JP4097083B2 - コンクリートの充填不良検査方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、型枠に充填したコンクリートの充填不良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耐久性を確保するためには、設計配合のコンクリートを均質に型枠内に打設することが必要である。ジャンカと呼ばれる充填不良部は、通常のコンクリートに比べて空隙が多く、物質透過性が大きいため、その存在はコンクリート構造物の耐久性を著しく低下させる危険性がある。また、ジャンカはコンクリート表面に発生することが多く、美観上からも好ましくない。

ジャンカの発生を防止するため、従来では配筋状況や部材の形状から、コンクリートのワーカビリティを適切に設定し、所望のワーカビリティを有することを確認した上で、必要な締固め方法を用いて打設を行う方法がとられている。

ジャンカの発生が判明するのは、多くの場合、型枠を脱型した時点であり、判明時には根本的対策をとることができないという問題があった。このため、充填時にジャンカを検出する手法が採用されている。たとえば、型枠に点検孔を設けて、コンクリートの到達を確認する方法や、充填不良が懸念される箇所（型枠の内側）にセンサを設けてコンクリートが充填されたことを確認する手法などがある。

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、点検孔やセンサを設ける方法では事前の準備が必要であり、さらに、型枠全体に対する充填不良を容易に検出することはできなかった。

また、特許文献１のものでは上記のような問題点はないものの、電波をコンクリート内部に向けて放射しているので、鋼板などの型枠がある場合には、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、やはり型枠がある場合には、検査を行うことができなかった。

この発明は、型枠に特別な加工を施したり、型枠内にセンサを設置したりすることなく、型枠の外から、型枠全体に対する充填不良を容易に検出することの可能な充填不良検出方法および装置を提供することを目的とする。

(1)この発明に係るコンクリートの充填不良検査方法は、熱伝導性の良い材質によって構成される型枠の中にコンクリートを充填した際に生じる充填不良部を検出する充填不良検査方法であって、コンクリート充填後の型枠の計測対象表面の全面に対して加熱を行い、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し、前記各単位領域において、他の領域に比べて相対的に表面温度の高い領域を充填不良部であるとして検出することを特徴としている。

したがって、鋼板のような熱伝導性の良い材質による型枠の外から、非破壊的に、コンクリートの充填不良部を検出することができる。また、計測対象に対して強制的な加熱を行っているので、急激に表面温度を上昇させて内部との温度勾配を形成し、迅速かつ高精度な検出を可能としている。

(2)この発明に係るコンクリートの充填不良検査方法は、加熱停止後、異なる時刻に２回以上表面温度を計測し、いずれか１回の計測において、他の領域に比べて相対的に表面温度の高い領域があれば、当該領域を充填不良部として検出することを特徴としている。

したがって、より確実に充填不良部を検出することができる。

(3)この発明に係るコンクリートの充填不良検出方法は、熱伝導性の良い材質によって構成される型枠の中にコンクリートを充填した際に生じる充填不良部を検出する充填不良検査方法であって、コンクリート充填後の型枠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、充填不良部を検出することを特徴としている。

したがって、鋼板のような熱伝導性の良い材質による型枠の外から、非破壊的に、コンクリートの充填不良部を検出することができる。

(4)この発明に係るコンクリートの充填不良検出方法は、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。

（１）この発明に係る充填不良検査方法は、
熱伝導性の良い材質によって構成される型枠の中にコンクリートを充填した際に生じる充填不良部を検出する充填不良検査方法であって、
コンクリート充填後の型枠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、充填不良部を検出する充填不良検査方法であって、
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、
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、異なる参照波形を用いて相対的相違を算出し、いずれか１つの参照波形について、他の領域に比べて相対的に位相差が異なる領域があれば、当該領域を充填不良部として検出することを特徴としている。

したがって、より確実に充填不良部を検出することができる。

(6)この発明に係るコンクリートの充填不良検出方法は、加熱時間を異ならせて複数回の計測を行い、いずれか１回の計測において、他の領域に比べて表面温度の時間変化が相対的に異なる領域があれば、当該領域を充填不良部として検出することを特徴としている。

したがって、より確実に充填不良部を検出することができる。

(7)この発明に係るコンクリートの充填不良検査装置は、熱伝導性の良い材質によって構成される型枠の中にコンクリートを充填した際に生じる充填不良部を検出する充填不良検査装置であって、コンクリート充填後の型枠の計測対象表面の全面に対して加熱を行う加熱装置に対して、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、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、出力された各単位領域の表面温度に基づいて、鋼板のような熱伝導性の良い材質による型枠の外から、非破壊的に、コンクリートの充填不良部を検出することができる。、
(8)この発明に係るコンクリートの充填不良検出装置は、全単位領域の平均表面温度との温度差が所定値以上の領域を充填不良部分であると判断する充填不良位置判断手段を備えたことを特徴としている。
したがって、充填不良位置を検出することができる。

（３）この発明に係る充填不良検査装置は、
熱伝導性の良い材質によって構成される型枠の中にコンクリートを充填した際に生じる充填不良部を検出する充填不良検査装置であって、
コンクリート充填後の型枠の計測対象表面の全面に対して加熱を行う加熱装置に対して、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の時間的変化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、
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、各単位領域における表面温度の時間変化波形と、複数の異な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たこと
を特徴としている。

したがって、出力された各単位領域の表面温度に基づいて、鋼板のような熱伝導性の良い材質による型枠の外から、非破壊的に、コンクリートの充填不良部を検出することができる。

(10)この発明に係るコンクリートの充填不良検出装置は、全単位領域の平均位相差に対して所定値以上異なる位相差を有する領域を充填不良部分であると判断する充填不良位置判断手段を備えたことを特徴としている。

したがって、充填不良位置を検出することができる。

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５や図１２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５のステップＳ４０４や図１２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５のステップＳ４０６や図１２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１２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１２のステップＳ４０７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．充填不良検出の概念
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３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。

ところで、型枠内に流し込んで間もないコンクリートは未硬化であるが、硬化後のコンクリートと同様、低熱伝導性材料であるという点は同じである。また、充填不良部（ジャンカ）は、いわゆる空隙の大きい部分であり、上記の内部欠陥と同様であると見ることができる。したがって、型枠内でのコンクリートの充填不良についても、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、鋼板などの熱伝導性の良い材質による型枠が外側にあるため、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、充填不良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、鋼板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、加熱停止後の比較的短い時間内（上記のコンクリートの内部欠陥検査の場合よりも短い時間内）に、温度差を計測することが好ましい。

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充填不良検査システムの概略構成を機能ブロック図で示す。充填不良検査システムは、充填不良検査制御装置１０、加熱装置１７、温度計測器１９を備えている。充填不良検査制御装置１０は、加熱装置１７に対して加熱・加熱停止を制御する加熱制御手段１１と、温度計測器１９が計測した型枠の表面温度の計測データを入力して記録するデータ記録手段１３と、データ記録手段１３に記録された計測データを読み出して画像化する画像化手段１６と、画像を出力する画像出力手段１８とを備えている。操作者は、出力された画像を目視して、充填不良部を検出することができる。

図３に、充填不良検査システムの外観を示す。鋼板から構成される型枠２０の内側には、コンクリートが充填される。検査は、充填後、コンクリート硬化の前に行う。

型枠２０に対向して、この型枠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、型枠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、型枠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、型枠２０は鋼板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、型枠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、型枠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、コンクリートの充填不良を判断するための画像出力を行う。

なお、図１における、充填不良検査制御装置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。型枠２０とヒーター２１との距離を変えることにより、型枠に与える熱を変えることができる。この実施形態では、型枠２０の表面からヒーターまでの距離を１ｍとしている。

(2)ハードウエア構成
図４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充填不良検査のためのプログラムが記録されている。充填不良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５に、不良充填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）。この実施形態では、加熱時間が０．５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している。
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、所定の加熱条件で被検査体２０に熱負荷を与える。ここでは、図１４に示すように、加熱時間が０．５分、加熱強度が３８．８ｋＷ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、加熱の停止から所定時間（この実施形態では３秒）が経過したか否かを判断する（ステップＳ４０２）。所定時間経過すれば、ＣＰＵ３０は、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）。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、加熱停止から所定時間経過後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６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。

次に、ＣＰＵ３０は、記録した表面温度データに基づいて、温度を示す画像を生成する（ステップＳ４０４）。温度の高い部分ほど、濃度を低くする等の画像を生成する。

ＣＰＵ３０は、生成した画像を、ディスプレイ３３に表示する。操作者は、この画像を目視して、充填不良箇所を検出する。

上記のように、この実施形態では、加熱装置によって表面を強制的に加熱するようにしているので、急激に表面を加熱して内部との温度勾配を形成し、迅速かつ精度のよい検出を行うことができる。

なお、上記では、加熱停止から所定時間経過後の１回だけ画像を得るようにしているが、異なる時刻について複数の画像を出力するようにしてもよい。

また、赤外線カメラ２３からの画像データをそのまま画像として記録し、ディスプレイ３３に表示するようにしてもよい。

また、プリンタ（表示せず）によって画像を印刷することにより、画像を出力するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、画像を出力し、作業者が充填不良を検出するようにしている。しかし、ＣＰＵ３０が、表面温度データに基づいて充填不良部を判断し、当該充填不良部の位置を出力するようにしてもよい。この場合、ＣＰＵ３０は、全単位領域における表面温度の平均値を算出し、当該平均表面温度に対して所定値以上表面温度が高い領域を、充填不良部と判断する。また、予め、健全部の表面温度が分かっている場合には、当該健全部の表面温度に対して所定値以上表面温度が高い領域を、充填不良部と判断してもよい。

ＣＰＵ３０は、このようにして検出した充填不良部（不良とされた単位領域全て、もしくは重心）の座標値をディスプレイ３３に表示する。

上記実施形態では、画像として出力することにより、表面温度または位相差を各単位領域の位置に対応づけて出力するようにしている。しかし、表面温度または位相差を、各単位領域の位置情報（座標など）に対応付けて、数値などで出力するようにしてもよい。

(4)実施例
本実施形態によるコンクリート充填不良の検出精度を確認するための実験を行った。実験は、図７に示す模擬ジャンカを用いて行った。図７Ａが背面図、図７Ｂが断面図である。型枠２０は、厚さ３ｍｍの鋼板によって構成した。前面型枠２０ａの表面には、補強のためのリブ（鋼板）２７が配されている。
型枠２０内は、コンクリート２１で充填されている。前面型枠２０ａに接するように、２つの模擬ジャンカ２３ａ、２３ｂを形成した。ここでは、模擬ジャンカとして、空隙率２０％のポーラスコンクリートを用いた。なお、ポーラスコンクリートの前面型枠２０ａに接しない面には、セメントペーストを塗布し、コンクリート打設時にポーラスコンクリートの空隙が充填されないようにした。

模擬ジャンカ２３ａは、前面型枠２０ａに接する面において１８ｃｍの直径を有し、打設面２５に向かうにしたがって徐々に直径が小さくなる形状となっている。模擬ジャンカ２３ｂは、前面型枠２０ａに接する面において１０ｃｍの直径を有する円柱形状となっている。

なお、ここでは、実験を容易にするため、コンクリートおよびポーラスコンクリートの硬化後に計測を行ったが、硬化前であっても、基本的に同様の傾向が現れるものと思われる。

前面型枠２０ａの表面からヒーターまでの距離を１ｍ、加熱時間を０．５分、計測時刻を加熱終了後３秒とした場合の画像を、図８Ａに示す。模擬ジャンカ２３ａの部分が高温になっていることが分かる。なお、縦横に現れている高温部分の筋は、リブ２７によるものである。このリブの画像に基づいて、ジャンカの位置を特定することもできる。

同条件で、加熱終了後５分に計測した場合の画像を、図８Ｂに示す。この画像では、模擬ジャンカ２３ａ、２３ｂによる温度変化は見いだされなかった。なお、この実験では、加熱終了後１分までは、模擬ジャンカ２３ａの画像を目視確認可能であった。

図９のＮｏ．１、Ｎｏ．２に示すような模擬ジャンカ２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆについても、計測を行った。実際にはリブを設けているが、図においては省略している。

Ｎｏ．１のものに対しては、前面型枠２０ａの表面からヒーターまでの距離を０．５ｍ、加熱時間を１．５分、計測時刻を加熱終了直後（２秒後）および５分後として計測した。図１０Ａに加熱終了直後の画像、図１０Ｂに加熱終了から５分後の画像を示す。加熱距離を短く加熱時間を多くとっているため、加熱終了から５分においても、模擬ジャンカを確認することができる。

Ｎｏ．２のものに対しては、前面型枠２０ａの表面からヒーターまでの距離を１ｍ、加熱時間を１分、計測時刻を加熱終了直後（２秒後）および５分後として計測した。図１０Ｃに加熱終了直後の画像、図１０Ｄに加熱終了から５分後の画像を示す。何れの場合においても、模擬ジャンカの確認は困難であった。

３．第２の実施形態
(1)全体構成
図１１にこの発明の他の実施形態による充填不良検出システムの全体構成を示す。この実施形態では、充填不良検査制御装置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。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、当該位相差を出力するものである。

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に記録された充填不良検出プログラムが、第１の実施形態と異なっている。

(2)フローチャート
図１２に、不良充填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）。この実施形態では、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している。なお、加熱距離を０．５ｍとしている。
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、所定の加熱条件で被検査体２０に熱負荷を与える。

ここでは、図１４に示すように、加熱時間が１．５分、加熱強度が３８．８ｋＷ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６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１５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１６に、健全部における表面温度の変化波形と、充填不良部における表面温度の変化波形とを示す。ＣＰＵ３０は、この両者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１００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１４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１００秒の参照波形についての位相差を算出すると、図１２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。

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、何れかの周期にて充填不良部を見いだすことが可能となる。

また、上記実施形態では、画像を出力し、作業者が充填不良を検出するようにしている。しかし、ＣＰＵ３０が、位相差に基づいて充填不良部を判断し、当該充填不良部の位置を出力するようにしてもよい。この場合、ＣＰＵ３０は、全単位領域における位相差の平均値を算出し、当該平均位相差に対して所定値以上の違いがある位相差を持つ領域を、充填不良部と判断する。また、予め、健全部の位相差が分かっている場合には、当該健全部の位相差に対して所定値以上異なる位相差を有する領域を、充填不良部と判断してもよい。ＣＰＵ３０は、このようにして検出した充填不良部（不良とされた単位領域全て、もしくは重心）の座標値をディスプレイ３３に表示する。

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、充填不良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、充填不良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、充填不良部を検出するようにしても良い。

(4)実施例
本実施形態によるコンクリート充填不良の検出精度を確認するための実験を行った。ここでは、第１の実施形態において用いた模擬ジャンカと同じ、図９に示すものを用いて実験を行った。加熱条件は、第１の実施形態の場合と同じとした。
参照波形の周期を１００秒とした場合、３００秒とした場合について、位相差を算出し、位相差画像を生成した。図９のＮｏ．１のものの測定表面温度波形と、周期１００秒の参照波形との位相差による画像を、図１７Ａに示す。模擬ジャンカ２３ｄが明瞭に確認できる。また、周期３００秒の参照波形との位相差画像を、図１７Ｂに示す。この画像においても、模擬ジャンカ２３ｄを明瞭に確認することができる。

図９のＮｏ．２のものの測定表面温度波形と、周期１００秒の参照波形との位相差による画像を、図１７Ｃに示す。模擬ジャンカ２３ｄを確認することができる。また、周期３００秒の参照波形との位相差画像を、図１７Ｄに示す。この画像においても、模擬ジャンカ２３ｄを明瞭に確認することができる。特に、第１の実施形態では判別困難であったＮｏ．２の模擬ジャンカが検出可能となっている。これは、単なる温度差を比較するよりも、温度変化の波形を比較する方が、充填不良部を発見しやすい場合があることを示している。

４．その他の適用例
上記実施形態では、型枠にコンクリートを流し込んだ際の充填不良（ジャンカ）を検出する場合を示した。しかし、柱や壁などの補強を行う際に用いられる巻立工法についても、同じように適用することができる。図１８に示すように、巻立工法においては、柱や壁などの既設コンクリート部材７０の周囲に、鋼板などの補強材７４を配置する。次に、既設コンクリート部材７０と、補強材７４との間に、モルタルコンクリート７２などを流し込んで充填する。この場合において、モルタル充填時、補強材７４は、モルタルコンクリート７２を流し込むための型枠として機能している。
モルタルコンクリート７２を流し込んだ後、第１、第２の実施形態の装置を用いて、補強材７４の四方の各面を加熱して測定すれば、充填不良部７６を検出することができる。

なお、この巻立工法に適用する場合においても、第１第２の実施形態と同じように、モルタルが硬化した後の検査を行うことも可能である。

この発明の一実施形態における充填不良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。 この発明の一実施形態による充填不良検出システムの外観構成図である。 図３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。 不良充填検出プログラムのフローチャートである。 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。 ジャンカ検出を実験するための供試体を示す図である。 測定結果画像を示す図である。 ジャンカ検出を実験するための供試体を示す図である。 測定結果画像を示す図である。 他の実施形態における充填不良検出システムの機能ブロック図を示す図である。 不良充填検出プログラムのフローチャートである。 不良充填検出プログラムのフローチャートである。 加熱時間と、参照波形との関係を示す図である。 ハードディスクに記録される温度変化データの例を示す図である。 健全部と充填不良部の温度変化波形を示すグラフである。 各単位領域における参照波形との位相差を示す画像である。 巻立工法における適用を示すための図である。

符号の説明

１０・・・充填不良検査制御装置
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
１６・・・画像化手段
１７・・・加熱装置
１８・・・画像出力手段
１９・・・温度計測器

Claims (5)

1. 熱伝導性の良い材質によって構成される型枠の中にコンクリートを充填した際に生じる充填不良部を検出する充填不良検査方法であって、
   コンクリート充填後の型枠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、充填不良部を検出する充填不良検査方法であって、
   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、
   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、異なる参照波形を用いて相対的相違を算出し、いずれか１つの参照波形について、他の領域に比べて相対的に位相差が異なる領域があれば、当該領域を充填不良部として検出すること
   を特徴とする充填不良検査方法。
2. 請求項１の充填不良検査方法において、
   加熱時間を異ならせて複数回の計測を行い、いずれか１回の計測において、他の領域に比べて表面温度の時間変化が相対的に異なる領域があれば、当該領域を充填不良部として検出すること
   を特徴とする充填不良検査方法。
3. 熱伝導性の良い材質によって構成される型枠の中にコンクリートを充填した際に生じる充填不良部を検出する充填不良検査装置であって、
   コンクリート充填後の型枠の計測対象表面の全面に対して加熱を行う加熱装置に対して、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の時間的変化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、
   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、各単位領域における表面温度の時間変化波形と、複数の異な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たこと
   を特徴とする充填不良検査装置。
4. 請求項３の充填不良検査装置において、さらに、
   全単位領域の平均位相差に対して所定値以上異なる位相差を有する領域を充填不良部分であると判断する充填不良位置判断手段を備えたこと
   を特徴とする充填不良検査装置。
5. 熱伝導性の良い材質によって構成される型枠の中にコンクリートを充填した際に生じる充填不良部を検出する充填不良検査装置をコンピュータを用いて実現するためのプログラムであって、
   コンクリート充填後の型枠の計測対象表面の全面に対して加熱を行う加熱装置に対して、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の時間的変化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、
   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、各単位領域における表面温度の時間変化波形と、複数の異な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、
   をコンピュータによって実現するためのプログラム。

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