JP2019200180A - き裂開口幅の測定法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造物などの試料の主面に形成されたき裂の開口幅を高精度に測定することができる新規な方法を提供する。【解決方法】試料の主面上に格子状又は平行線群からなる第１グリッドを配設するステップと、前記第１グリッド上にモアレ縞が生成するように第１グリッドと同間隔の格子状又は平行線群からなる第２グリッドを配設するステップと、前記モアレ縞のずれから、前記試料の主面上に形成されたき裂の開口幅を導出するステップとを備える、き裂開口幅の測定法である。【選択図】図３

Description

本発明は、き裂開口幅の測定法に関する。

構造物におけるき裂の発生は、目視検査で行われ、き裂開口幅はクラックゲージやクラックスケールなどを用いて測定される。しかしながら、クラックゲージ等は、おおまかな寸法がプラスチックスケール上に描画されているのみであり、き裂開口幅は、描画された寸法から推測して測定することになる。したがって、クラックゲージ等でき裂開口幅を高精度に測定することは困難である。

一方、超音波探傷検査、渦流探傷検査（ＥＣＴ：Eddy Current Testing）、画像解析などの非破壊検査によってき裂開口幅を測定しようとする試みがなされている。しかしながら、このような非破壊検査では、構造物の内在するき裂を対象としており、構造物の表面のき裂は、依然として目視検査により手作業で検出、記録されている状況である。画像解析においては暗い部分をき裂として認識するため、影の部分もき裂として判断する可能性がある。そのため、非破壊検査を用いたき裂開口幅の測定においても、目視検査同様に、その測定精度が不十分である。

このような問題に鑑みて、特許文献１では、き裂の断面において、き裂の縁部（最外部）に相当する点として側端点Ｐｂ、Ｐｃを画定し、側端点Ｐｂ同士を線で結んだ側端線２ｂと、側端点Ｐｃ同士を線で結んだ側端線２ｃとを得、側端線２ｂ上の点と側端線２ｃ上の点との間の距離をき裂開口幅として画定するという形状分析を行っている。しかしながら、このような形状分析においても、き裂開口幅を高精度に測定することは困難である。

特開２０１６−２００５１０号公報

本発明は、構造物などの試料の主面に形成されたき裂の開口幅を高精度に測定することができる新規な方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の一実施形態は、試料の主面上に格子状又は平行線群からなる第１グリッドを配設するステップと、前記第１グリッド上にモアレ縞が生成するように第１グリッドと同間隔の格子状又は平行線群からなる第２グリッドを配設するステップと、前記モアレ縞のずれから、前記試料の主面上に形成されたき裂の開口幅を導出するステップと、を備えることを特徴とする、き裂開口幅の測定法に関する。

なお、本発明の実施形態における“き裂”とは、いわゆる“割れ目”や“ひび”などを含む、所定の開口幅を有する線状の溝部を意味するものである。

本発明によれば、構造物などの試料の主面に形成されたき裂の開口幅を高精度に測定することを可能とする新規な方法を提供できる。

第１の実施形態におけるき裂開口幅の測定法を示す図である。 第１の実施形態におけるき裂開口幅の測定法を示す図である。 図２における領域Ａの部分を拡大して示す図である。 第２の実施形態におけるき裂開口幅の測定法を示す図である。 第３の実施形態におけるき裂開口幅の測定法を示す図である。 第３の実施形態におけるき裂開口幅の測定法を示す図である。 第３の実施形態におけるき裂開口幅の測定法を示す図である。 実施例におけるき裂開口幅の測定法を示す図（グリッドを貼った試料）である。 実施例におけるき裂開口幅の測定法を示す図（直交グリッドを貼った試料に平行線グリッドを重ね合わせた時のモアレ縞（ａ）及び直交グリッドを貼った試料に直交グリッドを重ね合わせた時のモアレ縞（ｂ））である。 実施例におけるき裂開口幅の測定法を示す図（グリッドを貼った試料）である。 実施例におけるき裂開口幅の測定法を示す図（直交グリッドを貼った試料に平行線グリッドを重ね合わせた時のモアレ縞(ａ)及び直交グリッドを貼った試料に直交グリッドを重ね合わせた時のモアレ縞(ｂ)）である。

以下、本発明の特徴及びその他の利点について、発明を実施するための形態に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１〜図２は、本実施形態におけるき裂開口幅の測定法を示す図であり、図３は、図２における領域Ａの部分を拡大して示す図である。

最初に、図１に示すように、き裂１５が形成された試料１０の主面上に、複数の平行線１１ａの群からなる第１グリッド１１を配設する。本実施形態では、第１グリッド１１は、複数の平行線１１ａが、き裂１５と平行状態を保つようにして配設している。

第１グリッド１１を構成する複数の平行線１１ａは、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレンゴムなどのゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエステルなどの樹脂、又はアルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂などを主成分とする塗料から構成し、試料１０の主面上に直接描画して、所定の図画としている。

描画の具体的な方法は、上記材料からなる格子状のシートを試料１０の主面上に貼り付ける、印刷する、直接描くなどして行うことができる。

なお、平行線１１ａをこのようなゴムや樹脂等の柔軟性を有する材料から構成するのは、第１グリッド１１が、き裂１５の開口幅が時間とともに変化するような場合においても、当該変化に追随できるようにするためである。

次いで、図２に示すように、第１グリッド１１上に第１グリッドと同間隔の平行線１２ａの群からなる第２グリッド１２をモアレ縞１６が生成するようにして、配設する。実際には、第１グリッド１１の平行線１１ａと第２グリッド１２の平行線１２ａとの、平行状態からのずれの角度αが好ましくは１度〜２０度、さらに好ましくは１度から１０度、特に好ましくは１度から５度の範囲となるように、第１グリッド１１上に第２グリッド１２を重畳することにより、モアレ縞１６を明瞭に形成することができる。

なお、本実施形態において、第２グリッド１２は、可視光域で透明な材料上に、平行線１２ａの群を第１グリッドと同間隔に描画して所定の図画としている。可視光域で透明な材料としては、ガラス等のほかに、第１グリッド１１を構成するポリエチレン、アクリル、エポキシ、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド等の透明樹脂を挙げることができる。

図２及び図３に示すように、試料１０の主面にき裂１５が存在すると、き裂１５の両側において、モアレ縞１６のずれが生じる。したがって、本発明者らは、鋭意検討を行い、このようなモアレ縞１６のずれからき裂１５の開口幅を導出できることを見出した。一例として、き裂１５の開口幅をｗ、第１グリッド１１の平行線１１ａ群の幅をａ、モアレ縞１６の幅をｄ、モアレ縞１６のずれをΔｄとした際に、
ｗ＝ａ×Δｄ／ｄ
なる関係があることを確認し、上記関係式より、き裂１５の開口幅ｗを導出できることを見出した。

本実施形態によれば、き裂１５が形成された試料１０の主面上に平行線１１ａ群からなる第１グリッド１１を配設し、さらに、この第１グリッド１１上に、同じく第１グリッドと同間隔の平行線１２ａ群からなる第２グリッド１２を、モアレ縞１６が形成されるように配設するのみで、き裂１５の開口幅を導出することができる。すなわち、本実施形態によれば、試料１０の主面に形成されたき裂１５の開口幅を高精度に測定することができる新規な方法を提供することができる。

なお、第１グリッド１１を構成する平行線１１ａ群の間隔は、き裂１５が存在することによりモアレ縞１６を形成し、当該モアレ縞１６のずれからき裂１５の開口幅を導出できるように、き裂１５の開口幅よりも大きいことが好ましいが、例えば０．０５μｍから１０ｍｍの範囲とすることができる。

また、本実施形態における試料１０は、例えば構造物とすることができ、当該構造物としては、空港、高速道路（特に橋梁）、ビルなどを構成するコンクリート部材や鋼板、ＦＲＰなどを挙げることができる。

したがって、き裂が形成されている構造物上に、上述のようにして第１グリッド１１を描画しておけば、この第１グリッド１１上に第２グリッド１２を配設してモアレ縞１６を生ぜしめるようにするのみで、当該構造物におけるき裂１５の開口幅をオンサイトで測定することができる。

上述した実施形態においては、第１グリッド１１を試料１０上に描画した図画とし、第２グリッド１２を、例えば可視光域で透明な材料に描画した図画としたが、所定の画像処理（例えば、power pointやphoto shopなど）を用いれば、第１グリッド１１を試料１０上に描画した後、撮像し、画像処理装置内に第１画像として格納するとともに、当該画像処理装置内に予め格納された、第２画像としての平行線１２ａ群からなる第２グリッド１２を重畳して、モアレ縞１６を形成するようにすることもできる。

このような画像処理を用いれば、第１グリッド１１の第１画像及び第２グリッド１２の第２画像の明暗等を任意に調節することができるとともに、これらグリッドの重畳の度合いを任意に調節して、明瞭なモアレ縞１６を形成することができる。したがって、き裂１５の開口幅をより高精度に測定することができる。また、この手法を用いると可視光以外の波長（紫外、赤外領域）に反応する塗料でグリッドを描き、紫外、赤外領域の波長を撮影できるカメラで撮影すれば同様にき裂１５の開口幅を高精度に測定することができる。

またプロジェクターや投影機を用いて第２グリッド１２を第１グリッド１１上に投影しモアレ縞１６を形成するようにすることもできる。

また、本実施形態では、予めき裂１５が形成された試料１０の主面上に第１グリッド１１及び第２グリッド１２を配設して、き裂１５の開口幅を導出している。しかしながら、試料１０において、き裂１５が形成されそうな箇所の主面上に予め第１グリッド１１を形成し、その後に第２グリッド１２をモアレ縞１６を形成するようにして配設することもできる。この状態では、モアレ縞１６は形成されるものの、そのずれは生じない。しかしながら、試料１０の主面上にき裂１５が形成されると、モアレ縞１６のずれが生じるようになる。したがって、上述した式を用いることによって、事後的に形成されるき裂１５の開口幅をも測定することができる。

（第２の実施形態）
図４は、本実施形態におけるき裂開口幅の測定法を示す図である。なお、図１〜図３に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素については、同一の符号を用いている。

図４に示すように、本実施形態では、き裂１５が第１グリッド１１の平行線１１ａ群と角度θをなしている。本発明者らは、鋭意検討を行い、本実施形態のように、き裂１５が第１グリッド１１の平行線１１ａ群と角度θをなしているような場合においても、モアレ縞１６のずれからき裂１５の開口幅を導出できることを見出した。一例として、き裂１５のグリッド１１（１１ａ）に平行な方向の開口幅をｗ、第１グリッド１１の平行線１１ａ群の幅をａ、モアレ縞１６の幅をｄ、モアレ縞１６のずれをΔｄとした際に、
ｗ＝（ａ／ｃｏｓθ）×（Δｄ／ｄ）
なる関係があることを確認し、上記関係式より、き裂１５の開口幅ｗを導出できることを見出した。

本実施形態によれば、き裂１５が形成された試料１０の主面上に平行線１１ａ群からなる第１グリッド１１を配設し、さらに、この第１グリッド１１上に、同じく平行線１２ａ群からなる第２グリッド１２を、モアレ縞１６が形成されるように配設するのみで、第１グリッド１１の平行線１１ａ群と角度θをなすように斜めに形成されたき裂１５の開口幅を導出することができる。すなわち、本実施形態によれば、試料１０の主面に形成されたき裂１５の開口幅を高精度に測定することを可能とする新規な方法を提供できる。

なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第１グリッド１１を試料１０上に描画した図画とし、第２グリッド１２を、例えば可視光域で透明な材料に描画した図画とすることもできる。また、所定の画像処理を用いて、第１グリッド１１を試料１０上に描画した後、撮像し、画像処理装置内に格納した第１画像とし、平行線１２ａ群からなる第２グリッド１２を第２画像として、モアレ縞１６を形成するようにすることもできる。

また、本実施形態でも、第１の実施形態同様に、予めき裂１５が形成された試料１０の、当該き裂１５の開口幅を導出するのみならず、事後的に形成されるき裂１５の開口幅をも測定することができる。

（第３の実施形態）
図５〜図７は、本実施形態におけるき裂開口幅の測定法を示す図である。なお、図１〜図４に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素については、同一の符号を用いている。

本実施形態では、試料１０の主面と第１グリッド１１との間に膜体２０が配設された場合のき裂１５の開口幅を導出する例である。すなわち、例えば、試料１０の主面に膜体２０を形成した後、膜体２０上に格子状の第１グリッド１１を配設する。試料１０にき裂１５が生じたあと、膜体２０はき裂１５の変形に従って変形し、膜体２０に配設された第１グリッド１１は図６に示すようにき裂１５の存在する近傍で変形する。

次いで、図７に示すように、第１グリッド１１上に格子状の第２グリッド１２をモアレ縞１６が生成するようにして配設する。すると、この場合も、膜体２０の下層に位置するき裂１５の開口幅に応じて、モアレ縞１６のずれが生じるようになる。したがって、上式
ｗ＝ａ×Δｄ／ｄ
（ｗ：き裂１５の開口幅、ａ：第１グリッド１１の格子線の幅、ｄ：モアレ縞１６の幅、Δｄ：モアレ縞１６のずれ）なる関係より、き裂１５の開口幅ｗを導出できる。

このように、本実施形態によれば、き裂１５が膜体２０によって塞がれたような場合でも、膜体２０の主面上に格子状の第１グリッド１１を配設し、さらに、この第１グリッド１１上に、同じく格子状の第２グリッド１２を、モアレ縞１６が形成されるように配設するのみで、き裂１５の開口幅を導出することができる。すなわち、本実施形態によれば、試料１０の主面に形成されたき裂１５を膜体２０によって修復したような場合でも、き裂１５の修復後の開口幅を高精度に測定することができる。

なお、本実施形態では、膜体２０の厚さＴが、き裂１５の開口幅ｗより十分に大きくても、当該開口幅ｗを導出することができるが、好ましくは、Ｔ／ｗが５以下であり、さらに好ましくは２以下である。

なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第１グリッド１１を試料１０上に描画した図画とし、第２グリッド１２を、例えば可視光域で透明な材料に描画した図画とすることもできる。また、所定の画像処理を用いて、第１グリッド１１を試料１０上に描画した後、撮像し、画像処理装置内に格納した第１画像とし、平行線１２ａ群からなる第２グリッド１２を第２画像として、モアレ縞１６を形成するようにすることもできる。

また、本実施形態では、格子状の第１グリッド１１及び第２グリッド１２を配設したが、平行線群からなる第１グリッド１１及び第２グリッド１２を配設した場合でも同様の結果を得ることができる。

（実施例１）
図８及び図９は、本実施例における図である。本実施例では、図８に示すように、き裂１５が形成されたコンクリート部材からなる試料の主面に、格子線幅１．５ｍｍの直交格子を描いたゴム製のシートを第１グリッドとして貼り付け、撮像して画像処理装置（図示しない）内に第１画像として格納し、その後、図９に示すように、同じ画像処理装置内に格納された格子線幅１．５ｍｍの第２グリッド１２を重畳させてモアレ縞１６を形成したものである。図９における左側の図は第２グリッドが平行の場合、右側の図は直交グリッドの場合である。

本実施例では、第１グリッド１１の格子線の幅ａが１．５ｍｍ、モアレ縞１６の幅ｄが２１ｍｍ、点Ａのモアレ縞１６のずれΔｄが４．６ｍｍであるので、ｗ＝ａ×Δｄ／ｄなる式より、点Ａにおけるき裂１５の開口幅ｗは、０．３３ｍｍと導出された。

（実施例２）
図１０及び図１１は、本実施例における図である。本実施例では、図１０に示すように、き裂１５が形成されたコンクリート部材からなる試料の主面に、格子線幅１．５ｍｍの直交格子を描いたゴム製のシートを第１グリッドとして貼り付け、撮像して画像処理装置（図示しない）内に第１画像として格納し、その後、図１１に示すように、同じ画像処理装置内に格納された格子線幅１．５ｍｍの第２グリッド１２を重畳させてモアレ縞１６を形成したものである。図１１における左側の図は第２グリッドが平行の場合、右側の図は直交グリッドの場合である。

本実施例では、第１グリッド１１の格子線の幅ａが１．５ｍｍ、モアレ縞１６の幅ｄが３０ｍｍ、点Ｂのモアレ縞１６のずれΔｄが９．０ｍｍであるので、ｗ＝ａ×Δｄ／ｄなる式より、点Ａにおけるき裂１５の開口幅ｗは、０．４５ｍｍと導出された。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 試料
１１ 第１グリッド
１２ 第２グリッド
１５ き裂
１６ モアレ縞
２０ 膜体

Claims (9)

1. 試料の主面上に格子状又は平行線群からなる第１グリッドを配設するステップと、
   前記第１グリッド上にモアレ縞が生成するように格子状又は平行線群からなる第１グリッドと同間隔の第２グリッドを配設するステップと、
   前記モアレ縞のずれから、前記試料の主面上に形成されたき裂の開口幅を導出するステップと、
   を備えることを特徴とする、き裂開口幅の測定法。
2. 前記第１グリッドの格子線又は平行線と、前記第２グリッドの格子線又は平行線との、平行状態からのずれの角度が１度から２０度であることを特徴とする、請求項１に記載のき裂開口幅の測定法。
3. 前記き裂は、前記第１グリッドの格子線又は平行線群と平行であり、前記き裂の開口幅をｗ、前記第１グリッドの格子線の幅又は平行線群の幅をａ、前記モアレ縞の幅をｄ、前記モアレ縞のずれをΔｄとした際に、
   ｗ＝ａ×Δｄ／ｄ
   なる関係を満足することを特徴とする、請求項１又は２に記載のき裂の開口幅の測定法。
4. 前記き裂は、前記第１グリッドの格子線又は平行線群と角度θをなし、前記き裂の開口幅をｗ、前記第１グリッドの格子線の幅又は平行線群の幅をａ、前記モアレ縞の幅をｄ、前記モアレ縞のずれをΔｄとした際に、
   ｗ＝（ａ／ｃｏｓθ）×（Δｄ／ｄ）
   なる関係を満足することを特徴とする、請求項１又は２に記載のき裂の開口幅の測定法。
5. 前記第１グリッドは、前記試料の主面上に描画した第１図画であり、前記第２グリッドは、可視光域で透明な平板部材上に描画した第２図画であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のき裂開口幅の測定法。
6. 前記第１グリッドは、前記試料の主面上に描画及び撮像し、画像処理装置内に格納した第１画像であり、前記第２グリッドは、前記画像処理装置内に予め格納された第２画像であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のき裂開口幅の測定法。
7. 前記き裂は、前記第１グリッドを配設する以前に、前記試料の主面上に形成されたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のき裂開口幅の測定法。
8. 前記き裂は、前記第２グリッドを配設した後に、前記試料の主面上に形成されたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のき裂開口幅の測定法。
9. 前記試料の主面と前記第１グリッドとの間に膜体を配設するステップを備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のき裂開口幅の測定法。