ + D2 ′) ⁇ Yc, the motor 22 is driven, and the drilling blade 28 is rotated at an angle ⁇ (corresponding to the difference Xc ( ⁇ x) on the x axis.
  • the pipe lining material 13 that closes the opening of the branch pipe 12 is punched by turning counterclockwise by ⁇ ).
  • the one-dimensional image sensor 70 When the one-dimensional image sensor 70 is used, since the entire area of the opening image 34 is faithfully displayed as a two-dimensional planar image on the display 52, positioning is facilitated and the positioning accuracy is improved.
  • the photodetector 40 can also be composed of a one-dimensional image sensor in which a plurality of linear one-dimensional image sensors 75a to 75e are arranged along the circumferential direction of the main pipe.
  • each of the one-dimensional image sensors 75a to 75e is attached to the sensor attachment plates 74a to 74e arranged in the main pipe circumferential direction extending linearly.
  • a two-dimensional image indicating the contour of the opening image 34 is generated based on signals sequentially detected by the respective one-dimensional image sensors 75a to 75e as the work robot 20 moves.
  • the contour of the generated two-dimensional image cannot be faithfully reproduced. There is little deviation of the contour shape, and the center of the two-dimensional image can be obtained, and drilling can be performed with the same alignment accuracy.
  • the photodetector 40 is fixed to the work robot 20 and is moved in conjunction with the movement of the work robot 20 in the tube length direction.
  • the photodetector 40 is independent of the movement of the work robot 20.
  • the aperture image 34 can also be scanned by moving. Examples of such are shown in FIGS.
  • a scanning unit 80 having four wheels and mounting the photodetector 40 is used.
  • the scanning unit 80 is guided by guide rails 83 and 84 arranged symmetrically with respect to the center in the circumferential direction of the work robot 20 by a motor 82 provided in the base 81, for example, a stepping motor or a servo motor, and stopped.
  • the plate 85 and 86 are moved in the tube length direction on the flat portion of the work robot 20.
  • Limit switches 81a and 81b are attached to the front and rear of the base 81.
  • the limit switches 81a and 81b are activated to operate the motor.
  • the light detector 40 including the light detection elements 48a to 48e is attached to the base 81 of the scanning unit 80 via the members 42 to 48 described in FIG.
  • the scanning of the opening image 34 by the scanning unit 80 is performed in a flow similar to the flow shown in FIG.
  • the work robot 20 moves forward with a slight ⁇ rotation about the tube axis 11 a of the main tube 11, and the scanning unit 80 is stopped at the rearmost portion, that is, at a position where it abuts against the rear stop plate 86. (FIG. 23).
  • the work robot 20 moves forward and one of the light detection elements 48a to 48e (the center light detection element 48c) of the light detector 40 detects the contour of the opening image 34, as shown on the right side of FIG. As shown on the left side of the figure, the work robot 20 is moved backward by a predetermined distance ⁇ d, and this position is set as a scanning start position H of the opening image 34 (steps S1 to S3). At the scanning start position H, as described above, the scanning unit 80 is in contact with the stop plate 86 and stopped.
  • An axis parallel to the tube axis 11a of the main pipe 11 passing through the position of the central photodetecting element 48c is the y axis, and a horizontal axis perpendicular to the y axis is the scanning start of the central photodetecting element 48c.
  • the axis passing through the position H is set to the x axis.
  • the work robot 20 is moved forward at the scan start position H to scan the opening image (step S4).
  • the work robot 20 is stopped at the scan start position H.
  • the scanning unit 80 is advanced on the work robot 20 to scan the opening image 34.
  • the photodetector 40 As the scanning unit 80 advances, the photodetector 40 also moves in the tube length direction. As shown in FIG. 24, the light detection elements 48a to 48e move by a distance Y1 from the scanning start position H, respectively, while detecting the contour points P1 to P8 of the aperture image 34, and the scanning unit 80 ends the scanning. Stop at position H ′.
  • the movement distances y0 ′ to y8 ′ from the scanning start position H of the light detection elements 48a to 48e until the contour points P1 to P8 are detected are the same as in the first embodiment until the respective contour points are detected. 24. Since the arrangement of the photodetecting elements 48a to 48e in the x-axis direction is the same as that of the first embodiment, the contour as shown on the right side of FIG. The coordinate values of the points P0 ′ to P8 ′ are calculated.
  • contour points P0 ′ to P8 ′ are interpolated as necessary to add contour points, and the contour points P0 ′ to P8 ′ and the added contour points are connected by, for example, a spline curve.
  • a two-dimensional image 35 ′ showing the contour of the opening image 34 as shown in the upper part of FIG. 25 is generated (step S6).
  • step S7 the two-dimensional image 35 ′ is displayed on the display 52 (step S7), and the center C ′ ( ⁇ Xc ′, Yc ′) is obtained by the same method as in the first embodiment (step S8).
  • Y2 is the distance in the y-axis direction (tube length direction) from the axis C to the scanning start position H, and is determined by the mounting position of the stop plate 86 on the work robot 20, the design values of the work robot 20 and the scan unit 80, and the scan unit The value does not depend on the movement of 80.
  • step S9 the positional deviation amount between the center C ′ ( ⁇ Xc ′, Yc ′) of the two-dimensional image 35 ′ and the axis C (0, Y2) of the drilling blade 28 is calculated (step S9), and the positional deviation amount disappears.
  • the perforation blade 28 is moved in the main pipe length direction and the circumferential direction by the amount of the positional deviation to perforate the pipe lining material 13 (steps S10 and S11).
  • the scanning unit 80 is moved backward until it comes into contact with the stop plate 86 and waits for the next scanning of the opening image.
  • the work robot 20 is not moved, but the scanning unit 80 is moved on the work robot independently of the work robot 20 to scan the opening portion image 34. Since the scanning unit 80 can move the flat portion of the work robot 20, the scan unit 80 can be moved smoothly and stably compared to the work robot 20 that moves the curved surface. The contour points can be detected.
  • a sheet having a large friction coefficient may be laid on the traveling path on the work robot 20 on which the scanning unit 80 moves.
  • a gear may be formed on the entire circumference of the scanning unit wheel, and a gear that meshes with the gear may be provided on the guide rail, and the scanning unit may be moved by meshing the gear.
  • the photodetector 40 is configured by arranging individual photodetectors.
  • FIG. 15 is a diagram in which minute photodetectors are arranged one-dimensionally at equal intervals at a fine pitch.
  • a CCD or CMOS one-dimensional image sensor as shown in FIG. 19 may be used.
  • the sensor mounting plate 48 of the photodetector 40 is curved in accordance with the curvature of the main pipe 11 or the pipe lining material 13 thereof, so that the pipe diameter of the main pipe 11 or the pipe lining material is used. If the layer thicknesses differ, it is necessary to use a sensor mounting plate having a curvature corresponding to the layer thickness. Therefore, each of the light detection elements 48a to 48d of the light detector 40 is attached to an individual sensor mounting plate, and each of the light detection elements is independently biased by a spring so that the pipe diameter of the main pipe 11 or the pipe lining material is changed. Even if the layer thicknesses are different, the distance between each detection surface and the inner surface of the pipe lining material is made constant.
  • FIG. 26 is a diagram showing attachment of the light detection element 48c at the center of the light detector 40.
  • the light detection element 48c is separated from other light detection elements by the block-shaped sensor attachment plate 100 and attached to the sensor holder 45. It is done. The same applies to the other light detection elements 48a, 48b, 48d, and 48e.
  • all the light detection elements 48a to 48e of the light detector 40 are arranged on the base 101 fixed to the work robot 20 at an equal angle ⁇ 1 in the main pipe circumferential direction. .
  • the light detection elements 48a to 48e of the light detector 40 are urged upward by the spring 44 independently of the other light detection elements, and the balls 46 are in point contact with the inner surface of the tube lining material 13, respectively. Since the distance between the detection surfaces of the elements 48a to 48e and the inner surface of the tube lining material is constant, the aperture image can be scanned with the same sensitivity even if the tube diameter of the main tube 11 or the layer thickness of the tube lining material 13 is different. It becomes possible.
  • the punching apparatus in the third embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the photodetector 40 is configured as shown in FIGS. 26 and 27, and the drilling of the pipe lining material 13 is performed as shown in FIG. It is performed along the flow shown in In FIG. 29, steps U1 to U5 are the same processes as steps S1 to S5 of FIG.
  • the light detection elements 48a to 48e of the light detector 40 are each first as the work robot 20 advances. Contour points Q2, Q1, Q0, Q9, and Q8 are detected, and then rear contour points Q3, Q4, Q5, Q6, and Q7 are detected.
  • the light detection element 48c at the center of the light detector 40 outputs an output signal as shown in the upper part of FIG. 32, for example, and detects the contour point Q0 at time t1 and the contour point Q5 at time t2. Assuming that the sensitivity of the other light detection element, for example, the light detection element 48a, is the same as that of the light detection element 48c, as shown in the lower part, a similar output signal is output, and the contour point is displayed at time t1 ′. At Q2, a contour point Q3 is detected at time t2 ′.
  • the distance between the contour points Q0 and Q5 detected by the light detection element 48c is different from the distance between the contour points Q2 and Q3 detected by the light detection element 48a, but the centers Qc and Qa have the same output signal. If it is a simple waveform, it is almost the same. The same applies to other photodetecting elements.
  • the contour points (Q2, Q3), (Q1, Q4), (Q4) detected by the photodetecting elements 48a to 48e The y coordinates of the centers Qa to Qe of the distances between Q0, Q5), (Q9, Q6), and (Q8, Q7) have the same value.
  • contour points P0 to P8 similar to those shown in FIG. 14 are detected, and each contour point is connected by a two-dot chain virtual line as shown in the upper part of FIG. Is done.
  • the contour points P2 and P5 are inaccurate because the contour of the opening image 34 is unclear, and the light detection element 48e detects only the front contour point P7. Absent.
  • a light detection element that is considered to have detected the contour point satisfactorily is selected.
  • the light detection elements 48b and 48d are examples thereof, one of the centers Qb and Qd of the contour point distances P1-P4 and P8-P6, or an average value thereof is obtained.
  • the detected contour points are corrected.
  • the contour points P2 and P5 are inaccurate, and the light detection element 48e detects only the front contour point P7. Therefore, as shown in the lower part of FIG. 31, the contour point P2 is corrected to P2 ′, the contour point P5 is corrected to P5 ′, and the contour point P7 ′ is complemented to obtain the centers Qa, Qc, Qe is set to the same value as Qb and Qd.
  • the two-dimensional image 102 is generated by connecting the contour points including the contour points corrected or complemented in this way by a spline curve (step U6).
  • the center C ′ of the generated two-dimensional image 102 is obtained (step U7). Since the centers Qa to Qe of the distances between the contour points detected by the respective light detection elements correspond to the y coordinate of the center of the two-dimensional image, any one of the centers Qa to Qe or the average value Qy thereof is represented in the two-dimensional image 102. The y coordinate value of the center C ′ is used. Further, a sign is added to the distance Qx in the x-axis direction between the center line of the width w of the two-dimensional image 102 and the line connecting the contour points P0 and P5 ′, and ⁇ Qx is the x coordinate of the center C ′ of the two-dimensional image 100. Value.
  • step U8 the amount of displacement in the tube length direction and the circumferential direction between the center of the two-dimensional image 102 and the axial center position of the rotary shaft of the drilling blade is obtained.
  • the displacement amount in the tube length direction is a value obtained by subtracting the y coordinate value of the center C ′ of the two-dimensional image 102 from (D1 + D2), and the displacement amount in the circumferential direction is an angle ( ⁇ ) corresponding to Qx.
  • the perforating blade 28 is retracted by the amount of deviation, and the perforating blade 28 is turned counterclockwise by ⁇ around the tube axis (step U9).
  • the hydraulic cylinder 25 is driven to raise the drilling blade 28, and the drilling blade 28 is rotated to close the branch pipe opening 12a.
  • the material 13 is drilled (step U10).
  • the contour point detected by the light detection element is corrected, or the contour point that could not be detected by the light detection element is complemented, so that the two-dimensional image 102 faithful to the opening image 34 is generated. Therefore, the center of the two-dimensional image, that is, the center of the opening image can be obtained by a simple method without using the template as in the first embodiment.
  • the photodetector 40 is mounted on the work robot 20 and moves in conjunction with the movement of the work robot 20 in the tube length direction.
  • the light detector 40 moves on the work robot 20. It can also be moved in the tube length direction independently of the movement of 20.

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Abstract

穿孔装置は穿孔刃２８を搭載し本管内を移動する作業ロボット２０と、照明光により管ライニング材内面に形成される開口部像３４の輪郭を検出する光検出器４０を有する。開口部像が走査され光検出器４０で検出された輪郭点Ｐ０～Ｐ８に基づいて開口部像に対応する２次元画像が生成され、表示器に表示される。表示器上での２次元画像の中心と穿孔刃２８の回転軸の軸心Ｃの位置ずれ量が演算され、この位置ずれ量がなくなる方向に位置ずれ量分穿孔刃が移動されて管ライニング材が穿孔される。

Description

穿孔装置及び穿孔方法
　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ものである。
　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、既設管を管ライニング材でライニングするライニング工法が知られている。管ライニング材は、既設管の形状に対応した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、樹脂吸収材の外周面には気密性の高いプラスチックフィルムが貼り付けられている。管ライニング材は反転法あるいは引き込み法により既設管に挿入され、既設管の内周面に押し付けられた状態で液状硬化性樹脂が加熱、硬化されてライニングが行われる。
　下水管などの本管には枝管が合流しているため、管ライニング材で本管をライニングした場合には、管ライニング材が枝管の合流部分の端部の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）を回転駆動して枝管開口部を塞いでいる管ライニング材の部分を本管側から穿孔する作業を行っている。
　しかし、この作業では、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及び周方向のそれぞれについて行う必要がある。これはＴＶカメラで本管内をモニタしながら行うが、本管内には目印がないので、位置決めを誤る場合がある。
　これを解決するために、下記の特許文献１には、導電性あるいは磁性材料でできたキャップ部材を枝管と本管の分岐開口部に装着し、本管ライニング後、管内移動ロボットの検知手段がキャップ部材の誘電率あるいは透磁率の変化が最大となるところを枝管の開口部として検出し、本管のライニング材で閉鎖された枝管開口部を穿孔する方法が記載されている。
　また、特許文献２には、枝管側に磁気発生部材を配置し、ライニングされている本管に沿って磁気検出部を移動して磁気発生部材からの磁気を検出し、枝管と本管の分岐開口部を検出して該開口部のライニング材を切削する構成が記載されている。
　また、特許文献３には、枝管の管軸と同心にコイルと共振体からなるマーカーを埋め込み、本管ライニング後、穿孔ロボットに搭載されたループアンテナがマーカーを励振させる構成が記載されている。この構成では、ループアンテナが分岐開口部に近づくとマーカーが共振周波数で共振し、この共振信号の受信レベルが最小となる位置を分岐開口部の中心位置として特定し、穿孔作業を行っている。
特開２００２－２２０６２号公報 特開２００８－１４２８２７号公報 特開平７－８８９１５号公報
　しかしながら、特許文献１の構成では、導電性あるいは磁性材料でできたキャップ部材を用意する必要があり、キャップ部材の製作コストが高いほかに、検知手段はキャップ部材の誘電率あるいは透磁率の変化が最大となるところを正確に検出することができない、という欠点がある。
　また、特許文献２でも、磁気発生部材を枝管の軸芯と一致させて取り付ける必要があり、その位置決めが不完全であるため、枝管と本管の分岐開口部の中心を正確に特定することが困難である、という欠点がある。
　一方、特許文献３では、マーカーの製作に、水晶振動子などの圧電振動体が必要となるとともに、マーカーからの励振信号が先鋭でなく、分岐開口部の中心位置を特定するのが困難である、という欠点がある。
　また、いずれの特許文献でも、センサーを本管の管長方向に移動させて穿孔のためのマーカー（目印）を検出しているので、マーカーの取付位置が本管の周方向にずれていると、マーカーを検出することができず、センサーを周方向に移動させて検出を再度やり直す必要があり、穿孔効率が低下していた。
　従って、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、管ライニング材で塞がれている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、
　枝管側からの照明光が枝管開口部を閉塞している管ライニング材を透過することにより管ライニング材内面に枝管開口部に対応した開口部像が形成される管ライニング材を本管側から穿孔する穿孔装置であって、
　管ライニング材を穿孔するための回転可能な穿孔刃と、
　前記穿孔刃を本管管長方向に延びる軸を中心に周方向に旋回できるように搭載して本管内を管長方向に移動する作業ロボットと、
　本管周方向に配列された複数の光検出素子を備え、開口部像を管長方向に走査してその輪郭点を検出する光検出器と
　前記光検出器により検出された輪郭点に基づいて開口部像の輪郭を示す２次元画像を生成する画像生成手段と、
　生成された２次元画像の中心位置と穿孔刃の回転軸の軸心位置との管長方向と周方向位置ずれ量を演算する演算手段と、を備え、
　前記位置ずれ量がなくなる方向に位置ずれ量分穿孔刃を管長方向に移動させるとともに周方向に旋回させて管ライニング材を穿孔することを特徴とする。
　また、本発明は、
　枝管側からの照明光が枝管開口部を閉塞している管ライニング材を透過することにより管ライニング材内面に枝管開口部に対応した開口部像が形成される管ライニング材を本管側から穿孔する穿孔方法であって、
　管ライニング材を穿孔するための回転可能な穿孔刃を本管管長方向に延びる軸を中心に旋回できるように搭載した作業ロボットを本管管長方向に移動させる工程と、
　前記照明光により管ライニング材内面に形成された開口部像を、複数の光検出素子を本管周方向に配列した光検出器で管長方向に走査しその輪郭点を検出する工程と、
　前記検出された輪郭点に基づいて開口部像の輪郭を示す２次元画像を生成し、生成された２次元画像の中心位置と穿孔刃の回転軸の軸心位置との本管管長方向と周方向位置ずれ量を演算する工程と、
　前記位置ずれ量がなくなる方向に位置ずれ量分穿孔刃を管長方向に移動させるとともに周方向に旋回させて管ライニング材を穿孔する工程と、
　を備えることを特徴とする。
　本発明では、複数の光検出素子を本管周方向に配列した光検出器により開口部像を本管管長方向に走査してその輪郭を示す２次元画像を生成し、生成された２次元画像の中心位置と穿孔刃の回転軸の軸心位置との本管管長方向と周方向位置ずれ量を演算している。従って、簡単な構成で穿孔刃の開口部像に対する管長方向と周方向の位置ずれ量を求めることができ、正確な穿孔刃の位置決めが可能になる。
本管がライニングされた状態を示す説明図である。 穿孔装置を本管内で移動させる状態を示す説明図である。 枝管の開口部像を走査する状態を示す説明図である。 枝管の開口部像の走査を終了したときの状態を示す説明図である。 枝管開口部を穿孔する状態を示す説明図である。 枝管開口部が穿孔され開口した状態を示す説明図である。 本管内から見た枝管開口部の像を示す斜視図である。 光検出素子を一定の速度で移動したときの経時時間に対する出力波形を示した線図である。 光検出器の側面、上面及び正面を示す図である。 穿孔装置を制御する構成を示したブロック図である。 穿孔工程の流れを示すフローチャートである。 枝管の開口部像を走査する状態を示す説明図である。 枝管の開口部像の輪郭点を検出する状態を示す説明図である。 穿孔刃のテンプレートを開口部像の２次元画像に位置合わせする状態を示す説明図である。 光検出器の他の実施例の側面、上面及び正面を示す図である。 図１５の光検出器を用いて穿孔するときの流れを示すフローチャートである。 図１５の光検出器を用いて枝管の開口部像を検出する状態を示す説明図である。 穿孔刃のテンプレートを、図１５の光検出器を用いたとき取得される開口部像の２次元画像に位置合わせする状態を示す説明図である。 光検出器の更に他の実施例の側面、上面及び正面を示す図である。 作業ロボット上を移動する走査ユニットを用いて枝管の開口部像を走査する状態を示す説明図である。 作業ロボット上を移動する走査ユニットを用い開口部像の走査が終了したときの状態を示す説明図である。 作業ロボット上を移動する走査ユニットに搭載された光検出器の側面、上面及び正面を示す図である。 走査ユニットを用いて枝管の開口部像を走査する状態を示す説明図である。 走査ユニットを用いて枝管の開口部像の輪郭点を検出する状態を示す説明図である。 穿孔刃のテンプレートを、走査ユニットを用いて取得された開口部像の２次元画像に位置合わせする状態を示す説明図である。 光検出器の光検出素子の他の配置例を示した斜視図である。 光検出器の他の実施例を示した正面図である。 図２７に示す光検出器を用いて枝管の開口部像を走査する状態を示す説明図である。 図２７に示す光検出器を用いた穿孔工程の流れを示すフローチャートである。 理想的な枝管の開口部像の走査を示す説明図である。 検出された枝管の開口部像の輪郭点を示す説明図である。 光検出素子から出力される出力波形を示した線図である。
　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を穿孔する例が説明されるが、本実施例は、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１１の内面が管ライニング材１３を用いてライニングされた状態が示されている。このライニングは、よく知られているように、管ライニング材１３を反転法あるいは引き込み法により本管１１内に導き、本管内面に押圧することにより行われる。
　管ライニング材１３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、樹脂が熱硬化性の樹脂の場合には、本管内面に押圧された管ライニング材１３が加熱され、また樹脂が光硬化性樹脂の場合には、紫外線が照射されて管ライニング材１３が硬化され、本管１１の内面がライニングされる。
　本管１１には、複数の枝管１２が分岐していて、家庭やビルディングなどの下水が枝管１２を介して本管１１に排出される。本管１１が、図１に図示したように、管ライニング材１３によりライニングされると、開放していた枝管１２の開口部１２ａが管ライニング材１３により塞がれてしまう。　
　図２は、このように管ライニング材１３で塞がれている枝管開口部を穿孔する穿孔装置を示す。
　穿孔装置は、図２に図示したように、本管１１内を本管の管長方向（水平方向）に移動する作業ロボット２０を備え、その作業ロボット２０に穿孔刃２８が搭載される。作業ロボット２０は４輪を備え、作業ロボット２０内に搭載されたモーター２１を駆動することにより、あるいは作業ロボット２０の前後に結合されたワイヤ（不図示）を地上のウインチで巻き上げることにより本管管長方向に前後に移動することができる。
　作業ロボット２０の上部には、ＴＶカメラ２７が取り付けられ、その側面に取り付けられた照明装置（不図示）で照明された本管内部はＴＶカメラ２７で撮影される。撮影された画像はケーブルパイプ１５内の信号ケーブルを介して地上に設置された作業トラック１４内の表示器５２（図１０）に表示され、作業者が本管内部を観察できるようになっている。
　作業ロボット２０の前方でその左右方向（本管周方向）の中央位置には、モーター２２が取り付けられる。モーター２２の先端には、マウント２３を介して支持板２４が取り付けられ、その支持板２４には、円盤状のヘッド２５ａを上部に備えた油圧シリンダー２５が固定される。油圧シリンダー２５のヘッド２５ａには、上部に多数のビットを円形に配列した刃面２８ａと回転軸２８ｂを有する円柱状の穿孔刃２８が鉛直方向に取り付けられ、穿孔刃２８を回転させるモーター２６が、その回転軸を油圧シリンダー２５のピストンロッドと同軸にして、取り付けられる。
　モーター２２は、その回転軸２２ａが本管１１の管軸１１ａと平行に本管管長方向に延びており、作業ロボット２０が本管内で正常な位置をとるときは、例えば、回転軸２２ａが本管１１の管軸１１ａと同軸になるように（図４）、作業ロボット２０に取り付けられる。モーター２２が回転すると、穿孔刃２８は管長方向に延びる管軸１１ａを中心に本管周方向に旋回する。また、穿孔刃２８は、図５に示したように、刃面２８ａの外径ｄ１が枝管の内径ｄ２より若干小さくなっており、油圧シリンダー２５により油圧で上下方向に昇降され、モーター２６により回転させることができる。
　作業ロボット２０の上部には、突っ張り部材２９が設けられており、穿孔時には、突っ張り部材２９が上昇して管ライニング材１３の上面に突き当たり、作業ロボット２０を安定させる。
　管ライニング材１３を穿孔するときは、地上から枝管１２内に照明ランプ３０が投入され、照明ランプ３０は電源線３１を介して電源３２により点灯されて、枝管開口部１２ａを閉塞している管ライニング材１３を上部から照明する。管ライニング材１３は不織布でできているので、そこに含浸されている樹脂が硬化した場合でも、照明光は管ライニング材を透過する。本管１１内からこの透過光を見ると、図７に示したように、本管１１の内面に対応して湾曲した明るい開口部像３４となって観察することができる。開口部像３４は、枝管１２が本管１１と垂直に交差する場合には、円形像として観察され、また図２に示したように斜交する場合は、その傾斜度に応じた楕円像として観察される。
　作業ロボット２０には、図９に示したように、ブロック状の基台４１が固定され、基台４１上に立設された中空の支柱４２内には、スプリング４４で上方に付勢されて昇降可能なセンサーロッド４３が収納される。センサーロッド４３の上部には、センサーホルダー４５と金属製あるいは樹脂製のボール４６を転動させるボールベアリング４７が取り付けられる。
　センサーホルダー４５には、図９下方に示したように、管ライニング材１３の曲率に応じて湾曲したセンサー取付板４８が固定される。センサー取付板４８の上部には、それぞれＣｄＳ（硫化カドミウム）セルあるいはフォトダイオードからなる５個の光検出素子４８ａ～４８ｅが本管の周方向に等間隔θ１隔てて取り付けられる。これらの光検出素子４８ａ～４８ｅは、作業ロボット２０の移動に従って開口部像３４を本管管長方向に光学的に走査し検出する光検出器４０を構成する。
　作業ロボット２０を一定の速度で移動させたときの各光検出素子４８ａ～４８ｅの経過時間ｔに対する出力信号の波形が図８に図示されている。各光検出素子４８ａ～４８ｅは、開口部像３４の明るさに応じて、点線で図示したように、ｖ０からｖ１までの電圧を出力する。出力信号は、例えば、ｖ１／２のしきい値電圧を設定し、それを超えるとハイレベルの信号ｖ１を、またそれ以下ではローレベルｖ０の信号を発生するように、デジタル化される。
　後述するように、作業ロボット２０が所定の一定速度で移動するとき、光検出器４０の光検出素子は時間ｔ１で開口部像の最初の輪郭点を検出し、その出力信号は、ローレベルからハイレベルに切り替わる。続いて、光検出素子の出力信号は、枝管開口部の径ｄ２に対応する明領域ではハイレベルを維持し、時間ｔ２で後の輪郭点を検出したときに、ローレベルに切り替わる。なお、レベルが切り替わるしきい値電圧は開口部像の明るさ、光検出素子の感度に応じて調整できるようになっている。
　図１０は、穿孔装置の動作を制御する制御系のブロック図が図示されている。制御手段並びに演算手段としてのコンピュータ（ＣＰＵ）５０は、基本プログラムなどを格納したＲＯＭ５０ａ、処理データ、演算データなどを格納する作業用ＲＡＭ５０ｂを有する。
　コンピュータ５０は、画像処理部５０ｃを備えており、この画像処理部５０ｃの画像生成部５０ｄでは、光検出素子４８ａ～４８ｅから出力される信号を処理して開口部像に対応する２次元画像が生成される。また、画像処理部５０ｃの位置ずれ量演算部５０ｅでは、生成された２次元画像の中心位置と開口部像３４の走査終了時に位置する穿孔刃２８の回転軸２８の軸心の位置ずれ量が演算され、画像処理部５０ｃは、その他画像形成に必要な種々の画像処理を行う。また、コンピュータ５０には、制御プログラム、画像処理プログラム、テンプレートなどを格納したハードディスクからなる記憶装置５１が接続される。
　モーター２１は、例えばロータリーエンコーダーを備えたＤＣモーターで構成され、作業ロボット２０を本管管長方向に前後動させる。モーター２１の回転数はコンピュータ５０に入力され、作業ロボット２０の移動速度、移動距離が演算される。
　モーター２２はステッピングモーターあるいはロータリーエンコーダーを備えたサーボモーターから構成され、そのモーター軸２２ａは本管１１の管軸１１ａと同軸になっていて穿孔刃２８をモーター軸２２ａを中心に所定角度刻みで時計方向又は反時計方向に旋回させる。また、コンピュータ５０は油圧シリンダー２５を駆動して穿孔刃２８を上下動させ、モーター２６を駆動して穿孔刃２８を回転させ、油圧シリンダー５３を駆動して突っ張り部材２９を上下動させる。また、コンピュータ５０はＴＶカメラ２７の姿勢を制御し、ＴＶカメラ２７で撮影された画像を取り込む。
　また、コンピュータ５０には、表示器５２が接続され、表示器５２には、検出された開口部像の輪郭点、それに基づいて生成された２次元画像、ＴＶカメラで撮影された画像、演算されたデータ、制御データなどが表示される。また、コンピュータ５０には、マウス５４、キーボード５５が接続される。コンピュータ５０、記憶装置５１、表示器５２、マウス５４、キーボード５５は穿孔装置の一部として作業用トラック１４に搭載される。
　モーター２１、２２、２６、油圧シリンダー２５、５３は、ケーブルパイプ１５内の電源ケーブルを介して作業トラック１４に搭載された電源に接続されており、コンピュータ５０により制御される。また、これらの駆動手段は、作業トラック内のコンソールに配置されたスイッチやジョイスチックなどを介してそれぞれ個別に駆動、制御できるようになっている。また、ＴＶカメラ２７で撮影された画像データ、あるいは光検出素子からの信号はケーブルパイプ１５内の信号ケーブルを介してコンピュータ５０に入力される。
　次に、このように構成された穿孔装置の動作を図１１に示す流れに沿って説明する。
　作業ロボット２０は、マンホール１６を介して本管１１内に投入され、本管１１内を前進する（ステップＳ１）。このとき、スプリング４４により上方に付勢されたボール４６は管ライニング材１３の内面に点接触して転動するので、センサー取付板４８に取り付けられた光検出素子４８ａ～４８ｅは、その検出面が管ライニング材１３の内面に接触することなく管ライニング材１３の内面に対して径方向に等距離を隔てて近接し、開口部像３４の明るさを光学的に検出する。
　作業ロボット２０は、必ずしも垂直な姿勢で前進するわけでなく、例えば、図１２に図示したように、作業ロボット２０は本管１１の管軸１１ａを中心に幾分時計方向にΔθ回動した状態で前進する。この状態では、光検出器４０もΔθだけ傾くので、光検出素子４８ａ～４８ｅは、仮想線で示した開口部像３４を左右対称ではなく、右寄りにずれた状態で検出する。このΔθは上方から見たときのずれ量Δｘとして図１２に図示されている。
　作業ロボット２０が前進を続けて光検出器４０が開口部像３４に近づくと、いずれかの光検出素子４８ａ～４８ｅ、例えば中央の光検出素子４８ｃが開口部像３４の輪郭線３４ａ上の点を検出し、この輪郭点で光検出素子４８ｃの出力信号がローレベルからハイレベルに切り替わる。このときの作業ロボット２０の位置が図３にも図示されている。
　いずれかの光検出素子４８ａ～４８ｅが開口部像３４の輪郭点を検出した場合（ステップＳ２の肯定）、作業ロボット２０を所定距離だけ後進させ、この位置を開口部像３４の走査開始位置Ｈ１とする（ステップＳ３）。走査開始位置Ｈ１は、開口部像３４の輪郭点の座標を求めるときのホームポジションとなる。
　枝管１２の径は、種々の径が存在するので、使用されている枝管の最大径より所定距離長い寸法Ｄ１を設定し、図１３に示したように、作業ロボット２０を走査開始位置Ｈ１から開口部像３４を越えた距離Ｄ１だけ本管管長方向に移動させ、そこで作業ロボット２０を停止させる。この作業ロボット２０の停止位置Ｈ２を開口部像の走査終了位置とする。
　作業ロボット２０が走査開始位置Ｈ１から走査終了位置Ｈ２に移動する間に開口部像３４の２次元走査が行われる（ステップＳ４）。作業ロボット２０が前進すると、図１３に示したように、光検出素子４８ａ～４８ｅがそれぞれローレベルからハイレベルに切り替わることにより開口部像３４の前方の輪郭点Ｐ２、Ｐ１、Ｐ０、Ｐ８、Ｐ７が検出される。また、作業ロボット２０が更に前進して、光検出素子４８ａ～４８ｄがハイレベルからローレベルに切り替わることにより後方の輪郭点Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６が検出される。図１２の例では、開口部像３４の輪郭が不鮮明なところがあるため、輪郭点Ｐ２、Ｐ５は開口部像３４の輪郭線３４ａからずれて検出されており、また、作業ロボット２０がΔθ傾いているので、最右端の光検出素子４８ｅは、前方の輪郭点Ｐ７しか検出できていない。
　なお、作業ロボット２０の傾きが大きい場合には、開口部像の輪郭が検出できない場合があるので、複数個の輪郭点、例えば６個以上の輪郭点が検出されたかを判断し（ステップＳ５）、検出できなかった場合には、ステップＳ３に戻って作業ロボット２０を走査開始位置Ｈ１まで後退させ、所定個数の輪郭点が検出されるまで同じ処理を繰り返す。
　ステップＳ５の判断が肯定された場合は、コンピュータ５０により輪郭点Ｐ０～Ｐ８の座標値が演算される。座標値を演算するときのｙ軸は、例えば、本管１１の管軸１１ａと平行な軸で、左右方向で中央の光検出素子４８ｃの位置を通過する軸に設定され、また、ｘ軸はｙ軸に直交する水平軸で、中央の光検出素子４８ｃの走査開始位置Ｈ１を通過する軸に設定される。ｙ軸は作業ロボット２０の左右方向の中央に設定されるので、穿孔刃２８の回転軸２８ｂの軸心Ｃの直上にある。また、走査開始位置Ｈ１を通過する鉛直線はｘ軸と直交する。
　コンピュータ５０は、光検出素子４８ａ～４８ｅごとに時間カウンタをそれぞれ備えており、作業ロボット２０が走査開始位置Ｈ１から移動するのと同時に各時間カウンタが作動し、各光検出素子４８ａ～４８ｅがそれぞれローレベルからハイレベルに切り替わるまでの時間ｔ１（図８）を計測する。
　モーター２１の回転速度をロータリーエンコーダーで計測することにより作業ロボット２０の車輪径に基づいてその移動速度を求めることができるので、作業ロボットの移動速度とローレベルからハイレベルに切り替わるまでの時間ｔ１を乗算することにより、光検出素子４８ａ～４８ｅの走査開始位置Ｈ１から開口部像３４の前方の輪郭点Ｐ２、Ｐ１、Ｐ０、Ｐ８、Ｐ７までのｙ軸方向（管長方向）の移動距離（輪郭点距離）ｙ２、ｙ１、ｙ０、ｙ８、ｙ７を演算することができる。
　また、各光検出素子がハイレベルからローレベルに切り替わるまでの時間ｔ２を計測して、移動速度を乗算することにより、光検出素子４８ａ～４８ｅの走査開始位置Ｈ１から開口部像３４の後方の輪郭点Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６までのｙ軸方向移動距離ｙ３、ｙ４、ｙ５、ｙ６が演算される。
　ここで、各光検出素子４８ａ～４８ｅの光検出素子８ｃからのｘ軸方向の距離は、図９の中央に示されているように、ｘ２、ｘ１、０、ｘ１、ｘ２であるので、開口部像３４の各輪郭点Ｐ０～Ｐ８がｘｙ軸で定まるｘｙ平面へ射影されたときの輪郭点Ｐ０～Ｐ８のｘｙ座標値は、図１３の右側に図示したような値となる。
　このような輪郭点Ｐ０～Ｐ８の座標値の演算は、画像処理部５０ｃの画像生成部５０ｄで行われる。画像生成部５０ｄは、必要に応じて輪郭点Ｐ０～Ｐ８を補間して輪郭点を追加し、輪郭点Ｐ０～Ｐ８並びに追加された輪郭点を、例えばスプライン曲線で結んで、図１４上方に示したような開口部像３４の輪郭を示す２次元画像３５を生成する（ステップＳ６）。
　また、穿孔刃２８の回転軸２８ｂの軸心Ｃのｘｙ座標値はＣ｛０、（Ｄ１＋Ｄ２）｝となる。ここで、Ｄ１は上述したように、枝管の最大径より所定距離長い寸法を考慮した作業ロボット２０の走査開始位置Ｈ１から管長方向移動距離であり、Ｄ２は光検出素子４８ｃと穿孔刃２８の軸心Ｃまでの管長方向距離である。なお、Ｄ１は、作業ロボット２０の走査開始時に時間カウンタを起動させ、作業ロボット２０が走査終了位置Ｈ２で停止したときの時間を測定し、作業ロボット２０の移動速度を乗算することにより求めることができ、Ｄ２は作業ロボット２０の設計値で定まる値である。なお、移動距離ｙ０～ｙ８、Ｄ１は、モーター２１の回転数をロータリーエンコーダーを用いて計測することにより求めることもできる。
　続いて、図１４上方に示したように、画像生成部５０ｄで生成された２次元画像３５を表示器５２に表示する（ステップＳ７）。このとき、輪郭点Ｐ０～Ｐ８のｘｙ座標値は、作業ロボット２０に設定される座標系での実距離に基づいて演算され大きな値となるので、適宜１／ｍ倍に縮小して表示するようにする。
　続いて、表示器５２に表示された２次元画像３５の中心位置を検出する（ステップＳ８）。この中心を検出する一つの方法（手段）は、穿孔刃２８の刃面２８ａの外径ｄ１（図５）の１／ｍ倍の径を有する円形形状のテンプレート３６を用いる方法である。このようなテンプレート３６を記憶装置５１から読み出し、図１４の下方に示したように、例えばマウス５４でテンプレート３６をドラッグしてテンプレート３６と２次元画像３５の位置合わせを行う。位置合わせされたテンプレート３６の中心Ｃ´の座標値Ｃ´（－Ｘｃ、Ｙｃ）を求め、これを２次元画像３５の中心位置を示す座標値とする。テンプレート３６は円形であるので、その中心はソフト的に簡単に求めることができる。
　上述したような位置合わせは、実際に本管１１内でＴＶカメラ２７で開口部像３４を斜めに上方に見ながら穿孔刃２８を移動させその回転面（テンプレート３６に相当）を該開口部像３４（２次元画像３５に相当）に位置合わせする操作に対応している。
　２次元画像３５の中心を検出する他の方法はテンプレートマッチングを用いることである。この場合は、テンプレート３６の画像と２次元画像３５の一致度を相関係数から演算し、相関係数が最大となるテンプレート３６の位置を求め、その中心位置Ｃ´を２次元画像３５の中心位置とする。あるいは、２次元画像３５の重心を演算し、その重心位置を２次元画像３５の中心位置とすることもできる。
　一方、作業ロボット２０は、走査終了時には、図１３に示す位置で停止しているので、穿孔刃２８の回転軸２８ｂの軸心Ｃは、Ｃ｛０、（Ｄ１＋Ｄ２）｝の座標位置にある。そこで、位置ずれ量演算部５０ｅで、２次元画像の中心位置Ｃ´（－Ｘｃ、Ｙｃ）と穿孔刃２８の軸心位置Ｃ｛０、（Ｄ１＋Ｄ２）｝の位置ずれ量を演算する（ステップＳ９）。このとき、（－Ｘｃ、Ｙｃ）は縮小された座標系での座標値であるので、ｍ倍にしておく。
　続いて、演算された位置ずれ量がなくなる方向に、該位置ずれ量分だけ穿孔刃２８を移動する（ステップＳ１０）。つまり、作業ロボット２０を（Ｄ１＋Ｄ２）－Ｙｃだけ後退させ、モーター２２を駆動して穿孔刃２８をＸｃに対応する角度θ（Δθ）だけ反時計方向に旋回させる。
　この状態では、表示器５２上でテンプレート３６が２次元画像３５に位置合わせされているのに対応して、穿孔刃２８の刃面２８ａも開口部像３４に位置合わせされている。そこで、油圧シリンダー２５を駆動して穿孔刃２８を上昇させ、図５に示したように、モーター２６を駆動して穿孔刃２８を回転させる。このとき、作業ロボット２０の位置を安定させるために、突っ張り部材２９を管ライニング材１３の内面に突き当てるようにする。このようにして、図６に示したように、枝管開口部１２ａを閉塞している管ライニング材１３が穿孔される（ステップＳ１１）。
　このように、本実施例では、実際に本管１１内でＴＶカメラ２７で開口部像３４を斜め上方に見ながら穿孔刃２８の刃面２８ａを該開口部像３４に位置合わせする操作を、表示器５２上で開口部像３４に相当する２次元画像３５を表示して正面から行うことができるので、位置合わせが極めて容易になる。しかも、実際の開口部像３４の輪郭に不鮮明な部分があったり、開口部像３４内に雑光（ノイズ）があっても、２次元画像３５の外形が把握できる範囲内で位置合わせすることができ、穿孔効率を高めることができる。
　なお、上述した実施例では、５個の光検出素子を用いたが、光検出素子の数が多くなれば、検出される輪郭点も多くなり、位置合わせ精度が向上する。また、上述した実施例では、５個の光検出素子を周方向に等間隔に配置したが、中央部と端部で粗密を変えて配置するようにしてもよい。
　また、光検出器４０として、微小な光検出素子を細かいピッチで等間隔に１次元に配列したＣＣＤあるいはＣＭＯＳイメージセンサー７０を用いるようにしてもよい。１次元イメージセンサー７０は、図１５に示したように、本管の周方向に沿って円弧状に延びるセンサー取付板４８に取り付けられる。
　このような１次元イメージセンサー７０を用いて開口部像３４を走査する場合、１次元イメージセンサー７０が開口部像３４のいずれかの輪郭を検出するまで、作業ロボット２０を前進させ（図１６のステップＴ１，Ｔ２）、輪郭が検出されたら作業ロボット２０を所定距離後進させ（ステップＴ３）、この位置を走査開始位置Ｈ１´とする（ステップＴ３）。続いて、枝管の最大径より所定距離長い寸法をＤ１´として設定して、図１７に示したように、作業ロボット２０を走査開始位置Ｈ１´から開口部像３４を越えた距離Ｄ１´＋Ｄ２´にある走査終了位置Ｈ２´まで移動させ、開口部像３４の全領域を走査して（ステップＴ４）、そこで作業ロボット２０の移動を停止させる。なお、Ｄ２´は、作業ロボット２０の設計値で定まる値である。
　１次元イメージセンサー７０の各光検出素子が検出したアナログ信号は、各光検出素子の配列ピッチに相当した開口部像の微小領域の明るさを示すデジタル信号に変換されてコンピュータ５０に入力される。光検出器４０の管長方向への移動に従って１次元イメージセンサー７０の各光検出素子から順次出力される開口部像３４の各微小領域毎の信号値は、ＲＡＭ５０ｂに順次記録される。
　画像生成部５０ｄはＲＡＭ５０ｂに記憶された開口部像３４の各微小領域毎の信号値を読み出し、開口部像３４の形状並びにその明るさを忠実に再現した２次元画像７２を生成する（ステップＴ５）。なお、ｙ軸は図１３と同様に、本管１１の管軸１１ａと平行な軸で、１次元イメージセンサー７０の中央の光検出素子の位置を通過する軸に設定され、また、ｘ軸はｙ軸に直交する水平軸で、該中央の光検出素子の走査開始位置Ｈ１´を通過する軸に設定される。
　続いて、図１１のステップＳ７～Ｓ１１と同様な処理がステップＴ６～Ｔ１０で行われ、管ライニング材１３の穿孔が行われる。
　１次元イメージセンサー７０を用いる場合には、開口部像３４の全領域は、光検出素子の細かいピッチに相当する分解能で表示器５２に表示される。図１８において、２次元画像７２の輪郭線７２ａは黒い実線として図示されているが、実際は、図８で点線で示した信号の立ち上がり部、あるいは立下り部の明るさに応じた異なる濃淡ある線状の輪郭となって表現される。また、２次元画像７２の周辺領域７２ｂ、７２ｃは、枝管開口部１２ａに汚物が堆積したために、その部分が欠落した画像となっており、また中央領域７２ｄはノイズ画像として再現されている。
　穿孔刃２８の回転軸２８ａの軸心Ｃの座標値はＣ｛０、（Ｄ１´＋Ｄ２´）｝となり、２次元画像７２の中心位置は、図１４と同様に、Ｃ´（－Ｘｃ、Ｙｃ）として求められるので、作業ロボット２０を位置ずれ量（Ｄ１´＋Ｄ２´）－Ｙｃだけ後退させ、モーター２２を駆動して穿孔刃２８をｘ軸での差Ｘｃ（Δｘ）に対応する角度θ（Δθ）だけ反時計方向に回動させて、枝管１２の開口部を閉塞している管ライニング材１３を穿孔する。
　１次元イメージセンサー７０を用いる場合には、開口部像３４の全領域が２次元の平面画像として忠実に表示器５２に表示されるので、位置決めが容易になり、またその位置決め精度が向上する。
　なお、光検出器４０を、図１９に示したように、直線状に延びる１次元イメージセンサー７５ａ～７５ｅを複数個本管の周方向に沿って配列した１次元イメージセンサーから構成することもできる。この場合、それぞれの１次元イメージセンサー７５ａ～７５ｅは、直線状に延びる本管周方向に配列したセンサー取付板７４ａ～７４ｅに取り付けられる。
　画像生成部５０ｄでは、作業ロボット２０の移動によってそれぞれの１次元イメージセンサー７５ａ～７５ｅにより順次検出された信号により開口部像３４の輪郭を示す２次元画像が生成される。この場合、各直線状の１次元イメージセンサーの各光検出素子と管ライニング材１３の内面との径方向の距離が異なることから、生成される２次元画像の輪郭が忠実に再現されなくなるが、輪郭形状のずれは少なく、２次元画像のほぼ中心を求めることができ、同等の位置合わせ精度で穿孔を行うことができる。
　実施例１では、光検出器４０は、作業ロボット２０に固定されており、作業ロボット２０の管長方向の移動に連動して移動させたが、作業ロボット２０の移動と独立して光検出器４０を移動させることにより開口部像３４を走査することもできる。その実施例が図２０～図２５に図示されている。
　実施例２では、図２０～図２２に図示したように、４輪を備え光検出器４０を搭載した走査ユニット８０が用いられる。走査ユニット８０は、基台８１内に設けられたモーター８２、例えば、ステッピングモーターあるいはサーボモーターにより作業ロボット２０の周方向中心に対して左右対称に配置されたガイドレール８３、８４に案内されて停止板８５、８６間を作業ロボット２０の平坦部上で管長方向に移動する。
　基台８１の前後にはリミットスイッチ８１ａ、８１ｂが取り付けられ、走査ユニット８０が前進あるいは後進して作業ロボット２０に固定された停止板８５、８６に当たると、リミットスイッチ８１ａ、８１ｂが作動してモーター８２が停止し、走査ユニット８０が停止板８５、８６を超えて前進ないし後進できないようになっている。また、走査ユニット８０の基台８１には、図９で説明した部材４２～４８を介して光検出素子４８ａ～４８ｅを備えた光検出器４０が取り付けられる。
　このような構成で、走査ユニット８０による開口部像３４の走査は、図１１に示す流れと同様な流れで行われる。作業ロボット２０は本管１１の管軸１１ａを中心に幾分時計方向にΔθ回動した状態で前進し、走査ユニット８０は最後部、即ち後方の停止板８６に当接する位置に停止しているとする（図２３）。
　作業ロボット２０が前進し、図２３の右側に示すように、光検出器４０のいずれかの光検出素子４８ａ～４８ｅ（中央の光検出素子４８ｃ）が開口部像３４の輪郭を検出したとき、同図の左側に示すように、作業ロボット２０を所定距離Δｄだけ後進させ、この位置を開口部像３４の走査開始位置Ｈとする（ステップＳ１～Ｓ３）。走査開始位置Ｈでは、上述したように、走査ユニット８０は停止板８６に当接して停止している。本管１１の管軸１１ａと平行な軸で、中央の光検出素子４８ｃの位置を通過する軸がｙ軸に、また、ｙ軸に直交する水平軸で、中央の光検出素子４８ｃの走査開始位置Ｈを通過する軸がｘ軸に設定される。
　実施例１では、この走査開始位置Ｈで作業ロボット２０を前進させて開口部像を走査しているが（ステップＳ４）、実施例２では、走査開始位置Ｈで作業ロボット２０を停止したままにし、走査ユニット８０を作業ロボット２０上で前進させ、開口部像３４を走査する。
　走査ユニット８０の前進に伴い、光検出器４０も管長方向に移動する。図２４に示したように、光検出素子４８ａ～４８ｅは、それぞれ走査開始位置ＨからＹ１の距離移動し、その間に開口部像３４の輪郭点Ｐ１～Ｐ８を検出し、走査ユニット８０は走査終了位置Ｈ´で停止する。
　輪郭点Ｐ１～Ｐ８が検出されるまでの光検出素子４８ａ～４８ｅの走査開始位置Ｈからの移動距離ｙ０´～ｙ８´は、実施例１と同様に、それぞれの輪郭点が検出されるまでの時間と走査ユニット８０の移動速度を乗算することにより求められ、また光検出素子４８ａ～４８ｅのｘ軸方向の配列は、実施例１と同様であるので、図２４の右側に図示したような輪郭点Ｐ０´～Ｐ８´の座標値が演算される。
　実施例１と同様に、必要に応じて輪郭点Ｐ０´～Ｐ８´を補間して輪郭点を追加し、輪郭点Ｐ０´～Ｐ８´並びに追加された輪郭点を、例えばスプライン曲線で結んで、図２５上方に示したような開口部像３４の輪郭を示す２次元画像３５´が生成される（ステップＳ６）。
　続いて、２次元画像３５´が表示器５２に表示され（ステップＳ７）、実施例１と同様な方法で、その中心Ｃ´（－Ｘｃ´、Ｙｃ´）が求められる（ステップＳ８）。
　一方、開口部像３４が走査されるとき、作業ロボット２０は走査開始位置Ｈで停止していて、穿孔刃２８の回転軸２８ｂの軸心Ｃは、Ｃ（０、Ｙ２）の座標位置にある。Ｙ２は、軸心Ｃから走査開始位置Ｈまでのｙ軸方向（管長方向）距離で、停止板８６の作業ロボット２０上の取付位置、作業ロボット２０、走査ユニット８０の設計値により決まり、走査ユニット８０の移動には依存しない値である。
　続いて、２次元画像３５´の中心Ｃ´（－Ｘｃ´、Ｙｃ´）と穿孔刃２８の軸心Ｃ（０、Ｙ２）の位置ずれ量が演算され（ステップＳ９）、位置ずれ量がなくなる方向に、該位置ずれ量分だけ穿孔刃２８を本管管長方向並びに周方向に移動させ、管ライニング材１３を穿孔する（ステップＳ１０、Ｓ１１）。なお、穿孔が終了したとき、あるいは開口部像の走査が終了したときには、走査ユニット８０を停止板８６に当接するまで後進させ、次の開口部像の走査のために待機させる。
　実施例２では、作業ロボット２０を移動させるのではなく、作業ロボット２０とは独立に走査ユニット８０を作業ロボット上で移動させて、開口部像３４を走査している。走査ユニット８０は、作業ロボット２０の平坦な部分を移動させることができるので、湾曲面を移動する作業ロボット２０に比較して円滑にかつ安定して移動させることができ、高精度で開口部像の輪郭点を検出することができる。
　なお、走査ユニット８０を、スリップすることなく一定速度で移動させるために、走査ユニット８０が移動する作業ロボット２０上の走行路に摩擦係数の大きなシートを敷くようにしてもよい。また、走査ユニットの車輪の全周にギアを形成し、ガイドレール上にも当該ギアと噛みあうギアを設けて、ギアの噛み合いにより走査ユニットを移動させるようにしてもよい。
　また、光検出器４０は、個別な光検出素子を配列して構成されているが、実施例１と同様に、微小な光検出素子を細かいピッチで等間隔に１次元に配列した図１５、図１９に示すようなＣＣＤあるいはＣＭＯＳの１次元イメージセンサーを用いるようにしてもよい。
　上述した実施例１、２では、光検出器４０のセンサー取付板４８は、本管１１あるいはその管ライニング材１３の曲率に応じて湾曲しているので、本管１１の管径あるいは管ライニング材の層厚が異なると、それに応じた曲率のセンサー取付板を用いる必要がある。そこで、光検出器４０の各光検出素子４８ａ～４８ｄをそれぞれ個別のセンサー取付板に取り付け、それぞれの光検出素子が独立してスプリングで付勢され、本管１１の管径あるいは管ライニング材の層厚が異なっても、それぞれの検出面と管ライニング材内面との距離が一定になるようにする。
　図２６は、光検出器４０の中央の光検出素子４８ｃの取り付けを示す図で、光検出素子４８ｃは、ブロック状のセンサー取付板１００により他の光検出素子と分離してセンサーホルダー４５に取り付けられる。他の光検出素子４８ａ、４８ｂ、４８ｄ、４８ｅも同様である。
　光検出器４０のすべての光検出素子４８ａ～４８ｅは、図２７、図２８に示したように、作業ロボット２０に固定された基台１０１に本管周方向に等角度θ１隔てて配列される。光検出器４０の各光検出素子４８ａ～４８ｅは、スプリング４４により他の光検出素子と独立して上方に付勢され、ボール４６がそれぞれ管ライニング材１３の内面に点接触し、各光検出素子４８ａ～４８ｅの検出面と管ライニング材内面との距離が一定になるので、本管１１の管径あるいは管ライニング材１３の層厚が異なっても同一感度で開口部像を走査することが可能になる。
　実施例３での穿孔装置は、光検出器４０が図２６、図２７に示したように構成されることを除き、実施例１と同様な構成で、管ライニング材１３の穿孔は、図２９に示す流れに沿って行われる。図２９において、ステップＵ１～Ｕ５は、図１１のステップＳ１～Ｓ５と同様な処理である。
　ここで、開口部像３４が図３０に示すようにその輪郭が鮮明で欠損部がない場合には、光検出器４０の光検出素子４８ａ～４８ｅは、作業ロボット２０の前進にともないそれぞれ最初の輪郭点Ｑ２、Ｑ１、Ｑ０、Ｑ９、Ｑ８を検出し、続いて後方の輪郭点Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７を検出する。
　光検出器４０の中央の光検出素子４８ｃは、例えば図３２の上段のような出力信号を出力し、時間ｔ１で輪郭点Ｑ０を、時間ｔ２で輪郭点Ｑ５を検出する。一方の他の光検出素子、例えば、光検出素子４８ａは、感度が光検出素子４８ｃと同一であるとすると、下段に示したように、同様な出力信号を出力し、時間ｔ１´で輪郭点Ｑ２を、時間ｔ２´で輪郭点Ｑ３を検出する。
　光検出素子４８ｃで検出される輪郭点Ｑ０、Ｑ５間の距離は、光検出素子４８ａで検出される輪郭点Ｑ２、Ｑ３間の距離と相違するが、その中心Ｑｃ、Ｑａは、出力信号が同様な波形であれば、ほぼ同一である。同じことが他の光検出素子についてもいえ、理想的には、図３０に示したように、各光検出素子４８ａ～４８ｅが検出する輪郭点（Ｑ２、Ｑ３）、（Ｑ１、Ｑ４）、（Ｑ０、Ｑ５）、（Ｑ９、Ｑ６）、（Ｑ８、Ｑ７）間の距離の中心Ｑａ～Ｑｅのｙ座標は、同じ値になる。
　実際には、図１４に示したのと同様な輪郭点Ｐ０～Ｐ８が検出され、図３１の上段に示したように各輪郭点が２点鎖線の仮想線で結ばれて表示器５２に表示される。輪郭点Ｐ２、Ｐ５は、図１４に関連して説明したように、開口部像３４の輪郭が不鮮明なために、不正確であり、光検出素子４８ｅは前方の輪郭点Ｐ７だけしか検出していない。
　ここで、表示器５２に表示された画像を見て、良好に輪郭点を検出したと思われる光検出素子を選択する。図３１の例では、光検出素子４８ｂ、４８ｄがその例であるので、輪郭点距離Ｐ１－Ｐ４、Ｐ８－Ｐ６の中心Ｑｂ、Ｑｄのいずれか、あるいはその平均値を求める。
　各光検出素子４８ａ～４８ｅがそれぞれ検出する前方の輪郭点と後方の輪郭点間の距離の中心は、理想的にはそれぞれ同じであることから、検出した輪郭点の補正を行う。今の例では、輪郭点Ｐ２、Ｐ５は、不正確であり、光検出素子４８ｅは前方の輪郭点Ｐ７だけしか検出していない。従って、図３１の下段に示したように、輪郭点Ｐ２をＰ２´に、輪郭点Ｐ５をＰ５´に補正し、また輪郭点Ｐ７´を補完して、各輪郭点距離の中心Ｑａ、Ｑｃ、ＱｅがＱｂ、Ｑｄと同じ値になるようにする。このようにして補正ないし補完された輪郭点を含めて各輪郭点を、スプライン曲線で結んで２次元画像１０２を生成する（ステップＵ６）。
　続いて、生成された２次元画像１０２の中心Ｃ´を求める（ステップＵ７）。各光検出素子が検出した輪郭点間の距離の中心Ｑａ～Ｑｅは、２次元画像の中心のｙ座標に相当するので、中心Ｑａ～Ｑｅのいずれかあるいはその平均値Ｑｙを２次元画像１０２の中心Ｃ´のｙ座標値とする。また、２次元画像１０２の幅ｗの中心線と輪郭点Ｐ０、Ｐ５´を結ぶ線とのｘ軸方向の距離Ｑｘに符号を付して－Ｑｘを２次元画像１００の中心Ｃ´のｘ座標値とする。
　続いて、ステップＵ８において、２次元画像１０２の中心と穿孔刃の回転軸の軸心位置との管長方向と周方向位置ずれ量を求める。管長方向の位置ずれ量は、（Ｄ１＋Ｄ２）から２次元画像１０２の中心Ｃ´のｙ座標値を減算した値であり、周方向の位置ずれ量は、Ｑｘに対応する角度（Δθ）であるので、そのずれ量分穿孔刃２８を後退させ、穿孔刃２８を管軸を中心に反時計方向にΔθだけ旋回させる（ステップＵ９）。
　このようにして、穿孔刃２８が正しい位置に位置決めされたので、油圧シリンダー２５を駆動して穿孔刃２８を上昇させ、穿孔刃２８を回転させて枝管開口部１２ａを閉塞している管ライニング材１３を穿孔する（ステップＵ１０）。
　実施例３では、光検出素子で検出された輪郭点が補正され、あるいは光検出素子が検出できなかった輪郭点が補完されるので、開口部像３４に忠実な２次元画像１０２を生成することができ、実施例１のようなテンプレートを用いなくても、簡単な方法で、２次元画像の中心、つまり開口部像の中心を求めることができる。
　また、実施例３では、光検出器４０は、作業ロボット２０上に取り付けられ、作業ロボット２０の管長方向移動に連動して移動するが、実施例２と同様に、作業ロボット２０上を作業ロボット２０の移動と独立して管長方向に移動させることもできる。
　１１　本管
　１２　枝管
　１２ａ　枝管開口部
　１３　管ライニング材
　１４　作業トラック
　１５　ケーブルパイプ
　２０　作業ロボット
　２１　モーター
　２２　モーター
　２５　シリンダー
　２６　モーター
　２７　ＴＶカメラ
　２８　穿孔刃
　２８ａ　刃面
　２９　突っ張り部材
　３０　照明ランプ
　３４　開口部像
　３５　２次元画像
　３６　テンプレート
　４０　光検出器
　４６　ボール
　４７　ボールベアリング
　４８　センサー取付板
　４８ａ～４８ｅ　光検出素子
　５０　コンピュータ
　５０ｃ　画像処理部
　５０ｄ　画像生成部
　５０ｅ　位置ずれ量演算部
　５１　記憶装置
　５２　表示器
　７０　１次元イメージセンサー
　７２　２次元画像
　７５ａ～７５ｅ　１次元イメージセンサー
　８０　走査ユニット
　８１　基台
　８１ａ、８１ｂ　リミットスイッチ
　８２　モーター
　８３、８４　ガイドレール
　８５、８６　停止板

Claims (9)

  1. 　枝管側からの照明光が枝管開口部を閉塞している管ライニング材を透過することにより管ライニング材内面に枝管開口部に対応した開口部像が形成される管ライニング材を本管側から穿孔する穿孔装置であって、
    　管ライニング材を穿孔するための回転可能な穿孔刃と、
    　前記穿孔刃を本管管長方向に延びる軸を中心に周方向に旋回できるように搭載して本管内を管長方向に移動する作業ロボットと、
    　本管周方向に配列された複数の光検出素子を備え、開口部像を管長方向に走査してその輪郭点を検出する光検出器と
    　前記光検出器により検出された輪郭点に基づいて開口部像の輪郭を示す２次元画像を生成する画像生成手段と、
    　生成された２次元画像の中心位置と穿孔刃の回転軸の軸心位置との管長方向と周方向位置ずれ量を演算する演算手段と、を備え、
    　前記位置ずれ量がなくなる方向に位置ずれ量分穿孔刃を管長方向に移動させるとともに周方向に旋回させて管ライニング材を穿孔することを特徴とする穿孔装置。
  2. 　前記光検出器は、作業ロボット上に取り付けられ、作業ロボットの管長方向移動に連動して移動することを特徴とする請求項１に記載の穿孔装置。
  3. 　前記光検出器は、作業ロボット上を作業ロボットの移動と独立して管長方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の穿孔装置。
  4. 　前記光検出器の各光検出素子は、それぞれの検出面と管ライニング材内面との距離が一定になるように、個別にスプリングにより上方に付勢されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の穿孔装置。
  5. 　前記光検出器の各光検出素子は、それぞれの検出面と管ライニング材内面との距離が一定になるように、本管の管径並びに管ライニング材の層厚に応じた曲率で湾曲した取付板に取り付けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の穿孔装置。
  6. 　前記光検出器の光検出素子はＣｄＳセルあるいはフォトダイオードであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の穿孔装置。
  7. 　枝管側からの照明光が枝管開口部を閉塞している管ライニング材を透過することにより管ライニング材内面に枝管開口部に対応した開口部像が形成される管ライニング材を本管側から穿孔する穿孔方法であって、
    　管ライニング材を穿孔するための回転可能な穿孔刃を本管管長方向に延びる軸を中心に旋回できるように搭載した作業ロボットを本管管長方向に移動させる工程と、
    　前記照明光により管ライニング材内面に形成された開口部像を、複数の光検出素子を本管周方向に配列した光検出器で管長方向に走査しその輪郭点を検出する工程と、
    　前記検出された輪郭点に基づいて開口部像の輪郭を示す２次元画像を生成し、生成された２次元画像の中心位置と穿孔刃の回転軸の軸心位置との本管管長方向と周方向位置ずれ量を演算する工程と、
    　前記位置ずれ量がなくなる方向に位置ずれ量分穿孔刃を管長方向に移動させるとともに周方向に旋回させて管ライニング材を穿孔する工程と、
    　を備えることを特徴とする穿孔方法。
  8. 　前記生成された２次元画像の中心位置は、穿孔刃が描く形状に対応した形状のテンプレートとのテンプレートマッチングにより求められることを特徴とする請求項７に記載の穿孔方法。
  9. 　前記生成された２次元画像は、光検出器の各光検出素子が検出した最初の輪郭点と次の輪郭点間の距離の中心が各光検出素子で同じになるように、輪郭点が補正ないし補完されることを特徴とする請求項７に記載の穿孔方法。
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