JP2016125949A - Surface inspection device of structure and surface inspection method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、インフラを構成する構造物の表面検査装置および表面検査方法に関する。 The present invention relates to, for example, a surface inspection apparatus and a surface inspection method for a structure constituting an infrastructure.
例えば、トンネルなどの社会インフラ構造物においては、老朽化等によって耐久性の低下が生じるため、定期的な検査及び補修作業の実施により維持管理を行うことが必要とされている。従来の検査方法としては、例えば、近接目視検査や打音検査などが知られているが、これらの検査方法は人手による作業であるため効率が悪く、検査には長い時間を必要とする。そのため、供用中の構造物において、検査対象の構造物が使用されていない時間帯に検査を行う場合には、限られた時間で検査する必要があるので検査頻度の低下が問題となり、また、一時的に供用を停止して検査を行う場合には、構造物の稼働率の低下が問題となる。 For example, in social infrastructure structures such as tunnels, durability deteriorates due to aging and the like, and therefore, it is necessary to perform maintenance management by carrying out periodic inspections and repair work. As conventional inspection methods, for example, proximity visual inspection and hammering inspection are known. However, these inspection methods are inefficient because they are manual operations, and the inspection requires a long time. Therefore, in the structure in service, when performing the inspection in the time zone when the structure to be inspected is not used, it is necessary to inspect in a limited time, so the decrease in the inspection frequency becomes a problem, When the inspection is performed after temporarily stopping the service, a decrease in the operation rate of the structure becomes a problem.
このような人手による従来の検査方法に対し、例えば、特許文献１（特開平０６−４２３００号公報）には、トンネル内を走行する車両上に設置されたトンネル壁面撮影用一次元センサカメラを用いてトンネル壁面に対して進行方向と直角方向のトンネル断面スキャンを行い、順次そのデータを蓄積することにより、トンネル壁面の展開画像を取得し、この画像を用いて自動診断を行うトンネル検査装置に関する技術が開示されている。 In contrast to such a conventional manual inspection method, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 06-42300) uses a one-dimensional sensor camera for tunnel wall surface photography installed on a vehicle traveling in a tunnel. Technology for tunnel inspection equipment that scans the tunnel wall surface in the direction perpendicular to the traveling direction with respect to the tunnel wall surface, accumulates the data sequentially, acquires the developed image of the tunnel wall surface, and uses this image for automatic diagnosis Is disclosed.
しかしながら、上記従来技術には次のような問題点がある。すなわち、車両のような移動体に搭載したカメラを用いて撮像を行う場合には、取得画像のブレを抑制するために露光時間を短くする必要がある。しかし、そのような短い露光時間で、例えば、き裂などの不具合箇所（領域）とそれ以外の表面汚れなどの箇所（領域）とを判別するには高コントラストでの撮像が必要であるため、撮像速度（車両速度）を抑えなければならず、検査効率が低下してしまうという問題があった。 However, the above prior art has the following problems. That is, when imaging is performed using a camera mounted on a moving body such as a vehicle, it is necessary to shorten the exposure time in order to suppress blurring of an acquired image. However, with such a short exposure time, for example, it is necessary to perform imaging with high contrast in order to discriminate between a defective portion (region) such as a crack and a portion (region) such as other surface contamination. There was a problem that the imaging speed (vehicle speed) had to be suppressed, and the inspection efficiency was reduced.
そこで、本発明は上記に鑑みてなされたものであり、構造物の表面検査をより高速に行うことができ、検査効率の向上を図ることができる構造物の表面検査装置および表面検査方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above, and provides a surface inspection apparatus and a surface inspection method for a structure that can perform surface inspection of a structure at higher speed and can improve inspection efficiency. The purpose is to do.
上記目的を達成するための本発明の構造物の表面検査装置は、検査対象である構造物に対して弾性波を励起する弾性波発生素子と、前記弾性波発生素子を駆動する送信器と、前記構造物の表面に応力に応じて発光する応力発光構造部を設けてある部位であって、前記弾性波によって圧力変化が生じている領域を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により得られた前記構造物の画像に基づいて、前記構造物の表面の欠陥を検出する欠陥検出部を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a surface inspection apparatus for a structure of the present invention includes an elastic wave generating element that excites an elastic wave with respect to a structure to be inspected, a transmitter that drives the elastic wave generating element, Obtained by an imaging device for imaging a region where a stress light emitting structure that emits light in response to stress is provided on the surface of the structure and in which a pressure change is generated by the elastic wave, and the imaging device A defect detection unit that detects a defect on the surface of the structure based on an image of the structure is provided.
上記目的を達成するための本発明の構造物の表面検査方法は、検査対象である構造物表面に弾性波を励起するステップと、前記構造物の表面に応力に応じて発光する応力発光構造部を設けてある部位であって、前記弾性波によって圧力変化が生じる領域を撮像して画像を得るステップと、前記画像に基づいて前記構造物の表面の欠陥を検出するステップからなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a surface inspection method for a structure according to the present invention includes a step of exciting an elastic wave on a surface of a structure to be inspected, and a stress light emitting structure that emits light on the surface of the structure according to stress. And a step of obtaining an image by imaging a region where a pressure change is caused by the elastic wave, and detecting a defect on the surface of the structure based on the image. To do.
本発明によれば、能動的に均一な歪を付与するので、き裂のサイズに依存する安定的な発光が期待でき、定量評価が容易になる。 According to the present invention, since uniform strain is actively applied, stable light emission depending on the crack size can be expected, and quantitative evaluation becomes easy.
以下、実施例を図面を用いて説明する。 Hereinafter, examples will be described with reference to the drawings.
以下、実施例１を図１乃至図６を用いて説明する。 Hereinafter, Example 1 will be described with reference to FIGS.
図１は、実施例１に係る表面検査装置の全体構成を検査対象の構造物とともに概略的に示す図であり、進行方向後方から見た図である。また、図２は、表面検査装置における各機能の詳細を示す機能ブロック図である。なお、本実施例では、表面検査装置による検査対象の構造物の一例として、トンネル１（以下、構造物１と称する）を示して説明する。 FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the overall configuration of the surface inspection apparatus according to the first embodiment together with a structure to be inspected, as viewed from the back in the traveling direction. FIG. 2 is a functional block diagram showing details of each function in the surface inspection apparatus. In this embodiment, a tunnel 1 (hereinafter referred to as the structure 1) will be described as an example of a structure to be inspected by the surface inspection apparatus.
図１において、検査対象の構造物１の表面には、応力に応じて発光する応力発光構造部２が設けられている。応力発光構造部２は、例えば、応力発光材料を含有して形成された応力発光材料含有層である。 In FIG. 1, a stress light emitting structure 2 that emits light according to stress is provided on the surface of a structure 1 to be inspected. The stress light emitting structure 2 is a stress light emitting material-containing layer formed, for example, containing a stress light emitting material.
表面検査装置１００は、車両などの移動体３と、移動体３の車輪に同期したエンコーダ２２からの情報から車両位置を検知する位置検知装置４と、検査対象の構造物１の表面に弾性表面波を発生させる弾性表面波発生素子５１と、弾性表面波発生素子５１を駆動する送信器５２と、構造物１の表面を撮像する撮像装置６と、撮像装置６で取得した画像の処理などを行う画像処理装置７と、画像や検査結果等を表示する表示装置８と、検査条件や画像、検査結果などの各種情報を記憶する記憶装置９と、各種情報を入力する入力装置２３と、表面検査装置１００の全体の動作を制御する制御装置２４とを概略備えている。 The surface inspection device 100 includes a movable body 3 such as a vehicle, a position detection device 4 that detects a vehicle position from information from an encoder 22 synchronized with a wheel of the movable body 3, and an elastic surface on the surface of the structure 1 to be inspected. A surface acoustic wave generating element 51 for generating a wave, a transmitter 52 for driving the surface acoustic wave generating element 51, an imaging device 6 for imaging the surface of the structure 1, and processing of an image acquired by the imaging device 6 An image processing device 7 to perform, a display device 8 for displaying images and inspection results, a storage device 9 for storing various information such as inspection conditions, images, and inspection results, an input device 23 for inputting various information, and a surface And a control device 24 that controls the overall operation of the inspection apparatus 100.
位置検知装置４は、予め定められて記憶装置９などに記憶された検査スケジュールや設定内容と、エンコーダ２２からの情報から得られた車両位置とに基づいて、送信器５２や撮像装置６に動作や停止の指示を送る。また、送信器５２や撮像装置６への指示の送信に関連して、画像処理装置７や制御装置２４等にも位置情報を送信し、表面検査装置１００における画像や検査結果等の各種情報と検査対象である構造物１における位置と関連付けて記憶等の処理を行っている。 The position detection device 4 operates on the transmitter 52 and the imaging device 6 based on the inspection schedule and setting contents that are predetermined and stored in the storage device 9 and the vehicle position obtained from the information from the encoder 22. Send stop instructions. In addition, in relation to the transmission of instructions to the transmitter 52 and the imaging device 6, position information is also transmitted to the image processing device 7, the control device 24, etc., and various information such as images and inspection results in the surface inspection device 100 are transmitted. Processing such as storage is performed in association with the position in the structure 1 to be inspected.
弾性表面波発生素子５１は、構造物１の検査対象領域の表面に弾性表面波１６を生じさせることにより構造物１表面に応力変化を生じさせるもので、例えば、気中用の音響送信素子を用いる。弾性表面波発生素子５１により、構造物１の表面の応力発光構造部２に応力変化を生じさせると、応力発光構造部２は各部に生じる応力の大きさに応じて発光する。応力発光構造部２に働く応力は、構造物１におけるき裂などの欠陥が存在する領域に集中し、その結果、周囲と比較してより強く発光する領域（すなわち、図３の発光領域１１等）となる。 The surface acoustic wave generating element 51 generates a change in stress on the surface of the structure 1 by generating the surface acoustic wave 16 on the surface of the inspection target region of the structure 1. For example, an acoustic transmission element for the air is used. Use. When a stress change is generated in the stress light emitting structure 2 on the surface of the structure 1 by the surface acoustic wave generating element 51, the stress light emitting structure 2 emits light according to the magnitude of the stress generated in each part. The stress acting on the stress light emitting structure 2 is concentrated in a region where a defect such as a crack exists in the structure 1, and as a result, a region that emits light more strongly than the surroundings (that is, the light emitting region 11 in FIG. 3 and the like). )
撮像装置６は、構造物１の表面の弾性表面波発生素子５１によって応力変化が生じている領域を撮像するものであり、例えば、図３に示すようなＴＤＩ（Time Delayed Integration）センサなどの高速高感度センサを用いる。 The image pickup device 6 picks up an image of a region where a stress change is generated by the surface acoustic wave generating element 51 on the surface of the structure 1. For example, the image pickup device 6 is a high-speed device such as a TDI (Time Delayed Integration) sensor shown in FIG. A highly sensitive sensor is used.
図３は、ＴＤＩセンサの構造の一例を示す図である。図３に示すように、ＴＤＩセンサは、検査対象表面の応力発光構造部２の発光領域１１の発光をレンズ１３を介して受光素子１４上に集光し、受光素子１４で光電変換した電荷を読み出す際に、隣接する受光素子に転送を実施する。このときに、ＴＤＩセンサ（撮像装置６）および移動体３の移動速度に受光素子１４の電荷転送のタイミングを合わせることで、転送回数分だけ電荷を蓄積することができ、露光時間を長くすることが可能である。これにより、移動体３上に設置した撮像装置６において高速かつ高感度撮像が可能となる。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the structure of the TDI sensor. As shown in FIG. 3, the TDI sensor condenses the light emitted from the light emitting region 11 of the stress light emitting structure 2 on the surface to be inspected onto the light receiving element 14 through the lens 13 and photoelectrically converts the electric charge converted by the light receiving element 14. When reading, transfer is performed to adjacent light receiving elements. At this time, by adjusting the timing of charge transfer of the light receiving element 14 to the moving speed of the TDI sensor (imaging device 6) and the moving body 3, charges can be accumulated by the number of times of transfer, and the exposure time can be lengthened. Is possible. Thereby, high-speed and high-sensitivity imaging can be performed in the imaging device 6 installed on the moving body 3.
弾性表面波発生素子５１と撮像装置６は、移動体３上に配置されており、表面検査処理の実施時には、移動体３の構造物１の表面に沿う方向（図１の紙面奥方向）への移動に伴って一体的に移動する。 The surface acoustic wave generating element 51 and the imaging device 6 are arranged on the moving body 3, and in the direction along the surface of the structure 1 of the moving body 3 (backward direction in FIG. 1) when performing the surface inspection process. It moves integrally with the movement of.
画像処理装置７は、撮像装置６により得られた構造物１の画像に基づいて、構造物の表面の欠陥を検出する欠陥検出部を構成しており、撮像装置６により取得された画像に基づいて発光領域１１の画像を抽出する抽出部７ａと、抽出された発光領域１１の画像に基づいて欠陥の有無を判定する判定処理（すなわち、欠陥を検出する検出処理）を行う判定部７ｂとを有している。 The image processing device 7 constitutes a defect detection unit that detects defects on the surface of the structure based on the image of the structure 1 obtained by the imaging device 6, and is based on the image acquired by the imaging device 6. An extraction unit 7a that extracts an image of the light emitting region 11 and a determination unit 7b that performs a determination process for determining the presence or absence of a defect based on the extracted image of the light emitting region 11 (that is, a detection process for detecting a defect). Have.
抽出部７ａは、撮像装置６により得られた画像に、例えば、輝度の二値化処理のような画像処理を施すことによって、画像から、明るく撮像された発光領域１１のみを抽出する。なお、発光領域１１のみを抽出する画像処理については、同様の効果が得られる別の処理を用いても良く、例えば、境界抽出処理を用いても構わない。また、発光領域１１のみを抽出する処理の前や後に、平滑化処理のようなノイズ除去処理を必要に応じて追加しても構わない。 The extraction unit 7a performs, for example, image processing such as luminance binarization processing on the image obtained by the imaging device 6, thereby extracting only the light-emitting region 11 that is brightly captured from the image. In addition, about the image process which extracts only the light emission area | region 11, another process from which the same effect is acquired may be used, for example, you may use a boundary extraction process. Further, a noise removal process such as a smoothing process may be added as necessary before or after the process of extracting only the light emitting region 11.
また、抽出部７ａでは、抽出した発光領域１１の画像から、発光領域１１の検査範囲における位置や大きさなどの発光領域情報データを算出する処理（サイジング処理）を行う。なお、発光領域１１には、欠陥が存在すると推定されるので、発光領域情報データは、検査範囲における欠陥位置や大きさ（長さ、幅）などの欠陥情報データと言い換えることもできる。 Further, the extraction unit 7a performs a process (sizing process) for calculating light emitting area information data such as the position and size of the light emitting area 11 in the inspection range from the extracted image of the light emitting area 11. In addition, since it is estimated that the defect exists in the light emission area | region 11, the light emission area information data can also be paraphrased with defect information data, such as a defect position in a test | inspection range, and a magnitude | size (length, width).
判定部７ｂは、抽出部７ａで抽出された画像や発光領域情報データ（欠陥情報データ）に基づいて、欠陥の有無、或いは、欠陥が許容範囲であるかどうかを判定する。判定部７ｂでは、予め設定した検査目的や検査基準に応じて、例えば、欠陥（すなわち、発光領域１１）の大きさ（長さ、幅）を予め定めた基準の値を超えるか否かによって欠陥の有無、或いは、欠陥が許容範囲であるかどうか（つまり、検査の合否）を判定する。 The determination unit 7b determines the presence or absence of a defect or whether the defect is in an allowable range based on the image extracted by the extraction unit 7a and the light emission area information data (defect information data). In the determination unit 7b, a defect is determined depending on whether the size (length, width) of the defect (that is, the light emitting region 11) exceeds a predetermined reference value, for example, in accordance with a preset inspection purpose and inspection standard. Whether or not the defect is within an allowable range (that is, whether the inspection is acceptable) is determined.
画像処理装置７で得られた、処理前後の画像や発光領域情報データ（欠陥情報データ）、判定結果などの情報は、表示装置８に送られて表示されるとともに、記憶装置９に送られて記憶される。 Information obtained by the image processing device 7 before and after processing, light emitting area information data (defect information data), determination results, and the like are sent to the display device 8 for display and also sent to the storage device 9. Remembered.
制御装置２４は、表面検査装置１００の全体の動作を制御するとともに、入力装置２３から入力される設定値や動作に関する指示、記憶装置９に予め記憶されたプログラム等に基づいて各構成の動作を制御し、表面検査処理などの処理を実施する。 The control device 24 controls the overall operation of the surface inspection apparatus 100, and controls the operation of each component based on setting values and instructions regarding the operation input from the input device 23, a program stored in advance in the storage device 9, and the like. Control and perform processing such as surface inspection processing.
図４は、本実施例における表面検査処理の処理内容を示すフローチャートである。図４において、オペレータからの表面検査処理の開始が入力装置２３等を介して指示されると、制御装置２４は、移動体３の検査方向への移動を開始する。（ステップＳ１００）。位置検出装置４によって検出される移動体３の位置が構造物１における検査対象の領域に達すると、弾性表面波発生装置５の動作による構造物１に圧力変化を発生させ（ステップＳ１１０）、弾性表面波発生装置５によって圧力変化が生じている領域を撮像装置６により撮像する（ステップＳ１２０）。続いて、撮像装置６により得られた画像に対して、画像処理装置７の抽出部７ａで発光領域情報データ（欠陥情報データ）の算出処理を行い（ステップＳ１３０）、発光領域情報データ（欠陥情報データ）に基づいて、画像処理装置７の判定部７ｂで欠陥の検出処理を行う（ステップＳ１４０）。検出処理の結果は、表示装置８に送られて表示されるとともに、記憶装置９に送られて記憶される（ステップＳ１５０）。ここで、表面検査処理の実施が予定されていた構造体１における領域のうち、未実施の領域があるかどうかを判定し（ステップＳ１６０）、判定結果がＹＥＳの場合には、判定結果がＮＯになるまでステップＳ１１０〜Ｓ１５０の処理を繰り返す。また、ステップＳ１６０での判定結果がＮＯの場合には、移動体３や各構成の動作を停止し（ステップＳ１７０）、処理を終了する。 FIG. 4 is a flowchart showing the processing contents of the surface inspection processing in the present embodiment. In FIG. 4, when the start of the surface inspection process from the operator is instructed via the input device 23 or the like, the control device 24 starts moving the moving body 3 in the inspection direction. (Step S100). When the position of the moving body 3 detected by the position detection device 4 reaches the region to be inspected in the structure 1, a pressure change is generated in the structure 1 by the operation of the surface acoustic wave generator 5 (step S110), and the elasticity is detected. A region where a pressure change is generated by the surface wave generator 5 is imaged by the imaging device 6 (step S120). Subsequently, the extraction unit 7a of the image processing device 7 performs calculation processing of light emission region information data (defect information data) on the image obtained by the imaging device 6 (step S130), and the light emission region information data (defect information). On the basis of the data, the determination unit 7b of the image processing device 7 performs defect detection processing (step S140). The result of the detection process is sent to the display device 8 for display and sent to the storage device 9 for storage (step S150). Here, it is determined whether there is an unexecuted region among the regions in the structure 1 where the surface inspection process is scheduled to be performed (step S160). If the determination result is YES, the determination result is NO. Steps S110 to S150 are repeated until. If the determination result in step S160 is NO, the operation of the moving body 3 and each component is stopped (step S170), and the process ends.
ここで、表面検査処理における構造物の圧力変化と発光領域との関係について図５乃至図８を参照しつつ詳細に説明する。 Here, the relationship between the pressure change of the structure and the light emitting region in the surface inspection process will be described in detail with reference to FIGS.
図５は、検査対象の構造物であるトンネルに対して、空気中用の音響素子から送信した音響によって弾性表面波が発生する様子を示す断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a surface acoustic wave is generated by sound transmitted from an in-air acoustic element with respect to a tunnel that is a structure to be inspected.
図５に示すように、移動体３に搭載した弾性表面波発生素子５１から発せられた音響が特定の角度θでトンネル（構造物１）の内壁に入射すると、検査対象である構造物１の内壁に弾性表面波１６が発生し、応力変化が発生する。空気中の縦波音速を３４０ｍ／ｓ、コンクリート製のトンネル内壁の弾性表面波音速を１８００ｍ／ｓとすると、スネルの法則から、θ＝ａｒｃｓｉｎ（３４０／１８００）、すなわち約１１度の入射角で弾性表面波を励起できる。 As shown in FIG. 5, when the sound emitted from the surface acoustic wave generating element 51 mounted on the movable body 3 is incident on the inner wall of the tunnel (structure 1) at a specific angle θ, the structure 1 to be inspected A surface acoustic wave 16 is generated on the inner wall, and a stress change occurs. Assuming that the longitudinal wave sound velocity in the air is 340 m / s and the surface acoustic wave sound velocity of the concrete tunnel inner wall is 1800 m / s, from Snell's law, θ = arcsin (340/1800), that is, an incident angle of about 11 degrees. It can excite surface acoustic waves.
図６は、応力発光構造部（応力発光材料含有層）２を含む構造物１の表面にき裂（欠陥）がある場合に弾性表面波が伝搬する様子を示す図である。また、図７は図６における発光領域の様子を示す図である。図８は、図７を構造物表面側から見た図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which a surface acoustic wave propagates when there is a crack (defect) on the surface of the structure 1 including the stress-luminescent structure (stress-luminescent material-containing layer) 2. FIG. 7 is a view showing a state of the light emitting region in FIG. FIG. 8 is a view of FIG. 7 as viewed from the structure surface side.
図７及び図８に示すように、構造物１の表面にき裂１０がある場合に、弾性表面波１６による圧力変化が発生すると、応力発光構造部２の応力分布は、き裂１０の変位が発生するき裂面に沿って一様に集中する。したがって、図７及び図８に示すように、き裂面に沿って応力発光構造部２に境界発光領域１１１が発生する。特に、開口形状が鋭角になるき裂１０の端部にはより強い応力集中が生じ、境界発光領域１１１より強く発光する端部発光領域１１２が発生する。つまり、構造物１に発生したき裂１０に沿って応力発光構造部２が発光する。 As shown in FIG. 7 and FIG. 8, when a pressure change due to the surface acoustic wave 16 occurs when there is a crack 10 on the surface of the structure 1, the stress distribution of the stress light emitting structure 2 is the displacement of the crack 10. Concentrates uniformly along the crack surface. Therefore, as shown in FIGS. 7 and 8, a boundary light emitting region 111 is generated in the stress light emitting structure 2 along the crack surface. In particular, a stronger stress concentration occurs at the end of the crack 10 where the opening shape has an acute angle, and an end light emitting region 112 that emits light stronger than the boundary light emitting region 111 is generated. That is, the stress light emitting structure 2 emits light along the crack 10 generated in the structure 1.
図９は、撮像装置６により取得された構造物１の表面の画像の一例を示す図であり、図１０は画像処理装置７の抽出部７ａにより抽出処理を施した画像の一例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an image of the surface of the structure 1 acquired by the imaging device 6, and FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an image subjected to extraction processing by the extraction unit 7 a of the image processing device 7. is there.
図９に示すように、撮像装置６により取得された撮像画像１８では、き裂１０の存在する部分の発光領域１１が明るく撮像される。また、構造物１の表面模様領域１９、及び表面付着物２０なども、き裂１０による発光領域１１に対して比較的暗くではあるが撮像される。 As shown in FIG. 9, in the captured image 18 acquired by the imaging device 6, the light emitting region 11 in the portion where the crack 10 exists is captured brightly. Further, the surface pattern region 19 and the surface deposit 20 of the structure 1 are also imaged although they are relatively dark with respect to the light emitting region 11 due to the crack 10.
このような撮像画像１８に対し、画像処理装置７の抽出部７ａにより抽出処理（例えば、輝度の二値化処理）を実施すると、図１０に示すように、撮像画像２１において明るく撮像されるき裂１０の部分の発光領域１１のみが抽出される。 When extraction processing (for example, binarization of luminance) is performed on such a captured image 18 by the extraction unit 7a of the image processing device 7, a bright image is captured in the captured image 21, as shown in FIG. Only the light emitting region 11 of the crack 10 is extracted.
以上のように構成した実施例１の効果を説明する。 The effect of Example 1 comprised as mentioned above is demonstrated.
従来技術としては、例えば、トンネル内を走行する車両上に設置されたトンネル壁面撮影用一次元センサカメラを用いてトンネル壁面に対して進行方向と直角方向のトンネル断面スキャンを行い、順次そのデータを蓄積することにより、トンネル壁面の展開画像を取得し、この画像を用いて自動診断を行うトンネル検査装置に関する技術が知られている。しかしながら、上記従来技術には次のような問題点があった。すなわち、車両のような移動体に搭載したカメラを用いて撮像を行う場合には、取得画像のブレを抑制するために露光時間を短くする必要がある。しかし、そのような短い露光時間で、例えば、き裂などの不具合箇所（領域）とそれ以外の表面汚れなどの箇所（領域）とを判別するには高コントラストでの撮像が必要であるため、撮像速度（車両速度）を抑えなければならず、検査効率が低下してしまうという問題があった。 As a conventional technique, for example, a tunnel cross-sectional scan in a direction perpendicular to the traveling direction is performed with respect to the tunnel wall surface using a one-dimensional sensor camera for photographing a tunnel wall surface installed on a vehicle traveling in the tunnel, and the data is sequentially obtained. A technique related to a tunnel inspection apparatus that acquires an unfolded image of a tunnel wall surface by accumulating and performs automatic diagnosis using the image is known. However, the above prior art has the following problems. That is, when imaging is performed using a camera mounted on a moving body such as a vehicle, it is necessary to shorten the exposure time in order to suppress blurring of an acquired image. However, with such a short exposure time, for example, it is necessary to perform imaging with high contrast in order to discriminate between a defective portion (region) such as a crack and a portion (region) such as other surface contamination. There was a problem that the imaging speed (vehicle speed) had to be suppressed, and the inspection efficiency was reduced.
これに対して、実施例１においては、応力に応じて発光する応力発光構造部２を表面に設けた検査対象の構造物１の表面に沿う方向に移動し、構造物１の表面に圧力変化を発生させる弾性表面波発生素子５１と、弾性表面波発生素子５１と一体的に移動し、構造物１の表面の圧力変化が生じている領域を撮像する撮像装置６と、撮像装置６により得られた構造物１の画像に基づいて、構造物１の表面の欠陥を検出する画像処理装置７とを備えたので、構造物１の表面検査をより高速に行うことができ、検査効率の向上を図ることができる。また、能動的に均一な歪を付与するので、き裂のサイズに依存する安定的な発光が期待でき、定量評価が容易になる。 On the other hand, in Example 1, the stress light-emitting structure 2 that emits light according to the stress is moved in the direction along the surface of the structure 1 to be inspected provided on the surface, and the pressure changes on the surface of the structure 1. Obtained by the surface acoustic wave generating element 51 for generating the image, the image pickup apparatus 6 that moves integrally with the surface acoustic wave generation element 51 and picks up an area where the pressure change of the surface of the structure 1 is generated, and the image pickup apparatus 6. Since the image processing apparatus 7 for detecting defects on the surface of the structure 1 based on the image of the structure 1 is provided, the surface inspection of the structure 1 can be performed at higher speed and the inspection efficiency is improved. Can be achieved. In addition, since a uniform strain is actively applied, stable light emission depending on the crack size can be expected, and quantitative evaluation becomes easy.
実施例２を図１１乃至１２を用いて説明する。 A second embodiment will be described with reference to FIGS.
図１１は、実施例２に係る表面検査装置の構成を検査対象の構造物とともに概略的に示す図であり、進行方向後方から見た図である。表面検査装置１００は、実施例１の構成に近いが、検査対象の構造物１の表面に弾性表面波１６を発生させる弾性表面波発生素子５１を複数有する点において異なる。この構成において、初めに、弾性表面波発生素子５１ａが音響１５ａを送信し、点Ａで弾性表面波１６ａが励起される。弾性表面波１６ａが構造物１の内壁に沿って点Ｂに到達するときに、弾性表面波発生素子５１ｂから送信された音響１５ｂが点Ｂに到達し、弾性表面波１６ｂが励起される。これによって、弾性表面波１６ａと弾性表面波１６ｂが干渉して強度が上がる。同様にして、弾性表面波１６ａと弾性表面波１６ｂの干渉した波が構造物１の内壁に沿って点Ｃに到達するときに、弾性表面波発生素子５１ｃから送信された音響１５ｃが点Ｃに到達し、弾性表面波１６ｃが励起される。これによって、弾性表面波１６ａ、弾性表面波１６ｂと弾性表面波１６ｃが干渉して強度が上がる。 FIG. 11 is a diagram schematically illustrating the configuration of the surface inspection apparatus according to the second embodiment, together with the structure to be inspected, as viewed from the rear in the traveling direction. The surface inspection apparatus 100 is close to the configuration of the first embodiment, but differs in that it includes a plurality of surface acoustic wave generating elements 51 that generate the surface acoustic wave 16 on the surface of the structure 1 to be inspected. In this configuration, first, the surface acoustic wave generating element 51a transmits the sound 15a, and the surface acoustic wave 16a is excited at the point A. When the surface acoustic wave 16a reaches the point B along the inner wall of the structure 1, the sound 15b transmitted from the surface acoustic wave generating element 51b reaches the point B, and the surface acoustic wave 16b is excited. As a result, the surface acoustic wave 16a and the surface acoustic wave 16b interfere with each other to increase the strength. Similarly, the acoustic wave 15c transmitted from the surface acoustic wave generating element 51c reaches the point C when the wave that interferes with the surface acoustic wave 16a and the surface acoustic wave 16b reaches the point C along the inner wall of the structure 1. The surface acoustic wave 16c is excited. As a result, the surface acoustic wave 16a, the surface acoustic wave 16b, and the surface acoustic wave 16c interfere with each other to increase the intensity.
実際には、移動体３が比較的高速で移動しているので、例えば、弾性表面波１６ａが点Ｂに到達するまでの時間分を考慮して、弾性表面波発生素子５１ａと弾性表面波発生素子５１ｂは、移動体の進行方向に離して配置する。 Actually, since the moving body 3 is moving at a relatively high speed, the surface acoustic wave generating element 51a and the surface acoustic wave generation are considered in consideration of the time until the surface acoustic wave 16a reaches the point B, for example. The element 51b is arranged apart from the moving body in the traveling direction.
図１２は、弾性表面波発生素子の配置を説明した図であり、進行方向上側から見た図である。弾性表面波発生素子５１ａ、弾性表面波発生素子５１ｂ、弾性表面波発生素子５１ｃは、各々移動体３の進行方向に距離Ｄ離して配置する。この距離は、弾性表面波５１の音速、入射点間の距離、移動体３の移動速度で決定できる。なお、弾性表面波発生素子は、３個であることは限定されず、２個や４個以上であっても良い。 FIG. 12 is a diagram illustrating the arrangement of the surface acoustic wave generating elements, as viewed from the upper side in the traveling direction. The surface acoustic wave generating element 51a, the surface acoustic wave generating element 51b, and the surface acoustic wave generating element 51c are arranged at a distance D in the traveling direction of the moving body 3, respectively. This distance can be determined by the sound velocity of the surface acoustic wave 51, the distance between the incident points, and the moving speed of the moving body 3. The number of surface acoustic wave generating elements is not limited to three, and may be two or four or more.
以上のように構成した実施例２の効果を説明する。 The effect of Example 2 comprised as mentioned above is demonstrated.
本実施例においては、表面検査装置１００に、弾性表面波発生素子５１を複数配置して、弾性表面波１６を干渉させるように送信するので、弾性表面波の強度が上昇し、ひいては、構造物１の表面の欠陥の位置における発光強度が増すことが期待できる。 In this embodiment, a plurality of surface acoustic wave generating elements 51 are arranged on the surface inspection apparatus 100 and transmitted so as to cause the surface acoustic wave 16 to interfere with each other. It can be expected that the emission intensity at the position of the defect on the surface of 1 increases.
実施例３を図１３を用いて説明する。 A third embodiment will be described with reference to FIG.
図１３は、実施例１３に係る表面検査装置の構成を検査対象の構造物とともに概略的に示す図であり、進行方向後方から見た図である。 FIG. 13 is a diagram schematically illustrating the configuration of the surface inspection apparatus according to the thirteenth embodiment together with the structure to be inspected, as viewed from the back in the traveling direction.
表面検査装置１００は、実施例１や実施例２の構成に近いが、検査対象の構造物１の表面に進行方向の異なる弾性表面波１６を発生させる点において異なる。この構成においては、弾性表面波発生素子５１ｄから送信された音響１５ｄによって弾性表面波１６ｄが励起され、一方で、弾性表面波発生素子５１ｅから送信された音響１５ｅによって弾性表面波１６ｅが励起される。弾性表面波１６ｄと弾性表面波１６ｅは、進行方向が逆であるため、両者の干渉によって、定在波１７が発生する。 The surface inspection apparatus 100 is similar in configuration to the first and second embodiments, but differs in that surface acoustic waves 16 having different traveling directions are generated on the surface of the structure 1 to be inspected. In this configuration, the surface acoustic wave 16d is excited by the acoustic 15d transmitted from the surface acoustic wave generating element 51d, while the surface acoustic wave 16e is excited by the acoustic 15e transmitted from the surface acoustic wave generating element 51e. . Since the surface acoustic wave 16d and the surface acoustic wave 16e are traveling in opposite directions, a standing wave 17 is generated by interference between the surface acoustic wave 16d and the surface acoustic wave 16e.
以上のように構成した実施例３の効果を説明する。 The effect of Example 3 comprised as mentioned above is demonstrated.
実施例３においては、表面検査装置１００の移動体３の両側に弾性表面波発生素子５１ｄと弾性表面波発生素子５１eを配置することで、弾性表面波を干渉させて定在波１７が発生するので、弾性表面波の強度が上昇するとともに、特定の位置において進行しない振動が生じるので、構造物１の表面の欠陥の位置における発光強度が増すことが期待できる。 In the third embodiment, the surface acoustic wave generating element 51d and the surface acoustic wave generating element 51e are arranged on both sides of the moving body 3 of the surface inspection apparatus 100, so that the standing wave 17 is generated by causing the surface acoustic waves to interfere with each other. As a result, the intensity of the surface acoustic wave increases and vibration that does not proceed at a specific position occurs, so that it is expected that the emission intensity at the position of the defect on the surface of the structure 1 increases.
１ 構造物
２ 応力発光構造部（応力発光材料含有層）
３ 移動体
４ 位置検知装置
６ 撮像装置
７ 画像処理装置
７ａ 抽出部
７ｂ 判定部
８ 表示装置
９ 記憶装置
１０ き裂
１１ 発光領域
１２ ＴＤＩセンサ
１３ レンズ
１４ 受光素子
１５ 音響
１６ 弾性表面波
１７ 定在波
１８ 撮像画像
１９ 表面模様領域
２０ 表面付着物
２１ 抽出処理画像
２２ エンコーダ
２３ 入力装置
２４ 制御装置
５１ 弾性表面波発生素子
５２ 送信器
１００ 表面検査装置
１１１ 境界発光領域
１１２ 端部発光領域
1 Structure 2 Stress Light Emitting Structure (Stress Luminescent Material Containing Layer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Moving body 4 Position detection apparatus 6 Imaging apparatus 7 Image processing apparatus 7a Extraction part 7b Determination part 8 Display apparatus 9 Memory | storage device 10 Crack 11 Light emission area | region 12 TDI sensor 13 Lens 14 Light receiving element 15 Acoustic 16 Surface acoustic wave 17 Standing wave 18 Captured image 19 Surface pattern region 20 Surface deposit 21 Extraction processing image 22 Encoder 23 Input device 24 Control device 51 Surface acoustic wave generating element 52 Transmitter 100 Surface inspection device 111 Boundary light emission region 112 Edge light emission region
Claims (8)
前記弾性波発生素子を駆動する送信器と、
前記構造物の表面に応力に応じて発光する応力発光構造部を設けてある部位であって、前記弾性波によって圧力変化が生じている領域を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により得られた前記構造物の画像に基づいて、前記構造物の表面の欠陥を検出する欠陥検出部を備えることを特徴とする構造物の表面検査装置。 An elastic wave generating element for exciting an elastic wave with respect to a structure to be inspected;
A transmitter for driving the acoustic wave generating element;
An imaging device for imaging a region in which a stress change structure is provided on the surface of the structure, the light emitting structure emitting light according to stress, and in which a pressure change is generated by the elastic wave;
A structure surface inspection apparatus comprising: a defect detection unit that detects a defect on a surface of the structure based on an image of the structure obtained by the imaging device.
前記弾性波発生素子が弾性表面波発生素子であって、前記弾性波が弾性表面波であることを特徴とする構造物の表面検査装置。 The surface inspection apparatus for a structure according to claim 1,
A surface inspection apparatus for a structure, wherein the elastic wave generating element is a surface acoustic wave generating element, and the elastic wave is a surface acoustic wave.
前記弾性波発生素子が少なくとも２つ以上であって、
前記２つ以上の弾性波発生素子を駆動する送信器が、送信時間を制御する機能を有することを特徴とする構造物の表面検査装置。 In the surface inspection apparatus of the structure according to claim 1 or 2,
There are at least two elastic wave generating elements,
A structure surface inspection apparatus, wherein a transmitter for driving the two or more elastic wave generating elements has a function of controlling a transmission time.
前記弾性波発生素子が少なくとも２つ以上であって、
前記２つ以上の弾性波発生素子を駆動する送信器が、送信振幅を制御する機能を有することを特徴とする構造物の表面検査装置。 In the surface inspection apparatus of the structure in any one of Claims 1-3,
There are at least two elastic wave generating elements,
A structure surface inspection apparatus, wherein a transmitter for driving the two or more elastic wave generating elements has a function of controlling a transmission amplitude.
前記２つ以上の弾性表面波発生素子によって駆動された進行方向が異なる弾性表面波の干渉によって、前記弾性表面波の定在波を発生させることを特徴とする構造物の表面検査装置。 In the surface inspection apparatus for a structure according to any one of claims 2 to 4,
A surface inspection apparatus for a structure, wherein a standing wave of the surface acoustic wave is generated by interference of surface acoustic waves having different traveling directions driven by the two or more surface acoustic wave generating elements.
前記弾性波発生素子が、空気中に音響を送信する素子であることを特徴とする構造物の表面検査装置。 In the surface inspection apparatus of the structure in any one of Claims 1-5,
A surface inspection apparatus for a structure, wherein the elastic wave generating element is an element that transmits sound into the air.
前記構造物の表面に応力に応じて発光する応力発光構造部を設けてある部位であって、前記弾性波によって圧力変化が生じる領域を撮像して画像を得るステップと、
前記画像に基づいて前記構造物の表面の欠陥を検出するステップからなる構造物の表面検査方法。 Exciting an elastic wave on the surface of the structure to be examined;
A step in which a stress light-emitting structure portion that emits light according to stress is provided on the surface of the structure, and imaging an area where a pressure change is caused by the elastic wave to obtain an image;
A method for inspecting a surface of a structure, comprising a step of detecting a defect on the surface of the structure based on the image.
前記弾性波を励起するステップが弾性表面波を励起するステップであることを特徴とする構造物の表面検査方法。 The surface inspection method for a structure according to claim 7,
A method for inspecting a surface of a structure, wherein the step of exciting the elastic wave is a step of exciting a surface acoustic wave.
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