JP4184114B2 - 構造物探傷装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてトンネル等の構造物の表面や内部に生ずる欠陥を検出するための構造物探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル等の構造物の表面や内部に生ずる欠陥を検出することに関連する技術として、構造物から離れた地点に設置される超音波発信器から超音波を発振して検出ポイントを加振し、構造物から離れた地点でレーザードップラー振動計を用いて検出ポイントの振動を検出し、構造物の内部の欠陥を非接触式により検査するものが特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、パルスレーザーをコンクリートの表面に照射してコンクリートに弾性波を発生し、弾性波でコンクリートの裏面で反射される裏面エコーやコンクリート中の割れや空隙で反射される欠陥エコーを生じさせ、パルスレーザー照射位置近傍に於ける裏面エコーや欠陥エコーによるコンクリート表面の振動をレーザードップラー振動計で検出し、コンクリート構造物の欠陥を検査するものが特許文献２に開示されている。
【０００４】
尚、本発明に関連する参考技術として、変調したレーザー光を測定対象物に照射し、測定対象物で反射して変調レーザー光と自己混合を起こした鋸歯状波を受光し、鋸歯状波の周波数から測定対象物までの距離を計測する特許文献３のレーザー距離計がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２４８００６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２２８６４２号公報
【特許文献３】
特開平１０−２４６７８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は、微小な傷等の欠陥を正確に検出することが困難であり、正確性の点で実用的に充分なレベルのものではない。そのため、トンネル等の構造物の欠陥を検出する際には、コンクリートの表面をハンマーで打撃し、その打撃音から欠陥の有無を人為的に判定して欠陥を検出する打音法に依拠しているのが未だ実情であり、構造物の欠陥を正確に検出することができる構造物探傷装置が切望されている。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、トンネル等の構造物の表面或いは内部の欠陥を正確に検出する、特に微小な傷等の欠陥を正確に検出することができる構造物探傷装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の構造物探傷装置は、光軸を構造物表面に対して垂直に配置され、構造物に対してレーザー光を照射する発光素子、光軸を該発光素子の光軸と同軸にして配置され、構造物表面で垂直方向に反射されるレーザー光の反射光を受光する主受光素子、構造物表面で反射されるレーザー光の散乱光を受光する副受光素子を有する複合レーザーヘッドと、該主受光素子が受光する反射光から構造物表面までの第１の距離を取得すると共に、副受光素子が受光する散乱光から構造物表面までの第２の距離を取得する距離取得手段と、該第１の距離と該第２の距離を対比して該第１の距離と該第２の距離の差分を取得し、該第１の距離若しくは該第２の距離を構造物表面と解釈して、該差分を凹部の深さ若しくは該凸部の高さと認識することにより欠陥を検出する欠陥検出手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
例えば発光素子から特許文献３に示すような変調レーザー光を照射し、垂直方向に反射して自己混合した反射光から鋸歯状波を検出し、鋸歯状波の周波数から複合レーザーヘッドから構造物表面までの第１の距離を取得すると共に、前記変調レーザー光或いは別途発光素子から照射するレーザー光の散乱光から三角測量の原理により第２の距離を取得し、第１の距離と第２の距離を対比する。この場合、散乱光から得られる第２の距離より垂直方向の反射光から得られる第１の距離は、測定ポイントに於けるより精密な距離であることから、例えば第２の距離を基準となる構造物表面と解釈し、或いは第２の距離を後述の基準距離と対比して大きな傷等の大きな欠陥と解釈し、第１の距離により微小な割れ・傷・突起等の微小な欠陥を検出することができる。即ち２つの距離取得手段を組み合わせて欠陥の検出精度を非常に高めることができる。
【００１０】
尚、垂直方向の反射光を受光して第１の距離を取得する構成は適宜であり、例えば上記構成例以外の自己混合した反射光に対する処理を行い、或いは発光したレーザー光が反射して戻るまでの遅延時間により第１の距離を取得する構成等とすることが可能である。又、上記第２の距離は、単一の副受光素子から三角測量の原理で取得する、或いは複数の副受光素子のそれぞれから三角測量の原理で取得した距離の平均値とする等適宜である。また、第１の距離と第２の距離の対比の仕方は適宜であり、又、これらを後述する基準距離と対比してもよい。
【００１１】
更に、本発明の構造物探傷装置は、前記レーザー光の反射光で前記副受光素子で受光される散乱光から構造物表面までの距離を取得し、該距離と設定されている基準距離を対比し、該対比結果に基づき複合レーザーヘッドを構造物表面から基準距離の位置に調整する位置調整手段を備えることを特徴とする。好適には、構造物探傷装置は、照射するレーザー光の照射範囲を少なくとも第１の範囲と該第１の範囲より小さい第２の範囲に調整可能な照射範囲調整手段と、該第１の範囲で照射されるレーザー光の反射光で前記副受光素子で受光される散乱光から構造物表面までの距離を取得し、該距離と設定されている基準距離を対比し、該対比結果に基づき複合レーザーヘッドを構造物表面から基準距離の位置に調整する位置調整手段を備え、該第２の範囲で照射されるレーザー光の反射光を受光することにより前記第１の距離と第２の距離を取得する。
【００１２】
例えば照射するレーザー光のスポット径等の照射範囲を調整可能とし、大きなスポット径で照射されるレーザー光の散乱光から三角測量の原理に基づき構造物表面までの距離を取得し、その距離と設定記憶されている基準距離を対比し、その結果に基づき複合レーザーヘッドの位置を基準距離に調整するものとする。基準距離は、例えばレーザー光の波長や光量の強さ等により定まる計測可能距離等であり、一定の値の他、数ｍｍから２〜３ｃｍ程度等の所定の数値幅や数値範囲を有するものも含む。尚、第３の範囲と第３の範囲より大きい照射範囲である第４の範囲に調整可能な照射範囲調整手段を設け、前記第１の距離と第２の距離を取得する際に、第１の距離を取得する場合に小さい照射範囲である第３の範囲でレーザー光を照射し、第２の距離を取得する場合に前記第３の範囲より大きい照射範囲である第４の範囲でレーザー光を照射し、それぞれ第１の距離及び第２の距離を取得するようにしてもよい。尚、第１の範囲と第２の範囲を同一の範囲とすることも可能である。
【００１３】
更に、本発明の構造物探傷装置は、前記複合レーザーヘッドが構造物の外部からの加振による振動情報を検知するレーザードップラー振動検知部を有し、ノイズ情報を検知し、該レーザードップラー振動検知部が検知する構造物の外部からの加振による振動情報から該ノイズ情報を消去するノイズ情報消去手段と、該ノイズ情報を消去した振動情報を解析して構造物の表面内部等の内部の欠陥を検出する欠陥検出手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
例えばパルスレーザー発振部、超音波発振部等の構造物に対する加振手段で加振し、或いはインパクトハンマーで加振し、構造物の振動情報をレーザードップラー振動検知部で検知する。そして、構造物探傷装置の駆動・レーザー光源の微小振動等により生ずる装置に起因する内部雑音や、マイクロフォン等の外部雑音取得手段で取得する、局所的等の構造物の微小振動等の外部雑音の情報をノイズ情報として認知し、前記検知した振動情報からノイズ情報を消去し、消去した振動情報を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）や最大エントロピー法（ＭＥＭ）など周波数解析等により解析し、欠陥を検出する構成等とする。尚、レーザードップラー振動検知部は、前記発光素子や主受光素子と一体的に設ける、或いはこれらに隣接して設ける等、適宜の方式で設置することができる。
【００１５】
更に、本発明の構造物探傷装置は、構造物表面に対して複数の複合レーザーヘッドを走査する走査手段と、該走査により検出した欠陥をマッピングした画像を生成する画像生成手段を備えることを特徴とする。前記生成する画像は、構造物表面の欠陥と構造物内部の欠陥を色分けする、或いは立体的な三次元画像で表面の欠陥と内部の欠陥を区別可能にする構成等とすると好適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下では本発明の構造物探傷装置の一実施形態について説明するが、本発明の構造物探傷装置は以下の実施形態に限定されるものではなく、例えば以下の複合レーザーヘッド、欠陥検出コンピュータ、加振器などの構成等も本発明の趣旨の範囲内で適宜である。図１は実施形態の構造物探傷装置の全体構成図、図２及び図３はそれぞれ図１の構造物探傷装置に於ける複合レーザーヘッドのブロック図、欠陥検出コンピュータのブロック図である。
【００１７】
本実施形態の構造物探傷装置は、図１に示すように、３軸加速度計４０１が設置されている支持部４００に並べて配設され、支持部４００に於いて図に省略したピストン等の離間距離調整機構によりそれぞれ独立に上下方向へ移動可能に設けられている複数の複合レーザーヘッド１００、欠陥検出コンピュータ２００、加振器３００を有し、欠陥検出コンピュータ２００は、複合レーザーヘッド１００や加振器３００の動作制御、支持部４００に於いて各複合レーザーヘッド１００を上下に移動し、各複合レーザーヘッド１００と構造物表面Ｆ間の離間距離を調整する前記離間距離調整機構の動作制御、伸縮して支持部４００と構造物表面Ｆ間の概略離間距離を調整するピストンなど伸縮機構４０２や、支持部４００を回転中心Ｃを中心にして回動する図に省略した回動機構や、支持部４００を縦横等に移動する移動機構等の走査機構の動作制御を担い、所定の信号を一方的に或いは双方で伝送可能に複合レーザーヘッド１００、加振器３００、前記離間距離調整機構、前記走査機構と接続されている。尚、Ｓ１は構造物の成形ブロック、Ｓ２は成形ブロックＳ１上に設けられている吹付コンクリート、Ｄは構造物の内部に生じている剥離等の欠陥、Ｐは欠陥を検出する検出ポイントである。
【００１８】
複合レーザーヘッド１００は、図２に示すように、中央にフォトダイオード、ＣＣＤ若しくはＰＳＤ等の主受光素子１０１を有し、その前方にレーザー光を照射する発光素子１０２と、レンズ１０３を順に備える。前記発光素子１０２は図に省略した駆動回路で駆動するようになっており、前記駆動回路は所定の変調駆動信号に基づきレーザーの発振周波数を変調して発光素子１０２からレーザー光を照射する。尚、後述の発光制御部２０１の制御に基づき、駆動回路を発振周波数の変調があるレーザー光とないレーザー光を選択して照射可能とし、主受光素子１０１で自己混合のレーザー光を受光する以外、即ち、副受光素子１０４で受光する受光データを取得する際には、発振周波数の変調がないレーザー光を照射し、これらの受光データから各距離を取得する構成としてもよい。又、前記レンズ１０３は図に省略した位置変更機構で上下に移動可能で、レンズ１０３の移動により発光素子１０２が構造物表面に照射するレーザー光の照射範囲を調整可能になっており、前記位置変更機構は後述する照射範囲制御部２０９で制御され、本実施形態ではレンズ１０３、前記位置変更機構、照射範囲制御部２０９で照射範囲調整手段を構成している。
【００１９】
前記複合レーザーヘッド１００には、主受光素子１０１及び発光素子１０２を中心として、その外周にフォトダイオード、ＣＣＤ若しくはＰＳＤ等の副受光素子１０４及びレンズ１０５が所定間隔で周状に複数組配設され、又、主受光素子１０１及び発光素子１０２に隣接して、ドップラー振動検知部に相当するレーザードップラー振動計１０６が設けられている。
【００２０】
欠陥検出コンピュータ２００は、図３に示すように、複合レーザーヘッド１００の発光素子１０２の駆動回路を制御する発光制御部２０１、主受光素子１０１で受光する自己混合の反射光から第１の距離を取得する第１距離取得部２０３と、副受光素子１０４で受光する反射光から第２の距離を取得する第２距離取得部２０４を有する距離取得部２０２、距離取得部２０２で取得する第１の距離と第２の距離の対比により構造物表面Ｆの微小クラック、傷、穴、隆起など表面欠陥を検出する表面欠陥検出部２０５、検出した欠陥をマッピングした画像を生成する画像生成部２０６、レーザードップラー振動計１０６で検知した振動からノイズ情報を消去するノイズ情報消去部２０７、前記ノイズ情報を消去した振動から構造物内部の剥離、空間など内部欠陥を検出する内部欠陥検出部２０８を備える。
【００２１】
更に、欠陥検出コンピュータ２００は、複合レーザーヘッド１００のレンズ１０３の上記位置変更機構を制御してレーザー光の照射範囲を調整する照射範囲制御部２０９、構造物表面Ｆと複合レーザーヘッド１０との離間距離と基準距離との差を取得して、複合レーザーヘッド１００を基準距離に設定するために調整する距離を取得する調整距離取得部２１０、複合レーザーヘッド１００と構造物表面Ｆの距離計測に適した基準距離を記憶する基準距離記憶部２１１、所定の副受光素子１０４で受光する拡散反射光の受光データから三角測量の原理により複合レーザーヘッド１００と構造物表面Ｆ間の離間距離を取得する離間距離取得部２１２、基準距離と離間距離の差である調整距離に基づき上記離間距離調整機構を制御し、基準距離の位置に複合レーザーヘッド１００の位置を調整する制御を実行する離間距離制御部２１３、複合レーザーヘッド１００の走査のため支持部４００を移動する走査機構を制御する走査制御部２１４、加振器３００を制御する加振制御部２１５を備え、欠陥をマッピングした画像を表示するディスプレイ２１６や必要に応じて前記画像等を印刷するプリンター２１７に接続されている。
【００２２】
又、欠陥検出コンピュータ２００は、ＣＰＵなど制御部や記憶部等を所定の処理を実行する手段として機能させるプログラムや処理データを記憶する記憶部等を備え、欠陥検出コンピュータ２００或いはそのＣＰＵや記憶部等は前記プログラムと協働し、所定の処理を実行する手段として機能する。更には、図に省略した入力部等の所要部を備えるものである。
【００２３】
次に、上記実施形態の構造物探傷装置により構造物の欠陥を検出する場合について説明する。
【００２４】
先ず、走査制御部２１４の制御及び上記走査機構の動作により、複合レーザーヘッド１００が配設された支持部４００を構造物表面Ｆの所要位置で、概略複合レーザーヘッド１００と構造物表面Ｆ間の離間距離が基準距離に近い位置に配置する。そして、複合レーザーヘッド１００と構造物表面Ｆの離間距離が計測可能距離である基準距離と同じになるように、複合レーザーヘッド１００の位置を調整して設定する。前記位置調整の際には、例えば欠陥検出コンピュータ２００の照射範囲制御部２０９の制御により、並設された各複合レーザーヘッド１００のレンズ１０３を位置変更機構で移動し、各複合レーザーヘッド１００の発光素子１０２で照射するレーザー光の照射範囲が前記位置調整用の所定の照射範囲（第１の範囲）になるように、レンズ１０３の位置を調整して設定する。前記位置調整時のレーザー光の照射範囲は、後述する構造物表面Ｆの欠陥検出時の照射範囲より大きな範囲である。
【００２５】
前記位置へレンズ１０３を設定した後、発光制御部２０１の制御により駆動回路を駆動し、発光素子１０２から構造物表面Ｆに対してレーザー光を照射し、構造物表面Ｆで反射されるレーザー光の拡散反射光或いは散乱光を各複合レーザーヘッド１００の所定の１つの副受光素子１０４で受光する。それぞれの複合レーザーヘッド１００の所定の副受光素子１０４で受光された受光データは、欠陥検出コンピュータ２００の離間距離取得部２１２に入力され、離間距離取得部２１２は前記受光データから三角測量の原理により各複合レーザーヘッド１００と構造物表面Ｆとの間の離間距離を取得する。尚、前記離間距離取得に於いても、後述の第２距離取得部２０４で距離を取得する場合と同様に、一つの複合レーザーヘッド１００の複数の各副受光素子１０４の受光データからそれぞれ三角測量の原理により各距離を取得し、各距離の平均値を算出し、その複合レーザーヘッド１００の離間距離を取得するようにしてもよい。
【００２６】
更に、調整距離取得部２１０は、離間距離取得部２１２で取得した各複合レーザーヘッド１００の構造物表面Ｆからの離間距離を認識すると共に、基準距離記憶部２１１に設定されている基準距離を読み出し、前記各複合レーザーヘッド１００の離間距離と基準距離を対比して、調整する距離である前記離間距離と基準距離の差を複合レーザーヘッド１００毎に取得し、離間距離制御部２１３の制御により前記差或いは調整距離を認識して上記離間距離調整機構でそれぞれの複合レーザーヘッド１００を移動し、各複合レーザーヘッド１００が構造物表面Ｆから基準距離の位置になるように調整して設定し、各複合レーザーヘッド１００が基準距離の位置に常在するようにする。本実施形態では調整距離取得部２１０、基準距離記憶部２１１、離間距離取得部２１２、離間距離制御部２１３、上記離間距離調整機構から複合レーザーヘッド１００の位置を調整する位置調整手段を構成している。
【００２７】
尚、上記例に代え、代表的な複合レーザーヘッド１００の所定の副受光素子１０４の受光データに基づき、上記と同様の方式で前記代表複合レーザーヘッド１００の離間距離や調整距離を取得し、前記調整距離に基づき走査制御部２１４の制御で支持部４００を移動し、前記代表複合レーザーヘッド１００の位置を基準距離の位置にし、基準距離への調整を完了する構成や、前記代表複合レーザーヘッド１００を複数とし、各代表複合レーザーヘッド１００の離間距離と基準距離の差の平均値を調整距離として取得し、前記調整距離分支持部４００を移動して基準距離への調整を完了する構成とすることが可能であり、又、前記代表複合レーザーヘッド１００による位置調整と上記各複合レーザーヘッド１００毎の位置調整を組み合わせてもよい。又、基準距離は一定の値の他、所定の数値範囲とすることも可能であり、この場合には、例えば離間距離と基準距離との差が所定の数値範囲内にあるものは、調整距離取得部２１０等で基準距離と同一と判断する構成等とする。
【００２８】
上記の如く、各複合レーザーヘッド１００の位置を基準距離の位置に調整した後、各複合レーザーヘッド１００のレーザーの照射方向と構造物表面Ｆが垂直に交わる検出ポイントＰの表面欠陥を検出する。この際には、支持部４００の各複合レーザーヘッド１００に於いて、照射範囲制御部２０９の制御により位置変更機構でレンズ１０３を移動し、発光素子１０２で照射するレーザー光の照射範囲を欠陥検出用の所定の照射範囲（第２の範囲）になるようにレンズ１０３の位置を調整して設定する。前記所定の照射範囲は上記位置調整時のレーザー光の照射範囲より小さな範囲である。
【００２９】
そして、各複合レーザーヘッド１００で前記所定の範囲（第２の範囲）に設定した状態で、発光制御部２０１の制御により上述の駆動回路で所定の変調駆動信号に基づき発光素子１０２からレーザー光を構造物表面Ｆに照射する。前記照射され構造物表面Ｆで反射されたレーザー光の内、各複合レーザーヘッド１００の主受光素子１０１は垂直方向の反射光を受光し、その副受光素子１０４は拡散反射光或いは散乱光を受光する。そして、欠陥検出コンピュータ２００の第１距離取得部２０３は、各複合レーザーヘッド１００の主受光素子１０１が受光したレーザー光から自己混合で生ずる鋸歯状波を認識し、Ａ／Ｄ変換や周波数解析を施して鋸歯状波の周波数から第１の距離を取得する。また、第２距離取得部２０４は、各複合レーザーヘッド１００の各副受光素子１０４で受光したレーザー光の受光データから三角測量の原理により各距離を取得し、各距離の平均値を算出して第２の距離を取得する。
【００３０】
更に、複合レーザーヘッド１００毎に対し、表面欠陥検出部２０５は第１の距離と第２の距離を対比し、検出ポイントＰの欠陥の有無及び欠陥の状態を検出する。例えば表面欠陥検出部２０５は、第１の距離と第２の距離の差分に基づき、第１の距離が長い場合には凹部と認識し、その差分から凹部の深さを認識し、また、第１の距離が短い場合には凸部と認識し、その差分から凸部の高さを認識する。そして、各複合レーザーヘッド１００にそれぞれ対応する各検出ポイントＰに於ける、表面欠陥検出部２０５が検出する表面欠陥の有無や欠陥の状態の情報が画像生成部２０６に送られる。
【００３１】
また、図１の欠陥Ｄのように、各複合レーザーヘッド１００がそれぞれ対応する検出ポイントＰやその近傍の内部に存在する欠陥を検出する場合、欠陥検出コンピュータ２００の加振制御部２１５の制御に基づき加振器３００で構造物の検出ポイントＰを加振する。前記加振器３００は、構造物を加振可能なものであれば適宜であり、例えば加振器３００を特許文献１に示されるような超音波発振器とし、超音波を検出ポイントＰに向け発振して構造物を加振する構成、或いは加振器３００を特許文献２に示されるようなパルスレーザーとし、パルスレーザーを検出ポイントＰに向け照射して構造物を加振する構成等とすることが可能であり、又、場合によってはインパクトハンマーで構造物を打撃して構造物を加振する構成とすることも可能である。
【００３２】
更に、前記加振により構造物の検出ポイントＰに発生する振動を、各複合レーザーヘッド１００のレーザードップラー振動計１０６でそれぞれ検知し、前記各検知した振動に対し、ノイズ情報消去部２０７がノイズ情報を消去する。ノイズ情報消去部２０７では、例えば振動が構造物の裏面で反射することにより生ずる振動、加振器３００の加振で表面に現れる振動、３軸加速度計４０１など加速度計等により収集する構造物探傷装置の駆動等で発生する内部雑音の振動、若しくはマイクロフォン等で収集する欠陥検出を行う環境で発生している外部雑音の振動等のノイズ情報を認知し、或いは保持し、これらのノイズ情報を前記各検知した振動からフィルター処理等により消去する。
【００３３】
更に、前記ノイズ情報を消去した各振動に対し、内部欠陥検出部２０８が高速フーリエ変換（ＦＦＴ）や最大エントロピー法（ＭＥＭ）等の周波数解析や波形解析を施し、振幅、位相、パワースペクトル密度などの信号伝達特性を取得し、その結果から各検出ポイントＰ或いは各検出ポイントＰ及びその近傍に於ける構造物内部の欠陥を検出する。前記欠陥の検出では、欠陥の有無を検出することに加えて、欠陥の大きさや深さなど欠陥の状態を検出すると好適であり、例えば欠陥の大きさや深さを検出する場合、特許文献２に示されているように、振動強度から欠陥の大きさを検出し、欠陥による振動が現れるまでの時間から欠陥の深さを検出する構成等としてもよい。各複合レーザーヘッド１００に対応する各検出ポイントＰに於ける内部欠陥検出部２０８が検出する内部欠陥の有無や欠陥の状態の情報は画像生成部２０６に送られる。尚、受光データの収集から欠陥の検出までは実時間で実行すると好適であり、又、解析処理は例えば高速フーリエ変換等で通常は処理し、所定基準で疑わしい情報を抽出し、前記情報に対応するデータに対して加振源信号、加振波、被伝達振動波について最大エントロピー法を利用して更に詳細に解析する構成としてもよい。
【００３４】
そして、欠陥検出コンピュータ２００の走査制御部２１４の制御により、支持部４００を定速で移動して複合レーザーヘッド１００を構造物表面Ｆに対して走査し、構造物表面Ｆの各検出ポイントＰに於ける上記表面や内部の欠陥情報を検出し、その欠陥情報を画像生成部２０６に送る。画像生成部２０６では各検出ポイントＰに於ける表面や内部の欠陥情報に基づき、亀裂や破断など表面欠陥や内部欠陥をマッピングした構造物の欠陥マッピング画像を生成し、ディスプレイ２１６に表示する。前記欠陥マッピング画像は構造物の表面や内部を３次元で表した３次元画像、或いは平面や断面などの２次元画像等とするなど適宜である。
【００３５】
尚、上記実施形態では、支持部４００に複数の複合レーザーヘッド１００を所定間隔で１列に設ける場合について説明したが、複合レーザーヘッド１００の配設構成は適宜であり、例えば複数の複合レーザーヘッド１００を同心円状に支持部に配設する構成、或いは格子状に縦横に配列して支持部に設ける構成、或いは複合レーザーヘッド１００を格子状に縦横に配列して曲率Ｒの弧状である支持部に設け、曲率Ｒの構造物表面Ｆの形状に合わせ、各複合レーザーヘッド１００のレーザー光の照射方向と構造物表面Ｆとを垂直にする構成、或いは前記構成の適宜の組み合わせで設ける構成等とすると好適である。
【００３６】
また、支持部４００等の支持部を移動して複合レーザーヘッド１００で走査する構成は構造物表面Ｆの全面に亘って複合レーザーヘッド１００で走査可能な構成であれば適宜であり、所定距離ずつずらしながら走査する構成、構造物表面Ｆに対して縦若しくは横に一軸走査する構成、構造物表面Ｆに対して縦横に二軸走査する構成、或いは円状に走査する構成、或いは支持部内で二軸走査など複合レーザーヘッド１００を走査し、一定面積の走査が完了した後に支持部を移動して別の部分を走査する構成、或いはこれらの適宜の組み合わせの構成等とするとよい。尚、本発明は構造物表面Ｆが平面でも曲面でも対応可能である。
【００３７】
また、加振器は構造物に非接触で加振する非接触型とすると好適であるが、構造物に接触して加振する接触型の加振器とすることも可能であり、又、複合レーザーヘッド１００の支持部に複合レーザーヘッド１００と免震構造にして加振器を設け、加振器も複合レーザーヘッド１００と同様にステージ走査する構成としてもよい。又、加振信号源が構造体に既に存在する場合には、その加振信号を利用して加振器を用いない構成とすることも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の構造物探傷装置は、トンネル等の構造物の表面或いは内部の欠陥を正確に検出することができる、特に微小な傷等の微小な欠陥を正確に検出することができる効果を奏し、例えば打音法のような人為的な作業を極力減少し、構造物の探傷作業の効率化や低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の構造物探傷装置の全体構成図。
【図２】図１の構造物探傷装置に於ける複合レーザーヘッドのブロック図。
【図３】図１の構造物探傷装置に於ける欠陥検出コンピュータのブロック図。
【符号の説明】
１００ 複合レーザーヘッド
１０１ 主受光素子
１０２ 発光素子
１０４ 副受光素子
１０６ レーザードップラー振動計
２００ 欠陥検出コンピュータ
２０１ 発光制御部
２０３ 第１距離取得部
２０４ 第２距離取得部
２０５ 表面欠陥検出部
２０６ 画像生成部
２０７ ノイズ情報消去部
２０８ 内部欠陥検出部
２０９ 照射範囲制御部
２１０ 調整距離取得部
２１２ 離間距離取得部
２１３ 離間距離制御部
３００ 加振器
４００ 支持部
４０１ ３軸加速度計
Ｆ 構造物表面
Ｐ 検出ポイント
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてトンネル等の構造物の表面や内部に生ずる欠陥を検出するための構造物探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル等の構造物の表面や内部に生ずる欠陥を検出することに関連する技術として、構造物から離れた地点に設置される超音波発信器から超音波を発振して検出ポイントを加振し、構造物から離れた地点でレーザードップラー振動計を用いて検出ポイントの振動を検出し、構造物の内部の欠陥を非接触式により検査するものが特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、パルスレーザーをコンクリートの表面に照射してコンクリートに弾性波を発生し、弾性波でコンクリートの裏面で反射される裏面エコーやコンクリート中の割れや空隙で反射される欠陥エコーを生じさせ、パルスレーザー照射位置近傍に於ける裏面エコーや欠陥エコーによるコンクリート表面の振動をレーザードップラー振動計で検出し、コンクリート構造物の欠陥を検査するものが特許文献２に開示されている。
【０００４】
尚、本発明に関連する参考技術として、変調したレーザー光を測定対象物に照射し、測定対象物で反射して変調レーザー光と自己混合を起こした鋸歯状波を受光し、鋸歯状波の周波数から測定対象物までの距離を計測する特許文献３のレーザー距離計がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２４８００６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２２８６４２号公報
【特許文献３】
特開平１０−２４６７８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は、微小な傷等の欠陥を正確に検出することが困難であり、正確性の点で実用的に充分なレベルのものではない。そのため、トンネル等の構造物の欠陥を検出する際には、コンクリートの表面をハンマーで打撃し、その打撃音から欠陥の有無を人為的に判定して欠陥を検出する打音法に依拠しているのが未だ実情であり、構造物の欠陥を正確に検出することができる構造物探傷装置が切望されている。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、トンネル等の構造物の表面或いは内部の欠陥を正確に検出する、特に微小な傷等の欠陥を正確に検出することができる構造物探傷装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の構造物探傷装置は、光軸を構造物表面に対して垂直に配置され、構造物に対してレーザー光を照射する発光素子、光軸を該発光素子の光軸と同軸にして配置され、構造物表面で垂直方向に反射されるレーザー光の反射光を受光する主受光素子、構造物表面で反射されるレーザー光の散乱光を受光する副受光素子を有する複合レーザーヘッドと、該主受光素子が受光する反射光から構造物表面までの第１の距離を取得すると共に、副受光素子が受光する散乱光から構造物表面までの第２の距離を取得する距離取得手段と、該第１の距離と該第２の距離を対比して該第１の距離と該第２の距離の差分を取得し、該第１の距離若しくは該第２の距離を構造物表面と解釈して、該差分を凹部の深さ若しくは該凸部の高さと認識することにより欠陥を検出する欠陥検出手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
例えば発光素子から特許文献３に示すような変調レーザー光を照射し、垂直方向に反射して自己混合した反射光から鋸歯状波を検出し、鋸歯状波の周波数から複合レーザーヘッドから構造物表面までの第１の距離を取得すると共に、前記変調レーザー光或いは別途発光素子から照射するレーザー光の散乱光から三角測量の原理により第２の距離を取得し、第１の距離と第２の距離を対比する。この場合、散乱光から得られる第２の距離より垂直方向の反射光から得られる第１の距離は、測定ポイントに於けるより精密な距離であることから、例えば第２の距離を基準となる構造物表面と解釈し、或いは第２の距離を後述の基準距離と対比して大きな傷等の大きな欠陥と解釈し、第１の距離により微小な割れ・傷・突起等の微小な欠陥を検出することができる。即ち２つの距離取得手段を組み合わせて欠陥の検出精度を非常に高めることができる。
【００１０】
尚、垂直方向の反射光を受光して第１の距離を取得する構成は適宜であり、例えば上記構成例以外の自己混合した反射光に対する処理を行い、或いは発光したレーザー光が反射して戻るまでの遅延時間により第１の距離を取得する構成等とすることが可能である。又、上記第２の距離は、単一の副受光素子から三角測量の原理で取得する、或いは複数の副受光素子のそれぞれから三角測量の原理で取得した距離の平均値とする等適宜である。また、第１の距離と第２の距離の対比の仕方は適宜であり、又、これらを後述する基準距離と対比してもよい。
【００１１】
更に、本発明の構造物探傷装置は、前記レーザー光の反射光で前記副受光素子で受光される散乱光から構造物表面までの距離を取得し、該距離と設定されている基準距離を対比し、該対比結果に基づき複合レーザーヘッドを構造物表面から基準距離の位置に調整する位置調整手段を備えることを特徴とする。好適には、構造物探傷装置は、照射するレーザー光の照射範囲を少なくとも第１の範囲と該第１の範囲より小さい第２の範囲に調整可能な照射範囲調整手段と、該第１の範囲で照射されるレーザー光の反射光で前記副受光素子で受光される散乱光から構造物表面までの距離を取得し、該距離と設定されている基準距離を対比し、該対比結果に基づき複合レーザーヘッドを構造物表面から基準距離の位置に調整する位置調整手段を備え、該第２の範囲で照射されるレーザー光の反射光を受光することにより前記第１の距離と第２の距離を取得する。
【００１２】
例えば照射するレーザー光のスポット径等の照射範囲を調整可能とし、大きなスポット径で照射されるレーザー光の散乱光から三角測量の原理に基づき構造物表面までの距離を取得し、その距離と設定記憶されている基準距離を対比し、その結果に基づき複合レーザーヘッドの位置を基準距離に調整するものとする。基準距離は、例えばレーザー光の波長や光量の強さ等により定まる計測可能距離等であり、一定の値の他、数ｍｍから２〜３ｃｍ程度等の所定の数値幅や数値範囲を有するものも含む。尚、第３の範囲と第３の範囲より大きい照射範囲である第４の範囲に調整可能な照射範囲調整手段を設け、前記第１の距離と第２の距離を取得する際に、第１の距離を取得する場合に小さい照射範囲である第３の範囲でレーザー光を照射し、第２の距離を取得する場合に前記第３の範囲より大きい照射範囲である第４の範囲でレーザー光を照射し、それぞれ第１の距離及び第２の距離を取得するようにしてもよい。尚、第１の範囲と第２の範囲を同一の範囲とすることも可能である。
【００１３】
更に、本発明の構造物探傷装置は、前記複合レーザーヘッドが構造物の外部からの加振による振動情報を検知するレーザードップラー振動検知部を有し、ノイズ情報を検知し、該レーザードップラー振動検知部が検知する構造物の外部からの加振による振動情報から該ノイズ情報を消去するノイズ情報消去手段と、該ノイズ情報を消去した振動情報を解析して構造物の表面内部等の内部の欠陥を検出する欠陥検出手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
例えばパルスレーザー発振部、超音波発振部等の構造物に対する加振手段で加振し、或いはインパクトハンマーで加振し、構造物の振動情報をレーザードップラー振動検知部で検知する。そして、構造物探傷装置の駆動・レーザー光源の微小振動等により生ずる装置に起因する内部雑音や、マイクロフォン等の外部雑音取得手段で取得する、局所的等の構造物の微小振動等の外部雑音の情報をノイズ情報として認知し、前記検知した振動情報からノイズ情報を消去し、消去した振動情報を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）や最大エントロピー法（ＭＥＭ）など周波数解析等により解析し、欠陥を検出する構成等とする。尚、レーザードップラー振動検知部は、前記発光素子や主受光素子と一体的に設ける、或いはこれらに隣接して設ける等、適宜の方式で設置することができる。
【００１５】
更に、本発明の構造物探傷装置は、構造物表面に対して複数の複合レーザーヘッドを走査する走査手段と、該走査により検出した欠陥をマッピングした画像を生成する画像生成手段を備えることを特徴とする。前記生成する画像は、構造物表面の欠陥と構造物内部の欠陥を色分けする、或いは立体的な三次元画像で表面の欠陥と内部の欠陥を区別可能にする構成等とすると好適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下では本発明の構造物探傷装置の一実施形態について説明するが、本発明の構造物探傷装置は以下の実施形態に限定されるものではなく、例えば以下の複合レーザーヘッド、欠陥検出コンピュータ、加振器などの構成等も本発明の趣旨の範囲内で適宜である。図１は実施形態の構造物探傷装置の全体構成図、図２及び図３はそれぞれ図１の構造物探傷装置に於ける複合レーザーヘッドのブロック図、欠陥検出コンピュータのブロック図である。
【００１７】
本実施形態の構造物探傷装置は、図１に示すように、３軸加速度計４０１が設置されている支持部４００に並べて配設され、支持部４００に於いて図に省略したピストン等の離間距離調整機構によりそれぞれ独立に上下方向へ移動可能に設けられている複数の複合レーザーヘッド１００、欠陥検出コンピュータ２００、加振器３００を有し、欠陥検出コンピュータ２００は、複合レーザーヘッド１００や加振器３００の動作制御、支持部４００に於いて各複合レーザーヘッド１００を上下に移動し、各複合レーザーヘッド１００と構造物表面Ｆ間の離間距離を調整する前記離間距離調整機構の動作制御、伸縮して支持部４００と構造物表面Ｆ間の概略離間距離を調整するピストンなど伸縮機構４０２や、支持部４００を回転中心Ｃを中心にして回動する図に省略した回動機構や、支持部４００を縦横等に移動する移動機構等の走査機構の動作制御を担い、所定の信号を一方的に或いは双方で伝送可能に複合レーザーヘッド１００、加振器３００、前記離間距離調整機構、前記走査機構と接続されている。尚、Ｓ１は構造物の成形ブロック、Ｓ２は成形ブロックＳ１上に設けられている吹付コンクリート、Ｄは構造物の内部に生じている剥離等の欠陥、Ｐは欠陥を検出する検出ポイントである。
【００１８】
複合レーザーヘッド１００は、図２に示すように、中央にフォトダイオード、ＣＣＤ若しくはＰＳＤ等の主受光素子１０１を有し、その前方にレーザー光を照射する発光素子１０２と、レンズ１０３を順に備える。前記発光素子１０２は図に省略した駆動回路で駆動するようになっており、前記駆動回路は所定の変調駆動信号に基づきレーザーの発振周波数を変調して発光素子１０２からレーザー光を照射する。尚、後述の発光制御部２０１の制御に基づき、駆動回路を発振周波数の変調があるレーザー光とないレーザー光を選択して照射可能とし、主受光素子１０１で自己混合のレーザー光を受光する以外、即ち、副受光素子１０４で受光する受光データを取得する際には、発振周波数の変調がないレーザー光を照射し、これらの受光データから各距離を取得する構成としてもよい。又、前記レンズ１０３は図に省略した位置変更機構で上下に移動可能で、レンズ１０３の移動により発光素子１０２が構造物表面に照射するレーザー光の照射範囲を調整可能になっており、前記位置変更機構は後述する照射範囲制御部２０９で制御され、本実施形態ではレンズ１０３、前記位置変更機構、照射範囲制御部２０９で照射範囲調整手段を構成している。
【００１９】
前記複合レーザーヘッド１００には、主受光素子１０１及び発光素子１０２を中心として、その外周にフォトダイオード、ＣＣＤ若しくはＰＳＤ等の副受光素子１０４及びレンズ１０５が所定間隔で周状に複数組配設され、又、主受光素子１０１及び発光素子１０２に隣接して、ドップラー振動検知部に相当するレーザードップラー振動計１０６が設けられている。
【００２０】
欠陥検出コンピュータ２００は、図３に示すように、複合レーザーヘッド１００の発光素子１０２の駆動回路を制御する発光制御部２０１、主受光素子１０１で受光する自己混合の反射光から第１の距離を取得する第１距離取得部２０３と、副受光素子１０４で受光する反射光から第２の距離を取得する第２距離取得部２０４を有する距離取得部２０２、距離取得部２０２で取得する第１の距離と第２の距離の対比により構造物表面Ｆの微小クラック、傷、穴、隆起など表面欠陥を検出する表面欠陥検出部２０５、検出した欠陥をマッピングした画像を生成する画像生成部２０６、レーザードップラー振動計１０６で検知した振動からノイズ情報を消去するノイズ情報消去部２０７、前記ノイズ情報を消去した振動から構造物内部の剥離、空間など内部欠陥を検出する内部欠陥検出部２０８を備える。
【００２１】
更に、欠陥検出コンピュータ２００は、複合レーザーヘッド１００のレンズ１０３の上記位置変更機構を制御してレーザー光の照射範囲を調整する照射範囲制御部２０９、構造物表面Ｆと複合レーザーヘッド１０との離間距離と基準距離との差を取得して、複合レーザーヘッド１００を基準距離に設定するために調整する距離を取得する調整距離取得部２１０、複合レーザーヘッド１００と構造物表面Ｆの距離計測に適した基準距離を記憶する基準距離記憶部２１１、所定の副受光素子１０４で受光する拡散反射光の受光データから三角測量の原理により複合レーザーヘッド１００と構造物表面Ｆ間の離間距離を取得する離間距離取得部２１２、基準距離と離間距離の差である調整距離に基づき上記離間距離調整機構を制御し、基準距離の位置に複合レーザーヘッド１００の位置を調整する制御を実行する離間距離制御部２１３、複合レーザーヘッド１００の走査のため支持部４００を移動する走査機構を制御する走査制御部２１４、加振器３００を制御する加振制御部２１５を備え、欠陥をマッピングした画像を表示するディスプレイ２１６や必要に応じて前記画像等を印刷するプリンター２１７に接続されている。
【００２２】
又、欠陥検出コンピュータ２００は、ＣＰＵなど制御部や記憶部等を所定の処理を実行する手段として機能させるプログラムや処理データを記憶する記憶部等を備え、欠陥検出コンピュータ２００或いはそのＣＰＵや記憶部等は前記プログラムと協働し、所定の処理を実行する手段として機能する。更には、図に省略した入力部等の所要部を備えるものである。
【００２３】
次に、上記実施形態の構造物探傷装置により構造物の欠陥を検出する場合について説明する。
【００２４】
先ず、走査制御部２１４の制御及び上記走査機構の動作により、複合レーザーヘッド１００が配設された支持部４００を構造物表面Ｆの所要位置で、概略複合レーザーヘッド１００と構造物表面Ｆ間の離間距離が基準距離に近い位置に配置する。そして、複合レーザーヘッド１００と構造物表面Ｆの離間距離が計測可能距離である基準距離と同じになるように、複合レーザーヘッド１００の位置を調整して設定する。前記位置調整の際には、例えば欠陥検出コンピュータ２００の照射範囲制御部２０９の制御により、並設された各複合レーザーヘッド１００のレンズ１０３を位置変更機構で移動し、各複合レーザーヘッド１００の発光素子１０２で照射するレーザー光の照射範囲が前記位置調整用の所定の照射範囲（第１の範囲）になるように、レンズ１０３の位置を調整して設定する。前記位置調整時のレーザー光の照射範囲は、後述する構造物表面Ｆの欠陥検出時の照射範囲より大きな範囲である。
【００２５】
前記位置へレンズ１０３を設定した後、発光制御部２０１の制御により駆動回路を駆動し、発光素子１０２から構造物表面Ｆに対してレーザー光を照射し、構造物表面Ｆで反射されるレーザー光の拡散反射光或いは散乱光を各複合レーザーヘッド１００の所定の１つの副受光素子１０４で受光する。それぞれの複合レーザーヘッド１００の所定の副受光素子１０４で受光された受光データは、欠陥検出コンピュータ２００の離間距離取得部２１２に入力され、離間距離取得部２１２は前記受光データから三角測量の原理により各複合レーザーヘッド１００と構造物表面Ｆとの間の離間距離を取得する。尚、前記離間距離取得に於いても、後述の第２距離取得部２０４で距離を取得する場合と同様に、一つの複合レーザーヘッド１００の複数の各副受光素子１０４の受光データからそれぞれ三角測量の原理により各距離を取得し、各距離の平均値を算出し、その複合レーザーヘッド１００の離間距離を取得するようにしてもよい。
【００２６】
更に、調整距離取得部２１０は、離間距離取得部２１２で取得した各複合レーザーヘッド１００の構造物表面Ｆからの離間距離を認識すると共に、基準距離記憶部２１１に設定されている基準距離を読み出し、前記各複合レーザーヘッド１００の離間距離と基準距離を対比して、調整する距離である前記離間距離と基準距離の差を複合レーザーヘッド１００毎に取得し、離間距離制御部２１３の制御により前記差或いは調整距離を認識して上記離間距離調整機構でそれぞれの複合レーザーヘッド１００を移動し、各複合レーザーヘッド１００が構造物表面Ｆから基準距離の位置になるように調整して設定し、各複合レーザーヘッド１００が基準距離の位置に常在するようにする。本実施形態では調整距離取得部２１０、基準距離記憶部２１１、離間距離取得部２１２、離間距離制御部２１３、上記離間距離調整機構から複合レーザーヘッド１００の位置を調整する位置調整手段を構成している。
【００２７】
尚、上記例に代え、代表的な複合レーザーヘッド１００の所定の副受光素子１０４の受光データに基づき、上記と同様の方式で前記代表複合レーザーヘッド１００の離間距離や調整距離を取得し、前記調整距離に基づき走査制御部２１４の制御で支持部４００を移動し、前記代表複合レーザーヘッド１００の位置を基準距離の位置にし、基準距離への調整を完了する構成や、前記代表複合レーザーヘッド１００を複数とし、各代表複合レーザーヘッド１００の離間距離と基準距離の差の平均値を調整距離として取得し、前記調整距離分支持部４００を移動して基準距離への調整を完了する構成とすることが可能であり、又、前記代表複合レーザーヘッド１００による位置調整と上記各複合レーザーヘッド１００毎の位置調整を組み合わせてもよい。又、基準距離は一定の値の他、所定の数値範囲とすることも可能であり、この場合には、例えば離間距離と基準距離との差が所定の数値範囲内にあるものは、調整距離取得部２１０等で基準距離と同一と判断する構成等とする。
【００２８】
上記の如く、各複合レーザーヘッド１００の位置を基準距離の位置に調整した後、各複合レーザーヘッド１００のレーザーの照射方向と構造物表面Ｆが垂直に交わる検出ポイントＰの表面欠陥を検出する。この際には、支持部４００の各複合レーザーヘッド１００に於いて、照射範囲制御部２０９の制御により位置変更機構でレンズ１０３を移動し、発光素子１０２で照射するレーザー光の照射範囲を欠陥検出用の所定の照射範囲（第２の範囲）になるようにレンズ１０３の位置を調整して設定する。前記所定の照射範囲は上記位置調整時のレーザー光の照射範囲より小さな範囲である。
【００２９】
そして、各複合レーザーヘッド１００で前記所定の範囲（第２の範囲）に設定した状態で、発光制御部２０１の制御により上述の駆動回路で所定の変調駆動信号に基づき発光素子１０２からレーザー光を構造物表面Ｆに照射する。前記照射され構造物表面Ｆで反射されたレーザー光の内、各複合レーザーヘッド１００の主受光素子１０１は垂直方向の反射光を受光し、その副受光素子１０４は拡散反射光或いは散乱光を受光する。そして、欠陥検出コンピュータ２００の第１距離取得部２０３は、各複合レーザーヘッド１００の主受光素子１０１が受光したレーザー光から自己混合で生ずる鋸歯状波を認識し、Ａ／Ｄ変換や周波数解析を施して鋸歯状波の周波数から第１の距離を取得する。また、第２距離取得部２０４は、各複合レーザーヘッド１００の各副受光素子１０４で受光したレーザー光の受光データから三角測量の原理により各距離を取得し、各距離の平均値を算出して第２の距離を取得する。
【００３０】
更に、複合レーザーヘッド１００毎に対し、表面欠陥検出部２０５は第１の距離と第２の距離を対比し、検出ポイントＰの欠陥の有無及び欠陥の状態を検出する。例えば表面欠陥検出部２０５は、第１の距離と第２の距離の差分に基づき、第１の距離が長い場合には凹部と認識し、その差分から凹部の深さを認識し、また、第１の距離が短い場合には凸部と認識し、その差分から凸部の高さを認識する。そして、各複合レーザーヘッド１００にそれぞれ対応する各検出ポイントＰに於ける、表面欠陥検出部２０５が検出する表面欠陥の有無や欠陥の状態の情報が画像生成部２０６に送られる。
【００３１】
また、図１の欠陥Ｄのように、各複合レーザーヘッド１００がそれぞれ対応する検出ポイントＰやその近傍の内部に存在する欠陥を検出する場合、欠陥検出コンピュータ２００の加振制御部２１５の制御に基づき加振器３００で構造物の検出ポイントＰを加振する。前記加振器３００は、構造物を加振可能なものであれば適宜であり、例えば加振器３００を特許文献１に示されるような超音波発振器とし、超音波を検出ポイントＰに向け発振して構造物を加振する構成、或いは加振器３００を特許文献２に示されるようなパルスレーザーとし、パルスレーザーを検出ポイントＰに向け照射して構造物を加振する構成等とすることが可能であり、又、場合によってはインパクトハンマーで構造物を打撃して構造物を加振する構成とすることも可能である。
【００３２】
更に、前記加振により構造物の検出ポイントＰに発生する振動を、各複合レーザーヘッド１００のレーザードップラー振動計１０６でそれぞれ検知し、前記各検知した振動に対し、ノイズ情報消去部２０７がノイズ情報を消去する。ノイズ情報消去部２０７では、例えば振動が構造物の裏面で反射することにより生ずる振動、加振器３００の加振で表面に現れる振動、３軸加速度計４０１など加速度計等により収集する構造物探傷装置の駆動等で発生する内部雑音の振動、若しくはマイクロフォン等で収集する欠陥検出を行う環境で発生している外部雑音の振動等のノイズ情報を認知し、或いは保持し、これらのノイズ情報を前記各検知した振動からフィルター処理等により消去する。
【００３３】
更に、前記ノイズ情報を消去した各振動に対し、内部欠陥検出部２０８が高速フーリエ変換（ＦＦＴ）や最大エントロピー法（ＭＥＭ）等の周波数解析や波形解析を施し、振幅、位相、パワースペクトル密度などの信号伝達特性を取得し、その結果から各検出ポイントＰ或いは各検出ポイントＰ及びその近傍に於ける構造物内部の欠陥を検出する。前記欠陥の検出では、欠陥の有無を検出することに加えて、欠陥の大きさや深さなど欠陥の状態を検出すると好適であり、例えば欠陥の大きさや深さを検出する場合、特許文献２に示されているように、振動強度から欠陥の大きさを検出し、欠陥による振動が現れるまでの時間から欠陥の深さを検出する構成等としてもよい。各複合レーザーヘッド１００に対応する各検出ポイントＰに於ける内部欠陥検出部２０８が検出する内部欠陥の有無や欠陥の状態の情報は画像生成部２０６に送られる。尚、受光データの収集から欠陥の検出までは実時間で実行すると好適であり、又、解析処理は例えば高速フーリエ変換等で通常は処理し、所定基準で疑わしい情報を抽出し、前記情報に対応するデータに対して加振源信号、加振波、被伝達振動波について最大エントロピー法を利用して更に詳細に解析する構成としてもよい。
【００３４】
そして、欠陥検出コンピュータ２００の走査制御部２１４の制御により、支持部４００を定速で移動して複合レーザーヘッド１００を構造物表面Ｆに対して走査し、構造物表面Ｆの各検出ポイントＰに於ける上記表面や内部の欠陥情報を検出し、その欠陥情報を画像生成部２０６に送る。画像生成部２０６では各検出ポイントＰに於ける表面や内部の欠陥情報に基づき、亀裂や破断など表面欠陥や内部欠陥をマッピングした構造物の欠陥マッピング画像を生成し、ディスプレイ２１６に表示する。前記欠陥マッピング画像は構造物の表面や内部を３次元で表した３次元画像、或いは平面や断面などの２次元画像等とするなど適宜である。
【００３５】
尚、上記実施形態では、支持部４００に複数の複合レーザーヘッド１００を所定間隔で１列に設ける場合について説明したが、複合レーザーヘッド１００の配設構成は適宜であり、例えば複数の複合レーザーヘッド１００を同心円状に支持部に配設する構成、或いは格子状に縦横に配列して支持部に設ける構成、或いは複合レーザーヘッド１００を格子状に縦横に配列して曲率Ｒの弧状である支持部に設け、曲率Ｒの構造物表面Ｆの形状に合わせ、各複合レーザーヘッド１００のレーザー光の照射方向と構造物表面Ｆとを垂直にする構成、或いは前記構成の適宜の組み合わせで設ける構成等とすると好適である。
【００３６】
また、支持部４００等の支持部を移動して複合レーザーヘッド１００で走査する構成は構造物表面Ｆの全面に亘って複合レーザーヘッド１００で走査可能な構成であれば適宜であり、所定距離ずつずらしながら走査する構成、構造物表面Ｆに対して縦若しくは横に一軸走査する構成、構造物表面Ｆに対して縦横に二軸走査する構成、或いは円状に走査する構成、或いは支持部内で二軸走査など複合レーザーヘッド１００を走査し、一定面積の走査が完了した後に支持部を移動して別の部分を走査する構成、或いはこれらの適宜の組み合わせの構成等とするとよい。尚、本発明は構造物表面Ｆが平面でも曲面でも対応可能である。
【００３７】
また、加振器は構造物に非接触で加振する非接触型とすると好適であるが、構造物に接触して加振する接触型の加振器とすることも可能であり、又、複合レーザーヘッド１００の支持部に複合レーザーヘッド１００と免震構造にして加振器を設け、加振器も複合レーザーヘッド１００と同様にステージ走査する構成としてもよい。又、加振信号源が構造体に既に存在する場合には、その加振信号を利用して加振器を用いない構成とすることも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の構造物探傷装置は、トンネル等の構造物の表面或いは内部の欠陥を正確に検出することができる、特に微小な傷等の微小な欠陥を正確に検出することができる効果を奏し、例えば打音法のような人為的な作業を極力減少し、構造物の探傷作業の効率化や低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の構造物探傷装置の全体構成図。
【図２】図１の構造物探傷装置に於ける複合レーザーヘッドのブロック図。
【図３】図１の構造物探傷装置に於ける欠陥検出コンピュータのブロック図。
【符号の説明】
１００ 複合レーザーヘッド
１０１ 主受光素子
１０２ 発光素子
１０４ 副受光素子
１０６ レーザードップラー振動計
２００ 欠陥検出コンピュータ
２０１ 発光制御部
２０３ 第１距離取得部
２０４ 第２距離取得部
２０５ 表面欠陥検出部
２０６ 画像生成部
２０７ ノイズ情報消去部
２０８ 内部欠陥検出部
２０９ 照射範囲制御部
２１０ 調整距離取得部
２１２ 離間距離取得部
２１３ 離間距離制御部
３００ 加振器
４００ 支持部
４０１ ３軸加速度計
Ｆ 構造物表面
Ｐ 検出ポイント
Claims (4)
- 光軸を構造物表面に対して垂直に配置され、構造物に対してレーザー光を照射する発光素子、光軸を該発光素子の光軸と同軸にして配置され、構造物表面で垂直方向に反射されるレーザー光の反射光を受光する主受光素子、構造物表面で反射されるレーザー光の散乱光を受光する副受光素子を有する複合レーザーヘッドと、
該主受光素子が受光する反射光から構造物表面までの第１の距離を取得すると共に、副受光素子が受光する散乱光から構造物表面までの第２の距離を取得する距離取得手段と、
該第１の距離と該第２の距離を対比して該第１の距離と該第２の距離の差分を取得し、該第１の距離若しくは該第２の距離を構造物表面と解釈して、該差分を凹部の深さ若しくは該凸部の高さと認識することにより欠陥を検出する欠陥検出手段を備える構造物探傷装置。 - 前記レーザー光の反射光で前記副受光素子で受光される散乱光から構造物表面までの距離を取得し、該距離と設定されている基準距離を対比し、該対比結果に基づき複合レーザーヘッドを構造物表面から基準距離の位置に調整する位置調整手段を備えることを特徴とする請求項１記載の構造物探傷装置。
- 前記複合レーザーヘッドが構造物の外部からの加振による振動情報を検知するレーザードップラー振動検知部を有し、
ノイズ情報を検知し、該レーザードップラー振動検知部が検知する構造物の外部からの加振による振動情報から該ノイズ情報を消去するノイズ情報消去手段と、
該ノイズ情報を消去した振動情報を解析して構造物の内部の欠陥を検出する欠陥検出手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の構造物探傷装置。 - 構造物表面に対して複数の複合レーザーヘッドを走査する走査手段と、
該走査により検出した欠陥をマッピングした画像を生成する画像生成手段を備えることを特徴とする請求項１、２又は３記載の構造物探傷装置。
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