(57)【要約】【課題】地表に露出している鋼構造物と地中に埋設されている鋼材及び鋼材溶接部について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じているか否かが非接触、非破壊的に検査できることを目的とする。【解決手段】地表に露出している試験体の鋼構造物であるフェースプレート２の加熱前の熱分布画像及び加熱後所定時間経過後の熱分布画像との基準となる差画像の健全及び不健全のサンプルを作成する工程と、検査されるフェースプレート２の加熱前の熱分布画像及び所定時間加熱後の所定時間経過後の熱分布画像との実測の差画像を作成する工程と、検査される地中に埋設されている鋼材であるウエブ３及び鋼材接合部であるフェースプレート２とのウエブ３の溶接部が欠陥のない健全なものか、或いは欠陥のある不健全なものかを判定するために実測の差画像と健全及び不健全のサンプルの差画像とを比較する工程とを備えてなる。【選択図】　　　　図１
2004037201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部を非接触で検査する方法において、
鋼材の露出部を加熱する工程と、
健全と不健全な鋼材接合部における鋼材の露出部の加熱前の熱分布画像及び所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像との差画像の健全と不健全のサンプルを作成する工程と、
検査される鋼材の露出部の加熱前の熱分布画像及び所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像との差画像を作成する工程と、
実測の差画像と前記差画像のサンプルとを比較する工程と
を備えたことを特徴とする鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法。
【請求項２】
露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部を非接触で検査する方法において、
鋼材の露出部を加熱する工程と、
鋼材の露出部における複数の検査部についてそれぞれの加熱前の熱分布画像及び所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像との差画像を作成する工程と、
前記複数の検査部の差画像を全数比較する工程と
を備えたことを特徴とする鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法。
【請求項３】
露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部を非接触で検査する方法において、
鋼材の露出部を加熱する工程と、
健全な鋼材接合部と不健全な鋼材接合部における鋼材の露出部の所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像の健全と不健全のサンプルを作成する工程と、
検査される鋼材の露出部の所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像を作成する工程と、
実測の熱分布画像と前記熱分布画像のサンプルとを比較する工程と
を備えたことを特徴とする鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法。
【請求項４】
露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部を非接触で検査する方法において、
鋼材の露出部を加熱する工程と、
鋼材の露出部における複数の検査部についてそれぞれの所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像を作成する工程と、
前記複数の検査部の熱分布画像を全数比較する工程と
を備えたことを特徴とする鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法。
【請求項５】
露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部を非接触で検査する方法において、
鋼材の露出部を加熱する工程と、
検査される鋼材の露出部において、所定間隔をおいた複数の検査測定点と検査測定点以外の参照測定点とについてそれぞれの加熱前熱分布画像と加熱後所定時間経過後の熱分布画像との差画像を作成する工程と、
複数の検査測定点と参照測定点についてそれぞれの加熱前熱分布画像と加熱後所定時間経過後の熱分布画像から差画像を作成し、前記複数の検査測定点と参照測定点の差画像からそれぞれの最高温度を求める工程と、
検査された全検査測定点の最高温度の平均値とバラツキ値を求め、前記平均値とバラツキ値の加算値又は全参照測定点の最高温度をしきい値と設定し、ある測定点の最高温度と前記しきい値を比較する工程と
を備えたことを特徴とする鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法。
【請求項６】
鋼橋の鋼製伸縮装置に適用する請求項１〜請求項５何れかに記載の鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法及び装置に係り、特に地表に露出している鋼構造物と接合され、地中に埋設されている鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような地中に埋設されているウエブ、リブ、アンカーバー等の鋼材が接合された鋼構造物の一例として、高速道路や橋の継ぎ目に設置され、寒暖差による伸縮を吸収する目的のフィンガージョイントと呼ばれる鋼製伸縮装置がある。
なお、伸縮装置は、路面を平坦に保持しながら橋端変位を円滑に受け入れ、更に輪荷重を直接保持するという厳しい役割を果たす部材で、鋼製とゴム製に大別される。
一般的に鋼製伸縮装置は、道路面に顔を出したフェースプレートと呼ばれる櫛型の鋼板と、フェースプレート裏面に溶接されたウエブ、リブ、アンカーバー等の部材から構成される。
鋼製伸縮装置の損傷が進んで起こるフェースプレートの破断は、ウエブ、リブ、アンカーバーが腐食や金属疲労により減肉や欠損を起こすことが原因となり、またフェースプレートとウエブ、フェースプレートとリブ、フェースプレートとアンカーバーの溶接部の腐食や金属疲労によるひび割れ、き裂、欠損が原因となる。
【０００３】
このウエブ、リブ、アンカーバーの減肉や欠損と、フェースプレートとウエブ、リブ及びアンカーバーとの溶接部のひび割れ、き裂、欠損は以下の要因が複合して作用することで生じさせる。
１）鋼製伸縮装置と路面との境界面からの雨水の侵入により、鋼製のウエブ、リブ及びアンカーバーが局部的に腐食して減肉、欠損を起こさせ、フェースプレートとウエブ、リブ及びアンカーバーとの溶接部にひび割れ、き裂、欠損腐食が発生し、鋼製伸縮装置が不安定になる場合がある。
２）道路上を車両等が通過する際に、鋼製伸縮装置に様々な方向の荷重が掛かり、応力により金属疲労が蓄積する。
【０００４】
この結果、ウエブ、リブ、アンカーバーに減肉、欠損が発生し、フェースプレートとウエブ、リブ及びアンカーバーとの溶接部にひび割れ、き裂、欠損が発生すると、最悪の場合、鋼製伸縮装置が道路面から外れて、走行中の車などにぶつかったり、道路上の障害物になったりして、重大な事故を招くことになりかねない。
そこで、鋼製伸縮装置の損傷を評価することができる方法、装置等の手段が待ち望まれていたが、かかるウエブ、リブ及びアンカーバーに減肉や欠損、フェースプレートとウエブ、リブ及びアンカーバーとの溶接部にひび割れ、き裂、欠損という欠陥を検出する手段がなく、道路面上からの目視点検により、伸縮装置の取り付け部の変形などの有無を検査するしか途がなかった。
また、鋼製伸縮装置の取り付け状態が例えばがたつき、異常音等の明らかな変化を示すまでは異常を検出することは不可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の鋼製伸縮装置の目視検査や鋼製伸縮装置の取り付け状態の明らかな変化により異常を検出できる状態は、末期的状態であって重大事故につながるおそれが非常に大きいとともに、目視点検は常時実施されるわけではないため、その点検期間の間に異常が発生しても、重大事故の前に異常を検知することが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部の欠陥について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じているか否かが非接触、非破壊的に検査できる鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法は、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部の欠陥を非接触で検査するものであって、鋼材の露出部を加熱し、健全と不健全な鋼材接合部における鋼材の露出部の加熱前の熱分布画像及び所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像との差画像の健全と不健全のサンプルを作成し、さらに検査される鋼材の露出部の加熱前の熱分布画像及び所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像との差画像を作成し、検査される鋼材及び鋼材接合部が欠陥のない健全なものか、或いは欠陥のある不健全なものかを判定するために実測の差画像と差画像の健全及び不健全のサンプルとを比較して行うようにしたから、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じて不健全か或いは健全か否かが非接触、非破壊的に検査することができる。
【０００８】
本発明の請求項２に係る鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法は、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部の欠陥を非接触で検査するものであって、鋼材の露出部を加熱し、鋼材の露出部における複数の検査部についてそれぞれの加熱前の熱分布画像及び所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像との差画像を作成し、多数の差画像と様子が異なる差画像がいくつかあれば、多数の差画像が示す鋼材及び鋼材接合部は健全で、そのいくつかの差画像が示す鋼材及び鋼材接合部は不健全であると評価できるために、複数の検査部の差画像を全数比較するようにしたから、健全及び不健全のサンプルの差画像を作成することなく簡単に、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じて不健全か或いは健全か否かが非接触、非破壊的に検査することができる。
【０００９】
本発明の請求項３に係る鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法は、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部の欠陥を非接触で検査するものであって、鋼材の露出部を加熱し、健全な鋼材接合部と不健全な鋼材接合部における鋼材の露出部の所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像の健全と不健全のサンプルを作成し、さらに検査される鋼材の露出部の所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像を作成し、検査される鋼材及び鋼材接合部が欠陥のない健全なものか、或いは欠陥のある不健全なものかを判定するために実測の熱分布画像と熱分布画像の健全及び不健全のサンプルとを比較して行うようにしたから、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じて不健全か或いは健全か否かが非接触、非破壊的に検査することができる。
【００１０】
本発明の請求項４に係る鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法は、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部の欠陥を非接触で検査するものであって、鋼材の露出部を加熱し、鋼材の露出部における複数の検査部についてそれぞれの所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像を作成し、多数の熱分布画像と様子が異なる熱分布画像がいくつかあれば、多数の熱分布画像が示す鋼材及び鋼材接合部は健全で、そのいくつかの熱分布画像が示す鋼材及び鋼材接合部は不健全であると評価できるために、複数の検査部の熱分布画像を全数比較するようにしたから、健全及び不健全のサンプルの熱分布画像を作成することなく簡単に、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じて不健全か或いは健全か否かが非接触、非破壊的に検査することができる。
【００１１】
本発明の請求項５に係る鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法は、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部の欠陥を非接触で検査するものであって、鋼材の露出部を加熱し、　検査される鋼材の露出部において、所定間隔をおいた複数の検査測定点と検査測定点以外の参照測定点とについてそれぞれの加熱前熱分布画像と加熱後所定時間経過後の熱分布画像との差画像を作成し、複数の検査測定点と参照測定点についてそれぞれの加熱前熱分布画像と加熱後所定時間経過後の熱分布画像から差画像を作成し、作成した複数の検査測定点と参照測定点の差画像からそれぞれの最高温度を求め、さらに検査された全検査測定点の最高温度の平均値とバラツキ値を求め、前記平均値とバラツキ値の加算値又は全参照測定点の最高温度をしきい値と設定し、ある測定点の最高温度と前記しきい値を比較し、ある測定点の最高温度が前記しきい値を超えるか否かでその測定点を不健全か健全かを判定できるから、健全及び不健全のサンプルの熱分布画像を作成することなく簡単に、しかも定量的に露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じて不健全か或いは健全か否かが非接触、非破壊的に検査することができる。
【００１２】
本発明の請求項６は本発明の請求項１〜５に記載の鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法を鋼橋の鋼製伸縮装置に適用することにより、道路に露出している鋼材であるフェースプレートと接合されている外部に露出しない鋼材であるウエブ、リブ又はアンカーバー及び鋼材接合部であるウエブ、リブ又はアンカーバーとフェースプレートとの接合部について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じて不健全か或いは健全か否かが非接触、非破壊的に検査することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係る鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法に用いられる装置の構成を示すブロック図、図２は同検査方法に用いられる誘導加熱コイルのウエブに対する位置関係を示す説明図である。
図において、１は例えば高速道路の継ぎ目に設置されたフィンガージョイントと呼ばれる鋼製伸縮装置、２は鋼製伸縮装置１の舗装道路表面に位置する鋼構造物である一対のフェースプレート、３は各フェースプレート２の底部で継ぎ目側に溶接され、舗装道路中に埋設された鋼材であるウエブ、４はフェースプレート２とウエブ３に取り付けられた鋼材であるリブ、５はフェースプレート２の底部で継ぎ目側とは反対側に溶接接合された斜行する鋼材であるアンカーバーである。
１０は舗装道路上に設置された誘導加熱コイル、１１はフェースプレート２の上方に設置された赤外線撮像手段である赤外線カメラ、１２は赤外線カメラ１１に接続されたパソコン、１３はパソコン１２に接続された熱分布画像をカラー表示できるＣＲＴ表示器である。
【００１４】
次に、地中に埋設されている鋼材であるウエブ、リブ、アンカーバーの減肉や欠損という欠陥や、道路表面に顔を出したフェースプレートと例えば舗装道路中に埋設された鋼材であるウエブ、リブ、アンカーバーとの溶接部がひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じているか否かを道路上から非接触で非破壊的に検査することができる原理を図３の原理図に基づいて説明する。
図３に示すように、ウエブ３の取り付け位置の直上に位置するフェースプレート２を誘導加熱コイル１０の誘導加熱により５秒間という短時間加熱する。
そうすると、ウエブ３自体やウエブ３とフェースプレート２との溶接部が欠陥のない健全な場合には、加熱後から次第に時間が経過すると、フェースプレート２を加熱した際の熱がフェースプレート２からウエブ３に伝わるために、高温の状態が長く続かず、フェースプレート２の温度は早く下がる。即ち雰囲気温度に早く近づく。図３の上の熱分布画像で、高温領域を表す白い部分が少ないことは、このことを示している。
【００１５】
しかし、ウエブ３自体に減肉や欠損という欠陥や、ウエブ３とフェースプレート２との溶接部にひび割れ、き裂、欠損という欠陥がある不健全な場合には、ウエブ３への伝熱が小さいために、フェースプレート２の温度分布は高温の状態が長く続く、或いは溶接部が健全であっても、ウエブ３自体が金属疲労や腐食により減肉や欠損が生じた不健全な状態だと、この不健全部からは伝熱が小さいために、フェースプレート２の温度分布は高温の状態が長く続く。図３の下の熱分布画像で、高温領域を表す白い部分が多いことは、このことを示している。
従って、フェースプレート２とウエブ３の溶接部直上のフェースプレート２を加熱し、その後のフェースプレート２の温度分布をモニタすることで、ウエブ３とフェースプレート２との溶接部やウエブ３自体の健全性を評価できることとなる。
同様に、リブ４の溶接部直上を加熱して温度分布をモニタすることでリブ４の溶接部やリブ４自体の健全性を評価できる。また、アンカーバー５の溶接部直上のを加熱して温度分布をモニタすることでアンカーバー５の溶接部やアンカーバー５自体の健全性を評価できる。
【００１６】
次に、本発明の実施の形態に係る鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法について説明する。
まず、事前準備として欠陥のない健全及び欠陥のある不健全な状態のフェースプレート２とウエブ３との試験体についてそれぞれ誘導加熱前の熱分布画像と誘導加熱後の熱分布画像のサンプルを作成する。
この熱分布画像の作成はこれら試験体のフェースプレート２の熱分布を赤外線カメラ１１で撮像し、その撮像信号をパソコン１２に取り込み、ＣＲＴ表示器１３に熱分布画像として表示し、それを図示しないプリンタにより印刷したり、図示しないハードディスクに記録するものである。
これらの熱分布画像のサンプルは、撤去した伸縮装置のフェースプレートとウエブの隅肉溶接部にコンクリートを打設した健全な試験体や、撤去した伸縮装置のフェースプレートとウエブの隅肉溶接部の直下４ｍｍの位置に放電加工によりスリットを設け、放電加工後にコンクリートを打設した不健全な試験体についてのものである。
健全な試験体１はスリットなしのもの、不健全な試験体２は長さ５０ｍｍ、幅０．５ｍｍのスリット入りのもの、もう１つの不健全な試験体３は長さ１５０ｍｍ、幅０．５ｍｍのスリット入りのものである。
【００１７】
図４の（ａ）〜（ｅ）は健全な試験体１を５秒間加熱し、加熱後３０秒経過後、６０秒経過後、９０秒経過後、１２０秒経過後のフェースプレートの熱分布画像である。
図５の（ａ）〜（ｅ）は不健全な試験体２を５秒間加熱し、加熱後３０秒経過後、６０秒経過後、９０秒経過後、１２０秒経過後のフェースプレートの熱分布画像である。
図６の（ａ）〜（ｅ）は不健全な試験体３を５秒間加熱し、加熱後３０秒経過後、６０秒経過後、９０秒経過後、１２０秒経過後のフェースプレートの熱分布画像である。
図７は図４〜図６のフェースプレートの熱分布画像での４０℃以上の面積（Ｓ＞４０℃　）、４５℃以上の面積（Ｓ＞４５℃）、最高温度の面積（Ｓ＞Ｔｍａｘ）の加熱後放置時間における変化を示したグラフである。
【００１８】
図４から図６における熱分布画像を見ると、加熱後の放置時間に対する高温領域の面積で比較すると、９０秒経過後には４０℃以上の面積も、４５℃以上の面積も健全な試験体１に比べ、不健全な試験体２（　５０ｍｍスリット）、不健全な試験体３（１５０ｍｍスリット）の順に面積が広がっていることが分かる。
また、画像内での最高温度も９０秒経過後には、不健全な試験体３（１５０ｍｍスリット）がもっとも高温で、続いて不健全な試験体２（５０ｍｍスリット）、健全な試験体１の順に低くくなっていることが分かる。
【００１９】
加熱直後の最高温度は、健全な試験体１が他の２つの不健全な試験体２，３よりも高温になったにもかかわらず、加熱後９０秒経過後には上記のように健全な試験体１がフェースプレートの冷却が早く、き裂が長いほど高温の状態にあるため、鋼材における欠陥の検査方法のサンプルとしての熱分布画像の高温領域の面積による変化を見るには、加熱後の放置時間は９０秒程度が適当であることが確認できた。
このため、サンプルである健全な試験体１、不健全な試験体２　（　５０ｍｍスリット）、不健全な試験体３（１５０ｍｍスリット）の３つの熱分布画像の高温領域の面積と実際に測定した誘導加熱前と加熱後９０秒経過後の熱分布画像の高温領域の面積とを比較することにより、健全か不健全かの評価を行うことができる。
【００２０】
そこで、本発明の実施の形態に係る鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法で、熱分布画像の高温領域の面積の比較によりフェースプレートとウエブの溶接部の欠陥を検出する方法について説明する。
まず、健全及び不健全な状態の試験体１，２，３についてそれぞれ誘導加熱前後の熱分布画像の基準となる高温領域の面積のサンプルを作成したら、次に試験体と略同条件の実際に測定する対象のフェースプレート２について、フェースプレート２の加熱すべき位置を（超音波探傷器）で確認し、その位置に対応する舗装道路上の位置にマーキングを施す。
しかる後に、誘導加熱前のフェースプレート２の熱分布を赤外線カメラ１１で撮像し、その撮像信号をパソコン１２に取り込み、ＣＲＴ表示器１３に熱分布画像として表示し、その熱分布画像をパソコン１２のハードディスクに記録する。
【００２１】
その後、マーキングを施した位置に誘導加熱コイル１０の中心がくるように位置調整した後に、誘導加熱コイル１０に通電してフェースプレート２を所定時間、例えば５秒間加熱する。
フェースプレート２の加熱後に誘導加熱コイル１０を除去し、その加熱後９０秒経過後に、フェースプレート２の熱分布を赤外線カメラ１１で撮像し、その撮像信号をパソコン１２に取り込み、ＣＲＴ表示器１３に熱分布画像として表示し、その熱分布画像をパソコン１２のハードディスクに記録する。
次に、実際に測定した誘導加熱前と加熱後９０秒経過後の熱分布画像の高温領域の面積とサンプルである３つの熱分布画像の高温領域の面積とを比較してパソコン１２の操作者が非接触で、非破壊的に健全か不健全かの評価を行う。
なお、実測による熱分布画像の高温領域はフェースプレート２の幅方向における例えば２０の各測定点について求め、そのそれぞれ求めた熱分布画像の高温領域の面積とサンプルである３つの熱分布画像の高温領域の面積とを比較して健全か不健全かの評価を行うこともできる。
【００２２】
以上の説明は、実測の熱分布画像の高温領域の面積とサンプルの熱分布画像の高温領域の面積とを比較して健全か不健全かの評価を行うものであるが、サンプルの高温領域の面積を表す熱分布画像を作成せず、フェースプレート２の幅方向における例えば２０の各測定点についてそれぞれ実測による高温領域を表す熱分分布画像を求め、２０の実測の高温領域を表す熱分布画像をＣＲＴ表示器１３にいっぺんに表示させ、他の多数の熱分布画像と様子が異なる熱分布画像がいくつかあれば、多数の熱分布画像が示す鋼材及び鋼材接合部は健全で、そのいくつかの熱分布画像が示す鋼材及び鋼材接合部は不健全であると評価することもできる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態に係る鋼材における欠陥の検査方法で、熱分布画像の差画像の比較によりフェースプレートとウエブの溶接部の欠陥を検出する方法について図８のフローチャートに基づいて説明する。
まず、事前準備として欠陥のない健全及び欠陥のある不健全な状態のフェースプレート２とウエブ３との試験体についてそれぞれ誘導加熱前の熱分布画像と誘導加熱後９０秒経過後の熱分布画像との基準となる差画像のサンプルを作成する（ステップＳ１）。
この熱分布画像の作成はこれら試験体のフェースプレート２の熱分布を赤外線カメラ１１で撮像し、その撮像信号をパソコン１２に取り込み、ＣＲＴ表示器１３に熱分布画像として表示し、それを図示しないプリンタにより印刷したり、図示しないハードディスクに記録するものである。
これらの差画像のサンプルは、上述したスリットなしの健全な試験体１、長さ５０ｍｍ、幅０．５ｍｍのスリット入りの試験体２及び長さ１５０ｍｍ、幅０．５ｍｍのスリット入りの試験体３についてのものである
【００２４】
図９はフェースプレートの加熱前と加熱後９０秒経過後の熱分布画像の差画像で、図９の（ａ）は健全な試験体１の差画像を示し、図９の（ｂ）は５０ｍｍのスリットが設けられた試験体２の差画像を示し、図９の（ｃ）は１５０ｍｍのスリットが設けられた試験体３の差画像を示す。
【００２５】
図９の（ａ）〜（ｃ）に示す差画像のサンプルで、フィンガー部（図中の白い部分を示す）に注目すると、図９の（ａ）に示す健全な試験体１の差画像は高温領域がなく、図９の（ｂ）に示す５０ｍｍのスリットが設けられた不健全な試験体２の差画像はやや高温領域があり、図９の（ｂ）に示す１５０ｍｍのスリットが設けられた不健全な試験体３の差画像は高温領域が広くある。
このことは、健全な試験体１の場合は熱伝導が良好で、早く冷却されるのに対し、不健全な試験体２，３の場合には健全な試験体１の場合に比べて熱伝導が悪く高温領域が残りはっきり区別することができる。
また、不健全な試験体２，３を比べると、スリットが大きい方が不健全度は高く、熱伝導が悪いため、５０ｍｍのスリットが設けられた不健全な試験体２よりも１５０ｍｍ　のスリットが設けられた不健全な試験体３の方が高温領域が広く、この点でも両者を区別することができる。
【００２６】
このように、ステップＳ１で、健全及び不健全な状態の試験体１，２，３についてそれぞれ誘導加熱前後の熱分布画像の基準となる差画像のサンプルを作成したら、次に試験体と略同条件の実際に測定する対象のフェースプレート２について、フェースプレート２の加熱すべき位置を（超音波探傷器）で確認し、その位置に対応する舗装道路上の位置にマーキングを施す（ステップＳ２）。
しかる後に、誘導加熱前のフェースプレート２の熱分布を赤外線カメラ１１で撮像し、その撮像信号をパソコン１２に取り込み、ＣＲＴ表示器１３に熱分布画像として表示し、その熱分布画像をパソコン１２のハードディスクに記録する（ステップＳ３）。
その後、ステップＳ２のマーキングを施した位置に誘導加熱コイル１０の中心がくるように位置調整した後に、誘導加熱コイル１０に通電してフェースプレート２を所定時間、例えば５秒間加熱する（ステップＳ４）。
フェースプレート２の加熱後に誘導加熱コイル１０を除去し、その加熱後９０秒経過後に、フェースプレート２の熱分布を赤外線カメラ１１で撮像し、その撮像信号をパソコン１２に取り込み、ＣＲＴ表示器１３に熱分布画像として表示し、その熱分布画像をパソコン１２のハードディスクに記録する（ステップＳ５）。
【００２７】
次に、実際に測定した誘導加熱前と加熱後９０秒経過後の熱分布画像の差画像とステップＳ１で作成したサンプルである３つの熱分布画像の差画像とを比較してパソコン１２の操作者が非接触で、非破壊的に健全か不健全かの評価を行う（ステップＳ６）。
なお、実測による熱分布画像の差画像はフェースプレート２の幅方向における例えば２０の各測定点について求め、そのそれぞれ求めた熱分布画像の差画像とサンプルである３つの熱分布画像の差画像とを比較して健全か不健全かの評価を行う。
【００２８】
この評価において、実際に測定した誘導加熱前と加熱後９０秒経過後の熱分布画像の差画像とステップＳ１で作成したサンプルである熱分布画像の差画像とを比較するようにしたのは、差画像の方が例えば雰囲気温度や路面温度等の外乱の影響を小さくでき、健全か不健全かの違いがはっきりとでるからである。
なお、実際に測定した誘導加熱前と加熱後９０秒経過後の熱分布画像の差画像とサンプルである熱分布画像の差画像とを比較してパソコン１２の操作者が健全か不健全かを判断する場合、ＣＲＴ表示器１３に実測の熱分布画像の差画像とサンプルの熱分布画像の差画像とを２画面で表示するようにすれば、より一層判断が容易になる。
【００２９】
以上の説明は、実測の熱分布画像の差画像とサンプルの熱分布画像の差画像とを比較して健全か不健全かの評価を行うものであるが、サンプルの熱分布画像の差画像を作成せず、フェースプレート２の幅方向における例えば２０の各測定点についてそれぞれ実測による熱分布画像の差画像を求め、２０の実測の熱分布画像の差画像をＣＲＴ表示器１３にいっぺんに表示させ、他の多数の差画像と様子が異なる差画像がいくつかあれば、多数の差画像が示す鋼材及び鋼材接合部は健全で、そのいくつかの差画像が示す鋼材及び鋼材接合部は不健全であると評価することもできる。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態に係る鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法で、熱分布画像の差画像の最高温度の定量的比較によりフェースプレートとウエブの溶接部の欠陥を検出する方法について説明する。
図１０は道路に設置された鋼製伸縮装置のフェースプレートにおける複数の測定点及び参照点を示す説明図、図１１は熱分布画像の差画像の最高温度の定量的比較によりフェースプレートとウエブの溶接部の欠陥を検出する方法を示すフローチャート、図１２は道路に設置されたフェースプレートにおける加熱前の熱分布画像、加熱後９０秒経過後のフェースプレートの熱分布画像及び加熱前と加熱後の両者の熱分布画像の差画像を示す説明図である。
図１０において、２は道路に設置された鋼製伸縮装置のフェースプレート、３ａ、３ｂは各フェースプレート２の直下に溶接されたウエブ３の中心線を示している。２０は道路上の白線、２１は道路を走行する自動車の左右の轍部、Ｐ１〜Ｐ１４は測定点、Ｐ２１は参照点である。なお、測定点の数は鋼製伸縮装置のフェースプレートのツメの形状や寸法に応じて設定される。
【００３１】
次に、熱分布画像の差画像の最高温度の定量的比較によりフェースプレートとウエブの溶接部の欠陥を検出する方法について図１０〜図１２に基づいて説明する。
鋼製伸縮装置の中で、一般に損傷が激しいと言われるのは道路の左右の轍部の位置であるため、この轍部を測定点とした。また、轍部以外の車線中央部の位置は損傷していないため、この轍部以外の車線中央部の位置を参照点としたものである。なお、この実施の形態では参照点を車線中央部の位置としたが、これに限定されるものではなく、路肩等の轍部以外であれば良い。
まず、轍部２１の複数の測定点Ｐ１〜Ｐ１４についてそれぞれ加熱前と加熱後９０秒経過後の熱分布画像を得るように測定する（ステップＳ１１）。
次に、轍部２１以外の車線中央部の参照点Ｐ２１について加熱前と加熱後９０秒経過後の熱分布画像を作成できるように測定する（ステップＳ１２）。
これらの熱分布画像の作成はフェースプレート２の測定点及び参照点の熱分布を赤外線カメラで撮像し、その撮像画像をパソコン１２に取り込み、ＣＲＴ表示器１３に熱分布画像として表示し、それを図示しないプリンタにより印刷したり、図示しないハードディスクに記録するものである。
【００３２】
しかる後に、複数の測定点Ｐ１〜Ｐ１４と参照点Ｐ２１につき、図１２に示すようにそれぞれ加熱前と加熱後９０秒経過後の熱分布画像から
パソコン１２により画像処理して差画像を作成する（ステップＳ１３）。
そして、作成した複数の測定点Ｐ１〜Ｐ１４と参照点Ｐ２１の差画像からそれぞれの測定点の最高温度Ｔｋ　と参照点の参照最高温度Ｔｒｅｆ　を算出して求め、記録する（ステップＳ１４）。
次に、轍部２１の全測定点の最高温度の平均ａｖｇＴｋ　と、分散σ２の平方根である標準偏差σＴｋ　を求める（ステップＳ１５）。なお、分散σ２　は次式により求める。
【００３３】
【数１】
2004037201.tif 000003
【００３４】
そして、平均と標準偏差を足した加算値（ａｖｇＴｋ＋σＴｋ）と参照点の参照最高温度Ｔｒｅｆ　とを比較する（ステップＳ１６）。
【００３５】
そして、参照点の参照最高温度Ｔｒｅｆ　が平均とバラツキを足した加算値（ａｖｇＴｋ＋σＴｋ）よりも低いときは、参照点は健全であることを示し、また平均とバラツキを足した加算値（ａｖｇＴｋ＋δＴｋ）は通常経年変化による軽微な損傷か、測定誤差のバラツキやノイズの影響によるもので許容できる範囲のものであるため、これを基準として平均とバラツキを足したもの（ａｖｇＴｋ＋σＴｋ）をしきい値と設定し、ある測定点の最高温度Ｔｍａｘがそのしき値を超えると、その測定点を損傷がある不健全と判定する（ステップＳ１７）。
また、参照点の参照最高温度Ｔｒｅｆ　が平均とバラツキを足した加算値（ａｖｇＴｋ＋σＴｋ）よりも高いときは、平均とバラツキを足した加算値（ａｖｇＴｋ＋σＴｋ）は健全であることを示すため、それより条件の悪い方を基準として高い参照点の参照最高温度Ｔｒｅｆ　をしきい値と設定し、ある測定点の最高温度Ｔｍａｘがそのしき値を超えると、その測定点を損傷がある不健全と判定する（ステップＳ１８）。
【００３６】
このように、轍部２１の複数の測定点Ｐ１〜Ｐ１４についてそれぞれ加熱前と加熱後９０秒経過後の熱分布画像を得るように測定し、轍部以外の車線中央部の参照点Ｐ２１についても加熱前と加熱後９０秒経過後の熱分布画像を作成できるように測定し、しかる後に複数の測定点Ｐ１〜Ｐ１４と参照点Ｐ２１につき、それぞれ加熱前と加熱後９０秒経過後の熱分布画像から差画像を作成し、作成した複数の測定点Ｐ１〜Ｐ１４と参照点Ｐ２１の差画像からそれぞれの測定点の最高温度Ｔｋ　と参照点の参照最高温度Ｔｒｅｆ　を求め、轍部２１の全測定点の最高温度の平均ａｖｇＴｋ　と、分散であるばらつきσＴｋ　を求め、平均とバラツキを足した加算値（ａｖｇＴｋ＋σＴｋ）と参照点の参照最高温度Ｔｒｅｆ　とを比較し、参照点の参照最高温度Ｔｒｅｆ　が平均とバラツキを足した加算値（ａｖｇＴｋ＋σＴｋ）よりも低いときは、平均とバラツキを足した加算値（ａｖｇＴｋ＋δＴｋ）をしきい値と設定し、ある測定点の最高温度Ｔｍａｘ　がそのしき値を超えるか否かでその測定点を不健全か健全かを定量的に判定することができる。
また、参照点の参照最高温度Ｔｒｅｆ　が平均とバラツキを足した加算値（ａｖｇＴｋ＋σＴｋ）　よりも高いときは、参照点の参照最高温度Ｔｒｅｆ　をしきい値と設定し、ある測定点の最高温度Ｔｍａｘ　がそのしき値を超えるか否かでその測定点を不健全か健全かを定量的に判定することができる。
【００３７】
また上記実施の形態では、ウエブ自体と、ウエブとフェースプレートとの溶接部について述べているが、それらの健全及び不健全を検出する原理はおなじであるので、リブ、アンカーバー自体やリブとフェースプレートの溶接部、アンカーバーとフェースプレートの溶接部の健全及び不健全を検出できることは勿論である。
また、鋼構造物として鋼製伸縮装置を対象としているが、風力発電、サイロ、煙突、鳥居といった埋設された鋼材を有する鋼構造物についても適用があることはいうまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１の鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法によれば、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部の欠陥を非接触で検査するものであって、鋼材の露出部を加熱し、健全と不健全な鋼材接合部における鋼材の露出部の加熱前の熱分布画像及び所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像との差画像の健全と不健全のサンプルを作成し、さらに検査される鋼材の露出部の加熱前の熱分布画像及び所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像との差画像を作成し、検査される鋼材及び鋼材接合部が欠陥のない健全なものか、或いは欠陥のある不健全なものかを判定するために実測の差画像と差画像の健全及び不健全のサンプルとを比較して行うようにしたから、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じて不健全か或いは健全か否かが非接触、非破壊的に検査することができるという効果がある。
【００３９】
本発明の請求項２の鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法によれば、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部の欠陥を非接触で検査するものであって、鋼材の露出部を加熱し、鋼材の露出部における複数の検査部についてそれぞれの加熱前の熱分布画像及び所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像との差画像を作成し、多数の差画像と様子が異なる差画像がいくつかあれば、多数の差画像が示す鋼材及び鋼材接合部は健全で、そのいくつかの差画像が示す鋼材及び鋼材接合部は不健全であると評価できるために、複数の検査部の差画像を全数比較するようにしたから、健全及び不健全のサンプルの差画像を作成することなく簡単に、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じて不健全か或いは健全か否かが非接触、非破壊的に検査することができるという効果がある。
【００４０】
本発明の請求項３の鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法によれば、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部の欠陥を非接触で検査するものであって、鋼材の露出部を加熱し、健全な鋼材接合部と不健全な鋼材接合部における鋼材の露出部の所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像の健全と不健全のサンプルを作成し、さらに検査される鋼材の露出部の所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像を作成し、検査される鋼材及び鋼材接合部が欠陥のない健全なものか、或いは欠陥のある不健全なものかを判定するために実測の熱分布画像と熱分布画像の健全及び不健全のサンプルとを比較して行うようにしたから、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じて不健全か或いは健全か否かが非接触、非破壊的に検査することができるという効果がある。
【００４１】
本発明の請求項４の鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法によれば、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部の欠陥を非接触で検査するものであって、鋼材の露出部を加熱し、鋼材の露出部における複数の検査部についてそれぞれの所定熱量で加熱後の所定時間経過後の熱分布画像を作成し、多数の熱分布画像と様子が異なる熱分布画像がいくつかあれば、多数の熱分布画像が示す鋼材及び鋼材接合部は健全で、そのいくつかの熱分布画像が示す鋼材及び鋼材接合部は不健全であると評価できるために、複数の検査部の熱分布画像を全数比較するようにしたから、健全及び不健全のサンプルの熱分布画像を作成することなく簡単に、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じて不健全か或いは健全か否かが非接触、非破壊的に検査することができるという効果がある。
【００４２】
本発明の請求項５の鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法によれば、露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部の欠陥を非接触で検査するものであって、鋼材の露出部を加熱し、　検査される鋼材の露出部において、所定間隔をおいた複数の検査測定点と検査測定点以外の参照測定点とについてそれぞれの加熱前熱分布画像と加熱後所定時間経過後の熱分布画像との差画像を作成し、複数の検査測定点と参照測定点についてそれぞれの加熱前熱分布画像と加熱後所定時間経過後の熱分布画像から差画像を作成し、作成した複数の検査測定点と参照測定点の差画像からそれぞれの最高温度を求め、さらに検査された全検査測定点の最高温度の平均値とバラツキ値を求め、前記平均値とバラツキ値の加算値又は全参照測定点の最高温度をしきい値と設定し、ある測定点の最高温度と前記しきい値を比較し、ある測定点の最高温度が前記しきい値を超えるか否かでその測定点を不健全か健全かを判定できるから、健全及び不健全のサンプルの熱分布画像を作成することなく簡単に、しかも定量的に露出部を有する鋼材と接合されている外部に露出しない鋼材及び鋼材接合部について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じて不健全か或いは健全か否かが非接触、非破壊的に検査することができるという効果がある。
【００４３】
本発明の請求項６は本発明の請求項１から５に記載の鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法を鋼橋の鋼製伸縮装置に適用することにより、道路に露出している鋼材であるフェースプレートと接合されている外部に露出しない鋼材であるウエブ、リブ又はアンカーバー及び鋼材接合部であるウエブ、リブ又はアンカーバーとフェースプレートとの接合部について、減肉、ひび割れ、き裂、欠損という欠陥を生じて不健全か或いは健全か否かが非接触、非破壊的に検査することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る鋼材及び鋼材接合部における欠陥の検査方法に用いられる装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同検査方法に用いられる誘導加熱コイルのウエブに対する位置関係を示す説明図である。
【図３】鋼材及び鋼材接合部の欠陥を非接触で、非破壊的に検査することができる原理図である。
【図４】健全な試験体１を５秒間加熱した直後、加熱後３０秒経過後、６０秒経過後、９０秒経過後、１２０秒経過後のフェースプレートの熱分布画像である。
【図５】不健全な試験体２を５秒間加熱した直後、加熱後３０秒経過後、６０秒経過後、９０秒経過後、１２０秒経過後のフェースプレートの熱画像である。
【図６】不健全な試験体３を５秒間加熱した直後、加熱後３０秒経過後、６０秒経過後、９０秒経過後、１２０秒経過後のフェースプレートの熱画像である。
【図７】図４〜図６のフェースプレートの熱画像での４０℃以上の面積　（Ｓ＞４０℃）、４５℃以上の面積（Ｓ＞４５℃）、最高温度の面積（Ｓ＞Ｔｍａｘ）の加熱後放置時間における変化を示したグラフである。
【図８】鋼材及び鋼材接合部の欠陥を非接触で、非破壊的に検査する手順をを示すフローチャートである。
【図９】加熱前と加熱後９０秒経過後のフェースプレートのサンプルの熱分布画像の差画像である。
【図１０】道路に設置された鋼製伸縮装置のフェースプレートにおける複数の測定点及び参照点を示す説明図である。
【図１１】熱分布画像の差画像の最高温度の定量的比較によりフェースプレートとウエブの溶接部の欠陥を検出する方法のフローチャートである。
【図１２】は道路に設置されたフェースプレートにおける加熱前の熱分布画像、加熱後９０秒経過後のフェースプレートの熱分布画像及び加熱前と加熱後の両者の熱分布画像の差画像を示す説明図である。
【符号の説明】
１　鋼製伸縮装置、２　フェースプレート、５　アンカーバー、１０　誘導加熱コイル、１１　赤外線カメラ、１２　パソコン、１３　ＣＲＴ表示器
【図１】
2004037201.tif 000004
【図２】
2004037201.tif 000005
【図３】
2004037201.tif 000006
【図４】
2004037201.tif 000007
【図５】
2004037201.tif 000008
【図６】
2004037201.tif 000009
【図７】
2004037201.tif 000010
【図８】
2004037201.tif 000011
【図９】
2004037201.tif 000012
【図１０】
2004037201.tif 000013
【図１１】
2004037201.tif 000014
【図１２】
2004037201.tif 000015