JP2676040B2 - コンクリート部材の面内変位計測方法 - Google Patents

コンクリート部材の面内変位計測方法

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JP2676040B2 JP1017865A JP1786589A JP2676040B2 JP 2676040 B2 JP2676040 B2 JP 2676040B2 JP 1017865 A JP1017865 A JP 1017865A JP 1786589 A JP1786589 A JP 1786589A JP 2676040 B2 JP2676040 B2 JP 2676040B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コンクリート部材の荷重の載荷時に発生す
るひび割れ等の変形の進行を計測するコンクリート部材
の面内変位計測方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、コンクリート部材の載荷試験における面内変位
計測方法として、ビデオポジションスケールと称する方
法或いは歪みゲージ型変位計等があり、前者は、試験体
表面或いは下面に豆ランプを取付け、このランプ光を画
像撮影することにより変位を計測し、また、後者は、歪
みゲージ型変位計の先端を試験体底表面に当てたり、試
験側面については試験体に治具を貼り付けて、その治具
に変位計を取り付け、試験体のたわみにより生じる変位
計内部の歪みゲージの電気抵抗の変化を検出するもので
ある。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記ビデオポジションスケールにおい
ては、豆ランプの大きさおよび取付け方法によって配置
間隔や数に制限を受けるため、面的な変形を詳細かつ高
精度に測定できなかった。また、上記歪みゲージ型変位
計においては、測定精度は良いものの、歪みを忠実に伝
えるために試験体表面への取付け方法に制限を受け、面
的な変形を詳細に測定できなかった。
そこで、このような問題を解決するために、本出願人
は、試験体表面に特定の形状または色のターゲットを所
定の間隔でマーキングし、該ターゲットを画像入力し、
ターゲットの前記形状または色を識別することによりタ
ーゲートの位置情報を得て、該ターゲットの位置の変位
を算出することにより、試験体の変形を計測することを
特徴とする面内変位計測方法を開発し、さきに特許出願
をしている(特願昭63−251518号)。
この面内変位計測方法によれば、試験体表面に変位計
を取り付ける必要がなく、試験体表面へのターゲットの
マーキングとその後の画像処理により、簡単な作業で、
面的な変形を詳細かつ高精度に測定できるようになる。
ところで、前記特許出願の面内変位計測方法は、予め
試験体にターゲットを設けて画像入力し、形状識別や色
二値化などの画像処理を直接行う方法であるため、1シ
ョット分の画像データを処理するのに0.5〜0.6秒以上の
時間を要してしまう。
一方、測定する変形の精度を少なくとも1/10mm以下と
するためには、入力画像の画素間隔を0.02mm程度にする
必要がある。また、通常のCCDカメラでは1ショットあ
たりの視野は1cm平方(500画素平方)である。このた
め、仮に測定対象が1m平方であるとすると、10000ショ
ットの画像入力を行わなければ変位計測ができないこと
になる。
そこで、前述の特許出願の面内変位計測方法を用い
て、このような10000ショット分の画像データを処理し
ようとすると、80〜100分の時間が必要となり、多くの
時かがかかってしまう。したがって、このような面内変
位計測方法は実用的な面からみて必ずしも十分とは言え
ない。
本発明の課題は、上記問題を解決するものであって、
面的な変形を詳細かつ高精度に測定できるようにしなが
ら、しかも計測時間を短縮でき、コンクリート部材のひ
び割れを迅速かつ的確に検出することのできるコンクリ
ート部材の面内変位計測方法を提供することを目的とす
る。
〔課題を解決するための手段〕
そのために、コンクリート部材の表面に直径Rの円形
の多数のターゲットを所定の間隔でマーキングした後、
マーキングした前記ターゲットの位置情報を画像入力
し、次いで入力された画像の所定範囲のターゲットに対
して帯間隔Sの格子状のマスク枠をかけ、次いで前記マ
スク枠の帯が前記ターゲットの円に交差して形成される
弦のうち長い方の弦の長さLmaxが、前述の数式1の関係
を有するような弦が形成されるターゲットのみを格納
し、更にこの格納されたターゲットの画像情報を用いて
それらのターゲットの弦の幅と中心座標を算出するとと
もに、算出された弦の幅が所定範囲に入るターゲットの
中心座標のデータのみを抽出し、抽出したデータにラベ
ルを付与してこれの抽出データをターゲット初期座標と
してファイルし、前記コンクリート部材の荷重付与後
に、前述と同様にしてターゲットの中心座標のデータを
算出した後、荷重付与後に算出した中心座標のデータと
同じラベルの前記ターゲット初期座標とに基づいてター
ゲットの位置の変位を算出することを特徴とする。
〔作用〕
本発明においては、例えば第1〜3図に示すように、
試験体にターゲット2,2,…をマーキングした後、載荷試
験を行うと、マーキングしたターゲット2のすべての位
置の変化が計測できるとともに、曲げひびわれ、或いは
剪断・捩じりひびわれの近傍に配置したターゲットから
はひびわれ間のずれ量と開き量を求めることができる。
すなわち、第2図に示すように、ターゲット2の一つで
ある基準点Aに対して、試験前の他のターゲット2の位
置Bが試験後にB′の位置に相対的に変化したとき、基
準点Aと他のターゲット2の位置Bとを結ぶ直線に、基
準変位後の位置B′から垂直線を下ろし、その交点Cを
求め、BCを開き量、B′Cをずれ量として算出するもの
である。
その場合、第3図(a)に示すように、所定範囲のタ
ーゲット2に、細幅の帯3aからなる格子状のマスク3を
かける。そして、マスク3の帯3aがターゲット2の円に
交差して形成される弦のうち長い方の弦の長さLmaxが、
前述の数式1の関係を有するような弦が形成されるター
ゲット2のみを格納し、更にこの格納されたターゲット
2の画像情報を用いてそれらのターゲット2の弦の幅と
中心座標を算出するとともに、算出された弦の幅が所定
範囲に入るターゲット2の中心座標のデータのみを抽出
するようにする。これにより、入力画像のデータを大幅
に削減することができるようになるとともに、ターゲッ
ト2の中心座標のファイル作成までの時間を大幅に短縮
することができるようになる。更に、画像入力時のデー
タ削減に伴うターゲット2の中心座標の算出への影響が
防止され、ターゲット2の中心座標をより正確に算出す
ることができるようになる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の面内変位計測方法の基本原理について
説明する。
第6図はコンクリート梁部材の載荷試験例を示してお
り、同図(a)に示すように、コンクリート梁部材01に
矢印に示す荷重W1を載荷した場合には、同図(b)に詳
細に示すように、曲げひびわれaが生じる。
また、第7図(a)に示すように、はり02・柱03・壁
04で構成される耐震壁05に矢印に示す荷重W2を載荷した
場合には、同図(b)に詳細に示すように、剪断ひびわ
れbが生じる。
更に荷重W3を載荷した場合には剪断ひびわれcが生じ
る。
本発明は、これら曲げひびわれa、或いは剪断ひびわ
れb及びcなどが発生して進展する過程ならびに試験体
各部位の変形が進展する過程を測定するものであって、
第1図に示すように、試験体1の表面に多数のターゲッ
ト2,2,…をマーキングする。このターゲット2は黒色あ
るいは赤、青、緑等のカラーの中実円によって形成され
ている。
そして例えば第2図に示すように、試験体1にターゲ
ット2をマーキングした後、この試験体1に荷重Wを載
荷して載荷試験を行うと、マーキングしたターゲット2
のすべての位置の変化が計測できるとともに、曲げひび
われa、或いは剪断・捩じりひびわれbの近傍に配置し
たターゲット2からはひびわれ間のずれ量と開き量を求
めることができる。すなわち、第2図に示すように基準
点Aに対して、試験前の他のターゲット2の位置Bが試
験後にB′の位置に相対的に変化したとき、基準点Aと
他のターゲット2の位置Bとを結ぶ直線に、変位後の位
置B′から垂直線を下ろし、その交点Cを求め、BCを開
き量、B′Cをずれ量として算出するものである。
このようなターゲット2の変位を求めるにあたって、
第3図(a)に示すように、所定範囲のターゲット2
に、細幅の帯3aからなる格子状のマスク3をかける。そ
の場合、マスク3の9枠の大きさは水平軸(X軸)方向
が150画素に設定され、鉛直軸(Y軸)が160画素に設定
されている。なお、マスク3の帯3aの幅は9画素に設定
されている。このマスク3枠の大きさによってターゲッ
ト2の直径と配置間隔とが決定され、例えば第3図
(a)では、前述のような150画素×160画素のマスク枠
のとき、ターゲット2の直径が250画素であり、ターゲ
ット配置間隔は570画素以上に設定されている。そて、
このマスク3以上の画像のみを格納するようにする。
このようにマスク3上の画像のみを格納することによ
り、入力画像を大幅に削減することができるようにな
る。そして、得られた画像に対して、2値化処理を行う
とともに弦の幅及び中心座標算定処理を行う。すなわ
ち、得られた画像に対して所定の輝度(例えば下地の輝
度の70%)で2値化を行うとともに、その2値化データ
を用いて弦部分の面積と中心座標とを求める。この弦の
幅及び中心座標算定処理により、1ショットあたりの画
像データを全画素で250KBとなるところをほぼ1/10000の
24B程度に削減することができるとともに、ターゲット
2の中心座標ファイル作成までの時間をほぼ1/10に短縮
することができる。
すなわち、1m平方の面内変位を1回計測するのに100
分間要するところを10分間程度に短縮することができる
ようになる。
しかも試験体1に発生するひび割れ画像との識別がで
き、かつ画像入力時のデータ削減に伴ってターゲット2
の中心座標の測定に悪影響を及ぼさないようにするた
め、第5図に示すように、間隔Sに設定されたマスク枠
帯3aとターゲット2の円とが交差して形成される弦のう
ち長い方の弦の長さLmaxが、Rをターゲット2の直径と
すると、 の関係を有するような弦が形成されるターゲット2のみ
を格納するようにする。すなわち第5図において、 0.5R<S<R、かつ−0.5R≦Y0≦0のとき、 Lmax=Max{L1,L2}とすれば、 となる。そして、弦の幅がこの関係の範囲に入るデータ
のみを抽出する。そのデータ群の中で中心座標間距離が
直径以下で水平弦と鉛直弦とがそれぞれ1〜2本存在す
るグループが必ず中実円を構成するようになり、その場
合、それらの弦の中心座標の1成分が中実円の中心座標
を示すようになる[第3図の(d)参照]。
またターゲット2間のあきは、マスク間隔Sの2倍以
上の距離を確保することとして、ターゲット2のラベリ
ングを容易にしている。
第1〜2図に示すように、このようにして試験体1に
ターゲット2をマーキングした後、前記載荷試験を行う
と、試験体各部の変形を計測できるとともに、曲げひび
われa、或いは剪断・捩じりひびわれbのずれ量と開き
量を求めることができる。すなわち、試験前の他のター
ゲット2の位置Bが試験後にB′の位置に変位したとす
ると、基準点Aと他のターゲット2の位置Bとを結ぶ直
線に、基準変位後の位置B′から垂直線を下ろし、その
交点Cを求め、BCを開き量、B′Cをずれ量として算出
することができる。
次に第4図により本発明の面内変位計測方法の処理フ
ローについて説明する。
まず、ステップにおいて、試験体表面下地処理を行
う。これは、試験体1の下地が著しく汚れている場合な
どに、画像処理上ののノイズ成分を予め除去するための
処理で、試験体1表面にツヤ消しの白色塗料などを厚く
ならない程度に一様に塗布するとともに、凹凸をなくし
ておく。
次いでステップにおいて、試験体1にはひび割れa,
bが発生するので、ターゲット2がひびわれによって二
分されたり形状変化を生じたりしないように円形に型抜
きしたターゲット2を接着剤で点接着させる。こうして
試験体1表面にマーキング処理を行う。
ステップでCCDカメラやビデオカメラなどにより、
ターゲット2の画像入力を行う。その場合、ステップ
で画像入力と同時に第3図(a)に示すようなマスク枠
をかけ、このマスク3上の画像のみを格納する。こうし
てマスク処理を行う。
ステップで、前述のような2値化処理を行うととも
に、ステップで第3図(b),(c)に示すように、
その2値化データを用いて弦部分の面積と中心座標を求
め、弦の幅と中心座標データのファイルを作成する。
ステップで、幅データによる中実円データ識別を行
う。すなわち、第3図(a)〜(c)において幅データ
が192画素〜250画素の範囲となるデータ群のみを抽出
し、その中で弦の中心座標相互の距離が250画素以内と
なるグループを形成させる。そしてこれらのグループが
水平弦1〜2本と鉛直弦1〜2本から構成されている場
合のみをターゲットグループとして識別する。次いでス
テップで、このグループ内のデータから第3図(d)
に示すような形でターゲット中心座標を算定する。
ステップで、このようにして得られたデータは1シ
ョット毎のデータであるので、座標を統一するために全
体座標系に座標変換する。このためステップで、第1
回目の計測で得られたターゲット中心座標に対して適当
なラベルNo.を付し、ターゲット初期座標として定義す
る。そしてステップで、各計測毎に得られたターゲッ
ト中心座標を中心としてターゲット配置間隔を直径とす
る円を描き、その円内に存在する初期座標のターゲット
2のラベルNo.を割り当てる。この割り当てられたラベ
ルNo.毎にファイルを作成する。
ステップで、ステップからステップまでの処理
を各計測毎に繰り返し行い、計測が終了すると、ステッ
プで、各ラベル毎のターゲット中心座標データを初期
座標からの変位データに変換し格納する。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、従来のように、コンク
リート部材表面に変位計を取り付ける必要がなく、試験
体表面へのターゲットのマーキングとその後の画像処理
により、簡単な作業で、面的な変形を詳細かつ高精度に
測定できるようになる。
しかも、画像入力時に所定範囲のマスクをかけ、かつ
このマスク内の入力画像の所定のデータのみを抽出する
ことにより入力画像を削減できるようにしているので、
計測するために要する時間を大幅に短縮することができ
るとともに、ターゲットの中心座標をより正確に算出す
ることができるようになり、コンクリート部材のひび割
れを迅速かつ的確に検出することができる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の面内変位計測方法に用いられ、ターゲ
ットがマーキングされた試験体の1例を示す図、第2図
は試験体の変位量の算出方法を説明するための図、第3
図は中実円ターゲットのマスク処理から中実円ターゲッ
トの中心座標算定までの処理経過を示す模式図、第4図
は本発明の面内変位計測方法の処理フローを示す図、第
5図は円と2本の平行線が交差してできる弦の性質を説
明する説明図、第6図および第7図はコンクリート部材
の載荷試験例を説明するための説明図である。 1……試験体、2……ターゲット、3……マスク

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コンクリート部材の表面に直径Rの円形の
    多数のターゲットを所定の間隔でマーキングした後、マ
    ーキングした前記ターゲットの位置情報を画像入力し、
    次いで入力された画像の所定範囲のターゲットに対して
    帯間隔Sの格子状のマスク枠をかけ、次いで前記マスク
    枠の帯が前記ターゲットの円に交差して形成される弦の
    うち長い方の弦の長さLmaxが、 ただし、0.5R<S<R の関係を有するような弦が形成されるターゲットのみを
    格納し、更にこの格納されたターゲットの画像情報を用
    いてそれらのターゲットの弦の幅と中心座標を算出する
    とともに、算出された弦の幅が所定範囲に入るターゲッ
    トの中心座標のデータのみを抽出し、抽出したデータに
    ラベルを付与してこれの抽出データをターゲット初期座
    標としてファイルし、前記コンクリート部材の荷重付与
    後に、前述と同様にしてターゲットの中心座標のデータ
    を算出してファイルした後、荷重付与後に算出した中心
    座標のデータと同じラベルの前記ターゲット初期座標と
    に基づいてターゲットの位置の変化を算出することを特
    徴とするコンクリート部材の面内変位計測方法。
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