(57)【要約】      （修正有）【課題】コンクリート構造物の欠陥を赤外線カメラで撮像した赤外線熱画像から得られる温度分布や温度変化から健全部と欠陥部を判定する健全度判定装置を提供する。【解決手段】先ず加熱前のコンクリート構造物の表面の初期温度を赤外線カメラで撮像し、次いで同じコンクリート構造物の表面を加熱し、加熱後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化を赤外線カメラで撮像し、各々の赤外線熱画像から得られる加熱後の温度分布の集計と、加熱前の初期温度分布の集計とを比較、検討して健全部と欠陥部の識別、判定を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物の表面を加熱し、加熱後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を赤外線カメラで撮像し、その赤外線熱画像から得られた温度分布を集計、分析して、コンクリート構造物の健全部、異常箇所の識別、判定を行う方法において、
先ず加熱前のコンクリート構造物の表面の初期温度を赤外線カメラで撮像し、次いで同じコンクリート構造物の表面を加熱し、加熱後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を赤外線カメラで撮像し、各々の赤外線熱画像から得られる加熱後の温度分布の集計と、加熱前の初期温度分布の集計とを比較、検討して健全部と欠陥部の識別、判定を行うことを特徴とする、コンクリート構造物の赤外線法による健全度判定法。
【請求項２】
一定方向に移動する車体に、少なくともコンクリート構造物の表面を加熱するヒータ等の加熱手段と、加熱後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を撮像する赤外線サーモグラフィ装置を搭載して成る、コンクリート構造物の赤外線法による健全度判定装置において、
前記車体の前記加熱手段の位置よりも進行方向前側の位置に、加熱前のコンクリート構造物の表面の初期温度を撮像する第１の赤外線カメラが設置され、車体の加熱手段の位置よりも進行方向後側の位置に、加熱後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を撮像する第２の赤外線カメラが前記第１の赤外線カメラと同一画角の配置で設置されていることを特徴とする、コンクリート構造物の赤外線法による健全度判定装置。
【請求項３】
第２の赤外線カメラと同一の画角で、加熱後のコンクリート構造物の表面を撮像するハイビジョンカメラが設置されていることを特徴とする、請求項２に記載したコンクリート構造物の赤外線法による健全度判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コンクリート構造物に顕在し又は内在する空洞、亀裂、ジャンカなどの欠陥の有無や欠陥の内容、大きさ、形状などを、サーモグラフィ装置の赤外線カメラ（又は赤外線センサー、以下同じ。）で撮像した赤外線熱画像から得られる温度分布や温度変化を検出、集計、分析して健全部と欠陥部を識別し判定する、コンクリート構造物の赤外線法による健全度判定法、及び前記方法の実施に使用される健全度判定装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネル覆工コンクリートなどの定期点検は、通常、目視や打音検査により行うのが一般的である。しかし、最近では、ハイビジョンカメラによる撮影、或いはサーモグラフィ装置の赤外線カメラで撮像した、コンクリート表面の温度分布画像（赤外線熱画像＝サーモグラフィ画像）の検討、分析により表面欠陥や内部欠陥を識別し判定するコンクリート点検システム技術が研究・開発され、例えば下記の特許文献１などに開示されて公知である。
同様に、サーモグラフィ装置の赤外線カメラで撮影して欠陥の有無や可能性を事前予知する技術も、下記特許文献２、３、４に開示されて公知である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２５７７４４号公報
【特許文献２】特開平５−３０７０１３号公報
【特許文献３】特開平９−３１１０２９号公報
【特許文献４】特開２００１−７４６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、サーモグラフィ装置の赤外線カメラでコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量を撮像する、いわゆる赤外線法によるコンクリート点検技術は、既に公知である。しかし、撮影した赤外線熱画像（温度データ）の処理方法は、各社各様であり、未だコンクリート構造物の健全度判定として満足できるだけの技術は見当たらない。
例えば上記の特許文献１には、画像機器としてのハイビジョンカメラ装置と、サーモグラフィ装置の赤外線カメラとを搭載すること（段落番号［００５２］、［００５３］）、そして、コンクリート構造物の内部空洞、表面欠陥などの評価に関しては、電磁波レーダーの出力（検査結果）と、赤外線による温度分布とを重ね合わせることにより評価することが段落番号［００７６］〜［００７９］に記載されている。
【０００５】
また、上記の特許文献２には、赤外線像データと可視像データを取得し、前記２種のデータについて輪郭画像データを求め、求めた二つの輪郭画像データを比較表示して検査する技術が開示されている。
特許文献３には、ヒータで加熱したコンクリート壁表面から放射される赤外線エネルギー量を赤外線カメラで撮像し、撮像した熱画像の温度分布を画像処理装置で解析し、周囲よりも温度が高い部分は剥離、それ以外の部分は正常と判定する技術が記載されている（段落番号００１６）。
特許文献４には、遠赤外線でトンネル内壁を加熱し、直ちに赤外線カメラで冷却過程の温度偏差を測定し、内壁の正常部と空洞部を測定し、剥落の可能性を事前予知する技術が記載されている。
【０００６】
上述したように、従来の技術は、画像機器としてハイビジョンカメラ装置やサーモグラフィ装置の赤外線カメラを使用し、赤外線熱画像データを温度データ等に処理してコンクリート構造物の健全度を判定する内容であることは認められるが、次のような重大な問題点が認められる。
【０００７】
即ち、赤外線法の実施は、日射などによりコンクリート表面の温度が経時的に変化する場合の手法と、トンネルなどのように日射などが見込めない環境条件下で、気温の変化、コンクリート表面の温度の変化が少ない場合に、コンクリート表面へ強制的に熱を付与して、その温度変化を計測して欠陥の有無や特定を行う手法（アクティブ法）とに大別される。ところが後者の所謂アクティブ法では、熱を付与した後にコンクリート表面の温度を撮像するため、熱を付与する以前のコンクリートの状態（汚れや漏水、、結露、表面劣化などの有無）による初期温度の違いが、検査、判定の精度に大きな影響を及ぼすと考えられるところ、いまだ初期温度を考慮した検査、判定の方法は見聞しない。
【０００８】
因みに図１４と図１５は、検査対象のコンクリート構造物の表層部に前者はジャンカ、後者には空洞が欠陥部として存在する模擬欠陥試験体を作成して、アクティブ法による検査を行った結果を示している。検査対象のコンクリート構造物の表層部にジャンカ、空洞などの欠陥部が存在すると、これらの欠陥部は構造的に空気層（欠陥層、空隙層）を包含するが故に、この欠陥部が加熱された場合、前記空気層の存在によって熱の拡散度合いが健全部よりも低くなり、温度が低下しにくい現象が発生する。その結果、図１４，図１５のように、温度分布の最頻度値、中央値等に欠陥部と健全部とにはそれぞれ図表上に固有の差異が現れ、健全度の判定を可能ならしめる。
【０００９】
とはいえ、図１４及び図１５の場合は、欠陥部と健全部の差異点は、大部分の重なりを含んでいるので、専門家が子細に検討、吟味した上での認識、判定になり、うっかりすると見過ごしてしまう危なかしさがある。
【００１０】
本発明の目的は、熱を付与する前のコンクリートの状態（汚れや漏水、結露、表面劣化などの有無）による初期温度の如何を先行して赤外線カメラで撮像し、その後に、加熱したコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を赤外線カメラで撮像し、得られた赤外線熱画像に基づく加熱後の温度分布の集計と、加熱前の初期温度分布の集計とを比較検討することにより、健全部と欠陥部を誰もが明解に識別、判定することができる、コンクリート構造物の赤外線法による健全度判定法と、同方法の実施に使用する健全度判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るコンクリート構造物の赤外線法による健全度判定法は、
コンクリート構造物の表面を加熱し、加熱後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を赤外線カメラで撮像し、その赤外線熱画像から得られた温度分布を集計して、コンクリート構造物の健全部、異常箇所の識別、判定を行う方法において、
先ず加熱前のコンクリート構造物の表面の初期温度を赤外線カメラ４で撮像し、次いで同じコンクリート構造物の表面を加熱し、加熱後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を赤外線カメラ６で撮像し、各々の赤外線熱画像から得られる加熱後の温度分布の集計と、加熱前の初期温度分布の集計とを比較、検討して健全部と欠陥部の識別、判定を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明に係るコンクリート構造物の赤外線法による健全度判定装置は、
一定方向に移動する車体１に、少なくともコンクリート構造物の表面を加熱するヒータ等の加熱手段２と、加熱後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を撮像する赤外線サーモグラフィ装置を搭載して成る、コンクリート構造物の赤外線法による健全度判定装置において、
前記車体１の前記加熱手段２の位置よりも進行方向前側の位置に、加熱前のコンクリート構造物の表面の初期温度を撮像する第１の赤外線カメラ４が設置され、車体１の加熱手段２の位置よりも進行方向後側の位置に、加熱後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を撮像する第２の赤外線カメラ６が前記第１の赤外線カメラと同一画角の配置で設置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載した発明は、請求項２に記載したコンクリート構造物の赤外線法による健全度判定装置において、
第２の赤外線カメラ６と同一の画角で、加熱後のコンクリート構造物の表面を撮像するハイビジョンカメラ８が設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に載した発明に係るコンクリート構造物の赤外線法による健全度判定法によれば、加熱前のコンクリート構造物の表面の初期温度を第１の赤外線カメラ４で撮像しておいて、その温度データ（図２）を、加熱後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を撮像した温度データ（図５）と比較、検討するので、計測対象のコンクリート構造物に生じた、あらゆる環境条件におけるノイズ、具体的にはコンクリート表面の汚れや漏水、結露、表面劣化など、或いは日射などによる経時変化の有無に原因するノイズを除去することが可能であり、浮きや剥離など欠陥部に想定される温度変化を高精度に識別、判定することができる。その結果、アクティブ法による欠陥部、剥離箇所の特定が容易に正確に可能となり、剥落事故などを未然に防止することに大きく寄与する。
【００１５】
また、請求項２に記載した発明に係るコンクリート構造物の赤外線法による健全度判定装置は、上記アクティブ法の実施を機械的に容易に可能ならしめて、広領域にわたるコンクリート構造物における剥離箇所の特定作業を迅速に、正確に行うことができ、剥落事故などの防止に寄与する。
請求項３に記載した発明のようにハイビジョンカメラ８を搭載すると、コンクリート構造物の表面に発生したひび割れその他の表面欠陥の全てを検査することが可能であり、健全度判定の対象をひび割れ等以外の欠陥に絞り込んだ作業として効率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
例えば請求項２に記載した発明のように、一定方向に移動する車体１の加熱手段２の位置よりも進行方向前側の位置に、加熱前のコンクリート構造物の表面の初期温度を撮像する第１の赤外線カメラ４を設置し、車体１の前記加熱手段２の位置よりも進行方向後側の位置には、加熱後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を撮像する第２の赤外線カメラ６を前記第１の赤外線カメラ４と同一画角の配置で設置した健全度判定装置を用い、これを検査対象のコンクリート構造物の表面に沿って一定方向に走行させる。そして、先ず加熱前のコンクリート構造物の表面の初期温度を第１の赤外線カメラ４で撮像し、次いで同じコンクリート構造物の表面を前記加熱手段２で加熱した後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化を第２の赤外線カメラ６で撮像し、各々の赤外線熱画像から得られる加熱後の温度分布の集計と、加熱前の初期温度分布の集計とを比較、検討して健全部と欠陥部の識別、判定を行う。
【実施例】
【００１７】
次に、本発明の実施例を説明する。
図１は、請求項１の発明に係るコンクリート構造物の赤外線法による健全度判定法を実施するための、請求項２の発明に係るコンクリート構造物の赤外線法による健全度判定装置の実施例を示す。
この健全度判定装置１０は、例えば上記の特許文献１（特開２００２−２５７７４４号公報）に開示されて公知であるように、速度制御が可能な自走能力と操舵機構を備えた車輌、又は軌道上を走行する車輌の車体１上の片側面の中央部に、検査対象の例えばトンネルのコンクリート壁面と相対峙する配置で、加熱手段としてのパネル状ヒータ２が設置されている。このパネル状ヒータ２で加熱した直後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を撮像する赤外線サーモグラフィ装置３、その他の必要機器類を全て搭載した、いわゆる赤外線法の計測車輌として構成されている。
【００１８】
とりわけ上記パネル状ヒータ２の位置よりも車輌の進行方向前側の位置に、加熱前のコンクリート構造物の表面の初期温度を撮像する第１の赤外線カメラ４が、機台５上の片側に設置されている。そして、同じ車体１上の前記パネル状ヒータ２の位置よりも車輌の進行方向後側の位置に、加熱直後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を撮像する第２の赤外線カメラ６が、前記第１の赤外線カメラ４と同一画角の配置で機台７上に設置されている。更に、同じ機台７上には、前記第２の赤外線カメラ６と同一画角の配置で、コンクリート構造物の表面に顕在するひび割れをはじめとして、同表面に露出する欠陥を撮影し検査可能にするハイビジョンカメラ８も設置されている。勿論この構成の限りではなく、例えば広角撮像を可能に赤外線カメラ２４、２５を２台一組として設置することも可能である。
【００１９】
したがって、上記パネル状ヒータ２を発熱させて、当該健全度判定装置１０を検査対象のコンクリート構造物の表面に沿って一定の速度で走行させつつ、赤外線サーモグラフィ装置３における前後の赤外線カメラ４、６による撮像を行うことにより、先ずは加熱前のコンクリート構造物の表面の初期温度を第１の赤外線カメラ４で撮像し、次いで同じコンクリート構造物のパネル状ヒータ２で加熱された直後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギ量の変化（温度変化）を第２の赤外線カメラ６で撮像することができる。
【００２０】
上記のようにして、健全度判定装置１０の第１および第２の赤外線カメラ４、６が撮像した赤外線熱画像はそれぞれ、図２に例示したような所謂コンピュータ処理システム１００によって温度データ化され、例えば図３、図６のような温度分布データが得られる。前記コンピュータ処理システム１００は、キーボード、マウスや撮像及び撮影した画像を取り込むインターフェースとから成る入力装置１０１、モニタ、プリンターとから成る出力装置１０２、主にＣＰＵから成る中央演算処理装置１０３、ハードディスクや磁気ディスク等の書き込み可能な記憶媒体および駆動ディバイスで成る記憶装置１０４とから構成されている。
したがって、コンピュータ処理システム１００とは所謂スタンドアロン形式のパーソナルコンピュータであり、カスタムメイドのコンピュータのみならず、一般的なパーソナルコンピュータや汎用コンピュータが好適に用いられる。
【００２１】
前記中央演算処理装置１０３は、取り込んだ赤外線画像をキャプチャリングしたり、温度データへ変換する等の作業を司る画像処理部と、温度分布の温度データ等の演算を司る演算処理部と、演算されたそれぞれのデータを比較して健全度を判定する比較・判定部とから構成されている。前記記憶装置１０４は、撮像及び撮影された全ての動画データ、キャプチャリングされた全ての静止画像データ、温度分布データ、温度データ等々のデータを記録格納する。
また、図２Ｂには、請求項１に記載した発明に係る赤外線法による健全度判定法を実施する処理フローを示している。以下、処理フローに沿って処理内容を説明する。
ステップＡ〜Ｃは、健全度判定に必要なコンクリート構造物のデータを取得するものであり、健全度判定装置１０が一回の走行で行うステップ内容である。
ステップＡでは、図２に示した健全度判定装置１０の走行にしたがって、その第１の赤外線カメラ４、４がコンクリート構造物の表面の初期温度を撮像する。
直ちにステップＢにおいて、健全度判定装置１０の中間位置に搭載されているパネル状ヒータ２によりコンクリート構造物の表面を加熱する。
続いて、ステップＣにおいて、前記健全度判定装置１０の第２の赤外線カメラ６、６で加熱後のコンクリート構造物の表面から放射される赤外線エネルギー量の変化を撮像する。
【００２２】
ステップＤは、前記ステップＡ〜Ｃで撮像した赤外線熱画像の分析・集計を中央演算処理装置１０３の画像処理部で行う。以下、図３〜図７を参照して具体的に説明する。
図３は要するに赤外線熱画像を一例として撮影対象を５０ｃｍ角の大きさに区画したマス毎の温度分布を求めたものである。この図３の温度分布データは、更なるコンピュータ処理により、温度の分布個数を集計して、図４のような温度分布集計表に作成される。図４は要するに、図３の温度分布データの中で、温度１９℃のマスは１１個、温度２０℃のマスは５個というような集計が行われている。
図４の集計表は、更に図５の温度分布グラフに作成することができる。このグラフによれば、加熱前の温度分布最頻度は１９℃であることが一目瞭然である。
【００２３】
第２の赤外線カメラ６が撮像した赤外線熱画像についても、同様のコンピュータ処理によって、例えば図６のような温度分布データが得られる。図６も要するに、赤外線熱画像を例えば５０ｃｍの大きさに区画したマス毎の温度分布を求めたものである。図６の温度分布データは、更なるコンピュータ処理により、温度の分布個数を集計して、図７のような温度分布集計表に作成される。図７は要するに、図６の中で、温度１９℃のマスは１個、温度２１℃のマスは５個、温度２２℃のマスは７個、温度２３℃のマスは６個というような集計を行った結果である。この図７の集計表は、更に図８の温度分布グラフに作成することができる。図８によれば、加熱後の温度分布最頻度は２２℃であることが一目瞭然である。
【００２４】
次にステップＥにおいて、加熱前後の温度データの比較・検討を前記中央演算処理装置１０３の比較・検討部によって行う。本発明における温度データ処理の真髄は、検査対象のコンクリート構造物の表面の同一箇所を撮像した上記図３及び図６の温度分布データに基づき、それぞれの対応する各マス毎に、図６の加熱後温度から図３の初期温度を差し引く比較、検討の処理を、やはりコンピュータ処理として行う点にある。以下にその具体的説明を図面に基づいて行う。
図９は、図３及び図６の対応する各マス毎に、加熱後温度から初期温度を差し引いた温度データ分布を示している。これは例えば図３と図６の左上隅のマスについて説明すると、図６の加熱後温度は２０℃、図３の初期温度は１９℃であるから、差し引き後の温度は１℃という具合である。図９の温度分布データは、更なるコンピュータ処理により温度分布個数を集計して、図１０のような温度分布集計表に作成される。更に図１１のような温度分布グラフが作成されることは上述の通りである。
【００２５】
既に解決課題の項（段落番号０００８）において説明したように、検査対象のコンクリート構造物の表層部にジャンカ、空洞などの欠陥部が存在すると、これらの欠陥部は構造的に空気層（欠陥層、空隙層）を包含する。その故に、これらの欠陥部が加熱された場合には、前記空気層が存在するが故に熱の拡散度合いが健全部よりも低く、温度が低下しにくい現象が発生する。つまり、欠陥部と健全部の温度分布の差異（例えば図９の比較温度分布データの数字）は大きく顕著となる。
その結果、図１４に対応する図１２に、欠陥部が「ジャンカ」である場合に、本発明の上記健全度判定法で処理した結果を示したように、温度が下がり易い「健全部」に比較して、温度が低下しにくい「欠陥部＝ジャンカ」を表す最頻度値、中央値等は集中、上昇して現れると共に、温度差を伴って右より（高温側）に現れるので、誰もが一見してこの欠陥部の存在を認識、判定することができる（図１４との相違を参照）。
【００２６】
全く同様に、図１５に対応する図１３に、欠陥部が「内部空洞」である場合に、本発明の上記健全度判定法で処理した結果を示したように、温度が下がり易い「健全部」に比較して、温度が低下しにくい「欠陥部＝内部空洞」を表す最頻度値、中央値等はやはり明解な温度差を伴って右より（高温側）に現れるので、誰もが一見してこの欠陥部の存在を認識、判定することができるのである（図１５との相違を参照）。
そしてステップＦにおいて、ステップＥでなされた健全度判定の結果を検査員が目視可能に可視化され出力装置１０２のモニタ又はプリンター等により出力される。可視化の形態としては、例えば図３、図６の説明で上述した５０ｃｍの大きさに区画したマス毎の温度分布毎に判定結果を表示させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】健全度判定装置の構成を概念を示した図である。
【図２】Ａは、本発明を実施するシステムの全体を示した概要図である。Ｂは本発明の赤外線法による健全度判定法の処理流れ図である。
【図３】加熱前の初期温度データの一例を示す図である。
【図４】図３の温度データの温度分布集計表を示した図である。
【図５】図４に示した温度分布集計表をグラフ化した図である。
【図６】加熱後の温度データの一例を示した図である。
【図７】図６に示した温度データの温度分布集計表を示した図である。
【図８】図７に示した温度分布集計表をグラフ化した図である。
【図９】加熱後の温度から加熱前の温度を差し引いた温度データを示した図である。
【図１０】図９に示した温度データの温度分布集計表を示した図である。
【図１１】図１０に示した温度分布集計表をグラフ化した図である。
【図１２】加熱後から加熱前の温度データを差し引いたジャンカの場合の、健全部および欠陥部を示すグラフである。
【図１３】加熱後から加熱前の温度データを差し引いた内部空洞の場合の、健全部および欠陥部を示すグラフである。
【図１４】加熱後の温度データでジャンカの場合の、健全部および欠陥部を示すグラフである。
【図１５】加熱後の温度データで内部空洞の場合の、健全部および欠陥部を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
２          パネル状ヒータ
４、６      赤外線カメラ
８          ハイビジョンカメラ      
【図１】
2005172664.tif 000003
【図２】
2005172664.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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