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技術 変状検出装置及び変状検出プログラム

出願人 公益財団法人鉄道総合技術研究所倉敷紡績株式会社
発明者 箕浦慎太郎徳永宗正渡辺勉上半文昭永井亮二村孝房
出願日 2016年7月28日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2016-148475
公開日 2018年2月1日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2018-017620
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による測長装置 光学的手段による材料の調査の特殊な応用
主要キーワード 相対変位差 測定用ロッド 相関位相 ランダム模様 相関関係情報 コンター図 路盤内 等値線
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年2月1日)のものです。
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図面 (20)

課題

検出対象物の変状の発生状況について効率的かつ定量的に評価することができる変状検出装置及び変状検出プログラムを提供する。

解決手段

変状の発生が予測される橋桁の表面に、格子模様5Aが形成される。格子模様5Aが存在する検出対象領域A0の撮影画像に基づいて、変状発生前後の検出対象領域A0内の変位サンプリングモアレ法によって演算する。検出対象領域A0の撮影画像を複数の領域A11〜AMNに撮影画像分割部が分割し、複数の領域A11〜AMN毎の相対変位を相対変位演算部が演算する。複数の領域A11〜AMN間の相対変位の差を相対変位差演算部が演算し、この相対変位の差がしきい値を超えるときには複数の領域A11〜AMN間で変状が発生していると変状検出部が検出する。相対変位の差をひび割れの幅とみなして、このひび割れの幅に応じたコンター図可視化画像生成部が生成する。

概要

背景

コンクリート構造物に発生するひずみやひび割れは、当該構造物が受けた荷重履歴耐久性を評価する直接的な指標となるため、その状態あるいは発生するまでの予兆を正確に把握することは、コンクリート構造物の維持管理において非常に重要である。特に鉄道構造物では、列車高速走行によって発生する比較的高周波微細なひずみやひび割れを高精度に計測する手法が求められている。ひび割れの位置及び幅の検査は、現状では主に目視若しくは接触型センサを取り付けて行っている。

従来の路盤内蓄積ひずみの計測方法は、計測箇所アスファルトコンクリート層を除去して路盤露出させ、この路盤に所定の間隔をあけて一対の測定用ロッド打ち込み、この一対の測定用ロッドの突出部にパイ変位計を取り付けている(例えば、特許文献1参照)。このような従来の路盤内の蓄積ひずみの計測方法では、パイ型変位計をデータレコーダに接続し、変位初期値を記録して計測を開始し、計測した変位を測定長で除すことによってひずみを計測し、路盤のひび割れなどの変状を予測している。

従来の物体変位測定方法は、物体の表面に貼り付けた格子状パターンの力を加える前と後のそれぞれの所定領域を光学式カメラ撮影する工程と、この光学式カメラの撮影画像に基づいてサンプリングモアレ法によってモアレ縞位相分布演算する工程と、この位相分布に基づいて物体のひずみ又は応力分布を演算する工程などを含む(例えば、特許文献2参照)。このような従来の物体の変位測定方法では、撮影画像に対して等間隔の画素毎のサンプリングを起点の画素を変えながら3回以上実行し、このサンプリング処理によって得られた間引き画像補完処理することによってモアレ縞を生成し、位相シフト法によって得られるモアレ縞の位相分布を演算している。

概要

検出対象物の変状の発生状況について効率的かつ定量的に評価することができる変状検出装置及び変状検出プログラムを提供する。変状の発生が予測される橋桁の表面に、格子模様5Aが形成される。格子模様5Aが存在する検出対象領域A0の撮影画像に基づいて、変状発生前後の検出対象領域A0内の変位をサンプリングモアレ法によって演算する。検出対象領域A0の撮影画像を複数の領域A11〜AMNに撮影画像分割部が分割し、複数の領域A11〜AMN毎の相対変位を相対変位演算部が演算する。複数の領域A11〜AMN間の相対変位の差を相対変位差演算部が演算し、この相対変位の差がしきい値を超えるときには複数の領域A11〜AMN間で変状が発生していると変状検出部が検出する。相対変位の差をひび割れの幅とみなして、このひび割れの幅に応じたコンター可視化画像生成部が生成する。

目的

この発明の課題は、検出対象物の変状の発生状況について効率的かつ定量的に評価することができる変状検出装置及び変状検出プログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

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請求項1

検出対象物の表面に形成された特徴的な模様変位を測定することによって、この検出対象物に発生する変状を検出する変状検出装置であって、前記特徴的な模様の撮影画像を複数の領域に分割する撮影画像分割部と、前記複数の領域の相対変位演算する相対変位演算部と、前記相変位演算部の演算結果に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出する変状検出部と、を備える変状検出装置。

請求項2

請求項1に記載の変状検出装置において、前記相対変位演算部の演算結果に基づいて、隣り合う前記領域間の相対変位の差を演算する相対変位差演算部を備え、前記変状検出部は、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出すること、を特徴とする変状検出装置。

請求項3

請求項2に記載の変状検出装置において、前記撮影画像分割部は、前記相対変位差演算部の演算結果に基づいて、前記複数の領域をさらに細かい領域に再分割し、前記相対変位差演算部は、再分割後の前記複数の領域間の相対変位の差を演算し、前記変状検出部は、再分割後の前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出すること、を特徴とする変状検出装置。

請求項4

請求項2又は請求項3に記載の変状検出装置において、前記変状検出部は、前記相対変位の差がしきい値を超えるときには前記検出対象物にひび割れが発生していると判定し、前記相対変位の差がしきい値以下であるときには前記検出対象物にひび割れが発生していないと判定すること、を特徴とする変状検出装置。

請求項5

請求項2から請求項4までのいずれか1項に記載の変状検出装置において、前記変状検出部は、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生するひび割れの幅を検出すること、を特徴とする変状検出装置。

請求項6

請求項2から請求項5までのいずれか1項に記載の変状検出装置において、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に作用する荷重推定する荷重推定部を備えること、を特徴とする変状検出装置。

請求項7

請求項2から請求項6までのいずれか1項に記載の変状検出装置において、前記相対変位の差を可視化して表示するための可視化画像を生成する可視化画像生成部を備えること、を特徴とする変状検出装置。

請求項8

請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の変状検出装置において、前記変状検出部は、前記検出対象物の振動を検出する振動検出装置の検出結果に基づいて、この検出対象物に発生する変状を検出すること、を特徴とする変状検出装置。

請求項9

検出対象物の表面に形成された特徴的な模様の変位を測定することによって、この検出対象物に発生する変状を検出するための変状検出プログラムであって、前記特徴的な模様の撮影画像を複数の領域に分割する撮影画像分割手順と、前記複数の領域の相対変位を演算する相対変位演算手順と、前記相対変位演算手順における演算結果に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出する変状検出手順と、をコンピュータに実行させる変状検出プログラム。

請求項10

請求項9に記載の変状検出プログラムにおいて、前記相対変位演算手順における演算結果に基づいて、隣り合う前記領域間の相対変位の差を演算する相対変位差演算手順を含み、前記変状検出手順は、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出する手順を含むこと、を特徴とする変状検出プログラム。

請求項11

請求項9又は請求項10に記載の変状検出プログラムにおいて、前記撮影画像分割手順は、前記相対変位差演算手順における演算結果に基づいて、前記複数の領域をさらに細かい領域に再分割する手順を含み、前記相対変位差演算手順は、再分割後の前記複数の領域間の相対変位の差を演算する手順を含み、前記変状検出手順は、再分割後の前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出する手順を含むこと、を特徴とする変状検出プログラム。

請求項12

請求項10又は請求項11に記載の変状検出プログラムにおいて、前記変状検出手順は、前記相対変位の差がしきい値を超えるときには前記検出対象物にひび割れが発生していると判定し、前記相対変位の差がしきい値以下であるときには前記検出対象物にひび割れが発生していないと判定する手順を含むこと、を特徴とする変状検出プログラム。

請求項13

請求項10から請求項13までのいずれか1項に記載の変状検出プログラムにおいて、前記変状検出手順は、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生するひび割れの幅を検出する手順を含むこと、を特徴とする変状検出プログラム。

請求項14

請求項10から請求項13までのいずれか1項に記載の変状検出プログラムにおいて、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に作用する荷重を推定する荷重推定手順を含むこと、を特徴とする変状検出プログラム。

請求項15

請求項10から請求項14までのいずれか1項に記載の変状検出プログラムにおいて、前記相対変位の差を可視化して表示するための可視化画像を生成する可視化画像生成手順を含むこと、を特徴とする変状検出プログラム。

請求項16

請求項9から請求項15までのいずれか1項に記載の変状検出プログラムにおいて、前記変状検出手順は、前記検出対象物の振動を検出する振動検出装置の検出結果に基づいて、この検出対象物に発生する変状を検出する手順を含むこと、を特徴とする変状検出プログラム。

技術分野

0001

この発明は、検出対象物の表面に形成された特徴的な模様変位を測定することによって、この検出対象物に発生する変状を検出する変状検出装置及び変状検出プログラムに関する。

背景技術

0002

コンクリート構造物に発生するひずみやひび割れは、当該構造物が受けた荷重履歴耐久性を評価する直接的な指標となるため、その状態あるいは発生するまでの予兆を正確に把握することは、コンクリート構造物の維持管理において非常に重要である。特に鉄道構造物では、列車高速走行によって発生する比較的高周波微細なひずみやひび割れを高精度に計測する手法が求められている。ひび割れの位置及び幅の検査は、現状では主に目視若しくは接触型センサを取り付けて行っている。

0003

従来の路盤内蓄積ひずみの計測方法は、計測箇所アスファルトコンクリート層を除去して路盤露出させ、この路盤に所定の間隔をあけて一対の測定用ロッド打ち込み、この一対の測定用ロッドの突出部にパイ変位計を取り付けている(例えば、特許文献1参照)。このような従来の路盤内の蓄積ひずみの計測方法では、パイ型変位計をデータレコーダに接続し、変位の初期値を記録して計測を開始し、計測した変位を測定長で除すことによってひずみを計測し、路盤のひび割れなどの変状を予測している。

0004

従来の物体変位測定方法は、物体の表面に貼り付けた格子状パターンの力を加える前と後のそれぞれの所定領域を光学式カメラ撮影する工程と、この光学式カメラの撮影画像に基づいてサンプリングモアレ法によってモアレ縞位相分布演算する工程と、この位相分布に基づいて物体のひずみ又は応力分布を演算する工程などを含む(例えば、特許文献2参照)。このような従来の物体の変位測定方法では、撮影画像に対して等間隔の画素毎のサンプリングを起点の画素を変えながら3回以上実行し、このサンプリング処理によって得られた間引き画像補完処理することによってモアレ縞を生成し、位相シフト法によって得られるモアレ縞の位相分布を演算している。

0005

特開2010-048595号公報

先行技術

0006

特開2009-264852号公報

発明が解決しようとする課題

0007

ひび割れの位置及び幅の検査は、より効率的かつ定量的にひび割れの検査を行う手法が求められている。特に、PC(prestressed concrete)橋梁やPRC(prestressed reinforced concrete)橋梁では、列車通過時のひび割れの状況を計測することによって構造物の健全度を評価する必要がある。このため、広範囲のひび割れ分布を効率的に取得でき、ひび割れ幅などを定量的にとらえるシステムが必要である。また、コンクリート載荷試験疲労試験時のひび割れ発生状況についても効率的かつ定量的に評価可能なシステムが必要である。近年、画像解析などに基づきコンクリート構造物の変位やひずみを非接触で計測する手法に関する研究が数多く行われているが、動的で高精度な微小ひずみやひび割れの計測に対する検証が十分とは言えない。

0008

この発明の課題は、検出対象物の変状の発生状況について効率的かつ定量的に評価することができる変状検出装置及び変状検出プログラムを提供することである。

課題を解決するための手段

0009

この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項1の発明は、図1図6及び図10図13に示すように、検出対象物(3a)の表面に形成された特徴的な模様(5A;5B)の変位を測定することによって、この検出対象物に発生する変状を検出する変状検出装置であって、前記特徴的な模様の撮影画像を複数の領域(A11〜AMN)に分割する撮影画像分割部(11)と、前記複数の領域の相対変位を演算する相対変位演算部(12)と、前記相変位演算部の演算結果に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出する変状検出部(14)とを備える変状検出装置(8)である。

0010

請求項2の発明は、請求項1に記載の変状検出装置において、図5図6及び図12に示すように、前記相対変位演算部の演算結果に基づいて、隣り合う前記領域間の相対変位の差を演算する相対変位差演算部(13)を備え、前記変状検出部は、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出することを特徴とする変状検出装置である。

0011

請求項3の発明は、請求項2に記載の変状検出装置において、前記撮影画像分割部は、前記相対変位差演算部の演算結果に基づいて、前記複数の領域をさらに細かい領域に再分割し、前記相対変位差演算部は、再分割後の前記複数の領域間の相対変位の差を演算し、前記変状検出部は、再分割後の前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出することを特徴とする変状検出装置である。

0012

請求項4の発明は、請求項2又は請求項3に記載の変状検出装置において、図6及び図8に示すように、前記変状検出部は、前記相対変位の差がしきい値(th)を超えるときには前記検出対象物にひび割れが発生していると判定し、前記相対変位の差がしきい値以下であるときには前記検出対象物にひび割れが発生していないと判定することを特徴とする変状検出装置である。

0013

請求項5の発明は、請求項2から請求項4までのいずれか1項に記載の変状検出装置において、前記変状検出部は、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生するひび割れの幅を検出することを特徴とする変状検出装置である。

0014

請求項6の発明は、請求項2から請求項5までのいずれか1項に記載の変状検出装置において、図4及び図8に示すように、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に作用する荷重を推定する荷重推定部(15)を備えることを特徴としている変状検出装置である。

0015

請求項7の発明は、請求項2から請求項6までのいずれか1項に記載の変状検出装置において、図4に示すように、前記相対変位の差を可視化して表示するための可視化画像を生成する可視化画像生成部(16)を備えることを特徴とする変状検出装置である。

0016

請求項8の発明は、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の変状検出装置において、図1図2及び図4に示すように、前記変状検出部は、前記検出対象物の振動を検出する振動検出装置(5)の検出結果に基づいて、この検出対象物に発生する変状を検出することを特徴とする変状検出装置である。

0017

請求項9の発明は、図1図6及び図9図13に示すように、検出対象物(3a)の表面に形成された特徴的な模様(5A;5B)の変位を測定することによって、この検出対象物に発生する変状を検出するための変状検出プログラムであって、前記特徴的な模様の撮影画像を複数の領域(A11〜AMN)に分割する撮影画像分割手順(S150)と、前記複数の領域の相対変位を演算する相対変位演算手順(S160)と、前記相対変位演算手順における演算結果に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出する変状検出手順(S190)とをコンピュータに実行させる変状検出プログラムである。

0018

請求項10の発明は、請求項9に記載の変状検出プログラムにおいて、図5図6図9及び図12に示すように、前記相対変位演算手順における演算結果に基づいて、隣り合う前記領域間の相対変位の差を演算する相対変位差演算手順(S170)を含み、前記変状検出手順は、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出する手順を含むことを特徴とする変状検出プログラムである。

0019

請求項11の発明は、請求項9又は請求項10に記載の変状検出プログラムにおいて、図9に示すように、前記撮影画像分割手順は、前記相対変位差演算手順における演算結果に基づいて、前記複数の領域をさらに細かい領域に再分割する手順を含み、前記相対変位差演算手順は、再分割後の前記複数の領域間の相対変位の差を演算する手順を含み、前記変状検出手順は、再分割後の前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出する手順を含むことを特徴とする変状検出プログラムである。

0020

請求項12の発明は、請求項10又は請求項11に記載の変状検出プログラムにおいて、図6図8及び図9に示すように、前記変状検出手順は、前記相対変位の差がしきい値(th)を超えるときには前記検出対象物にひび割れが発生していると判定し、前記相対変位の差がしきい値以下であるときには前記検出対象物にひび割れが発生していないと判定する手順を含むことを特徴とする変状検出プログラムである。

0021

請求項13の発明は、請求項10から請求項13までのいずれか1項に記載の変状検出プログラムにおいて、前記変状検出手順は、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生するひび割れの幅を検出する手順を含むことを特徴とする変状検出プログラムである。

0022

請求項14の発明は、請求項10から請求項13までのいずれか1項に記載の変状検出プログラムにおいて、図4図8及び図9に示すように、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に作用する荷重を推定する荷重推定手順(S200)を含むことを特徴とする変状検出プログラムである。

0023

請求項15の発明は、請求項10から請求項14までのいずれか1項に記載の変状検出プログラムにおいて、図9に示すように、前記相対変位の差を可視化して表示するための可視化画像を生成する可視化画像生成手順(S210)を含むことを特徴とする変状検出プログラムである。

0024

請求項16の発明は、請求項9から請求項15までのいずれか1項に記載の変状検出プログラムにおいて、図1図2図4及び図9に示すように、前記変状検出手順は、前記検出対象物の振動を検出する振動検出装置(6)の検出結果に基づいて、この検出対象物に発生する変状を検出する手順を含むことを特徴とする変状検出プログラムである。

発明の効果

0025

この発明によると、検出対象物の変状の発生状況について効率的かつ定量的に評価することができる。

図面の簡単な説明

0026

この発明の第1実施形態に係る変状検出装置によって変状が検出される構造物を模式的に示す側面図である。
この発明の第1実施形態に係る変状検出装置によって変状を検出している状況を模式的に示す側面図である。
この発明の第1実施形態に係る変状検出装置によって分割される前の検出対象領域の撮影画像の一部を省略して示す平面図である。
この発明の第1実施形態に係る変状検出装置を概略的に示す構成図である。
この発明の第1実施形態に係る変状検出装置によって分割された後の検出対象領域の撮影画像の一部を省略して示す平面図である。
この発明の第1実施形態に係る変状検出装置のひび割れ検出手法を概略的に示す模式図であり、(A)はひび割れ発生前の撮影画像を領域毎に分割する撮影画像分割工程の模式図であり、(B)はひび割れ発生後の撮影画像を領域毎に分割する撮影画像分割工程の模式図であり、(C)は領域毎の相対変位を演算する相対変位演算工程の模式図であり、(D)はひび割れの発生位置を特定するひび割れ検出工程の模式図である。
この発明の第1実施形態に係る変状検出装置の相対変位演算部が実行するサンプリングモアレ法の原理を説明するための模式図であり、(A)は撮影装置の画素位置の模式図であり、(B)はひび割れ発生後の格子模様の模式図であり、(C)はひび割れ発生後の格子模様の撮影画像の模式図であり、(D)〜(G)は撮影画像を間引き処理した後の間引き画像の模式図であり、(H)〜(K)は間引き画像を補完処理した後のモアレ縞画像の模式図である。
この発明の第1実施形態に係る変状検出装置の相関関係情報記憶部が記憶する相関関係情報を模式的に示すグラフである。
この発明の第1実施形態に係る変状検出装置の動作を説明するためにフローチャートである。
この発明の第2実施形態に係る変状検出装置によって変状を検出している状況を模式的に示す側面図である。
この発明の第2実施形態に係る変状検出装置によって分割される前の検出対象領域の撮影画像の一部を省略して示す平面図である。
この発明の第2実施形態に係る変状検出装置によって分割された後の検出対象領域の撮影画像の一部を省略して示す平面図である。
この発明の第2実施形態に係る変状検出装置の相対変位演算部が実行する画像相関法の原理を説明するための模式図であり、(A)はひび割れ発生前の撮影画像内サブセットの位置を示す模式図であり、(B)はひび割れ発生後の撮影画像内のサブセットの位置を示す模式図である。
この発明の実施例に係るひび割れ検出システムの外観を示す写真であり、(A)はひび割れ検出システムの写真であり、(B)は格子ターゲットの一例を示す写真である。
この発明の実施例に係るひび割れ検出システムを検証するための動的試験で使用した模型橋梁の外観及びひび割れ計測位置を示す写真である。
この発明の実施例に係るひび割れ検出システムを検証するためのPCまくらぎ曲げ破壊試験の状況を示す写真である。
この発明の実施例に係るひび割れ検出システムを検証するためのPCまくらぎの曲げ破壊試験で使用した格子状ターゲットの写真であり、(A)はカッティングシートによって形成された格子状ターゲットの写真であり、(B)はスタンプによって形成された格子状ターゲットの写真である。
この発明の実施例に係るひび割れ検出システムを検証するための動的試験の計測結果を示すグラフであり、(A)は10Hzで加振したときのグラフであり、(B)は20Hzで加振したときのグラフである。
曲げ破壊試験における載荷荷重とひび割れの幅との関係を示すグラフであり、(A)は載荷荷重と変位との関係を示すグラフであり、(B)は載荷荷重と相対変位との関係を示すグラフである。
この発明の実施例に係るひび割れ検出システムのひび割れ分布を一例として示す写真であり、(A)は計測範囲及びひび割れ発生状況を示す写真であり、(B)は相対変位の可視化画像の写真であり、(C)はひび割れ発生状況の可視化画像の写真である。

0027

(第1実施形態)
以下、図面を参照して、この発明の第1実施形態について詳しく説明する。
図1に示す車両1は、軌道2に沿って走行する移動体である。車両1は、電車機関車客車又は貨車などの鉄道車両であり、構造物3上を走行している。図1に示す車両1は、例えば、高速で走行する新幹線登録商標)又は在来線の鉄道車両である。軌道2は、車両1が走行する通路線路)である。軌道2は、車両1の左右一対車輪を支持して案内する左右一対のレールなどを備えている。

0028

構造物3は、車両1が走行する軌道2の下部に空間を確保して、列車の荷重を支持する固定構造物である。構造物3は、川、谷、湖沼などの自然物、道路又は鉄道などの交通路横切り、下方に空間が形成されるように建設された橋梁である。構造物3は、コンクリートを主要材料に用いて棒鋼などによって補強されたコンクリート構造物である。構造物3は、例えば、ひび割れの発生を許容しないプレストレストコンクリート構造の橋梁(PC橋梁)、又は使用限界状態においてひび割れの発生を許容しつつひび割れ幅を制御するプレストレストコンクリート構造の橋梁(PRC橋梁)などである。構造物3は、橋桁3aと、橋脚ピア)3bと、橋脚基礎3cと、支承部3dなどを備えている。

0029

橋桁3aは、水平方向に配置されて軌道2を支持する構造物である。橋桁3aは、橋脚3bを支点として一方の支点と他方の支点とを跨ぐ梁部材である。橋桁3aは、図1及び図2に示す変状検出装置8によって変状が検出される検出対象物である。図1に示す橋脚3bは、橋桁3aを支持する構造物である。橋脚3bは、例えば、構造物3の長さ方向に所定の間隔をあけて場所打ちコンクリートによって施工されており、鉛直方向に配置される鉄筋コンクリート柱などである。橋脚基礎3cは、構造物3全体に作用する荷重を地盤に伝達してこの構造物3を支持する構造物である。支承部3dは、橋脚3bの上端面に橋桁3aを支持する部分である。構造物3は、橋桁3aが上部構造を構成し、橋脚3b及び橋脚基礎3cが下部構造を構成している。図1に示す構造物3は、例えば、梁構造によって荷重を受け、桁を主体とする桁橋であり、橋桁3aがコンクリートを主要材料として構築されており、橋脚3bがコンクリートなどの剛体によって構築されている。

0030

図1及び図2に示す変状検出システム4は、橋桁3aの表面に形成された格子模様5Aの変位を測定することによって、この橋桁3aに発生する変状を検出するシステムである。変状検出システム4は、サンプリングモアレ法を利用することによって橋桁3aの変状を検出する。ここで、サンプリングモアレ法(走査モアレ法)とは、格子模様5Aが存在する検出対象領域A0の1つの撮影画像から位相シフトしたモアレ縞画像を生成し、このモアレ縞画像の位相分布から変位を求める計測手法である。サンプリングモアレ法は、比較的短い露光時間でサブピクセルでの高精度な計測が可能であり、画像解析時の計算負荷が少ないという利点がある。変状とは、検出対象領域A0内に発生するひび割れなどである。変状検出システム4は、例えば、橋桁3aに発生するひび割れを検出するひび割れ検出システムとして機能する。変状検出システム4は、構造物3の振動を振動検出装置6によって検出し、この構造物3上を車両1が通過するときに格子模様5Aを撮影装置7によって撮影し、この撮影装置7の撮影画像を変状検出装置8によって解析して橋桁3aの変状を検出する。変状検出システム4は、図1図3に示す格子模様5Aと、図1図2及び図4に示す振動検出装置6と、撮影装置7と、変状検出装置8などを備えている。

0031

図1図3に示す格子模様5Aは、橋桁3aの表面に形成された特徴的な模様である。格子模様5Aは、橋桁3aの長さ方向(横方向(X軸方向))及び橋桁3aの高さ方向(縦方向((Y軸方向))に形成された規則性のある格子状ターゲットである。格子模様5Aは、図1及び図2に示すように、橋桁3aの変状が発生する検出対象領域A0に形成されている。格子模様5Aは、任意の位置に任意の格子サイズで設定可能であり、分解能格子ピッチの1/500程度である。格子模様5Aは、橋桁3aのX軸方向及びY軸方向にこの格子模様5Aの位相が変化する2次元格子であり、橋桁3aのX軸方向及びY軸方向の2次元変形解析が可能である。格子模様5Aは、例えば、図3に示すように、白色の背景黒色正方形縦横方向に一定間隔をあけて二次元的に並べて形成されている。格子模様5Aは、変状の発生位置が事前予測可能な場合には、この変状の発生が予測される位置を含むように任意の検出対象領域A0を指定して形成される。格子模様5Aは、変状の発生位置が予め分かっている場合又は調査対象の変状が予め決定されている場合には、この変状の発生位置又はこの予め決定されている変状を含むように任意の検出対象領域A0を指定して形成される。格子模様5Aは、必要に応じて橋桁3aの表面をやすりなどによって滑らかにした後に、スタンプ、カッティングシート又はマスキングによる塗装などによって白黒の正方形状の格子が形成される。

0032

図1及び図2に示す振動検出装置6は、橋桁3aの振動を検出する装置である。振動検出装置6は、図1に示すように、橋桁3a上を車両1が通過するときに発生するこの橋桁3aの振動を検出して、橋桁3aの検出対象領域A0に車両1が接近するのを検出するとともに、橋桁3aの検出対象領域A0から車両1が離間するのを検出する。振動検出装置6は、図1に示すように、車両1の振動の影響を強く受け易い支承部3dよりも上方の橋桁3aに設置されている。振動検出装置6は、例えば、構造物3の長さ方向と直交する構造物3の高さ方向の橋桁3aの振動を検出する加速度センサ速度センサ又は変位センサなどの振動検出センサである。振動検出装置6は、橋桁3aの振動に応じた振動検出信号振動情報)を、内蔵するA/D変換器によってディジタル信号に変換して変状検出装置8の情報入力部9に出力する。

0033

図1及び図2に示す撮影装置7は、格子模様5Aの存在する検出対象領域A0を撮影する装置である。撮影装置7は、図1に示す橋桁3aの検出対象領域A0に車両1が接近したときに撮影動作を開始し、橋桁3aの検出対象領域A0から車両1が離間したときに撮影動作を終了する。撮影装置7は、橋桁3aの変状を計測するための計測用カメラである。撮影装置7は、例えば、相補性金属酸化膜半導体を用いたCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)モノクロカメラなどであり、比較的解像度の低いカメラを使用して格子模様5Aを撮影可能である。撮影装置7は、格子模様5Aの1ピッチ(縦横の間隔)がほぼN画素(Nは整数)となるように撮影倍率が調整されている。撮影装置7は、例えば、N=4(画素)となるように撮影倍率に調整される。撮影装置7は、図1に示すように、橋桁3a上を通過する車両1の振動による影響を受けないように、検出対象領域A0から離れた強固な地盤上に設置されている。撮影装置7は、格子模様5Aが形成されている位置の全部又は一部が検出対象領域A0であるときに、この検出対象領域A0を撮影領域として撮影する。撮影装置7は、構造物3上を車両1が通過する度に検出対象領域A0を撮影し、変状の発生前後の検出対象領域A0を撮影する。撮影装置7は、内蔵するA/D変換器によって検出対象領域A0の撮影画像をディジタル信号に変換して、この撮影画像を撮影画像情報として変状検出装置8の情報入力部9に出力する。

0034

図1図2及び図4に示す変状検出装置8は、橋桁3aの表面に形成された格子模様5Aの変位を測定することによって、この橋桁3aに発生する変状を検出する装置である。変状検出装置8は、例えば、図5に示すように、格子模様5Aの存在する検出対象領域A0を縦M個×横N個(M,Nは整数)の領域(微小領域)A11,…,AMNに分割し、これらの領域A11,…,AMNの相対変位を演算して橋桁3aに発生する変状を検出する。ここで、相対変位とは、変状発生前後において位置が変化しない原点固定点)Oを基準とする移動量(変位)である。変状検出装置8は、例えば、橋桁3aに発生するひび割れを検出するひび割れ検出装置として機能する。変状検出装置8は、図4に示すように、情報入力部9と、変位演算部10と、撮影画像分割部11と、相対変位演算部12と、相対変位差演算部13と、変状検出部14と、荷重推定部15と、可視化画像生成部16と、情報記憶部17と、表示部18と、制御部19などを備えている。変状検出装置8は、図1図2及び図4に示す撮影装置7の動作を制御するとともに種々の情報を記録する制御用及び記録用パーソナルコンピュータなどによって構成されており、変状検出プログラムに従って所定の処理を実行する。

0035

図4に示す情報入力部9は、種々の情報を入力させる手段である。情報入力部9は、振動検出装置6が出力する振動情報と撮影装置7が出力する撮影画像情報とが入力し、これらの振動情報及び撮影画像情報を制御部19に出力する。情報入力部9は、振動検出装置6及び撮影装置7と制御部19とを接続してこれらの間で種々の情報を入出力させるインタフェース(I/O)回路である。

0036

図4に示す変位演算部10は、検出対象領域A0内の変位を演算する手段である。変位演算部10は、図3に示すような変状発生前(変形前)の撮影画像の格子模様5Aと、変状発生後(変形後)の撮影画像の格子模様5Aとを重ね合わせたときに発生するモアレ縞を、サンプリングモアレ法によって解析して検出対象領域A0内の変位を演算する。変位演算部10は、例えば、図7に示すように、先行技術文献に記載の特開2009-264852号公報に開示されているサンプリングモアレ法によって変位を演算する。変位演算部10は、例えば、変状発生前の検出対象領域A0の撮影画像と、変状発生後の検出対象領域A0の撮影画像とを画像処理によって重ね合わせたときに発生するモアレ縞から検出対象領域A0内の全体の変位を演算する。

0037

変位演算部10は、図7に示すように、格子模様5Aのサンプリングによって発生するモアレ縞の位相を解析することによって、検出対象領域A0内の変位を演算する。変位演算部10は、橋桁3aの長さ方向(X軸方向)の変位を演算するときには、X軸方向のモアレ縞画像が得られるように、格子模様5AのY軸方向に1ピッチ分を平滑化してX軸方向の格子を消す。一方、変位演算部10は、橋桁3aの高さ方向(Y軸方向)の変位を演算するときには、Y軸方向のモアレ縞画像が得られるように、格子模様5AのX軸方向に1ピッチ分を平滑化してY軸方向の格子を消す。以下では、図3に示す橋桁3aの長さ方向(X軸方向)の変位を変位演算部10によって演算する場合を例に挙げて説明する。

0038

変位演算部10は、図7(B)に示すような変位後の検出対象領域A0内の格子模様5Aを、図7(A)に示す画素位置(サンプリング点)で撮影装置7が撮影したときに撮影される図7(C)に示す撮影画像に基づいて、検出対象領域A0内の変位を演算する。ここで、図7(C)に示す撮影画像は、格子模様5Aの1ピッチが4画素となるように、撮影装置7の撮影倍率を調整することによって撮影されている。

0039

変位演算部10は、図7(C)に示す撮影画像を4画素に1画素ずつサンプリングすることによって間引き処理し、図7(D)〜(G)に示す間引き画像を生成する。変位演算部10は、図7(C)に示す撮影画像の左から1番目の起点から4画素おきに、サンプリング起点を変えてこの撮影画像を間引き処理して、図7(D)に示す間引き画像を生成する。また、変位演算部10は、図7(C)に示す撮影画像の左から2番目の起点から4画素おきに、サンプリング起点を変えてこの撮影画像を間引き処理して、図7(E)に示す間引き画像を生成する。また、変位演算部10は、図7(C)に示す撮影画像の左から3番目の起点から4画素おきに、サンプリング起点を変えてこの撮影画像を間引き処理して、図7(F)に示す間引き画像を生成する。さらに、変位演算部10は、図7(C)に示す撮影画像の左から4番目の起点から4画素おきに、サンプリング起点を変えてこの撮影画像を間引き処理して、図7(G)に示す間引き画像を生成する。ここで、図7(D)〜(G)に示す黒点は、図7(C)に示す撮影画像から間引かれたサンプリング点である。

0040

変位演算部10は、図7(D)〜(G)に示す間引き画像を輝度が滑らかに変化するように、間引かれた画素をこの近傍の間引かれていない画素に輝度値線形補間する。変位演算部10は、図7(D)〜(G)に示す間引き画像にそれぞれ対応する図7(H)〜(K)に示すような90度ずつ位相シフトしたモアレ縞画像(位相画像)を、図7(C)に示す撮影画像と同じ解像度で生成する。変位演算部10は、図7(C)に示すような1枚の撮影画像から図7(H)〜(I)に示すような位相シフトしたモアレ縞画像を生成する。変位演算部10は、図7(H)〜(I)に示すモアレ縞画像の格子の輝度分布余弦波であるとみなして、以下の数1によってX軸方向の輝度分布を演算する。

0041

0042

ここで、数1に示すI0〜I3は、それぞれ図7(H)〜(I)に示すモアレ縞画像の格子の輝度分布である。aは、輝度振幅であり、bは背景の輝度であり、φはモアレ縞の位相である。変位演算部10は、数1に示すI0〜I3を用いて以下の数2によってモアレ縞の位相差Δφを演算する。

0043

0044

変位演算部10は、変状発生前後の格子模様5Aの位相差が数2に示すモアレ縞の位相差Δφに相当するとみなして、以下の数3によってX軸方向の変位dを演算する。

0045

0046

ここで、数3に示すpは、格子模様5AのX軸方向のピッチである。変位演算部10は、橋桁3aの高さ方向(Y軸方向)の変位を演算するときにも、X軸方向の変位の演算と同様の手順によってY軸方向の変位を演算する。変位演算部10は、演算後の検出対象領域A0内の変位を変位情報として制御部19に出力する。

0047

図4に示す撮影画像分割部11は、格子模様5Aの撮影画像を複数の領域A11,…,AMNに分割する手段である。撮影画像分割部11は、例えば、図5及び図6(A)(B)に示すように、格子模様5Aが存在する検出対象領域A0を撮影装置7によって撮影した撮影画像を領域A11,…,AMNに分割して、この撮影画像から複数の分割画像(例えば、M×N個)を生成する。撮影画像分割部11は、相対変位差演算部13の演算結果に基づいて、複数の領域をさらに細かい領域に分割する。撮影画像分割部11は、最初に、検出対象領域A0の撮影画像を比較的大きい領域に分割し、この比較的大きい領域のうち隣り合う領域間の相対変位の差が大きい領域をより細かい領域に再分割する処理を繰り返す。撮影画像分割部11は、検出対象領域A0の撮影画像を複数の領域A11,…,AMN毎の分割画像に分割し、この分割画像を分割画像情報として制御部19に出力する。

0048

図4に示す相対変位演算部12は、複数の領域A11,…,AMNの相対変位を演算する手段である。相対変位演算部12は、変位演算部10が演算した検出対象領域A0内の変位と、撮影画像分割部11が分割した領域A11,…,AMNとに基づいて、図6(C)に示す領域A11,…,AMN毎の相対変位を演算する。相対変位演算部12は、例えば、各領域A11,…,AMN内の変位の平均値変位平均値)を領域A11,…,AMN毎の相対変位として演算する。相対変位演算部12は、撮影画像分割部11が検出対象領域A0を比較的大きい領域から比較的小さい領域に再分割する処理を繰り返すときには、分割を繰り返す度に各領域の相対変位を演算する処理を繰り返す。相対変位演算部12は、演算後の領域A11,…,AMN毎の相対変位を相対変位情報として制御部19に出力する。

0049

図4に示す相対変位差演算部13は、相対変位演算部12の演算結果に基づいて、隣り合う領域A11,…,AMN間の相対変位の差を演算する手段である。相対変位差演算部13は、図5及び図6(C)に示すように、相対変位演算部12が演算した領域A11,…,AMN毎の相対変位に基づいて、隣り合う領域A11,…,AMN間の相対変位の差を演算する。相対変位差演算部13は、例えば、図6(C)に示すような領域AM4-1の相対変位(相対変位大)と、この領域A4M-4と隣り合う領域AM4の相対変位(相対変位小)との差を演算する。相対変位差演算部13は、撮影画像分割部11が相対変位の差の比較的大きい領域をさらに細かい領域に分割したときには、再分割後の隣り合う領域間の相対変位の差を演算する。相対変位差演算部13は、撮影画像分割部11が検出対象領域A0を比較的大きい領域から比較的小さい領域に再分割する処理を繰り返すときには、分割を繰り返す度に隣り合う領域間の相対変位の差を演算する処理を繰り返す。相対変位差演算部13は、演算後の隣り合う領域A11,…,AMN間の相対変位の差を相対変位差情報として制御部19に出力する。

0050

図4に示す変状検出部14は、相対変位演算部12の演算結果に基づいて、橋桁3aに発生する変状を検出する手段である。変状検出部14は、格子模様5Aを撮影した撮影画像を複数の領域A11,…,AMNに分割したときに、これらの領域A11,…,AMNの相対変位に基づいて変状を検出する。変状検出部14は、撮影画像分割部11が相対変位の差の比較的大きい領域をさらに細かい領域に分割したときには、再分割後の隣り合う領域間の相対変位の差に基づいて、橋桁3aの変状を検出する。変状検出部14は、撮影画像分割部11が検出対象領域A0を比較的大きい領域から比較的小さい領域に再分割する処理を繰り返すときには、分割を繰り返す度に変状を検出する処理を繰り返す。変状検出部14は、例えば、検出対象領域A0内におけるひび割れの発生の有無、ひび割れの幅、ひび割れの発生位置及びひび割れの進展方向などを検出するひび割れ検出部として機能する。変状検出部14は、図1に示すように、橋桁3a上を車両1が通過して橋桁3aが振動するタイミングで変状検出動作を開始するように、振動検出装置6の検出結果に基づいて、橋桁3aに発生する変状を検出する。

0051

変状検出部14は、相対変位の差に基づいて、橋桁3aに発生する変状を検出する。変状検出部14は、図5及び図6(C)(D)に示すように、隣り合う領域A11,…,AMN間の相対変位の差に基づいて、検出対象領域A0内のひび割れの有無を検出する。変状検出部14は、例えば、図6(C)に示すように、領域AM4の相対変位が小さく、この領域AM4と隣り合う領域AM-14の相対変位が大きい場合であって、領域A11の相対変位と領域A12の相対変位との差が大きいときには、検出対象領域A0内にひび割れが発生したことを検出する。変状検出部14は、相対変位の差がしきい値thを超えるときにはひび割れが発生していると判定し、相対変位の差がしきい値th以下であるときにはひび割れが発生していないと判定する。変状検出部14は、例えば、図8に示すように、相対変位の差と荷重との相関関数の傾斜方向が変化する変曲点に対応する相対変位の差をしきい値thとして設定する。ここで、図8に示す縦軸は荷重であり、横軸は相対変位の差(ひび割れの幅)である。

0052

変状検出部14は、相対変位の差に基づいて、橋桁3aに発生するひび割れの幅を検出する。変状検出部14は、検出対象領域A0内のひび割れの幅が相対変位の差であるとみなして、相対変位の差をひび割れの幅として検出する。変状検出部14は、例えば、図6(C)に示すように、隣り合う領域AM-14と領域AM4との間の相対変位の差を、これらの領域AM-14,AM4に発生したひび割れの幅として検出する。

0053

変状検出部14は、相対変位の差に基づいて、ひび割れの発生位置及び進展方向を検出する。変状検出部14は、隣り合う領域A11,…,AMN間の相対変位の差に基づいて、検出対象領域A0内のひび割れの発生位置及び進展方向を検出する。変状検出部14は、例えば、図6(D)に示すように、隣り合う領域AM-14と領域AM4との間の相対変位の差が大きい領域AM-14をひび割れの発生位置及び進展方向として検出する。変状検出部14は、ひび割れの発生の有無、ひび割れの幅、ひび割れの発生位置及びひび割れの進展方向に関する情報を変状情報として制御部19に出力する。

0054

図4に示す荷重推定部15は、相対変位の差に基づいて、橋桁3aに作用する荷重を推定する手段である。荷重推定部15は、相対変位差演算部13が演算する相対変位の差と相関関係情報記憶部17hが記憶する相関関係情報とに基づいて、橋桁3aに作用する荷重を推定する。荷重推定部15は、図8に示すような荷重と相対変位の差(ひび割れ幅)との相関関係を表す相関関係情報と、相対変位差演算部13が演算する相対変位の差とを照合し、この相関関係情報の相対変位の差と対応する荷重を橋桁3aに作用する載荷荷重と推定する。荷重推定部15は、相対変位の差と対応する荷重を荷重情報として制御部19に出力する。

0055

図4に示す可視化画像生成部16は、相対変位の差を可視化して表示するための可視化画像を生成する手段である。可視化画像生成部16は、相対変位差演算部13の演算結果に基づいて相対変位の差を可視化して表示するための変状分布図を生成する。可視化画像生成部16は、例えば、ひび割れの幅(相対変位の差)が同じである点を線によって結び、ひび割れ幅が一定値である毎に等高線等値線)を描き、各等高線間の帯毎に段階的に色彩を施したコンター図のようなひび割れ分布図を生成する。可視化画像生成部16は、生成後の可視化画像を可視化画像情報として制御部19に出力する。

0056

情報記憶部17は、種々の情報を記憶する手段である。情報記憶部17は、例えば、撮影画像情報、変位情報、分割画像情報、相対変位情報、相対変位差情報、変状情報、荷重情報、相関関係情報、可視化画像情報及び変状検出プログラムなどを記憶するメモリなどである。情報記憶部17は、図4に示すように、撮影画像情報記憶部17aと、変位情報記憶部17bと、分割画像情報記憶部17cと、相対変位情報記憶部17dと、相対変位差情報記憶部17eと、変状情報記憶部17fと、荷重情報記憶部17gと、相関関係情報記憶部17hと、可視化画像情報記憶部17iと、変状検出プログラム記憶部17jなどを備えている。

0057

撮影画像情報記憶部17aは、検出対象領域A0の撮影画像を撮影画像情報として記憶する部分である。撮影画像情報記憶部17aは、撮影装置7が出力する撮影画像情報を撮影時刻と対応させて時系列順に記憶する。変位情報記憶部17bは、検出対象領域A0内の変位を変位情報として記憶する部分である。変位情報記憶部17bは、変位演算部10が出力する変位情報を撮影時刻と対応させて時系列順に記憶する。分割画像情報記憶部17cは、領域A11,…,AMN毎の分割画像を分割画像情報として記憶する部分である。分割画像情報記憶部17cは、撮影画像分割部11が出力する分割画像情報を撮影時刻と対応させて時系列順に記憶する。相対変位情報記憶部17dは、領域A11,…,AMN毎の相対変位を相対変位情報として記憶する部分である。相対変位情報記憶部17dは、相対変位演算部12が出力する相対変位情報を撮影時刻と対応させて時系列順に記憶する。相対変位差情報記憶部17eは、隣り合う領域A11,…,AMN間の相対変位の差を相対変位差情報として記憶する部分である。相対変位差情報記憶部17eは、相対変位差演算部13が出力する相対変位差情報を撮影時刻と対応させて時系列順に記憶する。

0058

変状情報記憶部17fは、検出対象領域A0内のひび割れの発生の有無、ひび割れの幅、ひび割れの発生位置及びひび割れの進展方向を変状情報として記憶する部分である。変状情報記憶部17fは、変状検出部14が出力する変状情報を撮影時刻と対応させて時系列順に記憶する。荷重情報記憶部17gは、橋桁3aに作用する荷重を荷重情報として記憶する部分である。荷重情報記憶部17gは、荷重推定部15が出力する荷重情報を撮影時刻と対応させて時系列順に記憶する。相関関係情報記憶部17hは、荷重と相対変位の差との相関関係を相関関係情報として記憶する部分である。相関関係情報記憶部17hは、例えば、図8に示すような荷重と相対変位の差(ひび割れの幅)との対応関係を記憶する。可視化画像情報記憶部17iは、相対変位の差を可視化して表示するための可視化画像を可視化画像情報として記憶する部分である。可視化画像情報記憶部17iは、可視化画像生成部16が出力する可視化画像情報を撮影時刻と対応させて時系列順に記憶する。変状検出プログラム記憶部17jは、橋桁3aの表面に形成された格子模様5Aの変位を測定することによって、この橋桁3aに発生する変状を検出する変状検出プログラムを記憶する部分である。変状検出プログラム記憶部17jは、情報記録媒体から読み取った変状検出プログラム、又は電気通信回線を通じて取り込まれた変状検出プログラムなどを記憶する。

0059

図4に示す表示部18は、種々の情報を表示する手段である。表示部18は、例えば、撮影画像情報、変位情報、分割画像情報、相対変位情報、相対変位差情報、変状情報、荷重情報、相関関係情報及び可視化画像情報などを表示する表示装置である。

0060

制御部19は、変状検出装置8に関する種々の動作を制御する中央処理部(CPU)である。制御部19は、変状検出プログラム記憶部17jから変状検出プログラムを読み出してこの変状検出プログラムに従って所定の変状検出処理を実行する。制御部19は、例えば、振動検出装置6が出力する振動情報に基づいて撮影装置7に撮影動作の開始及び終了を指令したり、撮影装置7が出力する撮影画像情報の記憶を撮影画像情報記憶部17aに指令したり、撮影画像情報記憶部17aから撮影画像情報を読み出して変位演算部10に出力したり、検出対象領域A0内の変位の演算を変位演算部10に指令したり、変位演算部10が出力する変位情報の記憶を変位情報記憶部17bに指令したり、撮影画像情報記憶部17aから撮影画像情報を読み出して撮影画像分割部11に出力したり、撮影画像分割部11に撮影画像の分割を指令したり、撮影画像分割部11に分割画像の再分割を指令したり、撮影画像分割部11が出力する分割画像情報の記憶を分割画像情報記憶部17cに指令したり、変位情報記憶部17bから変位情報を読み出して相対変位演算部12に出力したり、分割画像情報記憶部17cから分割画像情報を読み出して相対変位演算部12に出力したり、相対変位演算部12に相対変位の演算を指令したり、相対変位演算部12が出力する相対変位情報の記憶を相対変位情報記憶部17dに指令したり、相対変位情報記憶部17dから相対変位情報を読み出して相対変位差演算部13に出力したり、相対変位差演算部13が出力する相対変位差情報の記憶を相対変位差情報記憶部17eに指令したり、相対変位差情報記憶部17eから相対変位差情報を読み出して変状検出部14に出力したり、変状検出部14に変状の検出を指令したり、変状検出部14が出力する変状情報の記憶を変状情報記憶部17fに指令したり、相対変位差情報記憶部17eから相対変位差情報を読み出して荷重推定部15に出力したり、相関関係情報記憶部17hから相関関係情報を読み出して荷重推定部15に出力したり、荷重推定部15に荷重の推定を指令したり、荷重推定部15が出力する荷重情報の記憶を荷重情報記憶部17gに指令したり、相対変位差情報記憶部17eから相対変位差情報を読み出して可視化画像生成部16に出力したり、可視化画像生成部16に可視化画像の生成を指令したり、可視化画像生成部16が出力する可視化画像情報の記憶を可視化画像情報記憶部17iに指令したり、種々の情報の表示を表示部18に指令したりなどする。制御部19は、情報入力部9、変位演算部10と、撮影画像分割部11、相対変位演算部12、相対変位差演算部13、変状検出部14、荷重推定部15、可視化画像生成部16、情報記憶部17及び表示部18が相互に通信可能なように接続されている。

0061

次に、この発明の第1実施形態に係る変状検出装置の動作を説明する。
以下では、図4に示す制御部19の動作を中心に説明する。
図9に示すステップ(以下、Sという)100において、変状検出プログラム記憶部17jから変状検出プログラムを制御部19が読み込む。図3に示す変状検出装置8を測定者が操作して変状検出動作を開始させると、変状検出装置8に電源部から電力が供給される。その結果、変状検出プログラム記憶部17jから変状検出プログラムを制御部19が読み込み、一連の変状検出処理を制御部19が実行する。

0062

S110において、撮影動作を開始するか否かを制御部19が判断する。図1に示すように、橋桁3aの検出対象領域A0に車両1が接近すると橋桁3aの振動が増加する。このため、図4に示す振動検出装置6から情報入力部9を通じて制御部19に入力する振動検出信号のレベル所定値を超えていると制御部19が判断したときには、車両1が検出対象領域A0に接近していると制御部19が判断する。その結果、撮影装置7によって撮影動作を開始する必要があると制御部19が判断してS120に進む。一方、振動検出信号のレベルが所定値以下であると制御部19が判断したときには、車両1が検出対象領域A0に接近していないと制御部19が判断して、振動検出信号のレベルが所定値を超えるまでS110の判断を制御部19が繰り返す。

0063

S120において、撮影動作の開始を撮影装置7に制御部19が指令する。撮影動作の開始を撮影装置7に制御部19が指令すると、図1図3に示す格子模様5Aが存在する検出対象領域A0を撮影装置7が撮影し、情報入力部9を通じて撮影装置7が撮影画像情報を制御部19に出力する。その結果、撮影画像情報を制御部19が撮影画像情報記憶部17aに出力し、この撮影画像情報を撮影画像情報記憶部17aが時系列順に記憶する。

0064

S130において、撮影動作を終了するか否かを制御部19が判断する。図1に示す橋桁3aの検出対象領域A0から車両1が離間すると橋桁3aの振動が減少する。このため、振動検出装置6から情報入力部9を通じて制御部19に入力する振動検出信号のレベルが所定値以下であると制御部19が判断したときには、車両1が検出対象領域A0から離間していると制御部19が判断する。その結果、撮影装置7によって撮影動作を終了する必要があると制御部19が判断してS140に進む。一方、振動検出信号のレベルが所定値を超えていると制御部19が判断したときには、車両1が検出対象領域A0から離間していないと制御部19が判断し、振動検出信号のレベルが所定値以下になるまでS130の判断を制御部19が繰り返す。

0065

S140において、検出対象領域A0内の変位の演算を変位演算部10に制御部19が指令する。図4に示す撮影画像情報記憶部17aから撮影画像情報を制御部19が読み出して、この撮影画像情報を撮影画像分割部11に制御部19が出力するとともに、検出対象領域A0内の全体の変位の演算を変位演算部10に制御部19が指令する。その結果、図7に示すように、格子模様5Aのサンプリングによって発生するモアレ縞の位相をサンプリングモアレ法によって変位演算部10が解析して、図3に示す検出対象領域A0内の全体の変位を変位演算部10が演算する。検出対象領域A0内の変位情報を変位演算部10が制御部19に出力すると、この変位情報が変位情報記憶部17bに記憶される。

0066

S150において、撮影画像の分割を撮影画像分割部11に制御部19が指令する。図4に示す撮影画像情報記憶部17aから撮影画像情報を制御部19が読み出して、この撮影画像情報を撮影画像分割部11に制御部19が出力するとともに、撮影画像分割部11に撮影画像の分割を制御部19が指令する。その結果、図5及び図6(A)に示すように、格子模様5Aが存在する検出対象領域A0の撮影画像を領域A11,…,AMN毎に撮影画像分割部11が分割する。このとき、検出対象領域A0の撮影画像を比較的大きい領域で撮影画像分割部11が分割する。領域A11,…,AMN毎の分割画像情報を撮影画像分割部11が制御部19に出力すると、この分割画像情報が分割画像情報記憶部17cに記憶される。

0067

S160において、領域A11,…,AMN毎の相対変位の演算を相対変位演算部12に制御部19が指令する。図4に示す変位情報記憶部17bから変位情報を制御部19が読み出してこの変位情報を相対変位演算部12に制御部19が出力するとともに、分割画像情報記憶部17cから分割画像情報を制御部19が読み出してこの分割画像情報を相対変位演算部12に制御部19が出力する。領域A11,…,AMN毎の相対変位の演算を相対変位演算部12に制御部19が指令すると、各領域A11,…,AMN内の変位の平均値を領域A11,…,AMN毎に相対変位演算部12が演算して、この変位の平均値を相対変位として相対変位演算部12が演算する。領域A11,…,AMN毎の相対変位情報を相対変位演算部12が制御部19に出力すると、この相対変位情報が相対変位情報記憶部17dに記憶される。

0068

S170において、隣り合う領域A11,…,AMN間の相対変位の差の演算を相対変位差演算部13に制御部19が指令する。図4に示す相対変位情報記憶部17dから相対変位情報を制御部19が読み出して、この相対変位情報を相対変位差演算部13に制御部19が出力するとともに、図6(D)に示すように、隣り合う領域A11,…,AMN間の相対変位の差の演算を相対変位差演算部13に制御部19が指令する。その結果、隣り合う領域A11,…,AMN間の相対変位の差を相対変位差演算部13が演算し、相対変位差演算部13が相対変位差情報を制御部19に出力し、この相対変位差情報を相対変位差情報記憶部17eが記憶する。

0069

S180において、相対変位の差の大きい領域を再分割するか否かを制御部19が判断する。撮影画像分割部11が分割した比較的大きい領域のうち、隣り合う領域間の相対変位の差が所定値よりも大きい領域があるか否かを制御部19が判断する。様々な幅のひび割れをノイズの影響を受けずに効率的に検出するためには、検出対象領域A0内の撮影画像を比較的大きい領域で分割して相対変位の差を演算し、相対変位の差が大きい領域についてのみ比較的小さい領域に細かく再分割して相対変位の差を演算することが好ましい。このため、撮影画像を比較的大きい領域で分割したときに、隣り合う領域間の相対変位の差が所定値よりも大きいときには、この領域をさらに細かく分割して隣り合う領域間の相対変位の差を再度演算する必要がある。撮影画像分割部11が分割した比較的大きい領域をさらに細かく再分割する必要性があると制御部19が判断したときにはS150に戻り、S150以降の処理を制御部19が繰り返す。その結果、S150において、隣り合う領域間の相対変位の差が所定値よりも大きい領域を比較的小さい領域に撮影画像分割部11が再分割し、S160においてこの比較的小さい領域内の変位の平均値を相対変位として相対変位演算部12が演算する。一方、撮影画像を比較的大きい領域で分割したときに、隣り合う領域間の相対変位の差が所定値以下であるときには、撮影画像をさらに細かく再分割する必要性がないと制御部19が判断してS190に進む。

0070

S190において、変状検出部14に変状の検出を制御部19が指令する。図4に示す相対変位差情報記憶部17eから相対変位差情報を制御部19が読み出してこの相対変位差情報を変状検出部14に制御部19が出力するとともに、ひび割れ発生の有無、ひび割れの幅、ひび割れの発生位置及びひび割れの進展方向の検出を変状検出部14に制御部19が指令する。その結果、図1図3図5及び図6(B)〜(D)に示す検出対象領域A0のひび割れ発生の有無、ひび割れの幅、ひび割れの発生位置及びひび割れの進展方向を変状検出部14が検出する。これらの検出結果を変状情報として変状検出部14が制御部19に出力すると、変状情報記憶部17fがこの変状情報を記憶する。

0071

S200において、荷重推定部15に荷重の推定を制御部19が指令する。図4に示す相対変位差情報記憶部17eから相対変位差情報を制御部19が読み出してこの相対変位差情報を荷重推定部15に制御部19が出力するとともに、相関関係情報記憶部17hから相関関係情報を制御部19が読み出してこの相関関係情報を荷重推定部15に制御部19が出力する。荷重推定部15に荷重の推定を制御部19が指令すると、図8に示す相関関係情報を荷重推定部15が参照して、相対変位の差に対応する荷重を荷重推定部15が特定する。この推定結果を荷重情報として荷重推定部15が制御部19に出力すると、荷重情報記憶部17gが荷重情報を記憶する。

0072

S210において、可視化画像の生成を可視化画像生成部16に制御部19が指令する。図4に示す相対変位差情報記憶部17eから相対変位差情報を制御部19が読み出してこの相対変位差情報を可視化画像生成部16に制御部19が出力するとともに、可視化画像の生成を可視化画像生成部16に制御部19が指令する。その結果、例えば、ひび割れの幅に応じたコンター図を可視化画像生成部16が生成し、この可視化画像を可視化画像情報として可視化画像生成部16が制御部19に出力し、可視化画像情報記憶部17iがこの可視化画像情報を記憶する。

0073

S220において、種々の情報の表示を表示部18に制御部19が指令する。情報記憶部17から種々の情報を制御部19が読み出してこの情報を表示部18に出力する。その結果、例えば、撮影画像情報、変位情報、分割画像情報、相対変位情報、相対変位差情報、変状情報、荷重情報、相関関係情報及び可視化画像情報などを表示画面上に表示部18が表示する。

0074

S230において、変状検出を終了するか否かを制御部19が判断する。図4に示す変状検出装置8を測定者が操作して変状検出動作を終了させると、変状検出を終了すると制御部19が判断して、一連の変状検出処理を制御部19が終了する。一方、変状検出装置8を測定者が操作せずに変状検出動作を終了させなかったときにはS110に戻り、S110以降の処理を制御部19が繰り返す。

0075

この発明の第1実施形態に係る変状検出装置及び変状検出プログラムには、以下に記載するような効果がある。
(1) この第1実施形態では、格子模様5Aを撮影した撮影画像を複数の領域A11,…,AMNに撮影画像分割部11が分割し、複数の領域A11,…,AMNの相対変位を相対変位演算部12が演算し、相対変位演算部12の演算結果に基づいて変状検出部14が変状を検出する。このため、例えば、ひび割れの発生前後の撮影画像を照合し、画像計測手法を用いて相対変位を計測することによって、微細なひび割れの発生状況について効率的かつ定量的に評価することができる。

0076

(2) この第1実施形態では、相対変位演算部12の演算結果に基づいて、隣り合う領域A11,…,AMN間の相対変位の差を相対変位差演算部13が演算し、この相対変位の差に基づいて変状検出部14が変状を検出する。このため、隣り合う領域A11,…,AMN間の相対変位の差を基準として変状の発生の有無を簡単に判定することができるとともに、検出対象領域A0内の変状の発生状況を高精度に検出することができる。

0077

(3) この第1実施形態では、相対変位差演算部13の演算結果に基づいて、複数の領域A11,…,AMNをさらに細かい領域に撮影画像分割部11が再分割する。また、この第1実施形態では、再分割後の複数の領域A11,…,AMN間の相対変位の差を相対変位差演算部13が演算する。さらに、この第1実施形態では、再分割後の相対変位の差に基づいて、橋桁3aに発生する変状を変状検出部14が検出する。例えば、検出対象領域A0内の撮影画像を初めから小さい領域で分割すると、ひび割れの幅が広かった場合には相対変位を測定できない可能性がある。この第1実施形態では、検出対象領域A0を比較的大きい領域から比較的小さい領域に段階的に分割しながら、隣り合う領域間の相対変位の差を演算する。このため、ひび割れの幅が1画素よりも大きいような様々な幅のひび割れを検出することができる。また、ひび割れの発生位置を絞り込むことができるとともに、ひび割れの発生位置を効率的に特定することができる。さらに、演算処理に必要な情報量を減らすことができるとともに、ひび割れ検出に必要な演算を短時間で終了することができる。

0078

(4) この第1実施形態では、相対変位の差がしきい値thを超えるときにはひび割れが発生していると変状検出部14が判定し、相対変位の差がしきい値th以下であるときにはひび割れが発生していないと変状検出部14が判定する。このため、しきい値thを判定基準としてひび割れの発生の有無を簡単に判定することができるとともに、相対変位の差がしきい値thよりも大きい領域A11,…,AMN間でひび割れが発生したことを容易に検出することができる。

0079

(5) この第1実施形態では、相対変位差演算部13の演算結果に基づいて、変状検出部14がひび割れの幅を検出する。このため、相対変位の差をひび割れの幅とみなして、ひび割れの幅を簡単に特定することができる。

0080

(6) この第1実施形態では、相対変位差演算部13が演算する相対変位の差に基づいて、橋桁3aに作用する荷重を荷重推定部15が推定する。このため、予めひび割れ幅(相対変位の差)と荷重との関係を変状検出システム4又は数値解析などによって把握しておくことによって、実構造物などの検出対象物のひび割れ計測結果からこの検出対象物に作用する荷重を容易に推定することができる。

0081

(7) この第1実施形態では、相対変位の差を可視化して表示するための可視化画像を可視化画像生成部16が生成する。このため、相対変位の差をひび割れの幅とみなしたときに、このひび割れの幅に応じてコンター図のような可視化画像を簡単に生成することができ、ひび割れの発生状況などを視覚によって容易に把握することができる。

0082

(8) この第1実施形態では、橋桁3aの振動を検出する振動検出装置6の検出結果に基づいて変状検出部14が変状を検出する。このため、例えば、画像計測に基づくひび割れ計測システムによって、列車通過時のコンクリート構造物などの動的なひび割れを効率的に計測し検査することができる。例えば、橋桁3aがPC桁又はPRC桁である場合には、緊張材などによってプレストレスが与えられているため、ひび割れが発生していてもひび割れが閉じてしまうことがある。この第1実施形態では、車両1が通過する橋桁3aが振動して撓み、ひび割れが開いたタイミングで撮影装置7によって検出対象領域A0を撮影し、変状検出部14によってひび割れを検出する。このため、検出対象領域A0内に発生する動的なひび割れを高精度に検出することができる。また、橋桁3aの振動を検出することによって、橋桁3aの検出対象領域A0に車両1が接近したときに変状検出動作を自動的に開始させ、橋桁3aの検出対象領域A0から車両1が離間したときに変状検出動作を自動的に終了させることができる。

0083

(第2実施形態)
以下では、図1図8に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図10に示す変状検出システム4は、橋桁3aの表面に形成されたランダム模様5Bの変位を測定することによって、この橋桁3aに発生する変状を検出するシステムである。変状検出システム4は、画像相関法を利用することによって橋桁3aの変状を検出する。ここで、画像相関法(ディジタル画像相関法)とは、ランダム模様5Bが存在する検出対象領域A0の撮影画像を変状発生前後(変形前後)で比較して、検出対象領域A0の変位を求める計測手法である。変状検出システム4は、構造物3の振動を振動検出装置6によって検出し、この構造物3上を車両1が通過するときのランダム模様5Bを撮影装置7によって撮影し、この撮影装置7の撮影画像を変状検出装置8によって解析して構造物3の橋桁3aの変状を検出する。変状検出システム4は、図10に示すように、ランダム模様5Bと、振動検出装置6と、撮影装置7と、変状検出装置8などを備えている。

0084

図10図12に示すランダム模様5Bは、橋桁3aの表面に形成された特徴的な模様である。ランダム模様5Bは、図10に示すように、橋桁3aの表面に不規則に形成されている。ランダム模様5Bは、例えば、橋桁3aに最初から形成されている場合には、橋桁3aの表面の汚れ、橋桁3aの表面から浮き出た骨材、又は施工時に使用する型枠によって形成されたランダムパターンである。ランダム模様5Bは、例えば、橋桁3aに後から形成する場合には、橋桁3aの表面にスタンプ、カッティングシート又はマスキングによる塗装によって形成されたランダムパターンである。ランダム模様5Bは、図10に示すように、橋桁3aの変状が既に発生又は発生が予測され検出対象領域A0に形成されている。

0085

図10に示す撮影装置7は、ランダム模様5Bの存在する検出対象領域A0を撮影する装置である。撮影装置7は、例えば、電荷結合素子を用いたCCD(Charge Coupled Device)カメラなどである。撮影装置7は、ランダム模様5Bが形成されている位置の全部又は一部が検出対象領域A0であるときに、この検出対象領域A0を撮影領域として撮影する。撮影装置7は、構造物3上を車両1が通過する度に検出対象領域A0を撮影し、変状の発生前後の検出対象領域A0を撮影する。

0086

変状検出装置8は、橋桁3aの表面に形成されたランダム模様5Bの変位を測定することによって、この橋桁3aに発生する変状を検出する装置である。変状検出装置8は、ランダム模様5Bの存在する検出対象領域A0を領域A11,…,AMNに分割し、この領域A11,…,AMNの相対変位を演算して橋桁3aに発生する変状を検出する。

0087

図4に示す変位演算部10は、図12に示すように、変状発生前後(変形前後)のランダム模様5Bの撮影画像を画像相関法によって比較して、検出対象領域A0内の変位を演算する。変位演算部10は、図13に示すように、変状発生前の検出対象領域A0内のサブセットASと、変状発生後の検出対象領域A0内のサブセットASとを比較し、検出対象領域A0内の全体の変位を演算する。変位演算部10は、変状発生前(変形前)の検出対象領域A0内のサブセットASが、変状発生後(変形後)に移動した位置を探し出すことによって、検出対象領域A0内の変位を演算する。ここで、サブセットASとは、複数の画素からなる計算領域(例えば、20×20画素の領域)である。変位演算部10は、変状発生前の検出対象領域A0内のサブセットASが変状発生後に移動した位置を輝度値部分(光強度分布)の相関などを用いて演算し、変状発生前後のサブセットASの移動量を検出対象領域A0内の変位として演算する。

0088

変位演算部10は、図13に示すように、変状発生前後のランダム模様5Bの変位を解析することによって、検出対象領域A0内の検出対象領域A0内の変位を演算する。変位演算部10は、変状発生前のランダム模様5Bが存在する撮影画像内の特徴的な部分をサブセットASとして抽出し、変状発生後のランダム模様5Bが存在する撮影画像内でこのサブセットASと同じ特徴を有するサブセットASを探し出し、変状発生前のサブセットASが変状発生後にどれだけ移動したかを解析する。変位演算部10は、変状発生前の撮影画像内の明るさの場所による変化が同じ場所(輝度分布の相関値極値となる場所)を変状発生後の撮影画像内から探し出す。変位演算部10は、変状発生前の撮影画像内のサブセットASの輝度分布と略同一又は近似した輝度分布のサブセットASを変状発生後の撮影画像から探し出す。変位演算部10は、変状発生前のサブセットASと同じ輝度分布の領域を以下の数4に示す評価係数相関係数)Cによって探し出す。

0089

0090

ここで、数4に示すF(x,y)は、変状発生前の撮影画像の座標(x,y)における輝度値であり、G(x*,y*)は変状発生後の撮影画像の座標(x*,y*)における輝度値である。変位演算部10は、数4に示す評価係数Cを最大にするサブセットASの移動位置を探し出すことによって、検出対象領域A0内の変位を演算する。

0091

図4に示す撮影画像分割部11は、ランダム模様5Bを撮影した撮影画像を複数の領域A11,…,AMNに分割する手段である。撮影画像分割部11は、図12に示すように、ランダム模様5Bが存在する検出対象領域A0を撮影装置7によって撮影した撮影画像を領域A11,…,AMNに分割して、この撮影画像から複数の分割画像を生成する。撮影画像分割部11は、最初に、検出対象領域A0の撮影画像を比較的大きい領域に分割し、この比較的大きい領域のうち隣り合う領域間の相対変位の差が大きい領域をより細かい領域に再分割する処理を繰り返す。

0092

図4に示す相対変位演算部12は、変位演算部10が画像相関法によって演算した検出対象領域A0内の変位と、撮影画像分割部11が分割した領域A11,…,AMNとに基づいて、図12に示す領域A11,…,AMN毎の相対変位を演算する。相対変位差演算部13は、相対変位演算部12の演算結果に基づいて、隣り合う領域A11,…,AMN間の相対変位の差を演算する。変状検出部14は、図12に示すように、ランダム模様5Bを撮影した撮影画像を複数の領域A11,…,AMNに分割したときに、これらの領域A11,…,AMNの相対変位に基づいてひび割れを検出する。

0093

次に、この発明の第2実施形態に係る変状検出装置の動作を説明する。
以下では、図9に示す処理と同じ処理については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
S120において、撮影動作の開始を撮影装置7に制御部19が指令すると、ランダム模様5Bが存在する検出対象領域A0を撮影装置7が撮影する。S140において、検出対象領域A0内の変位の演算を変位演算部10に制御部19が指令すると、検出対象領域A0内の変位を画像相関法によって変位演算部10が演算する。S150において、ランダム模様5Bが存在する検出対象領域A0の撮影画像を領域A11,…,AMN毎に撮影画像分割部11が分割する。この第2実施形態には、第1実施形態と同様の効果がある。

0094

次に、この発明の実施例について説明する。
(模型橋梁を対象とした動的試験)
図1図2及び図4に示す変状検出システム4と同一構造である図14(A)に示す実施例に係るひび割れ検出システムを検証するために、模型橋梁を対象とする動的試験を実施した。図15に示すように、スパン中央にひび割れを模擬した鋼製の模型橋梁を用いて、図14(A)に示すひび割れ検出システムの動的計測への適用性について検証するとともに、比較例に係るパイ型変位計を用いた計測も同時に実施した。格子状ターゲットは、図14(B)に示すように、縦横方向に1mmピッチ(分解能は0.002mm)であり、図15に示すように比較例に係るパイ型変位計の上下に格子状ターゲットをマグネット接着して配置した。実施例に係るひび割れ検出システムと比較例に係るパイ型変位計との比較の際には、模擬ひび割れ発生位置の断面においては平面保持が成り立つものとし、比較例に係るパイ型変位計の上下に設置された格子状ターゲットから得られた変位を、比較例に係るパイ型変位計と同じ位置の変位に換算することにより比較した。模型橋梁の加振は、起振器((株)サンエスSSV-125)により実施した。

0095

(PCまくらぎを対象とした曲げ破壊試験)
図14に示す実施例に係るひび割れ検出システムを検証するために、PCまくらぎを対象とした曲げ破壊試験を実施した。曲げ試験は、JIS E1201に基づきレール位置での正曲げ試験を載荷スパン700mmで実施した。曲げ破壊試験では、コンクリートのひび割れに追随するターゲットの作成方法の検討として、図17(A)に示す格子ピッチ10mmのカッティングシート(PCまくらぎ1)と、図17(B)に示す格子ピッチ2mmのスタンプ(PCまくらぎ2)の2種類の方法により格子状ターゲットを形成し、ひび割れの発生、ひび割れの分布、ひび割れの幅及びひび割れの進展方向が検知可能であるか検証を行った。撮影装置は、200万画素で最大170fps(frames per second(フレーム毎秒))で撮影が可能なCMOSモノクロカメラを使用した。

0096

(模型橋梁を対象とした動的試験の検証結果)
図18は、模型橋梁を用いた計測結果である。図18に示す縦軸は、ひび割れの幅(mm)であり、横軸は時間(s)である。図18に示すように、実施例に係るひび割れ検出システムは、0.1mm程度より微小な変位領域に対して、比較例に係るパイ型変位計と同程度の精度でひび割れの幅を検出可能であることが確認された。また、実際のコンクリート構造物の計測で対象となる20Hz程度以下の動的な挙動に対しても、150fpsで撮影することでその挙動を高精度にとらえることが可能であることが確認された。以上より、実施例に係るひび割れ検出システムによって実構造物におけるひび割れの動的計測が対応可能であることが確認された。

0097

(PCまくらぎを対象とした曲げ破壊試験の検証結果)
図19(A)は、曲げ破壊試験時の荷重変位曲線であり、縦軸は載荷荷重(kN)であり、横軸は変位(mm)である。図19(B)は、ひび割れを挟む位置の格子状ターゲットの相対変位と載荷荷重との関係であり、縦軸は載荷荷重(kN)であり、横軸は相対変位(mm)である。図19に示すPCまくらぎ1,2の曲げ破壊試験では、ひび割れは複数個所に発生するが、この曲げ破壊試験で対象としたひび割れは載荷点の直下に発生したひび割れである。図19(B)に示すように、格子状ターゲット間の相対変位の増加の度合いが大きくなる点(変曲点)でひび割れが発生した。図19(B)に示すように、PCまくらぎ2ではPCまくらぎ1よりも細かい格子ピッチの格子状ターゲットを用いたため、PCまくらぎ1よりもPCまくらぎ2のほうがノイズの少ない計測結果が得られた。また、図19(B)に示すように、相対変位(ひび割れの幅)と載荷荷重との関係を把握可能であることが確認された。

0098

0099

表1は、実施例に係るひび割れ検出システム及び目視により検出した曲げ破壊試験時のひび割れ発生荷重を比較して示す表である。表1に示すように、実施例に係るひび割れ検出システムにおけるひび割れ発生荷重は、図19(B)に示す変曲点の荷重である。表1に示すように、実施例に係るひび割れ検出システムは、目視よりも早い段階でひび割れの発生を検知可能であることが確認された。また、相対変位(ひび割れの幅)と載荷荷重との関係より、ひび割れ計測の結果から構造物の載荷荷重などを評価ができることが確認された。

0100

図20は、この発明の実施例に係るひび割れ検出システムによって得られたPCまくらぎ2のひび割れ分布図である。図20(C)に示すひび割れ発生状況の可視化画像では、図19(B)に示す変曲点の相対変位をしきい値(図8に示すしきい値th)として、相対変位の差がしきい値を超えるときにはひび割れが発生したものとして、この相対変位の差をひび割れの幅として表示した。その結果、図20に示すように、実施例に係るひび割れ検出システムによってPCまくらぎに発生したひび割れの分布を検出可能であることが確認された。以上の結果より、予めひび割れの幅と荷重との関係を実施例に係るひび割れ検出システムや数値解析で把握しておくことで、実構造物においてもひび割れ計測結果から作用した荷重などを推定可能であることが確認された。

0101

(他の実施形態)
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、構造物3がコンクリート橋などのコンクリート構造物である場合を例に挙げて説明したが、鋼橋などの鋼構造物についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、構造物3がコンクリート橋である場合を例に挙げて説明したが、コンクリート高架橋などについても、この発明を適用することができる。

0102

(2) この実施形態では、検出対象物が構造物3である場合を例に挙げて説明したが、載荷試験や疲労試験などで使用される供試体などの検出対象物についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、橋桁3aのひび割れの発生の有無、ひび割れの幅、ひび割れの発生位置及びひび割れの進展方向などの変状を変状検出部14によって検出する場合を例に挙げて説明したが、橋桁3aのコンクリートの膨張又は変形などの変状を変状検出部14によって検出することもできる。

0103

(3) この第1実施形態では、位相シフト法によって相対変位を演算する場合を例に挙げて説明したが、相対変位の演算方法を位相シフト法に限定するものではない。例えば、フーリエ変換位相シフト法、特徴量抽出法、相関位相シフト法又は積分型位相シフト法によって相対変位を演算する場合についてもこの発明を適用することができる。フーリエ変換位相シフト法の場合には、プロジェクタなどの表示装置が橋桁3aの表面に格子模様を投影し、この格子模様が存在する検出対象領域A0をCCDカメラなどの撮影装置7が撮影し、この格子模様の撮影画像に基づいて変位演算部10がフーリエ変換法によって検出対象領域A0内の変位を演算する。変位演算部10は、変形後の格子模様の撮影画像をフーリエ変換し、フィルタリング処理後スペクトル逆フーリエ変換して複素解析的に位相分布を演算し、検出対象領域A0内の変位を演算する。

実施例

0104

(4) この第1実施形態では、白色の背景に黒色の正方形を縦横方向に一定間隔で並べて格子模様5Aを形成する場合を例に挙げて説明したが、明暗が明確な格子模様5Aであればこの発明を適用することができる。例えば、黒色の背景に白色の正方形又はドットを縦横方向に一定間隔で並べて形成したり、白色の背景に黒色のドットを縦横方向に一定間隔で並べて形成したり、白黒の直線を縦方向及び/又は横方向に一定間隔で交互に並べて形成したりすることもできる。また、この第1実施形態では、相対変位の差と荷重との相関関数の傾斜方向が変化する変曲点に対応する相対変位の差をしきい値として決定する場合を例に挙げて説明したが、このような決定方法に限定するものではない。例えば、撮影画像中に目視可能なひび割れがある場合にはそのひび割れの幅を計測してしきい値を決定する方法や、目視可能なひび割れが存在しない場合には既往の計測結果や数値解析結果などからしきい値を決定する方法などについても、この発明を適用することができる。

0105

1 車両
2軌道
3構造物
3a橋桁(検出対象物)
4 変状検出システム
5A格子模様(特徴的な模様)
5Bランダム模様(特徴的な模様)
6振動検出装置
7撮影装置
8 変状検出装置
9情報入力部
10変位演算部
11撮影画像分割部
12相対変位演算部
13相対変位差演算部
14 変状検出部
15荷重推定部
16可視化画像生成部
17情報記憶部
18 表示部
19 制御部
A0検出対象領域
A11〜AMN 領域
ASサブセット
th しきい値

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