(57)【要約】【課題】  水中にある対象物表面の形状を正確に計測することが可能な光学式計測装置を提供する。【解決手段】  水上又は水中にある対象物２５表面２５ａにある被測定点の鉛直位置を光学式計測器１２により計測する計測方法であって、前記対象物２５が水上にある場合には、前記光学式計測器１２から前記対象物２５表面２５ａに向けてレーザーを直接照射させることにより、前記被測定点の鉛直位置を計測し、前記対象物２５が水中にある場合には、内部に水が入らない状態で前記対象物２５表面２５ａに接触可能な筒状の計測用治具８を用い、該計測用治具８の先端を前記対象物２５表面２５ａに接触させた状態で、前記計測用治具８の先端内側に向けて前記光学式計測器１２からレーザーを照射させることにより、前記被測定点の鉛直位置を計測する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水上又は水中にある対象物表面にある被測定点の鉛直位置を光学式計測器により計測する計測方法であって、
前記対象物が水上にある場合には、前記光学式計測器から前記対象物表面に向けてレーザーを直接照射させることにより、前記被測定点の鉛直位置を計測し、
前記対象物が水中にある場合には、内部に水が入らない状態で前記対象物表面に接触可能な筒状の計測用治具を用い、該計測用治具の先端を前記対象物表面に接触させた状態で、前記計測用治具の先端内側に向けて前記光学式計測器からレーザーを照射させることにより、前記被測定点の鉛直位置を計測することを特徴とする計測方法。
【請求項２】
水上又は水中にある対象物表面にある被測定点の鉛直位置を計測する光学式計測装置であって、
レーザー式変位計測器と、前記レーザー式変位計測器から照射されたレーザーを受ける位置とレーザーを受けない位置とを取り得るように設けられる計測用治具と、を備え、
前記計測用治具は下端が閉じた筒状部材からなり、前記レーザーを受ける位置では、前記計測用治具の内部下端面にレーザーが照射されるように構成され、
前記計測用治具を前記レーザーを受ける位置において下降させて、内部に水が入らない状態で前記計測用治具の下端を水中にある前記対象物表面に接触させる昇降装置を更に備えていることを特徴とする光学式計測装置。
【請求項３】
水上又は水中にある対象物表面形状にある被測定点の鉛直位置を計測する光学式計測装置に用いられる計測用治具であって、
下端が閉塞された筒状部材からなるとともに、前記光学式計測装置から照射されたレーザーを受ける位置とレーザーを受けない位置とを取り得るように設けられ、前記レーザーを受ける位置では、前記筒状部材の内部下端面にレーザーが照射されるように構成され、
前記レーザーを受ける位置において下降させて、内部に水が入らない状態で前記筒状部材の下端を水中にある前記対象物表面に接触させるように構成されていることを特徴とする計測用治具。
【請求項４】
前記閉塞された下端には、円錐状の突起が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の計測用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測方法、計測用治具、及び光学式計測装置に関し、特に、各種の水底の表面形状を計測するのに有効な計測方法、計測用治具、及び光学式計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二次元水路等の水路を用いた各種の実験が行われている。例えば、水路の一端側の底部に所定の傾斜角度の斜面を形成し、この斜面上に石炭灰造粒物等の粒状物質を敷き均すことにより所定の厚さの粒状物質層を形成し、この粒状物質層に水路の他端側に設置した造波装置により発生された波を作用させることにより、粒状物質層の粒状物質の移動状況等を調査する水理実験が行われている。
【０００３】
このような水理実験においては、造波装置により発生させる波の条件（波高、波速等）を変化させ、水路の上部に走行可能に設けられた台車に取り付けたレーザー変位計等により、断面変化した粒状物質層の表面形状を計測することにより、粒状物質の移動状況等を調査している。
【０００４】
粒状物質層の表面形状の計測にレーザー変位計を用いる場合、粒状物質層が水中にある場合には、レーザー変位計から照射したレーザーが水面で反射してしまうため、粒状物質層の表面形状を正確に計測することができない。
【０００５】
このため、水上の粒状物質層の表面形状を計測した後に、レーザー変位計を水中に設置し直して、水中の粒状物質層の表面形状を計測するか、或いは、水を抜いて粒状物質層を水上に露出させて計測する必要があり、表面形状の計測に時間と手間がかかる。また、水を抜く際に粒状物質層の表面形状が変化するおそれがある。
【０００６】
上記のような問題に対処するため、例えば、特許文献１に記載のような技術を用いることが考えられる。
特許文献１に記載の技術は、水中にある被検査体の外径寸法等を計測する場合に、光路保護器を用いて光路保護器内でレーザー光を照射させることにより、レーザー光の伝播経路が曲折しないように構成したものである。
【０００７】
特許文献１に記載の技術を用いることにより、水面でレーザー光が反射することがないので、水の影響を受けることなく被検査体の外径寸法を正確に計測できる。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の技術は、水中の粒状物質層の表面の１箇所だけを計測するような場合には有効であるが、光路保護器を上下方向に移動させる機構を備えていないため、水中の粒状物質層の異なる深さの複数箇所を計測して、粒状物質層の表面形状の変化を調査するような場合には、時間と手間がかかることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−１９４４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、大気中でも水中でも対象物表面の鉛直位置を正確に計測できるとともに、計測に要する時間と手間を削減することができる計測方法、計測用治具、及び光学式計測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】
【００１１】
上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、本発明は、水上又は水中にある対象物表面にある被測定点の鉛直位置を光学式計測器により計測する計測方法であって、前記対象物が水上にある場合には、前記光学式計測器から前記対象物表面に向けてレーザーを直接照射させることにより、前記被測定点の鉛直位置を計測し、前記対象物が水中にある場合には、内部に水が入らない状態で前記対象物表面に接触可能な筒状の計測用治具を用い、該計測用治具の先端を前記対象物表面に接触させた状態で、前記計測用治具の先端内側に向けて前記光学式計測器からレーザーを照射させることにより、前記被測定点の鉛直位置を計測することを特徴とする。
【００１２】
本発明の計測方法によれば、対象物が水上にある場合には、光学式計測器から対象物表面に向けてレーザーを直接照射させることにより、被測定点の鉛直位置を計測することができる。また、対象物が水中にある場合には、計測用治具を用いて、計測用治具の先端を対象物表面に接触させた状態で、水が存在しない計測用治具の内部をその先端に向けて光学式計測器からレーザーを照射させることにより、被測定点の鉛直位置を計測することができる。
従って、レーザーが水面で反射する影響をなくすことができるので、対象物が水上にある場合でも、水中にある場合でも、対象物表面の被測定点の鉛直位置を精度良く計測することができる。
また、対象物が水中にある場合には、光学式計測器を水中に移動させる必要がなく、大気中から水中にある対象物表面の被測定点の鉛直位置を計測することができるので、対象物表面の被測定点の鉛直位置の計測に要する時間と手間を削減することができる。
【００１３】
また、本発明は、水上又は水中にある対象物表面にある被測定点の鉛直位置を計測する光学式計測装置であって、レーザー式変位計測器と、前記レーザー式変位計測器から照射されたレーザーを受ける位置とレーザーを受けない位置とを取り得るように設けられる計測用治具と、を備え、前記計測用治具は下端が閉じた筒状部材からなり、前記レーザーを受ける位置では、前記計測用治具の内部下端面にレーザーが照射されるように構成され、
前記計測用治具を前記レーザーを受ける位置において下降させて、内部に水が入らない状態で前記計測用治具の下端を水中にある前記対象物表面に接触させる昇降装置を更に備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の光学式計測装置によれば、計測用治具をレーザーを受ける位置にセットして、その位置において計測用治具を昇降装置により下降させて、内部に水が入らない状態で計測用治具の下端を水中にある対象物表面に接触させ、この状態で計測用治具の内部下端面にレーザー式変位計測器からレーザーを照射させることにより、水中にある対象物表面の被測定点の鉛直位置を計測することができる。
従って、レーザーが水面で反射する影響をなくすことができるので、対象物が水上にある場合でも、水中にある場合でも、対象物表面の被測定点の鉛直位置を精度良く計測することができる。
【００１５】
また、本発明は、水上又は水中にある対象物表面形状にある被測定点の鉛直位置を計測する光学式計測装置に用いられる計測用治具であって、下端が閉塞された筒状部材からなるとともに、前記光学式計測装置から照射されたレーザーを受ける位置とレーザーを受けない位置とを取り得るように設けられ、前記レーザーを受ける位置では、前記筒状部材の内部下端面にレーザーが照射されるように構成され、前記レーザーを受ける位置において下降させて、内部に水が入らない状態で前記筒状部材の下端を水中にある前記対象物表面に接触させるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の計測用治具によれば、下端が閉塞された筒状部材からなる計測用治具を用い、計測用治具を光学式計測装置からのレーザーを受ける位置において下降させて、内部に水が入らない状態で筒状部材の下端を水中にある対象物表面に接触させ、この状態で、筒状部材の内部下端面に光学式計測装置からレーザーを照射させることにより、水中にある対象物表面の被測定点の鉛直位置を計測することができる。
従って、レーザーが水面で反射する影響をなくすことができるので、対象物が水上にある場合でも、水中にある場合でも、対象物表面の被測定点の鉛直位置を精度良く計測することができる。
【００１７】
また、本発明において、前記閉塞された下端には、円錐状の突起が設けられていることとしてもよい。
【００１８】
本発明の計測用治具によれば、計測用治具の下端の突起を水中の対象物表面に接触させることにより、水中の対象物表面の被測定点の鉛直位置を細密に計測することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上、説明したように、本発明の計測方法、計測用治具、及び光学式計測装置によれば、大気中でも水中でも対象物表面にある被測定点の鉛直位置を正確に計測できるとともに、計測に要する時間と手間を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による計測方法、計測用治具、及び光学式計測装置の一実施の形態を示した概略図であって、水上にある粒状物質層の表面の被測定点の鉛直位置を計測している状態を示した概略図である。
【図２】水中にある粒状物質層の表面の被測定点の鉛直位置を計測している状態を示した概略図である。
【図３】水中にある粒状物質層の表面の被測定点の鉛直位置を計測している状態を示した概略図である。
【図４】図１の計測用治具の拡大図である。
【図５】図２の計測用治具の拡大図である。
【図６】計測用治具の変形例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図５には、本発明による計測方法、計測用治具、及び光学式計測装置の一実施の形態が示されている。
本実施の形態の光学式計測装置１は、例えば、図１に示すように、水理実験装置１５に用いられる二次元水路１６に適用され、二次元水路１６の底部に形成された斜面２２ｂ上に石炭灰造粒物等の粒状物質２６を敷均すことにより所定の厚さの対象物としての粒状物質層２５を形成し、この粒状物質層２５に二次元水路１６の他端側に設置した造波装置２７により発生させた波２１ｂを作用させることにより、粒状物質層２５の粒状物質の２６移動状況等を調査するのに有効なものである。ここで、二次元水路１６とは、断面幅が一定の矩形断面の細長い水路を意味する。以下、二次元水路１６を単に水路１６という。
【００２２】
水路１６は、２枚の側板１７ａ、１７ｂと前板１８と後板１９と底板２０とからなる上部が開放された所定の長さ、幅、深さの細長い水路であって、内部に所定量の水２１（海水、淡水等）が貯留されるようになっている。
【００２３】
水路１６の底部には、前板１８から後板１９の方向に向かって下方に傾斜する所定の勾配の斜面２２ｂが形成されている。斜面２２ｂは、水路１６の底部に設けられた基台２２の上面２２ｂによって構成されている。基台２２は、下面２２ａが水平面に形成され、上面２２ｂが所定の角度の傾斜面２２ｂに形成され、両側面２２ｃ、２２ｄ（図中手前側及び奥側の面）及び右側面２２ｅ（図中右側の面）が鉛直面に形成され、この基台２２の斜面２２ｂに粒状物質２６を敷き均すことにより、斜面２２ｂ上に所定の厚さの粒状物質層２５が形成される。
【００２４】
粒状物質２６は、例えば、砂、礫、石炭灰造粒物等の粒状物質２６の集合体であって、水理実験の目的に応じたものが用いられる。本実施の形態においては、粒状物質２６として水の浄化作用に利用される石炭灰造粒物（石炭灰とセメントとを混合させて粒状に形成したもの）が用いられている。
【００２５】
水路１６の後板１９側には、ランジャー型、ピストン型、フラップ型等の造波装置２７が設けられ、造波装置２７により発生させた波２１ｂが水路１６の後板１９から前板１８の方向（図１中矢印方向）に移動し、前板１８側に設置された斜面２２ｂ上の粒状物質層２５に作用するようになっている。
【００２６】
水路１６の上部には、光学式計測装置１が設けられている。光学式計測装置１は、水路１６の前板１８と後板１９の上端間に架け渡されるレール２と、レール２に沿って走行可能な台車３と、台車３に取り付けられる昇降装置５と、昇降装置５に取り付けられる計測用治具８と、台車３に取り付けられる光学式計測器１２とを備えている。
【００２７】
台車３は、駆動モータの駆動によって車輪４を回転せることによりレール２上を走行可能に構成されている。台車３の駆動モータは、有線又は無線による遠隔操作により運転、停止が制御されている。なお、例えば駆動モータに設けたエンコーダ等のセンサ手段により、台車３の水平位置を計測できるようにしてもよい。
【００２８】
台車３には、波高計、波速計等の計測器（図示せず）が着脱可能に取り付けられ、これらの計測器によって水路１６内に貯留した水２１の波高、波速等が計測されるようになっている。
【００２９】
昇降装置５は、例えば、台車３の進行方向の先端に設けられる案内部材６と、案内部材６によって上下方向に直動可能に案内される可動部材７とから構成され、可動部材７の下端に計測用治具８が取り付けられている。昇降装置５としては、計測用治具８を上下方向に直動させることが可能なものであれば特に制限はなく、例えば、ボールねじ、リニアモータ、電動シリンダ等を用いることができる。
【００３０】
光学式計測器１２としては、例えば、粒状物質層２５に向けてレーザー１３を照射させる発光部、粒状物質層２５の表面２５ａで反射させたレーザー１３を受光する受光部等を備えたレーザー変位計１２を用いることができる。
【００３１】
レーザー変位計１２は、台車３の進行方向の前端に鉛直下方にレーザー１３を照射可能に取り付けられている。レーザー変位計１２から粒状物質層２５に向けてレーザー１３を照射させ、このレーザー１３の反射時間を計測することにより、粒状物質層２５の表面２５ａまでの距離を計測することができる。
【００３２】
計測用治具８は、下端が閉塞された筒状の治具本体９と、治具本体９を可動部材７の下端に連結する連結手段１１とから構成されている。治具本体９は、図１及び図２に示すように、連結手段１１により、レーザー変位計１２からのレーザー１３を内側に受ける鉛直方向を向く位置と、レーザー変位計１２からのレーザー１３を内側に受けない位置との間を変位可能に構成されている。
【００３３】
本実施の形態においては、図４及び図５に示すように、連結手段１１によって治具本体９を、鉛直方向を向く位置（図２に示す位置）と、水平方向を向く位置（図１に示す位置）との間を回動可能に構成している。治具本体９を鉛直方向に向けることにより、治具本体９の内側にレーザー１３を照射させることができ、治具本体９を水平方向に向けることにより、治具本体９を避けてレーザー１３を照射させることができる。
【００３４】
そして、上記のような構成の水理実験装置１５を用い、図１に示すように、造波装置２７を作動させて水路１６内に波２１ｂを発生させ、この波２１ｂを水路１６内を後板１９から前板１８の方向に向かって移動させて、水路１６の底部に形成される斜面２２ｂ上の粒状物質層２５に作用させることにより、粒状物質２６が水路１６の前板１８の方向又は後板１９の方向に移動し、粒状物質層２５の表層に凹凸が形成される。
【００３５】
そして、台車３をレール２に沿って移動させて、レーザー変位計１２から粒状物質層２５に向けてレーザー１３を粒状物質層２５の表面２５ａに向けて照射させることにより、粒状物質層２５の表面２５ａの被測定点の鉛直位置を計測する。
【００３６】
そして、図１〜図３に示すように、このような作業を台車３を水平方向に移動させながら粒状物質層２５の表面２５ａの複数箇所に対して連続して行うことにより、粒状物質層２５の表面２５ａの形状変化（断面形状）を計測することができ、この計測データに基づいて粒状物質層２５の粒状物質２６の移動状況等を調査することができる。
【００３７】
この場合、図１に示すように、粒状物質層２５の表面２５ａが水２１上に位置している場合には、連結手段１１によって計測用治具８を回動させて水平方向に向け、計測用治具８をレーザー変位計１２から照射されるレーザー１３を受けない位置に退避させる。これにより、計測用治具８によって光路が遮られることなく、レーザー１３を大気中から粒状物質層２５の表面２５ａに直接照射させることができる。
【００３８】
また、図２及び図３に示すように、粒状物質層２５の表面２５ａが水２１中に位置している場合には、連結手段１１によって計測用治具８を回動させて鉛直方向に向け、計測用治具８をレーザー変位計１２から照射されるレーザー１３を受ける位置に位置決めする。
【００３９】
そして、昇降装置５を作動させて計測用治具８を下降させ、計測用治具８の治具本体９の下端を水２１中の粒状物質層２５の表面２５ａに接触させ、接触したことを荷重センサ等で検知することにより計測用治具８のその位置に停止させる。
【００４０】
そして、この状態でレーザー変位計１２からレーザー１３を計測用治具８の治具本体９内の底面９ａに照射させることにより、粒状物質層２５の表面２５ａの被測定点の鉛直位置を計測する。これにより、レーザー１３が水面２１ａで反射することなく、水２１中の粒状物質層２５の表面２５ａの被測定点の鉛直位置を正確に計測することができる。
【００４１】
上記のように構成した本実施の形態にあっては、粒状物質層２５の表面２５ａの形状変化を計測する場合に、粒状物質層２５の表面２５ａが大気中にある場合には、粒状物質層２５の表面２５ａにレーザー変位計１２から直接にレーザー１３を照射させ、粒状物質２５の表面２５ａが水２１中にある場合には、計測用治具８の治具本体９内にレーザー１３を照射させるように構成したので、レーザー１３が水面２１ａで反射して計測精度が低下するようなことはなく、粒状物質層２５の表面２５ａの形状変化を精度良く計測することができる。
【００４２】
また、レーザー変位計１２で大気中にある粒状物質層２５の表面２５ａの形状変化を計測した後に、水２１中にレーザー変位計１２を移動させて、水２１中にある粒状物質層２５の表面２５ａの形状変化を計測する必要はなく、大気中から大気中にある粒状物質層２５の表面２５ａの形状変化、及び水２１中にある粒状物質層２５の表面２５ａの形状変化を計測することができるので、粒状物質層２５の表面２５ａの形状変化の計測に要する時間と手間を大幅に削減することができる。
【００４３】
また、水２１中にある粒状物質層２５の表面２５ａの形状変化を計測するために、水路１６から水２１を抜く必要がないので、水２１を抜くことによって粒状物質層２５の表面２５ａの形状が変化するようなことはなく、粒状物質層２５の表面２５ａの形状変化を精度良く計測することができる。
【００４４】
なお、上記の説明においては、計測用治具８の治具本体９の底面９ａを平面としたが、図６に示すように、治具本体９の底面９ａに円錐状の突起１０を一体に設けるように構成し、この突起１０の先端にレーザー変位計１２のレーザーが照射させるようにしてもよい。このような構成とすることにより、治具本体９の下端を粒状物質層２５の表面２５ａにピンポイントで接触させることができるので、粒状物質層２５の表面２５ａの形状変化（断面変化）を細密に計測することができる。
【００４５】
なお、上記の説明においては、本発明による光学式計測装置１を水理実験装置１５で用いる水路１６に適用し、水路１６の底部に形成した対象物としての粒状物質層２５の表面２５ａの形状変化の計測に適用したが、これに限定することなく、各種の水中にある対象物の表面の形状を大気中から計測する場合に適用してもよいものであり、その場合にも同様の作用効果を奏する。
【符号の説明】
【００４６】
１  光学式計測装置
２  レール
３  台車
４  車輪
５  昇降装置
６  案内部材
７  可動部材
８  計測用治具
９  治具本体
９ａ  底面
１０  突起
１１  連結手段
１２  光学式計測器（レーザー変位計）
１３  レーザー
１５  水理実験装置
１６  水路
１７ａ、１７ｂ  側板
１８  前板
１９  後板
２０  底板
２１  水
２１ａ  水面
２１ｂ  波
２２  基台
２２ａ  下面
２２ｂ  上面（斜面）
２２ｃ、２２ｄ  側面
２２ｅ  右側面
２５  対象物（粒状物質層）
２５ａ  表面
２６  粒状物質
２７  造波装置
【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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