JP4828459B2 - パッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法及びそのための赤外線カメラ - Google Patents

Description

本発明は、パッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法及びそのための赤外線カメラに関するものである。

建設後年数を経たコンクリート構造物の増加に伴い、それらを健全な状態で供用することが社会的関心事となっている。特に高架橋等の地上構造物については、鉄筋腐食等に起因したコンクリートの剥落の防止が重要な問題となっている。このため、剥落に至る以前にかぶりコンクリートの一部が浮いた状態（剥離）を捉えることを目的として、コンクリート表面をハンマーで叩いて発生する音により剥離部を判別するいわゆる打音調査の他に、赤外線サーモグラフィー法（赤外線法）が活用されている。打音調査は、著しい劣化部を調査と同時に叩き落とすことも可能で有用な方法であるが、構造物に至近距離まで接近して作業する必要があり、また定量的に評価できないという問題もある。一方の赤外線法は、日照などによりコンクリートが加熱された場合に、剥離部分と健全な部分との間に生じる表面温度の差を赤外線カメラにより検出する手法であり、構造物に接近する必要がない点と、比較的客観性のあるデータが得られる点に利点がある。このため、赤外線法を活用する試みが幾つかなされている（下記非特許文献１、２参照）。

赤外線法による剥離検知方法については、加熱源として日照を主体とした気象現象による方法（パッシブ赤外線法）と、人工的に強制加熱を行う方法（アクティブ赤外線法）の２つの方法がある。後者は通常大がかりな加熱装置を要するため一般的には前者が実施される例が多い。前者の場合、調査が簡易に実施できる点は有利であるが、日照が不足するなど、条件によっては適切な調査が実施できない点に問題がある。非特許文献１によれば、１日の最低気温付近および気温下降時の温度平衡後２時間程度経過した時間帯を避けることで、気象現象による赤外線法による調査が可能であったと報告されている。しかし、この報告は、名古屋地方において９月下旬に行った調査によっており、当該調査地が温暖な地域であることや調査当日の最高・最低気温差が６℃以上ある条件での結果であることを考慮する必要がある。即ち、調査地、時期ならびに気象条件が違えば調査可能な時間帯が異なる可能性があり、パッシブ赤外線法については、調査可否の判断を適切に行う必要がある点に問題がある。
鷲見高典，鈴木信二，木村清敏，天野勲：鋼鈑桁橋のコンクリート床版を対象にした赤外線サーモグラフィの適用について、土木学会第６１回年次学術講演会講演概要集，５−０４３，ｐｐ．８５−８６，２００６． 明石行雄，橋本和明，小出博，外川勝：赤外線サーモグラフィーによる点検手法の開発と考察，土木学会第６１回年次学術講演会講演概要集，５−５５９，ｐｐ．１１１３−１１１４，２００６．

従来のパッシブ赤外線法では、日照が不足するなど条件によっては適切な調査が実施できない点に問題があるため、赤外線カメラを携行しての調査中に曇天となった場合、その時点から画像が不鮮明となり、剥離検知ができなくなる場合がある。

または、調査開始時点では曇天〜雨天であり、赤外線法の調査を諦めてカメラを検査に持参しない場合でも、数時間後には晴れ間が覗き、剥離検知可能となる場合があり、カメラを持参していないために検査ができない場合がある。

さらには、従来のパッシブ赤外線法では、調査可否の判断を適切に行う必要があるため、適切な画像が得られたかどうかの判断に迷う場合があり、ある場合は不適切な画像を用いることで剥離検知に対して不適切な判断をし、またある場合は最初から赤外線法の調査を諦めてしまう場合がある。

本発明は、上記状況に鑑みて、より精度の高い赤外線画像の解析方法を用いたパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法及びそのための赤外線カメラを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕パッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法において、コンクリート構造物に対向して赤外線カメラを固定し、１枚の赤外線画像を撮影するとともに存置し、被写体の温度を判断指標として監視し、経時的温度差が所定の値以上となったときに赤外線画像を撮影し、再び温度を監視する状態に戻り、以下同じ処理を繰り返すことで複数の枚数の赤外線画像を撮影し、所定の枚数の赤外線画像が撮影された後に前記赤外線カメラを回収し、前記撮影された赤外線画像における個々の画素に記憶された温度を独立して所定の枚数分だけ足し合わせた積算温度を算出し、この分布を色の濃淡または連続した色調の変化等で表現した合成画像を作成することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法において、対象範囲の平均温度を算出して記憶し、所定短時間間隔で前記コンクリート構造物の対象範囲の平均温度を算出するとともに、前記記憶されている平均温度との温度差を算出し、この温度差があらかじめ定めた値以上となった場合に、経時的温度差が所定の値以上となったと判断する判断手段を有することを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知を行うための赤外線カメラであって、被写体の別途設定した対象範囲の平均温度を判断指標として監視し、経時的温度差が所定の値以上となったと判断したときに赤外線画像を撮影し、再び平均温度を監視する状態に戻り、以下同じ処理を繰り返すことで複数の枚数の赤外線画像を撮影することを特徴とする。

〔４〕上記〔３〕記載の自動撮影機構を有する赤外線カメラにおいて、対象範囲の平均温度を算出して記憶し、所定短時間間隔で前記コンクリート構造物の対象範囲の平均温度を算出するとともに、前記記憶されている平均温度との温度差を算出し、該温度差があらかじめ定めた値以上となった場合に、経時的温度差が所定の値以上となったと判断する判断手段を有することを特徴とする。

〔５〕上記〔１〕記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法において、赤外線カメラの回収時期を、所定の枚数の赤外線画像が撮影されたことにより判断することを特徴とする。

〔６〕上記〔１〕記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知を行うための赤外線カメラであって、赤外線カメラの回収を促すため、所定の枚数の赤外線画像が撮影された後に、検査者に報知して撮影の終了を通知することを特徴とする。

〔７〕上記〔１〕記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法において、撮影された赤外線画像における個々の画素に記憶された温度を独立して所定の枚数分だけ足し合わせた積算温度を算出し、この分布を色の濃淡又は連続した色調の変化等で表現した合成画像を作成し表示することを特徴とする。

〔８〕上記〔１〕記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知を行うための赤外線カメラであって、撮影された赤外線画像における個々の画素に記憶された温度を独立して所定の枚数分だけ足し合わせた積算温度を算出し、この分布を色の濃淡又は連続した色調の変化等で表現した合成画像を作成し表示することを特徴とする。

本発明によれば、曇天下などパッシブ赤外線法において剥離検知が可能な日照が十分に得られない場合でも、ごく短時間の薄日が差すのを待つことで、精度の高い赤外線画像が得られコンクリート表面の剥離検知が可能となる。

カメラに撮影待機させている間、検査員は目視調査など他の作業ができる。また、よい画像がとれないために、現地で試行錯誤する手間を省くことができる。

本発明のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法は、コンクリート構造物に対向して、被写体の温度差により自動的に撮影を行う機構を有する赤外線カメラを固定して存置し、所定の枚数の赤外線画像が撮影された後に前記赤外線カメラを回収し、前記撮影された赤外線画像における個々の画素に記憶された温度を独立して所定の枚数分だけ足し合わせた積算温度を算出し、この分布を色の濃淡又は連続した色調の変化等で表現した合成画像を作成する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例を示すパッシブ赤外線法によるコンクリート剥離検知システムの模式図、図２はその赤外線カメラ装置の構成図である。

図１において、１は被写体としてのコンクリート構造物、２は太陽、３はコンクリート構造物１の表面を撮影する赤外線カメラ装置、４は赤外線カメラ装置３に搭載される自動撮影機構、５は太陽２とコンクリート構造物１の間に現れた雲（曇天）、６は赤外線カメラ装置３を設置する三脚である。

また、図２において、１１は赤外線カメラ装置、１２は赤外線カメラ１１の各画素の温度を記録する温度画像用の第１のメモリ、１３はコンクリート構造物の対象範囲の平均温度を算出する第１の演算機構、１４は第１の演算装置１３で算出された平均温度を記録する第２のメモリ、１５は第１の演算機構１３で算出された平均温度と第２のメモリ１４に格納された平均温度を比較する第２の演算機構、１６はＣＰＵ（中央演算処理装置）、１７は自動撮影機構である。

この実施例では、図１（ａ）に示すように、天候の状況、例えば、太陽２とコンクリート構造物１の間に雲５が現れたような曇天時に、コンクリート構造物１の表面温度が加熱も冷却もされない平衡状態にあり、剥離部と健全部の温度差が小さい場合、自動撮影機構４は赤外線カメラ装置３に撮影を行わせないように制御している。

一方、図１（ｂ）に示すように、天候の状況、例えば、太陽２とコンクリート構造物１の間の雲５がなくなったような晴天の場合には、太陽２の直射によりコンクリート構造物１の表面温度が高く変化するので、自動撮影機構４は赤外線カメラ装置３にコンクリート構造物１の表面の撮影を行わせ、赤外線画像が撮影される。

このように、コンクリート構造物１の表面温度の変化を検知して、自動的に自動撮影機構４が動作して撮影が行われる。したがって、赤外線カメラ装置３の自動的な制御を行うことができる。

本発明では、たとえ曇天であっても、図１（ａ）に示すように赤外線カメラ装置３を剥離検知したいコンクリート構造物１の表面に向けて三脚６等により固定し、このまま存置する。このとき、図２に示すような実線矢印のルート、つまり、赤外線カメラ１１→温度画像用の第１のメモリ１２→コンクリート構造物の平均温度を算出する第１の演算機構１３→平均温度を記録する第２のメモリ１４へと処理が行われる。

即ち、この状態で１枚の赤外線画像を撮影して、うち別途設定した対象範囲の温度画像用メモリ１２に各点の温度分布を記録する。このとき、この１枚の画像のうち別途設定した対象範囲の平均温度を第１の演算機構１３により算出して、結果を第２のメモリ１４に保存する。なお、この状態で撮影した１枚だけでは、曇天のためにコンクリート構造物１の表面が加熱されていないことが多いので、コンクリート構造物１の剥離検知は終了しない。

次に、図１の状態で存置中、数秒間以上の薄日が差した場合〔図１（ｂ）〕には、コンクリート構造物１の対象範囲の平均温度が上昇する。このとき、図２における破線矢印のルート、つまり、赤外線カメラ１１→第１の演算機構１３→第２の演算機構１５及び第２のメモリ１４から第２の演算機構１５への処理が行われる。

すなわち、第１の演算機構１３によりコンクリート構造物１の対象範囲の平均温度を算出し、第２のメモリ１４に格納された平均温度との差を第２の演算機構１５により比較して、有意な差が認められた場合にトリガーをＣＰＵ１６に送出する。

ＣＰＵ１６は第２の演算機構１５からトリガーを受け取った場合に、自動撮影機構１７を作動させて、赤外線カメラ１１により赤外線画像を撮影し、結果を温度画像用の第１のメモリ１２に記録する。この後再び所定時間間隔で前記コンクリート構造物の対象範囲の平均温度を算出する処理に戻り、以下の処理を繰り返す。

このようにして、この赤外線カメラ装置は、自動的に温度変化を検知して連続して数十〜数百枚の赤外線写真を撮影し、予め予定した枚数の撮影が終了したらブザー、無線、携帯メール等で通知する。

撮影後、全画像の積算温度を算出して、合成画像を作成する。この作成作業は調査とは別に実施することも可能であるが、合成画像を自動的に作成し表示する機能を有するカメラを使用すれば、撮影直後に画像が適切がどうかの判断が可能で、必要によりさらに複数枚の写真の撮影を継続し、より鮮明な画像を取得可能である。

従来法では、検査員が現地に到着した時点の状態の、唯１枚の写真を撮るのみである。曇天〜雨天の状態で撮影した１枚だけでは、コンクリート表面が加熱されておらず、剥離検知は可能とならない。

本発明によれば、曇天下などパッシブ赤外線法において剥離検知が可能な日照が十分に得られない場合でも、ごく短時間の薄日が差すのを待つことで、精度の高い赤外線画像が得られ、コンクリート表面の剥離検知が可能となる。

また、本発明は、赤外線画像を目視し、確認することで、手動によりカメラを制御することによっても実現できる。

また、自動制御機能を有するカメラを用いれば、カメラに撮影待機させている間、検査員は目視調査など他の作業を実施可能である。また、よい画像がとれないために、現地で試行錯誤する手間を省くことができる。

なお、構造物の加熱・冷却は、日照のみならず、気温変動によってもなされ、これは例えば明け方に向かって気温が低下する夜間の測定で活用される。このような場合でも、本手法は同様に有効である。

本発明は、微小な温度変化を自動的に検知し、積算温度で表示することで特徴を強調する。対象物の温度変化がある場合は他の用途に対しても適用可能である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法及びそのための赤外線カメラは、高架橋などのコンクリート構造物の剥離検知、建築物の外装タイルの浮き、堤体コンクリートの漏水などの検知に利用することができる。

本発明の実施例を示すパッシブ赤外線法によるコンクリート剥離検知システムの模式図である。 図１における赤外線カメラ装置の構成図である。

符号の説明

１ コンクリート構造物
２ 太陽
３，１１ 赤外線カメラ装置
４ 自動撮影機構
５ 雲（曇天）
６ 三脚
１２ 温度画像用の第１のメモリ
１３ コンクリート構造物の平均温度を算出する第１の演算機構
１４ 第１の演算装置で算出された平均温度を記録する第２のメモリ
１５ 第１の演算装置で算出された平均温度と第２のメモリに格納された平均温度を比較する第２の演算機構
１６ ＣＰＵ（中央演算処理装置）
１７ 自動撮影機構

Claims (8)

1. コンクリート構造物に対向して赤外線カメラを固定し、１枚の赤外線画像を撮影するとともに存置し、被写体の温度を判断指標として監視し、経時的温度差が所定の値以上となったときに赤外線画像を撮影し、再び温度を監視する状態に戻り、以下同じ処理を繰り返すことで複数の枚数の赤外線画像を撮影し、所定の枚数の赤外線画像が撮影された後に前記赤外線カメラを回収し、前記撮影された赤外線画像における個々の画素に記憶された温度を独立して所定の枚数分だけ足し合わせた積算温度を算出し、この分布を色の濃淡または連続した色調の変化等で表現した合成画像を作成することを特徴とする、パッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法。
2. 請求項１記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法において、対象範囲の平均温度を算出して記憶し、所定短時間間隔で前記コンクリート構造物の対象範囲の平均温度を算出するとともに、前記記憶されている平均温度との温度差を算出し、該温度差があらかじめ定めた値以上となった場合に、経時的温度差が所定の値以上となったと判断する判断手段を有することを特徴とする、パッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法。
3. 請求項１記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知を行うための赤外線カメラであって、被写体の別途設定した対象範囲の平均温度を判断指標として監視し、経時的温度差が所定の値以上となったと判断したときに赤外線画像を撮影し、再び平均温度を監視する状態に戻り、以下同じ処理を繰り返すことで複数の枚数の赤外線画像を撮影することを特徴とする、自動撮影機構を有する赤外線カメラ。
4. 請求項３記載の自動撮影機構を有する赤外線カメラにおいて、対象範囲の平均温度を算出して記憶し、所定短時間間隔で前記コンクリート構造物の対象範囲の平均温度を算出するとともに、前記記憶されている平均温度との温度差を算出し、該温度差があらかじめ定めた値以上となった場合に、経時的温度差が所定の値以上となったと判断する判断手段を有することを特徴とする、自動撮影機構を有する赤外線カメラ。
5. 請求項１記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法において、赤外線カメラの回収時期を、所定の枚数の赤外線画像が撮影されたことにより判断することを特徴とする、パッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法。
6. 請求項１記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知を行うための赤外線カメラであって、赤外線カメラの回収を促すため、所定の枚数の赤外線画像が撮影された後に、検査者に報知して撮影の終了を通知することを特徴とする、自動撮影機構を有する赤外線カメラ。
7. 請求項１記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法において、撮影された赤外線画像における個々の画素に記憶された温度を独立して所定の数分だけ足し合わせた積算温度を算出し、この分布を色の濃淡又は連続した色調の変化等で表現した合成画像を作成し表示することを特徴とする、パッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知方法。
8. 請求項１記載のパッシブ赤外線法によるコンクリート構造物の剥離検知を行うための赤外線カメラであって、撮影された赤外線画像における個々の画素に記憶された温度を独立して所定の所定の枚数分だけ足し合わせた積算温度を算出し、この分布を色の濃淡又は連続した色調の変化等で表現した合成画像を作成し表示することを特徴とする、自動撮影機構を有する赤外線カメラ。

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