(57)【要約】      （修正有）【課題】分析に要する時間がわずかで、効率的に広範囲の構造物表面の検査が可能な検査装置及びそれを用いた検査方法を提供する。【解決手段】検査装置は、所定位置を所定周波数で打突する打突振動子１００と、検査面の第１位置における物理量を検知する第１レーザードップラー速度計２０１と、前記検査面の第２位置における物理量を検知する第２レーザードップラー速度計２０２と、前記第１レーザードップラー速度計２０１によって検知された物理量に対し、表面波の大きさと関連する第１物理量を抽出する第１フィルタ手段と、前記第２レーザードップラー速度計２０２によって検知された物理量に対し、表面波の大きさと関連する第２物理量を抽出する第２フィルタ手段と、第１物理量と、第２物理量との比を算出する算出手段と、算出された比を、前記打突振動子１００による打突位置と対応させて表示する表示手段と、を有する。【選択図】図１
2012237561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査面における所定位置を所定周波数で打突する打突振動子と、
前記検査面の第１位置における前記検査面の振動に係る物理量を検知する第１レーザードップラー速度計と、
前記検査面の第２位置における前記検査面の振動に係る物理量を検知する第２レーザードップラー速度計と、
前記第１レーザードップラー速度計によって検知された前記検査面の振動に係る物理量に対し、前記打突振動子による打突位置と前記第１位置との間の距離に応じた補正を行い、第１補正物理量を得る第１補正手段と、
前記第２レーザードップラー速度計によって検知された前記検査面の振動に係る物理量に対し、前記打突振動子による打突位置と前記第２位置との間の距離に応じた補正を行い、第２補正物理量を得る第２補正手段と、
前記第１補正手段によって得られた前記第１補正物理量から、表面波の大きさと関連する第１物理量を抽出する第１フィルタ手段と、
前記第２レーザードップラー速度計によって検知された前第２補正物理量から、表面波の大きさと関連する第２物理量を抽出する第２フィルタ手段と、
前記第１フィルタ手段によって抽出された第１物理量と、前記第２フィルタ手段によって抽出された第２物理量との比を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された比を、前記打突振動子による打突位置と対応させて表示する表示手段と、を有することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記第１フィルタ手段によって抽出された第１物理量と、前記第２フィルタ手段によって抽出された第２物理量から、ひび割れ深さを特定するひび割れ深さ特定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記第１フィルタ手段によって抽出された第１物理量と、前記第２フィルタ手段によって抽出された第２物理量から、ひび割れ位置を特定するひび割れ位置特定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項４】
検査面における所定位置を所定周波数で打突する打突振動子と、
前記検査面の振動に係る物理量を検知する複数のレーザードップラー速度計と、
前記複数のレーザードップラー速度計によって検知された前記検査面の振動に係る物理量に対し、前記打突振動子による打突位置と前記複数のレーザードップラー速度計それぞれの固定位置との間の距離に応じた補正を行い、複数の補正物理量を得る補正手段と、
前記補正手段によって得られた前記複数の補正物理量から、表面波の大きさと関連する複数の物理量を抽出するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段によって抽出された前記複数の物理量のうちの任意の２つの物理量の比を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された比を、前記打突振動子による打突位置と対応させて表示する表示手段と、を有することを特徴とする検査装置。
【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におけるひび割れ深さ及び位置を検査するために用いられる検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート構造物は、コンクリートの性質上その表面に微細なひび割れが生じやすいが、このひび割れが進展し鉄筋に到達すると、鉄筋が腐食する原因となり、構造物の耐久性や構造物の安全性に影響を及ぼすこととなる。
【０００３】
そこで、鉄筋コンクリート構造物においては、維持管理のための定期検査や地震後の健全性評価で、目視による観察やひび割れ幅の調査を行っている。ところで、このような調査は人手によるものであり労力及び時間を要するものであるので、これをより効率的に行うために、鉄筋コンクリート構造物の内部状況を検査・把握するための検査装置が種々提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１（特開２００３−３５７０３号公報）には、コンクリート構造物の測定面に配置されたダンパと、このダンパを介して前記測定面の振動を電気信号に変換する振動検出器とを備え、前記振動に含まれるほぼ５キロヘルツ以下の周波数の振動成分を前記ダンパを介して前記振動検出器により検出し、その検出出力に基づいてコンクリート構造物の内部を非破壊検査することを特徴とするコンクリート構造物の非破壊検査装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３５７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の検査装置におけるコンクリート構造物の検査では、縦弾性波の減衰をセンシングする方法が採用されているが、このような方法に基づくものでは、コンクリート構造物中のひび割れによる減衰が大きく、ひび割れの近傍で測定を実施する必要があると共に、測定と分析にかなりの時間を要することから、適用範囲が限定されてしまう、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、検査面における所定位置を所定周波数で打突する打突振動子と、前記検査面の第１位置における前記検査面の振動に係る物理量を検知する第１レーザードップラー速度計と、前記検査面の第２位置における前記検査面の振動に係る物理量を検知する第２レーザードップラー速度計と、前記第１レーザードップラー速度計によって検知された前記検査面の振動に係る物理量に対し、前記打突振動子による打突位置と前記第１位置との間の距離に応じた補正を行い、第１補正物理量を得る第１補正手段と、前記第２レーザードップラー速度計によって検知された前記検査面の振動に係る物理量に対し、前記打突振動子による打突位置と前記第２位置との間の距離に応じた補正を行い、第２補正物理量を得る第２補正手段と、前記第１補正手段によって得られた前記第１補正物理量から、表面波の大きさと関連する第１物理量を抽出する第１フィルタ手段と、前記第２レーザードップラー速度計によって検知された前第２補正物理量から、表面波の大きさと関連する第２物理量を抽出する第２フィルタ手段と、前記第１フィルタ手段によって抽出された第１物理量と、前記第２フィルタ手段によって抽出された第２物理量との比を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された比を、前記打突振動子による打突位置と対応させて表示する表示手段と、を有す
ることを特徴とする検査装置である。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の検査装置において、前記第１フィルタ手段によって抽出された第１物理量と、前記第２フィルタ手段によって抽出された第２物理量から、ひび割れ深さを特定するひび割れ深さ特定手段を有することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の検査装置において、前記第１フィルタ手段によって抽出された第１物理量と、前記第２フィルタ手段によって抽出された第２物理量から、ひび割れ位置を特定するひび割れ位置特定手段を有することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明は、検査面における所定位置を所定周波数で打突する打突振動子と、前記検査面の振動に係る物理量を検知する複数のレーザードップラー速度計と、前記複数のレーザードップラー速度計によって検知された前記検査面の振動に係る物理量に対し、前記打突振動子による打突位置と前記複数のレーザードップラー速度計それぞれの固定位置との間の距離に応じた補正を行い、複数の補正物理量を得る補正手段と、前記補正手段によって得られた前記複数の補正物理量から、表面波の大きさと関連する複数の物理量を抽出するフィルタ手段と、前記フィルタ手段によって抽出された前記複数の物理量のうちの任意の２つの物理量の比を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された比を、前記打突振動子による打突位置と対応させて表示する表示手段と、を有することを特徴とする検査装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る検査装置によれば、予め所定位置を測定する複数のレーザードップラー速度計から取得した、表面波の大きさと関連する物理量の比（又は対数表示の場合は差分）に基づいて、検査対象領域におけるひび割れに関する情報を推定することが可能となる。本発明に係る検査装置によれば、ひび割れの近傍で検査を実施する必要はなく、また、分析に要する時間もわずかであり、効率的に広範囲の構造物表面を検査することが可能となる。そして、このような本発明に係る検査装置によれば、合理的な補修計画を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る検査装置１０の概要を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る検査装置１０におけるデータ処理の流れの概略を示す図である。
【図３】マッピングを得るための検査対象領域のデータ取得例を示す図である。
【図４】第１レーザードップラー速度計、第２レーザードップラー速度計で取得され補正された検出振動波形を略式的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る検査装置１０の測定原理の概略を説明する図である。
【図６】表面波の垂直分布の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る検査装置の概要を模式的に示す図である。図１において、１はコンクリート構造物、１０は検査装置、１００は打突振動子、２０１は第１レーザードップラー速度計、２０２は第２レーザードップラー速度計、３００はパーソナルコンピュータをそれぞれ示している。また、１は検査装置１０の検査対象となるコンクリート構造物を示している。
【００１３】
本発明の実施形態に係る検査装置１０は、概略、コンクリート構造物１における検査対象領域（斜線部）の２つの端部位置に固定される第１レーザードップラー速度計２０１及
び第２レーザードップラー速度計２０２、コンクリート構造物１の表面部を打突する打突振動子１００及び、第１レーザードップラー速度計２０１及び第２レーザードップラー速度計２０２で取得されたデータを処理するパーソナルコンピュータ３００から構成されている。
【００１４】
打突振動子１００は、検査対象であるコンクリート構造物１の表面を打突部本体（打突子）によって所定の周波数（振動数）で打突するものである。本実施形態に係る検査装置１０では、打突部本体を１１ｋＨｚで振動させて、コンクリート構造物１表面を打突するようにしたが、検査対象のコンクリート構造物１の特性や対象とするひび割れ深さに応じて、打突部本体の振動周波数は適宜変更することが好ましい。本実施形態に係る検査装置１０においては、打突振動子１００による打突位置、打突の振動周波数については適当な方法でパーソナルコンピュータ３００にも入力される構成とされる。
【００１５】
第１レーザードップラー速度計２０１及び第２レーザードップラー速度計２０２で測定したい物理量は、第一に検査対象であるコンクリート構造物における所定位置での振動の振幅である。レーザードップラー速度計は速度を検出する装置であるが、所定位置での速度を時間積分することで変位すなわち振幅を算出することができる。逆にいえば、測定する物理量としては、速度または加速度であってもよい。ここでは、第１レーザードップラー速度計２０１はコンクリート構造物における第１位置の振動の速度を検出し、第２レーザードップラー速度計２０２はコンクリート構造物における第１位置の振動の速度を検出する。
【００１６】
第１レーザードップラー速度計２０１は所定の位置に配置され、第１位置におけるコンクリート構造物１の振動に係る物理量として速度を検知する。同様に、第２レーザードップラー速度計２０２は所定の位置に配置され、コンクリート構造物１の表面（検査面）の振動に係る物理量として速度を検知する。
【００１７】
また、第１レーザードップラー速度計２０１や第２レーザードップラー速度計２０２などの本実施形態に係る検査装置１０で用いられるレーザードップラー速度計には、検知した振動に係る物理量データをパーソナルコンピュータ３００に送信可能なデータ出力部が設けられている。
【００１８】
パーソナルコンピュータ３００は現在普及している一般的なものを用いることができるが、本実施形態においては、少なくとも第１レーザードップラー速度計２０１及び第２レーザードップラー速度計２０２から送信される振動に係る物理量データを受信可能なインターフェイス手段を有するパーソナルコンピュータ３００が用いられる。
【００１９】
また、第１レーザードップラー速度計２０１及び第２レーザードップラー速度計２０２は、それぞれ３次元雲台２１０の上に設置されている。この３次元雲台２１０は、３次元雲台２１０上に設置されているレーザードップラー速度計を、検査対象であるコンクリート構造物１の所定位置に照準させることができるようになっている。また、この３次元雲台２１０は、パーソナルコンピュータ３００に通信可能に接続されており、レーザードップラー速度計がコンクリート構造物１のどの位置に照準を合わせているかに係るデータを送信することができるようになっている。また、３次元雲台２１０は、パーソナルコンピュータ３００から制御信号により、レーザードップラー速度計の照準位置を制御することができるようになっている。
【００２０】
また、パーソナルコンピュータ３００には、第１レーザードップラー速度計２０１及び第２レーザードップラー速度計２０２から取得された振動に係る物理量データをデータ処理することためのＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワ
ークエリアであるＲＡＭなど基本的な情報処理機構を有している。また、パーソナルコンピュータ３００は、データ処理を行った結果を表示することが可能なディスプレイなどの表示手段を備えてなるものである。
【００２１】
以上のように構成される本実施形態に係る検査装置１０による検査手順としては、検査対象領域における所定の位置に打突振動子１００を配置し、打突振動子１００により当該位置を打突して振動を発生させて、この振動を第１レーザードップラー速度計２０１及び第２レーザードップラー速度計２０２によって取得する。次に、例えば、第２レーザードップラー速度計２０２によって取得する検査対象の位置をずらして、同様に、第１レーザードップラー速度計２０１及び第２レーザードップラー速度計２０２によって取得する。これを順次繰り返して、検査対象であるコンクリート構造物１に係るマッピングデータを得るようにする。
【００２２】
次に、以上のように構成される本実施形態に係る検査装置１０におけるデータ処理について説明する。図２は本発明の実施形態に係る検査装置１０におけるデータ処理の流れの概略を示す図である。
【００２３】
図２において、ステップＳ１００でデータ処理が開始されると、続いてステップＳ１０１で、第１レーザードップラー速度計２０１によりコンクリート構造物１表面の振動に係る物理量を取得する。次のステップＳ１０２においては、打突振動子１００による打突位置と第１レーザードップラー速度計２０１との間の距離ｒ1に応じた補正を行い、第１補
正物理量を取得する。ここで、ステップＳ１０２における補正は打突振動子１００による打突位置から第１レーザードップラー速度計２０１が固定されている第１位置までに、振動に係る物理量が伝達する間に、距離によって当該物理量が減衰する分を補う補正である。すなわち、打突位置と第１位置との間の距離に基づく距離減衰分が補正された物理量が、第１補正物理量である。ステップＳ１０３においては、第１補正物理量から表面波に係る第１物理量（Ａ１）抽出する処理を実行する。
【００２４】
ステップＳ１０４においては、第２レーザードップラー速度計２０２によりコンクリート構造物１表面の振動に係る物理量を取得する。次のステップＳ１０５においては、打突振動子１００による打突位置と第２レーザードップラー速度計２０２との間の距離ｒ2に
応じた補正を行い、第２補正物理量を取得する。先ほどと同様に、ステップＳ１０５における補正は打突振動子１００による打突位置から第２レーザードップラー速度計２０２が固定されている第２位置までに、振動に係る物理量が伝達する間に、距離によって当該物理量が減衰する分を補う補正である。すなわち、打突位置と第２位置との間の距離に基づく距離減衰分が補正された物理量が、第２補正物理量である。ステップＳ１０６においては、第２補正物理量から表面波に係る第２物理量（Ａ２）抽出する処理を実行する。
【００２５】
ステップＳ１０７においては、（第２物理量Ａ２）／（第１物理量Ａ１）を算出する。なお、本実施形態においては、第２物理量を第１物理量によって除するような算出を行ったが、第１物理量を第２物理量によって除するような算出を行うように定義することもできる。また、速度を対数表示した場合は差分をとればよい。
【００２６】
ステップＳ１０８においては、打突位置に応じたステップＳ１０７による算出値をマッピングする。ここで、検査対象であるコンクリート構造物１に係るマッピングデータを得るためのデータ取得例について説明する。図３はコンクリート構造物１におけるマッピングを得るための検査対象領域のデータ取得例を示す図である。図３の例では、第１レーザードップラー速度計２０１で取得する物理量はひとつのポイントとし、第２レーザードップラー速度計２０２で取得する物理量は図示するような複数の格子点とした場合を示すものである。すなわち、図３の例では、第１レーザードップラー速度計２０１で取得するポ
イントは固定しておき、第２レーザードップラー速度計２０２で取得するポイントは順次ずらしていき、スキャンするようにしている。
【００２７】
なお、図３の例では、第１レーザードップラー速度計２０１で取得するポイントを固定し、第２レーザードップラー速度計２０２で取得するポイントを移動するようにしているが、これに限らず、第１レーザードップラー速度計２０１で取得するポイントを移動し、第２レーザードップラー速度計２０２で取得するポイントを固定するようにしてもよいし、  第１レーザードップラー速度計２０１で取得するポイント、及び第２レーザードップラー速度計２０２で取得するポイントの双方を移動するようにしてもよい。
【００２８】
ステップＳ１０９では、予め決められた検査対象領域の全てについて、マッビングが済んだか否かが判定される。ステップＳ１０９における判定がＮＯであるときには、ステップＳ１１０に進み、第２レーザードップラー速度計２０２で取得するポイントを移動して、次の移動先の物理量を取得するループに戻る。
【００２９】
一方、ステップＳ１０９における判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１１１に進み、マップに基づき, 検査対象領域の全てのマッビング結果を表示する。また、このステップＳ１１１においては、マップに基づきひび割れ深さ及び位置を特定する。ステップＳ１１１に続く、ステップＳ１１２で、処理を終了する。
【００３０】
ステップＳ１１１において、マップに基づき,ひび割れ深さ及び位置を特定するが、本
発明に係る検査装置においては、ひび割れ深さ及び位置を特定する方法については、例えば、呉佳曄・堤知明・江川顕一郎「表面波を用いたひび割れ深さの新しい測定技術」，ＪＳＤＮＩシンポジウム「コンクリート構造物の非破壊検査への期待」論文集，ｐｐ．２４３−２５２，２００３などに開示されている方法を適宜採用することができる。ステップＳ１１１は、特許請求の範囲において、ひび割れ深さ特定手段、及び、ひび割れ位置特定手段として現されるものである。
【００３１】
ここで、ステップＳ１０３における第１物理量（Ａ１）を抽出する処理、ステップＳ１０６における第２補正物理量（Ａ２）を抽出する処理についてより詳しく説明する。図４は第１レーザードップラー速度計２０１（図４（Ａ））及び第２レーザードップラー速度計２０２（図４（Ｂ））で取得された物理量に対して、ステップＳ１０２、Ｓ１０５で距離減衰補正を行った振動波形を略式的に示す図である。
【００３２】
図４において、振幅が小さい方の波形は第１レーザードップラー速度計２０１で検出されるＰ波（縦波成分）であり、振幅の大きい方の波形は第１レーザードップラー速度計２０１で検出される表面波（成分）である。打突振動子１００と第１レーザードップラー速度計２０１との間の距離ｒ1は既知であり、なおかつ打突振動子１００がコンクリート構
造物１表面を打突する周波数、打突振動子１００が打突を開始する時刻ｔ1はコントロー
ルされたものであるので、第１レーザードップラー速度計２０１にＰ波が到達する時刻ｔ2、及び、第１レーザードップラー速度計２０１に表面波が到達する時刻ｔ3の概略についてはある程度予想することができる。
【００３３】
そこで、本発明の実施形態に係る検査装置１０においては、第１レーザードップラー速度計２０１に時刻ｔ2前後に到達する振幅の小さい波についてはデータとして取得せず、
第１レーザードップラー速度計２０１に時刻ｔ3前後に到達する振幅の大きい波の振幅デ
ータを、表面波の大きさと関連する物理量として抽出するようにされている。より具体的には、図４に示す振幅の大きい波の最初の振幅Ａ1を、第１レーザードップラー速度計２
０１での測定から抽出される第１物理量Ａ1として取得する。本実施形態に係る検査装置
１０が、このような物理量を抽出する工程については、フィルタ工程と称することとする
。
【００３４】
同様に、打突振動子１００と第２レーザードップラー速度計２０２との間の距離ｒ2は
既知であり、なおかつ打突振動子１００がコンクリート構造物１表面を打突する周波数、打突振動子１００が打突を開始する時刻は制御可能であるので、本実施形態に係る検査装置１０においては、第２レーザードップラー速度計２０２に時刻ｔ4前後に到達する振幅
の小さい波についてはデータとして取得せず、第２レーザードップラー速度計２０２に時刻ｔ5前後に到達する振幅の大きい波の振幅データを、第２レーザードップラー速度計２
０２における表面波の大きさと関連する第２物理量Ａ2として取得する。
【００３５】
本発明に係る検査装置１０によれば、複数のレーザードップラー速度計から取得した、表面波の大きさと関連する物理量の比（又は対数表示の場合は差分）に基づいて、検査対象領域におけるひび割れに関する情報を推定することが可能となる。本発明に係る検査装置１０によれば、ひび割れの近傍で検査を実施する必要はなく、また、分析に要する時間もわずかであり、効率的に広範囲の構造物表面を検査することが可能となる。そして、このような本発明に係る検査装置１０によれば、合理的な補修計画を行うことができる。
【００３６】
次に、本発明の実施形態に係る検査装置１０が用いる測定原理について説明する。図５は本発明の実施形態に係る検査装置１０の測定原理の概略を説明する図であり、図６は表面波の垂直分布の概略を示す図である。以下に説明する測定原理においては、ひび割れによる表面波のエネルギーの減衰について論じている。
【００３７】
ひび割れ（スリット）による表面波の減衰量は、スリットによって伝搬を阻害された表面波のエネルギーが減衰するとして理論化することができる。上下方向の振幅を持つ表面波の振幅分布は、図６のようになるとされている。
このときの分布式は
【００３８】
【数１】
2012237561.tif 000003
（１）
として現すことができる。
【００３９】
ここで、λは入力波動の波長、Ｄはひび割れ（スリット）の深さである。係数Ａはスリット深さが波長と等しいとき、振幅が１／４になると仮定すると、Ａ＝−１．３８６３となる。
【００４０】
【数２】
2012237561.tif 000004
（２）
【００４１】
【数３】
2012237561.tif 000005
（３）
スリット深さがＤの時、その深さまでに分布するエネルギー量は、
【００４２】
【数４】
2012237561.tif 000006
（４）
である。なお、全エネルギーは、Ｄ→∞とすれば良いので、Ｅo＝−λ／２Ａである。減
衰量の比率は、
【００４３】
【数５】
2012237561.tif 000007
（５）
となる。
スリット通過後は、このエネルギーで再び表面波として振幅分布する。すなわち、
【００４４】
【数６】
2012237561.tif 000008
（６）
これから、ひび割れ（スリット）深さＤの時、測定した振動の減衰量（ｄＢ）は、
【００４５】
【数７】
2012237561.tif 000009
（７）
となる。なおｕは、ひび割れ（スリット）に関係なく上下方向振動成分を持つ表面波の深さＤでの振幅である。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・コンクリート構造物
１０・・・検査装置
１００・・・打突振動子
１１０・・・位置情報発信機能付き打突振動子
２０１・・・第１レーザードップラー速度計
２０２・・・第２レーザードップラー速度計
２１０・・・３次元雲台
３００・・・パーソナルコンピュータ
【図１】
2012237561.tif 000010
【図２】
2012237561.tif 000011
【図３】
2012237561.tif 000012
【図４】
2012237561.tif 000013
【図５】
2012237561.tif 000014
【図６】
2012237561.tif 000015