JP2014051811A

JP2014051811A - フィンガージョイントの破損判定方法

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Publication number: JP2014051811A
Application number: JP2012196526A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Uehigashi; 泰上東; Minoru Kawaida; 実川井田; Yuji Tsukiyama; 有二築山; Masanao Owaki; 雅直大脇; Takefumi Zaima; 健史財満
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Central Nippon Expressway Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Central Nippon Expressway Co Ltd
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2032-09-06
Also published as: JP5979755B2

Abstract

【課題】フィンガージョイントの破損を容易にかつ確実に判定する方法を提供する。
【解決手段】複数のマイクロフォンを備えた音採取手段を用いて、道路用橋梁に設置されているフィンガージョイントのフェイスプレートが振動している時に発生する音の音圧信号を採取して、前記音圧信号のうち、予め設定された周波数帯域である破損判定帯域にある音の減衰時間が基準減衰時間以上である音圧信号の音源方向を推定するとともに、フェイスプレートの映像を撮影し、前記音源方向のデータと前記フェイスプレートの画像データとを合成して音源方向を示す図形が描画された破損判定用画像を作成し、この作成された破損判定用画像からフィンガージョイントの破損箇所を特定するようにした。
【選択図】図９

Description

本発明は、高速道路等の橋梁に設置されるフィンガージョイントが破損しているか否かを判定する方法に関するものである。

従来、高速道路等の橋梁には、熱による橋桁の長さ方向の伸縮を吸収するため、橋桁の間に、図１０に示すような、フィンガージョイント５０と呼ばれる櫛型伸縮装置が設置されている（例えば、特許文献１参照）。
フィンガージョイント５０は、それぞれが、櫛歯５１ａが形成されたフェイスプレート５１と、フェイスプレート５１の櫛歯５１ａが形成された側とは反対側から支持するウェブプレート５２と、ウェブプレート５２から橋桁６０側に突出する複数のリブプレート５３とを備えた一対のジョイント部材５０Ａ，５０Ｂとから成り、各ジョイント部材５０Ａ，５０Ｂを構成するフェイスプレート５１の櫛歯５１ａ同士を隙間を持たせて噛み合わせるようにして橋梁に設置することで、寒暖差による橋桁６０の長さ方向の伸縮を吸収する。
なお、フェイスプレート５１とウェブプレート５２とリブプレート５３とはそれぞれ鋼材から成り、溶接により組み立てられる。また、各ジョイント部材５０Ａ，５０Ｂの橋桁６０側は橋桁６０のコンクリートと一体化されている。

特開２００３−６４６１３号公報

フィンガージョイント５０は、車両走行による輪荷重の繰り返し作用を直接受けるため、フェイスプレート５１が破断する場合がある。これは、フェイスプレート５１と一体化している橋桁６０のコンクリートの路面側の部分が削り取られてフェイスプレート５１が振動し易くなり、その結果、フェイスプレート５１に疲労亀裂が発生するためと考えられる。
フェイスプレート５１の疲労亀裂を初期段階において把握することができれば、フェイスプレート５１の破断前にフィンガージョイント５０を交換できるので、高速道路の走行安全性を向上させることができるが、初期段階においては、フェイスプレート５１の疲労亀裂は表面の外観目視だけでは把握できないのが現状であった。
そこで、配管等の傷の探査に用いられる超音波センサーやＡＥセンサーなどを用いてフェイスプレート５１の疲労亀裂の有無を検査する方法が考えられるが、フィンガージョイント５０は配管等に比べて面積が大きいので検査に時間がかかるだけでなく、フェイスプレート５１が厚いため、ウェブプレートとの間に発生する亀裂を検出することが困難であるといった問題点があった。

本発明者らは、フェイスプレートとウェブプレートとの間に亀裂が存在するフィンガージョイントのフェイスプレートをハンマーなどで加振して振動させると、フィンガージョイントの固有振動周波数より高い周波数帯域の音（以下、加振音という）が発生することから、フェイスプレートを振動させて加振音の音源の位置を推定することで、フェイスプレートとウェブプレートとの間の亀裂の発生箇所を特定できることを見出した。

ところで、上記加振音が発生したフィンガージョイントを撤去し、磁性粉探傷器にて推定された加振音の音源の位置の破損状況を確認したところ、破損が確認できた部分と破損が確認できなかった部分とがあることが分かった。
破損が確認できた部分でも、破損は磁性粉探傷器でやっと確認できる程度の大きさであるので、加振音が発生した箇所があっても磁性粉探傷器では確認できない微小な破損しか存在しないフィンガージョイントは十分に使用可能である。
破損が確認できた部分からの加振音の大きさは、確認できない部分からの加振音の大きさよりも大きいので、加振音の大きさを考慮してフィンガージョイントの破損判定を行うことも考えられるが、破損判定はフィンガージョイントが橋梁に設置された状態で行うため、フィンガージョイントの設置場所や使用状況などで加振音の大きさがバラついてしまい、その結果、十分に使用可能なフィンガージョイントまで破損品であると判定してしまう虞があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、フィンガージョイントの破損を容易にかつ確実に判定する方法を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意検討の結果、破損が確認できた部分で発生した加振音と破損が確認できなかった部分で発生した加振音とは、音の大きさだけでなく、減衰の度合いも異なることから、音源位置の推定に使用した加振音の減衰の度合いを調べることで、フィンガージョイントの破損を確実に判定できることを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、道路用橋梁に設置されているフィンガージョイントの破損判定方法であって、複数のマイクロフォンを備えた音採取手段を用いて振動状態にある前記フィンガージョイントの発生する音の音圧信号を採取するステップと、前記音圧信号から予め設定された当該フィンガージョイントの固有振動周波数より高い周波数帯域である破損判定帯域にある判定帯域音の減衰時間を算出するステップと、前記音圧信号のうちの前記判定帯域音の減衰時間が予め設定された基準減衰時間以上である音圧信号の音源方向を推定するステップと、前記フィンガージョイントのフェイスプレートの映像を撮影するステップと、前記推定された音源方向のデータと、前記撮影されたフェイスプレートの画像データとを合成して前記推定された音源方向を示す図形が描画された破損判定用画像を作成するステップと、前記作成された破損判定用画像から当該フィンガージョイントが破損しているか否かを判定するステップと、を備えることを特徴とする。
これにより、加振音の発生箇所が磁性粉探傷器で確認できる破損であるか否かを確実に判別することができるので、フィンガージョイントの破損判定精度を向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフィンガージョイントの破損判定方法であって、前記フィンガージョイントの振動が、道路用橋梁を走行する車両が当該フィンガージョイント上を通過した時に発生する振動であることを特徴とする。
これにより、フィンガージョイントの状態を常時監視できるので、フィンガージョイントの破損を早期に発見することができる。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のフィンガージョイントの破損判定方法であって、前記フィンガージョイントの振動が、当該フィンガージョイントのフェイスプレートに路面側から打撃を与えて加振したときに発生する振動であることを特徴とする。
これにより、フィンガージョイントを同一の条件で振動させることができるので、フィンガージョイントの破損を確実に判定できる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のフィンガージョイントの破損判定方法であって、前記減衰時間を、前記判定帯域音の数波長〜数十波長分の長さの時定数を有するフィルターでフィルタリングして求められた音圧信号の大きさの時間変化波形（レベル波形）から算出するようにしたことを特徴とする。
これにより、減衰時間の長さを精度よく求めることができる。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のフィンガージョイントの破損判定方法であって、前記破損判定帯域を、破損に起因する発生音の変化の大きな２０００Ｈｚ〜５０００Ｈｚ帯域としたことを特徴とする。
これにより、フィンガージョイントの破損判定精度を向上させることができるとともに、推定された音源方向を示す図形が破損判定帯域の音源の方向を示す図形のみとなるので、音源位置の推定精度が向上する。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のフィンガージョイントの破損判定方法であって、前記音採取手段が、互いに交わる２つの直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された第１及び第２のマイクロフォン対と前記第１及び第２のマイクロフォン対の作る平面上にない第５のマイクロフォンとを備え、前記第１のマイクロフォン対を構成する２つのマイクロフォン間の音の到達時間差と、前記第２のマイクロフォン対を構成する２つのマイクロフォン間の音の到達時間差と、前記第５のマイクロフォンと前記第１及び第２のマイクロフォン対を構成する４つのマイクロフォンのそれぞれとで構成される４組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の到達時間差とを用いて音源方向を推定することを特徴とする。
このような音採取手段を用いることにより、少ないマイクロフォン数で音源方向を精度よく推定できるので、亀裂の発生箇所を効率よくかつ正確に推定することができる。

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

本発明の実施の形態に係るフィンガージョイントの破損判定装置の構成を示す図である。音・映像採取ユニットと加振手段の設置位置の一例を示す図である。マイクロフォンの配置を示す図である。破損判定用画像の一例を示す図である。フィンガージョイントの打撃位置と破損箇所を示す図である。加振音の周波数スペクトルを示す図である。加振音の時系列波形を示す図である。加振音の減衰特性を示す図である。フィンガージョイントの破損判定方法を示すフローチャートである。フィンガージョイントの一例を示す図である。

以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、フィンガージョイントの破損判定装置１の構成を示す図で、フィンガージョイントの破損判定装置１は、加振手段１Ｄと、音・映像採取ユニット１０と、データ処理部２０と、記憶・演算部３０と、表示手段４０とを備える。
加振手段１Ｄは、図２に示すように、ジョイント部材５０Ａ（または、ジョイント部材５０Ｂ）のフェイスプレート５１を打撃する加振部材としてのハンマー１ａと、ハンマー１ａを上下させるハンマー駆動部１ｂと、駆動部１１ｂを支持する基台１ｃと、打撃毎に打撃信号を出力する信号発生部１ｄと、図示しない走行手段とを備え、自走してフェイスプレート５１の所定の位置にハンマー１ａによる打撃を加えて、ジョイント部材５０Ａ（または、ジョイント部材５０Ｂ）を加振するとともに、打撃箇所を示す打撃信号を発生してデータ処理部２０に出力する。
なお、図２では、データ処理部２０、記憶・演算部３０、及び、表示手段４０については省略した。本例では、フェイスプレート５１の打撃箇所を、櫛歯のある箇所の櫛歯とは反対側の箇所とした。

音・映像採取ユニット１０は、図１に示すように、音採取手段１１と、撮影手段としてのＣＣＤカメラ（以下、カメラという）１２と、マイクロフォン固定部１３と、カメラ支持台１４と、支柱１５と、支持脚１６とを備える。
音採取手段１１は複数のマイクロフォンＭ１〜Ｍ５を備える。
マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の配置は、図３に示すように、４個のマイクロフォンＭ１〜Ｍ４を、互いに直交する２直線（ここでは、ｘ軸とｙ軸）上にそれぞれ所定の間隔Ｌで配置された２組のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３）及びマイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ４）を構成するように配置するとともに、第５のマイクロフォンＭ５を前記マイクロフォンＭ１〜Ｍ４の作る平面上にない位置（ここでは、Ｚ軸上）に配置する。本例では、マイクロフォンＭ５を、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４の作る正方形を底面とする四角錐の頂点の位置に配置した。これにより、更に４組のマイクロフォン対（Ｍ５, Ｍ１）〜（Ｍ５, Ｍ４）が構成される。

カメラ１２の撮影方向は、図１の白抜きの矢印Ｄに示すように、２組のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３）及びマイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ４）が配置される直交する２直線の交点を通り前記２直線とほぼ４５°をなす方向に設定してある。
本例では、高速道路の橋梁に設置されている状態のフィンガージョイント５０を撮影するので、図２に示すように、音・映像採取ユニット１０を橋桁６０の路肩側に設置するとともに、打撃を与える側のジョイント部材５０Ａのフェイスプレート５１の表面を見下ろすような位置にカメラ１２が位置するように、音・映像採取ユニット１０を設置する。なお、カメラ１２の撮影範囲を水平角θで±６０°、仰角φで−２０°〜−６０°の範囲とした。

マイクロフォン固定部１３にはマイクロフォンＭ１〜Ｍ５が設置され、カメラ支持台１４にはカメラ１２が設置され、マイクロフォン固定部１３とカメラ支持台１４とは、３本の支柱１５によって連結されている。つまり、音採取手段１１とカメラ１２とは一体化されている。なお、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５は、カメラ１２の上部に配置される。
支持脚１６はいわゆる三脚で、音採取手段１１とカメラ１２とを計測箇所に支持する。
マイクロフォンＭ１〜Ｍ５は、音源であるフィンガージョイント５０から伝播される音の音圧信号の大きさである音圧レベルをそれぞれ測定する。

データ処理部２０は、データ取込手段２１と、増幅器２２と、Ａ／Ｄ変換器２３と、映像入出力手段２４とを備える。
データ取込手段２１は、加振手段１Ｄの信号発生部１ｄから送られてきた打撃信号が入力したときに、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５で採取した音の音圧信号を増幅器２２に取り込むとともに、映像入出力手段２４への映像信号の取り込みを許可する測定開始スイッチの機能を備える。音圧信号と映像信号の取り込みは、予め設定した取込時間（例えば、２ｓｅｃ．）だけ行い、次の打撃信号が入って来た時点でデータの取り込みを再開する。
増幅器２２はローパスフィルタを備え、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５で採取した音の音圧信号から高周波ノイズ成分を除去するとともに、前記各音圧信号を増幅してＡ／Ｄ変換器２３に出力する。
Ａ／Ｄ変換器２３は、音圧信号をＡ／Ｄ変換して得られた音圧波形データを記憶・演算部３０のデータ記憶手段３１に送る。
映像入出力手段２４は、カメラ１２で撮影された映像信号を入力し、この映像信号をＡ/Ｄ変換して得られた画像データをデータ記憶手段３１に送る。

記憶・演算部３０は、データ記憶手段３１と、音源方向推定手段３２と、減衰時間算出手段３３と、破損判定用画像作成手段３４と、破損判定手段３５とを備える。
記憶・演算部３０を構成する各手段は、例えば、パーソナルコンピュータのソフトウェアとメモリーとにより構成される。
データ記憶手段３１は音圧波形データと画像データとを打撃箇所Ｆｋ（ｋ＝１〜ｎ）毎に記憶する。
音源方向推定手段３２は、データ記憶手段３１に記憶された音圧波形データを用いて、音源方向である水平角θと仰角φとを算出するとともに音圧レベルを計測する。

水平角θと仰角φとは、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５間のそれぞれの位相差を求め、この求められた位相差から推定するが、本例では、位相差に代えて、位相差に比例する物理量である到達時間差Ｄ_ijを用いて水平角θ及び仰角φを求める。
具体的には、各マイクロフォン対（Ｍｉ, Ｍｊ）の時間遅れＤ_ijから、当該観測点から見た音源方向を推定する（ｉ，ｊ＝１〜５）。
水平角θと仰角φとは以下の式（１）及び式（２）で表わせる。
ここで、時間遅れＤ_ijは、マイクロフォンＭ_iに到達する音圧信号と、このマイクロフォンＭ_iに対して対となるマイクロフォンＭ_jに到達する音圧信号との時間差であり、この対となる２つのマイクロフォンＭ_i及びＭ_jに入力される信号のクロススペクトルＰ_ij（ｆ）を求め、更に、対象とする周波数ｆの位相角情報Ψ（ｒａｄ）を用いて、以下の式（３）により算出される。
なお、音源方向と音圧レベルとは周波数毎に計測するが、本例では、後述する破損判定帯域（２０００Ｈｚ〜５０００Ｈｚの周波数帯域）についてのみ行う。
また、マイクロフォンＭ５に入力される信号の大きさを、観察される音の音圧信号の大きさとする。

減衰時間算出手段３３は、帯域フィルター３３ａと減衰時間算出部３３ｂとを備える。
帯域フィルター３３ａは、時定数が１０ｍｓｅｃ．のバンドパスフィルターなどで構成され、Ａ／Ｄ変換器２３でＡ／Ｄ変換された加振音の音圧波形データから、フィンガージョイント５０の破損を判定するために予め設定された周波数帯域である破損判定帯域の音圧信号のデータである音圧波形データを抽出して減衰時間算出部３３ｂに送る。
減衰時間算出部３３ｂは、加振音の音圧波形データから、破損判定帯域の音の大きさの時間変化波形であるレベル波形を求めるとともに、レベル波形から加振音の減衰時間を算出する。
破損判定帯域の設定方法とレベル波形の求め方については後述する。

破損判定用画像作成手段３４は、打撃箇所Ｆｋ（ｋ＝１〜ｎ）毎に、音源方向推定手段３２で算出された加振音の音源方向のデータ（水平角θと仰角φ）及び音圧レベルと、データ記憶手段３１に記憶された画像データとを合成し、例えば、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような、画像中に音源の方向を示す図形（例えば、円）が描画された破損判定用画像Ｇ_k（ｋ＝１〜ｎ）を作成して表示手段４０に出力する。
破損判定用画像Ｇ_kの横軸は水平角θで縦軸は仰角φで、周波数帯域が破損判定帯域（２０００Ｈｚ〜５０００Ｈｚ）、音圧レベルが所定値（例えば、７０ｄＢ_SPL）以上である加振音の音源方向を示す図形のみが描写される。図形が円の場合には、円の半径が加振音の音圧信号の大きさを表わす。

破損判定手段３５は、打撃箇所毎に作成されたｎ個の破損判定用画像Ｇ_k（ｋ＝１〜ｎ）の中から、音源の方向を示す図形が表示されている破損判定用画像があるか否かを判定することで、フィンガージョイント５０が破損しているか否かを判定するとともに、例えば、音源方向を示す複数の図形の重心座標を求めるなどして、フェイスプレート５１とウェブプレート５２との間に亀裂が発生している箇所（破損箇所）を特定する。
なお、破損判定用画像は打撃箇所毎に作成されるので、破損箇所を打撃箇所Ｆｋに対抗する櫛歯の根元であるとしても問題はない。
このとき、減衰時間算出手段３３で算出した減衰時間が予め設定した基準減衰時間よりも短い箇所の加振音の音源の方向を示す図形を削除するようにすれば、フィンガージョイントが破損していると判定される箇所にのみ音源の方向を示す図形が表示された破損判定用画像Ｇを得ることができるので、フィンガージョイント５０が破損している箇所（破損箇所）を確実に特定することができる。
表示手段４０は、液晶ディスプレイ等の表示画面４０Ｍを備え、破損判定用画像作成手段３４で作成された破損判定用画像を表示画面４０Ｍに表示する。

ここで、破損判定帯域の設定方法とレベル波形の求め方について説明する。
高速道路の橋梁部で使用中の複数のフィンガージョイントについて、図５に示すように、ジョイント部材５０Ａのフェイスプレート５１の複数箇所（打撃箇所Ｆ１〜Ｆ１１）を１箇所ずつハンマーで打撃して加振してジョイント部材５０Ａが発生する音の音圧信号を音採取手段にて採取するとともに、打撃箇所Ｆ１〜Ｆ１１近傍をそれぞれカメラ１２にて撮影して、破損判定用画像Ｇ_k（ｋ＝１〜１１）を作成した後、加振音の発生したフィンガージョイントを撤去し、磁粉探傷器にてジョイント部材５０Ａの破損を調べた。
以下、破損判定帯域を設定する方法について、ジョイント部材５０Ａの打撃箇所Ｆ４と打撃箇所Ｆ６とで加振音の発生があったフィンガージョイントを例にとって説明するが、破損判定帯域を設定する際には、加振音が発生した複数のフィンガージョイントのジョイント部材５０Ａ，５０Ｂについて調査をしたことはいうまでもない。

磁粉探傷器による検査の結果、図５に示すように、打撃箇所Ｆ６近傍には、フェイスプレート５１とウェブプレート５２の間の亀裂Ｋがあることが確認されたが、打撃箇所Ｆ４近傍では、加振音が発生したにもかかわらず破損は観察されなかった。以下、加振音が発生した打撃箇所を変化部、加振音が発生しなかった打撃箇所を健全部という。
前述した図４（ａ）〜（ｃ）に示す破損判定用画像Ｇ₁、Ｇ₄、Ｇ₆は、それぞれ、健全部Ｆ１、変化部Ｆ４，Ｆ６をそれぞれ加振したときの破損判定用画像で、図６（ａ）〜（ｃ）は、健全部Ｆ１、変化部Ｆ４，Ｆ６をそれぞれ加振したときに発生した音をＦＦＴ分析して得られた周波数スペクトルの一例を示す図である。周波数スペクトルの横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は音圧レベル［ｄＢ］で、一点鎖線で示した音圧レベルが７０ｄＢ_SPLに相当する。
図６（ａ）と図６（ｂ），（ｃ）を比較して分かるように、変化部Ｆ４と変化部Ｆ６とでは、健全部Ｆ１と比較して、音圧レベルが大きい周波数帯域があることが分かる。
図６では、この周波数帯域が２０００Ｈｚ〜２５００Ｈｚの間にあるフィンガージョイントの周波数スペクトルを示したが、仕様の異なるフィンガージョイントで健全部Ｆ１との音圧レベルに明確な差がある周波数帯域を調べたところ、上記周波数帯域が２０００Ｈｚ〜５０００Ｈｚの間にあることが分かった。
そこで、本例では、健全部Ｆ１との音圧レベルに明確な差がある周波数帯域である２０００Ｈｚ〜５０００Ｈｚ帯域を破損判定帯域に設定した。

次に、レベル波形の求め方について説明する。
図７（ａ）〜（ｃ）は、設定された破損判定帯域の音圧信号をフィルタリングして抽出して得られた音圧信号の時間変化波形で、加振音の減衰時間は変化部Ｆ４では小さいが、変化部Ｆ６では長いことが分かった。なお、健全部Ｆ１では加振音の減衰時間が最も短い。
そこで、フィルタリングにより抽出された音圧信号である破損判定帯域音圧信号のＲＭＳ値を算出し、ＲＭＳ値の時間変化波形であるレベル波形を求めた。
レベル波形の一例を図８に示す。同図の太い実線が変化部Ｆ６のレベル波形で、細い実線が変化部Ｆ４のレベル波形、太い一点鎖線が健全部Ｆ１のレベル波形である。
ここで、減衰時間を、音圧レベルが最大値となった時点から、最大値に対して５０ｄＢ減少するまでの時間とすると、同図から明らかなように、変化部Ｆ６における加振音の減衰時間は変化部Ｆ４の加振音の減衰時間よりも明らかに長いことがわかる。したがって、加振音の減衰時間と閾値（予め設定した基準減衰時間）とを比較することで、加振音の発生箇所が磁性粉探傷器で確認できる程度の破損であるか否かを判別できる。
なお、本例では、ＲＭＳ値を求める際の時定数を10msec.〜50msec.とした。これは、時定数が大きすぎるとフィンガージョイント全体からの影響が大きくなり、個別の現象が隠れてしまうためである。また、時定数が小さすぎると、細かな傷等の影響が反映されてしまうため、減衰時間の測定精度が低下するからである。したがって、レベル波形を求める際の時定数としては、10msec.〜50msec.、すなわち、破損判定帯域音の数波長〜数十波長分の長さとすることが好ましい。

次に、本発明によるフィンガージョイントの破損判定方法について、図９のフローチャートを参照して説明する。
まず、音・映像採取ユニット１０を計測点にセットし、カメラ１２の撮影方向を高速道路の橋梁に設置されているフィンガージョイント５０を構成するジョイント部材５０Ａのフェイスプレート５１における打撃箇所Ｆ１に向けた後、打撃箇所Ｆ１を打撃してフィンガージョイント５０を加振する（ステップＳ１０）。そして、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５にてフィンガージョイント５０の発生する加振音の音圧信号と打撃箇所Ｆ１近傍の画像を採取する（ステップＳ１１）。
次に、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の出力信号である音圧信号を増幅してＡ／Ｄ変換して得られた音圧波形データをデータ記憶手段３１に保存するとともに、カメラ１２の映像信号をＡ／Ｄ変換して得られた画像データをデータ記憶手段３１に保存する（ステップＳ１２）。
次に、データ記憶手段３１に保存された音圧波形データを用いて、加振音の音源方向である水平角θ及び仰角φを推定するとともに、音圧レベルとを算出する（ステップＳ１３）。
また、音源方向の推定と並行して、データ記憶手段３１に保存された音圧波形データから破損判定帯域の音圧信号を取り出し、この音圧信号のデータを用いてレベル波形を求めて、加振音の減衰時間を算出する（ステップＳ１４）。

次に、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような、横軸が水平角θで縦軸を仰角φであるマップ上に、音源方向（θ，φ）と音圧信号の周波数及び大きさとを表示した円が表示された破損判定用画像を作成する（ステップＳ１５）。円の径が音圧レベルを表わす。
破損判定用画像Ｇ₁には破損判定帯域である２０００Ｈｚ〜５０００Ｈｚの音圧信号の帯域成分（左下がりの斜線を施した円）のみが表示される。
次に、全ての打撃箇所Ｆｋ（ｋ＝１〜ｎ）の破損判定用画像Ｇ_k（ｋ＝１〜ｎ）を作成したか否かを判定する（ステップＳ１６）。
全ての打撃箇所の破損判定用画像を作成していない場合には、加振手段１Ｄを自走させて次の打撃箇所まで自走した後、フェイスプレート５１の所定の位置にハンマー１ａによる打撃を加えて、次の打撃箇所Ｆｋ＋１を打撃してフィンガージョイント５０を加振した後、ステップＳ１１〜ステップＳ１６までの操作を行って、フィンガージョイント５０の発生する音の音圧信号と打撃箇所Ｆｋ＋１近傍の画像とを採取し、全ての打撃点Ｆｋ（ｋ＝１〜ｎ）の破損判定用画像Ｇ_k（ｋ＝１〜ｎ）を作成する。

全ての打撃箇所の破損判定用画像の作成が終了したら、ステップＳ１７に進んで、ｎ枚の破損判定用画像Ｇ_k（ｋ＝１〜ｎ）のそれぞれについて、音源方向の推定に用いた加振音の減衰時間が予め設定した基準減衰時間以上であるか否かを判定し、加振音の減衰時間が基準減衰時間以上である破損判定用画像を選択し、この選択された破損判定用画像を破損箇所特定用画像とする（ステップＳ１７）。
最後に、選択された破損箇所特定用画像を用いて、フィンガージョイント５０を構成するジョイント部材５０Ａの破損箇所を特定する（ステップＳ１８）。具体的には、図４（ｃ）に示した破損判定用画像Ｇ₆のように、破損箇所特定用画像の破損部近傍には音源位置を示す円が多数表示される。したがって、破損箇所特定用画像に表示されている円の大きさや密度などから亀裂Ｋの位置を特定することができる。
なお、前述したように、亀裂Ｋの位置を打撃箇所Ｆ６に対抗する櫛歯の根元であるとしてもよい。
フィンガージョイント５０を構成するジョイント部材５０Ａの破損判定が終了したら、ステップＳ１０に戻り、ステップＳ１０〜ステップＳ１９までの操作を行ってジョイント部材５０Ｂの破損判定を行う。

なお、前記実施の形態では、音源方向の推定と減衰時間を算出とを並行して行ったが、減衰時間を先に算出し、算出された減衰時間が基準減衰時間以上の加振音についてのみ、音源方向の推定を行ってもよい。この場合、破損判定用画像Ｇ_kは、算出された減衰時間が基準減衰時間以上の加振音についてのみ作成すればよく、破損箇所特定用画像を選択する必要もないので、作業工程を簡略化できる。
また、音源方向の推定と減衰時間を算出とを並行して行い、減衰時間が算出された減衰時間が基準減衰時間以上の加振音のみ破損判定用画像を作成してもよい。
一方、本例の方法では、全ての打撃点について破損判定用画像を作成しているので、磁性粉探傷器で確認できる程度の破損でない場合でも、破損判定用画像をデータとして残せるという利点がある。
また、前記例では、レベル波形を求めて減衰時間を算出したが、図７（ａ）〜（ｃ）に示すような破損判定帯域の音圧信号の時系列波形の包絡線から減衰時間を算出するようにしてもよい。

また、前記例では、フェイスプレート５１の打撃箇所Ｆｋを、櫛歯のある箇所の櫛歯とは反対側の１１箇所としたが、これに限るものではなく、櫛歯であってもよいし、櫛歯と櫛歯の間であってもよい。
また、打撃箇所の数についても櫛歯の数に無関係に設定してもよい。打撃箇所の数は少なくとも１箇所であればよい。また、複数の打撃箇所Ｆｋを一箇所ずつ順に打撃してもよいし、複数箇所を同時に打撃してもよい。
また、加振手段１Ｄは本発明の必須の事項ではなく、当該フィンガージョイント５０が加振されて振動状態にある時に発生する音の音圧信号とその時のフェイスプレート５１の映像とを採取して破損判定用画像を作成すれば、フィンガージョイント５０の破損を判定することができる。
具体的には、作業員がハンマー１ａにてフェイスプレート５１を打撃することでフィンガージョイント５０を振動させてもよい。
あるいは、高速道路を走行中の車両がフィンガージョイント５０を通過したときにはタイヤの荷重によりフィンガージョイント５０が加振されるので、車両通過時の音と映像とを採取して破損判定用画像を作成すれば、フィンガージョイント５０を人為的に加振することなく、フィンガージョイント５０の破損を判定することができるとともに、フィンガージョイントの状態を常時監視できるので、フィンガージョイントの破損を早期に発見することができる。

以上説明したように、本発明によれば、高速道路等の橋梁に設置さている状態のフィンガージョイント５０の破損を確実にかつ短時間で判定することができるので、高速道路の保守管理を効率よく行うことができる。

１フィンガージョイントの破損判定装置、
１０音・映像採取ユニット、１１音採取手段、１２カメラ、
１３マイクロフォン固定部、１４カメラ支持台、１５支柱、１６支持脚、
２０データ処理部、２１データ取込手段、２２増幅器、２３Ａ／Ｄ変換器、
２４映像入出力手段、
３０記憶・演算部、３１データ記憶手段、３２音源方向推定手段、
３３減衰時間算出手段、３３ａ帯域フィルター、３３ｂ減衰時間算出部、
３４破損判定用画像作成手段、３５破損判定手段、
４０表示手段、４０Ｍ表示画面、
５０フィンガージョイント、５０Ａ，５０Ｂジョイント部材、
５１フェイスプレート、５１ａ櫛歯、５２ウェブプレート、５３リブプレート、６０橋桁、Ｍ１〜Ｍ５マイクロフォン。

Claims

道路用橋梁に設置されているフィンガージョイントの破損判定方法であって、
複数のマイクロフォンを備えた音採取手段を用いて振動状態にある前記フィンガージョイントの発生する音の音圧信号を採取するステップと、
前記音圧信号から予め設定された当該フィンガージョイントの固有振動周波数より高い周波数帯域である破損判定帯域にある判定帯域音の減衰時間を算出するステップと、
前記音圧信号のうちの前記判定帯域音の減衰時間が予め設定された基準減衰時間以上である音圧信号の音源方向を推定するステップと、
前記フィンガージョイントのフェイスプレートの映像を撮影するステップと、
前記推定された音源方向のデータと、前記撮影されたフェイスプレートの画像データとを合成して前記推定された音源方向を示す図形が描画された破損判定用画像を作成するステップと、
前記作成された破損判定用画像から当該フィンガージョイントが破損しているか否かを判定するステップと、
を備えることを特徴とするフィンガージョイントの破損判定方法。
前記フィンガージョイントの振動が、道路用橋梁を走行する車両が当該フィンガージョイント上を通過した時に発生する振動であることを特徴とする請求項１に記載のフィンガージョイントの破損判定方法。
前記フィンガージョイントの振動が、当該フィンガージョイントのフェイスプレートに路面側から打撃を与えて加振したときに発生する振動であることを特徴とする請求項１に記載のフィンガージョイントの破損判定方法。
前記減衰時間を、前記判定帯域音の数波長〜数十波長分の長さの時定数を有するフィルターでフィルタリングして求められた音圧信号の大きさの時間変化波形から算出することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のフィンガージョイントの破損判定方法。
前記破損判定帯域が２０００Ｈｚ〜５０００Ｈｚ帯域であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のフィンガージョイントの破損判定方法。
前記音採取手段が、互いに交わる２つの直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された第１及び第２のマイクロフォン対と前記第１及び第２のマイクロフォン対の作る平面上にない第５のマイクロフォンとを備え、
前記第１のマイクロフォン対を構成する２つのマイクロフォン間の音の到達時間差と、
前記第２のマイクロフォン対を構成する２つのマイクロフォン間の音の到達時間差と、
前記第５のマイクロフォンと前記第１及び第２のマイクロフォン対を構成する４つのマイクロフォンのそれぞれとで構成される４組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の到達時間差とを用いて音源方向を推定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のフィンガージョイントの破損判定方法。