(57)【要約】【課題】  コンクリート構造物の表面に発生しているクラックの位置及び形状をより少ないデータ量で正確に表現できるようにして、クラックを有するコンクリート構造物の内部構造の三次元表現やその強度解析を行えるようにする。【解決手段】  本発明に係るコンクリート構造物１のクラック検査装置６は、クラック３を有するコンクリート構造物１の表面２を撮像して得られたラスタデータを記憶する記憶手段と、そのラスタデータを二値化して得られたデータに対してラスタベクタ変換処理を行う変換手段と、この変換手段で得られたクラック３のベクタデータをコンクリート構造物１の表面２の図形データに座標を合わせて重合させるデータ重合手段と、このデータ重合手段で得られた重合データを出力する出力手段とを備えている。【選択図】      図１
2006132973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラックを有するコンクリート構造物の表面を撮像して得られたラスタデータを記憶する記憶手段と、
前記ラスタデータを二値化して得られたデータに対してラスタベクタ変換処理を行う変換手段と、
この変換手段で得られた前記クラックのベクタデータを前記コンクリート構造物の表面の図形データに座標を合わせて重合させるデータ重合手段と、
このデータ重合手段で得られた重合データを出力する出力手段と、
を備えていることを特徴とするコンクリート構造物のクラック検査装置。
【請求項２】
前記ラスタデータにはコンクリート構造物の表面に予め付けておいた基準点の画像データが含まれており、この基準点の画像データに基づいて前記ラスタデータの歪み補正を行う補正手段を備えている請求項１に記載のコンクリート構造物のクラック検査装置。
【請求項３】
ラスタデータはコンクリート構造物の表面の一部を撮像して得られた複数個のものであり、かつこの複数個のラスターデータによって当該表面のすべてがカバーされており、この各ラスターデータに対応して得られた前記クラックのベクタデータを互いに接合する接合手段を備えている請求項１又は２に記載のコンクリート構造物のクラック検査装置。
【請求項４】
クラックを有するコンクリート構造物の表面を撮像して得られたラスタデータを記憶するステップと、
前記ラスタデータを二値化して得られたデータに対してラスタベクタ変換処理を行うステップと、
前記クラックのベクタデータを前記コンクリート構造物の表面の図形データに座標を合わせて重合させるステップと、
このステップで得られた重合データを出力するステップと、
を備えていることを特徴とするコンクリート構造物のクラック検査方法。
【請求項５】
前記コンクリート構造物の表面に予め基準点を付けておいた状態でその表面の撮像を行い、この基準点に対応する画像データに基づいて前記ラスタデータの歪み補正を行うステップを更に備えている請求項４に記載のコンクリート構造物のクラック検査方法。
【請求項６】
前記コンクリート構造物の表面の一部を撮像して当該表面のすべてをカバーする複数個のラスタデータを記憶しておき、この各ラスターデータに対応して得られた前記クラックのベクタデータを互いに接合するステップを更に備えている請求項４又は５に記載のコンクリート構造物のクラック検査方法。
【請求項７】
クラックを有するコンクリート構造物の表面を撮像して得られたラスタデータを二値化してからラスタベクタ変換処理することによって当該クラックのベクタデータを得るステップと、
前記クラックのクラック深さを超音波探査によって測定するステップと、
その探査を行った位置に対応する前記クラックのベクタデータにクラック深さの数値データを付け加えて三次元データにするステップと、
前記クラックの三次元データを前記コンクリート構造物の三次元図形データに座標を合わせて重合させるステップと、
このステップで得られた三次元重合データを出力するステップと、
を備えているコンクリート構造物のクラック検査方法。
【請求項８】
前記コンクリート構造物の三次元重合データに基づいて当該構造物の任意の横断面のＦＥＭ解析を行う請求項７に記載のコンクリート構造物のクラック検査方法。
【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の表面に発生しているクラックの実態や当該コンクリート構造物の耐力を非破壊で正確に把握することができる、コンクリート構造物のクラック検査装置及びクラック検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、山の斜面に構築された擁壁や堰堤などのコンクリート構造物のように、数メートルの高さを有する比較的大型のコンクリート構造物の表面に発生したクラックの状態を検査する場合には、通常、作業者が目視でクラックを確認して手書きでスケッチする方法が採用されている。しかし、このようなスケッチによるクラックの検査方法では、スケッチと現実のクラックを照合する基準がなく、クラックの長さや模様がスケッチする作業者の主観に左右されるし、細いクラックが見逃されたり複雑な模様のクラックが描かれなかったりし、極めて不正確なものであった。
【０００３】
そこで、上記コンクリート構造物のクラックの検査方法として、最近、デジタルカメラやＣＣＤカメラ等のデジタル撮像機によってコンクリート構造物の表面に発生しているクラックを撮像し、これによって得られたデジタル画像のラスタデータを画像処理することで、クラックの幅や面積等を把握する検査方法が開発されている。
そして、かかる従来のクラックの検査方法では、撮像後のラスタデータを二値化したあとにクラックと判定した画素数をカウントすることによってクラックの面積や幅を求めたり（特許文献１の〔０００２〕〜〔０００３〕欄）、その各画素の輝度値合計を求めてクラックの見掛け面積とし、この見掛け面積からクラックの面積を求めたりするようにしている（特許文献１の〔請求項１〕）。
【特許文献１】特開２００３−２１４８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のクラックの検査方法では、デジタル撮像機で得られたラスタデータをそのまま用いて画像処理を行っているので、その画素数をカウントしたり各画素の輝度値を合計することにより、人手によるスケッチと比較すると格段に精度よくクラックを把握することができるが、一つのクラックを表現するためのデータ量が膨大になるとともに、ラスタデータそのものには位置や形状等の情報が欠落しているため、クラックを有するコンクリート構造物の内部構造を三次元的に表現したり、当該コンクリート構造物をＦＥＭ解析によって強度計算に利用したり、或いは、クラック長さやクラック体積を自動的に計算したりすることができないという欠点がある。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑み、コンクリート構造物の表面に発生しているクラックの位置及び形状をより少ないデータ量で正確に表現できるようにして、クラックを有するコンクリート構造物の内部構造の三次元表現やその強度解析を行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく、本発明は次の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係るクラック検査装置は、クラックを有するコンクリート構造物の表面を撮像して得られたラスタデータを記憶する記憶手段と、前記ラスタデータを二値化して得られたデータに対してラスタベクタ変換処理を行う変換手段と、この変換手段で得られた前記クラックのベクタデータを前記コンクリート構造物の表面の図形データに座標を合わせて重合させるデータ重合手段と、このデータ重合手段で得られた重合データを出力する出力手段とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
上記の本発明によれば、記憶手段に記憶されたクラックのラスタデータが二値化されたあとでラスタベクタ変換処理され、これによって得られたクラックのベクタデータをコンクリート構造物の表面の図形データに座標を合わせて重合させるようにしたので、コンクリート構造物の表面に発生しているクラックの位置及び形状をラスタデータよりも格段に少ないデータ量であるベクタデータによって正確に出力することができる。
また、かかるクラックのベクタデータはそれ自体が位置や形状等の情報を持ち合わせているため、そのベクタデータをコンクリート構造物の表面の図形データと重合させて図面化するとともに、後述の通りそのクラックのベクタデータに対応するクラック深さの数値データを付け加えて三次元データとすることにより、クラックを有するコンクリート構造物の内部構造を三次元的に表現したり、当該コンクリート構造物をＦＥＭ解析によって強度計算したりすることができる。
【０００８】
上記の本発明において、前記ラスタデータにはコンクリート構造物の表面に予め付けておいた基準点の画像データが含まれており、この基準点の画像データに基づいて前記ラスタデータの歪み補正を行う補正手段を備えていることが好ましい。
この場合には、基準点の画像データに基づいてクラックのラスタデータの歪み補正を行うので、コンクリート構造物の表面に対して斜めから撮像した場合や中央部分から端部に向かって湾曲したラスタデータであっても、正確な平面形状のラスタデータに補正することができる。
【０００９】
一方、本発明で使用するデジタルカメラ等のデジタル撮像機は画素数が大きい方がより好ましいが、精度上の理由で一回の撮像でコンクリート構造物の表面のすべてをカバーできない場合には、ラスタデータはコンクリート構造物の表面の一部を撮像して得られた複数個のものであってもよく、この場合にはその複数個のラスタデータによって当該表面のすべてをカバーするようにすればよい。もっとも、この場合には各ラスタデータに対応して得られたクラックのベクタデータを互いに接合する接合手段を備える必要がある。
【００１０】
上記の本発明において、デジタル撮像機で得られたラスタデータを二値化してからラスタベクタ変換処理して得られたクラックのベクタデータはそれ自体は二次元データであるため、これをコンクリート構造物の内部構造の描写やＦＥＭ解析に利用するには少なくともクラック深さが必要となる。そこで、上記の三次元的な画像処理又は強度計算を行うために、次のクラック検査方法が推奨される。
【００１１】
すなわち、本発明のクラック検査方法は、クラックを有するコンクリート構造物の表面を撮像して得られたラスタデータを二値化してからラスタベクタ変換処理することによって当該クラックのベクタデータを得るステップと、前記クラックのクラック深さを超音波探査によって測定するステップと、その探査を行った位置に対応する前記クラックのベクタデータにクラック深さの数値データを付け加えて三次元データにするステップと、前記クラックの三次元データを前記コンクリート構造物の三次元図形データに座標を合わせて重合させるステップと、このステップで得られた三次元重合データを出力するステップとを備えている。
【００１２】
また、前記コンクリート構造物の三次元重合データに基づいて当該構造物の任意の横断面のＦＥＭ解析を行うこともできる。
この場合、クラックのクラック深さを超音波探査によって測定しているので、コアボーリング等が不要で測定コストが低くなるとともに、その探査を行った位置に対応する前記クラックのベクタデータにクラック深さの数値データを付け加えて三次元データにしているので、作業員のスケッチによるクラックにクラック深さの数値データを付け加える場合に比べて、当該三次元データをより正確に数値化することができる。
なお、上記の超音波探査は、本出願人が既に出願している特開２００４−１８４２７６号公報に記載の非破壊検査方法を採用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上の通り、本発明によれば、コンクリート構造物の表面に発生しているクラックの位置及び形状をより少ないデータ量で正確に表現できるので、クラックを有するコンクリート構造物の内部構造の三次元表現やその強度解析を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係るコンクリート構造物のクラック検査装置の一例を模式的に示した図である。同図に示すように、本実施形態では、クラックの検査対象であるコンクリート構造物１として堰堤が選択されており、この堰堤１の表面２には多数のクラック３が発生している。この堰堤１は、足場を構築しないと上部のクラック３に到達できない比較的大型のコンクリート構造物であり、幅が２０数メートルでかつ中央部の最大高さがほぼ１０メートルある。
【００１５】
上記堰堤１の表面２には、図示しないレーザポインタによって撮像すべき領域の四隅に基準点４が予め付けられている。図１に破線領域で示すように、現場で撮像を行う作業者Ｓは、この各基準点４が四隅に来るように撮像範囲を決定し、デジタルカメラ又はＣＣＤカメラ等よりなるデジタル撮像機５によって堰堤１の表面の一部を撮像する。なお、このデジタル撮像機５としては、クラック３をできるだけ精度よく撮像するために８００万画素以上の画素数のものを使用することが好ましい。
【００１６】
上記デジタル撮像機５で撮像された画像データ（ラスタデータ：bmpやjpg等）はパーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略称する。）６に有線又は無線で転送され、当該パソコン６に記録される。このパソコン６は、パソコン本体７と、ＣＲＴ又は液晶のディスプレイ８と、キーボード９及び図示しないマウスとを備え、パソコン本体７にはカラーの印刷装置１０が接続されている。
パソコン本体７の内部には、ＯＳソフトや後述する各種の画像処理を行うアプリケーションソフトが格納されかつ上記画像データ等のデータが記憶されるハードディスクと、これらのソフトや画像データ等が一時的に記憶されるメインメモリと、それらのソフトによる命令に基づいてタスクを実行するＣＰＵ等からなる制御装置とを備えている。
【００１７】
以下、図２及び図３を参照して、上記パソコン６において行われる画像処理を順を追って説明する。
図２に示すように、デジタル撮像機５によって得られたラスタデータは、パソコン本体７のハードディスクにデータ転送又はメモリー受け渡しによって取り込まれ、まず最初にグレースケール（本実施形態では２５６階調の白黒画像）に変換される（Ｓ１）。その後、前記基準点４の画像データに基づいてラスタデータの歪み補正が行われ（Ｓ２）、これによってコンクリート構造物１の表面に対して斜めから撮像した場合や、中央部分から端部に向かって湾曲したラスタデータであっても、正確な平面形状のラスタデータに補正される。
【００１８】
次に、上記のようにして歪み補正されたラスタデータに対してガウス型ラプラシアンフィルタをかけることによって画像が平滑化及び先鋭化され（Ｓ３）、これによってノイズが除去されてクラック３に相当する画像だけが浮き出るようになる。その後、この画像データを所定の閾値のもとで二値化（二階調の画像化）して（Ｓ４）、ラスタデータを白黒のみに分けてクラックか非クラックに二分する。
そして、二値化されたクラック３のラスタデータに対して孤立点除去の処理が行われる（Ｓ５）。この処理は、クラック３とは明らかに無関係な場所で孤立して散在している点を取り除くものであり、所定の長さ以下の孤立点をクラック３ではないと見なして自動的に除去が行われる。
【００１９】
その後、ラスタデータであるクラック３の画素の膨張及び収縮処理が行われる（Ｓ６）。この処理は、クラック３を構成しているラスタデータの画素群の幅が非常に細い場合（クラック３の幅が狭い場合）にその断続を決定する作業であり、所定幅未満の場合は断線と見なされて複数のクラック３に自動的に分断され、所定幅以上の場合は一つのクラック３と見なされて自動的に拡幅され、一つのクラック３として連続させる。
クラック３を含む画像データに上記の各処理を行ったあと、各クラック３を構成するラスタデータに対してラスタベクタ変換処理が行われ（Ｓ７）、各クラック３がベクタデータとして抽出され、隣接する他の画像データから得られたクラック３のベクタデータと接合する処理が行われる（Ｓ８）。
【００２０】
そして、上記のようにして得られた各クラック３のベクタデータを、パソコン本体７のハードディスクに予め記憶されている堰堤１の表面２の図形データに座標を合わせて重合させることにより（Ｓ９）、例えば図４に示すように、クラック３を有する堰堤１の表面２のクラック分布図（ＣＡＤデータ）が得られる。
なお、このクラック分布図は、パソコン６のディスプレイ８に表示させることもできるし、印刷装置１０によってプリントアウトすることもできる。すなわち、本発明において、クラック３のベクタデータと堰堤１の表面の図形データを重合させて得られたクラック分布図の出力手段は、ディスプレイ８と印刷装置１０のいずれであってもよい。
【００２１】
次に、図３に示すように、上記クラック分布図に基づいて、作業員Ｓが図示しない非破壊検査装置によって現場で超音波探査によるクラック深さの実測を行い、その探査を行った位置に対応するクラック３のベクタデータにクラック深さの数値データを付け加えて三次元データとする（Ｓ１０）。
この場合、本出願人が既に出願している特開２００４−１８４２７６号公報に記載の非破壊検査方法を採用すれば、クラック深さだけでなく、堰堤１の内部強度や内部欠陥箇所も非破壊で探査できるので、必要に応じてこれらのデータについてもクラック分布図を構成するＣＡＤデータに付け加えられる（Ｓ１０）。
【００２２】
そして、そのクラック３の三次元データを堰堤１の三次元図形データに座標を合わせて重合させることにより、クラック深さのデータも加味したクラック３を有する堰堤１の三次元重合データである三次元画像が完成する（Ｓ１１）。この三次元画像についても、前記ディスプレイ８で表示することもできるし、印刷装置１０によってプリントアウトすることもできる。
また、上記三次元画像をディスプレイ８で表示する場合には、その画像を任意の回転軸心回りに回転させることも可能となり、クラック３を有する堰堤１を種々の方向から観察することができる。
【００２３】
図５は、二次元のクラック３のベクタデータをディスプレイ８に表示させた場合の一例を示しており、図６は、そのベクタデータにクラック深さを加味してディスプレイ８に表示させた場合の一例を示している。この図６の場合には、クラック３の各位置におけるクラック深さを右上ほぼ４５度方向に表示することにより、クラック３の内部構造を三次元的に表示するようにしている。なお、各クラック３に対応するクラック深さの表示方式はこれに限らず、例えば色分けや色の濃淡によって表すことも可能である。
【００２４】
次に、ＣＡＤデータである上記三次元画像を利用して、任意の幅方向位置での横断面の画像データが出力され（Ｓ１２）、この断面の画像データに基づいてＦＥＭ解析が行われて当該堰堤１の内部応力状態が数値計算される（Ｓ１３）。
このようにしてＦＥＭ解析による堰堤１の任意断面での内部応力状態が把握されると、その結果に基づいて当該堰堤１に対する具体的な補修工法（例えば、クラックに対する接合剤の注入やアンカーボルトの打設等）が選定される（Ｓ１４）。また、その補修工法の施工後の状態を堰堤１の三次元画像に入力して再度ＦＥＭ解析を行うことにより、当該補修工法の効果を確認することができる（Ｓ１４）。
【００２５】
なお、二次元のクラック３のベクタデータから、堰堤１の表面２に発生しているすべてのクラック３の総延長を自動的に計算することもでき、かかる総延長に基づいて、表面２に塗布すべきシール剤の必要量を把握することもできる。また、三次元のクラック３のベクタデータから、堰堤１の表面に発生しているすべてのクラック３の総体積を自動的に計算することもでき、かかる総体積に基づいて、クラック３に注入すべき注入剤の必要量を把握することもできる。
【００２６】
更に、当該堰堤１だけでなく近隣の他のコンクリート構造物についても、同じ手法でＦＥＭによる解析結果をデータベース化しておけば（Ｓ１５）、当該堰堤１を含む近隣の複数構造物の現状の耐力でどの程度の外力（土砂崩れ等によって発生する土圧の増加）に耐えうるかを総合的にシミュレーションすることも可能となる（Ｓ１６）。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、図１ではパソコン６としてデスクトップ型のパソコンを表示しているが、このパソコン６はノートパソコンであってもよい。
【００２７】
また、現場で得られた画像データや超音波探査の測定情報をいったんノートパソコンに入力し、これらの情報をインターネットを介してデータセンタに設置されているより高速のコンピュータに転送し、このコンピュータで画像処理やＦＥＭ解析を行うようにしてもよい。この場合には、現場にはデジタル撮像機５による撮像作業と超音波探査装置による測定作業を行える作業員Ｓを派遣すれば足り、複雑なデータ処理に精通したＩＴ熟練者を現場に派遣する必要がなくなるので、クラック検査に必要な人員を効率的に配分することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るクラック検査装置の一例を示す斜視図である。
【図２】同検査装置によって行われる画像処理の工程図である。
【図３】同検査装置によって行われる画像処理及びＦＥＭ解析等の工程図である。
【図４】ＣＡＤデータで示されたクラックを有する堰堤のクラック分布図（正面図）である。
【図５】クラックのベクタデータ（二次元データ）の表示例を示すディスプレイの正面図である。
【図６】クラック深さを加味したクラックのベクタデータ（三次元データ）の表示例を示すディスプレイの正面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１      堰堤（コンクリート構造物）
２      表面
３      クラック
４      基準点
５      デジタル撮像機
６      パソコン（クラック検査装置）
７      パソコン本体
８      ディスプレイ（出力手段）
１０      印刷装置（出力手段）
【図１】
2006132973.tif 000003
【図２】
2006132973.tif 000004
【図３】
2006132973.tif 000005
【図４】
2006132973.tif 000006
【図５】
2006132973.tif 000007
【図６】
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