特開 2024-80853 管内形状確認装置及び管内形状確認方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024080853

(43)【公開日】2024-06-17

(54)【発明の名称】管内形状確認装置及び管内形状確認方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20240610BHJP

【ＦＩ】

G01B11/24 B

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022194147

(22)【出願日】2022-12-05

(71)【出願人】

【識別番号】597140545

【氏名又は名称】株式会社ＮＴＥＣ

(71)【出願人】

【識別番号】504454060

【氏名又は名称】株式会社アプライド・ビジョン・システムズ

(74)【代理人】

【識別番号】110003395

【氏名又は名称】弁理士法人蔦田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】奥野 正富

(72)【発明者】

【氏名】糸永 和彦

(72)【発明者】

【氏名】大森 芳春

(72)【発明者】

【氏名】高橋 裕信

(72)【発明者】

【氏名】石山 豊

(72)【発明者】

【氏名】水口 祐司

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA04

2F065AA06

2F065AA53

2F065AA60

2F065AA63

2F065AA65

2F065BB08

2F065DD03

2F065FF04

2F065FF11

2F065QQ21

2F065QQ28

(57)【要約】

【課題】管の内面の形状をより正確に検出することを目的とする。
【解決手段】発光部２１を備えるＴＯＦカメラ２０と、ＴＯＦカメラ２０が固定された台１２と、台１２に固定され、発光部２１から発せられた光の光軸Ｌ２の、管１１の中心軸Ｌ１に対する傾きを計測可能なＩＭＵ３０と、を備える管内形状確認装置１０。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

管の内部に配置されて管の内部のデータを取得する管内形状確認装置において、
管の内面に向けて光を発する発光部を備え、前記発光部から発せられた光が前記内面で反射して戻るまでの時間に基づき前記内面までの距離を算出することにより、前記内面の形状のデータを取得するＴＯＦカメラと、
前記ＴＯＦカメラが固定された台と、
前記台に固定され、前記発光部から発せられた光の光軸の、前記管の中心軸に対する傾きを計測可能な慣性計測装置と、
を備える管内形状確認装置。

【請求項2】

前記発光部から発せられる光の広がりを抑える収束具として、前記発光部から発せられる光が通過するレンズが設けられた、請求項１に記載の管内形状確認装置。

【請求項3】

前記発光部から発せられる光の広がりを抑える収束具として、前記発光部から発せられる光が通過する筒が設けられた、請求項１に記載の管内形状確認装置。

【請求項4】

前記発光部から発せられる光の広がりを抑える収束具として、前記発光部から発せられる光が通過するレンズ及び筒が設けられた、請求項１に記載の管内形状確認装置。

【請求項5】

前記収束具の向きを変更することにより光の進行方向を変える方向変更装置が設けられた、請求項２～４のいずれか１項に記載の管内形状確認装置。

【請求項6】

前記ＴＯＦカメラが少なくとも左右１つずつの前記発光部を備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の管内形状確認装置。

【請求項7】

前記ＴＯＦカメラが少なくとも上下１つずつの前記発光部を備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の管内形状確認装置。

【請求項8】

管の内部にデータ取得装置を配置して管の内部のデータを取得する管内形状確認方法において、
管の内面形状のデータを取得する前記データ取得装置としてのＴＯＦカメラと、傾きを計測する慣性計測装置とを同じ台に固定した状態で管の内部に配置するステップと、
前記ＴＯＦカメラの発光部から管の内面に向けて発せられた光が前記内面で反射して前記ＴＯＦカメラに戻るまでの時間に基づき前記内面までの距離を算出することにより、前記内面の形状のデータを取得するステップと、
前記慣性計測装置により、前記発光部から発せられた光の光軸の、前記管の中心軸に対する傾きを計測するステップと、
前記ＴＯＦカメラが取得した前記内面の形状のデータを、前記慣性計測装置が計測した前記傾きのデータで補正することにより、前記管の中心軸方向から見た場合の前記内面の形状のデータを取得するステップと、
を備える管内形状確認方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、管内形状確認装置及び管内形状確認方法に関し、特に、通信ケーブル等の通る管の内面の形状を確認するための管内形状確認装置及び管内形状確認方法に関する。

【背景技術】

【0002】

通信ケーブルや送電線等は管の内部を通っている。その管の内面が変形していないか、観察することが求められている。管の内面の変形の形態としては、管の部分的な変形だけでなく、管の曲がり、腐食による形状の変化、連結部のズレや外れ等がある。しかし、そのような管は内径が小さく、しかも地中に埋められている場合もあるため、人が管内に入る等の方法では観察できない。

【0003】

そのような場合に管の内面の変形を検出する方法として、レーザー光源と単眼カメラあるいはステレオカメラとを使用する方法が考えられる。具体的には、レーザー光源と単眼カメラあるいはステレオカメラとを管内に配置し、管の内面にレーザー光を当てて内面上に明るい照射点を形成し、その照射点までの距離を単眼カメラあるいはステレオカメラで計測し、計測した距離に基づき管の内面の形状を検出する。

【0004】

また、特許文献１では、管の長手方向に複数の光リングを並べ、それらの光リングをカメラで撮影し、各光リングの中心位置のずれから管の曲がりを検出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－５６５９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上記のレーザー光源と単眼カメラあるいはステレオカメラとを使用する方法では、管の内面にレーザー光で形成できる照射点の数に限りがあり（現実には、形成できる照射点の数はせいぜい１０００点程度である）、少ない数の照射点までの距離しか計測できないため、内面の細かな形状までは検出できない。また、レーザー光には広がりがあるため、特にレーザー光の照射方向が管の内面に対して平行に近いと、管の内面に形成される照射点が大きくなってしまい、単眼カメラあるいはステレオカメラから照射点までの距離に大きな誤差が生じてしまう。また、狭い管内に入れることのできるステレオカメラは小さく、ステレオカメラの有する２つのカメラの間隔が短いため、計測される距離は誤差が大きいという欠点がある。これらのことから、単眼カメラあるいはステレオカメラを使用する方法では、管の内面に変形があってもそれを正確に検出することが困難である。

【0007】

また、特許文献１の方法は、管の中心位置や管の曲がりを検出する方法としては有効であるが、管の内面の形状までは検出できない。

【0008】

本発明は以上の実情に鑑みてなされたものであり、管の内面の形状をより正確に検出することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は以下に示される実施形態を含む。

【0010】

［１］管の内部に配置されて管の内部のデータを取得する管内形状確認装置において、管の内面に向けて光を発する発光部を備え、前記発光部から発せられた光が前記内面で反射して戻るまでの時間に基づき前記内面までの距離を算出することにより、前記内面の形状のデータを取得するＴＯＦカメラと、前記ＴＯＦカメラが固定された台と、前記台に固定され、前記発光部から発せられた光の光軸の、前記管の中心軸に対する傾きを計測可能な慣性計測装置と、を備える管内形状確認装置。

【0011】

［２］前記発光部から発せられる光の広がりを抑える収束具として、前記発光部から発せられる光が通過するレンズが設けられた、［１］に記載の管内形状確認装置。

【0012】

［３］前記発光部から発せられる光の広がりを抑える収束具として、前記発光部から発せられる光が通過する筒が設けられた、［１］に記載の管内形状確認装置。

【0013】

［４］前記発光部から発せられる光の広がりを抑える収束具として、前記発光部から発せられる光が通過するレンズ及び筒が設けられた、［１］に記載の管内形状確認装置。

【0014】

［５］前記収束具の向きを変更することにより光の進行方向を変える方向変更装置が設けられた、［２］～［４］のいずれかに記載の管内形状確認装置。

【0015】

［６］前記ＴＯＦカメラが少なくとも左右１つずつの前記発光部を備える、［１］～［５］のいずれかに記載の管内形状確認装置。

【0016】

［７］前記ＴＯＦカメラが少なくとも上下１つずつの前記発光部を備える、［１］～［６］のいずれかに記載の管内形状確認装置。

【0017】

［８］管の内部にデータ取得装置を配置して管の内部のデータを取得する管内形状確認方法において、管の内面形状のデータを取得する前記データ取得装置としてのＴＯＦカメラと、傾きを計測する慣性計測装置とを同じ台に固定した状態で管の内部に配置するステップと、前記ＴＯＦカメラの発光部から管の内面に向けて発せられた光が前記内面で反射して前記ＴＯＦカメラに戻るまでの時間に基づき前記内面までの距離を算出することにより、前記内面の形状のデータを取得するステップと、前記慣性計測装置により、前記発光部から発せられた光の光軸の、前記管の中心軸に対する傾きを計測するステップと、前記ＴＯＦカメラが取得した前記内面の形状のデータを、前記慣性計測装置が計測した前記傾きのデータで補正することにより、前記管の中心軸方向から見た場合の前記内面の形状のデータを取得するステップと、を備える管内形状確認方法。

【発明の効果】

【0018】

上記の管内形状確認装置及び管内形状確認方法によれば、ＴＯＦカメラで管の内面上の多数の点までの距離を計測することができ、しかもＴＯＦカメラの傾きを慣性計測装置で計測してＴＯＦカメラの計測データを慣性計測装置の計測データで補正することができるので、管の内面の変形等の形状をより正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態の管内形状確認装置を示す図。（ａ）は管内形状確認装置を左右方向から見た図。（ｂ）は管内形状確認装置を前から見た図。

【図2】第１実施形態において取得されたデータを可視化した図。（ａ）は管内形状確認装置の左右方向から表示した図。（ｂ）は管内形状確認装置の前から表示した図。

【図3】第２実施形態の管内形状確認装置を示す図。（ａ）は管内形状確認装置を左右方向から見た図。（ｂ）はＴＯＦカメラを前から見た図。（ｃ）はＴＯＦカメラを左右方向から見た図。

【図4】第２実施形態において取得されたデータを可視化した図。（ａ）は管内形状確認装置の左右方向から表示した図。（ｂ）は管内形状確認装置の前から表示した図。

【図5】第３実施形態の管内形状確認装置を示す図。（ａ）は管内形状確認装置を左右方向から見た図。（ｂ）はＴＯＦカメラを前から見た図。（ｃ）はＴＯＦカメラを左右方向から見た図。

【図6】第４実施形態の管内形状確認装置を示す図。（ａ）は管内形状確認装置を左右方向から見た図。（ｂ）はＴＯＦカメラを前から見た図。（ｃ）はＴＯＦカメラを左右方向から見た図。

【図7】第５実施形態の管内形状確認装置を示す図。（ａ）は管内形状確認装置を左右方向から見た図。（ｂ）はＴＯＦカメラを前から見た図。（ｃ）はＴＯＦカメラを左右方向から見た図。

【図8】第６実施形態の管内形状確認装置を示す図。（ａ）は管内形状確認装置を上から見た図。（ｂ）はＴＯＦカメラを前から見た図。（ｃ）はＴＯＦカメラを左右方向から見た図。

【図9】第６実施形態において取得されたデータを可視化した図。（ａ）は管内形状確認装置の上から表示した図。（ｂ）は管内形状確認装置の前から表示した図。

【図10】第７実施形態の管内形状確認装置を示す図。（ａ）は管内形状確認装置を左右方向から見た図。（ｂ）はＴＯＦカメラを前から見た図。（ｃ）はＴＯＦカメラを左右方向から見た図。

【図11】第７実施形態において取得されたデータを可視化した図。（ａ）は管内形状確認装置の右から表示した図。（ｂ）は管内形状確認装置の前から表示した図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

実施形態について図面に基づき説明する。なお、以下で説明する実施形態は例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更されたものについては、本発明の範囲に含まれるものとする。

【0021】

［第１実施形態］
まず、管内形状確認装置１０の構成について説明する。

【0022】

図１は、第１実施形態の管内形状確認装置１０が管１１の内部に配置された様子を示す図である。管内形状確認装置１０は、ＴＯＦカメラ２０及びＩＭＵ３０が１つの台１２に固定されたものである。

【0023】

管１１は、内部を通信ケーブルや送電線等が通る管である。そのような管１１は、例えば、道路等の下に水平に埋められている。管１１の直径は、１ｍ以下であり、小さなものは１００ｍｍ以下（例えば５０ｍｍ）である。管内形状確認装置１０は、そのような管１１の内部の形状を確認するための装置である。

【0024】

ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）カメラ２０は、上下左右９０°程度の範囲の多数箇所の距離を極めて短時間に同時に計測し３次元距離データを取得するためのデータ取得装置の一種である。ＴＯＦカメラ２０は、発光部２１及び受光部２２を有している。ＴＯＦカメラ２０は、発光部２１から光を発し、その光が管１１の内面１３で反射して受光部２２に戻ってくるまでの時間を計測し、計測した時間と光速に基づき内面１３上の各点（光の反射点）までの距離を算出するカメラである。

【0025】

複数の発光部２１が、ＴＯＦカメラ２０の前面に設けられている。詳細には、４つの発光部２１が、それらを結ぶと長方形になるように配置されている。これらの発光部２１は同時に点灯して光を発する。４つの発光部２１から発せられる光の光軸は平行である。発光部２１から発せられる光は、限定されないが、例えば近赤外光である。発光部２１から発せられる近赤外光の波長は、例えば８００ｎｍ～１０００ｎｍであり、さらに具体的には例えば８５０ｎｍや９４０ｎｍである。

【0026】

受光部２２は、ＴＯＦカメラ２０の前面における、複数の発光部２１に囲まれた場所に設けられている。受光部２２は、発光部２１から発せられ管１１の内面１３で反射した反射光を受光する。受光部２２には、例えば５万～３０万個（例えば横６００個×縦４００個）程度の受光素子が並んでいる。

【0027】

ＴＯＦカメラ２０においては、この受光素子ごとに、光の反射点までの距離と、その光が向かって来た方向とが求まる。そのため、多数の反射点の位置のデータを取得することができ、そのデータに基づき多数の反射点の位置を３次元の情報として可視化することができる。多数の反射点は管１１の内面１３上の各点であるため、多数の反射点の位置のデータを取得することにより、管１１の内面１３の形状のデータを取得することになる。また、多数の反射点の位置を３次元的に可視化したもの（「可視化情報」とする）は、管１１の内面１３の形状を、多数の点の集合の形で３次元の立体画像としたものとみなすことができる。なお、可視化情報の生成は後述する３次元データ処理用コンピュータにおいて実行される。

【0028】

ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）３０は慣性計測装置とも呼ばれる。ＩＭＵ３０は、基準に対する傾きの方向を検出しその角度を計測することができる。ＴＯＦカメラ２０が固定されている台１２にＩＭＵ３０も固定されているので、ＩＭＵ３０は、ＴＯＦカメラ２０の発光部２１が発する光の光軸の、管１１の中心軸に対する傾きの方向と角度を計測することができる。そのため、ＴＯＦカメラ２０が管１１の内部で傾いていたとしても、ＴＯＦカメラ２０が取得したデータをＩＭＵ３０の計測データで補正することにより、発光部２１が発する光の光軸が管１１の中心軸と同じ方向を向いていたと仮定した場合の光の反射点の位置のデータ（管１１の内面１３の形状のデータ）を取得することができる。

【0029】

ＴＯＦカメラ２０やＩＭＵ３０とは別に、３次元データ処理用コンピュータ（図示省略）が準備されている。３次元データ処理用コンピュータの配置場所は、限定されないが、例えば台１２の上である。ＴＯＦカメラ２０及びＩＭＵ３０により取得されたデータは、３次元データ処理用コンピュータに送られる。３次元データ処理用コンピュータは、ＴＯＦカメラ２０が取得したデータに基づき、多数の光の反射点の位置を３次元的に表示した可視化情報を生成する。この可視化情報の生成過程において、３次元データ処理用コンピュータは、ＩＭＵ３０の計測データを使用した上記の補正を行う。そのため、３次元データ処理用コンピュータが生成する可視化情報は、発光部２１が発する光の光軸が管１１の中心軸と同じ方向を向いていたときの可視化情報とみなすことができる。３次元データ処理用コンピュータには、ＩＭＵ３０の計測データを使用した補正や可視化情報の生成を実行するためのソフトウェアがインストールされている。

【0030】

次に、以上の構成の管内形状確認装置１０を使用した管内形状確認方法について説明する。

【0031】

第１実施形態の管内形状確認方法においては、作業者が、以上の構成の管内形状確認装置１０を図１に示すように管１１の内部に配置する。このとき、作業者は、管１１の内面１３の形状を確認したい部分にＴＯＦカメラ２０の前面を向けて配置する。またこのとき、作業者は、台１２が管１１の中心軸に対してできるだけ傾かないように、かつ、発光部２１が発する光の光軸が管１１の中心軸とできるだけ同じ方向を向くように、管内形状確認装置１０を管１１の内部に配置する。

【0032】

そのように配置された状態で、ＴＯＦカメラ２０による３次元データ取得が行われる。なお、ＴＯＦカメラ２０による３次元データ取得中、管内形状確認装置１０は管１１の内部で動かない。

【0033】

ＴＯＦカメラ２０による３次元データ取得においては、４つの発光部２１が点灯し、発光部２１から管１１の内部へ向かって光が発せられる。発光部２１から発せられた光は、光軸に対して広がりながら管１１の内部を進み、管１１の内面１３で反射して受光部２２に戻る。ＴＯＦカメラ２０は、それぞれの受光素子が受光した光について、反射点（管１１の内面１３上の各点）までの距離と、その光が向かって来た方向とを求める。求まったデータは、多数の反射点の位置について（従って管１１の内面１３の形状について）ＴＯＦカメラ２０が取得したデータとして、３次元データ処理用コンピュータに送られる。

【0034】

ここで、多くの場合、発光部２１が発する光の光軸が、管１１の中心軸に対して傾いている。図１に、管１１の中心軸Ｌ１（一点鎖線で示す）に対し、発光部２１が発する光の光軸Ｌ２（破線で示す）が傾いている様子を示す。ＩＭＵ３０は、少なくともＴＯＦカメラ２０による３次元データ取得が行われている間、その傾きを計測している。ＩＭＵ３０による計測データは、３次元データ処理用コンピュータに送られる。

【0035】

３次元データ処理用コンピュータは、ＴＯＦカメラ２０が取得した多数の反射点の位置についての（従って管１１の内面１３の形状についての）データを、ＩＭＵ３０による計測データで補正する。補正後のデータは、発光部２１が発する光の光軸が、管１１の中心軸と同じ方向を向いていた場合にＴＯＦカメラ２０により取得される計測データと一致する。

【0036】

３次元データ処理用コンピュータは、上記の補正後のデータに基づき、多数の光の反射点の位置を３次元的に表示した可視化情報を生成する。光の反射点は管１１の内面１３上にあるため、この可視化情報は、管１１の内面１３の形状を多数の点の集合の形で表した画像とみなすことができる。そして、多数の点の集合の形から、管１１の内面１３の形状を検出することができる。

【0037】

図２は、３次元データ処理用コンピュータにより生成された可視化情報を簡略化して示す図であり、（ａ）は管内形状確認装置１０の左右方向から表示した図、（ｂ）は管内形状確認装置１０の前から表示した図である。なお、図中の破線は管１１を示しているが、実際に３次元データ処理用コンピュータにより生成される可視化情報には管１１は表示されない。この図において、グレーの丸印が光の反射点を表している。従って、グレーの丸印の集合が、管１１の内面１３の形状を表していると言える。なお、反射点は実際には例えば３０万点あるが、この図では小数の反射点のみ示している。

【0038】

反射点の集合において、いずれかの位置に段差、突起、凹み等の特殊形状部分がある場合は、実際の管１１の内面１３におけるその位置にその特殊形状の変形があることを意味している。また、反射点の集合が曲がっている場合は、実際の管１１が曲がっていることを意味している。このように、反射点の集合の形から、実際の管１１の内面１３の形状、変形を検出することができる。

【0039】

次に、第１実施形態の効果について説明する。

【0040】

以上のように、第１実施形態では、ＴＯＦカメラ２０を使用して管１１の内部の３次元データを取得することにより、管１１の内面１３の形状をより正確に検出することができる。例えば、管１１の内径が小さく、管１１の内部に入るような小さなステレオカメラ等では、内面１３までの距離の計測値に大きな誤差が生じてしまい内面１３の形状を正確に検出することが困難な場合でも、ＴＯＦカメラ２０を使用することにより形状をより正確に検出することができる。また、管１１の部分的な変形だけでなく、管１１の曲がり、腐食による形状の変化、連結部のズレや外れも、より正確に検出することができる。

【0041】

さらに上記のように、ＴＯＦカメラ２０を備える管内形状確認装置１０が、さらにＩＭＵ３０も備えている。そのため、ＩＭＵ３０によって、ＴＯＦカメラ２０の発光部２１から発せられた光の光軸の、管１１の中心軸に対する傾きの方向を検出しその角度を計測することができる。ここで、ＴＯＦカメラ２０とＩＭＵ３０が１つの台１２に固定されているため、発光部２１から発せられた光の光軸の傾きの角度を正確に計測することができる。そして、ＴＯＦカメラ２０が取得したデータをＩＭＵ３０による計測データで補正することにより、発光部２１が発する光の光軸が、管１１の中心軸と同じ方向を向いていたと仮定した場合の可視化情報を生成することができる。

【0042】

［第２実施形態］
図３（ａ）は、第２実施形態の管内形状確認装置１１０が管１１の内部に配置された様子を示す図である。この管内形状確認装置１１０は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、発光部２１の前にレンズ４０が設けられている点で、第１実施形態の管内形状確認装置１０と異なる。なお、前とは発光部２１から発せられた光が進む方のことである。

【0043】

レンズ４０は、発光部２１から発せられた光の広がりを抑える（広がる範囲を狭くする）収束具である。発光部２１から発せられレンズ４０を通過した光は、レンズ４０より前方において、図３（ａ）に矢印で示すようにレンズ４０がない場合よりも収束されて進む。発光部２１の前にレンズ４０がない場合、発光部２１から発せられた光の、光軸に対する広がりの角度は例えば４５°程度である。しかし、発光部２１の前にレンズ４０があり、発光部２１から発せられた光がレンズ４０を通過する場合、レンズ４０を通過後の光の、光軸に対する広がりの角度は、例えば２０～３０°である。

【0044】

このように発光部２１から発せられた光の広がりが抑えられることにより、図４に示すように、光が届く範囲では光の当たる点が密になる。そのため、光が届く範囲についてより多くのデータを取得することができ、管１１の内面１３のより小さな形状まで検出することができる。また、発光部２１から発せられた光の広がりが抑えられることにより、その光が管１１の内部においてより遠くまで届くことになる。そのため、管１１の長距離の形状を確認することができる。

【0045】

［第３実施形態］
図５（ａ）は、第３実施形態の管内形状確認装置２１０が管１１の内部に配置された様子を示す図である。この管内形状確認装置２１０は、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、発光部２１の前に遮蔽筒４１が設けられている点で、第１実施形態の管内形状確認装置１０と異なる。遮蔽筒４１は筒であり、その中心軸が前後方向に延びるように設けられている。なお、前後とは、発光部２１から発せられた光が進む方を前、その反対を後ろとしたときの表現である。

【0046】

遮蔽筒４１は、前から見て円形の円筒でも良いし、前から見て四角形の角筒でも良い。いずれにしても、遮蔽筒４１は、中空で前後両端が開放された筒である。

【0047】

遮蔽筒４１は、発光部２１から発せられる光の広がりを抑える（広がる範囲を狭くする）収束具である。発光部２１から発せられた光は、遮蔽筒４１の内側を通過して前へ進む。光は、光軸を中心に広がりを持っているが、遮蔽筒４１の内側において遮蔽筒４１の内面に当たるとそこで反射して前方へ方向付けされる。そのため、遮蔽筒４１を通過した光は、遮蔽筒４１より前方において、遮蔽筒４１がない場合よりも収束されて進む。

【0048】

第２実施形態の場合と同様に、このように発光部２１から発せられた光の広がりが抑えられることにより、図４の場合と同様に、光が届く範囲では光の当たる点が密になる。そのため、光が届く範囲についてより多くのデータを取得することができ、管１１の内面１３のより小さな形状まで検出することができる。また、発光部２１から発せられた光の広がりが抑えられることにより、その光が管１１の内部においてより遠くまで届くことになる。そのため、管１１の長距離の形状を確認することができる。

【0049】

［第４実施形態］
図６（ａ）は、第４実施形態の管内形状確認装置３１０が管１１の内部に配置された様子を示す図である。この管内形状確認装置３１０は、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、発光部２１の前にレンズ４０及び遮蔽筒４１が設けられている点で、第１実施形態の管内形状確認装置１０と異なる。詳細には、第２実施形態の場合と同様に、発光部２１の前にレンズ４０が設けられている。さらに、そのレンズ４０を囲う形で遮蔽筒４１が設けられている。遮蔽筒４１は、レンズ４０の場所からレンズ４０よりも前方の場所へ向かって、その中心軸が前後方向に延びるように設けられている。

【0050】

発光部２１から発せられレンズ４０及び遮蔽筒４１を通過した光は、レンズ４０及び遮蔽筒４１より前方において、レンズ４０及び遮蔽筒４１のいずれか一方しか設けられていない場合よりも収束されて進む。

【0051】

こうして発光部２１から発せられた光の広がりが抑えられることにより、光が届く範囲では光の当たる点が第２実施形態や第３実施形態の場合よりもさらに密になる。そのため、光が届く範囲についてさらに多くのデータを取得することができ、管１１の内面１３のさらに小さな形状まで検出することができる。また、発光部２１から発せられた光の広がりが抑えられることにより、その光が管１１の内部においてさらに遠くまで届くことになる。そのため、管１１の長距離の形状を確認することができる。

【0052】

［第５実施形態］
図７（ａ）は、第５実施形態の管内形状確認装置４１０が管１１の内部に配置された様子を示す図である。この管内形状確認装置４１０は、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、発光部２１の前にレンズ４０及び遮蔽筒４１が設けられている点、さらにそのレンズ４０を動かす方向変更装置４２が設けられている点、及び発光部２１が受光部２２の上に１つだけ設けられている点で、第１実施形態の管内形状確認装置１０と異なる。

【0053】

方向変更装置４２の動作によってレンズ４０及び遮蔽筒４１の向きを変えることができるため、発光部２１から発せられた光を任意の方向に向けることができる。そのため、光を向けた任意の方向のデータを取得することができる。

【0054】

なお、収束具としてレンズ４０及び遮蔽筒４１の一方しかなく、方向変更装置４２がその収束具の向きを変える構成であっても良い。また、発光部２１の数は１つでなくても良く、例えば第１実施形態と同様に４つでも良い。

【0055】

［第６実施形態］
図８（ａ）は、第６実施形態の管内形状確認装置５１０を上から見たときの図である。図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、この管内形状確認装置５１０においては、２つの発光部２１がＴＯＦカメラ２０の前面に設けられている。発光部２１は、受光部２２の左右両側にそれぞれ１つずつ設けられている。また、発光部２１の前には、レンズ４０及び遮蔽筒４１が設けられている。管内形状確認方法の実施時には、２つの発光部２１を結ぶ線が水平になるようにして管内形状確認装置５１０を配置する。

【0056】

このように、発光部２１が左右両側にそれぞれ１つずつ設けられているため、管１１の内面１３における左右方向への変形のデータを正確に取得しやすい。具体的に説明すると、管１１には、図８（ａ）に示すように左右方向への曲がりや、左右の内面１３に生じた段差といった、左右方向への変形が生じている場合がある。そのような左右方向への変形があるにもかかわらず、発光部２１が左右方向の１箇所にしか設けられていない場合、発光部２１から発せられた光が左右方向への変形部分に十分に当たらないおそれがあり、当たったとしても受光部２２に向かって反射しないおそれがある。

【0057】

しかし、本実施形態のように発光部２１が左右両側にあることにより、一方の発光部２１からの光が変形部分に当たりにくいとしても他方の発光部２１からの光が変形部分に当たりやすく、また変形部分に当たった光が受光部２２に向かって反射しやすい。そのため、管１１の内面１３における左右方向への変形のデータを正確に取得しやすい。

【0058】

具体例として、管１１が光の進行方向を向いて右に曲がっている場合に、３次元データ処理用コンピュータにより生成される可視化情報を図９に示す。この図において、白抜きの丸印が左側の発光部２１ａから発せられた光の反射点を表し、グレーの丸印が右側の発光部２１ｂから発せられた光の反射点を表している。なお、反射点は実際には例えば３０万点あるが、この図では小数の反射点のみ示している。

【0059】

図９に示すように、右側の発光部２１ｂから発せられた光の反射点（グレーの丸印）は、左側で多く、右側で少ない。一方、左側の発光部２１ａから発せられた光の反射点（白抜きの丸印）は、左側でも多いが、右側においても比較的多い（少なくとも、右側の発光部２１ｂから発せられた光の反射点より多い）。従って、管１１が図９のように右に曲がっている場合、左側の発光部２１ａから発せられる光が、管１１の内面１３の形状を捉えるために有効である。一方、図示省略するが、管１１が左に曲がっている場合は、右側の発光部２１ｂから発せられる光が有効である。これらのことから、管１１が左右方向に曲がっている場合は、左右両側に発光部２１が設けられていることが、管１１の内面１３の形状を捉えるために有効であることがわかる。

【0060】

なお、図８では発光部２１の数が２つのみであるが、さらに多くの発光部２１が設けられていても良い。また、レンズ４０及び遮蔽筒４１の一方又は両方がなくても良い。また、発光部２１の前に収束具としてレンズ４０及び遮蔽筒４１の少なくとも一方が設けられている場合において、第５実施形態と同様に収束具の向きを変える方向変更装置４２が設けられても良い。

【0061】

［第７実施形態］
図１０（ａ）は、第７実施形態の管内形状確認装置６１０を左右方向から見たときの図である。図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、この管内形状確認装置６１０においては、２つの発光部２１がＴＯＦカメラ２０の前面に設けられている。発光部２１は、受光部２２の上下にそれぞれ１つずつ設けられている。なお、発光部２１の前には、レンズ４０及び遮蔽筒４１が設けられている。管内形状確認方法の実施時には、２つの発光部２１を結ぶ線が鉛直になるようにして管内形状確認装置６１０を配置する。

【0062】

このように、発光部２１が上下にそれぞれ１つずつ設けられているため、管１１の内面１３における上下方向への変形のデータを正確に取得しやすい。具体的に説明すると、管１１には、上下方向への曲がりや、上下の内面１３に生じた段差等の、上下方向への変形が生じている場合がある。そのような上下方向への変形があるにもかかわらず、発光部２１が上下方向の１箇所にしか設けられていない場合、発光部２１から発せられた光が上下方向への変形部分に十分に当たらないおそれがあり、当たったとしても受光部２２に向かって反射しないおそれがある。

【0063】

しかし、本実施形態のように発光部２１が上下にあることにより、一方の発光部２１からの光が変形部分に当たりにくいとしても他方の発光部２１からの光が変形部分に当たりやすく、また変形部分に当たった光が受光部２２に向かって反射しやすい。そのため、管１１の内面１３における上下方向への変形のデータを正確に取得しやすい。

【0064】

具体例として、管１１が下に曲がっている場合に、３次元データ処理用コンピュータにより生成される可視化情報を図１１に示す。この図において、白抜きの丸印が上側の発光部２１ａから発せられた光の反射点を表し、グレーの丸印が下側の発光部２１ｂから発せられた光の反射点を表している。なお、反射点は実際には例えば３０万点あるが、この図では小数の反射点のみ示している。

【0065】

図１１に示すように、下側の発光部２１ｂから発せられた光の反射点（グレーの丸印）は、上側で多く、下側で少ない。一方、上側の発光部２１ａから発せられた光の反射点（白抜きの丸印）は、上側でも多いが、下側においても比較的多い（少なくとも、下側の発光部２１ｂから発せられた光の反射点より多い）。従って、管１１が図１１のように下に曲がっている場合、上側の発光部２１ａから発せられる光が、管１１の内面１３の形状を捉えるために有効である。一方、図示省略するが、管１１が上に曲がっている場合は、下側の発光部２１ｂから発せられる光が有効である。これらのことから、管１１が上下方向に曲がっている場合は、上下両側に発光部２１が設けられていることが、管１１の内面１３の形状を捉えるために有効であることがわかる。

【0066】

なお、図１０では発光部２１の数が２つのみであるが、さらに多くの発光部２１が設けられていても良い。また、レンズ４０及び遮蔽筒４１の一方又は両方がなくても良い。また、発光部２１の前に収束具としてレンズ４０及び遮蔽筒４１の少なくとも一方が設けられている場合において、第５実施形態と同様に収束具の向きを変える方向変更装置４２が設けられても良い。

【符号の説明】

【0067】

１０…管内形状確認装置、１１…管、１２…台、１３…内面、２０…ＴＯＦカメラ、２１…発光部、２２…受光部、３０…ＩＭＵ、４０…レンズ、４１…遮蔽筒、４２…方向変更装置、１１０…管内形状確認装置、２１０…管内形状確認装置、３１０…管内形状確認装置、４１０…管内形状確認装置、５１０…管内形状確認装置、６１０…管内形状確認装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2024-05-13

【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】

管の内部に配置されて管の内部のデータを取得する管内形状確認装置において、
管の内面に向けて光を発する発光部を備え、前記発光部から発せられた光が前記内面で反射して戻るまでの時間に基づき前記内面までの距離を算出することにより、前記内面の形状のデータを取得するＴＯＦカメラと、
前記ＴＯＦカメラが固定された台と、
前記台に固定され、前記発光部から発せられた光の光軸の、前記管の中心軸に対する傾きを計測可能な慣性計測装置と、を備え、
前記発光部から発せられる光を通過させて光の広がりを抑える収束具として、レンズ及び筒の少なくともいずれか一方が設けられた、管内形状確認装置。

【請求項2】

前記収束具の向きを変更することにより光の進行方向を変える方向変更装置が設けられた、請求項１に記載の管内形状確認装置。

【請求項3】

前記ＴＯＦカメラが少なくとも左右１つずつの前記発光部を備える、請求項１に記載の管内形状確認装置。

【請求項4】

前記ＴＯＦカメラが少なくとも上下１つずつの前記発光部を備える、請求項１に記載の管内形状確認装置。

【請求項5】

管の内部にデータ取得装置を配置して管の内部のデータを取得する管内形状確認方法において、
管の内面形状のデータを取得する前記データ取得装置としてのＴＯＦカメラと、傾きを計測する慣性計測装置とを同じ台に固定した状態で管の内部に配置するステップと、
前記ＴＯＦカメラの発光部から管の内面に向けて発せられた光が前記内面で反射して前記ＴＯＦカメラに戻るまでの時間に基づき前記内面までの距離を算出することにより、前記内面の形状のデータを取得するステップと、
前記慣性計測装置により、前記発光部から発せられた光の光軸の、前記管の中心軸に対する傾きを計測するステップと、
前記ＴＯＦカメラが取得した前記内面の形状のデータを、前記慣性計測装置が計測した前記傾きのデータで補正することにより、前記管の中心軸方向から見た場合の前記内面の形状のデータを取得するステップと、を備え、
前記発光部から発せられた光は、レンズ及び筒の少なくともいずれか一方を通過することにより、広がりが抑えられる、管内形状確認方法。