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検査装置
説明

検査装置

【課題】分析に要する時間がわずかで、効率的に広範囲の構造物表面の検査が可能な検査装置及びそれを用いた検査方法を提供する。
【解決手段】検査装置は、所定位置を所定周波数で打突する打突振動子100と、検査面の第1位置における物理量を検知する第1レーザードップラー速度計201と、前記検査面の第2位置における物理量を検知する第2レーザードップラー速度計202と、前記第1レーザードップラー速度計201によって検知された物理量に対し、表面波の大きさと関連する第1物理量を抽出する第1フィルタ手段と、前記第2レーザードップラー速度計202によって検知された物理量に対し、表面波の大きさと関連する第2物理量を抽出する第2フィルタ手段と、第1物理量と、第2物理量との比を算出する算出手段と、算出された比を、前記打突振動子100による打突位置と対応させて表示する表示手段と、を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コンクリート構造物におけるひび割れ深さ及び位置を検査するために用いられる検査装置に関する。
【背景技術】
【0002】
鉄筋コンクリート構造物は、コンクリートの性質上その表面に微細なひび割れが生じやすいが、このひび割れが進展し鉄筋に到達すると、鉄筋が腐食する原因となり、構造物の耐久性や構造物の安全性に影響を及ぼすこととなる。
【0003】
そこで、鉄筋コンクリート構造物においては、維持管理のための定期検査や地震後の健全性評価で、目視による観察やひび割れ幅の調査を行っている。ところで、このような調査は人手によるものであり労力及び時間を要するものであるので、これをより効率的に行うために、鉄筋コンクリート構造物の内部状況を検査・把握するための検査装置が種々提案されている。
【0004】
例えば、特許文献1(特開2003−35703号公報)には、コンクリート構造物の測定面に配置されたダンパと、このダンパを介して前記測定面の振動を電気信号に変換する振動検出器とを備え、前記振動に含まれるほぼ5キロヘルツ以下の周波数の振動成分を前記ダンパを介して前記振動検出器により検出し、その検出出力に基づいてコンクリート構造物の内部を非破壊検査することを特徴とするコンクリート構造物の非破壊検査装置が開示されている。
【特許文献1】特開2003−35703号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の検査装置におけるコンクリート構造物の検査では、縦弾性波の減衰をセンシングする方法が採用されているが、このような方法に基づくものでは、コンクリート構造物中のひび割れによる減衰が大きく、ひび割れの近傍で測定を実施する必要があると共に、測定と分析にかなりの時間を要することから、適用範囲が限定されてしまう、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明は、上記課題を解決するものであって、請求項1に係る発明は、検査面における所定位置を所定周波数で打突する打突振動子と、前記検査面の第1位置における前記検査面の振動に係る物理量を検知する第1レーザードップラー速度計と、前記検査面の第2位置における前記検査面の振動に係る物理量を検知する第2レーザードップラー速度計と、前記第1レーザードップラー速度計によって検知された前記検査面の振動に係る物理量に対し、前記打突振動子による打突位置と前記第1位置との間の距離に応じた補正を行い、第1補正物理量を得る第1補正手段と、前記第2レーザードップラー速度計によって検知された前記検査面の振動に係る物理量に対し、前記打突振動子による打突位置と前記第2位置との間の距離に応じた補正を行い、第2補正物理量を得る第2補正手段と、前記第1補正手段によって得られた前記第1補正物理量から、表面波の大きさと関連する第1物理量を抽出する第1フィルタ手段と、前記第2レーザードップラー速度計によって検知された前第2補正物理量から、表面波の大きさと関連する第2物理量を抽出する第2フィルタ手段と、前記第1フィルタ手段によって抽出された第1物理量と、前記第2フィルタ手段によって抽出された第2物理量との比を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された比を、前記打突振動子による打突位置と対応させて表示する表示手段と、を有す
ることを特徴とする検査装置である。
【0007】
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の検査装置において、前記第1フィルタ手段によって抽出された第1物理量と、前記第2フィルタ手段によって抽出された第2物理量から、ひび割れ深さを特定するひび割れ深さ特定手段を有することを特徴とする。
【0008】
また、請求項3に係る発明は、請求項1に記載の検査装置において、前記第1フィルタ手段によって抽出された第1物理量と、前記第2フィルタ手段によって抽出された第2物理量から、ひび割れ位置を特定するひび割れ位置特定手段を有することを特徴とする。
【0009】
また、請求項4に係る発明は、検査面における所定位置を所定周波数で打突する打突振動子と、前記検査面の振動に係る物理量を検知する複数のレーザードップラー速度計と、前記複数のレーザードップラー速度計によって検知された前記検査面の振動に係る物理量に対し、前記打突振動子による打突位置と前記複数のレーザードップラー速度計それぞれの固定位置との間の距離に応じた補正を行い、複数の補正物理量を得る補正手段と、前記補正手段によって得られた前記複数の補正物理量から、表面波の大きさと関連する複数の物理量を抽出するフィルタ手段と、前記フィルタ手段によって抽出された前記複数の物理量のうちの任意の2つの物理量の比を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された比を、前記打突振動子による打突位置と対応させて表示する表示手段と、を有することを特徴とする検査装置である。
【発明の効果】
【0010】
本発明に係る検査装置によれば、予め所定位置を測定する複数のレーザードップラー速度計から取得した、表面波の大きさと関連する物理量の比(又は対数表示の場合は差分)に基づいて、検査対象領域におけるひび割れに関する情報を推定することが可能となる。本発明に係る検査装置によれば、ひび割れの近傍で検査を実施する必要はなく、また、分析に要する時間もわずかであり、効率的に広範囲の構造物表面を検査することが可能となる。そして、このような本発明に係る検査装置によれば、合理的な補修計画を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施形態に係る検査装置10の概要を模式的に示す図である。
【図2】本発明の実施形態に係る検査装置10におけるデータ処理の流れの概略を示す図である。
【図3】マッピングを得るための検査対象領域のデータ取得例を示す図である。
【図4】第1レーザードップラー速度計、第2レーザードップラー速度計で取得され補正された検出振動波形を略式的に示す図である。
【図5】本発明の実施形態に係る検査装置10の測定原理の概略を説明する図である。
【図6】表面波の垂直分布の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施形態に係る検査装置の概要を模式的に示す図である。図1において、1はコンクリート構造物、10は検査装置、100は打突振動子、201は第1レーザードップラー速度計、202は第2レーザードップラー速度計、300はパーソナルコンピュータをそれぞれ示している。また、1は検査装置10の検査対象となるコンクリート構造物を示している。
【0013】
本発明の実施形態に係る検査装置10は、概略、コンクリート構造物1における検査対象領域(斜線部)の2つの端部位置に固定される第1レーザードップラー速度計201及
び第2レーザードップラー速度計202、コンクリート構造物1の表面部を打突する打突振動子100及び、第1レーザードップラー速度計201及び第2レーザードップラー速度計202で取得されたデータを処理するパーソナルコンピュータ300から構成されている。
【0014】
打突振動子100は、検査対象であるコンクリート構造物1の表面を打突部本体(打突子)によって所定の周波数(振動数)で打突するものである。本実施形態に係る検査装置10では、打突部本体を11kHzで振動させて、コンクリート構造物1表面を打突するようにしたが、検査対象のコンクリート構造物1の特性や対象とするひび割れ深さに応じて、打突部本体の振動周波数は適宜変更することが好ましい。本実施形態に係る検査装置10においては、打突振動子100による打突位置、打突の振動周波数については適当な方法でパーソナルコンピュータ300にも入力される構成とされる。
【0015】
第1レーザードップラー速度計201及び第2レーザードップラー速度計202で測定したい物理量は、第一に検査対象であるコンクリート構造物における所定位置での振動の振幅である。レーザードップラー速度計は速度を検出する装置であるが、所定位置での速度を時間積分することで変位すなわち振幅を算出することができる。逆にいえば、測定する物理量としては、速度または加速度であってもよい。ここでは、第1レーザードップラー速度計201はコンクリート構造物における第1位置の振動の速度を検出し、第2レーザードップラー速度計202はコンクリート構造物における第1位置の振動の速度を検出する。
【0016】
第1レーザードップラー速度計201は所定の位置に配置され、第1位置におけるコンクリート構造物1の振動に係る物理量として速度を検知する。同様に、第2レーザードップラー速度計202は所定の位置に配置され、コンクリート構造物1の表面(検査面)の振動に係る物理量として速度を検知する。
【0017】
また、第1レーザードップラー速度計201や第2レーザードップラー速度計202などの本実施形態に係る検査装置10で用いられるレーザードップラー速度計には、検知した振動に係る物理量データをパーソナルコンピュータ300に送信可能なデータ出力部が設けられている。
【0018】
パーソナルコンピュータ300は現在普及している一般的なものを用いることができるが、本実施形態においては、少なくとも第1レーザードップラー速度計201及び第2レーザードップラー速度計202から送信される振動に係る物理量データを受信可能なインターフェイス手段を有するパーソナルコンピュータ300が用いられる。
【0019】
また、第1レーザードップラー速度計201及び第2レーザードップラー速度計202は、それぞれ3次元雲台210の上に設置されている。この3次元雲台210は、3次元雲台210上に設置されているレーザードップラー速度計を、検査対象であるコンクリート構造物1の所定位置に照準させることができるようになっている。また、この3次元雲台210は、パーソナルコンピュータ300に通信可能に接続されており、レーザードップラー速度計がコンクリート構造物1のどの位置に照準を合わせているかに係るデータを送信することができるようになっている。また、3次元雲台210は、パーソナルコンピュータ300から制御信号により、レーザードップラー速度計の照準位置を制御することができるようになっている。
【0020】
また、パーソナルコンピュータ300には、第1レーザードップラー速度計201及び第2レーザードップラー速度計202から取得された振動に係る物理量データをデータ処理することためのCPUとCPU上で動作するプログラムを保持するROMとCPUのワ
ークエリアであるRAMなど基本的な情報処理機構を有している。また、パーソナルコンピュータ300は、データ処理を行った結果を表示することが可能なディスプレイなどの表示手段を備えてなるものである。
【0021】
以上のように構成される本実施形態に係る検査装置10による検査手順としては、検査対象領域における所定の位置に打突振動子100を配置し、打突振動子100により当該位置を打突して振動を発生させて、この振動を第1レーザードップラー速度計201及び第2レーザードップラー速度計202によって取得する。次に、例えば、第2レーザードップラー速度計202によって取得する検査対象の位置をずらして、同様に、第1レーザードップラー速度計201及び第2レーザードップラー速度計202によって取得する。これを順次繰り返して、検査対象であるコンクリート構造物1に係るマッピングデータを得るようにする。
【0022】
次に、以上のように構成される本実施形態に係る検査装置10におけるデータ処理について説明する。図2は本発明の実施形態に係る検査装置10におけるデータ処理の流れの概略を示す図である。
【0023】
図2において、ステップS100でデータ処理が開始されると、続いてステップS101で、第1レーザードップラー速度計201によりコンクリート構造物1表面の振動に係る物理量を取得する。次のステップS102においては、打突振動子100による打突位置と第1レーザードップラー速度計201との間の距離r1に応じた補正を行い、第1補
正物理量を取得する。ここで、ステップS102における補正は打突振動子100による打突位置から第1レーザードップラー速度計201が固定されている第1位置までに、振動に係る物理量が伝達する間に、距離によって当該物理量が減衰する分を補う補正である。すなわち、打突位置と第1位置との間の距離に基づく距離減衰分が補正された物理量が、第1補正物理量である。ステップS103においては、第1補正物理量から表面波に係る第1物理量(A1)抽出する処理を実行する。
【0024】
ステップS104においては、第2レーザードップラー速度計202によりコンクリート構造物1表面の振動に係る物理量を取得する。次のステップS105においては、打突振動子100による打突位置と第2レーザードップラー速度計202との間の距離r2
応じた補正を行い、第2補正物理量を取得する。先ほどと同様に、ステップS105における補正は打突振動子100による打突位置から第2レーザードップラー速度計202が固定されている第2位置までに、振動に係る物理量が伝達する間に、距離によって当該物理量が減衰する分を補う補正である。すなわち、打突位置と第2位置との間の距離に基づく距離減衰分が補正された物理量が、第2補正物理量である。ステップS106においては、第2補正物理量から表面波に係る第2物理量(A2)抽出する処理を実行する。
【0025】
ステップS107においては、(第2物理量A2)/(第1物理量A1)を算出する。なお、本実施形態においては、第2物理量を第1物理量によって除するような算出を行ったが、第1物理量を第2物理量によって除するような算出を行うように定義することもできる。また、速度を対数表示した場合は差分をとればよい。
【0026】
ステップS108においては、打突位置に応じたステップS107による算出値をマッピングする。ここで、検査対象であるコンクリート構造物1に係るマッピングデータを得るためのデータ取得例について説明する。図3はコンクリート構造物1におけるマッピングを得るための検査対象領域のデータ取得例を示す図である。図3の例では、第1レーザードップラー速度計201で取得する物理量はひとつのポイントとし、第2レーザードップラー速度計202で取得する物理量は図示するような複数の格子点とした場合を示すものである。すなわち、図3の例では、第1レーザードップラー速度計201で取得するポ
イントは固定しておき、第2レーザードップラー速度計202で取得するポイントは順次ずらしていき、スキャンするようにしている。
【0027】
なお、図3の例では、第1レーザードップラー速度計201で取得するポイントを固定し、第2レーザードップラー速度計202で取得するポイントを移動するようにしているが、これに限らず、第1レーザードップラー速度計201で取得するポイントを移動し、第2レーザードップラー速度計202で取得するポイントを固定するようにしてもよいし、 第1レーザードップラー速度計201で取得するポイント、及び第2レーザードップラー速度計202で取得するポイントの双方を移動するようにしてもよい。
【0028】
ステップS109では、予め決められた検査対象領域の全てについて、マッビングが済んだか否かが判定される。ステップS109における判定がNOであるときには、ステップS110に進み、第2レーザードップラー速度計202で取得するポイントを移動して、次の移動先の物理量を取得するループに戻る。
【0029】
一方、ステップS109における判定がYESであるときには、ステップS111に進み、マップに基づき, 検査対象領域の全てのマッビング結果を表示する。また、このステップS111においては、マップに基づきひび割れ深さ及び位置を特定する。ステップS111に続く、ステップS112で、処理を終了する。
【0030】
ステップS111において、マップに基づき,ひび割れ深さ及び位置を特定するが、本
発明に係る検査装置においては、ひび割れ深さ及び位置を特定する方法については、例えば、呉佳曄・堤知明・江川顕一郎「表面波を用いたひび割れ深さの新しい測定技術」,JSDNIシンポジウム「コンクリート構造物の非破壊検査への期待」論文集,pp.243−252,2003などに開示されている方法を適宜採用することができる。ステップS111は、特許請求の範囲において、ひび割れ深さ特定手段、及び、ひび割れ位置特定手段として現されるものである。
【0031】
ここで、ステップS103における第1物理量(A1)を抽出する処理、ステップS106における第2補正物理量(A2)を抽出する処理についてより詳しく説明する。図4は第1レーザードップラー速度計201(図4(A))及び第2レーザードップラー速度計202(図4(B))で取得された物理量に対して、ステップS102、S105で距離減衰補正を行った振動波形を略式的に示す図である。
【0032】
図4において、振幅が小さい方の波形は第1レーザードップラー速度計201で検出されるP波(縦波成分)であり、振幅の大きい方の波形は第1レーザードップラー速度計201で検出される表面波(成分)である。打突振動子100と第1レーザードップラー速度計201との間の距離r1は既知であり、なおかつ打突振動子100がコンクリート構
造物1表面を打突する周波数、打突振動子100が打突を開始する時刻t1はコントロー
ルされたものであるので、第1レーザードップラー速度計201にP波が到達する時刻t2、及び、第1レーザードップラー速度計201に表面波が到達する時刻t3の概略についてはある程度予想することができる。
【0033】
そこで、本発明の実施形態に係る検査装置10においては、第1レーザードップラー速度計201に時刻t2前後に到達する振幅の小さい波についてはデータとして取得せず、
第1レーザードップラー速度計201に時刻t3前後に到達する振幅の大きい波の振幅デ
ータを、表面波の大きさと関連する物理量として抽出するようにされている。より具体的には、図4に示す振幅の大きい波の最初の振幅A1を、第1レーザードップラー速度計2
01での測定から抽出される第1物理量A1として取得する。本実施形態に係る検査装置
10が、このような物理量を抽出する工程については、フィルタ工程と称することとする

【0034】
同様に、打突振動子100と第2レーザードップラー速度計202との間の距離r2
既知であり、なおかつ打突振動子100がコンクリート構造物1表面を打突する周波数、打突振動子100が打突を開始する時刻は制御可能であるので、本実施形態に係る検査装置10においては、第2レーザードップラー速度計202に時刻t4前後に到達する振幅
の小さい波についてはデータとして取得せず、第2レーザードップラー速度計202に時刻t5前後に到達する振幅の大きい波の振幅データを、第2レーザードップラー速度計2
02における表面波の大きさと関連する第2物理量A2として取得する。
【0035】
本発明に係る検査装置10によれば、複数のレーザードップラー速度計から取得した、表面波の大きさと関連する物理量の比(又は対数表示の場合は差分)に基づいて、検査対象領域におけるひび割れに関する情報を推定することが可能となる。本発明に係る検査装置10によれば、ひび割れの近傍で検査を実施する必要はなく、また、分析に要する時間もわずかであり、効率的に広範囲の構造物表面を検査することが可能となる。そして、このような本発明に係る検査装置10によれば、合理的な補修計画を行うことができる。
【0036】
次に、本発明の実施形態に係る検査装置10が用いる測定原理について説明する。図5は本発明の実施形態に係る検査装置10の測定原理の概略を説明する図であり、図6は表面波の垂直分布の概略を示す図である。以下に説明する測定原理においては、ひび割れによる表面波のエネルギーの減衰について論じている。
【0037】
ひび割れ(スリット)による表面波の減衰量は、スリットによって伝搬を阻害された表面波のエネルギーが減衰するとして理論化することができる。上下方向の振幅を持つ表面波の振幅分布は、図6のようになるとされている。
このときの分布式は
【0038】
【数1】

(1)
として現すことができる。
【0039】
ここで、λは入力波動の波長、Dはひび割れ(スリット)の深さである。係数Aはスリット深さが波長と等しいとき、振幅が1/4になると仮定すると、A=−1.3863となる。
【0040】
【数2】

(2)
【0041】
【数3】

(3)
スリット深さがDの時、その深さまでに分布するエネルギー量は、
【0042】
【数4】

(4)
である。なお、全エネルギーは、D→∞とすれば良いので、Eo=−λ/2Aである。減
衰量の比率は、
【0043】
【数5】

(5)
となる。
スリット通過後は、このエネルギーで再び表面波として振幅分布する。すなわち、
【0044】
【数6】

(6)
これから、ひび割れ(スリット)深さDの時、測定した振動の減衰量(dB)は、
【0045】
【数7】

(7)
となる。なおuは、ひび割れ(スリット)に関係なく上下方向振動成分を持つ表面波の深さDでの振幅である。
【符号の説明】
【0046】
1・・・コンクリート構造物
10・・・検査装置
100・・・打突振動子
110・・・位置情報発信機能付き打突振動子
201・・・第1レーザードップラー速度計
202・・・第2レーザードップラー速度計
210・・・3次元雲台
300・・・パーソナルコンピュータ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
検査面における所定位置を所定周波数で打突する打突振動子と、
前記検査面の第1位置における前記検査面の振動に係る物理量を検知する第1レーザードップラー速度計と、
前記検査面の第2位置における前記検査面の振動に係る物理量を検知する第2レーザードップラー速度計と、
前記第1レーザードップラー速度計によって検知された前記検査面の振動に係る物理量に対し、前記打突振動子による打突位置と前記第1位置との間の距離に応じた補正を行い、第1補正物理量を得る第1補正手段と、
前記第2レーザードップラー速度計によって検知された前記検査面の振動に係る物理量に対し、前記打突振動子による打突位置と前記第2位置との間の距離に応じた補正を行い、第2補正物理量を得る第2補正手段と、
前記第1補正手段によって得られた前記第1補正物理量から、表面波の大きさと関連する第1物理量を抽出する第1フィルタ手段と、
前記第2レーザードップラー速度計によって検知された前第2補正物理量から、表面波の大きさと関連する第2物理量を抽出する第2フィルタ手段と、
前記第1フィルタ手段によって抽出された第1物理量と、前記第2フィルタ手段によって抽出された第2物理量との比を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された比を、前記打突振動子による打突位置と対応させて表示する表示手段と、を有することを特徴とする検査装置。
【請求項2】
前記第1フィルタ手段によって抽出された第1物理量と、前記第2フィルタ手段によって抽出された第2物理量から、ひび割れ深さを特定するひび割れ深さ特定手段を有することを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
【請求項3】
前記第1フィルタ手段によって抽出された第1物理量と、前記第2フィルタ手段によって抽出された第2物理量から、ひび割れ位置を特定するひび割れ位置特定手段を有することを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
【請求項4】
検査面における所定位置を所定周波数で打突する打突振動子と、
前記検査面の振動に係る物理量を検知する複数のレーザードップラー速度計と、
前記複数のレーザードップラー速度計によって検知された前記検査面の振動に係る物理量に対し、前記打突振動子による打突位置と前記複数のレーザードップラー速度計それぞれの固定位置との間の距離に応じた補正を行い、複数の補正物理量を得る補正手段と、
前記補正手段によって得られた前記複数の補正物理量から、表面波の大きさと関連する複数の物理量を抽出するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段によって抽出された前記複数の物理量のうちの任意の2つの物理量の比を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された比を、前記打突振動子による打突位置と対応させて表示する表示手段と、を有することを特徴とする検査装置。

【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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【公開番号】特開2012−237561(P2012−237561A)
【公開日】平成24年12月6日(2012.12.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−104849(P2011−104849)
【出願日】平成23年5月10日(2011.5.10)
【出願人】(000002299)清水建設株式会社 (2,433)
【Fターム(参考)】