(57)【要約】【課題】材質や表面粗さなどの壁面特性の影響を受けることなく、微小なクラック等の異常も検出することが可能な壁面損傷検査装置を提供する。【解決手段】検査対象とする壁面５０にライン状のレーザ光を投光するレーザ光照射部１４と、壁面５０に投光されたレーザ光の形状を撮像する撮像部１６とを、壁面５０に投光されるレーザ光の延長方向軸を基点として、当該延長方向軸回りに所定の角度θだけずらして配置した計測手段１２と、壁面５０から計測手段１２までの距離Ｌ、およびレーザ光照射部１４と撮像部１６との配置角度θに基づいて、投光されたレーザ光の非直線部の変化量を算出し、壁面５０の凹凸形状画像を作成すると共に、壁面５０の壁面特性に基づく凹凸をキャンセルした壁面状態画像を生成する画像処理を行う演算手段１８と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象とする壁面にライン状のレーザ光を投光するレーザ光照射部と、前記壁面に投光されたレーザ光の形状を撮像する撮像部とを、前記壁面に投光されるレーザ光の延長方向軸を基点として、当該延長方向軸回りに所定の角度ずらして配置した計測手段と、
前記壁面から前記計測手段までの距離、および前記レーザ光照射部と前記撮像部との配置角度に基づいて、投光された前記レーザ光の非直線部の変化量を算出し、前記壁面の凹凸形状画像を作成すると共に、前記壁面の壁面特性に基づく凹凸をキャンセルした壁面状態画像を生成する画像処理を行う演算手段と、
前記演算手段によって作成された壁面状態画像を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする壁面損傷検査装置。
【請求項２】
前記壁面特性は、前記壁面において正常であると判定されている部分の壁面状態を予め読み取る事により取得することを特徴とする請求項１に記載の壁面損傷検査装置。
【請求項３】
前記表示手段には、
前記壁面状態画像と共に、前記撮像部によって撮像された実画像が表示されることを特徴とする請求項１または２に記載の壁面損傷検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートやレンガ、タイルなど、種々材質、表面粗さなどが異なる壁面に存在するクラックや浮きなどの損傷を検査するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、壁面のクラックや浮きなどの損傷は、写真による壁面全体の目視判定を行い、目視判定によって損傷の疑いがある箇所について打診打音診断により確認し、スケッチ等により図化するという手法が採られていた。しかし、こうした手法はアナログ的で、写真判定などを行う作業者の熟練度に依存する割合が大きかった。
【０００３】
このため、作業者の熟練度に依存する事なく、壁面の損傷検査を行う事ができる技術が求められていた。こうした背景の下、壁面の損傷、異常などを検査する装置として、例えば特許文献１に開示されているようなものが提案さている。特許文献１に開示されている装置は、レーザ測距や、可視光カメラ、レーザ撮像手段、あるいは赤外線撮像手段などを用い、トンネル内の壁面に生じるクラックや浮きなどの異常を検査、解析する装置である。
【０００４】
特許文献１に開示されている装置では、可視光カメラやレーザ撮像手段などを介して取得した画像データに基づいて表面空間座標を作成し、赤外線撮像手段などによって取得されたデータを複合的に解析し、表面の浮きやクラックなどの異常を診断するというものである。
【０００５】
また、レーザ光を用いて物体の形状を計測する技術として、例えば特許文献２に開示されているようなものが知られている。特許文献２に開示されている技術は、計測対象とする物体の表面にライン状のレーザ光を投光し、このライン状のレーザ光の形状を可視光カメラで撮像するというものである。レーザ光の照射位置と可視光カメラによる撮像位置との関係に角度を持たせることで、物体の表面形状に沿って変化するレーザ光の形状変化を取得し、この変化を演算することで、物体表面の形状データを取得することができることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４７５８５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９１２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されている技術は、コンクリートで形成されたトンネル内などの広範な検査において、温度変化が生じるような大きな異常を検出することには好適な手段であるように感じられる。しかし、このような検査技術では、計測対象物までの距離を比較的長くとる関係上、その分解能に限界があり、幅が０．２ｍｍといった、微小なクラックを検出することは難しいという実状がある。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている技術では、計測対象とする物体表面の形状を正確に検出することはできるものの、これを壁面に適用した場合、その材質や表面粗さなどの壁面特性をも検出してしまい、実際の損傷がどこにあるのかということを判定する事が困難になる可能性がる。
【０００９】
そこで本発明では、上記課題を解決し、材質や表面粗さなどの壁面特性の影響を受けることなく、クラック等の異常を検出することが可能な壁面損傷検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る壁面損傷検査装置は、検査対象とする壁面にライン状のレーザ光を投光するレーザ光照射部と、前記壁面に投光されたレーザ光の形状を撮像する撮像部とを、前記壁面に投光されるレーザ光の延長方向軸を基点として、当該延長方向軸回りに所定の角度ずらして配置した計測手段と、前記壁面から前記計測手段までの距離、および前記レーザ光照射部と前記撮像部との配置角度に基づいて、投光された前記レーザ光の非直線部の変化量を算出し、前記壁面の凹凸形状画像を作成すると共に、前記壁面の壁面特性に基づく凹凸をキャンセルした壁面状態画像を生成する画像処理を行う演算手段と、前記演算手段によって作成された壁面状態画像を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記のような特徴を有する壁面損傷検査装置において前記壁面特性は、前記壁面において正常であると判定されている部分の壁面状態を予め読み取る事により取得するようにすると良い。このような特徴を有する事により、検査対象となる壁面そのものの凹凸特性を取得することができる。よって、壁面特性として精度の高いデータを取得することができる。
【００１２】
また、上記のような特徴を有する壁面損傷検査装置において前記表示手段には、前記壁面状態画像と共に、前記撮像部によって撮像された実画像が表示されるようにすることもできる。このような特徴を有する事により、壁面状態画像と実画像を見比べてクラック等の損傷の有無を判定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
上記のような特徴を有する壁面損傷検査装置によれば、材質や表面粗さなどの壁面特性の影響を受けることなく、クラック等の異常を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る壁面損傷検査装置の構成を示すブロック図である。
【図２】計測手段の側面形態を示すブロック図である。
【図３】計測手段の平面形態を示すブロック図である。
【図４】検査対象とする壁面の走査状態と、クラックの様子を示す図である。
【図５】走査によって検出された実画像に基づいて作成された凹凸形状画像の様子を示す図である。
【図６】凹凸形状画像を時系列にしたがって連続配置した状態を示す図である。
【図７】壁面特性に基づく凹凸をキャンセルした壁面状態画像を示す図である。
【図８】実施形態に係る壁面損傷検査装置に適用可能な昇降架台の一例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の壁面損傷検査装置に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の好適な形態の一部であり、以下に示す形態と同様な効果を奏する事ができる範囲において、構成の一部に変化を加えたとしても、本発明の一部とみなすことができる。
【００１６】
［装置構成］
本実施形態に係る壁面損傷検査装置１０は図１に示すように、計測手段１２と演算手段１８、及び表示手段２０を基本として構成される。計測手段１２は、図２、図３に示すように、少なくともレーザ光照射部１４と、撮像部１６とを有する。なお、図２は計測手段１２の側面形態を示す図であり、図３は、計測手段１２の平面形態を示す図である。
【００１７】
レーザ光照射部１４は、検査対象とする壁面５０にライン状のレーザ光を投光する要素である。このため、レーザ光照射部１４から照射されるレーザ光は、光源を基点として扇形に照射されることとなる。撮像部１６は、少なくとも投光されたレーザ光の照射範囲を含む撮像範囲を有するものであれば良い。すなわち、壁面５０に投光されたレーザ光の反射光を撮像素子に受像可能なものであれば良い。
【００１８】
撮像部１６は、レーザ光照射部１４に対して所定の傾斜角θを持つように配置されている。傾斜角度θは、レーザ光の延長方向軸Ｐを基点とした軸回りの角度とすれば良い。レーザ光照射部１４と撮像部１６をこのような配置関係とすることで撮像部１６は、投光されているレーザ光が、壁面５０の凹凸形状に沿って変形している状態を撮像することが可能となる。また、壁面５０までの距離Ｌを一定とした場合、傾斜角θを小さくすると、検出可能なレーザ光の凹凸深さ（高さ）ｄが大きくなり、傾斜角θを大きくすると、検出可能なレーザ光の凹凸深さ（高さ）ｄが小さくなる。
【００１９】
レーザ光照射部１４と撮像部１６をこのような配置形態としている計測手段１２は、検査対象とする壁面５０からレーザ光照射部１４、並びに撮像部１６までの距離が決まることで、三角測量の手法により、レーザ光が示す凹凸の変化から、クラック等に起因した損傷の深さ（高さ）を導くことが可能となる。ここで、壁面５０からレーザ光照射部１４、並びに撮像部１６までの距離Ｌとは、壁面５０から投光素子（光源）までの距離、並びに壁面５０から受光（受像）素子までの距離を基本とするが、計算上の補正値を加える事により、レンズを基点とする距離と認定することもできる。
【００２０】
なお、このような手法で検出することのできる損傷の深さは、レーザ光が描く凹凸を捉えることができる範囲であり、凹凸が検出できない場合、例えば、凹部が影となり、撮像部１６が反射光を受光することができない場合には、凹凸の深さ等を導くことができないことがある。
【００２１】
演算手段１８は、計測手段１２を介して取得した２次元画像の解析、および詳細を後述する昇降架台２４への制御信号の出力等を行うための要素である。ここで、２次元画像の解析とは、２次元画像に基づいて壁面５０の凹凸状態を算出し、クラック等の損傷の有無についての判定を行うことができるようにする処理である。具体的な処理の一例としては、以下のようなものがある。
【００２２】
［画像生成処理］
まず、レーザ光照射部１４から照射され、壁面５０に投光されたライン状のレーザの形状を撮像部１６が撮像し、実画像を取得する。壁面５０にクラック等の損傷や凹凸がある場合、ライン状のレーザには、図５に示すような非直線部が表れる。演算手段１８では、この非直線部の変化量を画素数あるいはピクセル数等から割り出し、三角測量の原理により、非直線部の変化量に基づく高さ（Ｚ軸方向の変化量）を算出する。このような処理により、レーザ光の到達範囲であり、かつ撮像部１６による撮像範囲において、クラックや凹凸の深さ（高さ）を検出することができる。
【００２３】
ここで、壁面５０からレーザ光照射部１４、並びに撮像部１６までの距離Ｌを比較的短距離、例えば２００ｍｍから４００ｍｍ、望ましくは３００ｍｍ程度とすることで、単位幅あたりにおける撮像部１６における取得画像の分解能を高めることができる。よって、幅０．２ｍｍ程度の微小なクラックであっても、これに起因した凹凸状態を検出することが可能となる。すなわち、距離Ｌは、撮像部１６が任意の分解能を得る事ができる距離を基準として定めるようにすれば良い。
【００２４】
検査対象とする壁面５０が、図４に示すようなレンガ造りである場合には、図５中に破線Ａで示すクラックの他に、レンガ間に生じる目地部分が、図５中の破線Ｂで示すように凹部として検出される。検出されたレーザ光の画像データは、壁面５０の凹凸形状画像として、演算手段１８に付帯されている表示手段２０に、作業者が視認可能な形態で表示される。なお、レーザ光の形状は、撮像部１６による二次元データとして投影されることより、レーザ光の延長方向Ｙ軸方向とした場合、凹凸の変化量は、Ｘ軸方向の変化として実画像が取得される。演算手段１８では、この実画像から、三角測量の原理により、Ｚ軸方向（深さ方向）の変化量を算出し、画面上に表すことを可能とする。
【００２５】
撮像部１６による画像データ（実画像）の取得、および非直線部の変化量の算出は、計測手段１２による走査時間に応じて連続的に行われる。演算手段１８では図６に示すように、取得されたレーザ光の画像データ、あるいは画像データからレーザ光が描く凹凸を抜き出した画像データを時系列に従って同一平面上に連続配置し、凹凸部分にメッシュ処理を施す。
【００２６】
なお、本実施形態では上述したように、撮像部１６がレーザ光の反射光を受光できない場合には、凹部の深さ等を検出することができない。しかしながら、反射光の受光ができない場合には、撮像部１６による検出データ（実画像）にレーザ光が描く凹凸に欠損部分が生じることとなる。こうしたレーザ光の欠損部分は、所定のアルゴリズムに基づいて補完を行ったり、単に凹部と判定する処理を行うようにすれば良い。ここで、所定のアルゴリズムに基づくレーザ光の欠損部分の補完とは、例えば、レーザ光が欠損している幅と、欠損部分近傍におけるレーザ光の傾き等に基づき、予想されるライン形状を補完するものなどであれば良い。
【００２７】
本発明では、壁面５０に損傷が存在するか否かを判定できれば良く、損傷の深さが不明であっても、検査自体の精度に影響を与えないからである。
【００２８】
［壁面特性処理］
上述したメッシュ処理と同時、あるいは前後して、検査対象とする壁面５０の壁面特性による凹凸をキャンセルする処理を施し、壁面状態画像（図７参照）を生成する。例えば図４に示すようなレンガ造りの壁面５０の場合、代表的な壁面特性として、目地による凹凸を挙げることができる。図６に示すメッシュ処理後の連続配置画像に対して、壁面特性による凹凸をキャンセルする処理を施すと、図７に示すように、クラックに起因した凹部のみが現れた壁面状態画像を生成することができ、クラック等の損傷の有無の判定が可能となる。
【００２９】
なお、クラック等の損傷の有無に関する判定は、別途に定められたアルゴリズムに基づいて自動で行うようにしても良いが、図７に示すような形態で表示手段２０に表示された壁面状態画像に基づいて、作業者が判定するようにしても良い。
【００３０】
また、壁面特性については、演算手段１８に付帯された入力手段２２等を介して、予め入力しておけば良い。また、壁面特性の入力は、数値入力であっても良いし、予め正常と判定されている壁面の状態を計測手段１２によって読み取ることにより、これに近似する凹凸を壁面特性とするようにしても良い。
【００３１】
また、表示手段２０には、凹凸形状画像や、壁面状態画像の他に、撮像部１６によって撮像された壁面５０の実画像も表示することができる。実画像と壁面状態画像の両方を見比べる事により、より高精度にクラック等の損傷の有無を判定することが可能となるからである。
【００３２】
［効果］
このような構成の壁面損傷検査装置１０によれば、材質や表面粗さなどの壁面特性の影響を受けることなく、微小なクラック等の異常も検出することができる。
【００３３】
［昇降架台］
このような構成の壁面損傷検査装置１０は、壁面５０から計測手段１２（詳細には、レーザ光照射部１４並びに撮像部１６）までの距離Ｌを一定に保ちつつ、走査方向（Ｘ軸方向）への移動を行う必要がある。このため、例えば図１、図８に示すような昇降架台２４に計測手段１２備え付けることで、壁面５０の検査をスムーズに行うことが可能となる。昇降架台２４は少なくとも、昇降レール２６と昇降スライダ２８、並びに横行レール３０と横行スライダ３２を備える。
【００３４】
昇降レール２６は、ベース３４を基点として鉛直方向に立設されたレールであり、壁面損傷検査装置１０における計測手段１２をＹ軸方向へ移動、すなわち壁面５０に沿って昇降移動させるための要素である。昇降スライダ２８は、昇降レール２６に沿って移動するスライダであり、例えば対を成すように配置された昇降レール２６間に架け渡されるように配置されるように構成することができる。昇降レール２６に対する昇降スライダ２８の昇降動作は、演算手段１８から制御信号を受けるアクチュエータ３６とすれば良い。ここで、アクチュエータ３６とは、モータ等の駆動手段であれば良く、より具体的には、ステッピングモータ等のパルス制御型モータとすると良い。このようなアクチュエータ３６であれば、演算手段１８からの制御信号に基づいて、その回転動作を制御することが可能となる。また、図示しないエンコーダ等を用いて回転数の検出を行う事で、昇降スライダ２８の位置制御が可能となる。
【００３５】
アクチュエータ３６は、昇降スライダ２８に備える構成（直接駆動方式）としても良いが、昇降レール２６（ベース３４）側に備える構成（間接駆動方式）としても良い。図８においては、アクチュエータ３６を昇降レール２６側に配置し、昇降スライダ２８の軽量化を図ることとしている。このような構成とすることで、アクチュエータ３６の出力が小さい場合であっても、昇降スライダ２８を駆動させることが可能となるからである。
【００３６】
横行レール３０は、壁面損傷検査装置１０における計測手段１２を壁面５０に沿って走査方向（Ｘ軸方向）に移動させるための要素であり、昇降スライダ２８上に配置されていると良い。横行スライダ３２は、横行レール３０に沿って移動するスライダであり、計測手段１２を搭載する要素である。横行スライダ３２の横行動作は、昇降スライダ２８と同様に、モータ等のアクチュエータ３８によるものとし、エンコーダ等によりその位置制御が成されるようにすれば良い。
【００３７】
このような構成の昇降架台２４に計測手段１２を備えることにより、各レールが届く範囲において、壁面５０の任意の位置（範囲）の検査を実行することが可能となる。また、このような構成の昇降架台２４には、物体検知センサ４０を備えるようにしても良い。
【００３８】
物体検知センサ４０とは、壁面５０に存在する窓枠や柱、壁（いずれも不図示）などの構造物を検出するためのセンサである。物体検知センサ４０は、レーザ等を用いた非接触型のものであっても、スイッチ等による接触型のものであっても良いが、例えば非接触型のものである場合には、凸状の構造物だけでなく凹状の構造物も検出することが可能となる。
【００３９】
このような機能を有する物体検知センサ４０を演算手段１８に接続することで、物体検知センサ４０による検出信号を演算手段１８により取得して、物体検知センサ４０が構造物（接触型センサであれば、接触を感知した場合、非接触型センサであれば、閾値を超える大きさの凹凸などの構造物）を検知した場合には、これを判定することができる。演算手段１８では、物体検知センサ４０からの検知信号が入力された場合、昇降架台２４のアクチュエータ３６，３８に対する動作信号の停止、並びに計測手段１２のレーザ照射部１４に対するレーザ光の照射停止といった検査中止制御が行われるようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
上記実施形態では、壁面損傷検査装置１０の計測手段１２を昇降架台２４に備え付ける旨説明したが、壁面５０から計測手段１２までの距離を一定に保ちつつ、計測手段１２を移動させることが可能であれば、計測手段１２の移動を手動で行うようにしても良い。また、計測手段１２は、壁面５０に吸着可能なロボットなど、レールを持たない移動手段に備え付けるようにしても良い。
【００４１】
また、撮像部１６によるレーザ光の撮像について、可視光等、レーザ光以外の波長の光の影響により画像取得が困難となる場合には、任意の波長の光のみを通過させるフィルタを備えるようにしても良い。
【００４２】
また、上記実施形態では、壁面特性について、予め正常と判定されている壁面の状態を計測手段１２によって読み取る旨記載したが、壁面５０の材質等に基づいたサンプルデータを集めたデータベースを作成し、当該データベースから近似する壁面特性を選択するといったものであっても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１０………壁面損傷検査装置、１２………計測手段、１４………レーザ光照射部、１６………撮像部、１８………演算手段、２０………表示手段、２２………入力手段、２４………昇降架台、２６………昇降レール、２８………昇降スライダ、３０………横行レール、３２………横行スライダ、３４………ベース、３６………アクチュエータ、３８………アクチュエータ、４０………物体検知センサ、５０………壁面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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