(57)【要約】【課題】簡易的に、且つ、精度よくアンカーボルトの異常を検出可能なアンカーボルト異常検出システムを提供する。【解決手段】アンカーボルト異常検出システム１は、アンカーボルトに直接設置され、アンカーボルトに振動を供給する加振装置１２０とアンカーボルトからの振動レベルを検出する検出装置１３０とを有するセンサユニット１００と、センサユニット１００に対して無線で通信するコントロールユニット２００と、を備える。【選択図】図１
2014190841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンカーボルトに直接設置され、前記アンカーボルトに振動を供給する加振装置と前記アンカーボルトからの振動レベルを検出する検出装置とを有するセンサユニットと、
前記センサユニットに対して無線で通信するコントロールユニットと、を備え、
前記コントロールユニットが前記センサユニットへ起動信号を送信し、
前記センサユニットが起動して前記加振装置が前記アンカーボルトに振動を供給し、
前記アンカーボルトから伝播される振動レベルを前記検出装置が検出して振動データを取得し、
前記振動データを前記センサユニットが前記コントロールユニットへ送信し、
前記コントロールユニットが受信した前記振動データと前記アンカーボルトが正常状態における振動データとを比較して前記アンカーボルトの異常を判別する、
ことを特徴とするアンカーボルト異常検出システム。
【請求項２】
前記検出装置と前記加振装置とが直線上に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンカーボルト異常検出システム。
【請求項３】
前記検出装置が加速度センサである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンカーボルト異常検出システム。
【請求項４】
前記アンカーボルトがトンネルの天井を吊り下げる吊り下げ金具の固定に用いられているアンカーボルトである、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアンカーボルト異常検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンカーボルト異常検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの天井板等は、トンネル内壁に埋め込まれたアンカーボルトに吊り下げ金具が固定され、この吊り下げ金具に吊り下げられている。アンカーボルトの腐食や、アンカーボルトに吊り下げ金具を固定しているナットの緩みなどの異常が生じると、天井板が落下し、大事故を引き起こすおそれがある。このため、定期的にアンカーボルト等に異常がないか否か検査を行う必要がある。
【０００３】
現状では、作業者がハンマー等でアンカーボルト等を打刻し、その際に生じる音や衝撃で判断し、異常が生じているか否か検査している。
【０００４】
また、ねじ緩みの検査としては、ネジの近傍に加速度センサ及びアクチュエータを設置し、アクチュエータから振動を供給し、加速度センサに伝わる振動からねじ緩みを検査する方法が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−６８８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
作業者がアンカーボルトを打刻しアンカーボルトの異常を判断する検査手法では、人為的コストが高く、また、一つ一つのアンカーボルトを打刻しなければならず、トンネル内の全てのアンカーボルトを検査するには長時間を要するので、簡易的とはいえない。また、異常であるか否かの判断は作業者に委ねられるため検査の精度が担保されていない。
【０００７】
特許文献１では、アクチュエータと加速度センサは単一のユニットではなく、それぞれ別途、ねじの近傍に設置することから設置の手間がかかる。また、ねじに対してアクチュエータ及び加速度センサを一定の位置関係にして設置しなければ、ねじ緩みの検出精度を高めることは困難であり、複数のねじについて検査する場合ではより顕著となる。このため、汎用性に劣り、アンカーボルトの異常検出に適用することは困難である。
【０００８】
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易的に、且つ、精度よくアンカーボルトの異常を検出可能なアンカーボルト異常検出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るアンカーボルト異常検出システムは、
アンカーボルトに直接設置され、前記アンカーボルトに振動を供給する加振装置と前記アンカーボルトからの振動レベルを検出する検出装置とを有するセンサユニットと、
前記センサユニットに対して無線で通信するコントロールユニットと、を備え、
前記コントロールユニットが前記センサユニットへ起動信号を送信し、
前記センサユニットが起動して前記加振装置が前記アンカーボルトに振動を供給し、
前記アンカーボルトから伝播される振動レベルを前記検出装置が検出して振動データを取得し、
前記振動データを前記センサユニットが前記コントロールユニットへ送信し、
前記コントロールユニットが受信した前記振動データと前記アンカーボルトが正常状態における振動データとを比較して前記アンカーボルトの異常を判別する、
ことを特徴とする。
【００１０】
また、前記検出装置と前記加振装置とが直線上に配置されることが好ましい。
【００１１】
また、前記検出装置が加速度センサであってもよい。
【００１２】
また、前記アンカーボルトがトンネルの天井を吊り下げる吊り下げ金具の固定に用いられているアンカーボルトであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るアンカーボルト異常検出システムでは、それぞれのアンカーボルトに検出装置及び加振装置を備えるセンサユニットが直接設置され、センサユニットとコントロールユニットとが無線で通信するので、簡易的に、且つ、精度よくアンカーボルトに異常が生じているか否かを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】センサユニット及びコントロールユニットの概略構成図である。
【図２】センサユニットがアンカーボルトに設置された状態であり、センサユニット内の加振装置、検出装置の位置関係を説明する図である。
【図３】アンカーボルトの異常を検出している状況を説明する図である。
【図４】アンカーボルトの異常検出処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施の形態に係るアンカーボルト異常検出システムは、トンネルの天井等の固定に用いられるアンカーボルトの異常を検出するシステムである。本明細書中、アンカーボルトの異常とは、天井板を吊り下げる吊り下げ金具の固定に用いられているアンカーボルトに螺合されたナットに緩みが生じている状態、アンカーボルトにひび割れが生じている状態、アンカーボルト自身が腐食している状態、アンカーボルトが埋め込まれているトンネル内壁構造物とアンカーボルトとの間に隙間が生じている場合などが該当する。
【００１６】
本実施の形態に係るアンカーボルト異常検出システム１は、図１に示すように、センサユニット１００とコントロールユニット２００とを備える。
【００１７】
センサユニット１００は、トンネル内壁に埋め込まれて設置されるアンカーボルトに直接当接させて設置される。センサユニット１００は、制御部１１０、加振装置１２０、検出装置１３０、通信部１４０、電源１５０を備える。
【００１８】
制御部１１０は、加振指令部１１１、信号処理部１１２、電源制御部１１３を備える。
【００１９】
信号処理部１１２は、例えば、検出された振動レベルの信号から雑音信号を除去するフィルタ、信号を増幅するアンプ、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータから構成される。
【００２０】
電源制御部１１３は、電源１５０からセンサユニット１００内の各装置に供給される電力を制御する。また、電源制御部１１３は、センサユニット１００をスリープモードに設定し、消費電力を抑える機能を果たす。また、コントロールユニット２００からの指令に基づいてセンサユニット１００をスリープモードから起動状態にする機能を果たす。
【００２１】
加振装置１２０は、振動を発生し、アンカーボルトに振動を供給する。加振装置１２０は、振動を発生し得る機構であればよく、ピエゾ素子を備える機構、モーター及び回転子を組み合わせた機構等、公知の種々の機構が適用される。
【００２２】
検出装置１３０は、アンカーボルトからの振動レベルを検出する。検出装置１３０として、振動レベルを検出可能な機構であればどのようなものが用いられてもよく、例えば、加速度センサが挙げられる。加速度センサとして、静電容量型、ピエゾ抵抗型の半導体式加速度センサが好適に用いられる。
【００２３】
通信部１４０は、コントロールユニット２００からの信号を無線で受信し、また、コントロールユニット２００へ信号を無線で送信する。
【００２４】
電源１５０は電池等のセンサユニット１００に内蔵可能な電源が用いられる。
【００２５】
また、センサユニット１００は、図２に示すように、設置部材１６０を有する。設置部材１６０は、センサユニット１００をアンカーボルト３０２へ固定する機能を果たす。設置部材１６０として、センサユニット１００をアンカーボルト３０２へ設置可能であれば、どのようなものでもよい。たとえば、一般にアンカーボルト３０２は磁性体から構成されるので、設置部材１６０として磁石が挙げられる。そのほか、設置部材１６０として、タイラップ等の締結具があげられる。また、磁石と締結具を組み合わせた形態であってもよい。
【００２６】
また、加振装置１２０と検出装置１３０が直線上に配置されていることが好ましい。即ち、センサユニット１００がアンカーボルト３０２に設置された際に、アンカーボルト３０２、加振装置１２０、検出装置１３０の順に直線上に位置するよう、加振装置１２０及び検出装置１３０がセンサユニット１００内に配置されることが好ましい。アンカーボルト３０２からの振動レベルをより精度よく検出することができる。
【００２７】
一方、コントロールユニット２００は、制御部２１０、記憶部２２０、入力部２３０、出力部２４０、通信部２５０を備えている。
【００２８】
制御部２１０は、指令部２１１、判別部２１２を備える。
【００２９】
指令部２１１は、センサユニット１００への起動信号を出力するものである。
【００３０】
また、判別部２１２は、受信した振動データと、正常な振動データとを比較し、アンカーボルトに異常が生じているか否か判別する。
【００３１】
記憶部２２０は、アンカーボルトが正常な状態の際に予め計測した振動データを記憶している。また、記憶部２２０は、異常検出処理を行って取得された振動データを記憶する。
【００３２】
入力部２３０は、コントロールユニット２００に対する操作が入力されるものであり、スイッチやタッチパネル等によって構成される。入力部２３０からの入力にしたがって制御部２１０に入力指示を出力する。また、入力部２３０は、所定の周期のクロックに同期した所定のタイミング信号を発生させて制御部２１０に入力指示を出力する形態であってもよい。
【００３３】
出力部２４０は、判別部２１２で判別されたアンカーボルトの異常有無の結果を出力するものであり、例えば、結果を表示する液晶ディスプレイや、音声を出力するスピーカによって構成される。
【００３４】
なお、入力部２３０及び出力部２４０は、コントロールユニット２００の外部に設置されていてもよい。
【００３５】
通信部２５０はセンサユニット１００に信号を無線で送信し、また、センサユニット１００からの信号を無線で受信する。
【００３６】
なお、コントロールユニット２００は、外部から電源が供給されて駆動するが、コントロールユニット２００に電源が内蔵された形態でもよい。
【００３７】
続いて、図３、４を参照しつつ、アンカーボルト異常検出システムによる異常検出処理について説明する。
【００３８】
図３に示すように、トンネルの天井板３００は、吊り下げ金具３０１に吊られており、吊り下げ金具３０１はトンネル内壁に埋め込んで設置されたアンカーボルト３０２にナット３０３を介して固定されている。センサユニット１００は、事前に、それぞれのアンカーボルト３０２に設置される。センサユニット１００には、設置部材１６０を備えているので、アンカーボルト３０２に容易に設置することができる。また、コントロールユニット２００は、車両４００に搭載されている。
【００３９】
車両４００がトンネル内を走行している際、コントロールユニット２００の入力部２３０から制御部２１０へ信号が出力される（ステップＳ１）。
【００４０】
続いて、制御部２１０では指令部２１１の指令に基づいて、通信部２５０を介して起動信号をセンサユニット１００に送信する（ステップＳ２）。
【００４１】
センサユニット１００の通信部１４０がコントロールユニット２００からの起動信号を受信すると（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、電源制御部１１３がセンサユニット１００のスリープモードを解除する（ステップＳ４）。なお、センサユニット１００は、起動信号を受信していない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ３へループし、スリープモードを継続する。
【００４２】
そして、スリープモードが解除されると、加振指令部１１１からの指令に基づいて加振装置１２０が駆動する（ステップＳ５）。加振装置１２０は振動を発生し、生じた振動がアンカーボルト３０２に伝播される。
【００４３】
アンカーボルト３０２からの振動レベルを検出装置１３０が検出する（ステップＳ６）。そして、検出された振動レベルは、信号処理部１１２で、雑音信号の除去、振動レベルをＡ／Ｄ変換が可能なレベルまで増幅、デジタルデータへの変換が順次行われ、振動データが取得される。
【００４４】
また、加振指令部１１１の指令に基づいて加振装置１２０が駆動を停止する（ステップＳ７）。
【００４５】
取得された振動データは、通信部１５０を介してコントロールユニット２００へ送信される（ステップＳ８）。
【００４６】
また、電源制御部１１３がセンサユニット１００をスリープモードに設定する（ステップＳ９）。
【００４７】
コントロールユニット２００では、通信部２５０がセンサユニット１００からの振動データを受信すると（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、受信した振動データを記憶部２２０に記憶させる（ステップＳ１１）。なお、コントロールユニット２００は、振動データを受信していない場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、再度ステップＳ１０へループする。
【００４８】
そして、判別部２１２では、記憶部２２０に記憶されている正常状態の振動データと、取得した振動データとの比較を行い、振動レベルを検出したアンカーボルト３０２に異常が生じているか否かを判別する（ステップＳ１２）。記憶部２２０には、予め、アンカーボルト３０２に異常がない状態（正常状態）において、上記センサユニット１００で取得された振動データが記憶されている。
【００４９】
判別部２１２では、例えば、取得した波形パターンと記憶部２２０に記憶されている波形パターンとを照合し、相違点があるか否かにより、異常が生じているか否かを判別する。ここで、波形パターンとは、取得した波形の特徴を抽出した特徴量データをいう。
【００５０】
例えば、検出装置１３０として加速度センサが用いられている場合では、加速度センサから周波数毎の加速度データが得られる。周波数及び加速度から波形パターンが得られるので、取得された波形パターンと予め計測されていた正常状態の波形パターンとで、不一致点が所定割合を超えている場合に、判別部２１２が異常と判別させるよう構成されていてもよい。また、ナット３０３が緩んでいる場合など、一般的に低周波数側の加速度が大きくなる。このため、低周波数側の加速度が所定の大きさを超えた場合に、アンカーボルト３０２に異常が生じているものと判別部２１２が判別するよう構成されていてもよい。
【００５１】
判別部２１２において、アンカーボルト３０２に異常が生じていると判別した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、結果が出力部２４０へ出力される。また、アンカーボルト３０２が正常であると判別した場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）についても、結果が出力部２４０へ出力される。
【００５２】
このようにして、アンカーボルト３０２に異常が生じているか否かを容易に検出することができる。
【００５３】
更には、センサユニット１００が直接アンカーボルト３０２に設置されること、また、加振装置１２０及び検出装置１３０が直線上に配置されているので、アンカーボルト３０２に対して絶えず同じ状況下において、振動を供給し、且つ、アンカーボルト３０２からの振動を検出できる。これにより、アンカーボルト３０２に異常が生じているか否か精度よく検出することができる。
【００５４】
また、センサユニット１００がアンカーボルト３０２に直接設置されるものゆえ、アンカーボルト３０２が正常な状態では、いずれのアンカーボルト３０２についてもほぼ同様な振動データが取得される。このため、いずれかのアンカーボルト３０２の正常な状態における振動データを記憶部２２０に一つ記憶させておき、この記憶部２２０に記憶されている振動データを用いることで、異常検出を行う複数のアンカーボルト３０２に対しても異常か否かを判別することができる。
【００５５】
なお、それぞれのセンサユニット１００に識別番号を設定しておき、いずれのセンサユニット１００から受信した振動データであるかをコントロールユニット２００で認識可能に構成しておくことで、トンネル内全てに設置されているアンカーボルト３０２の異常の有無を同時に検出することができる。
【００５６】
また、車両４００等の移動体にコントロールユニット２００が搭載され、車両４００がトンネル内を走行中にアンカーボルト３０２の異常検出処理を行う形態について説明したが、長距離でも無線通信可能であれば、基地局にコントロールユニット２００が設置されてアンカーボルト３０２の異常の検出を行う形態であってもよい。
【００５７】
また、トンネルにおける天井板の吊り下げ金具以外を固定するアンカーボルトについても適用可能である。例えば、トンネルに設置されている送風装置等を固定するアンカーボルトが挙げられる。
【符号の説明】
【００５８】
１    アンカーボルト異常検出システム
１００    センサユニット
１１０    制御部
１１１    加振指令部
１１２    信号処理部
１１３    電源制御部
１２０    加振装置
１３０    検出装置
１４０    通信部
１５０    電源
１６０    設置部材
２００    コントロールユニット
２１０    制御部
２１１    指令部
２１２    判別部
２２０    記憶部
２３０    入力部
２４０    出力部
２５０    通信部
３００    天井板
３０１    吊り下げ金具
３０２    アンカーボルト
３０３    ナット
４００    車両
【図１】
2014190841.tif 000003
【図２】
2014190841.tif 000004
【図３】
2014190841.tif 000005
【図４】
2014190841.tif 000006