JP4097082B2

JP4097082B2 - 補強板によって補強されたコンクリートの欠陥検出方法および装置

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Publication number: JP4097082B2
Application number: JP2004103117A
Authority: JP
Inventors: 士郎中村; 美生内田; ▲隆▼英阪上
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005291743A

Description

本発明は、補強板によって補強されたコンクリートの欠陥を検出する方法およびその装置に関するものである。

コンクリート構造物の維持管理の重要性が増加するとともに、既存構造物の延命化が望まれており、さまざまな補修、補強工法が施工されている。その中でも、鋼板や繊維補強材料シートなどとコンクリートを一体化させる接着工法は、部材の耐力および耐久性向上を図る上で有効な補強方法である。しかし、これらの工法では、補強剤とコンクリートが一体化して初めて十分な補強効果が得られる。このため、施工不良や繰り返し加重による疲労劣化などにより両者の一体化が損なわれていないかを確認することが不可欠である。

従来、補強材料とコンクリートの接着の良否を検査するために、作業者がハンマーなどで検査部分を叩き、その音によって良否を判断することが行われている。

また、特許文献１には、電波をコンクリートに向けて放射し、その反射波を受信することによって、コンクリート内の欠陥を検査する装置が開示されている。

特許文献２には、コンクリート構造物の被診断部位の表面にパルスレーザ光を照射して熱膨張による弾性波を発生させ、その挙動を測定することにより、内部欠陥等を検査する装置が開示されている。

特開２００２−３５０３６５

特開２００２−２９６２４４

しかしながら、作業者が叩いて行う検査方法では、作業者の熟練を必要とするばかりでなく、検査効率が悪いという問題があった。

また、特許文献１のものでは、電波をコンクリート内部に向けて放射しているので、鋼板など電波をシールドしてしまう材質の補強板がある場合には、検査を行うことができなかった。

さらに、特許文献２のものでも、コンクリートの表面にパルスレーザ光を照射する必要があるため、やはり補強板がある場合には、検査を行うことができなかった。

また、上記の各検査方法では、接着層の欠陥であるか、コンクリート内部の欠陥であるかを判断することができなかった。

この発明は、補強板の接着されたコンクリートであっても、その欠陥を検出することのできる検査方法・装置を提供することを目的とする。

さらに、接着層の欠陥であるか、コンクリート内部の欠陥であるかを検出可能な方法・装置を提供することを目的とする。

(1)この発明に係る欠陥検査方法は、接着層によって補強板が接着されたコンクリートの欠陥を検出する方法であって、補強板の計測対象表面の全面に対して加熱を行い、少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、計測対象表面の各単位領域における表面温度の時間的変化を計測し、各単位領域における表面温度の時間変化の相対的相違に基づいて、欠陥部を検出することを特徴としている。

したがって、ある時刻における表面温度分布だけでは検出することが困難であるような欠陥も、検出することができる。

(2)この発明に係る欠陥検査方法は、各単位領域における表面温度の時間変化の相対的相違は、各単位領域における表面温度波形の、第１の所定周期を有する参照波形に対する位相差に基づいて決定されるものであることを特徴としている。

したがって、表面温度の時間的変化の相違を、容易に把握することができる。

（１）この発明にかかる欠陥検出方法は、
接着層によって補強板が接着されたコンクリートの欠陥を検出する欠陥検出方法であって、
補強板の計測対象表面の全面に対して加熱を行い、
少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、計測対象表面の各単位領域における表面温度の時間的変化を計測し、
各単位領域における表面温度の時間変化の相対的相違に基づいて、欠陥部を検出する欠陥検出方法であって、
前記各単位領域における表面温度の時間変化の相対的相違は、各単位領域における表面温度波形の、第１の所定周期を有する参照波形に対する位相差に基づいて決定されるものであり、
検出した欠陥部について、第２〜第ｎの周期の参照波形を用いて位相差を算出し、少なくとも第２〜第ｎの周期の参照波形における位相差に基づいて、接着層の欠陥であるか、コンクリートの内部の欠陥であるかを判断するものであり、
前記位相差は、前記加熱および前記計測を１回行って得られた、１つの時系列における計測データについて、複数の異なる参照波形を用いて算出されたものであること
を特徴としている。

したがって、欠陥が接着層にあるのか、コンクリートにあるのかを判断することができる。

（２）この発明にかかる欠陥検出方法は、
接着層によって補強板が接着されたコンクリートの欠陥を検出する欠陥検出方法であって、
補強板の計測対象表面の全面に対して加熱を行い、
少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、計測対象表面の各単位領域における表面温度の時間的変化を計測し、
各単位領域における表面温度の時間変化の相対的相違に基づいて、欠陥部を検出する欠陥検出方法であって、
前記各単位領域における表面温度の時間変化の相対的相違は、各単位領域における表面温度波形の、第１の所定周期を有する参照波形に対する位相差に基づいて決定されるものであり、
検出した欠陥部について、第２〜第ｎの周期の参照波形を用いて位相差を算出し、少なくとも第２〜第ｎの周期の参照波形における位相差に基づいて、接着層がコンクリートと補強板との間に殆ど存在せず空間となっている不良であるか、接着層がコンクリートと補強板との間に完全に充填されていない不良であるか、コンクリートの内部の欠陥であるかを判断するものであり、
前記位相差は、前記加熱および前記計測を１回行って得られた、１つの時系列における計測データについて、複数の異なる参照波形を用いて算出されたものであること
を特徴としている。

したがって、欠陥が接着層にあるのか、コンクリートにあるのかを判断できるだけでなく、接着層の欠陥が、部分的なものであるか否かを判断することができる。

（３）この発明に係る欠陥検出方法は、健全部の位相差と欠陥部の位相差との差を、少なくとも第２〜第ｎの周期の参照波形について算出し、これらの差に基づいて、欠陥の種類を判断することを特徴としている。（４）また、この発明に係る欠陥検出方法は、欠陥種類と、参照波形の周期を変化させたときに生じる前記「健全部の位相差と欠陥部の位相差との差」についての変化パターンとの関係を示したテーブルに基づいて欠陥種類を判定することを特徴としている。

したがって、健全部と欠陥部との相対的な相違に基づいて、欠陥の種類を判断することができる。

（５）この発明にかかる欠陥判断方法は、
接着層によって補強板が接着されたコンクリートの欠陥の種類を判断する方法であって、
補強板の計測対象表面の全面に対して加熱を行い、
少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、計測対象表面の各単位領域における表面温度の時間的変化を計測し、
欠陥部における表面温度の時間変化波形と第１〜第ｎの周期の参照波形のそれぞれとの位相差を算出し、当該位相差によって、欠陥の種類を判断する欠陥判断方法であって、
前記位相差は、前記加熱および前記計測を１回行って得られた、１つの時系列における計測データについて、複数の異なる参照波形を用いて算出されたものであることを特徴としている。

したがって、どのような種類の欠陥であるかを判断することができる。

(7)この発明に係る欠陥検査装置は、接着層によって補強板が接着されたコンクリートの欠陥を検出する欠陥検出装置であって、補強板の計測対象表面の全面に対して加熱を行う加熱制御装置に対して、加熱開始指令および加熱停止指令を行う加熱制御手段と、少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、計測対象表面の各単位領域における表面温度を計測する温度計測器からのデータを入力して記録するデータ記録手段と、各単位領域における表面温度の時間変化波形と、所定周期を有する参照波形との位相差を算出する波形比較手段と、波形比較手段によって算出された各単位領域における前記位相差を、各単位領域の位置に対応づけて出力する出力手段とを備えている。

したがって、出力された位相差に基づいて、欠陥部分の判定を行うことができる。

（６）この発明にかかる欠陥検出装置は、
接着層によって補強板が接着されたコンクリートの欠陥を検出する欠陥検出装置であって、
補強板の計測対象表面の全面に対して加熱を行う加熱制御装置に対して、加熱開始指令および加熱停止指令を行う加熱制御手段と、
少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、計測対象表面の各単位領域における表面温度を計測する温度計測器からのデータを入力して記録するデータ記録手段と、
各単位領域における表面温度の時間変化波形と、所定周期を有する参照波形との位相差を、複数の所定周期の参照波形のそれぞれについて算出する波形比較手段と、
少なくとも１つの所定周期の参照波形についての位相差に基づいて、欠陥領域を検出する欠陥検出手段と、
欠陥検出手段によって検出された欠陥領域について、複数の所定周期の参照波形についての位相差に基づいて、接着層の欠陥であるか、コンクリートの内部の欠陥であるかを判断する欠陥種類判断手段とを備えており、
前記位相差は、前記加熱および前記計測を１回行って得られた、１つの時系列における計測データについて、複数の異なる参照波形を用いて算出されたものであること
を特徴としている。

したがって、欠陥の有無だけでなく、その欠陥が接着層にあるのかコンクリートにあるのかを判断することができる。

(9)この発明に係る欠陥検査装置は、欠陥種類判断手段は、接着層がコンクリートと補強板との間に殆ど存在せず空間となっている不良であるか、接着層がコンクリートと補強板との間に完全に充填されていない不良であるか、コンクリートの内部の欠陥であるかを判断することを特徴としている。

したがって、接着層における欠陥の種類を判断することができる。

この発明において、「加熱制御手段」とは、加熱装置を制御する手段をいい、実施形態では、図６や図１６のステップＳ４０１がこれに対応する。

「データ記録手段」とは、計測対象の表面温度データを記録するものであり、実施形態では、ハードディスク３５がこれに対応する。

「画像化手段」とは、表面温度データを視覚的なデータに変換する手段をいい、図６のステップＳ４０６がこれに対応する。

「画像出力手段」とは、視覚的データを出力する手段をいう。ディスプレイ、プリンタなどの出力装置に出力するものだけでなく、他のソフトウエアに視覚的データを出力するものも含む概念である。実施形態では、図６のステップＳ４０７が画像出力手段に対応する。

「波形比較手段」とは、各単位領域の温度変化波形を参照波形と比較し、その違いを出力する手段をいう。位相差、周波数成分、波形の図形的形状差などを違いとすることができる。実施形態では、図６や図１６のステップＳ４０５が波形比較手段に対応する。

「比較結果出力手段」とは、比較結果を出力する手段をいう。画像として比較結果を出力するものだけでなく、数値やデータとして出力するものを含む概念である。ディスプレイ、プリンタなどの出力装置に出力するものだけでなく、他のソフトウエアに視覚的データを出力するものも含む概念である。実施形態では、図６のステップＳ４０７や図１８のステップＳ４２５がこれに対応する。

「表面温度の時間的変化を計測し」とは、各測定時点における測定開始時の温度との差を計測する場合だけでなく、各測定時点における温度を計測する場合も含む概念である。

「コンクリート」とは、いわゆる狭義のコンクリートだけでなく、モルタルなどを含む概念である。

「プログラム」とは、ＣＰＵによって直接実行可能なプログラムだけでなく、ソース形式のプログラム、圧縮されたプログラム、暗号化されたプログラムやハードディスク等によってインストールして動作可能となるプログラムなどを含む概念である。

１．欠陥検出の概念
コンクリート構造物などの熱伝導性の低い被検査体の表面に対して、一定量を超えるような大きな熱量が与えられた場合、被検査体の内部にいわゆる加熱層が発生し、表面温度が下降する冷却期間中にも内部への熱伝導が持続されることが予測される。
すなわち、低熱伝導性材料から構成された物体の表面に熱負荷を与えた場合、与えられた熱負荷による熱量が大きい程、加熱を停止した後の加熱停止期間においても内部への熱伝導が持続される。

したがって、持続された内部への熱伝導が検出対象となる欠陥の深さ地点にまで到達し、熱の到達によって生じた温度上昇に基づく表面温度の変化を測定することができれば、少なくとも当該地点までの深さに存在する欠陥の検出が可能となる。

図２のＡに示す人工欠陥供試体１には、表面からの深さｄが１００ｍｍおよび５０ｍｍの位置に、厚さ１０ｍｍのポリエチレンシートの模擬剥離２、５、厚さ５ｍｍのポリエチレンシートの模擬剥離３、６、厚さ２ｍｍのポリエチレンシートの模擬剥離４、７がそれぞれ埋設されている。

人工欠陥１に対して、（１）加熱距離（熱源から供試体までの距離）を２ｍ、加熱時間を２０分とした場合、および（２）加熱距離を０．５ｍ、加熱時間を１分とした場合に、加熱を停止した後（２５分経過後）に赤外線サーモグラフィ（検出波長８〜１３μｍ、ＮＥＴＤ値０．１℃）により表面温度分布を計測した。計測は、加熱停止後２５分の時点にて行った。

図２のＢは、（１）加熱距離を２ｍ、加熱時間を２０分とした場合の表面温度分布画像である。また、図２のＣは、（２）加熱距離を０．５ｍ、加熱時間を１分とした場合の表面温度分布画像である。

図２のＢの温度分布画像においては、ｂ１、ｂ２およびｂ３付近が高温で表示されている。これは、模擬欠陥５〜７についての欠陥検出が可能であることを示している。また、図２のＣの温度分布画像においては、ｃ１、ｃ２およびｃ３付近が高温で表示されている。これは、深さ５０ｍｍの模擬欠陥５〜７についての欠陥検出が可能であることを示している。上記のようにして、コンクリート構造物の内部欠陥を検出することができる。

図３Ａに、補強板２０を接着層２１によって接着したコンクリート２３の断面を示す。図３Ｂに接着層２１の充填不良による欠陥２１ａが生じた状態を示す。図３Ｃにコンクリート２３が剥離し、内部に欠陥２３ａが生じた状態を示す。

図３に示すような欠陥についても、基本的には、上記と同様の検出手法を用いることができる。

しかしながら、鋼板や繊維補強シートによる補強板２０、エポキシによる接着層２１が、コンクリート２３の外側にあるため、この点を考慮に入れた検出方法を採用しなければならない。加熱停止後に、欠陥部分の表面と健全部の表面とにおいて温度差が生じるが、補強板２０や接着層２１の迅速な熱伝導によって、その温度差は急速に失われてしまう。よって、加熱停止後の温度分布だけで、欠陥を検出することは困難なことも多い。

そこで、ここでは、加熱停止後の表面温度の変化波形に基づいて、健全部と欠陥部を判断するようにしている。

２．第１の実施形態
(1)全体構成
図１に、本発明の一実施形態である欠陥検査システムの概略構成を機能ブロック図で示す。欠陥検査システムは、欠陥検査制御装置１０、加熱装置１７、温度計測器１９を備えている。欠陥検査制御装置１０は、加熱制御手段１１、データ記録手段１３、波形比較手段１２、比較結果出力手段１４を備えている。

加熱制御手段１１は、補強板に対して加熱を行う加熱装置１７を制御するものである。データ記録手段１３は、少なくとも加熱終了後の、各単位領域における表面温度を連続的に記録する。波形比較手段１２は、各単位領域における表面温度の時間的変化波形と、所定周期を有する参照波形との位相差を算出する。比較結果出力手段１４は、当該位相差を画像などとして出力するものである。操作者は、出力結果に基づいて、欠陥を検出することができる。

図４に、欠陥検出システムの外観を示す。コンクリート２３に、接着層２１によって補強板２０が接着されている。補強板２０に対向して、この補強板２０に熱負荷を与えるヒーター２１を設置する。なお、ヒーター２１は、補強板２０に対して均質な熱負荷を与えるため、熱負荷の出力を調整することのできるリレー装置２５に接続されている。リレー装置２５を設けることにより、ヒーター２１の中心部における照射量を調整し、補強板２０の中心部が周辺部に比べて高温にならないようにしている。なお、補強板２０は熱伝導性の良い鋼板や繊維補強材料から形成されているので、コンクリートを直接加熱する場合に比べて、加熱が均一になされやすいので、リレー装置２５による均一化の処理は省略してもよい。

信号発生装置２７は、リレー装置２５およびコンピュータ装置２９に接続されており、コンピュータ装置２９から受けた加熱開始指令に基づいて、リレー装置２５を制御するための信号を発生する。

赤外線カメラ２３は、補強板２０に対向して設置されるとともに、コンピュータ装置２９に接続されており、補強板２０の表面温度を時系列で計測し、この計測データをコンピュータ装置２９に出力する。

計測データの出力を受けて、コンピュータ装置２９は、計測データを記録し、当該データに基づいて、欠陥を判断するための画像出力を行う。

なお、図１における、欠陥検査制御装置１０は、コンピュータ装置２９および信号発生装置２７によって実現される。加熱装置１７は、ヒーター１７およびリレー装置２５によって実現される。温度計測器１９は、赤外線カメラ２３によって実現される。なお、信号発生装置２７を設けずに、コンピュータ装置２９から加熱装置１７を直接制御するようにしてもよい。補強板２０とヒーター２１との距離を変えることにより、補強板２０、接着層２１、コンクリート２３に与える熱を変えることができる。

(2)ハードウエア構成
図５に、コンピュータ装置２９のハードウェア構成図を示す。この装置は、ＣＰＵ３０、メモリ３１、ディスプレイ３３、ハードディスク３５（記憶装置）、キーボード／マウス３７、通信回路３９を備えている。
通信回路３９は、信号発生装置２７、赤外線カメラ２３などとの接続を行うための回路である。ハードディスク３５には、オペレーティングシステムや欠陥検査のためのプログラムが記録されている。欠陥検査のためのプログラムは、オペレーティングシステムと協働してその機能を達成している。

(3)フローチャート
図６に、欠陥検出プログラムのフローチャートを示す。まず、ＣＰＵ３０は、信号発生装置２７に対し、通信回路３９を介して加熱条件を出力する（ステップＳ４０１）。たとえば、加熱時間が１．５分、加熱強度が３８．８ｋＷ（ヒーター出力）で一定となるような加熱条件を出力する。
前記加熱条件は、信号発生装置２７に与えられ、波形信号に変換されてリレー装置２５に出力される。リレー装置２５は、入力した波形信号に基づいてヒーター２１を作動させる。これにより、所定の加熱条件で補強板２０、接着層２１、コンクリート２３に熱負荷を与える。

これにより、図７に示すように、所定の加熱時間の間、所定の加熱強度で一定となるような熱負荷が与えられることになる。

次に、ＣＰＵ３０は、加熱停止から（ステップＳ４０２）、通信回路３９を介して、赤外線カメラ２３の出力（表面温度データ）を取り込み、ハードディスク３５に記録する（ステップＳ４０３）。ＣＰＵ３０は、この表面温度データの記録を、予め定められた測定終了時刻（加熱停止から３分などの所定時間）まで、連続して実行する（ステップＳ４０４）。

なお、加熱開始後からの表面温度データを連続的に取り込んで記録しておき、加熱停止からのデータのみを読み出すようにしてもよい。

赤外線カメラ２３は、図８に示すように、計測対象の各単位領域Ｐ1,1〜Ｐk,jについての表面温度を出力する。つまり、計測対象表面を、縦ｋ、横ｊのマトリクスとし、それぞれの単位領域の表面温度を計測するものである。したがって、ハードディスク３５には、図９に示すように、各単位領域Ｐ1,1〜Ｐk,jについて、時刻ｔ1（加熱終了時）から時刻ｔN（計測終了時）までの表面温度データ記録される。なお、この実施形態では、赤外線強度を記録するようにしている。

図１１Ａに、図１０Ａに示すような接着層２１の充填不良による欠陥２１ａの上部の表面温度の変化と、健全部の表面温度との変化を、有限要素法によって算出したグラフを示す。解析モデルの斜視図は、図１０Ｄのとおりである。鋼板、エポキシ、コンクリート、空気の熱物性値は、図１２に示す数値を用いた。また、初期温度を２０度、解析開始から３秒間外気温を８０度、その後は２０度一定とすることにより、強制加熱を模擬した温度解析を行った。図１１Ａに示すように、欠陥部のほうが温度の低下がゆっくりとしている。

図１１Ｂに、図１０Ｂに示すような接着層の一部充填不良による欠陥２１ｂの上部の表面温度の変化と、健全部の表面温度の変化とを示す。さらに、図１１Ｃに、図１０Ｃに示すようなコンクリート２３の内部欠陥２３ａの上部の表面温度の変化と、健全部の表面温度の変化とを示す。いずれのグラフにおいても、欠陥部のほうが温度の低下がゆっくりとしている。

ＣＰＵ３０は、この欠陥部と健全部の波形の違いが明瞭となるような画像を生成して出力する。この実施形態では、温度変化の波形と所定周期を有する参照波形との位相差を算出し、当該位相差に基づく画像を生成するようにしている。

ＣＰＵ３０は、ステップＳ４０５において、各単位領域Ｐ1,1〜Ｐk,jの表面温度の変化波形と、参照波形との位相差を算出する。図１３に、位相差算出処理のフローチャートを示す。ここで、測定領域の各単位領域毎の表面温度データをＫで表し、時刻ｔ、単位領域x,yにおける温度をＫ_t,x,yとする。ＣＰＵ３０は、このＫ_t,x,yを各領域毎にハードディスク３５から呼び出し、メモリ３１に記憶する。

まず、ＣＰＵ３０は、ステップＳ５０１において、単位領域のインデックスｘ、ｙをそれぞれ「１」に設定する。次に、単位領域Ｐ1,1の表面温度データ波形と、周期２４０秒の参照波形（sin波）との位相差を算出する（ステップＳ５０２）。なお、参照波としては、図７に示すようなサイン波を用いる。

この実施形態では、下記に基づいて、位相差を算出するようにしている。まず、下式により、参照波形に同期する表面温度波形の変動振幅ΔＫsinと参照波形と９０度位相がずれたcos波に同期する表面温度波形の変動振幅ΔＫcosを算出する。

ここで、Ｎは、表面温度データの取り込みフレーム数である（図１５のｔ₁〜ｔ_NのＮ個）。Ｋ(t)は、時刻tにおけるP1,1の表面温度データ値を示している。Ｓｉｎ(t)は、時刻ｔにおける参照波形(sin波）の振幅値を示している。Ｃｏｓ(t)は、時刻ｔにおける参照波形と９０度位相がずれた波形（cos波）の振幅値を示している。なお、参照波形の振幅値の最大値は、例えば「１」とすればよい。

次に、次式により温度変動振幅の絶対値ΔＫおよび位相差θを算出する。

ＣＰＵ３０は、このようにして算出した単位領域Ｐ1,1における位相差θ1,1を、上記参照波形の周期に対応付けてハードディスク３５に記録する。

次に、ｘを１増やして、ステップＳ５０２以下を繰り返す。つまり、単位領域P1,2について、上記と同じようにして位相差θ1,2を算出して記録する。ｘが１ラインの画素数Ｊを超えると、つまり、１ラインの画素全てについて位相差を算出すると（ステップＳ５０４）、ｙを１増やし、ｘを「１」として、ステップＳ５０２以下を繰り返す。つまり、単位領域Ｐ2,1について、上記と同じようにして位相差θ2,1を算出して記録する。以後、この処理を繰り返して、単位領域ＰJ,Kまでの全ての単位領域について、位相差θ1,1〜θJ,Kを算出する。そして、これらをハードディスク３５に記録する。

このようにして、各単位流域ごとに、周期２４０秒の参照波形についての位相差を算出すると、図６のステップＳ４０６に戻る。ステップＳ４０６では、ＣＰＵ３０は、各単位領域Ｐ1,1〜ＰJ,Kにおける位相差θ1,1〜θJ,Kを濃度差として表した画像を生成する。さらに、これを、ディスプレイ３３に表示する（ステップＳ４０７）。あるいは、プリンタ（図示せず）からプリントアウトする。操作者は、この画像を見て、充填不良部を判断することができる。

図１４Ｃに、図１０に示すモデルにおいて、欠陥の中心からの距離と、上記位相差（周期２４０秒の参照波との位相差）との関係を算出したグラフを示す。図中、model１と表示されているのが図１０Ａのケース、model２と表示されているのが図１０Ｂのケース、model３と表示されているのが図１０Ｃのケースである。いずれのケースにおいても、健全部（たとえば１５０ｍｍの部位）に対して、位相差が異なっていることがわかる。したがって、この位相差に応じた濃淡を有する画像によって、図１０Ａ、Ｂ、Ｃのいずれの欠陥であっても検出可能である。

なお、上記では、１つの所定周期の参照波形に対する位相差を算出して画像化しているが、異なる周期の参照波形について位相差を算出し、複数の画像を出力するようにしてもよい。これにより、何れかの周期にて欠陥部を見いだすことが可能となる。

この実施形態では、所定周期の参照波形との位相差を算出し、これによって、温度変化波形の所定周期成分における違いを見いだして、欠陥部を検出するようにしている。しかし、各単位領域における波形形状の違いを直接的に比較して、欠陥部を検出するようにしてもよい。また、各単位領域における温度変化波形を、ＦＦＴなどによってフーリエ変換し、各周波数成分の強度や位相の違いに基づいて、欠陥部を検出するようにしてもよい。

３．第２の実施形態
(1)全体構成
図１５に、この発明の他の実施形態による欠陥検出システムの全体構成を示す。この実施形態では、欠陥検査制御装置１０は、加熱制御手段１１、データ記録手段１３、波形比較手段１２、欠陥検出手段５、欠陥種類判断手段７、出力手段９を備えている。

波形比較手段１２は、第１の位相差算出手段１２ａと第２の位相差算出手段１２ｂとを備えている。第１の位相差算出手段１２ａは、各単位領域における表面温度の時間的変化波形と、第１の所定周期を有する参照波形との位相差を算出する。欠陥検出手段５は、第１の位相差検出手段１２ａの出力に基づいて、欠陥部位を特定する。

第２の位相差算出手段１２ｂは、結果検出手段５によって欠陥であると判断された部位について、表面温度の時間的変化波形と、第２〜第ｎの所定周期を有する参照波形との位相差を算出する。欠陥種類判断手段７は、第１の位相差算出手段１２ａ、第２の位相差算出手段１２ｂの出力に基づいて、欠陥の種類を判断する。出力手段９は、欠陥の位置および種類を出力する。

外観やハードウエア構成は、第１の実施形態と同じである。ただし、ハードディスク３３に記録された欠陥検出プログラムが、第１の実施形態と異なっている。

(2)フローチャート
図１６〜図１８に、欠陥検出プログラムのフローチャートを示す。まず、ＣＰＵ３０は、信号発生装置２７に対し、通信回路３９を介して加熱条件を出力する（ステップＳ４０１）。
前記加熱条件は、信号発生装置２７に与えられ、波形信号に変換されてリレー装置２５に出力される。リレー装置２５は、入力した波形信号に基づいてヒーター２１を作動させる。これにより、所定の加熱条件で被検査体２０に熱負荷を与える。

これにより、図１４に示すように、所定時間、所定の加熱強度によって熱負荷が与えられることになる。

ハードディスク３５には、図９に示すようなデータが記録されることになる。ＣＰＵ３０は、ステップＳ４０５において、各単位領域Ｐ1,1〜Ｐk,jの表面温度の変化波形と、２４０秒周期の参照波形との位相差θ1,1〜θk,jを算出する。ＣＰＵ３０は、算出した位相差θ1,1〜θk,jを単位領域の位置と対応づけて、図１９に示すようにハードディスクに記録する。

このようにして、各単位領域ごとに、周期２４０秒の参照波形についての位相差θ1,1〜θk,jを算出すると、これに基づいて欠陥部の検出を行う（ステップＳ４１０）。ＣＰＵ３０は、全ての単位領域の位相差θ1,1〜θk,jの平均値を求める。次に、当該平均位相差と各単位領域の位相差との差を算出する。当該差が、所定のしきい値を越える領域を、欠陥であると判断する。ＣＰＵ３０は、欠陥であると判断した単位領域の座標(x,y)と、位相差θをハードディスク３５に記録する。なお、この際、ＣＰＵ３０は、欠陥であると判断された連続する単位領域の数により、欠陥部の大きさを計数する。欠陥部の大きさが所定の値以下の場合には、検出誤りの可能性もあることから、当該微少な部分については、欠陥でないものとしてもよい。

次に、ＣＰＵ３０は、欠陥部が検出されたか否かを判断する（ステップＳ４１１）。欠陥部の検出がなければ、処理を終了する。

欠陥部の検出があれば、ＣＰＵ３０は、欠陥の種類を判断する処理を行う。なお、第１の実施形態と同じように、画像を出力して、操作者が欠陥の有無を判断するようにしてもよい。この場合には、操作者は、キーボードやマウス３７などにより、欠陥であると判断した領域の中心付近の座標を入力する。

欠陥が検出されると、次に、欠陥の種類を判断する。この実施形態では、以下のようにして欠陥種類の判断を行っている。２４０秒周期の参照波形との位相差を算出し、健全部における位相差と欠陥部における位相差との差θ240を算出する。同様に、１２０秒、６０秒周期の参照波形との位相差を算出し、健全部における位相差と欠陥部における位相差との差θ120、θ60を算出する。

図１４Ｂ、Ｃに１２０秒、６０秒周期の参照波形と、表面温度の変化波形との位相差を、図１０のモデルについて計算した結果を示す。縦軸が位相差、横軸が欠陥中心からの距離である。図１０に示す欠陥の種類に応じて、位相差の特徴が異なる。つまり、欠陥の種別に応じて、図２１に示すような特徴を有している。ＣＰＵ３０は、この特徴に基づき、欠陥種類の判断を行う。以下具体的処理を説明する。

ＣＰＵ３０は、まず、欠陥領域の重心座標を算出する（ステップＳ４１２）。ＣＰＵ３０は、算出した重心座標を、図２０に示すようにハードディスク３５に記録する。

次に、ＣＰＵ３０は、健全部（欠陥部でないと判断された部位）における位相差と各欠陥部における位相差との差θ240を算出する（ステップＳ４１３）。これを、図２０に示すように、ハードディスク３５に記録する。

続いて、ＣＰＵ３０は、最初の欠陥部（欠陥Ｎｏ．１）を対象欠陥部に設定する（ステップＳ４１４）。次に、当該欠陥部および健全部（いずれか１点でよい）の温度変化波形と１２０秒周期の参照波形との位相差を算出する（ステップＳ４１５）。さらに、ＣＰＵ３０は、健全部の位相差と欠陥部の位相差の差θ120を算出し、図２０に示すようにハードディスク３５に記録する（ステップＳ４１６）。

次に、ＣＰＵ３０は、差θ120が差θ240よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ４１７）。大きければ、ケース１（図１０Ａ参照）であると判断し、図２０に示すように、種類の欄に「１」を記録する。

小さければ、ステップＳ４１９に進み、対象欠陥部および健全部（いずれか１点でよい）の温度変化波形と６０秒周期の参照波形との位相差を算出する。次に、ＣＰＵ３０は、健全部の位相差と欠陥部の位相差との差θ60を算出して、ハードディスク３５に記録する（図２０参照）。

さらに、この差θ60が所定のしきい値を越えているか否かを判断する（ステップＳ４２０）。つまり、このθ60単独で、当該欠陥を検出できるかどうかを判断する。しきい値を越えており検出可能であれば、ケース２（図１０Ｂ参照）であると判断し、図２０の種類の欄に「２」を記録する。しきい値を越えておらず検出可能でなければ、ケース３（図１０Ｃ参照）であると判断し、図２０の種類の欄に「３」を記録する。

上記のようにして、欠陥の種類を判別することができる。次に、ＣＰＵ３０は、全ての欠陥について上記の処理を行ったかどうかを判断する（ステップＳ４２３）。未処理の欠陥があれば、次の欠陥部を対象欠陥部として（ステップＳ４２４）、ステップＳ４１５以下を再び実行する。この処理を、全ての欠陥について行う。このようにして、各欠陥につきその種類を記録することができる。

次に、ＣＰＵ３０は、検出した欠陥の重心座標と欠陥の種類を、ディスプレイ３３またはプリンタに出力する。なお、第１の実施形態のように、位相差画像を併せて出力するようにしてもよい。

上記実施形態では、各単位領域における温度変化波形と参照波形との位相差に基づいて欠陥部を検出しているが、各単位領域における加熱停止後の特定時刻における温度分布に基づいて欠陥部を検出するようにしてもよい。

上記実施形態では、欠陥部の１つの単位領域（重心点）についてのみθ120、θ60を算出して種類判定を行っている。しかし、当該欠陥部に含まれる複数の単位領域について種類判定を行うようにしてもよい。同一の欠陥部で異なる種類であるとの判断が得られた場合には、最も多く得られた種類を、当該欠陥部の欠陥種類とすればよい。

上記実施形態では、参照波形として２４０秒、１２０秒、６０秒の３つを用いたが、４つ以上、２つ以下であってもよい。

上記実施形態では、図１６〜図１８の処理を行って欠陥の種類を判断している。しかし、図２１に示すテーブルを記録しておき、θ240、θ120、θ60が、いずれのパターンに合致するかによって、欠陥種類を判断するようにしてもよい。

上記実施形態では、図１０のＡ、Ｂ、Ｃの３種類の欠陥を判断しているが、接着層における欠陥（図１０ＡまたはＢ）であるか、コンクリートの内部欠陥であるかを判断するようにしてもよい。

この実施形態では、複数の所定周期の参照波形との位相差を算出し、これによって、温度変化波形の所定周期成分における違いを見いだして、欠陥の種類を判断するようにしている。しかし、各単位領域における温度変化波形を、ＦＦＴなどによってフーリエ変換し、各周波数成分の強度や位相の違いに基づいて、欠陥の種類を検出するようにしても良い。

この発明の一実施形態における欠陥検出システムの機能ブロック図を示す図である。図２Ａは、人工欠陥供試体を示す図である。図２Ｂ、Ｃは、当該供試体を加熱した後に計測した表面温度分布である。図３Ａは、補強板を接着したコンクリートの断面図、図３Ｂは接着層２１に生じた欠陥を示す断面図、図３Ｃはコンクリート内部に生じた欠陥を示す断面図である。この発明の一実施形態による欠陥検出システムの外観構成図である。図４のシステムを構成するコンピュータ装置のハードウエア構成である。欠陥検出プログラムのフローチャートである。加熱波形を示す図である。赤外線カメラによって測定する単位領域を示す図である。ハードディスク３５に記録される表面温度を示す図である。欠陥モデルを示す図である。図１０の各欠陥モデルについて、表面温度の変化をグラフにしたものである。解析に用いた鋼板、エポキシ、コンクリート、空気の熱物性値を示す図である。欠陥検出プログラムのフローチャートである。位相差と欠陥中心からの距離との関係を示すグラフである。この発明の他の実施形態における欠陥検出システムの機能ブロック図を示す図である。欠陥検出プログラムのフローチャートである。欠陥検出プログラムのフローチャートである。欠陥検出プログラムのフローチャートである。ハードディスク３５に記録される各単位領域の位相差を示す図である。ハードディスク３５に記録される各欠陥についてのデータを示す図である。欠陥の種類とθ240、θ120、θ60との関係を示す図である。

符号の説明

５・・・欠陥検出手段
７・・・欠陥種類判断手段
９・・・出力手段
１０・・・欠陥検査制御装置
１１・・・加熱制御手段
１２・・・波形比較手段
１３・・・データ記録手段
１４・・・比較結果出力手段
１７・・・加熱装置
１９・・・温度計測器

Claims

接着層によって補強板が接着されたコンクリートの欠陥を検出する欠陥検出方法であって、
補強板の計測対象表面の全面に対して加熱を行い、
少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、計測対象表面の各単位領域における表面温度の時間的変化を計測し、
各単位領域における表面温度の時間変化の相対的相違に基づいて、欠陥部を検出する欠陥検出方法であって、
前記各単位領域における表面温度の時間変化の相対的相違は、各単位領域における表面温度波形の、第１の所定周期を有する参照波形に対する位相差に基づいて決定されるものであり、
検出した欠陥部について、第２〜第ｎの周期の参照波形を用いて位相差を算出し、少なくとも第２〜第ｎの周期の参照波形における位相差に基づいて、接着層の欠陥であるか、コンクリートの内部の欠陥であるかを判断するものであり、
前記位相差は、前記加熱および前記計測を１回行って得られた、１つの時系列における計測データについて、複数の異なる参照波形を用いて算出されたものであること
を特徴とする欠陥検出方法。
接着層によって補強板が接着されたコンクリートの欠陥を検出する欠陥検出方法であって、
補強板の計測対象表面の全面に対して加熱を行い、
少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、計測対象表面の各単位領域における表面温度の時間的変化を計測し、
各単位領域における表面温度の時間変化の相対的相違に基づいて、欠陥部を検出する欠陥検出方法であって、
前記各単位領域における表面温度の時間変化の相対的相違は、各単位領域における表面温度波形の、第１の所定周期を有する参照波形に対する位相差に基づいて決定されるものであり、
検出した欠陥部について、第２〜第ｎの周期の参照波形を用いて位相差を算出し、少なくとも第２〜第ｎの周期の参照波形における位相差に基づいて、接着層がコンクリートと補強板との間に殆ど存在せず空間となっている不良であるか、接着層がコンクリートと補強板との間に完全に充填されていない不良であるか、コンクリートの内部の欠陥であるかを判断するものであり、
前記位相差は、前記加熱および前記計測を１回行って得られた、１つの時系列における計測データについて、複数の異なる参照波形を用いて算出されたものであること
を特徴とする欠陥検出方法。
請求項１または請求項２の欠陥検出方法において、
健全部の位相差と欠陥部の位相差との差を、少なくとも第２〜第ｎの周期の参照波形について算出し、これらの差に基づいて、欠陥の種類を判断することを特徴とする欠陥検出方法。
請求項３の欠陥検出方法において、
欠陥種類と、参照波形の周期を変化させたときに生じる前記「健全部の位相差と欠陥部の位相差との差」についての変化パターンとの関係を示したテーブルに基づいて欠陥種類を判定することを特徴とする欠陥検出方法。
接着層によって補強板が接着されたコンクリートの欠陥の種類を判断する方法であって、
補強板の計測対象表面の全面に対して加熱を行い、
少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、計測対象表面の各単位領域における表面温度の時間的変化を計測し、
欠陥部における表面温度の時間変化波形と第１〜第ｎの周期の参照波形のそれぞれとの位相差を算出し、当該位相差によって、欠陥の種類を判断する欠陥判断方法であって、
前記位相差は、前記加熱および前記計測を１回行って得られた、１つの時系列における計測データについて、複数の異なる参照波形を用いて算出されたものであること
を特徴とする欠陥判断方法。
接着層によって補強板が接着されたコンクリートの欠陥を検出する欠陥検出装置であって、
補強板の計測対象表面の全面に対して加熱を行う加熱制御装置に対して、加熱開始指令および加熱停止指令を行う加熱制御手段と、
少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、計測対象表面の各単位領域における表面温度を計測する温度計測器からのデータを入力して記録するデータ記録手段と、
各単位領域における表面温度の時間変化波形と、所定周期を有する参照波形との位相差を、複数の所定周期の参照波形のそれぞれについて算出する波形比較手段と、
少なくとも１つの所定周期の参照波形についての位相差に基づいて、欠陥領域を検出する欠陥検出手段と、
欠陥検出手段によって検出された欠陥領域について、複数の所定周期の参照波形についての位相差に基づいて、接着層の欠陥であるか、コンクリートの内部の欠陥であるかを判断する欠陥種類判断手段とを備えており、
前記位相差は、前記加熱および前記計測を１回行って得られた、１つの時系列における計測データについて、複数の異なる参照波形を用いて算出されたものであること
を特徴とする欠陥検出装置。
請求項６の欠陥検出装置において、
前記欠陥種類判断手段は、接着層がコンクリートと補強板との間に殆ど存在せず空間となっている不良であるか、接着層がコンクリートと補強板との間に完全に充填されていない不良であるか、コンクリートの内部の欠陥であるかを判断することを特徴とする欠陥検出装置。
接着層によって補強板が接着されたコンクリートのの欠陥を検出する欠陥検出装置をコンピュータによって実演するためのプログラムであって、
補強板の計測対象表面の全面に対して加熱を行う加熱制御装置に対して、加熱開始指令および加熱停止指令を行う加熱制御手段と、
少なくとも前記加熱を停止した後の加熱停止期間において、計測対象表面の各単位領域における表面温度を計測する温度計測器からのデータを入力して記録するデータ記録手段と、
各単位領域における表面温度の時間変化波形と、所定周期を有する参照波形との位相差を、複数の所定周期の参照波形のそれぞれについて算出する波形比較手段と、
少なくとも１つの所定周期の参照波形についての位相差に基づいて、欠陥領域を検出する欠陥検出手段と、
欠陥検出手段によって検出された欠陥領域について、複数の所定周期の参照波形についての位相差に基づいて、接着層の欠陥であるか、コンクリートの内部の欠陥であるかを判断する欠陥種類判断手段とを備え、
前記位相差は、前記加熱および前記計測を１回行って得られた、１つの時系列における計測データについて、複数の異なる参照波形を用いて算出されたものであることを特徴とするプログラム。