(57)【要約】【課題】超音波を使用して、鋼管柱の埋設部分を露出させずに腐食欠陥を高い精度で容易に診断できる鋼管柱診断装置を提供する。【解決手段】下部を埋設して建柱した鋼管柱２０の地上部の任意に選択した高さの測定位置において、鋼管柱診断装置１０の探触子Ｓを外周に沿って移動させながら所定の間隔で超音波を鋼管柱２０の外周面側から鋼管柱２０に発信し、超音波の発信とともに超音波のエコーを受信して、該受信したエコーごとに該エコーの波形を振幅の大きさによって複数に区分し、複数の区分ごとに設定した表示色によって色分け区分して、表示色と色分け区分の位置とによって腐食部分の腐食度合いと腐食位置とを同時に示す２次元表示を表示する。【選択図】図１
2015219020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部を埋設して建柱した鋼管柱の地中部分の状態を診断する鋼管柱診断装置において、
超音波を前記鋼管柱の外周面側から前記鋼管柱に発信するとともに、発信した超音波のエコーを受信する探触子と、該探触子が受信したエコーを処理する制御部と、該制御部が処理した画像を表示する表示部を備え、
前記探触子は、前記鋼管柱の地上部の任意に選択された高さの測定位置に配置され、外周に沿って移動しながら所定の間隔で前記鋼管柱への超音波の発信および前記鋼管柱からのエコーの受信をするものであり、
前記制御部は、前記探触子が受信したエコーごとに該エコーの波形を振幅の大きさによって複数に区分し、該区分ごとに設定した表示色によって色分け区分して、前記表示色と色分け区分の位置とによって腐食部分の腐食度合いと腐食位置とを同時に示す２次元表示を表示部に表示することを特徴とする鋼管柱診断装置。
【請求項２】
前記表示部は、外付けの表示装置又は一体に組み込まれた表示装置であることを特徴とする請求項１に記載の鋼管柱診断装置。
【請求項３】
前記２次元表示によって示された腐食部分の位置を含む所定範囲内の複数個所で、再度、超音波を前記鋼管柱に発信するとともにエコーを受信して、鋼管柱の状態を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管柱診断装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記探触子から発信させる超音波の周波数帯域を６３０〜７７０ｋＨｚとし、前記探触子が受信したエコーを２７０〜５５０ｋＨｚの帯域の周波数にフィルタリングすることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の鋼管柱診断装置。
【請求項５】
下部を埋設して建柱した鋼管柱の地上部の任意に選択した高さの測定位置において、鋼管柱診断装置の探触子を外周に沿って移動させながら所定の間隔で超音波を前記鋼管柱の外周面側から前記鋼管柱に発信し、
前記超音波の発信とともに前記超音波のエコーを受信して、該受信したエコーごとに該エコーの波形を振幅の大きさによって複数に区分し、
前記複数の区分ごとに設定した表示色によって色分け区分して、前記表示色と色分け区分の位置とによって腐食部分の腐食度合いと腐食位置とを同時に示す２次元表示を表示することを特徴とする鋼管柱診断方法。
【請求項６】
前記２次元表示によって示された腐食部分の位置を含む所定範囲内の複数個所で、再度、超音波を前記鋼管柱に発信するとともにエコーを受信して、鋼管柱の状態を測定することを特徴とする請求項５に記載の鋼管柱診断方法。
【請求項７】
前記探触子から発信させる超音波の周波数帯域を６３０〜７７０ｋＨｚとし、前記探触子が受信したエコーを２７０〜５５０ｋＨｚの帯域の周波数にフィルタリングすることを特徴とする請求項５または６に記載の鋼管柱診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交通信号用鋼管柱や標識柱のような一部が埋設されて建柱される鋼管柱の劣化診断に関し、特に表面ＳＨ波の超音波を用いて鋼管柱の地中部分の腐食などに因る劣化を診断する鋼管柱診断装置および鋼管柱診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から鋼管の下部を埋設して用いるものの例として交通信号機用の鋼管柱や標識柱がある。例えば交通信号機用の鋼管柱は、φ１６０〜２２０ｍｍ、板厚５〜６ｍｍのものが一般的である。このような鋼管柱は、コンクリート基礎上にアンカーボルトで固定されたベースプレートに固定されており、鋼管柱を固定しているリブ上部まで地中に埋設して建柱されている。
【０００３】
通常、交通信号機は２０年近く使用されるが、メンテナンスは１年に１、２回行われている。このメンテナンスの範囲は、通常は設置されている機器や機器を取り付けている鋼管柱の地上部分であり、地中部分のメンテナンスについては極めて大掛かりとなるので、機器や鋼管柱のメンテナンスの度に行うことはできなかった。
【０００４】
しかし、このような交通信号機用の鋼管柱は、地中に埋設された部分のうち地際部から深さ２０ｃｍ位までの部分が雨水等によって腐食して減肉することがある。さらに、腐食が進むと減肉部分から折れて折損事故に至ることもあり得る。
【０００５】
このため、道路交通の安全を確保する上で埋設部分の腐食の有無や腐食の度合いを定期的に診断することが非常に重要である。その診断方法として、従来は地際部を掘削して鋼管柱の埋設部分を露出させ、目視により腐食の有無を確認していた。また、露出させた埋設部分の減肉の量は、超音波厚さ計によって測定していた。  
【０００６】
しかし、鋼管柱の埋設部分に腐食が有るか否かを調べるためには、コンクリート又はアスファルトを掘削して埋設部分を露出させる必要があった。また、減肉量の測定は、埋設部分を露出させた状態で超音波厚さ計を用いて測定していた。このようにして診断した結果、鋼管柱に腐食が無く正常である場合には多くの作業時間と費用が無駄になるという問題点が有った。
【０００７】
このような従来の診断方法の問題点に鑑みて、コンクリート又はアスファルトの掘削をすることなく、鋼管柱を埋設したままで地際部近傍の腐食の有無等を診断する方法として、超音波を用いる方法が提案されている。例えば特許文献１に開示された診断方法である。すなわち、下部が地中に埋設された鋼管柱の地上部に超音波探傷器の探触子を取り付け、該探触子から超音波を地中部に向けて発信してエコーを受信し、受信したエコーに基づいて鋼管柱の地中部に腐食欠陥が有るか否かを診断する方法である。
【０００８】
この特許文献１に開示された超音波を利用した診断方法は、鋼管柱地中部全体からのエコー高さ総和に対する鋼管柱地中端面からのエコー高さ総和の比を求め、当該比が設定閾値以上の場合は鋼管柱地中部に腐食欠陥が無いものと評価し、前記比が設定閾値未満の場合は鋼管柱地中部に腐食欠陥が有るものと評価するものである。  
このような鋼管柱の腐食診断において、特許文献１でも行われているように、従来はエコーによる測定を鋼管柱の周囲方向における複数個所を選択して行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１３３２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前述した特許文献１に開示されている技術を始めとして超音波を使用するこの種の従来技術では、得られるデータにおける腐食欠陥部分の波形とノイズ等に起因する波形の判別が難しく、診断精度を上げることが難しいという問題点があった。
【００１１】
本発明は、このような従来の技術が有する問題点に着目してなされたもので、超音波を使用して、鋼管柱の埋設部分を掘削等によって露出させること無く、腐食欠陥を高い精度で容易に診断することができる鋼管柱診断方法および鋼管柱診断装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］  下部を埋設して建柱した鋼管柱（２０）の地中部分の状態を診断する鋼管柱診断装置（１０）において、
超音波を前記鋼管柱（２０）の外周面側から前記鋼管柱（２０）に発信するとともに、発信した超音波のエコーを受信する探触子（Ｓ）と、該探触子（Ｓ）が受信したエコーを処理する制御部（１１）と、該制御部（１１）が処理した画像を表示する表示部（１５）を備え、
前記探触子（Ｓ）は、前記鋼管柱（２０）の地上部の任意に選択された高さの測定位置に配置され、外周に沿って移動しながら所定の間隔で前記鋼管柱（２０）への超音波の発信および前記鋼管柱（２０）からのエコーの受信をするものであり、
前記制御部（１１）は、前記探触子（Ｓ）が受信したエコーごとに該エコーの波形を振幅の大きさによって複数に区分し、該区分ごとに設定した表示色によって色分け区分して、前記表示色と色分け区分の位置とによって腐食部分の腐食度合いと腐食位置とを同時に示す２次元表示を表示部（１５）に表示することを特徴とする鋼管柱診断装置（１０）。
【００１３】
［２］  前記表示部（１５）は、外付けの表示装置又は一体に組み込まれた表示装置であることを特徴とする項［１］に記載の鋼管柱診断装置（１０）。
【００１４】
［３］  前記２次元表示によって示された腐食部分の位置を含む所定範囲内の複数個所で、再度、超音波を前記鋼管柱（２０）に発信するとともにエコーを受信して、鋼管柱（２０）の状態を測定することを特徴とする項［１］または［２］に記載の鋼管柱診断装置（１０）。
【００１５】
［４］  前記制御部（１１）は、前記探触子（Ｓ）から発信させる超音波の周波数帯域を６３０〜７７０ｋＨｚとし、前記探触子（Ｓ）が受信したエコーを２７０〜５５０ｋＨｚの帯域の周波数にフィルタリングすることを特徴とする項［１］から［３］の何れか一項に記載の鋼管柱診断装置（１０）。
【００１６】
［５］  下部を埋設して建柱した鋼管柱（２０）の地上部の任意に選択した高さの測定位置において、鋼管柱診断装置（１０）の探触子（Ｓ）を外周に沿って移動させながら所定の間隔で超音波を前記鋼管柱（２０）の外周面側から前記鋼管柱（２０）に発信し、
前記超音波の発信とともに前記超音波のエコーを受信して、該受信したエコーごとに該エコーの波形を振幅の大きさによって複数に区分し、
前記複数の区分ごとに設定した表示色によって色分け区分して、前記表示色と色分け区分の位置とによって腐食部分の腐食度合いと腐食位置とを同時に示す２次元表示を表示することを特徴とする鋼管柱診断方法。
【００１７】
［６］  前記２次元表示によって示された腐食部分の位置を含む所定範囲内の複数個所で、再度、超音波を前記鋼管柱（２０）に発信するとともにエコーを受信して、鋼管柱（２０）の状態を測定することを特徴とする項［５］に記載の鋼管柱診断方法。
【００１８】
［７］前記探触子（Ｓ）から発信させる超音波の周波数帯域を６３０〜７７０ｋＨｚとし、前記探触子（Ｓ）が受信したエコーを２７０〜５５０ｋＨｚの帯域の周波数にフィルタリングすることを特徴とする項［５］または［６］に記載の鋼管柱診断方法。
【００１９】
前記本発明は次のように作用する。  
項［１］の鋼管柱診断装置（１０）および項［５］の鋼管柱診断方法によれば、下部を埋設して建柱されている鋼管柱（２０）の地上部の任意に選択された高さの測定位置に探触子（Ｓ）を配置する。
【００２０】
測定位置としては、例えば地上から０〜３０ｃｍ程度の高さまでの露出部分である。この測定位置に配置された探触子（Ｓ）からは、鋼管柱（２０）の下端に向けて超音波を発信することができる。探触子（Ｓ）は、前記の高さで鋼管柱（２０）の外周に沿って移動される。制御部（１１）は、移動する探触子（Ｓ）から所定の間隔で超音波を発信させる。探触子（Ｓ）から発信された超音波は、鋼管柱（２０）の下端で反射する。また、腐食部分でも反射する。このようにして反射してくるエコーを探触子（Ｓ）が受信する。
【００２１】
制御部（１１）は、受信したエコーごとに波形を振幅の大きさによって複数に区分し、該複数の区分ごとに設定した表示色に色分け区分する。さらに、表示色と色分け区分の位置とによって腐食部分の腐食度合いと腐食位置とを同時に示す２次元表示を表示部（１５）に表示する。
【００２２】
このように、探触子（Ｓ）を鋼管柱（２０）の外周に沿って移動させながら所定の間隔で超音波の発信および該発信した超音波のエコーの受信を行うようにしたので、従来のように所定位置に固定して診断を行った場合に発生することが有った測定の抜けが生じること、即ち、測定にかからない部分が生じることを防止することができ、さらにエコーに現れた波形がノイズなのか錆（Ｒ）なのかを容易かつ正確に判別することができる。これにより、高い精度で腐食部分の腐食度合いと腐食位置とを診断することができる。
【００２３】
項［２］の鋼管柱診断装置（１０）によれば、表示部（１５）は、鋼管柱診断装置（１０）に外付けする表示装置でも良いし、鋼管柱診断装置（１０）に一体に組み込んだ表示装置であってもよい。
【００２４】
項［３］の鋼管柱診断装置（１０）および項［６］の鋼管柱診断方法によれば、前記２次元表示によって示された腐食部分の位置を含む範囲について該範囲内の複数個所で再度の測定を行う。これにより、一層に高い精度で鋼管柱（２０）の状態を診断することができる。
【００２５】
項［４］の鋼管柱診断装置（１０）および項［７］の鋼管柱診断方法によれば、探触子（Ｓ）から発信する超音波の周波数帯域を６３０〜７７０ｋＨｚとし、一方、探触子（Ｓ）が受信したエコーは、２７０〜５５０ｋＨｚの周波数帯域にフィルタリングする。これにより、さらに腐食の度合いを正確に診断することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明にかかる鋼管柱診断装置および鋼管柱診断方法によれば、探触子を移動させながら所定の間隔で超音波の発信および該発信した超音波のエコーの受信を行うようにし、エコーに基づいて腐食部分の腐食度合いと腐食位置とを同時に示す２次元表示を表示部に表示するので、腐食部分が測定に掛からない事態を発生させることなく、高い精度で腐食部分の腐食度合いと腐食位置を診断することができる。
【００２７】
また、２次元表示によって示された腐食部分の位置を含む範囲について、該範囲内の複数個所で再度、超音波を前記鋼管柱に発信するとともにエコーを受信して診断することにより、さらに高い精度で鋼管柱の状態を診断することができる。
【００２８】
さらに、発信する超音波の周波数帯域を６３０〜７７０ｋＨｚとし、受信するエコーの周波数を２７０〜５５０ｋＨｚの帯域の周波数にフィルタリングすることにより、腐食状態が良好にエコーに反映されるので、一層に高い精度で腐食状態の診断をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る鋼管柱診断装置による鋼管柱の測定の概略を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る鋼管柱診断装置の概略を示すブロック図である。
【図３】図２の探触子を鋼管柱の測定位置に取り付けるための取付手段に取り付けた状態を示す平面図である。
【図４】図３に示した状態を断面で示す断面図である。
【図５】図３に示した状態を側面から見た側面図である。
【図６】図５に示した状態を断面で示す断面図である。
【図７】探触子を移動させながら測定したときの５つのエコーの波形を例示した図である。
【図８】図７に示した波形の一つについて、波形の振幅の大きさと色分け区分との関係を示す画像の例を示す図である。
【図９】探触子を移動させながら測定したときのエコーごとの波形を色分け区分して２次元表示した画像を示す模式図である。
【図１０】移動するセンサーと錆等との位置関係を示す模式図である。
【図１１】２次元波形画像の実際のデータを例示する画像である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係る鋼管柱診断装置によって診断する鋼管柱の種類を示す概略図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係る鋼管柱診断装置によって連続測定の後に行う測定を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面に基づき本発明の好適な一実施の形態を説明する。  
図１〜図１３の各図は本発明の一実施の形態を示している。  
図１は、本発明の一実施の形態に係る鋼管柱診断装置１０の探触子Ｓを移動させながら行う鋼管柱２０の測定の概略を示す模式図である。図２は、鋼管柱診断装置１０の概略を示すブロック図である。
【００３１】
図１に示すように、鋼管柱診断装置１０は、下部を埋設して建柱した鋼管柱、例えば交通信号機用の鋼管柱２０の地中部分の欠損や腐食状態を診断するものである。診断の際には、センサーである探触子Ｓを鋼管柱２０の地上部の任意に選択された高さの測定位置で鋼管柱２０の外周を移動させながら、外周面側から鋼管柱２０の下端面に向けて超音波のＳＨ波を発信すると共に鋼管柱２０からのエコーを受信して欠損や腐食の状態を診断し、欠損部分や腐食部分の位置を特定するものである。
【００３２】
鋼管柱診断装置１０は、図２に概略を示したようにＣＰＵを備えた制御部１１が、鋼管柱２０の診断の際に送信部１２を介して探触子Ｓに超音波を発信させる。発信される超音波の周波数は特定に値が限定されることはないが、例えば最適な値は７００ｋＨｚである。しかし±１０％の範囲内、即ち６３０〜７７０ｋＨｚの周波数帯域であれば最適である。この周波数帯域は、本願出願人が行った実験結果から最も好ましい診断精度を得られる帯域として確認されている。なお、実験結果は、後述する［実施例］の欄に記載する。
【００３３】
受信部１３はフィルタを備えており、受信されたエコーを３００〜５００ｋＨｚの周波数帯域にフィルタリングする。この周波数帯域にフィルタリングするのは、本願出願人が行った実験結果から最も好ましい診断精度を得ることができる周波数帯域であることが確認されているからである。この周波数帯域も±１０％の範囲内であれば最適な結果が得られる。すなわち、２７０〜５５０ｋＨｚの周波数帯域のエコーである。フィルタリングされたエコーの情報は、制御部１１およびメモリ１４に格納される。また、表示部１５にはエコー波形等が表示される。なお、実験結果は、後述する［実施例］の欄に記載する。
【００３４】
探触子Ｓは、超音波を発信するだけでなく発信した超音波のエコーを受信する。この探触子Ｓは、測定位置に配置され、該測定位置の高さを維持して外周に沿って移動しながら所定の間隔で鋼管柱２０へ超音波を発信する。この測定位置への配置および移動は測定者が探触子Ｓを手で持って行ってもよいが、図３から図６までに示した取付具３０を用いてもよい。
【００３５】
図３から図６までは、取付具３０を示している。図３は、取付具３０の平面図である。図４は、探触子Ｓを紙面と平行な面で切断した状態を示す断面図である。  
取付具３０は、長手方向に延びる２本のガイドレール３０１を備えており、ガイドレール３０１の両端部には磁石Ｍが取り付けられている。磁石Ｍは永久磁石である。取付具３０は、ガイドレール３０１が任意に選択された高さで鋼管柱２０の長手方向と直交する向きに鋼管柱２０に取り付けられる。
【００３６】
ガイドレール３０１には、探触子Ｓを保持可能な保持具１６がガイドレール３０１をスライド可能に取り付けられている。保持具１６は、取付ねじｂ、ｂによってガイドレール３０１に取り付けられている。
【００３７】
図５は取付具３０の側面図であり、図６は、保持具１６の内部構造を側面を見る方向から示した構造図である。実際に鋼管柱２０に取り付けた状態では、鋼管柱２０の延びる方向から見た図である。ガイドレール３０１の側面には保持具１６を移動させる際の目安となるガイド目盛り３０２が設けられている。
【００３８】
保持具１６は、略箱型の形状を有し、内部の収納空間に探触子Ｓを保持できるようになっている。保持具１６の収納空間にはＬ型の押さえ板１８が設けられている。保持具１６の上面には、外側から収納空間内に押さえねじ１７が捻じ込まれており、押さえねじ１７の軸が収納空間内に突き出している。この押さえねじ１７の軸にはコイルばね１９が巻装されている。このコイルばね１９の先端には押さえ板１８が固定されている。保持具１６の下面側は開口している。
【００３９】
この保持具１６を鋼管柱２０に取り付けたとき、保持具１６に収納した探触子Ｓは、コイルばね１９の付勢力が掛かっている押さえ板１８によって押されて鋼管柱２０に当接する。これにより、保持具１６がガイドレール３０１のどの位置に在っても、探触子Ｓは鋼管柱２０の外周面に当接させておくことができる。
【００４０】
ここで、本実施の形態に係る鋼管柱診断装置１０によって診断する鋼管柱２０について、典型的な３つのタイプを説明する。図１２は、鋼管柱２０のタイプを３つ示したものであり、それぞれの下部が地中に埋設された状態を簡略して示したものである。Ａに示したものは単管タイプの鋼管柱であり、単純な筒状のものである。Ｂは２重管タイプの鋼管柱であり、地際を含む地上部分から地中部分にかけて２重管構造を有するものである。Ｃはベースタイプの鋼管柱であり、地中にある下端がベースに固定されているものである。
【００４１】
鋼管柱２０の欠損や腐食状態は、鋼管柱２０に定めた所定の基準位置からのエコーの強さと診断しようとする地中部分からのエコーの強さとの比率から評価、診断を行うことができる。超音波の反射は反射部分の形状、大きさ（面積）等に起因する。つまり、伝搬してきた超音波を遮る面積が大きいほどエコーが大きくなる。また、遮る部位が面状であり、該面状部分が超音波の入射に対して直角に近い方向になるほどエコーが大きくなる。したがって、腐食による断面欠損が大きいほどエコーも大きくなる。したがって、鋼管柱２０の欠損や腐食状態は、エコーの振幅の大きさの違いとして現れる。
【００４２】
腐食状態等は、鋼管柱２０が単管の場合は、鋼管柱２０の地際からのエコー又は地中の下端面からのエコーと、地際部から診断しようとする深さまでの位置からのエコーとの比率で評価、診断できる。また、鋼管柱２０が２重管の場合は、２重管の下端面からのエコーと地際部から診断しようとする深さまでの位置からのエコーとの比率で評価、診断できる。
【００４３】
例えば、単管の腐食度合いを４段階に区分することとし、地際から深さ０〜２０ｃｍの部分の腐食度合いを診断する場合、診断しようとする地際部から深さ０〜２０ｃｍの位置からのエコーの大きさをＦとし、鋼管柱２０の基準位置として例えば下端面からのエコーの大きさをＢとすると、腐食度合いの４段階を次のようにして判定することができる。
【００４４】
腐食  大：Ｆ／Ｂ≧８００％
腐食  中：８００％＞Ｆ／Ｂ≧２００％
腐食  小：２００％＞Ｆ／Ｂ≧１００％
腐食  無：Ｆ／Ｂ＜１００％
【００４５】
このような判定は４段階に限らず、同様な原理でもっと多数に区分することができる。後述する図８および図９では９段階に区分した場合のものとして例示してある。
【００４６】
次に、本実施の形態に係る鋼管柱診断装置１０によって行う交通信号機用の鋼管柱２０の診断を説明する。  
先ず、下部を埋設して建柱されている鋼管柱２０の地上部の任意に選択した高さの測定位置に探触子Ｓを配置する。測定位置は例えば地際から２００ｍｍ程度上方である。この測定位置への探触子Ｓの配置は、探触子Ｓを収納した保持具１６を鋼管柱２０の外周面に取り付けるだけでよい。保持具１６は、その両端に設けた磁石Ｍによって鋼管柱２０の外周面に容易に取付けおよび取外しができるので、探触子Ｓを任意に選択した高さの測定位置に容易かつ正確に配置することができる。
【００４７】
探触子Ｓを測定位置に配置したら、探触子Ｓを保持具１６のガイドレール３０１に沿って連続的に移動させる。即ち、探触子Ｓを鋼管柱２０の選択した高さで周方向に連続的に移動させる。探触子Ｓを鋼管柱２０の外周面に沿ってゆっくりと移動させながら所定の間隔で測定を行う。探触子Ｓの移動は測定者が手動で行ってもよいし、駆動モータを備えるような、図示省略した駆動手段を設けて機械的に自動で移動させるようにしてもよい。
【００４８】
探触子Ｓの移動速度は、例えば鋼管柱２０の外周面上で所定の間隔１ｍｍ毎にデータを取得する場合は、２ｍｍ／秒程度である。１回の測定時間は例えば約３００ｍｓである。
【００４９】
図７は、移動しながら連続的に測定したときの５回分の測定におけるエコー波形を示している。横軸は時間である。したがって、横軸は、測定位置よりも下方の鋼管柱２０の深さを示しているものでもある。また、縦軸はエコーの強さを示している。
【００５０】
図８は、表示部１５に表示される画像の一つであり、図７に示したエコー波形の一つについて、エコーの波形を振幅の大きさによって複数に区分し、該区分ごとに設定した表示色によって色分け区分して示したものである。図の右端に示した「表示色閾値」は、振幅の大きさによって複数に区分し、該区分ごとに設定した表示色を示している。波形の下方で横方向に延びる「１波形の表示色」は、波形の各部分における振幅の大きさに対応した表示色を示している。この表示から鋼管柱２０の地中部分のどの辺りにどの程度の錆等が生じているかを知ることができる。このように探触子Ｓを移動させながら連続的に測定することにより、ノイズによる波形と錆Ｒによる波形との判断を容易かつ正確に行うことができる。さらに、錆部分が測定に掛からないという事態の発生を防止することができる。
【００５１】
図９は、図７のエコーの波形に対して上記のように色付けをして絵図的に加工した２次元表示である。図９において、紙面上の横方向の右寄りになる程、鋼管柱２０の地中部分の深い位置を示していることになる。この表示によっても鋼管柱２０の地中部分のどの辺りにどの程度の錆等が生じているかを知ることができる。
【００５２】
図１０は、探触子Ｓを移動させながら鋼管柱２０の一部に生じた錆Ｒの測定を示す模式図である。探触子Ｓが異なる５つの位置から錆Ｒを測定している様子が示されている。図示したように、探触子Ｓと錆Ｒとの間の距離は、探触子Ｓが錆Ｒの垂線位置上にある場合が最も短く、垂線位置上から離れるに従って長くなる。すなわち、探触子Ｓが発信した超音波のエコーが返ってくる時間は、探触子Ｓが錆Ｒの垂線位置上にある場合が最も短く、垂線位置上から離れるに従って長くなる。図７のエコーの波形はこのことを示している。
【００５３】
このことから、錆Ｒからのエコーが強い箇所を白色とした場合、実際の２次元波形データでは、白色の帯がカーブ状に示される。図１１は、このような実際の２次元波形データを例示したものである。
【００５４】
以上のように探触子Ｓを鋼管柱２０の外周に沿って移動させながら連続して測定することにより、腐食部分の測定漏れを防止することができ、また、鋼管柱２０の同一部分について鋼管柱２０の外周上の異なる位置での探触子Ｓによる測定データが得られるので、エコーに現れた波形が腐食部分等によるものであるのか、或いはノイズによるものであるのかを容易に判別することができる。
【００５５】
次に、上記のようにして検出された錆Ｒをより正確に測定するために、錆Ｒが有ると判定した位置を含む所定範囲内の複数個所で、再度、鋼管柱２０の下端に向けて超音波を発信するとともにエコーを受信して鋼管柱２０の状態を測定する。ここで言う所定範囲とは、鋼管柱２０の中心軸線上から見て、錆Ｒが有ると判定した部分の外周面の垂線を含む所定の角度範囲に亘る外周面上の領域である。例えば、錆Ｒが有ると判定した部分を中心に１０度毎に４ヶ所で測定する。この超音波を使用した測定方法は、どのような測定方法でもよいが、例えば次に記載するような方法が有る。
【００５６】
鋼管柱２０は、前記の３タイプのうちの何れのタイプであるかによって基準とするエコーの反射位置である基準位置が異なる。鋼管柱２０が単管タイプの場合には、地際ＧＬを基準位置Ａとして該基準位置Ａにおけるエコーの大きさ、すなわち、図１３に示したエコー波形の高さＢＡを腐食の評価に用いる。腐食の評価は、例えば上記のように多段階で行う。
【００５７】
また、２重管タイプの場合には２重管部分の底、すなわち２重管部分の下端を基準位置Ｂとして該基準位置Ｂにおけるエコーの大きさ、すなわち、図１３に示したエコー波形の高さＢＢを腐食の評価に用いる。さらに、鋼管柱２０の下端がベースに固定されているベースタイプの場合には、ベース面を基準位置Ｃとして該基準位置Ｃにおけるエコーの大きさ、すなわち、図１３に示したエコー波形の高さＢＣを腐食の評価に用いる。なお、図１３におけるエコー波形Ｆは、腐食部分からのエコーである。
【００５８】
次に、探触子Ｓを取り付けた位置を取付位置１とし、この取付位置の高さで鋼管柱２０の周囲方向に順に１０度ずつ離れた位置を取付位置２〜４とする。取付位置１〜４には対応する１〜４の数字をマーキングしておくとよい。
【００５９】
探触子Ｓが鋼管柱２０に接触する面には、例えば水、マシン油、グリセリン、グリセリンペーストのような接触媒質を塗布して探触子Ｓを鋼管柱２０に密着させることができるようにしておく。これにより、超音波を鋼管柱２０に効率よく伝達することができる。したがって、鋼管柱２０を診断する本発明においては、粘度がある程度高い接触媒質が好ましい。
【００６０】
次に超音波の発信およびエコーの受信によって測定を行い、得られたデータから制御部１１が腐食評価を行う。この腐食評価結果は表示部１５に表示される。順に取付位置２〜４についても同様に測定して腐食評価を行う。これらの取付位置１〜４の測定に基づく腐食評価によって錆Ｒの位置および腐食度合いがより一層に高い精度で診断することができる。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は前述したような実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、探触子Ｓを鋼管柱２０の外周面に沿ってゆっくりと移動させながら所定の間隔で測定を行う場合の間隔を時間として説明したが、間隔を探触子Ｓの移動距離としてもよい。
【００６２】
また、探触子Ｓを任意に選択した高さの測定位置に配置し、測定位置の高さを維持しながら鋼管柱２０の外周面に沿って移動させるプロセスは、取付具３０を用いることなく、測定者が手でおこなってもよい。この場合、取付具３０のガイドレール３０１に設けたガイド目盛り３０２が役に立つ。
【実施例】
【００６３】
従来知られている非破壊検査用超音波探傷器（超音波周波数がＭＨｚ台）を用いて交通信号用鋼管柱の埋設部の状態を測定すると鋼管柱の地際部がコンクリート又はアスファルトで拘束されているため、地際部からのエコーが観測される。このエコーが鋼管柱の地際部から深さ０〜２０ｃｍの腐食（錆、亀裂等）による反射波か否かを判別するのは困難であった。
【００６４】
そこで、超音波探触子のセンサーの周波数及び、鋼管柱診断装置の受信波検出のためのフィルタの帯域の最適化を図り、鋼管柱の地際部から深さ０〜２０ｃｍの位置からの腐食（錆、亀裂等）によるエコーを鋼管柱の地際部からのエコーに対して検出し易くした。
【００６５】
具体的には、超音波探触子のセンサーの周波数を７００ｋＨｚ（±１０％）とし、鋼管柱診断装置の受信波検出のためのフィルタの帯域を３００ｋＨｚ（±１０％）〜５００ｋＨｚ（±１０％）とした。この理由は以下のとおりである。
【００６６】
すなわち、センサーの周波数が高いほど波長が短くなるため感度が良くなり、小さな錆まで見つけることができるが、周波数が低いと波長が長くなって感度が下がり、大きな錆しか検出できない。従って、高い周波数を使用するのが好ましいが、１ＭＨｚ以上だと地際部の拘束の影響から、端面エコーが検出されなかったり、雑エコー（ノイズ）が大きくなったりして正常な測定ができない。
【００６７】
そこで、センサー周波数を３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、７００ｋＨｚとした場合のエコーの高さを比較する実験を行った。この実験結果を表１および表２に示す。表１は、同一箇所における同一感度によるエコーの高さを比較した表である。表２は、発信周波数と波長を示す表である。
【００６８】
【表１】
2015219020.tif 000003
【００６９】
【表２】
2015219020.tif 000004
【００７０】
鋼管柱端面エコーは５００ｋＨｚセンサーが一番大きいが、端面エコー高さＢに対する鋼管柱地際エコー高さＦであるＦ／Ｂは、７００ｋＨｚが最も良好であることが分かった。７００ｋＨｚの場合には、地際の影響を受けにくく、かつ、フィルタによってノイズを減少させてもエコーの低下率が少ないため、発信周波数は７００ｋＨｚ、受信アンプのフィルタ帯域は３００〜５００ｋＨｚが最も良いことが分かる。また、７００ｋＨｚにおいても錆の状態は十分検出可能である。なお、これらの周波数の値は±１０％の範囲であれば良好な結果が得られることを確認している。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る鋼管柱診断装置および鋼管柱診断方法は、腐食の診断対象が交通信号機用の鋼管柱や標識柱に限られるものではなく、下端部側が地中に埋設されて建柱される鋼管柱であれば分野を問わず広く活用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
ＧＬ…地際
Ｒ…錆
Ｓ…探触子
１０…鋼管柱診断装置
１１…制御部
１２…送信部
１３…受信部
１４…メモリ
１５…表示部
１６…保持具
１７…押さえねじ
１８…押さえ板
１９…コイルばね
２０…鋼管柱
３０…取付具
３０１…ガイドレール
３０２…ガイド目盛り
【図２】
2015219020.tif 000005
【図３】
2015219020.tif 000006
【図４】
2015219020.tif 000007
【図５】
2015219020.tif 000008
【図６】
2015219020.tif 000009
【図７】
2015219020.tif 000010
【図１２】
2015219020.tif 000011
【図１】
2015219020.tif 000012
【図８】
2015219020.tif 000013
【図９】
2015219020.tif 000014
【図１０】
2015219020.tif 000015
【図１１】
2015219020.tif 000016
【図１３】
2015219020.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月28日(2014.8.28)
【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】
下部を埋設して建柱した鋼管柱の地中部分の状態を診断する鋼管柱診断装置において、
超音波を前記鋼管柱の外周面側から前記鋼管柱に発信するとともに、発信した超音波のエコーを受信する探触子と、該探触子が受信したエコーを処理する制御部と、該制御部が処理した画像を表示する表示部を備え、
前記探触子は、前記鋼管柱の地上部の任意に選択された高さの測定位置に配置され、外周に沿って移動しながら所定の間隔で前記鋼管柱への超音波の発信および前記鋼管柱からのエコーの受信をするものであり、
前記制御部は、前記探触子から発信させる超音波の周波数帯域を６３０〜７７０ｋＨｚとし、前記探触子が受信したエコーを前記発信させる超音波の周波数帯域と重ならない２７０〜５５０ｋＨｚの帯域の周波数にフィルタリングするとともに、前記探触子が受信したエコーごとに該エコーの波形を振幅の大きさによって複数に区分し、該区分ごとに設定した表示色によって色分け区分して、前記表示色と色分け区分の位置とによって腐食部分の腐食度合いと腐食位置とを同時に示す２次元表示を前記表示部に表示することを特徴とする鋼管柱診断装置。
【請求項２】
前記表示部は、外付けの表示装置又は一体に組み込まれた表示装置であることを特徴とする請求項１に記載の鋼管柱診断装置。
【請求項３】
前記２次元表示によって示された腐食部分の位置を含む所定範囲内の複数個所で、再度、超音波を前記鋼管柱に発信するとともにエコーを受信して、鋼管柱の状態を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管柱診断装置。
【請求項４】
下部を埋設して建柱した鋼管柱の地上部の任意に選択した高さの測定位置において、鋼管柱診断装置の探触子を外周に沿って移動させながら所定の間隔で周波数帯域が６３０〜７７０ｋＨｚの超音波を前記鋼管柱の外周面側から前記鋼管柱に発信し、
前記超音波の発信とともに前記超音波のエコーを受信して、該受信したエコーを前記発信させる超音波の周波数帯域と重ならない２７０〜５５０ｋＨｚの帯域の周波数にフィルタリングし、該フィルタリングしたエコーごとに該エコーの波形を振幅の大きさによって複数に区分し、
前記複数の区分ごとに設定した表示色によって色分け区分して、前記表示色と色分け区分の位置とによって腐食部分の腐食度合いと腐食位置とを同時に示す２次元表示を表示することを特徴とする鋼管柱診断方法。
【請求項５】
前記２次元表示によって示された腐食部分の位置を含む所定範囲内の複数個所で、再度、超音波を前記鋼管柱に発信するとともにエコーを受信して、鋼管柱の状態を測定することを特徴とする請求項４に記載の鋼管柱診断方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］  下部を埋設して建柱した鋼管柱（２０）の地中部分の状態を診断する鋼管柱診断装置（１０）において、
超音波を前記鋼管柱（２０）の外周面側から前記鋼管柱（２０）に発信するとともに、発信した超音波のエコーを受信する探触子（Ｓ）と、該探触子（Ｓ）が受信したエコーを処理する制御部（１１）と、該制御部（１１）が処理した画像を表示する表示部（１５）を備え、
前記探触子（Ｓ）は、前記鋼管柱（２０）の地上部の任意に選択された高さの測定位置に配置され、外周に沿って移動しながら所定の間隔で前記鋼管柱（２０）への超音波の発信および前記鋼管柱（２０）からのエコーの受信をするものであり、
前記制御部（１１）は、前記探触子（Ｓ）から発信させる超音波の周波数帯域を６３０〜７７０ｋＨｚとし、前記探触子（Ｓ）が受信したエコーを前記発信させる超音波の周波数帯域と重ならない２７０〜５５０ｋＨｚの帯域の周波数にフィルタリングするとともに、前記探触子（Ｓ）が受信したエコーごとに該エコーの波形を振幅の大きさによって複数に区分し、該区分ごとに設定した表示色によって色分け区分して、前記表示色と色分け区分の位置とによって腐食部分の腐食度合いと腐食位置とを同時に示す２次元表示を前記表示部（１５）に表示することを特徴とする鋼管柱診断装置（１０）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
［４］  下部を埋設して建柱した鋼管柱（２０）の地上部の任意に選択した高さの測定位置において、鋼管柱診断装置（１０）の探触子（Ｓ）を外周に沿って移動させながら所定の間隔で周波数帯域が６３０〜７７０ｋＨｚの超音波を前記鋼管柱（２０）の外周面側から前記鋼管柱（２０）に発信し、
前記超音波の発信とともに前記超音波のエコーを受信して、該受信したエコーを前記発信させる超音波の周波数帯域と重ならない２７０〜５５０ｋＨｚの帯域の周波数にフィルタリングし、該フィルタリングしたエコーごとに該エコーの波形を振幅の大きさによって複数に区分し、
前記複数の区分ごとに設定した表示色によって色分け区分して、前記表示色と色分け区分の位置とによって腐食部分の腐食度合いと腐食位置とを同時に示す２次元表示を表示することを特徴とする鋼管柱診断方法。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
［５］  前記２次元表示によって示された腐食部分の位置を含む所定範囲内の複数個所で、再度、超音波を前記鋼管柱（２０）に発信するとともにエコーを受信して、鋼管柱（２０）の状態を測定することを特徴とする項［４］に記載の鋼管柱診断方法。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
前記本発明は次のように作用する。  
項［１］の鋼管柱診断装置（１０）および項［４］の鋼管柱診断方法によれば、下部を埋設して建柱されている鋼管柱（２０）の地上部の任意に選択された高さの測定位置に探触子（Ｓ）を配置する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
制御部（１１）は、探触子（Ｓ）から発信させる超音波の周波数帯域を６３０〜７７０ｋＨｚとし、一方、探触子（Ｓ）が受信するエコーは、前記発信させる超音波の周波数帯域と重ならない２７０〜５５０ｋＨｚの周波数帯域にフィルタリングする。これにより、さらに腐食の度合いを正確に診断することができる。
また、制御部（１１）は、受信したエコーごとに波形を振幅の大きさによって複数に区分し、該複数の区分ごとに設定した表示色に色分け区分する。さらに、表示色と色分け区分の位置とによって腐食部分の腐食度合いと腐食位置とを同時に示す２次元表示を表示部（１５）に表示する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
項［３］の鋼管柱診断装置（１０）および項［５］の鋼管柱診断方法によれば、前記２次元表示によって示された腐食部分の位置を含む範囲について該範囲内の複数個所で再度の測定を行う。これにより、一層に高い精度で鋼管柱（２０）の状態を診断することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】