JP2020118622A

JP2020118622A - 壁面検査装置

Info

Publication number: JP2020118622A
Application number: JP2019011773A
Authority: JP
Inventors: 野原　博; Hiroshi Nohara; 博野原
Original assignee: E Sares Co Ltd; ELWING CO Ltd; E-SARES CO Ltd; MARU KIKAKU KK
Current assignee: E Sares Co Ltd; ELWING CO Ltd; E-SARES CO Ltd; MARU KIKAKU KK
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-08-06

Abstract

【課題】ビルその他のコンクリート構造物におけるコンクリート壁面の劣化、損傷の有無等を非破壊検査方式によって点検、診断できるようにする。【解決手段】コンクリート構造物の表面における被検査面に沿うよう飛翔制御するドローン１によって被検査面を打撃し、その打音の解析によって健全部分であるか不健全部分であるかを判定する。ドローン１には、被検査面上で回転しながら転打子３７によって打撃する打音検査器３５を備えた打撃機構２０を搭載し、打撃機構２０の打音検査器３５には転打子３７によって被検査面を打撃したときの打音を集音するマイクロホン４１を内蔵する。打撃機構２０は、ドローン１に設けた移動送り部２１と、被検査面に対して弾発的に当接する打音検査器３５とから成り、打音検査器３５の転打子３７は移動送り部２１によって移動されるに伴い被検査面上で転動する多面体状に形成する。【選択図】図４

Description

本発明は、ドローン（無人飛行体）を利用して例えば橋梁、ビルその他のコンクリート構造物におけるコンクリート壁面の劣化、損傷の有無等を非破壊検査方式によって点検、診断できるようにした壁面検査装置に関する。

コンクリート構造物は、経年劣化、付与される衝撃その他によって表面的には損傷が認められなくても、内部において劣化していることがあり、また内部劣化の現象によっては表面部分が剥離落下する事故が発生することがある。このような事情に鑑み、コンクリート構造物を一部的にも破壊することなく、例えば打音検査器の打音によって得られる音圧計測データを解析することによって健全であるか、不健全であるかの異常の有無を点検、診断する非破壊検査方式が提案され、実施されている。

例えば特許文献１として提案されている構造体等の点検具は、多面体からなる転打子を構造体の表面に接当しながら転動させて、この転動させた際に発生する転打音をマイクロホンによって検出し、転打音解析によって健全部と不健全部とを判定するとしている。また、特許文献２として提案されている表面検査装置およびこれを用いた表面検査方法は、いわゆるドローンの如き無人航空機に撮影手段、照射手段を設けて、表面検査を行う特定箇所を異なる方向から照射することで陰影による凹凸の有無を検知するとしている。

特許第３９５５３０６号公報特開２０１７−９０１４６号公報

ところが特許文献１による点検具では、構造体の表面に作業者自身が転打子を接当するように宛がうとしているから、例えば検査する表面が高所である場合での作業は足場の構成等が必要で極めて面倒である。そればかりでなく、転打子によって発生する転打音は例えば点検具自体の手元に設けたマイクロホンによって集音するから、転打音のみならず周囲の雑音をも集音してしまい、転打音のみによる転打音解析は困難である。また，特許文献２による表面検査装置・方法では、無人航空機による移動によって高所に対しての検査が安全に実施可能であっても被検査面の凹凸の有無を検知するとするから、凹凸が生じていない内部の劣化を検知することはできない。

そこで本発明は叙上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、ビルその他のコンクリート構造物等の劣化の有無その他の点検、診断等を打撃による非破壊検査方式でドローンを使用して実施するに際し、被検査面に対する打撃音を集音するとき、例えばドローン自体の飛行音、風音その他の雑音の集音を排除することで打撃音のみで解析できるようにし、また高所その他の被検査面であっても満遍なく実施でき、しかも安全に作業できるようにした壁面検査装置を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明にあっては、コンクリート構造物Ｃの表面における被検査面に沿うよう飛翔制御されるドローン１によって被検査面を打撃し、その打音の解析によって健全部分であるか不健全部分であるかを判定するようにした壁面検査装置であって、ドローン１には、被検査面上で転動する転打子３７によって打撃する打音検査器３５を備えた打撃機構２０を搭載し、打音検査器３５には転打子３７によって被検査面を打撃したときの打音を集音するマイクロホン４１を内蔵してあることを特徴とする。
ドローン１には、ドローン１自体を被検査面の上下方向に沿って移動させる移動機構１０を搭載してあり、この移動機構１０は、ドローン１における胴体部２の左右方向に沿って設けた転動軸１１の端部に回転自在にして転動輪１２を支承し、転動軸１１の長さ、転動輪１２の輪郭はドローン１の外形幅員に比し外方に位置するようにして構成することができる。
打撃機構２０は、ドローン１の前面に設けた移動送り部２１と、被検査面に対して弾発的に当接するよう付勢されて移動送り部２１に設けられていて、被検査面上で転動する多面体状で、打音を集音するマイクロホン４１を内蔵している転打子３７を備えた打撃体３１とから構成することができる。
移動送り部２１は、ドローン１の胴体部２に固定された送りベース２２と、この送りベース２２の前後で対峙状に配したネジ支承板２３と、送りベース２２に配されたモータ２４の駆動力で正逆回転するようネジ支承板２３相互間に支承された送りネジ２５と、送りネジ２５の回転によって送りベース２２の前後に沿って進退走行する走行ブロック２６とを備えて構成することができる。
打撃体３１は、移動送り部２１に連繋されて前後に移動する打撃ベース３２に、転打子３７を有する打音検査器３５を被検査面側に揺動するよう弾発付勢させて支承して構成することができる。
打音検査器３５は、筒状の検査器シャフト３６の先端に回転自在に装着した多面体状の転打子３７と、外部雑音を遮断するよう検査器シャフト３６の空洞部周囲に配した防音材３９と、この防音材３９によって囲繞された状態で空洞部内に設けたマイクロホン４１とを備えることで構成することができる。
転打子３７は、検査器シャフト３６の先端に回転自在に装着した筒状の軸受３８にねじ止めによって装着されていて、検査器シャフト３６の空洞部に連通する空洞部を有し、外形は中央部分が膨出された紡錘形状で，適数の面取り加工が施されていることで横断面では多面体形状を呈して構成することができる。

以上のように構成された本発明に係る壁面検査装置にあって、飛翔制御されるドローン１が所定のコンクリート構造物Ｃの表面における被検査面に到達すると、移動機構１０の転動輪１２によって被検査面に宛がわれ、打撃機構２０の打音検査器３５における転打子３７が被検査面に弾発的に当接し、打音検査器３５の移動に伴い転打子３７が被検査面を順次に打撃しながら転動し、打音検査器３５に内蔵のマイクロホン４１によって打音のみを集音し、その解析によって被検査面の健全性あるいは不健全性を判別させる。
移動機構１０の転動輪１２は、被検査面に当接していることでドローン１の飛翔機構等を被検査面に衝接させず、ドローン１自体の昇降動によって被検査面に沿って打撃機構２０を上下に移動させる。
打撃機構２０の移動送り部２１は、打音検査器３５を被検査面の左右方向で移動させ、移動機構１０によるドローン１自体の上下動と相俟ち、被検査面を例えば蛇行走行によって満遍なく打撃しながら走査させる。
打音検査器３５は、被検査面側に揺動するよう弾発付勢されていることで、その転打子３７を被検査面に常時当接させており、移動送り部２１による打音検査器３５の左右方向の移動は、面取り加工が施された多面体状の転打子３７を被検査面上で転動させ、回転しながらの転動中は被検査面を打撃させる。
打音検査器３５に内蔵のマイクロホン４１は、検査器シャフト３６の空洞部周囲に配した防音材３９によって囲繞されていることで、転打子３７による被検査面に対する打音を集音し、打音検査器３５の外部における余分な雑音を集音せずに被検査面における的確な打音のみを集音させる。

本発明は以上説明したように構成されているため、ビルその他のコンクリート構造物Ｃ等の表面に対してドローン１による飛翔制御を活用して例えば打撃による非破壊検査方式で実施するに際し、被検査面に対する例えば転打状の打音を集音するとき、周囲の雑音を排除した打音のみを的確に集音、解析し、被検査面における健全部分、不健全部分を確実に判別でき、また高所その他の被検査面であっても満遍なく実施でき、しかも安全に点検作業を実施できる。

すなわちこれは本発明において、ドローン１には、被検査面上で転動する転打子３７によって打撃する打音検査器３５を備えた打撃機構２０を搭載し、打音検査器３５には転打子３７によって被検査面を打撃したときの打音を集音するマイクロホン４１を内蔵してあるからであり、打音以外の周囲の雑音を集音せずに済み、打音のみに対する解析によって確実、的確な判別を可能にしている。

また、移動機構１０の転動輪１２による被検査面上での上下方向に沿う移動、また打撃機構２０の移動送り部２１による打音検査器３５の左右方向に沿う移動によって、例えば蛇行状で移動走行させることで広範囲で被検査面を満遍なく走査する。

打撃機構２０の打撃体３１における打音検査器３５の転打子３７は、被検査面側に弾発的に当接するようにしてあり、またこの弾発的な当接状態と相俟ち、転打子３７自体は面取り加工が施された多面体状に形成されていることで、打音検査器３５の左右方向の移動に伴い転打子３７自体を回転させながら被検査面上で転動し、転動によって被検査面に繰り返して打撃を与える。

打音検査器３５におけるマイクロホン４１は、外部雑音を遮断するよう検査器シャフト３６の空洞部周囲に配した防音材３９によって囲繞された状態で空洞部内に設けてあることで、打音検査器３５の外部の雑音を集音せず、転打子３７による被検査面に対する打音のみを集音し、健全部分、不健全部分の解析、判別を確実にしている。

尚、上記の課題を解決するための手段、発明の効果の項それぞれにおいて付記した符号は、図面中に記載した構成各部を示す部分との参照を容易にするために付した。本発明は、これらの記載、図面中の符号等によって示された構造・形状等に限定されない。

本発明を実施するための一形態を示す斜視図である。同じく被検査面の打撃検査時の平面図である。同じく被検査面の打撃検査時の一部の拡大図を含む側面図である。同じく打撃機構の一部切欠の概要斜視図である。同じくドローンに設けられる各機構を含む全体構成概要図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための一形態を説明すると、図において示される符号１は無人航空機であるドローンであり、このドローン１には、コンクリート構造物Ｃ等の検査すべき被検査面に当接しながら移動する移動機構１０と、被検査面を打撃する回転式の転打子３７を備えた打撃体３１を有し、この転打子３７による打音を集音する打撃機構２０とを備える。また、ドローン１自体は、作業者手元に用意されているコントローラー（図示せず）によって遠隔操作されるもので、遠隔操作されるときの各種信号を受信し、各機構を操作する操作機構５、転打音や被検査面の映像その他を所定箇所に送信させ、解析させるようにした送信機構６、被検査面を撮影する撮影機構７、被検査面に所定の目印等を付与表示させる目印表示機構８その他が搭載されている。

図示例のドローン１は、バッテリーを搭載したドローン１の本体である胴体部２と、胴体部２の例えば四方に延設した脚部３と、バッテリーによって駆動されるモータによって回転するよう脚部３の端部に設けられたプロペラ４とから成る飛翔機構を備えている。飛翔機構の具体的構造やドローン１自体の形状・外形等はこの図示例に限定されるものではない。

移動機構１０は、胴体部２の左右方向に沿って設けた転動軸１１の端部に回転自在にした転動輪１２を支承して成る。転動軸１１及び転動輪１２は、ドローン１自体が例えばコンクリート構造物Ｃの表面における被検査面に近接しても、ドローン１の飛翔機構部分はそのいずれも当接することがないようにしてある。すなわち、転動軸１１の長さ、転動輪１２の輪郭はドローン１の外形幅員に比し外方に位置するようにしてある。こうすることで、ドローン１がコンクリート構造物Ｃに近接し、転動輪１２がコンクリート構造物Ｃの表面に当接した状態で表面上を転動することがあってもドローン１の飛翔機構部分はそのいずれもコンクリート構造物Ｃの表面に衝接することがないようにしてある。

また、この移動機構１０の転動輪１２は、胴体部２の左右方向に設けた転動軸１１に回転自在に支承されていることで、ドローン１自体が上下に沿って昇降するのに伴い、被検査面の上下に沿って転動し、ドローン１自体が被検査面に沿って移動されるようになっている。

打撃機構２０は、胴体部２の例えば前面に設けた移動送り部２１と、被検査面に対して弾発的に当接するよう付勢されて移動送り部２１に設けられていて、被検査面上で転動する多面体状で、打音を集音するマイクロホン４１を内蔵している転打子３７を備えた打撃体３１とを有して成る。

移動送り部２１は、例えば胴体部２に固定された送りベース２２と、この送りベース２２の前後で対峙状に配したネジ支承板２３と、送りベース２２に配されたモータ２４の駆動力で正逆回転するようネジ支承板２３相互間に支承された送りネジ２５と、送りネジ２５の回転によって送りベース２２の前後に沿って進退走行する走行ブロック２６とを備えて成り、モータ２４の駆動による打撃体３１の前後方向（被検査面に対しては左右方向）に沿う走行はドローン１自体を遠隔操作する際に同様に、必要に応じて自動的に遠隔操作されるものとなっている。

図示例の走行ブロック２６は、ネジ支承板２３相互間に配したガイドシャフト２７にスライド自在に嵌め合わせてあるガイド部を後端に備え、先端側内部で送りネジ２５を支承することで一方のネジ支承板２３から先端部が外出している。この外出先端部分に前記打撃体３１が装着連繋されており、打撃体３１は、モータ２４の駆動で回転する送りネジ２５によって送りベース２２に沿って前後方向に移動されるものとしてある。

打撃体３１は、移動送り部２１に連繋されて前後に移動する打撃ベース３２に、転打子３７を有する打音検査器３５を被検査面側に揺動するよう弾発付勢させて支承して成る。

打撃ベース３２は、図示例にあっては、対峙させて対状に配置した帯状材から成り、後端は前記走行ブロック２６に固定されていて、前端側の帯状材相互間に打音検査器３５を例えばネジ部材によって揺動自在に支承している。そして、この打撃ベース３２に後端が連結され、リング状の留めバンド３４を介して打音検査器３５に前端が連繋されている捻りコイルスプリングの如き弾発材３３によって、打音検査器３５の先端側である後述の転打子３７を被検査面に弾発的に当接するよう常時付勢させてある。なお、留めバンド３４を打音検査器３５に沿って上下にスライドさせることで弾発材３３による弾発力（トルク）を調整できるようにしてある。

打音検査器３５は、打撃ベース３２に連繋してある基部シャフトに例えば伸縮自在に連結した筒状の検査器シャフト３６の先端に回転自在に装着した多面体状の転打子３７と、外部雑音を遮断するよう検査器シャフト３６の空洞部周囲に配した防音材３９と、この防音材３９によって囲繞された状態で空洞部内に設けたマイクロホン４１とを備え、マイクロホン４１によって集音した打音は前記送信機構６によって、ドローン１を遠隔操作している作業者側に送信されるようにしてある。

転打子３７は、検査器シャフト３６の先端に回転自在に装着した筒状の軸受３８にねじ止めによって装着されていて、検査器シャフト３６の空洞部に連通する空洞部を有し、外形は中央部分が膨出されたほぼ紡錘形状で，適数の面取り加工が施されていることで横断面では多面体形状を呈している。こうすることで、被検査面に当接した状態で打音検査器３５自体が左右方向に移動すると、この移動に伴い転打子３７が被検査面上で正逆方向のいずれにも回転することで転動し、多面体形状における転打子３７自体の稜線部分である角部分が被検査面に打撃力を加え、所定の打音を生じさせるようにしている。

防音材３９は、例えばアルミニウム、グラスウール、フェルト、ウレタンフォーム等による多層構造によって形成されていて、検査器シャフト３６外の外部音が検査器シャフト３６の空洞部内に伝達されないようにしている。

マイクロホン４１は、打音検査器３５の検査器シャフト３６の空洞内に臨ませてある、例えばコンデンサタイプのものとしてあり、防音材３９によって検査器シャフト３６の外部からの各種の音が遮断されていることと相俟ち、前記転打子３７による被検査面に加えた打音のみを集音できるようにしている。

そして、転打子３７による打音はマイクロホン４１によって集音され、集音された打音は、送信機構６によって例えば外部のコンピュータ機器５１に送信されて解析され、被検査面が健全であるか、不健全であるかが分析、検討され、判別されるようにしている。

こうした打音が健全部分であることを示す通常音であればともかく、不健全部分であることを示す異常音を検知した場合には、不健全部分である被検査面の表面状態を例えば赤外線カメラの撮影機構７によって撮影し、被検査面の不健全部分には所定の目印等をペイントスプレーマーキングマシンの目印表示機構８によって所定の着色剤等を例えば噴射、塗布等によって付与表示させるようにしている。

なお、ドローン１に搭載される各種機器につき説明すると、例えばスマートフォン９における各種のアプリケーション等を利用し、ドローン１自体の現在位置をＧＰＳセンサー９Ａ、気圧センサー９Ｂ、加速センサー９Ｃ等の各種センサー、メモリー９Ｄと共に把握・認識を可能にしている。また、前記送信機構６はこのスマートフォンにおける通信機能等を利用することで例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）によるＢＬＥタグによるインターネットを介して、例えば操作作業者側のパソコン、タブレット等のコンピュータ機器５１と通信され、更には被検査面における、コンクリート構造物Ｃの図面、検査結果データ等の各種データを纏めて格納している例えばクラウド上のサーバ５２、ネットワークストレージ５３等とも通信され、検査時においてそれらのデータを活用できるようにしている。

次に以上のような実施の形態による壁面検査装置の使用の一例を説明すると、ビルその他のコンクリート構造物Ｃにおける検査すべき被検査面にドローン１をコントローラー、操作機構５を介して飛翔制御させ、被検査面に移動機構１０の転動輪１２によって宛てがい、打撃機構２０の打撃体３１における打音検査器３５の転打子３７を被検査面上でなぞらせる。すなわち、打撃機構２０において、弾発材３３の弾発付勢作用によって転打子３７を被検査面に弾発的に当接させた状態で移動送り部２１によって打撃体３１を左右方向に移動させるに伴い転打子３７は被検査面上を転動しながら被検査面を打撃する。

また、被検査面における上下部分は、ドローン１自体を昇降させることで打撃機構２０を上下方向に移動でき、被検査面の水平方向に沿う転打子３７の左右移動、垂直方向に沿うドローン１自体の上下移動によって例えば蛇行状の走行によって検査エリアである被検査面を広範囲で満遍なく打音検査を実施する。このような走行移動によって得られた打音は、打音検査器３５に内蔵したマイクロホン４１によって集音され、更には必要に応じて撮影機構７によって撮影された被検査面映像と共に送信機構６によって所定のコンピュータ機器５１に送信されて、健全部分であるか不健全部分であるかが解析、判定される。

不健全部分であると判定された場合には、作動制御される目印表示機構８によってその不健全部分に所定の表示が付与され、事後の補修作業時の目印となる。

Ｃ…コンクリート構造物
１…ドローン
２…胴体部
３…脚部
４…プロペラ
５…操作機構
６…送信機構
７…撮影機構
８…目印表示機構
９…スマートフォン
９Ａ…ＧＰＳセンサー
９Ｂ…気圧センサー
９Ｃ…加速センサー
９Ｄ…メモリー
１０…移動機構
１１…転動軸
１２…転動輪
２０…打撃機構
２１…移動送り部
２２…送りベース
２３…ネジ支承板
２４…モータ
２５…送りネジ
２６…走行ブロック
２７…ガイドシャフト
３１…打撃体
３２…打撃ベース
３３…弾発材
３４…留めバンド
３５…打音検査器
３６…検査器シャフト
３７…転打子
３８…軸受
３９…防音材
４１…マイクロホン
５１…コンピュータ機器
５２…サーバ
５３…ネットワークストレージ

Claims

コンクリート構造物の表面における被検査面に沿うよう飛翔制御されるドローンによって被検査面を打撃し、その打音の解析によって健全部分であるか不健全部分であるかを判定するようにした壁面検査装置であって、ドローンには、被検査面上で転動する転打子によって打撃する打音検査器を備えた打撃機構を搭載し、打音検査器には転打子によって被検査面を打撃したときの打音を集音するマイクロホンを内蔵してあることを特徴とする壁面検査装置。
ドローンには、ドローン自体を被検査面の上下方向に沿って移動させる移動機構を搭載してあり、この移動機構は、ドローンにおける胴体部の左右方向に沿って設けた転動軸の端部に回転自在にして転動輪を支承し、転動軸の長さ、転動輪の輪郭はドローンの外形幅員に比し外方に位置するようにしてある請求項１に記載の壁面検査装置。
打撃機構は、ドローンの前面に設けた移動送り部と、被検査面に対して弾発的に当接するよう付勢されて移動送り部に設けられていて、被検査面上で転動する多面体状で、打音を集音するマイクロホンを内蔵している転打子を備えた打撃体とから成る請求項１または２に記載の壁面検査装置。
移動送り部は、ドローンの胴体部に固定された送りベースと、この送りベースの前後で対峙状に配したネジ支承板と、送りベースに配されたモータの駆動力で正逆回転するようネジ支承板相互間に支承された送りネジと、送りネジの回転によって送りベースの前後に沿って進退走行する走行ブロックとを備えて成る請求項３に記載の壁面検査装置。
打撃体は、移動送り部に連繋されて前後に移動する打撃ベースに、転打子を有する打音検査器を被検査面側に揺動するよう弾発付勢させて支承して成る請求項３または４に記載の壁面検査装置。
打音検査器は、筒状の検査器シャフトの先端に回転自在に装着した多面体状の転打子と、外部雑音を遮断するよう検査器シャフトの空洞部周囲に配した防音材と、この防音材によって囲繞された状態で空洞部内に設けたマイクロホンとを備えて成る請求項１乃至５のいずれかに記載の壁面検査装置。
転打子は、打音検査器の検査器シャフトの先端に回転自在に装着した筒状の軸受にねじ止めによって装着されていて、検査器シャフトの空洞部に連通する空洞部を有し、外形は中央部分が膨出された紡錘形状で，適数の面取り加工が施されていることで横断面では多面体形状を呈している請求項１乃至６のいずれかに記載の壁面検査装置。