(57)【要約】【課題】表面処理と表面処理後の検査とを自動的に行えるようにして、作業効率を向上させる。【解決手段】構造物１の表面処理を実施する表面処理装置２０が、構造物１の表面に向けて噴射材を噴射するノズル４３と、構造物１の表面の状態を計測する検査プローブ４４と、ノズル４３及び検査プローブ４４を構造物１の表面に沿って移動させるマニピュレーター４２と、マニピュレーター４２が搭載された走行体４１と、マニピュレーター４２及び走行体４１を制御する制御装置３１と、を備える。制御装置３１がマニピュレーター４２及び走行体４１を制御することによりノズル４３が構造物１の表面に沿って移動しながら噴射材を噴射することによって構造物１の表面処理を実施した後、制御装置３１がマニピュレーター４２及び走行体４１を制御することにより検査プローブ４４が構造物１の表面に沿って移動しながら構造物１の表面の状態を計測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の表面処理を実施する表面処理装置において、
前記構造物の表面に向けて噴射材を噴射するノズルと、
前記構造物の表面の状態を計測する検査プローブと、
前記ノズル及び前記検査プローブを前記構造物の表面に沿って移動させる移動機構と、
前記移動機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置が前記移動機構を制御することにより前記ノズルが前記構造物の表面に沿って移動しながら前記噴射材を噴射することによって前記構造物の表面処理を実施した後、前記制御装置が前記移動機構を制御することにより前記検査プローブが前記構造物の表面に沿って移動しながら前記構造物の表面の状態を計測する表面処理装置。
【請求項２】
前記検査プローブによる計測結果に基づいて前記構造物の表面の状態の良否を位置ごとに評価し、その評価の結果不良となる位置を表す不良位置信号を前記制御装置に送信するコンピューターを備え、
前記制御装置が前記不良位置信号に基づいて前記移動機構を制御することにより前記ノズルが不良となる位置に移動して前記噴射材を噴射することによって前記構造物の表面処理を再度実施する請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記移動機構が搭載された走行体を更に備え、
前記構造物の表面処理の実施の際に前記制御装置が前記移動機構とともに前記走行体を制御することによって前記ノズルが前記構造物の表面に沿って移動しながら前記噴射材を噴射した後、前記制御装置が前記移動機構とともに前記走行体を制御することによって前記検査プローブが前記構造物の表面に沿って移動しながら前記構造物の表面の状態を計測する請求項１又は２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
閉鎖された空間内で前記構造物の表面が露出し、前記空間内において前記移動機構が前記ノズル及び前記検査プローブを移動させる請求項１から３の何れか一項に記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記噴射材が投射材、水、塗料、モルタル、コンクリート又は化学薬品である請求項１から４の何れか一項に記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴射物を構造物の表面に噴射することによってその表面を処理する表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、噴射ノズルを備える多関節ロボットを用いて、噴射ノズルから高圧水をコンクリート構造物の下面に噴射することによってコンクリート構造物の下面を自動的に研掃する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５４４３０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、研掃作業の後に研掃の良否を検査することが必要である。ところが、人手による検査作業では、作業効率が悪い上、検査精度が安定せず検査結果にばらつきがある。
また、人手によって研掃作業を行うと、作業員が研掃により生じた粉塵や有害物質を浴びてしまう。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、研掃等の表面処理と表面処理後の検査とを自動的に行えるようにして、作業効率、安全性及び検査精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決すべく、構造物の表面処理を実施する表面処理装置は、前記構造物の表面に向けて噴射材を噴射するノズルと、前記構造物の表面の状態を計測する検査プローブと、前記ノズル及び前記検査プローブを前記構造物の表面に沿って移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置が前記移動機構を制御することにより前記ノズルが前記構造物の表面に沿って移動しながら前記噴射材を噴射することによって前記構造物の表面処理を実施した後、前記制御装置が前記移動機構を制御することにより前記検査プローブが前記構造物の表面に沿って移動しながら前記構造物の表面の状態を計測する。
【０００６】
以上によれば、制御装置が移動機構を制御することによって、構造物の表面処理とそれに引き続く検査処理が自動的に実施される。そのため、作業員の安全を確保できる上、作業効率、生産性及び検査精度が向上する。
【０００７】
好ましくは、前記表面処理装置が、前記検査プローブによる計測結果に基づいて前記構造物の表面の状態の良否を位置ごとに評価し、その評価の結果不良となる位置を表す不良位置信号を前記制御装置に送信するコンピューターを備え、前記制御装置が前記不良位置信号に基づいて前記移動機構を制御することにより前記ノズルが不良となる位置に移動して前記噴射材を噴射することによって前記構造物の表面処理を再度実施する。
【０００８】
以上によれば、表面処理が不良であった箇所に表面処理を再度自動的に実施するため、作業効率が向上する。
【０００９】
好ましくは、前記表面処理装置が、前記移動機構が搭載された走行体を更に備え、前記構造物の表面処理の実施の際に前記制御装置が前記移動機構とともに前記走行体を制御することによって前記ノズルが前記構造物の表面に沿って移動しながら前記噴射材を噴射した後、前記制御装置が前記移動機構とともに前記走行体を制御することによって前記検査プローブが前記構造物の表面に沿って移動しながら前記構造物の表面の状態を計測する。
【００１０】
以上によれば、移動機構が走行体に搭載されているので、移動機構のみによるノズル及び検査プローブの移動可能範囲よりも広い範囲の表面処理及び検査処理を実施できる。
【００１１】
好ましくは、閉鎖された空間内で前記構造物の表面が露出し、前記空間内において前記移動機構が前記ノズル及び前記検査プローブを移動させる。
【００１２】
以上によれば、閉鎖された空間の外にいる作業員が噴射材や塵埃を浴びずに済む。よって、作業員の安全を確保できる。
【００１３】
好ましくは、前記噴射材が投射材、水、塗料、モルタル、コンクリート又は化学薬品である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、構造物の表面処理とそれに引き続く検査処理が自動的に実施される。そのため、作業員の安全を確保できる上、作業効率、生産性及び検査精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】表面処理方法を説明するための側面図である。
【図２】表面処理ロボットの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１７】
１．  表面処理方法の概要
図１は本実施形態の表面処理方法を説明するための側面図である。
本実施形態の表面処理方法では、表面処理装置２０を用いて構造物１の表面処理を実施する。表面処理とは、構造物１の表面１ａに噴射材９を吹き付けることによって構造物１の表面１ａを変化させることをいい、例えばショットブラスト、ウォータージェット、スプレーのことをいう。構造物１の表面１ａの変化とは、例えば構造物１の表面１ａを研掃すること、構造物１の表面１ａに噴射材９を付着させること、構造物１の表面１ａに塗膜を形成すること、構造物１の表面１ａを噴射材９で化学反応させること等をいう。本実施形態では、構造物１が高架橋であるが、他の構造物、例えばトンネル、地下構造物、橋梁、建物、格納庫、シェルターであってもよい。本実施形態では、噴射材９に研磨材（サンド）を用いるため、サンドブラスト法により構造物１の表面１ａを研掃することになる。なお、サンド以外の投射材や、水、塗料、モルタル、コンクリート又は化学薬品を噴射材９として用いてもよい。
【００１８】
構造物１から吊り足場２が懸下されるように設置されており、吊り足場２上に作業空間が形成されている。吊り足場２上には仕切りパネル３〜６が立設されており、吊り足場２上の作業空間が仕切りパネル３〜６によって室１１〜１５に区切られている。室１１〜１５はこれらの順に構造物１の長手方向、つまり橋軸方向に配列されている。
【００１９】
室１１〜１５は閉鎖された空間であり、構造物１の表面１ａは各室１１〜１５内で露出している。各室１１〜１５内では、室１１，室１２、室１３、室１４、室１５の順に構造物１の表面処理を実施し、表面処理に引き続いて表面処理済みの構造物１の表面１ａを検査し、検査処理に引き続いて表面処理済みの構造物１の表面１ａを後処理する。後処理とは、例えば構造物１の表面１ａを塗装する処理をいうが、他の表面処理であってもよい。ここで、室１４内において構造物１の表面処理を実施するのと並行して、室１３内において表面処理済みの構造物１の表面１ａの検査を実施するとともに、室１２において検査済みの構造物１の表面１ａの後処理を実施する。室１４内で構造物１の表面処理が完了すると、その隣の室１５では表面処理を実施し、今まで表面処理を行っていた室１４では検査を実施し、今まで検査を行っていた室１３では後処理を実施する。
【００２０】
構造物１の表面処理には、表面処理装置２０を使用する。以下、表面処理装置２０について詳細に説明する。
【００２１】
２．  表面処理装置
表面処理装置２０は発電機２１、遠隔操作装置２２、供給装置２３、制御装置３１、ガイドレール３２及び表面処理ロボット４０を備える。
【００２２】
発電機２１、遠隔操作装置２２及び供給装置２３は、構造物１の下の作業場に、特に地面に設置されている。発電機２１によって生成された電力が遠隔操作装置２２、供給装置２３、制御装置３１及び表面処理ロボット４０に供給されることによって、これらが動作する。
【００２３】
遠隔操作装置２２は、入力デバイス（キーボード、ポインティングデバイス、ティーチングペンダント、プッシュスイッチ等）、表示デバイス、無線機及びコンピューター等を有するコンピューターシステムである。遠隔操作装置２２のコンピューターと制御装置３１は相互に通信可能である。
【００２４】
作業員が遠隔操作装置２２を利用して、無線又は有線により供給装置２３、制御装置３１及び表面処理ロボット４０の稼働状態を把握できるとともに、これらを遠隔操作することができる。また、作業員が遠隔操作装置２２を利用してティーチングを行うと、ティーチングの内容に従ったプログラムが遠隔操作装置２２のコンピューターによって作成され、その動作プログラムが遠隔操作装置２２のコンピューターから制御装置３１に転送され、制御装置３１が動作プログラムに従って表面処理ロボット４０を駆動する。
【００２５】
遠隔操作装置２２の横には、制御装置３１が設置されている。制御装置３１は、遠隔操作装置２２と無線通信を行うための無線機と、表面処理ロボット４０を動作させるための指令信号を出力するプログラマブルロジックコントローラーと、プログラマブルロジックコントローラーの指令信号に従って表面処理ロボット４０を駆動するサーボ機構等とを備える。
【００２６】
供給装置２３はホース２４を通じて噴射材９を表面処理ロボット４０に供給する。供給装置２３はコンプレッサー２３ａ、エアドライヤー２３ｂ、ブラスト機２３ｃ及び貯留タンク２３ｄを有する。コンプレッサー２３ａはエアドライヤー２３ｂを介して高圧エアをブラスト機２３ｃに供給し、エアドライヤー２３ｂは高圧エアの湿気を除去する。コンプレッサー２３ａには圧力検出器が設けられ、圧力検出器の検出値に基づいてコンプレッサー２３ａがフィードバック制御されることによって、コンプレッサー２３ａの圧力が所定値に自動制御される。
【００２７】
貯留タンク２３ｄには、噴射材９が貯留されている。貯留タンク２３ｄとブラスト機２３ｃは電磁弁等を介して接続されており、電磁弁が開くと、貯留タンク２３ｄ内の噴射材９はブラスト機２３ｃに供給される。
【００２８】
ブラスト機２３ｃには、噴射材９が一時的に貯留される。ブラスト機２３ｃは残量検出器を有し、ブラスト機２３ｃに貯留された噴射材９の残量が残量検出器によって検出される。残量検出器によって検出された残量が所定しきい値未満になると、前記電磁弁が開き、貯留タンク２３ｄ内の噴射材９はブラスト機２３ｃに供給される。高圧エアがコンプレッサー２３ａからブラスト機２３ｃに供給された状態で制御装置３１がブラスト機２３ｃを作動させると、ブラスト機２３ｃがブラスト機２３ｃ内の噴射材を高圧エアとともにホース２４を通じて表面処理ロボット４０に供給する。これにより、表面処理ロボット４０のノズル４３から噴射材９が噴射される。制御装置３１がブラスト機２３ｃを停止させると、噴射材９の噴射が止まる。
【００２９】
構造物１の下にはガイドレール３２が設置されている。ガイドレール３２は室１１内から室１５内にかけて構造物１の長手方向、つまり橋軸方向に延設されている。ガイドレール３２は構造物１に取り付けられていてもよいし、吊り足場２の上に取り付けられていてもよい。このガイドレール３２は表面処理ロボット４０を構造物１の長手方向に案内するものであり、表面処理ロボット４０がガイドレール３２に沿って自走する。
【００３０】
ガイドレール３２は仕切りパネル３〜６を貫通して延在しているが、これらが貫通する箇所には扉等の開閉部材が設けられている。開閉部材は通常時に閉じているが、表面処理ロボット４０が仕切りパネル３〜６を通過する際には、開閉部材が開く。
【００３１】
続いて、表面処理ロボット４０について説明する。図２は表面処理ロボット４０の側面図である。表面処理ロボット４０は走行体４１、マニピュレーター４２、ノズル４３、検査プローブ４４及び位置計測器４５を備える。
【００３２】
走行体４１はガイドレール３２に沿って走行可能となってガイドレール３２に支持されている。走行体４１はガイドレール３２上を転動する車輪４１ａとそれらを駆動するモーターとを有し、車輪４１ａがモーターによって回転駆動されることによって走行体４１がガイドレール３２に沿って走行する。走行体４１にはロータリーエンコーダー等の速度検出器が設けられ、制御装置３１が速度検出器の検出値に基づいて走行体４１をフィードバック制御することによって、走行体４１の速度が所定の目標値に自動制御される。
【００３３】
走行体４１には、位置計測器４５が設けられている。この位置計測器４５は走行体４１の位置を計測して、その計測結果を表す信号（以下、走行体位置信号という。）を制御装置３１に出力する。走行体位置信号は制御装置３１によって遠隔操作装置２２のコンピューターにも転送される。
【００３４】
位置計測器４５は例えば衛星航法受信機、三角測量器、３Ｄスキャナー、ロータリーエンコーダー式計測器である。衛星航法受信機は、複数の航法衛星から電波を受信することによって測位する機器である。三角測量器は、走行体４１の周囲に設置されたターゲットに向けて投光して、反射光を受光することによってターゲットまでの距離と投光角度を計測し、それら距離と投光角度から位置を演算する機器である。３Ｄスキャナーとは、レーザービームを照射しながらその照射方向を偏向させるとともに、走行体４１の周囲に設置されたターゲット等から反射光を受光することによって、走行体４１からターゲットまでの距離及び方角を計測して、その距離及び方角から走行体４１の位置を演算する機器である。ロータリーエンコーダー式計測器は、走行体４１の回転軸（例えば、車輪４１ａの軸）の回転変位により生じるパルスの数を計数して、その計数値から位置を演算する機器である。位置計測器４５が屋外等の電波の届く場所にある場合には、衛星航法受信機を位置計測器４５として利用可能であるが、位置計測器４５が屋内等の電波の届かない場所にある場合には、三角測量器、ロータリーエンコーダー式計測器又は３Ｄスキャナーを位置計測器４５として利用する。
なお、位置計測器４５が走行体４１の周囲に設置されていてもよく、この場合には３Ｄスキャナー又は三角測量器を位置計測器４５として利用可能である。
【００３５】
走行体４１上には、移動機構としてのマニピュレーター４２が搭載されている。マニピュレーター４２は、５軸の自由度でノズル４３及び検査プローブ４４の移動及び姿勢変更を行う多関節ロボット本体である。このマニピュレーター４２はベースユニット４２ａ、アーム部４２ｂ〜４２ｆ及びホルダ４２ｇ等を有する。
【００３６】
ベースユニット４２ａは走行体４１上に搭載されている。ベースユニット４２ａには、関節部を介して第１アーム部４２ｂが連結され、その関節部によって第１アーム部４２ｂがベースユニット４２ａに対して回転軸Ａ１回りに回転駆動される。第１アーム部４２ｂには、関節部を介して第２アーム部４２ｃが連結され、その関節部によって第２アーム部４２ｃが第１アーム部４２ｂに対して回転軸Ａ２回りに回転駆動される。第２アーム部４２ｃには、関節部を介して第３アーム部４２ｄが連結され、その関節部によって第３アーム部４２ｄが第２アーム部４２ｃに対して回転軸Ａ３回りに回転駆動される。第３アーム部４２ｄには、関節部を介して第４アーム部４２ｅが連結され、その関節部によって第４アーム部４２ｅが第３アーム部４２ｄに対して回転軸Ａ４回りに回転駆動される。第４アーム部４２ｅには、関節部を介して第５アーム部４２ｆが連結され、その関節部によって第５アーム部４２ｆが第４アーム部４２ｅに対して回転軸Ａ５回りに回転駆動される。第５アーム部４２ｆには、ノズル４３及び検査プローブ４４を支持するホルダ４２ｇが取り付けられている。マニピュレーター４２の各関節部にはロータリーエンコーダー等の角度検出器が設けられ、制御装置３１が角度検出器の検出値をフィードバックしてその検出値に基づいてマニピュレーター４２をサーボ制御することによって、ノズル４３及び検査プローブ４４の位置及び姿勢が自動制御される。サーボ制御の際に制御装置３１が角度検出器の検出値に基づいてノズル４３及び検査プローブ４４の位置及び姿勢をリアルタイムに演算する。演算されたノズル４３及び検査プローブ４４の位置及び姿勢を表す信号（以下、位置姿勢信号という。）は、制御装置３１によって遠隔操作装置２２のコンピューターにも転送される。
【００３７】
ノズル４３にはホース２４が接続されており、噴射材９が高圧エアとともにノズル４３に供給される。ノズル４３はその先端から噴射材９を噴射する。
【００３８】
検査プローブ４４は、構造物１の表面１ａを検査すべく構造物１の表面１ａの状態を計測して、表面の状態を表す信号（以下、検査結果信号という。）を制御装置３１に出力する。検査結果信号は、走行体位置信号及び位置姿勢信号とともに制御装置３１によって遠隔操作装置２２のコンピューターにも転送される。遠隔操作装置２２のコンピューターは、構造物１の表面１ａの状態の検査結果を表面１ａ上の各位置ごとに記憶する。つまり、遠隔操作装置２２のコンピューターは、検査結果信号の値を走行体位置信号の値及び位置姿勢信号の値に対応付けて、これらの値を記憶する。
【００３９】
検査プローブ４４は、構造物１の表面１ａに直接接触することによって構造物１の表面１ａの状態を計測するものでもよいし、構造物１の表面１ａに接触せずに光、電気又は磁気等により構造物１の表面１ａの状態を計測するものでもよい。構造物１の表面１ａの状態とは、例えば色彩、濃淡、表面粗さ、導電率、絶縁率、表層の膜厚等である。例えば、検査プローブ４４は、構造物１の表面１ａの色彩或いは濃淡を計測する光学センサ（例えば、反射型光学センサ、イメージセンサ）、構造物１の表面１ａの粗さ（微細な凹凸高さ）を光学的又は接触的に計測する表面粗さ計測器、光学的若しくは電磁的に表層の膜（例えば塗膜）の厚さを計測する膜厚計測器、構造物１の表面１ａの絶縁率を計測する計測器、構造物１の表面１ａの導電率を計測する計測器である。
【００４０】
検査プローブ４４には、キャップ４４ａが設けられている。キャップ４４ａは、制御装置３１の制御信号に応じて、検査プローブ４４を覆った状態と検査プローブ４４を開放した状態とに動作可能である。ノズル４３による噴射材９の噴射中は検査プローブ４４がキャップ４４ａによって覆われ、検査プローブ４４の検査中は検査プローブ４４が開放される。
表面処理ロボット４０には、具体的には走行体４１又はマニピュレーター４２には、塵埃を検出する塵埃センサが設けられている。塵埃センサは例えば透過型又は反射型の光学センサである。塵埃センサは、検出結果を表す信号を制御装置３１に出力する。
【００４１】
３．  表面処理の各工程
（１）残量確認
まず、作業員が貯留タンク２３ｄ内の噴射材９の残量を確認する。噴射材の残量が少ない場合には、作業員が噴射材９を貯留タンク２３ｄに補充する。
【００４２】
（２）コンプレッサーの動作確認
次に、作業員がコンプレッサー２３ａの状態を確認する。コンプレッサー２３ａが正常に動作しない場合には、作業員がコンプレッサー２３ａの点検及び調整を行う。
【００４３】
（３）走行体の動作確認
次に、作業員が走行体４１の状態を確認する。走行体４１が正常に走行しない場合には、作業員が走行体４１の点検及び調整を行う。
【００４４】
（４）ティーチング
次に、作業員が遠隔操作装置２２の入力デバイスによって走行体４１及びマニピュレーター４２の動作手順の入力、つまりティーチングを行う。そうすると、遠隔操作装置２２のコンピューターが入力内容に従って動作プログラムを生成して、その動作プログラムを制御装置３１に転送する。制御装置３１はその動作プログラムを記憶する。
【００４５】
（５）自動運転開始
次に、作業員が遠隔操作装置２２の入力デバイスによって始動の旨の入力を行う。そうすると、表面処理装置２０の自動運転が開始する。
【００４６】
（６）残量検出
まず、ブラスト機２３ｃ内の噴射材９の残量が残量検出器によって検出される。その検出値が所定しきい値未満であると、貯留タンク２３ｄ内の噴射材９はブラスト機２３ｃに供給される。以後、このような処理が自動運転の終了時まで継続して行い、噴射材９の噴出を継続させる。
【００４７】
（７）コンプレッサーの圧力調整
次に、コンプレッサー２３ａの圧力が圧力検出器によって検出されつつ、圧力検出器の検出値に基づいてコンプレッサー２３ａが制御装置３１によってフィードバック制御される。これにより、コンプレッサー２３ａの圧力が所定値に自動制御される。以後、このような処理が自動運転の終了時まで継続して行われる。
【００４８】
（８）表面処理動作
次に、制御装置３１が動作プログラムに従って表面処理ロボット４０を制御することによって、表面処理ロボット４０が表面処理の動作をする。具体的には、以下の通りである。
【００４９】
まず、制御装置３１がキャップ４４ａを制御すると、キャップ４４ａが検査プローブ４４を覆った状態に動作する。その後、制御装置３１が走行体４１を駆動することによって、走行体４１が走行する。走行体４１の走行中、制御装置３１が速度検出器の検出値に基づいて走行体４１の速度を所定の目標値にフィードバック制御する。更に、走行体４１の走行中、走行体４１の位置が位置計測器４５によって計測され、その計測結果を表す信号が位置計測器４５から制御装置３１に転送されるので、制御装置３１が走行体４１の位置を認識する。そして、走行体４１が室１４内の所定の位置まで移動すると、制御装置３１が走行体４１を停止させる。
【００５０】
次に、制御装置３１が動作プログラムに従ってマニピュレーター４２を駆動することによって、マニピュレーター４２がノズル４３を連続的、断続的又は間欠的に移動させながら、ノズル４３の姿勢を連続的、断続的又は間欠的に変更する。これにより、ノズル４３の先端が構造物１の表面１ａから離れた状態でその構造物１の表面１ａに沿って移動する。その際、制御装置３１がブラスト機２３ｃを作動させるので、ブラスト機２３ｃが高圧エアを利用して噴射材９をノズル４３に供給する。そのため、噴射材９がノズル４３の先端から構造物１の表面１ａに吹き付けられる。これにより、構造物１の表面１ａが噴射材９によって研掃される。
【００５１】
構造物１の表面１ａの所定範囲の研掃が完了すると、再び制御装置３１が走行体４１を駆動した後にマニピュレーター４２を駆動する。これにより、別の範囲が研掃される。以後、走行体４１の移動、マニピュレーター４２の動作が交互に行われることによって、室１４内の構造物１の表面１ａの全体が研掃される。室１４内の構造物１の表面１ａの全体の研掃が完了したら、制御装置３１がブラスト機２３ｃを停止して、噴射材９の噴射が停止する。
【００５２】
なお、室１４内における表面処理ロボット４０の表面処理動作と並行して、室１２内にて構造物１の表面１ａの後処理を実施してもよい。また、室１４内における表面処理ロボット４０の表面処理動作と並行して、作業員が室１３内にて構造物１の表面１ａを検査してもよい。
【００５３】
（９）検査動作
室１４内の構造物１の表面１ａの全体の研掃の完了後、暫くの時間は、噴射材９や塵埃が室１４内で宙に浮遊している。浮遊した噴射材９や塵埃は塵埃センサによって検出され、その旨の信号が塵埃センサから制御装置３１に出力される。噴射材９及び塵埃の浮遊が収まったら、塵埃センサによって噴射材９や塵埃が検出されず、その旨の信号が塵埃センサから制御装置３１に出力される。或いは、噴射材９や塵埃の浮遊が収まったことを作業員が確認したら、作業員が遠隔操作装置２２の入力デバイスによって始動の旨の入力を行うと、遠隔操作装置２２のコンピューターが始動の旨の信号を制御装置３１に出力する。制御装置３１が塵埃センサ又は遠隔操作装置２２のコンピューターから信号を入力したら、制御装置３１が動作プログラムに従って表面処理ロボット４０を制御することによって、表面処理ロボット４０が検査処理の動作をする。なお、噴射材９や塵埃が室１４内で宙に浮遊する間中、表面処理ロボット４０が室１５に移動して室１５内にて表面処理動作を行い、室１４内の噴射材９及び塵埃の浮遊が収まったら、表面処理ロボット４０が表面処理を一時中断して、表面処理ロボット４０が室１３に移動して室１３内にて検査動作を行ってもよい。
【００５４】
検査動作は以下の通りである。
まず、制御装置３１がキャップ４４ａを制御すると、キャップ４４ａが検査プローブ４４を開放した状態に動作する。
次に、制御装置３１が走行体４１を駆動することによって、走行体４１が走行する。そして、走行体４１が室１４内の所定の位置まで移動すると、その位置が位置計測器４５によって検出されるので、制御装置３１が走行体４１を停止させる。
【００５５】
次に、制御装置３１が動作プログラムに従ってマニピュレーター４２を駆動することによって、マニピュレーター４２が検査プローブ４４を連続的、断続的又は間欠的に移動させるとともに、検査プローブ４４の姿勢を連続的、断続的又は間欠的に変更する。これにより、検査プローブ４４が構造物１の表面１ａに沿って移動する。その際、遠隔操作装置２２のコンピューターが制御装置３１を介して検査プローブ４４を制御して、構造物１の表面１ａの状態が検査プローブ４４によって計測される。そうすると、検査プローブ４４が、表面の状態を表す検査結果信号（例えば、画像データ、表面粗さデータ、導電率データ、絶縁率データ、膜圧データ）を制御装置３１を介して遠隔操作装置２２のコンピューターに転送する。この際、制御装置３１が検査プローブ４４の位置及び姿勢をリアルタイムに演算し、その演算結果を表す位置姿勢信号を検査結果信号とともに遠隔操作装置２２のコンピューターにも転送する。更に、位置計測器４５によって計測された走行体４１の位置を表す走行体位置信号も検査結果信号とともに制御装置３１から遠隔操作装置２２のコンピューターにも転送される。
【００５６】
遠隔操作装置２２のコンピューターは、検査結果信号の値を走行体位置信号の値及び位置姿勢信号の値に対応付けて、これらの値を記憶する。つまり、遠隔操作装置２２のコンピューターは、構造物１の表面１ａの状態の検査結果を表面１ａ上の各位置ごとに記憶する。そして、遠隔操作装置２２のコンピューターは、表面１ａ上の各位置ごとに、つまり、記憶した走行体位置信号及び位置姿勢信号の各値ごとに、記憶した検査結果信号の値に基づいて構造物１の表面１ａの状態の良性・不良性を評価する。そのような評価処理には、ディープラーニングによって構築されたニューラルネットワークを利用してもよい。ここで、過去の評価処理によって多数の入力データ（検査プローブ４４の信号）及び多数の出力データ（構造物１の表面１ａの状態の良好度）をコンピューターに読み込ませると、コンピューターによって畳み込み型又は再帰型のニューラルネットワークを構築して、コンピューターにディープラーニング型の機械学習をさせる。今回の評価処理に際しては、コンピューターは検査プローブ４４の信号をニューラルネットワークに入力して、そのニューラルネットワークの出力として良好度を取得する。この際、コンピューターは、検査プローブ４４の信号から良好度を求めた結果を用いて、ニューラルネットワークの中間層を深層化する。これにより、評価処理とディープラーニングが並列して行われる。
【００５７】
なお、遠隔操作装置２２のコンピューターが検査プローブ４４から入力した信号を良好データと対比することによって、構造物１の表面１ａの状態の良性・不良性を判定してもよい。
【００５８】
（１０）再度の表面処理
検査動作の終了後、遠隔操作装置２２のコンピューターは、不良と評価した位置を表す信号、つまり、記憶した検査結果信号の不良な値に対応付けられた走行体位置信号及び位置姿勢信号の値を表す信号（以下、不良位置信号という。）を制御装置３１に転送する。そして、制御装置３１が不良位置信号に基づいて走行体４１及びマニピュレーター４２を制御すると、走行体４１及びマニピュレーター４２によってノズル４３が不良箇所まで移動する。そして、制御装置３１がブラスト機２３ｃを稼働させると、噴射材９がノズル４３の先端から不良箇所に向けて噴射されて、不良箇所が再度表面処理される。
【００５９】
４．  有利な効果
以上の実施形態によれば、以下のような有利な効果が生じる。
【００６０】
（１）  表面処理装置２０によって構造物１の表面処理及び検査処理が自動的に実施されるため、作業員の負担が軽減される上、作業効率及び生産性が向上するとともに、人員削減を図れる。
【００６１】
（２）  閉鎖された各室１１〜１５内で構造物１の表面処理を実施するため、室１１〜室１５の外にいる作業員が噴射材９や塵埃を浴びずに済む。よって、作業員の安全を確保することができる。
【００６２】
（３）  構造物１の表面処理及び検査処理が表面処理装置２０によって自動的に実施されるため、一定の質の表面処理及び検査処理を提供できる。
【００６３】
（４）  ディープラーニングによって構築されたニューラルネットワークを利用して、検査結果の良否を判定するため、検査精度が向上する。
【００６４】
（５）  遠隔操作装置２２のコンピューターが検査結果信号の値を走行体位置信号の値及び位置姿勢信号の値に対応付けて、これらの値を記憶し、再度の表面処理の際にはそれらの値に基づいて走行体４１及びマニピュレーター４２が動作することによってノズル４３が直接不良箇所まで直接に移動するため、作業効率が向上する。
【００６５】
（６）  表面処理ロボット４０がティーチングによって生成された動作プログラムに従って動作する。そのため、作業員が構造物１の大きさ、形状、状態等の様々の要因を考慮してティーチングすることによって、表面処理ロボット４０を最適に動作させることができる。よって、高質な表面処理及び検査処理を提供できる。
【００６６】
（７）  構造物１の下の空間を複数の室１１〜１５に区切ったため、各室１１〜１５のうち何れかで表面処理を実施するのと並行して、それ以外で別の作業を実施できる。それゆえ、生産性が向上する。
【００６７】
（８）  マニピュレーター４２及び走行体４１を用いたので、ノズル４３を作業員が持つことが出来ない程大きなものとすることができる。ノズル４３の大型化によりノズル４３の口径も大きく、噴射材９の噴出範囲が広い。短時間で広い範囲を表面処理することができ、生産性が向上する。
【００６８】
（９）  マニピュレーター４２が走行体４１に搭載されているので、マニピュレーター４２のみによるノズル４３及び検査プローブ４４の移動可能範囲よりも広い範囲の表面処理及び検査処理を実施できる。各室１１〜１５が広くても、各室１１〜１５内の構造物１の表面１ａの全体を処理して、検査することができる。
【００６９】
５．  変形例
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。以上の実施形態からの変更点について以下に説明する。以下に説明する各変更点を組み合わせて適用してもよい。
【００７０】
（１）  上記実施形態では、走行体４１がガイドレール３２に沿って走行するものである。それに対して、走行体４１を、吊り足場２上で自律走行する走行体に変更してもよい。自律走行体はクローラー型の走行体であってもよいし、車輪型の走行体であってもよい。
【００７１】
（２）  マニピュレーター４２及び走行体４１がバックホウ等の作業用建機であってもよい。作業用建機は下部走行体、上部旋回体、ブーム、アーム及びアタッチメントを有する。上部旋回体が下部旋回体上に旋回可能に搭載され、ブームが上部旋回体の前部に起伏可能に取り付けられ、アームがブームの先端に上下に揺動可能に取り付けられ、アタッチメントがアームの先端に上下に揺動可能に取り付けられ、ノズル４３及び検査プローブ４４がアタッチメントに取り付けられている。下部走行体が走行体４１に相当し、上部旋回体、ブーム、アーム及びアタッチメントがマニピュレーター４２に相当する。
【００７２】
（３）  上記実施形態では、走行体４１が構造物１の長手方向、つまり橋軸方向に移動するものとしたが、橋幅方向及び橋軸方向によって規定される面に沿って二次元的に移動するものとしてもよい。
【００７３】
（４）  上記実施形態では、１台の表面処理ロボット４０を用いたが、２台以上の表面処理ロボット４０を用いてもよい。例えば、或る表面処理ロボット４０によって室１４内で構造物１の表面処理を実施するのと並行して、他の表面処理ロボット４０によって室１３内で表面処理済みの構造物１の表面を検査してもよい。
【００７４】
（５）  構造物１がトンネルであれば、走行体４１がトンネル内の床面上でトンネルの軸方向に一次元的に移動するものとしてもよいし、幅方向に一次元的に移動するものとしてもよいし、軸方向及び幅方向に二次元的に移動するものとしてもよい。また、走行体４１がトンネルの内面に沿って周方向に移動するものとしてもよい。なお、トンネルの場合、表面処理する対象物はトンネルの内面である。
【符号の説明】
【００７５】
１…構造物
１１〜１５…室（閉鎖された空間）
２０…表面処理装置
３１…制御装置
４０…表面処理ロボット
４２…マニピュレーター（移動機構）
４３…ノズル
４４…検査プローブ
４１…走行体
【図１】
2019214081.tif 000003
【図２】
2019214081.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月7日(2019.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の表面処理を実施する表面処理装置において、
ベースと、前記ベースから直列に関節を介して連結された複数のアームと、前記関節のそれぞれの角度を検出する角度検出部とを有するマニピュレーターと、
前記複数のアームのうち先端のアームに取り付けられ、前記構造物の表面に向けて噴射材を噴射するノズルと、
前記複数のアームのうち先端のアームに取り付けられ、前記構造物の表面の状態を計測する検査プローブと、
前記角度検出部によって検出された角度に基づいて前記マニピュレーターをフィードバック制御する制御装置と、
コンピューターと、を備え、
前記制御装置が前記角度検出部によって検出された角度に基づいて前記マニピュレーターをフィードバック制御することにより前記マニピュレーターが前記ノズルを前記構造物の表面に沿って移動させながら、前記ノズルが前記噴射材を噴射することによって前記構造物の表面処理を実施した後、
前記制御装置が前記角度検出部によって検出された角度に基づいて前記マニピュレーターをフィードバック制御することにより前記マニピュレーターが前記検査プローブを前記構造物の表面に沿って移動させながら、且つ、前記制御装置が前記角度検出部によって検出された角度に基づいて前記検査プローブの位置を計算して、その位置の計算値を前記コンピューターに転送しながら、前記検査プローブが前記構造物の表面の状態を計測してその計測結果を前記コンピューターに転送し、
前記コンピューターが、前記検査プローブによる計測結果を前記制御装置による前記検査プローブの位置の計算値ごとに対応付けて、前記検査プローブによる計測結果に基づいて前記構造物の表面の状態の良否を位置ごとに評価し、その評価の結果不良となる位置を表す不良位置信号を前記制御装置に送信し、
前記制御装置が前記コンピューターから受信した前記不良位置信号に基づいて前記マニピュレーターを制御することにより前記マニピュレーターが前記ノズルを不良となる位置に移動させて、前記ノズルが前記噴射材を噴射することによって前記構造物の表面処理を再度実施する表面処理装置。
【請求項２】
前記マニピュレーターの前記ベースが搭載された走行体と、
前記走行体の位置を計測する位置計測器と、を更に備え、
前記構造物の表面処理の実施の際に前記制御装置が前記マニピュレーターに加えて前記走行体も制御することによって前記ノズルが前記構造物の表面に沿って移動しながら前記噴射材を噴射した後、前記制御装置が前記マニピュレーターに加えて前記走行体も制御することによって前記検査プローブが前記構造物の表面に沿って移動しながら前記構造物の表面の状態を計測し、
その計測の際に前記位置計測器が前記走行体の位置の計測結果を前記コンピューターに転送し、前記コンピューターが、前記検査プローブによる計測結果を、前記制御装置による前記検査プローブの位置の計算値に加えて前記走行体の位置の計測結果にも対応付けて、前記検査プローブによる計測結果に基づいて前記構造物の表面の状態の良否を位置ごとに評価し、その評価の結果不良となる位置を表す不良位置信号を前記制御装置に送信し、
前記制御装置が前記コンピューターから受信した前記不良位置信号に基づいて前記マニピュレーターに加えて前記走行体も制御することにより前記マニピュレーターが前記ノズルを不良となる位置に移動させて、前記ノズルが前記噴射材を噴射することによって前記構造物の表面処理を再度実施する請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
閉鎖された空間内で前記構造物の表面が露出し、前記空間内において前記マニピュレーターが前記ノズル及び前記検査プローブを移動させる請求項１又は２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記走行体又は前記マニピュレーターに設けられた塵埃センサを更に備え、
前記構造物の表面処理の実施後に前記塵埃センサにより塵埃が検出されなくなったら、前記制御装置が前記マニピュレーターをフィードバック制御するとともに、前記検査プローブが前記構造物の表面の状態を計測する請求項１から３の何れか一項に記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記噴射材が投射材、水、塗料、モルタル、コンクリート又は化学薬品である請求項１から４の何れか一項に記載の表面処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
以上の課題を解決すべく、構造物の表面処理を実施する表面処理装置は、ベースと、前記ベースから直列に関節を介して連結された複数のアームと、前記関節のそれぞれの角度を検出する角度検出部とを有するマニピュレーターと、前記複数のアームのうち先端のアームに取り付けられ、前記構造物の表面に向けて噴射材を噴射するノズルと、前記複数のアームのうち先端のアームに取り付けられ、前記構造物の表面の状態を計測する検査プローブと、前記角度検出部によって検出された角度に基づいて前記マニピュレーターをフィードバック制御する制御装置と、コンピューターと、を備え、前記制御装置が前記角度検出部によって検出された角度に基づいて前記マニピュレーターをフィードバック制御することにより前記マニピュレーターが前記ノズルを前記構造物の表面に沿って移動させながら、前記ノズルが前記噴射材を噴射することによって前記構造物の表面処理を実施した後、前記制御装置が前記角度検出部によって検出された角度に基づいて前記マニピュレーターをフィードバック制御することにより前記マニピュレーターが前記検査プローブを前記構造物の表面に沿って移動させながら、且つ、前記制御装置が前記角度検出部によって検出された角度に基づいて前記検査プローブの位置を計算して、その位置の計算値を前記コンピューターに転送しながら、前記検査プローブが前記構造物の表面の状態を計測してその計測結果を前記コンピューターに転送し、前記コンピューターが、前記検査プローブによる計測結果を前記制御装置による前記検査プローブの位置の計算値ごとに対応付けて、前記検査プローブによる計測結果に基づいて前記構造物の表面の状態の良否を位置ごとに評価し、その評価の結果不良となる位置を表す不良位置信号を前記制御装置に送信し、前記制御装置が前記コンピューターから受信した前記不良位置信号に基づいて前記マニピュレーターを制御することにより前記マニピュレーターが前記ノズルを不良となる位置に移動させて、前記ノズルが前記噴射材を噴射することによって前記構造物の表面処理を再度実施する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
以上によれば、制御装置がマニピュレーターを制御することによって、構造物の表面処理とそれに引き続く検査処理が自動的に実施される。そのため、作業員の安全を確保できる上、作業効率、生産性及び検査精度が向上する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、表面処理が不良であった箇所に表面処理を再度自動的に実施するため、作業効率が向上する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
好ましくは、前記表面処理装置が、前記マニピュレーターの前記ベースが搭載された走行体と、前記走行体の位置を計測する位置計測器と、を更に備え、前記構造物の表面処理の実施の際に前記制御装置が前記マニピュレーターに加えて前記走行体も制御することによって前記ノズルが前記構造物の表面に沿って移動しながら前記噴射材を噴射した後、前記制御装置が前記マニピュレーターに加えて前記走行体も制御することによって前記検査プローブが前記構造物の表面に沿って移動しながら前記構造物の表面の状態を計測し、その計測の際に前記位置計測器が前記走行体の位置の計測結果を前記コンピューターに転送し、前記コンピューターが、前記検査プローブによる計測結果を、前記制御装置による前記検査プローブの位置の計算値に加えて前記走行体の位置の計測結果にも対応付けて、前記検査プローブによる計測結果に基づいて前記構造物の表面の状態の良否を位置ごとに評価し、その評価の結果不良となる位置を表す不良位置信号を前記制御装置に送信し、前記制御装置が前記コンピューターから受信した前記不良位置信号に基づいて前記マニピュレーターに加えて前記走行体も制御することにより前記マニピュレーターが前記ノズルを不良となる位置に移動させて、前記ノズルが前記噴射材を噴射することによって前記構造物の表面処理を再度実施する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
以上によれば、マニピュレーターのベースが走行体に搭載されているので、マニピュレーターのみによるノズル及び検査プローブの移動可能範囲よりも広い範囲の表面処理及び検査処理を実施できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
好ましくは、閉鎖された空間内で前記構造物の表面が露出し、前記空間内において前記マニピュレーターが前記ノズル及び前記検査プローブを移動させる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
好ましくは、前記表面処理装置が、前記走行体又は前記マニピュレーターに設けられた塵埃センサを更に備え、前記構造物の表面処理の実施後に前記塵埃センサにより塵埃が検出されなくなったら、前記制御装置が前記マニピュレーターをフィードバック制御するとともに、前記検査プローブが前記構造物の表面の状態を計測する。
好ましくは、前記噴射材が投射材、水、塗料、モルタル、コンクリート又は化学薬品である。