JP5142203B2 - Diagnostic robot system for concrete structures - Google Patents

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Description

本発明は、コンクリート構造物の微小な変状を検出してその健全度を診断することができるコンクリート構造物の診断ロボットシステムに関する。   The present invention relates to a diagnostic robot system for a concrete structure that can detect a minute deformation of the concrete structure and diagnose its soundness.

建築構造、土木分野における橋梁、トンネル構造、原子力施設、鉄道施設、タンク等の鋼材構造物やコンクリート構造物においては、経年的劣化や、地震、振動等の繰り返しの力による損傷、さらには予想できない不可抗力によって構造の一部に損傷が発生し、それが進展して大きな事故につながることが多い。また、このような損傷は、大きなコンクリート構造物の内部に発生し、それが小さな損傷の場合には目視で発見することが難しい。また、構造の内部に発生して外部から発見できない場合や、構造物が大きくて通常の使用状況では発見しにくい部位に損傷が発生する場合もある。従って、これらの大きな被害に結びつく損傷をできるだけ早期に発見し、必要な修理をすることが維持管理経費の点からも重要である。   Steel structures and concrete structures such as bridges, tunnel structures, nuclear facilities, railway facilities, tanks, etc. in the building structure and civil engineering fields are deteriorated over time, damaged by repeated forces such as earthquakes and vibrations, and cannot be predicted. Force majeure can cause damage to parts of the structure, which often leads to major accidents. In addition, such damage occurs inside a large concrete structure, and it is difficult to detect it visually when it is a small damage. Moreover, it may occur inside the structure and cannot be found from the outside, or damage may occur at a site where the structure is large and difficult to find under normal use conditions. Therefore, it is important from the viewpoint of maintenance costs to detect damages that lead to these major damages as early as possible and to perform necessary repairs.

鋼材構造物やコンクリート構造物の欠陥を発見するために、超音波による診断、X線による診断、打撃による診断等いくつかの方法が従来より用いられている。超音波による診断方法は、鋼材構造物やFRP構造等の特定の構造物に対して有効に利用されているが、欠陥が小さい場合、超音波の反射に対してその影響が小さい場合、又は構造部位が複雑な場合等では検出精度が低く、欠陥の存在を見落とすことが多くある。そのため、溶接構造等に対してはX線による診断が用いられるが、装置が高価であることの他に遮蔽に関する問題がある等から現場における診断方法としては実用化されていない。また、トンネル構造に対する打撃による検査は、最近かなり用いられているが、検出精度の点や、打撃方法によって診断結果が異なる場合が多い等、診断方法としては改良すべき余地が多い。   In order to discover defects in steel structures and concrete structures, several methods have been used in the past, such as diagnostics using ultrasonic waves, diagnostics using X-rays, and diagnostics using impacts. The ultrasonic diagnostic method is effectively used for a specific structure such as a steel structure or FRP structure, but when the defect is small, the influence on the reflection of the ultrasonic wave is small, or the structure When the part is complicated, the detection accuracy is low and the presence of a defect is often overlooked. For this reason, X-ray diagnosis is used for welded structures and the like, but it has not been put to practical use as a diagnostic method in the field because of the problem of shielding in addition to the high cost of the apparatus. In addition, although the inspection by the impact on the tunnel structure has been used considerably recently, there is much room for improvement as a diagnosis method, such as the point of detection accuracy and the diagnosis results often differ depending on the impact method.

このような状況に鑑み、本願発明者等は、構造物に局部振動を付与し、その応答を計測して求めた振動モードの変化から診断対象の変状を診断するシステムを提案している(特許文献1〜3)。   In view of such a situation, the inventors of the present application have proposed a system for diagnosing deformation of a diagnosis object from a change in vibration mode obtained by applying local vibration to a structure and measuring its response ( Patent Documents 1 to 3).

特許文献1〜3に記載されている本願発明者等による診断システムは、H形鋼等の鋼材構造物を診断対象とするものであり、コンクリート構造物を診断対象とした場合、特にその加振装置を構造物に取り付ける方法について何等考慮を行っていなかった。   The diagnosis system according to the present inventors described in Patent Documents 1 to 3 is intended for diagnosis of steel structures such as H-shaped steel, and particularly when a concrete structure is targeted for diagnosis. No consideration was given to how the device was attached to the structure.

そこで、本願発明者等は、コンクリート構造物に対して加振装置を容易に取り付けてその診断を行うことが可能なコンクリート構造物の診断システムを提案した(特許文献4)。   Therefore, the inventors of the present application have proposed a concrete structure diagnosis system capable of easily attaching a vibration device to a concrete structure and diagnosing the same (Patent Document 4).

特許第3694749号公報Japanese Patent No. 3694749 特許第3705357号公報Japanese Patent No. 3705357 特許第4069977号公報Japanese Patent No. 4069977 特許第3981740号公報Japanese Patent No. 3981740

特許文献4に記載されている本願発明者等による診断システムは、コンクリート構造物に対して加振装置を取り付けてその健全度を診断することができるが、コンクリート構造物を遠隔から診断することは全くできなかった。また、大型のコンクリート構造物、長い距離に渡って設置されたコンクリート構造物に対して、微小な欠陥を素早く、確実かつ精度良く、しかも効率良く検出することはかなり難しかった。   The diagnosis system by the inventors of the present application described in Patent Document 4 can diagnose the soundness of the concrete structure by attaching a vibration device to the concrete structure. I could not do it at all. In addition, it has been extremely difficult to detect minute defects quickly, reliably, accurately and efficiently for large concrete structures and concrete structures installed over long distances.

従って本発明の目的は、コンクリート構造物を遠隔から診断可能なコンクリート構造物の診断ロボットシステムを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a concrete structure diagnostic robot system capable of remotely diagnosing a concrete structure.

本発明の他の目的は、大型のコンクリート構造物に対しても微小な欠陥を素早く、精度良く、かつ効率良く検出することが可能なコンクリート構造物の診断ロボットシステムを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a diagnostic robot system for a concrete structure capable of detecting a minute defect quickly, accurately and efficiently even for a large concrete structure.

本発明によれば、診断すべきコンクリート構造物に固着された磁性体板部材又は板部材と、遠隔操作により磁性体板部材に磁気的に又は板部材に真空的に吸着及び離脱可能であり、吸着した際にコンクリート構造物に局部振動を与えることが可能な加振装置と、遠隔操作により磁性体板部材又は板部材に磁気的に又は板部材に真空的に吸着及び離脱可能であり、吸着した際にコンクリート構造物の振動に対する応答を検出する少なくとも1つの振動検出手段と、加振装置及び少なくとも1つの振動検出手段をコンクリート構造物の診断すべき位置に遠隔操作で移動可能な移動手段と、振動検出手段の検出によって得られる振動モードが健全時の振動モードからどのように変化したかに基づいてコンクリート構造物の健全度を求める解析手段とを備えたコンクリート構造物の診断ロボットシステムが提供される。   According to the present invention, the magnetic plate member or plate member fixed to the concrete structure to be diagnosed, and can be attracted and detached magnetically to the magnetic plate member or vacuumed to the plate member by remote operation, A vibration device capable of applying local vibration to the concrete structure when adsorbed, and can be adsorbed and detached magnetically to the magnetic plate member or plate member or vacuumed to the plate member by remote operation. And at least one vibration detecting means for detecting a response to the vibration of the concrete structure, and a moving means capable of remotely moving the vibration exciter and the at least one vibration detecting means to a position to be diagnosed in the concrete structure. Analyzing means for determining the soundness of the concrete structure based on how the vibration mode obtained by the detection of the vibration detecting means has changed from the vibration mode in a healthy state; Diagnosis robotic system of concrete structures with are provided.

磁性体板部材又は板部材をコンクリート構造物に固着しておき、加振装置を遠隔操作によりこの磁性体板部材又は板部材に磁気的に又は板部材に真空的に吸着及び離脱可能に構成する。加振装置を磁性体板部材又は板部材に吸着した際にコンクリート構造物に局部振動を与える。また、少なくとも1つの振動検出手段を遠隔操作により磁性体板部材又は板部材に磁気的に又は板部材に真空的に吸着及び離脱可能に構成し、吸着した際にコンクリート構造物の振動に対する応答を検出するように構成する。さらに、移動手段により、加振装置及び少なくとも1つの振動検出手段をコンクリート構造物の診断すべき位置に遠隔操作で移動可能に構成する。診断すべき位置に移動した加振装置及び少なくとも1つの振動検出手段をコンクリート構造物に磁気的に又は真空的に固定し、この状態で加振装置から局部加振することによりコンクリート構造物の健全度を求める。このように、本発明によれば、遠隔操作によりコンクリート構造物の診断すべき位置に加振装置及び少なくとも1つの振動検出手段を固定して診断することができるため、診断に手間がかからずかつ容易であり、安全性から又はスペース的に人が入れないような部所においても、適切な診断を行うことができる。さらに、大型のコンクリート構造物に対しても微小な欠陥を素早く、精度良く、かつ効率良く検出することができる。   The magnetic plate member or the plate member is fixed to the concrete structure, and the vibration device is configured to be able to be attracted and detached magnetically to the magnetic plate member or plate member or vacuumed to the plate member by remote control. . When the vibration device is adsorbed to the magnetic plate member or plate member, local vibration is applied to the concrete structure. Further, at least one vibration detecting means is configured to be capable of being attracted and detached magnetically to the magnetic plate member or the plate member or vacuumed to the plate member by remote control, and the response to the vibration of the concrete structure when adsorbed. Configure to detect. Further, the moving means is configured to be able to move the vibration device and the at least one vibration detecting means to a position to be diagnosed of the concrete structure by remote operation. The vibration of the concrete structure is fixed by magnetically or vacuum-fixing the vibration device moved to the position to be diagnosed and at least one vibration detection means to the concrete structure, and then locally exciting from the vibration device in this state. Find the degree. As described above, according to the present invention, since the vibration device and at least one vibration detection means can be fixed and diagnosed at a position to be diagnosed of the concrete structure by remote operation, the diagnosis does not take time. In addition, it is easy, and appropriate diagnosis can be performed even in a place where people cannot enter because of safety or space. Furthermore, it is possible to detect minute defects quickly, accurately and efficiently even for large concrete structures.

もちろん、本発明によれば、コンクリート構造物の診断を鋼構造物と同様に診断できるので、コンクリート構造物の剥離落下等を容易に予測でき、従って、建築、トンネル等の診断を精度良くかつ容易に行うことができる。   Of course, according to the present invention, since the diagnosis of a concrete structure can be diagnosed in the same way as a steel structure, it is possible to easily predict the peeling and dropping of the concrete structure, and therefore, the diagnosis of buildings, tunnels, etc. can be performed accurately and easily. Can be done.

移動手段が、加振装置及び少なくとも1つの振動検出手段が取り付けられた移動フレームと、移動フレームをコンクリート構造物の表面に沿って案内する案内手段と、移動フレームの位置を案内手段に従って遠隔的に移動させる駆動手段とを備えていることが好ましい。   The moving means includes a moving frame to which the vibration exciter and at least one vibration detecting means are attached, guide means for guiding the moving frame along the surface of the concrete structure, and the position of the moving frame remotely according to the guiding means. It is preferable to include a driving means for moving.

この案内手段が、コンクリート構造物の表面に取り付けられた走行レールと、走行レールに係合し、移動フレームに取り付けられた案内ホイールとを備えていることがより好ましい。   More preferably, the guide means includes a travel rail attached to the surface of the concrete structure, and a guide wheel engaged with the travel rail and attached to the moving frame.

駆動手段が、走行レールに取り付けられたラックギアと、移動フレームに取り付けられており前記ラックギアに噛合するピニオンギアと、ピニオンギアを駆動する走行用電動モータと、移動フレームの停止位置を検出する停止位置検出センサとを備えていることもより好ましい。   The driving means includes a rack gear attached to the traveling rail, a pinion gear attached to the moving frame and meshing with the rack gear, a traveling electric motor for driving the pinion gear, and a stopping position for detecting a stopping position of the moving frame. It is more preferable to include a detection sensor.

加振装置を磁性体板部材又は板部材の表面と垂直方向に遠隔操作によって移動可能な加振装置垂直駆動手段をさらに備えていることも好ましい。この加振装置垂直駆動手段によって加振装置が吸着位置まで移動したことを確認する吸着位置確認センサをさらに備えていることがより好ましい。   It is also preferable to further include a vibration device vertical drive means capable of moving the vibration device by a remote operation in a direction perpendicular to the surface of the magnetic plate member or the plate member. It is more preferable to further include a suction position confirmation sensor for confirming that the vibration device has moved to the suction position by the vibration device vertical drive means.

少なくとも1つの振動検出手段を磁性体板部材又は板部材の表面と垂直方向に遠隔操作によって移動可能な振動検出手段垂直駆動手段をさらに備えていることも好ましい。この振動検出手段垂直駆動手段によって少なくとも1つの振動検出手段が吸着位置まで移動したことを確認する吸着位置確認センサをさらに備えていることがより好ましい。   It is also preferable to further comprise a vibration detection means vertical drive means capable of moving at least one vibration detection means by a remote operation in a direction perpendicular to the magnetic plate member or the surface of the plate member. More preferably, the vibration detection means vertical drive means further includes a suction position confirmation sensor for confirming that at least one vibration detection means has moved to the suction position.

板部材が磁性体板部材であり、加振装置が、付勢されることによって磁性体板部材に磁気的に吸着し、付勢が停止することによって磁性体板部材から離脱する少なくとも1つの電磁石と、少なくとも1つの電磁石に機械的に連結されており、振動を発生してその振動をコンクリート構造物の表面に印加する振動素子とを備えていることも好ましい。この場合、少なくとも1つの電磁石の付勢及び付勢停止を確認するセンサをさらに備えていることがより好ましい。   The plate member is a magnetic plate member, and the vibration device is magnetically attracted to the magnetic plate member by being energized, and is separated from the magnetic plate member by being stopped. And a vibration element that is mechanically connected to at least one electromagnet and generates vibration and applies the vibration to the surface of the concrete structure. In this case, it is more preferable to further include a sensor that confirms energization and energization stop of at least one electromagnet.

少なくとも1つの振動検出手段が、移動手段の移動方向に沿って配列された複数の振動センサを備えていることも好ましい。   It is also preferable that at least one vibration detection means includes a plurality of vibration sensors arranged along the moving direction of the moving means.

振動センサが等間隔に配列されており、解析手段が複数の振動センサからの応答振幅の相対的変化を観測することにより振動モードの形状を得てその形状変化から変状の影響を検出する理論解析部を備えていることが好ましい。この場合、理論解析部が振動モードの形状の変化を周波数毎に重ね合わせることにより変状の影響を検出するように構成されていることがより好ましい。   The theory that vibration sensors are arranged at equal intervals, and the analysis means obtains the shape of the vibration mode by observing the relative change in response amplitude from multiple vibration sensors and detects the influence of the deformation from the shape change It is preferable to include an analysis unit. In this case, it is more preferable that the theoretical analysis unit is configured to detect the influence of the deformation by superimposing the change in the shape of the vibration mode for each frequency.

振動センサが等間隔に配列されており、解析手段が複数の振動センサからの応答振幅の相対的変化を観測することにより振動モードの形状を得て内部歪みエネルギの比較を行うことによって変状の影響を検出する理論解析部を備えていることも好ましい。   The vibration sensors are arranged at equal intervals, and the analysis means obtains the shape of the vibration mode by observing the relative change in the response amplitude from the plurality of vibration sensors, and compares the internal strain energy to thereby change the deformation. It is also preferable to include a theoretical analysis unit that detects the influence.

解析手段が、少なくとも1つの振動検出手段からの計測データを解析して診断対象の固有振動数を実験固有振動数として求める実験モード解析部と、診断対象の1の変状状態を規定すると共に、変状点の位置等の変状を特徴付ける情報を遺伝子情報としてなる個体を複数定義し、遺伝子情報に基づき各個体の固有振動数を演算して理論固有振動数とする理論解析部と、実験固有振動数と所定の一致度で一致する理論固有振動数を持つ個体を探査して、最も一致度の高い個体を特定し、個体の遺伝子情報から変状状態を推定する評価部と、評価部で探査した個体を保存して、次回の診断において当該保存された個体を用いて理論解析部が理論固有振動数を演算できるようにする解析データベースとを備えていることも好ましい。   The analysis means analyzes the measurement data from at least one vibration detection means and defines an experimental mode analysis unit that obtains the natural frequency of the diagnosis target as the experimental natural frequency, and defines one deformed state of the diagnosis target. A theoretical analysis unit that defines multiple individuals that use genetic information as information that characterizes the deformation, such as the position of the deformation point, and calculates the natural frequency of each individual based on the genetic information, and an experiment-specific frequency Searching for individuals with the theoretical natural frequency that matches the frequency with a predetermined degree of coincidence, identifying the individual with the highest degree of coincidence, and estimating the deformed state from the individual's genetic information It is also preferable to include an analysis database that stores the searched individual and enables the theoretical analysis unit to calculate the theoretical natural frequency using the stored individual in the next diagnosis.

本発明によれば、診断に手間がかからずかつ容易であり、安全性から又はスペース的に人が入れないような部所においても、適切な診断を行うことができる。さらに、大型のコンクリート構造物に対しても微小な欠陥を素早く、精度良く、かつ効率良く検出することができる。   According to the present invention, diagnosis is not troublesome and easy, and appropriate diagnosis can be performed even in a place where a person cannot enter in terms of safety or space. Furthermore, it is possible to detect minute defects quickly, accurately and efficiently even for large concrete structures.

図1は本発明の一実施形態におけるコンクリート構造物の診断ロボットシステムの全体構成を概略的に示すブロック図であり、図2は本実施形態における加振装置部分の構成を概略的に示す側面図であり、図3は図2の加振装置部分の正面図であり、図4は図2のA−A線断面図である。   FIG. 1 is a block diagram schematically showing the entire configuration of a diagnostic robot system for a concrete structure in one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view schematically showing the configuration of a vibration exciter portion in this embodiment. 3 is a front view of the vibration device portion of FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

これらの図において、10は診断すべきコンクリート構造物(例えば、コンクリート壁)、11は加振装置を固定する位置でこのコンクリート構造物10にあらかじめ埋め込まれているか又はその表面に例えば接着剤で固着された磁性体板部材の一例である加振装置吸着用鉄鋼板、12は振動センサを固定する位置でこのコンクリート構造物10にあらかじめ埋め込まれているか又はその表面に例えば接着剤で固着された磁性体板部材の一例である振動センサ吸着用鉄鋼板、13はこのコンクリート構造物10に埋め込まれているか又はその表面に例えば接着剤で固着されており、走行レール14及びケーブルキャリア15を支持する支持部材をそれぞれ示している。支持部材13は鉄鋼板で構成されており、その一部は振動センサ吸着用鉄鋼板としても機能する。なお、本実施形態では、支持部材13は等間隔(例えば約400mm間隔)に配列されている。   In these drawings, 10 is a concrete structure to be diagnosed (for example, a concrete wall), 11 is pre-embedded in the concrete structure 10 at a position where the vibration exciter is fixed, or is fixed to the surface with an adhesive, for example. An exciter adsorption steel plate, which is an example of a magnetic plate member, is embedded in the concrete structure 10 in advance at a position where the vibration sensor is fixed, or is magnetically fixed to the surface with an adhesive, for example. A steel plate for vibration sensor adsorption 13, which is an example of a body plate member, is embedded in the concrete structure 10 or fixed to the surface thereof with, for example, an adhesive, and supports the running rail 14 and the cable carrier 15. Each member is shown. The support member 13 is made of a steel plate, and a part of the support member 13 also functions as a vibration sensor adsorption steel plate. In the present embodiment, the support members 13 are arranged at regular intervals (for example, at intervals of about 400 mm).

走行レール14はコンクリート構造物の表面に沿って設けられており、この走行レール14には移動フレーム16に取り付けられた案内ホイール17(図2)が係合している。移動フレーム16には1つの加振装置18と本実施形態では移動フレーム16の長さ方向に沿って等間隔(例えば約200mm間隔)に配列された11個の振動センサ19とが一体的に取り付けられている。従って、これら加振装置18及び振動センサ19は移動フレーム16と共にコンクリート構造物の表面に沿って走行レール14の伸長方向(移動フレーム16の長さ方向)である前進又は後進方向に案内される。なお、振動センサ19の個数及びその配列形態は、図示したものに限定されるものではなく、診断ロボットシステムの構成に従って任意に変更可能である。   The traveling rail 14 is provided along the surface of the concrete structure, and a guide wheel 17 (FIG. 2) attached to the moving frame 16 is engaged with the traveling rail 14. A single vibration device 18 and eleven vibration sensors 19 arranged at equal intervals (for example, at intervals of about 200 mm) along the length direction of the moving frame 16 in this embodiment are integrally attached to the moving frame 16. It has been. Accordingly, the vibration exciter 18 and the vibration sensor 19 are guided along the moving frame 16 along the surface of the concrete structure in the forward or reverse direction, which is the extending direction of the traveling rail 14 (the length direction of the moving frame 16). Note that the number of vibration sensors 19 and the arrangement form thereof are not limited to those shown in the drawings, and can be arbitrarily changed according to the configuration of the diagnostic robot system.

移動フレーム16を前進又は後進方向に移動させるための駆動は、この移動フレーム16に取り付けられた、ブレーキ付の走行用電動モータ20によって行われる。走行レール14にはその伸長方向に沿ってラックギア21が取り付けられており、このラックギア21に噛合するピニオンギア22が走行用電動モータ20によって回転駆動されることによって、移動フレーム16が走行レール14に案内されて前進又は後進方向に移動する。   Driving for moving the moving frame 16 in the forward or backward direction is performed by a traveling electric motor 20 with a brake attached to the moving frame 16. A rack gear 21 is attached to the traveling rail 14 along its extending direction, and a pinion gear 22 meshing with the rack gear 21 is rotationally driven by the traveling electric motor 20 so that the moving frame 16 is attached to the traveling rail 14. It is guided and moves forward or backward.

移動フレーム16の停止位置は、この移動フレーム16に取り付けられた停止位置検出センサ23によって検出される。停止位置検出センサ23は、移動フレーム16に取り付けたマイクロスイッチとコンクリート構造物10に設けられている突起24との組み合わせからなる機械的センサで構成しても良いし、磁気センサ、光センサ又は赤外線センサ等で構成しても良い。   The stop position of the moving frame 16 is detected by a stop position detection sensor 23 attached to the moving frame 16. The stop position detection sensor 23 may be constituted by a mechanical sensor composed of a combination of a micro switch attached to the moving frame 16 and a protrusion 24 provided on the concrete structure 10, or a magnetic sensor, an optical sensor, or an infrared ray. You may comprise with a sensor etc.

走行用電動モータ20はケーブルキャリア15内に収納されている電源線を介してこのコンクリート構造物10とは遠隔に設けられている制御操作装置(制御操作盤)25に電気的に接続されており、この制御操作装置25によって遠隔制御される。停止位置検出センサ23もケーブルキャリア15内に収納されている信号線を介して制御操作装置25に電気的に接続されている。   The traveling electric motor 20 is electrically connected to a control operation device (control operation panel) 25 provided remotely from the concrete structure 10 via a power line housed in the cable carrier 15. The control operation device 25 is remotely controlled. The stop position detection sensor 23 is also electrically connected to the control operation device 25 through a signal line housed in the cable carrier 15.

加振装置18は、移動フレーム16の停止位置において、加振部を、スライドレール26に沿って、加振装置吸着用鉄鋼板11(コンクリート構造物)の表面と垂直方向に移動可能とするスライドフレーム27を備えている。このスライドフレーム27の垂直方向、即ち矢印27a方向、への移動は、スライドフレーム用電動アクチュエータ28の駆動によって行われる。ロック用ハンド29は、ロック用電動モータ30によって矢印29a(図3)方向に駆動され、必要時に、スライドフレーム27の矢印27a方向への移動をロックする。   The vibration exciter 18 allows the exciter to move along the slide rail 26 in the direction perpendicular to the surface of the steel plate 11 (concrete structure) for adsorbing the exciter at the stop position of the moving frame 16. A frame 27 is provided. The movement of the slide frame 27 in the vertical direction, that is, the direction of the arrow 27 a is performed by driving the slide frame electric actuator 28. The locking hand 29 is driven in the direction of the arrow 29a (FIG. 3) by the locking electric motor 30, and locks the movement of the slide frame 27 in the direction of the arrow 27a when necessary.

スライドフレーム27が加振装置の吸着位置まで移動したことを確認する吸着位置確認センサ31と、初期位置にあることを確認する初期位置確認センサ32とがさらに設けられている。吸着位置確認センサ31及び初期位置確認センサ32は、マイクロスイッチによる機械的センサで構成しても良いし、磁気センサ、光センサ又は赤外線センサ等で構成しても良い。   An adsorption position confirmation sensor 31 for confirming that the slide frame 27 has moved to the adsorption position of the vibration exciter and an initial position confirmation sensor 32 for confirming that the slide frame 27 is at the initial position are further provided. The suction position confirmation sensor 31 and the initial position confirmation sensor 32 may be configured by a mechanical sensor using a micro switch, or may be configured by a magnetic sensor, an optical sensor, an infrared sensor, or the like.

スライドフレーム用電動アクチュエータ28及びロック用電動モータ30はケーブルキャリア15内に収納されている電源線を介して制御操作装置25に電気的に接続されており、この制御操作装置25によって遠隔制御される。吸着位置確認センサ31及び初期位置確認センサ32もケーブルキャリア15内に収納されている信号線を介して制御操作装置25に電気的に接続されている。   The slide frame electric actuator 28 and the lock electric motor 30 are electrically connected to the control / operation device 25 via a power line housed in the cable carrier 15, and are remotely controlled by the control / operation device 25. . The suction position confirmation sensor 31 and the initial position confirmation sensor 32 are also electrically connected to the control operation device 25 via signal lines housed in the cable carrier 15.

加振装置18は、吸着位置にある際に、2つの電磁石33及び34(図3及び図4)によって、加振装置吸着用鉄鋼板11に磁気的に吸着及び離脱できるように構成されている。電磁石33及び34の動作はそのスイッチ33a及び34bを回動することによって制御される。スイッチ33a及び34bの回動は、電磁石用電動アクチュエータ35の駆動によって行われる。即ち、図4に示すように、電磁石用電動アクチュエータ35には駆動ロッド36が連結されており、この駆動ロッド36にはスイッチ33a及び34bをそれぞれ回動させるためのアーム37及び38が連結されている。電磁石用電動アクチュエータ35が付勢されて駆動ロッド36を矢印39のいずれかの方向に駆動すると、スイッチ33a及び34bが回動してオン又はオフとなり、電磁石33及び34が付勢状態(オン状態)又は付勢停止状態(オフ状態)となる。   The vibration exciter 18 is configured to be magnetically adsorbed and separated from the vibration exciter attracting steel plate 11 by the two electromagnets 33 and 34 (FIGS. 3 and 4) when in the attracting position. . The operation of the electromagnets 33 and 34 is controlled by turning the switches 33a and 34b. The switches 33a and 34b are rotated by driving the electromagnet electric actuator 35. That is, as shown in FIG. 4, a drive rod 36 is connected to the electromagnet electric actuator 35, and arms 37 and 38 for rotating the switches 33a and 34b are connected to the drive rod 36, respectively. Yes. When the electromagnet electric actuator 35 is energized to drive the drive rod 36 in either direction of the arrow 39, the switches 33a and 34b are turned on or off, and the electromagnets 33 and 34 are energized (on state). ) Or energized stop state (off state).

電磁石33及び34がオン状態となったこと及びオフ状態となったことを駆動ロッド36の位置でそれぞれ検出するためのオン状態確認センサ40及びオフ状態確認センサ41が移動フレーム16に取り付けられている。オン状態確認センサ40及びオフ状態確認センサ41は、マイクロスイッチによる機械的センサで構成しても良いし、磁気センサ、光センサ又は赤外線センサ等で構成しても良い。   An on-state confirmation sensor 40 and an off-state confirmation sensor 41 for detecting that the electromagnets 33 and 34 are turned on and turned off at the position of the drive rod 36 are attached to the moving frame 16. . The on-state confirmation sensor 40 and the off-state confirmation sensor 41 may be configured by a mechanical sensor using a micro switch, or may be configured by a magnetic sensor, an optical sensor, an infrared sensor, or the like.

電磁石用電動アクチュエータ35はケーブルキャリア15内に収納されている電源線を介して制御操作装置25に電気的に接続されており、この制御操作装置25によって遠隔制御される。また、電磁石33及び34もケーブルキャリア15内に収納されている電源線を介して制御操作装置25に電気的に接続されており、この制御操作装置25から給電されている。オン状態確認センサ40及びオフ状態確認センサ41もケーブルキャリア15内に収納されている信号線を介して制御操作装置25に電気的に接続されている。   The electromagnet electric actuator 35 is electrically connected to the control / operation device 25 via a power line housed in the cable carrier 15, and is remotely controlled by the control / operation device 25. In addition, the electromagnets 33 and 34 are also electrically connected to the control / operation device 25 via a power line housed in the cable carrier 15, and are supplied with power from the control / operation device 25. The on-state confirmation sensor 40 and the off-state confirmation sensor 41 are also electrically connected to the control / operation device 25 via signal lines housed in the cable carrier 15.

図1〜図4には明確に示していないが、スライドフレーム27には、図5に示すような加振部が取り付けられている。この図5は、加振装置18における電磁石33及び34と加振部42とのみの構成を概略的に示しており、電磁石33及び34が付勢状態にあり、加振装置吸着用鉄鋼板11に磁気的に吸着して固定されている状態を表している。   Although not clearly shown in FIGS. 1 to 4, a vibration unit as shown in FIG. 5 is attached to the slide frame 27. FIG. 5 schematically shows the configuration of only the electromagnets 33 and 34 and the vibration unit 42 in the vibration device 18, where the electromagnets 33 and 34 are in an energized state and the steel plate 11 for attracting the vibration device. The magnetically attracted and fixed state is represented.

図5に示すように、加振部42は、所定の周波数域で振動する振動素子42aと、この振動素子42aの振動をコンクリート構造物10の局部表面に伝える振動ロッド42bと、振動ロッド42bに予圧を与える予圧ばね42cと、予圧ばね42cの自由長を変えて予圧を調整するためのばね調整用ノブ42dとを備えており、この加振部42が電磁石33及び34によって加振装置吸着用鉄鋼板11に固定されている。その際、振動ロッド42bの先端がコンクリート構造物10の表面に直接的に当接するように、加振装置吸着用鉄鋼板11に開口部11a等が設けてあることが望ましい。   As shown in FIG. 5, the vibration unit 42 includes a vibration element 42a that vibrates in a predetermined frequency range, a vibration rod 42b that transmits the vibration of the vibration element 42a to a local surface of the concrete structure 10, and a vibration rod 42b. A preload spring 42c for applying preload and a spring adjusting knob 42d for adjusting the preload by changing the free length of the preload spring 42c are provided. It is fixed to the steel plate 11. At that time, it is desirable that the vibration device adsorption steel plate 11 is provided with an opening 11a or the like so that the tip of the vibration rod 42b directly contacts the surface of the concrete structure 10.

振動素子42aとしては、コンクリート構造物10の局所における変状を観測するために高周波(例えば500Hz以上)の振動を与えることができ、小型で微小な力で振動を与えることができるように、ピエゾ圧電効果を利用した積層型圧電素子を用いている。このような高周波の振動を与えることにより、診断対象の変状を観測することが可能となる。これは診断対象が、原子力発電所、化学プラント、船舶等のコンクリート構造物である場合、その重量が重いため、これらの固有振動数(1次のモードにおける固有振動数)が非常に低い振動数になるが、変状点の固有振動数は振動数が高いため、かかる振動数での変化が計測できるようになるためである。   As the vibration element 42a, a high-frequency vibration (for example, 500 Hz or more) can be applied in order to observe local deformation of the concrete structure 10, and the piezoelectric element can be applied with a small and minute force. A laminated piezoelectric element utilizing the piezoelectric effect is used. By applying such high-frequency vibrations, it is possible to observe the deformation of the diagnosis target. This is because when the object of diagnosis is a concrete structure such as a nuclear power plant, chemical plant, ship, etc., its weight is heavy, so these natural frequencies (natural frequencies in the first-order mode) are very low. However, since the natural frequency of the deformation point is high, the change at this frequency can be measured.

振動素子42aはケーブルキャリア15内に収納されている信号線を介して診断解析装置43に電気的に接続されており、この診断解析装置43によって遠隔的に駆動される。   The vibration element 42 a is electrically connected to the diagnostic analysis device 43 through a signal line housed in the cable carrier 15, and is remotely driven by the diagnostic analysis device 43.

図6は本実施形態における各振動センサ19の構成を概略的に示す(A)側面図及び(B)正面図である。   FIG. 6A is a side view and FIG. 6B is a front view schematically showing the configuration of each vibration sensor 19 in the present embodiment.

同図に示すように、振動センサ19は、移動フレーム16の停止位置において、内部に振動ピックアップ44と電磁石を用いた電磁ホルダ45とを収容した振動センサケース46を、案内部材47に沿って、振動センサ吸着用鉄鋼板12(コンクリート構造物)の表面と垂直方向に移動できるように構成されている。この振動センサケース46の垂直方向、即ち矢印46a方向、への移動は、移動フレーム16に取り付けられた振動センサ用電動アクチュエータ48の駆動によって行われる。   As shown in the figure, the vibration sensor 19 includes a vibration sensor case 46 that houses a vibration pickup 44 and an electromagnetic holder 45 using an electromagnet along a guide member 47 at a stop position of the moving frame 16. It is comprised so that it can move to the perpendicular | vertical direction with the surface of the steel plate 12 (concrete structure) for vibration sensor adsorption | suction. The movement of the vibration sensor case 46 in the vertical direction, that is, the direction of the arrow 46 a is performed by driving a vibration sensor electric actuator 48 attached to the moving frame 16.

振動センサケース46の吸着位置まで移動したことを確認する吸着位置確認センサ49と、初期位置にあることを確認する初期位置確認センサ50とがさらに設けられている。吸着位置確認センサ49及び初期位置確認センサ50は、マイクロスイッチによる機械的センサで構成しても良いし、磁気センサ、光センサ又は赤外線センサ等で構成しても良い。   An adsorption position confirmation sensor 49 for confirming that the vibration sensor case 46 has moved to the adsorption position and an initial position confirmation sensor 50 for confirming that the vibration sensor case 46 is in the initial position are further provided. The suction position confirmation sensor 49 and the initial position confirmation sensor 50 may be configured by a mechanical sensor using a micro switch, or may be configured by a magnetic sensor, an optical sensor, an infrared sensor, or the like.

電磁ホルダ45及び振動センサ用電動アクチュエータ48はケーブルキャリア15内に収納されている電源線を介して制御操作装置25に電気的に接続されており、この制御操作装置25によって遠隔制御される。吸着位置確認センサ49及び初期位置確認センサ50もケーブルキャリア15内に収納されている信号線を介して制御操作装置25に電気的に接続されている。   The electromagnetic holder 45 and the vibration sensor electric actuator 48 are electrically connected to the control operation device 25 via a power line housed in the cable carrier 15, and are remotely controlled by the control operation device 25. The suction position confirmation sensor 49 and the initial position confirmation sensor 50 are also electrically connected to the control operation device 25 via signal lines housed in the cable carrier 15.

振動ピックアップ44は、本実施形態では、小型の半導体型加速度計であり、加振装置18が与えた振動に対する応答を計測するために、コンクリート構造物10の変位を計測する。振動ピックアップ44として、レーザ式変位測定器、圧電素子等を用いてもよい。   In this embodiment, the vibration pickup 44 is a small semiconductor accelerometer, and measures the displacement of the concrete structure 10 in order to measure the response to the vibration given by the vibration excitation device 18. As the vibration pickup 44, a laser displacement measuring device, a piezoelectric element, or the like may be used.

以上の振動センサ19が本実施形態では等間隔に11個設けられており、各振動センサ19の振動ピックアップ44はケーブルキャリア15内に収納されている信号線を介して診断解析装置43に電気的に接続されている。従って、これら振動センサ19からの検出信号が信号線を介して診断解析装置43に送り込まれることとなる。   In the present embodiment, eleven pieces of the above vibration sensors 19 are provided at equal intervals, and the vibration pickup 44 of each vibration sensor 19 is electrically connected to the diagnostic analyzer 43 via a signal line housed in the cable carrier 15. It is connected to the. Therefore, the detection signals from these vibration sensors 19 are sent to the diagnostic analyzer 43 via the signal lines.

図7は本実施形態における診断ロボットシステムの遠隔制御及び操作機能に係る電気的構成を概略的に示すブロック図である。   FIG. 7 is a block diagram schematically showing an electrical configuration relating to remote control and operation functions of the diagnostic robot system in the present embodiment.

同図に示すように、加振装置18内の走行用電動モータ20、ロック用電動モータ30、スライドフレーム用電動アクチュエータ28、電磁石33及び34、並びに電磁石用電動アクチュエータ35は、ケーブルキャリア15内に収納されている電源線を介して遠隔に設けられている制御操作装置25に電気的に接続されている。また、停止位置検出センサ23、吸着位置確認センサ31、初期位置確認センサ32、オン状態確認センサ40及びオフ状態確認センサ41もケーブルキャリア15内に収納されている信号線を介して制御操作装置25に電気的に接続されている。   As shown in the figure, the traveling electric motor 20, the locking electric motor 30, the slide frame electric actuator 28, the electromagnets 33 and 34, and the electromagnet electric actuator 35 in the vibration device 18 are included in the cable carrier 15. It is electrically connected to a control and operation device 25 that is provided remotely via a stored power line. Further, the stop position detection sensor 23, the suction position confirmation sensor 31, the initial position confirmation sensor 32, the on state confirmation sensor 40, and the off state confirmation sensor 41 are also controlled by the control operation device 25 via the signal line housed in the cable carrier 15. Is electrically connected.

さらに、11個の振動センサ19の各々における電磁ホルダ45及び振動センサ用電動アクチュエータ48はケーブルキャリア15内に収納されている電源線を介して制御操作装置25に電気的に接続されており、吸着位置確認センサ49及び初期位置確認センサ50もケーブルキャリア15内に収納されている信号線を介して制御操作装置25に電気的に接続されている。   Further, the electromagnetic holder 45 and the vibration sensor electric actuator 48 in each of the eleven vibration sensors 19 are electrically connected to the control operation device 25 via a power line housed in the cable carrier 15, and are attracted. The position confirmation sensor 49 and the initial position confirmation sensor 50 are also electrically connected to the control / operation device 25 via signal lines housed in the cable carrier 15.

制御操作装置25は、タッチディスプレイ25a及びシーケンスコントローラ25bや、図示しない電源機器、リレーモータコントローラ、ソレノイド駆動機器等を備えており、タッチディスプレイ25aの操作に基づいて、デジタルコンピュータによって構成されるシーケンスコントローラ25bが診断ロボットシステムのシーケンス制御を行う。以下、このシーケンスコントローラ25bの制御に基づく診断ロボットシステムの動作を説明する。ただし、以下に説明する動作は、本発明を実施するに必要な最小限の基本動作の一例であって、実際には、種々の付加的な操作、確認、制御が行われることはもちろんである。   The control operation device 25 includes a touch display 25a and a sequence controller 25b, a power supply device (not shown), a relay motor controller, a solenoid drive device, and the like, and a sequence controller configured by a digital computer based on the operation of the touch display 25a. 25b performs sequence control of the diagnostic robot system. Hereinafter, the operation of the diagnostic robot system based on the control of the sequence controller 25b will be described. However, the operation described below is an example of the minimum basic operation necessary for carrying out the present invention, and in fact, various additional operations, confirmations, and controls are performed. .

図8は加振装置18及び振動センサ19の、従って移動フレーム16のコンクリート構造物10の表面に沿った前進及び停止動作を制御する前進及び停止制御シーケンスの一例を表すフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart showing an example of an advance and stop control sequence for controlling the advance and stop operations of the vibration device 18 and the vibration sensor 19 along the surface of the concrete structure 10 of the moving frame 16.

このシーケンスでは、まず、走行用電動モータ20を前進方向に駆動して移動フレーム16を前進させる(ステップS1)。この操作は、停止位置検出センサ23が移動フレーム16の停止位置を検出したと判断する(ステップS2)まで行われ、停止位置を検出した場合は、走行用電動モータ20にブレーキをかけて移動フレーム16をその位置で停止させる(ステップS3)。これによって、加振装置18は加振装置吸着用鉄鋼板11に向き合う位置で停止し、また、各振動センサ19は振動センサ吸着用鉄鋼板12又は支持部材13に向き合う位置で停止する。   In this sequence, first, the traveling electric motor 20 is driven in the forward direction to advance the moving frame 16 (step S1). This operation is performed until the stop position detection sensor 23 determines that the stop position of the moving frame 16 has been detected (step S2). When the stop position is detected, the traveling electric motor 20 is braked and the moving frame is moved. 16 is stopped at that position (step S3). Accordingly, the vibration device 18 stops at a position facing the vibration device adsorption steel plate 11, and each vibration sensor 19 stops at a position facing the vibration sensor adsorption steel plate 12 or the support member 13.

図9は加振装置18及び振動センサ19の、従って移動フレーム16のコンクリート構造物10の表面に沿った後進及び停止動作を制御する後進及び停止制御シーケンスの一例を表すフローチャートである。   FIG. 9 is a flowchart showing an example of a reverse and stop control sequence for controlling the reverse and stop operations of the vibration device 18 and the vibration sensor 19, and thus along the surface of the concrete structure 10 of the moving frame 16.

このシーケンスでは、まず、走行用電動モータ20を後進方向に駆動して移動フレーム16を後進させる(ステップS11)。この操作は、停止位置検出センサ23が移動フレーム16の停止位置を検出したと判断する(ステップS12)まで行われ、停止位置を検出した場合は、走行用電動モータ20にブレーキをかけて移動フレーム16をその位置で停止させる(ステップS13)。これによって、加振装置18は加振装置吸着用鉄鋼板11に向き合う位置で停止し、また、各振動センサ19は振動センサ吸着用鉄鋼板12又は支持部材13に向き合う位置で停止する。   In this sequence, first, the traveling electric motor 20 is driven in the reverse direction to move the moving frame 16 backward (step S11). This operation is performed until it is determined that the stop position detection sensor 23 has detected the stop position of the moving frame 16 (step S12). When the stop position is detected, the traveling electric motor 20 is braked and the moving frame is moved. 16 is stopped at that position (step S13). Accordingly, the vibration device 18 stops at a position facing the vibration device adsorption steel plate 11, and each vibration sensor 19 stops at a position facing the vibration sensor adsorption steel plate 12 or the support member 13.

図10は加振装置18及び振動センサ19を加振装置吸着用鉄鋼板11及び振動センサ吸着用鉄鋼板12にそれぞれ固定する動作を制御する固定制御シーケンスの一例を表すフローチャートである。   FIG. 10 is a flowchart showing an example of a fixed control sequence for controlling the operation of fixing the vibration device 18 and the vibration sensor 19 to the vibration device adsorption steel plate 11 and the vibration sensor adsorption steel plate 12, respectively.

このシーケンスでは、まず、ロック用電動モータ30を駆動してロック用ハンド29を開き、スライドフレーム27の移動ロックを解除する(ステップS21)。次いで、スライドフレーム用電動アクチュエータ28を駆動し、スライドフレーム27を吸着位置方向に移動させる(ステップS22)。この操作は、吸着位置確認センサ31によってスライドフレーム27が吸着位置まで移動したと判断する(ステップS23)まで行われ、移動したことを検出した場合は、スライドフレーム用電動アクチュエータ28の駆動を停止してスライドフレーム27をその位置で停止させる(ステップS24)。   In this sequence, first, the locking electric motor 30 is driven to open the locking hand 29, and the movement lock of the slide frame 27 is released (step S21). Next, the slide frame electric actuator 28 is driven to move the slide frame 27 toward the suction position (step S22). This operation is performed until it is determined by the suction position confirmation sensor 31 that the slide frame 27 has moved to the suction position (step S23), and when the movement is detected, the drive of the slide frame electric actuator 28 is stopped. The slide frame 27 is stopped at that position (step S24).

次いで、電磁石用電動アクチュエータ35を駆動し、電磁石33及び34のスイッチ33a及び34bをオン方向に回動させる(ステップS25)。この操作は、オン状態確認センサ40によって電磁石33及び34がオン状態となったことを検出する(ステップS26)まで行われ、オン状態となったことを検出した場合は、電磁石用電動アクチュエータ35の駆動を停止させる(ステップS27)。これにより、電磁石33及び34が加振装置吸着用鉄鋼板11に吸着し、加振装置18がコンクリート構造物10の表面に固定される。   Next, the electromagnet electric actuator 35 is driven, and the switches 33a and 34b of the electromagnets 33 and 34 are turned in the ON direction (step S25). This operation is performed until the on-state confirmation sensor 40 detects that the electromagnets 33 and 34 are turned on (step S26). When it is detected that the electromagnets 33 and 34 are turned on, The driving is stopped (step S27). Thereby, the electromagnets 33 and 34 are attracted to the steel plate 11 for attracting the vibration device, and the vibration device 18 is fixed to the surface of the concrete structure 10.

一方、各振動センサ19における、振動センサ用電動アクチュエータ48を駆動し、振動センサケース46を吸着位置方向に移動させる(ステップS28)。この操作は、吸着位置確認センサ49によって振動センサケース46が吸着位置まで移動したと判断する(ステップS29)まで行われ、移動したことを検出した場合は、振動センサ用電動アクチュエータ48の駆動を停止して振動センサケース46をその位置で停止させる(ステップS30)。次いで、電磁ホルダ45の電磁石を付勢してこの電磁ホルダ45を振動センサ吸着用鉄鋼板12に吸着させる(ステップS31)。同様の動作が全ての振動センサ19について行われることにより、全ての振動センサ19がそれぞれの位置においてコンクリート構造物10の表面に固定される。   On the other hand, the vibration sensor electric actuator 48 in each vibration sensor 19 is driven to move the vibration sensor case 46 toward the suction position (step S28). This operation is performed until it is determined by the suction position confirmation sensor 49 that the vibration sensor case 46 has moved to the suction position (step S29), and when the movement is detected, the drive of the vibration sensor electric actuator 48 is stopped. Then, the vibration sensor case 46 is stopped at that position (step S30). Next, the electromagnet of the electromagnetic holder 45 is energized to attract the electromagnetic holder 45 to the vibration sensor adsorption steel plate 12 (step S31). By performing the same operation for all the vibration sensors 19, all the vibration sensors 19 are fixed to the surface of the concrete structure 10 at the respective positions.

図11は加振装置18及び振動センサ19を加振装置吸着用鉄鋼板11及び振動センサ吸着用鉄鋼板12からそれぞれ解放する動作を制御する解放制御シーケンスの一例を表すフローチャートである。   FIG. 11 is a flowchart showing an example of a release control sequence for controlling the operation of releasing the vibration device 18 and the vibration sensor 19 from the vibration device adsorption steel plate 11 and the vibration sensor adsorption steel plate 12, respectively.

このシーケンスでは、まず、電磁石用電動アクチュエータ35を駆動し、電磁石33及び34のスイッチ33a及び34bをオフ方向に回動させる(ステップS41)。この操作は、オフ状態確認センサ41によって電磁石33及び34がオフ状態となったことを検出する(ステップS42)まで行われ、オフ状態となったことを検出した場合は、電磁石用電動アクチュエータ35の駆動を停止させる(ステップS43)。これにより、電磁石33及び34の加振装置吸着用鉄鋼板11への吸着が解除され、加振装置18はコンクリート構造物10の表面から離れることが可能となる。次いで、スライドフレーム用電動アクチュエータ28を駆動し、スライドフレーム27を離脱方向に移動させる(ステップS44)。この操作は、初期位置確認センサ32によってスライドフレーム27が初期位置まで移動したと判断する(ステップS45)まで行われ、移動したことを検出した場合は、スライドフレーム用電動アクチュエータ28の駆動を停止してスライドフレーム27をその位置で停止させる(ステップS46)。次いで、ロック用電動モータ30を駆動してロック用ハンド29を閉じ、スライドフレーム27の移動をロックする(ステップS47)。   In this sequence, first, the electromagnet electric actuator 35 is driven to rotate the switches 33a and 34b of the electromagnets 33 and 34 in the off direction (step S41). This operation is performed until the off-state confirmation sensor 41 detects that the electromagnets 33 and 34 are turned off (step S42). When it is detected that the electromagnets 33 and 34 are turned off, The driving is stopped (step S43). Thereby, the adsorption of the electromagnets 33 and 34 to the steel plate 11 for attracting the vibration device is released, and the vibration device 18 can be separated from the surface of the concrete structure 10. Next, the slide frame electric actuator 28 is driven to move the slide frame 27 in the disengagement direction (step S44). This operation is performed until it is determined by the initial position confirmation sensor 32 that the slide frame 27 has moved to the initial position (step S45). When the movement is detected, the driving of the slide frame electric actuator 28 is stopped. The slide frame 27 is stopped at that position (step S46). Next, the locking electric motor 30 is driven to close the locking hand 29 and lock the movement of the slide frame 27 (step S47).

一方、各振動センサ19における、電磁ホルダ45の電磁石の付勢を停止してこの電磁ホルダ45の振動センサ吸着用鉄鋼板12への吸着を解除する(ステップS48)。次いで、振動センサ用電動アクチュエータ48を駆動し、振動センサケース46を離脱方向に移動させる(ステップS49)。この操作は、初期位置確認センサ50によって振動センサケース46が初期位置まで移動したと判断する(ステップS50)まで行われ、移動したことを検出した場合は、振動センサ用電動アクチュエータ48の駆動を停止して振動センサケース46をその位置で停止させる(ステップS51)。同様の動作が全ての振動センサ19について行われることにより、全ての振動センサ19がそれぞれの位置においてコンクリート構造物10の表面から解放される。
以上説明した制御シーケンスを単独でそれぞれ実行して加振装置18及び振動センサ19の移動及び固定等の操作を行っても良いが、本実施形態では、これらを組み合わせて実行することによって、操作がより簡単となるように構成されている。
On the other hand, the biasing of the electromagnet of the electromagnetic holder 45 in each vibration sensor 19 is stopped, and the adsorption of the electromagnetic holder 45 to the vibration sensor adsorption steel plate 12 is released (step S48). Next, the vibration sensor electric actuator 48 is driven to move the vibration sensor case 46 in the detaching direction (step S49). This operation is performed until the initial position confirmation sensor 50 determines that the vibration sensor case 46 has moved to the initial position (step S50), and when the movement is detected, the drive of the vibration sensor electric actuator 48 is stopped. Then, the vibration sensor case 46 is stopped at that position (step S51). The same operation is performed for all the vibration sensors 19 so that all the vibration sensors 19 are released from the surface of the concrete structure 10 at the respective positions.
The control sequence described above may be executed individually to perform operations such as movement and fixation of the vibration device 18 and the vibration sensor 19, but in this embodiment, operations are performed by combining these operations. It is configured to be simpler.

図12は本実施形態におけるシーケンスコントローラの全体的な制御処理の一例を概略的に示すフローチャートである。   FIG. 12 is a flowchart schematically showing an example of the overall control processing of the sequence controller in the present embodiment.

オペレータが、例えば、制御操作装置25のタッチディスプレイ25aを操作して、前進及び停止動作を指示したとすると、シーケンスコントローラ25bはこの図12に示す制御処理を実行する。   For example, when the operator operates the touch display 25a of the control operation device 25 to instruct forward and stop operations, the sequence controller 25b executes the control process shown in FIG.

まず、今回が最初の移動であるかどうか判別する(ステップS61)。最初の移動ではなく、加振装置18及び振動センサ19がコンクリート構造物10に固定されている状態からの移動である場合は、図11に示した解放制御シーケンスを実行し(ステップS62)、加振装置18及び振動センサ19をコンクリート構造物10の表面に沿って次の測定位置に移動可能な状態とする。   First, it is determined whether or not this time is the first movement (step S61). When the movement is not from the initial movement but from the state where the vibration device 18 and the vibration sensor 19 are fixed to the concrete structure 10, the release control sequence shown in FIG. 11 is executed (step S62). The vibration device 18 and the vibration sensor 19 are moved to the next measurement position along the surface of the concrete structure 10.

次いで、又は最初の移動であり加振装置18及び振動センサ19がコンクリート構造物10に固定されていない状態からの移動である場合は、図8に示した前進及び停止制御シーケンスを実行し(ステップS63)、加振装置18及び振動センサ19をコンクリート構造物10の表面に沿って前進させ、次の測定位置に移動させる。   Next, or when it is the first movement and the vibration device 18 and the vibration sensor 19 are not fixed to the concrete structure 10, the forward and stop control sequence shown in FIG. S63), the vibration exciter 18 and the vibration sensor 19 are moved forward along the surface of the concrete structure 10 and moved to the next measurement position.

次いで、図10に示した固定制御シーケンスを実行し(ステップS64)、加振装置18及び振動センサ19をコンクリート構造物10の表面に固定する。   Next, the fixing control sequence shown in FIG. 10 is executed (step S64), and the vibration device 18 and the vibration sensor 19 are fixed to the surface of the concrete structure 10.

その後、診断解析装置43により、その位置で診断及び解析処理が実行される(ステップS65)。   Thereafter, diagnosis and analysis processing is executed at the position by the diagnostic analyzer 43 (step S65).

図13は本実施形態におけるシーケンスコントローラの全体的な制御処理の他の例を概略的に示すフローチャートである。   FIG. 13 is a flowchart schematically showing another example of the overall control processing of the sequence controller in the present embodiment.

オペレータが、例えば、制御操作装置25のタッチディスプレイ25aを操作して、後進及び停止動作を指示したとすると、シーケンスコントローラ25bはこの図13に示す制御処理を実行する。   For example, if the operator operates the touch display 25a of the control operation device 25 to instruct reverse and stop operations, the sequence controller 25b executes the control process shown in FIG.

まず、今回が最初の移動であるかどうか判別する(ステップS71)。最初の移動ではなく、加振装置18及び振動センサ19がコンクリート構造物10に固定されている状態からの移動である場合は、図11に示した解放制御シーケンスを実行し(ステップS72)、加振装置18及び振動センサ19をコンクリート構造物10の表面に沿って次の測定位置に移動可能な状態とする。   First, it is determined whether or not this time is the first movement (step S71). When the movement is not from the initial movement but from the state in which the vibration device 18 and the vibration sensor 19 are fixed to the concrete structure 10, the release control sequence shown in FIG. 11 is executed (step S72). The vibration device 18 and the vibration sensor 19 are moved to the next measurement position along the surface of the concrete structure 10.

次いで、又は最初の移動であり加振装置18及び振動センサ19がコンクリート構造物10に固定されていない状態からの移動である場合は、図9に示した後進及び停止制御シーケンスを実行し(ステップS73)、加振装置18及び振動センサ19をコンクリート構造物10の表面に沿って後進させ、次の測定位置に移動させる。   Next, or when it is the first movement and the vibration device 18 and the vibration sensor 19 are moved from a state where they are not fixed to the concrete structure 10, the reverse and stop control sequence shown in FIG. S73), the vibration exciter 18 and the vibration sensor 19 are moved backward along the surface of the concrete structure 10 and moved to the next measurement position.

次いで、図10に示した固定制御シーケンスを実行し(ステップS74)、加振装置18及び振動センサ19をコンクリート構造物10の表面に固定する。   Next, the fixing control sequence shown in FIG. 10 is executed (step S74), and the vibration device 18 and the vibration sensor 19 are fixed to the surface of the concrete structure 10.

その後、診断解析装置43により、その位置で診断及び解析処理が実行される(ステップS75)。   Thereafter, diagnosis and analysis processing is executed at the position by the diagnostic analyzer 43 (step S75).

図14は本実施形態における診断ロボットシステムの診断及び解析機能に係る電気的構成を概略的に示すブロック図である。   FIG. 14 is a block diagram schematically showing an electrical configuration relating to a diagnosis and analysis function of the diagnostic robot system in the present embodiment.

同図に示すように、加振装置18内の振動素子42a及び11個の振動センサ19の各々における振動ピックアップ44はケーブルキャリア15内に収納されている信号線を介して診断解析装置43に電気的に接続されている。   As shown in the figure, the vibration pickup 44 in each of the vibration element 42 a and the eleven vibration sensors 19 in the vibration device 18 is electrically connected to the diagnostic analysis device 43 via a signal line housed in the cable carrier 15. Connected.

診断解析装置43は、この診断解析装置43全体の動作を統括的に制御する統括制御部43aと、振動ピックアップ44が検出した応答から振動モードを求めてコンクリート構造物10の健全度を最終的に求める解析ユニット43bと、振動ピックアップ44からの計測信号の増幅器43cと、A/D変換器43dと、振動素子42aを振動させるための波形信号を発生する信号発生部43eと、この波形信号から駆動信号を生成する駆動部43fとを主に備えている。統括制御部43a及び解析ユニット43bは、本実施形態では、デジタルコンピュータで構成されている。   The diagnostic analysis device 43 finally determines the soundness of the concrete structure 10 by obtaining a vibration mode from the response detected by the vibration pickup 44 and the overall control unit 43a that comprehensively controls the operation of the entire diagnosis analysis device 43. An analysis unit 43b to be obtained, an amplifier 43c for a measurement signal from the vibration pickup 44, an A / D converter 43d, a signal generator 43e for generating a waveform signal for vibrating the vibration element 42a, and driving from this waveform signal It mainly includes a drive unit 43f that generates a signal. In the present embodiment, the overall control unit 43a and the analysis unit 43b are configured by a digital computer.

統括制御部43aは、診断対象であるコンクリート構造物10の健全度を最も適切に診断するための加振条件を指示すると共に、診断結果を表示等することにより診断処理全体を統括する。また、診断開始時には、診断開始指令や加振条件等の制御データを信号発生部43eを介して駆動部43fへ送る。さらに、振動ピックアップ44からの計測データを解析ユニット43bへ送ると共に、この解析ユニット43bから診断結果を受取って画面表示する。   The overall control unit 43a supervises the entire diagnosis process by instructing an excitation condition for diagnosing the soundness of the concrete structure 10 to be diagnosed most appropriately and displaying the diagnosis result. At the start of diagnosis, control data such as a diagnosis start command and vibration conditions are sent to the drive unit 43f via the signal generator 43e. Further, the measurement data from the vibration pickup 44 is sent to the analysis unit 43b, and the diagnosis result is received from the analysis unit 43b and displayed on the screen.

信号発生部43eは、統括制御部43aからの加振条件に基づき、診断対象に付与する振動の波形信号を発生する。この波形信号は駆動部43fにおいて増幅されて駆動信号となり、ケーブルキャリア15内に収納されている信号線を介して加振装置18の振動素子42aに印加される。この信号発生部43eは、ファンクションジェネレータやマルチファンクションシンセサイザ等から構成され、統括制御部43aからの加振条件に応じたアナログ信号の波形信号を生成して出力する。一般にマルチファンクションジェネレータやマルチファンクションシンセサイザでは、それ自体においてサイン波、矩形波、ノコギリ波等の一般的な波形信号を生成することができるが、診断対象や目的に応じて任意の波形信号が作成できる機能を具備していることが望ましい。マルチファンクションジェネレータを用いることにより、複数の加振装置を用いてマルチチャネルによる加振が可能となる。即ち、各加振装置毎に加振のタイミングをずらしたり、位相を変えたり、振幅、周波数若しくは加振時間を変えたり、さらにはスイープ振動(振幅や周波数を時間と共に変化させた振動)させたり等診断対象や目的に応じた加振が可能となる。   The signal generation unit 43e generates a waveform signal of vibration to be applied to the diagnosis target based on the excitation condition from the overall control unit 43a. This waveform signal is amplified by the drive unit 43 f to become a drive signal, and is applied to the vibration element 42 a of the vibration device 18 through the signal line stored in the cable carrier 15. The signal generator 43e is composed of a function generator, a multifunction synthesizer, etc., and generates and outputs a waveform signal of an analog signal corresponding to the excitation condition from the overall control unit 43a. In general, multi-function generators and multi-function synthesizers can generate general waveform signals such as sine waves, rectangular waves, and sawtooth waves themselves, but any waveform signal can be created according to the diagnosis target and purpose. It is desirable to have a function. By using the multi-function generator, it is possible to perform multi-channel vibration using a plurality of vibration devices. That is, the timing of vibration is shifted for each vibration device, the phase is changed, the amplitude, the frequency or the vibration time is changed, and further sweep vibration (vibration in which the amplitude or frequency is changed with time) is performed. It is possible to vibrate according to the object of diagnosis and purpose.

駆動部43fは、信号発生部43eからの波形信号を所定のゲインで増幅し、これを駆動信号としてケーブルキャリア15内に収納されている信号線を介して加振装置18の振動素子42aへ出力する。なお、ゲインは、信号発生部43eから指定できるようにしてもよい。   The drive unit 43f amplifies the waveform signal from the signal generation unit 43e with a predetermined gain, and outputs the amplified signal as a drive signal to the vibration element 42a of the vibration exciter 18 via the signal line stored in the cable carrier 15. To do. The gain may be specified from the signal generator 43e.

振動ピックアップ44には、その出力であるアナログの計測信号を増幅する増幅器43cがケーブルキャリア15内に収納されている信号線を介して接続されており、この増幅器43cにはその出力信号をディジタル変換するA/D変換器43dが接続されている。増幅器43cは、各計測器に対応して設けられたシグナルコンディショナ等からなり、主にA/D変換器43dに入力する信号レベルの調整を行う。各増幅器のゲインは計測器の構成や診断対象の構成に依存して設定される。即ち、各増幅器のゲインは一定となるように(少なくとも同一レベルの信号が入力されたときに同一レベルの信号が出力されるように)設定する必要があり、また増幅器43cからの信号をディジタル信号に変換する際にオーバーフローを起こさないように設定する。なお、診断対象に応じて付与する振動のエネルギを調整したい場合や、印加する振動エネルギを連続的に変化させたい場合には、固定ゲインの増幅器であるとオーバーフローを起こしてしまう場合があるので、ゲインは調整可能であることが望ましい。このゲイン調整は、マニュアル調整でもよく、また、統括制御部43aからゲイン調整できるようにしても良い。   An amplifier 43c for amplifying an analog measurement signal as an output is connected to the vibration pickup 44 via a signal line housed in the cable carrier 15, and the output signal is digitally converted to the amplifier 43c. An A / D converter 43d is connected. The amplifier 43c is composed of a signal conditioner or the like provided for each measuring instrument, and mainly adjusts the signal level input to the A / D converter 43d. The gain of each amplifier is set depending on the configuration of the measuring instrument and the configuration of the diagnosis target. That is, it is necessary to set the gain of each amplifier to be constant (at least when the same level signal is input, the same level signal is output), and the signal from the amplifier 43c is a digital signal. Set to prevent overflow when converting to. If you want to adjust the vibration energy to be applied according to the diagnosis target, or if you want to continuously change the vibration energy to be applied, it may cause overflow if it is a fixed gain amplifier, It is desirable that the gain is adjustable. This gain adjustment may be manual adjustment, or gain adjustment may be performed from the overall control unit 43a.

A/D変換器43dには統括制御部43aが接続されており、ディジタルの計測信号がこの統括制御部43aに入力されるように構成されている。   A general control unit 43a is connected to the A / D converter 43d, and a digital measurement signal is input to the general control unit 43a.

解析ユニット43bは、計測データから診断対象の1次〜n次の振動モードにおける固有振動数(以下実験固有振動数)を求める実験モード解析部43bと、理論的に診断対象の1次〜n次の振動モードにおける固有振動数(以下理論固有振動数)を算出する理論解析部43bと、理論固有振動数が実験固有振動数と所定条件下で一致するか否かを判断して健全度診断を行う評価部43bと、診断情報、理論固有振動数及び実験固有振動数等の情報を保存する解析データベース(解析DB)部43bとを備えている。 The analysis unit 43b includes an experimental mode analysis unit 43b 1 that obtains a natural frequency (hereinafter referred to as an experimental natural frequency) in a primary to n-th vibration mode of a diagnosis target from measurement data, and theoretically a primary to n of a diagnosis target. the theoretical analysis unit 43 b 2 for calculating the natural frequency (hereinafter theoretical natural frequency) in the next vibration mode, soundness theoretical natural frequency to determine whether they match the experimental natural frequencies and the predetermined conditions An evaluation unit 43b 3 that performs diagnosis and an analysis database (analysis DB) unit 43b 4 that stores information such as diagnosis information, theoretical natural frequency, and experimental natural frequency are provided.

以下、この解析ユニット43bについて、より詳細に説明する。   Hereinafter, the analysis unit 43b will be described in more detail.

診断すべきコンクリート構造物10に損傷等の変状が生じると、印加した振動の応答を計測してそのパワースペクトルのピーク周波数が変位する。即ち、変状発生の有無が、パワースペクトルに違いが生じているか否かを判断することにより知ることができる。従って、パワースペクトルが健全時のものからどのように変化したかを比較することにより健全度診断が可能となる。   When deformation such as damage occurs in the concrete structure 10 to be diagnosed, the response of the applied vibration is measured, and the peak frequency of the power spectrum is displaced. That is, the presence or absence of occurrence of deformation can be known by determining whether or not there is a difference in the power spectrum. Therefore, by comparing how the power spectrum has changed from that at the time of soundness, it is possible to perform soundness diagnosis.

しかしながら、これによって変状の発生が判断できても、その変状の位置やそのような変状が起きているかまでは判断することができない。そこで、かかる変状点の位置や変状内容までも診断内容とすべく、評価部43bでは、解析アルゴリズムを用いている。 However, even if the occurrence of the deformation can be determined by this, it is impossible to determine the position of the deformation and whether such a deformation has occurred. Therefore, also in order to the diagnostic contents to a position and Henjo contents of such Deformation point, the evaluation unit 43 b 3, and using an analysis algorithm.

このような解析アルゴリズムとしては、遺伝的アルゴリズム(GA:Genetic Algorlthm)、ニューロネットワーク回帰分析、多変量解析、パターン認識解析等が適用可能であるが、この中でも最適化問題に非常に有効であるとされている遺伝的アルゴリズムを用いた場合を以下説明する。   As such an analysis algorithm, a genetic algorithm (GA), neuronetwork regression analysis, multivariate analysis, pattern recognition analysis, and the like can be applied, but among them, it is very effective for optimization problems. The case where the genetic algorithm currently used is used is demonstrated below.

まず、GAの概要を簡単に説明する。GAはもともと、生物界にある遺伝の法則を模擬して案出された手法で、複数の解を遺伝的に変化させながら、より良い解を求める手法である。そして、この解を遺伝子という形で表現する(コーディングする)。   First, the outline of GA will be briefly described. GA is a technique originally devised by simulating the laws of heredity in the living world, and is a technique for finding a better solution while genetically changing multiple solutions. This solution is expressed (coded) in the form of a gene.

図15は、GAのアルゴリズムを示すフローチャートである。   FIG. 15 is a flowchart showing the GA algorithm.

GAでは、まず、解(個体)の集団である初期集団(個体群)を作成する(ステップS81)。この個体は診断対象の1の変状状態に対応し、この個体を特徴付ける遺伝子情報として変状点の位置等を用いる。   In GA, first, an initial group (individual group) that is a group of solutions (individuals) is created (step S81). This individual corresponds to one deformed state to be diagnosed, and the position of the deformed point or the like is used as genetic information characterizing this individual.

次に、評価を行う。評価は全ての個体(解)について適合度を求めて、この適合度に基づき次の世代に残す個体を決定する(ステップS82、ステップS83)。この適合度は、解の評価の高さのようなもので、良い解ほど高い適合度が得られるように評価関数を設定する。なお、本発明においては、各個体の理論固有振動数を計算して、この理論固有振動数が実験固有振動数とどの程度適合(一致)しているか(良い解であるか)を評価関数により評価する。評価関数については後述する。   Next, evaluation is performed. In the evaluation, the fitness is obtained for all individuals (solutions), and individuals to be left in the next generation are determined based on the fitness (steps S82 and S83). This goodness of fit is like the height of the evaluation of the solution, and the evaluation function is set so that the better the better the solution, the higher the goodness of fit. In the present invention, the theoretical natural frequency of each individual is calculated, and how well this theoretical natural frequency matches (matches) with the experimental natural frequency (is a good solution) by an evaluation function. evaluate. The evaluation function will be described later.

変状態様が鉄鋼材においてボルトが弛緩したような場合には、想定した個体の中に最適解を見出せる場合も多いが、コンクリート構造物の剥離のような場合には、想定した個体からは最適解を見いだすことができないこともあり得る。そこで、GAにおいては、GAオペレータと称される交叉や突然変異操作を行う(ステップS84)。   In the case where the bolt is relaxed in the steel material, the optimal solution can often be found in the assumed individual, but in the case of concrete structure peeling, it is optimal from the assumed individual. It may not be possible to find a solution. Therefore, in GA, crossover and mutation operations called GA operators are performed (step S84).

この交叉や突然変異操作は遺伝の法則をヒントに作られたもので、交叉では複数の親(一般には二つ個体)から遺伝子を受け継ぐ新しい個体(子)を一定の確率で発生させ、突然変異では交叉より低い確率で個体が発生するように設定する。   This crossover and mutation operation is based on the laws of heredity. In crossover, new individuals (children) that inherit genes from multiple parents (generally two individuals) are generated with a certain probability, and mutations are made. Then, it sets so that an individual may occur with a lower probability than crossover.

ただし、変状がボルトの弛緩ではなく、剥離であった場合には、交叉操作を繰返しても最適解が求まらないので、この場合には突然変異操作により剥離を変状内容とする個体を生成して探査を行うことになる。このような探査を一世代と考え所定回数について行い最適解を求める。   However, if the deformation is not loosening of the bolt but peeling, the optimum solution cannot be obtained even if the crossover operation is repeated. Will be generated and explored. Such an exploration is considered as one generation, and an optimal solution is obtained by performing a predetermined number of times.

図16はGAを用いて診断を行う場合の手順を示すフローチャートである。   FIG. 16 is a flowchart showing a procedure when a diagnosis is performed using the GA.

以下この図を用いて診断手順を説明する。まず、診断対象に加振する(ステップS91)。これにより、診断対象からは1次〜n次(n:整数)の振動モードを持つ応答振動が計測される。   The diagnostic procedure will be described below with reference to this figure. First, a vibration is applied to the diagnosis target (step S91). Thereby, a response vibration having a vibration mode of the first order to the nth order (n: integer) is measured from the diagnosis target.

そこで、解析ユニット43bの実験モード解析部43bでは、計測データのパワースペクトル分析を行い、変状により卓越した振幅が変化し、又は新たに卓越した振幅が生じるとして、この卓越点を探して実験固有振動数とする(ステップS92、ステップS93)。 Therefore, in the experiment mode analysis unit 43b 1 of the analysis unit 43b, the power spectrum analysis of the measurement data is performed, and an experiment is performed by searching for this superior point when the outstanding amplitude changes due to the deformation or a new outstanding amplitude occurs. The natural frequency is set (step S92, step S93).

例えば、診断対象に図17に示すような、周波数をスタート周波数からストップ周波数まで連続的に変化するスイープ振動を付与した場合には、図18に示すような計測データが観測される。そこで、実験モード解析部43bで、この計測データに対しパワースペクトル分析を行って、図19に示すようなパワースペクトルを得、同図で縦線を引いた所を実験固有振動数とする。 For example, when a sweep vibration in which the frequency is continuously changed from the start frequency to the stop frequency as shown in FIG. 17 is applied to the diagnosis target, measurement data as shown in FIG. 18 is observed. Therefore, the experimental modal analysis unit 43 b 1, with respect to the measurement data by performing power spectral analysis, to obtain a power spectrum as shown in Figure 19, to the place where by a vertical line with the experimental natural frequencies in FIG.

なお、計測データをフーリエ変換して周波数分析を行い、各周波数における振幅が卓越している点を実験固有振動数としてもよく、さらにはフーリエ変換して得られたデータに対し、パワースペクトル分析を行うことにより振幅変化を明確化し、これにより精度良く実験固有振動数を同定するようにしても良い。   Note that frequency analysis is performed by Fourier transforming the measured data, and the point where the amplitude at each frequency is excellent may be the natural frequency of the experiment. Furthermore, power spectrum analysis is performed on the data obtained by Fourier transform. By doing so, the amplitude change may be clarified, and thereby the experimental natural frequency may be identified with high accuracy.

図17に示すようなスイープ振動を付与する理由は、この変状点を共振させ、変状点の位置、大きさ、種類等の情報を計測データに含まれるようにするためである。   The reason for applying the sweep vibration as shown in FIG. 17 is to resonate the deformation point so that information such as the position, size, and type of the deformation point is included in the measurement data.

即ち、診断時においては変状点の位置等は不明であるので、幅広い周波数で加振することにより変状点を共振させて計測データにその情報が含まれるようにする。無論、変状点が特定できる場合や変状点が高精度に予測できる場合等においては、スイープ振動でなく一定振動数の振動であってもよく、また狭い範囲で周波数が変化する振動であっても良い。   That is, since the position of the deformation point is unknown at the time of diagnosis, the deformation point is resonated by vibrating at a wide frequency so that the measurement data includes the information. Of course, when the deformation point can be identified or when the deformation point can be predicted with high accuracy, the vibration may be a constant frequency instead of a sweep vibration, or a vibration whose frequency changes within a narrow range. May be.

図17において印加された振動は診断対象の表面又はその近傍を伝播する表面弾性波と考えているが、コンクリート構造物における鉄筋の腐食や酸性雨によるコンクリートの変状等の内部欠陥のように深い位置での変状を計測する際には、当然のことながらその深度まで振動を伝播させ、その応答が返ってくるだけのエネルギが必要になる。このため、例えば時間と共に振幅が増大するスイープ振動を付与する等の検出する変状点の深度に対応したエネルギの振動を印加することが必要となる。   The vibration applied in FIG. 17 is considered as a surface acoustic wave propagating on or near the surface to be diagnosed, but it is deep like an internal defect such as corrosion of reinforcing steel in a concrete structure or deformation of concrete due to acid rain. When measuring the deformation at the position, it is natural that energy is required to propagate the vibration to the depth and return the response. For this reason, for example, it is necessary to apply a vibration of energy corresponding to the depth of the detected deformation point, such as applying a sweep vibration whose amplitude increases with time.

図17におけるような診断対象の場合には、変状の態様としては(1)コンクリートの剥離、(2)材料劣化、(3)鉄筋との付着剥離、(4)表面のクラック等が想定することができる。   In the case of the diagnosis target as shown in FIG. 17, the deformation modes are assumed to be (1) concrete peeling, (2) material deterioration, (3) adhesion peeling with reinforcing bars, (4) surface cracks, and the like. be able to.

理論解析部43bは、診断対象の低次から高次の理論固有振動を有限要素法等を用いて算出する。有限要素法では、診断対象を複数の要素に分割し、各要素の境界条件を変化させて計算する。 Theoretical analysis unit 43 b 2 is the higher of the theoretical natural frequency from a low following diagnosis target is calculated using the finite element method or the like. In the finite element method, a diagnosis target is divided into a plurality of elements, and calculation is performed by changing the boundary conditions of each element.

このため予め想定される変状点に対応した要素分割が重要になる。例えば、変状として剥離が想定される場合には、要素の1に想定される剥離位置が含まれるように要素分割する。なお、変状として剥離を想定する場合には隣接する要素との連続性が無いとする境界条件を遺伝子情報に設定する。このように、想定される変状の性質に応じて遺伝子情報に設定し、これを演算パラメータとする。   For this reason, element division corresponding to the presumed deformation point is important. For example, when peeling is assumed as the deformation, the element is divided so that the peeling position assumed in 1 of the element is included. In addition, when peeling is assumed as the deformation, a boundary condition that there is no continuity with adjacent elements is set in the gene information. Thus, gene information is set according to the assumed property of deformation, and this is used as a calculation parameter.

最初の診断時(K=1)においては構造物の理論値算出に必要な定数を演算パラメータとして理論固有振動数を算出し、この理論固有振動数が実験固有振動数と所定条件で一致するようにこの演算パラメータを変化させる。そして、一致したときの演算パラメータを診断対象のその定数であると同定する。   At the time of the first diagnosis (K = 1), the theoretical natural frequency is calculated using the constants necessary for calculating the theoretical value of the structure as an operation parameter so that the theoretical natural frequency matches the experimental natural frequency under a predetermined condition. This calculation parameter is changed. Then, the operation parameter when matching is identified as the constant to be diagnosed.

これにより、実際の診断対象の固有振動数に近い(精度の高い)理論固有振動数を容易に求めることができ、演算に要する時間を短縮することが可能となる。   As a result, a theoretical natural frequency (high accuracy) close to the natural frequency of the actual diagnosis target can be easily obtained, and the time required for calculation can be shortened.

最初の診断時(K=1)とは、当該装置を設置した場合や設置後に解析データベースのデータが初期化された場合の最初に診断する時を意味している。診断対象の変状は状態変化を検出することにより行うため、最初の診断では(K=1)では元の状態に関するデータが存在しないため診断が行えず、またGAにおける個体群も設定されていない状態だからである。   The first diagnosis (K = 1) means the first diagnosis when the apparatus is installed or when the analysis database data is initialized after installation. Since the change of the diagnosis target is performed by detecting the state change, in the first diagnosis (K = 1), there is no data regarding the original state, so the diagnosis cannot be performed, and no individual group is set in GA. Because it is in a state.

このため、最初の診断時には、GAにおける個体群を設定し(ステップS94、ステップS96)、個体の遺伝子情報をコーディングする(ステップS97)。   For this reason, at the time of the first diagnosis, an individual group in GA is set (step S94, step S96), and the genetic information of the individual is coded (step S97).

その後、有限要素法により理論固有振動数を算出する(ステップS98)。このとき、遺伝子情報を構成する変状点位置を演算パラメータとして演算し、図20に示すような振動数(横軸)に対する振幅(縦軸)の曲線が得られる。   Thereafter, the theoretical natural frequency is calculated by the finite element method (step S98). At this time, the deformed point position constituting the gene information is calculated as a calculation parameter, and a curve of amplitude (vertical axis) with respect to the frequency (horizontal axis) as shown in FIG. 20 is obtained.

この曲線の極大値は、1次〜n次の振動モードにおける固有振動数に対応し、この固有振動数が変状の発生により影響を受けて、周波数変化等として現れているとする。   It is assumed that the maximum value of this curve corresponds to the natural frequency in the first to nth vibration modes, and this natural frequency is affected by the occurrence of the deformation and appears as a frequency change or the like.

評価部43bでは、このように得られた理論固有振動数fa(i)と実験固有振動数fe(i)とを予め設定した評価関数δに代入して適応度の評価を行う(ステップS99)。ここで、iはi次の振動モードの固有振動数であることを示している。評価関数δとしては、例えば下式のように理論固有振動数fa(i)と実験固有振動数fe(i)との差分の2乗を各振動モードで加算する関数とすることができる。無論、種々の評価関数δを定義することができ、例えば差分の絶対値を各振動モードで加算する関数としてもよい。 The evaluation unit 43b 3 evaluates the fitness by substituting the theoretical natural frequency fa (i) and the experimental natural frequency fe (i) obtained in this way into the preset evaluation function δ (step S99). ). Here, i indicates the natural frequency of the i-th vibration mode. As the evaluation function δ, for example, a function that adds the square of the difference between the theoretical natural frequency fa (i) and the experimental natural frequency fe (i) in each vibration mode as shown in the following equation. Of course, various evaluation functions δ can be defined. For example, the absolute value of the difference may be added in each vibration mode.

一方、ステップS94において、最初の診断(K=1)でないと判断された場合には、解析DB部141dから前回の診断結果であるデータD(K−1)を読込み、このデータD(K−1)に含まれている理論固有振動数とステップS93で求めた実験固有振動数とを用いて適応度を評価する(ステップS99)。   On the other hand, if it is determined in step S94 that the diagnosis is not the first diagnosis (K = 1), the data D (K-1), which is the previous diagnosis result, is read from the analysis DB unit 141d, and this data D (K- The fitness is evaluated using the theoretical natural frequency included in 1) and the experimental natural frequency obtained in step S93 (step S99).

このようにして得られた適応度が、一定の適応度基準値より小さいか否かを判断し(ステップS100)、適応度基準値より大きい場合(適応度が低い場合)には、予め設定した交叉確率Pc、突然変異確率Pmに基づいて遺伝子操作を行う(ステップS101)。このような処理を1世代として、予め設定された世代数まで繰返して最適解を求める。   It is determined whether or not the fitness value obtained in this way is smaller than a certain fitness reference value (step S100). If the fitness value is larger than the fitness reference value (when the fitness value is low), it is set in advance. Genetic manipulation is performed based on the crossover probability Pc and the mutation probability Pm (step S101). Such a process is set as one generation, and an optimum solution is obtained by repeating the process up to a preset number of generations.

最適解が求まると、診断が最初(K=1)で有るか否かを判断し、K=1の場合には求まった最適解からなる個体群をデータD(K)として解析DB部43bに保存する(ステップS105)。 When the optimum solution is obtained, it is determined whether or not the diagnosis is first (K = 1). When K = 1, the analysis DB unit 43b 4 uses the obtained individual solution consisting of the optimum solution as data D (K). (Step S105).

一方、診断が最初でない場合には(K≠1)、最適解の個体における遺伝子情報から変状位置や変状の内容を判断することにより健全度診断を行い(ステップS103、ステップS104)、その結果を保存する(ステップS105)。   On the other hand, if the diagnosis is not the first (K ≠ 1), the soundness diagnosis is performed by judging the change position and the change contents from the genetic information in the individual with the optimum solution (step S103, step S104), The result is stored (step S105).

以上説明したように、本実施形態によれば、吸着用鉄鋼板11をコンクリート構造物10に固着しておき、加振装置18を遠隔操作によりこの吸着用鉄鋼板11に磁気的に吸着及び離脱可能に構成する。加振装置18を吸着用鉄鋼板11に吸着した際にコンクリート構造物10に局部振動を与える。また、複数の振動センサ19を遠隔操作により吸着用鉄鋼板12に磁気的に吸着及び離脱可能に構成し、吸着した際にコンクリート構造物10の振動に対する応答を検出するように構成する。さらに、これら加振装置18及び複数の振動センサ19をコンクリート構造物10の診断すべき位置に遠隔操作で移動可能に構成する。診断すべき位置に移動した加振装置18及び複数の振動センサ19をコンクリート構造物10に磁気的に固定し、この状態で加振装置18から局部加振することによりコンクリート構造物10の健全度を求める。このように、遠隔操作によりコンクリート構造物10の診断すべき位置に加振装置18及び複数の振動センサ19を固定して診断することができるため、診断に手間がかからずかつ容易であり、安全性から又はスペース的に人が入れないような部所においても、適切な診断を行うことができる。さらに、大型のコンクリート構造物に対しても微小な欠陥を素早く、精度良く、かつ効率良く検出することができる。もちろん、コンクリート構造物の診断を鋼構造物と同様に診断できるので、コンクリート構造物の剥離落下等を容易に予測でき、従って、建築、トンネル等の診断を精度良くかつ容易に行うことができる。さらに、健全時にコンクリート構造物の同定を行っておくことにより、経年変化や強い圧力や衝撃など何らかのストレスが加わることによって引き起こされた局所的に変化が起こっている場所を特定することができる。また、局所的な変化を把握することができるので、その変化に応じて適切に対処することができアセットマネジメントの観点から見ても非常に有効である。さらに、構造物の維持管理技術の点から、微小な変状(予兆、徴候)を早期に発見して、予防的な補修補強を実施することが、構造物のライフサイクルコストを減少でき、維持管理経費の有効活用に資することができる。   As described above, according to the present embodiment, the steel plate for adsorption 11 is fixed to the concrete structure 10, and the vibration exciter 18 is magnetically attracted to and detached from the steel plate for adsorption 11 by remote control. Configure as possible. When the vibration exciter 18 is adsorbed to the adsorbing steel plate 11, local vibration is applied to the concrete structure 10. Further, the plurality of vibration sensors 19 are configured to be magnetically attracted to and detached from the adsorption steel plate 12 by remote control, and configured to detect a response to vibration of the concrete structure 10 when adsorbed. Further, the vibration device 18 and the plurality of vibration sensors 19 are configured to be movable to a position to be diagnosed on the concrete structure 10 by remote operation. The vibration level of the concrete structure 10 is determined by magnetically fixing the vibration device 18 and the plurality of vibration sensors 19 moved to the position to be diagnosed to the concrete structure 10 and then locally exciting the vibration device 18 in this state. Ask for. Thus, since the vibration device 18 and the plurality of vibration sensors 19 can be fixed and diagnosed at a position to be diagnosed of the concrete structure 10 by remote operation, the diagnosis is troublesome and easy, Appropriate diagnosis can be performed even in a place where people cannot enter because of safety or space. Furthermore, it is possible to detect minute defects quickly, accurately and efficiently even for large concrete structures. Of course, since the diagnosis of the concrete structure can be diagnosed in the same manner as the steel structure, it is possible to easily predict the peeling and dropping of the concrete structure, and therefore, the diagnosis of the building, the tunnel, etc. can be performed accurately and easily. Furthermore, by identifying a concrete structure when it is healthy, it is possible to identify a place where a local change caused by some kind of stress such as secular change, strong pressure, or impact is occurring. In addition, since it is possible to grasp local changes, it is possible to appropriately deal with the changes, which is very effective from the viewpoint of asset management. In addition, from the viewpoint of structure maintenance management technology, early detection of minute deformations (predictors and signs) and implementation of preventive repair and reinforcement can reduce and maintain the life cycle cost of structures. It can contribute to the effective use of administrative expenses.

また、変状などの欠陥情報は周波数のピークのみでなく振動モードにも影響するため、解析ユニット43bにおける理論解析部43bが振動モードを解析に入れるように構成しても良い。即ち、本実施形態のように、複数の振動センサ19をコンクリート構造物10上に等間隔に配列し、これら振動センサ19の振動ピックアップ44からの応答振幅の相対的変化を観測することにより振動モードの形状を得てその形状変化から変状の小さな影響を検出する。このように、振動モードの変化を検出した方が、周波数変化を検出する場合に比して、より高感度に欠陥を検出することができる。 Also, the defect information, such as varying shape to affect the vibration mode not only the peak frequency, theoretical analysis section 43b 2 of the analysis unit 43b may be configured to place the vibration modes in the analysis. That is, as in this embodiment, a plurality of vibration sensors 19 are arranged on the concrete structure 10 at equal intervals, and the vibration mode is observed by observing a relative change in response amplitude from the vibration pickup 44 of the vibration sensors 19. A small influence of deformation is detected from the shape change. As described above, it is possible to detect a defect with higher sensitivity when the change in the vibration mode is detected than when the change in the frequency is detected.

以下、本実施形態の理論解析部43bが用いる評価関数の導出について、具体的に説明する。 Hereinafter, the derivation of the evaluation function theoretical analysis portion 43 b 2 of the present embodiment is used will be described specifically.

まず、パワースペクトル密度(PSD)の定義について説明する。今、0からTの間における連続時間級数をx(t)とすると、離散的フーリエ変換(DFT)X(f)は以下のように定義される。ここで、i=√(−1)、f=巡回周波数(Hz)である。   First, the definition of power spectral density (PSD) will be described. Now, assuming that the continuous time series between 0 and T is x (t), the discrete Fourier transform (DFT) X (f) is defined as follows. Here, i = √ (−1) and f = cyclic frequency (Hz).


この式は複素式でありその大きさは、周波数に対するm/s又はgのような工学単位(EU)でプロットされる。これにより、パワースペクトルは下式のように定義される。ただし、*は複素共役を示している。

This equation is a complex equation and its magnitude is plotted in engineering units (EU) such as m / s 2 or g versus frequency. Thereby, the power spectrum is defined as follows. Note that * indicates a complex conjugate.


パワースペクトルは、単位(EU)の実数値周波数領域関数である。PSDであるG(f)は下式のように定義される。

The power spectrum is a real-valued frequency domain function in units (EU) 2 . G x (f), which is a PSD, is defined as:


ここで、E[ ]はX(f)のnサンプルに渡っての特定の周波数fについての集合平均を表している。このPSDの定義より、加振力の測定を行うことなく構造物の計測した応答、例えば加速度応答からPSDを算出できることが分かる。ただし、加振力は同一振幅及び同一振動波形でなければならない。このように、コンクリート構造物の健全度を診断する場合、加振力は測定する必要がない。

Here, E [] represents a set average for a specific frequency f over n samples of X (f). From the definition of PSD, it can be seen that PSD can be calculated from the measured response of the structure, for example, acceleration response, without measuring the excitation force. However, the excitation force must have the same amplitude and the same vibration waveform. Thus, when diagnosing the soundness of a concrete structure, it is not necessary to measure the excitation force.

次に、振動モードの導出について説明する。D(f)が周波数fかつチャネル番号iにおけるPSDの大きさであるとすると、損傷の前後におけるPSDの大きさの差の絶対値は下記のように表される。ここで、G(f)及びG- (f)は損傷していない場合及び損傷している場合のPSDの大きさをそれぞれ表している。 Next, derivation of the vibration mode will be described. Assuming that D i (f) is the PSD magnitude at frequency f and channel number i, the absolute value of the difference in PSD magnitude before and after damage is expressed as follows: Here, G i (f) and G- i * (f) represent the size of the PSD when it is not damaged and when it is damaged, respectively.


PSDの変化が周波数fからfの範囲の異なる周波数で測定された場合、マトリクス[D]は以下のようになる。ここで、nは測定点数である。

If a change of the PSD was measured in the range of different frequencies f m from the frequency f 1, the matrix [D] are as follows. Here, n is the number of measurement points.


このマトリクス[D]において、各列は同一周波数であるが異なる計測点におけるPSD変化を表している。異なる周波数におけるPSD変化の総和が、損傷発生及び損傷増大のインディケータとして使用可能である。換言すれば、損傷インディケータ(Total Change)が、下式のように、マトリクス[D]の行の和から算出される。

In this matrix [D], each column represents the PSD change at the same frequency but at different measurement points. The sum of PSD changes at different frequencies can be used as an indicator of damage occurrence and damage increase. In other words, the damage indicator (Total Change) is calculated from the sum of the rows of the matrix [D] as shown in the following equation.

しかしながら、この損傷インディケータ(Total Change)では、コンクリート構造物における損傷の位置については不明であるため、この損傷位置を表すインディケータを以下のようにして導出した。   However, in this damage indicator (Total Change), since the position of the damage in the concrete structure is unknown, the indicator indicating the damage position was derived as follows.

まず、各周波数におけるPSD変化の最大値(マトリクス[D]の各列の最大値)を抽出し、他の計測点で測定したPSD変化を全て削除する。例えば、マトリクス[D]において、D(f)が第1列の最大値であるとするとこの値がM(f)として用いられ、この列の他の全ての値が削除される。同様の処理が他の列に対しても行われることにより、異なる周波数におけるPSDの最大変化のマトリクス[M]が下式のように求められる。 First, a maximum value of PSD change at each frequency (maximum value of each column of matrix [D]) is extracted, and all PSD changes measured at other measurement points are deleted. For example, in the matrix [D], if D 3 (f 1 ) is the maximum value in the first column, this value is used as M 3 (f 1 ), and all other values in this column are deleted. . By performing the same process for other columns, a matrix [M] of the maximum change in PSD at different frequencies is obtained as in the following equation.


全ての計測点における損傷検出の周波数を監視するため、下記のような新たなマトリクス[C]が形成される。このマトリクスは、損傷されていない位置である0と、損傷された位置である1とから成っている。例えば、このマトリクス[C]において、M(f)及びM(f)に対応する位置に1が入っている。

In order to monitor the frequency of damage detection at all measurement points, the following new matrix [C] is formed. This matrix consists of 0, which is an undamaged position, and 1, which is a damaged position. For example, in this matrix [C], 1 is entered at a position corresponding to M 3 (f 1 ) and M 2 (f 2 ).


PSDの最大変化の合計SMは、下式のように、マトリクス[M]の行の和から算出される。

The total maximum change SM of the PSD is calculated from the sum of the rows of the matrix [M] as shown in the following equation.


異なる計測点において損傷を検出した回数の合計SCは、下式のように、マトリクス[C]の行の和から算出される。

The total SC of the number of times that damage is detected at different measurement points is calculated from the sum of the rows of the matrix [C] as shown in the following equation.


ノイズによる影響及び測定エラーを減少するために、ベクトル{SM}からベクトル{SM}における要素の標準偏差σ又はその2倍2σが減算される。負の減算結果は削除される。同様な処理がベクトル{SC}についてもなされ、その結果、下式が得られる。

In order to reduce the influence of noise and measurement errors, the standard deviation σ of the element in the vector {SM} or twice the two σ is subtracted from the vector {SM}. Negative subtraction results are deleted. Similar processing is performed for the vector {SC}, and as a result, the following equation is obtained.

以上の結果、下式に示すように、損傷インディケータ(Damage Indicator 1及びDamage Indicator 2)が{SMD}及び{SCD}のスカラー積から定義される。 As a result, as shown in the following formula, the damage indicators (Damage Indicator 1 and Damage Indicator 2) are defined from the scalar product of {SMD} and {SCD}.

これら損傷インディケータ(Damage Indicator 1及びDamage Indicator 2)は連続体であるコンクリート構造物の損傷の位置の評価に用いられ、一方、前述した損傷インディケータ(Total Change)は連続体であるコンクリート構造物の損傷の発生及びその程度の評価に用いられる。 These damage indicators (Damage Indicator 1 and Damage Indicator 2) are used to evaluate the position of damage in a continuous concrete structure, while the damage indicator (Total Change) described above is used to evaluate damage in a continuous concrete structure. It is used to evaluate the occurrence and extent of

本発明の変更態様として、解析ユニット43bにおける理論解析部43bが内部歪みエネルギの変化を解析に入れるように構成しても良い。これは、振動モードが得られるとコンクリート構造物全体の振動時の内部歪みエネルギの変化も得られるため、エネルギ比較を行うことによって欠陥検出を行うことができる。この場合も、複数の振動センサ19をコンクリート構造物10上に等間隔に配列し、これら複数の振動センサ19の振動ピックアップ44からの応答振幅の相対的変化を観測することにより振動モードを得てエネルギ比較を行う。このような内部歪みエネルギを比較する場合も周波数変化を検出する場合に比して、より高感度に欠陥を検出することができる。 As modifications of the present invention, theoretical analysis section 43b 2 of the analysis unit 43b may be configured to take into analyze changes in internal strain energy. This is because if the vibration mode is obtained, a change in internal strain energy during vibration of the entire concrete structure is also obtained, so that defect detection can be performed by comparing energy. Also in this case, a plurality of vibration sensors 19 are arranged on the concrete structure 10 at equal intervals, and a vibration mode is obtained by observing a relative change in response amplitude from the vibration pickup 44 of the plurality of vibration sensors 19. Compare energy. Even when such internal strain energy is compared, a defect can be detected with higher sensitivity than when a frequency change is detected.

以下、この変更態様の理論解析部43bが用いる評価関数の導出について、簡単に説明する。 Hereinafter, the derivation of the evaluation function that theoretical analysis unit 43 b 2 of this variant is used, will be described briefly.

内部歪みエネルギは、計測点の振動変位から算出される。限られた計測点の変位データを補完して振動モード形状を確定する。その変位による振動モード関数を例えば微分するなどしてコンクリート構造物全体の歪みエネルギを計算する。例えば、微少要素の歪みエネルギWeは、下式から求められる。
We=(σxεx+σyεy+σzεz+2τyzγyz+2τzxγzx+2τxyγxy)/2
The internal strain energy is calculated from the vibration displacement at the measurement point. The displacement mode shape is determined by complementing the displacement data of limited measurement points. The strain energy of the entire concrete structure is calculated by differentiating the vibration mode function due to the displacement, for example. For example, the strain energy We of the minute element can be obtained from the following equation.
We = (σxεx + σyεy + σzεz + 2τyzγyz + 2τzxγzx + 2τxyγxy) / 2

このWeが微少要素の歪みエネルギ関数であるため、これを構造部の体積全体で積分して評価関数である全体の歪みエネルギWを求める。即ち、W=∫We・dVから評価関数を求めることにより、この全体の歪みエネルギWの変化から連続体であるコンクリート構造物の評価を行う。   Since this We is a strain energy function of a minute element, this is integrated over the entire volume of the structure portion to obtain the entire strain energy W as an evaluation function. That is, by obtaining an evaluation function from W = ∫We · dV, the concrete structure as a continuum is evaluated from the change in the overall strain energy W.

本発明のさらなる変更態様として、解析ユニット43bにおける理論解析部43bが欠陥による振動モード形状の変化を周波数毎に重ね合わせることにより欠陥の影響をより明確に表すように構成しても良い。即ち、前述したマトリクス[D]においては、行が周波数f毎、列が計測点毎の損傷の程度Dを表しているため、周波数毎に欠陥の影響が求まることとなる。そこで、このマトリクス[D]を周波数fで重ね合わせることにより計測点毎の欠陥の影響が全周波数の影響として求まることとなり、損傷位置が非常に明確となる。 As a further modification of the present invention may be configured to represent the influence of defects more clearly by theoretical analysis unit 43 b 2 are superposed change in the vibration mode shapes due to defects in each frequency in the analysis unit 43b. That is, in the matrix [D] described above, since the row represents the degree of damage D for each frequency f and the column represents the degree of damage D for each measurement point, the influence of the defect is obtained for each frequency. Therefore, by superimposing this matrix [D] at the frequency f, the influence of defects at each measurement point is obtained as the influence of all frequencies, and the damage position becomes very clear.

なお、前述した実施形態においては、加振装置及び振動センサを電磁石によって磁気的に吸着及び離脱するようにしているが、加振装置及び振動センサを真空的に吸着及び離脱するように構成しても良いことは明らかである。また、そのような真空吸着装置は市販されており、その構成も良く知られているため、本明細書ではその説明を省略する。   In the above-described embodiment, the vibration device and the vibration sensor are magnetically attracted and separated by the electromagnet. However, the vibration device and the vibration sensor are configured to be attracted and separated by a vacuum. It is clear that it is also good. In addition, since such a vacuum suction device is commercially available and its configuration is well known, its description is omitted in this specification.

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。   All the embodiments described above are illustrative of the present invention and are not intended to be limiting, and the present invention can be implemented in other various modifications and changes. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.

本発明の一実施形態におけるコンクリート構造物の診断ロボットシステムの全体構成を概略的に示すブロック図である。1 is a block diagram schematically showing an entire configuration of a diagnostic robot system for a concrete structure in one embodiment of the present invention. 図1の実施形態における加振装置部分の構成を概略的に示す側面図である。It is a side view which shows schematically the structure of the vibration apparatus part in embodiment of FIG. 図2の加振装置部分の正面図である。It is a front view of the vibration apparatus part of FIG. 図2のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 図2の加振装置における電磁石及び加振部のみの構成を概略的に示す上面図である。It is a top view which shows roughly the structure of only the electromagnet and the vibration part in the vibration apparatus of FIG. 図1の実施形態における各振動センサの構成を概略的に示す側面図及び正面図である。It is the side view and front view which show schematically the structure of each vibration sensor in embodiment of FIG. 図1の実施形態における診断ロボットシステムの遠隔制御及び操作機能に係る電気的構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram schematically showing an electrical configuration related to remote control and operation functions of the diagnostic robot system in the embodiment of FIG. 1. 前進及び停止制御シーケンスの一例を表すフローチャートである。It is a flowchart showing an example of a forward and stop control sequence. 後進及び停止制御シーケンスの一例を表すフローチャートである。It is a flowchart showing an example of a reverse and stop control sequence. 固定制御シーケンスの一例を表すフローチャートである。It is a flowchart showing an example of a fixed control sequence. 解放制御シーケンスの一例を表すフローチャートである。It is a flowchart showing an example of a release control sequence. 図1の本実施形態におけるシーケンスコントローラの全体的な制御処理の一例を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows roughly an example of the whole control processing of the sequence controller in this embodiment of FIG. 図1の本実施形態におけるシーケンスコントローラの全体的な制御処理の他の例を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows roughly the other example of the whole control processing of the sequence controller in this embodiment of FIG. 図1の実施形態における診断ロボットシステムの診断及び解析機能に係る電気的構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram schematically showing an electrical configuration related to a diagnosis and analysis function of the diagnostic robot system in the embodiment of FIG. 1. GAのアルゴリズムを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the algorithm of GA. GAを用いて診断を行う場合の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure in the case of making a diagnosis using GA. 診断対象に付与する振動波形としてスイープ振動を例示する図である。It is a figure which illustrates a sweep vibration as a vibration waveform provided to a diagnostic object. 計測データを例示する図である。It is a figure which illustrates measurement data. 計測データからパワースペクトルを求めた図である。It is the figure which calculated | required the power spectrum from measurement data. 理論解析部で算出した振動モードの波形である。It is the waveform of the vibration mode calculated in the theoretical analysis part.

符号の説明Explanation of symbols

10 コンクリート構造物
11 加振装置吸着用鉄鋼板
12 振動センサ吸着用鉄鋼板
13 支持部材
14 走行レール
15 ケーブルキャリア
16 移動フレーム
17 案内ホイール
18 加振装置
19 振動センサ
20 走行用電動モータ
21 ラックギア
22 ピニオンギア
23 停止位置検出センサ
24 突起
25 制御操作装置(制御操作盤)
25a タッチディスプレイ
25b シーケンスコントローラ
26 スライドレール
27 スライドフレーム
28 スライドフレーム用電動アクチュエータ
29 ロック用ハンド
30 ロック用電動モータ
31、49 吸着位置確認センサ
32、50 初期位置確認センサ
33、34 電磁石
33a、34a スイッチ
35 電磁石用電動アクチュエータ
36 駆動ロッド
37、38 アーム
40 オン状態確認センサ
41 オフ状態確認センサ
42 加振部
42a 振動素子
42b 振動ロッド
42c 予圧ばね
42d ばね調整用ノブ
43 診断解析装置
43a 統括制御部
43b 解析ユニット
43b 実験モード解析部
43b 理論解析部
43b 評価部
43b 解析DB部
43c 増幅器
43d A/D変換器
43e 信号発生部
43f 駆動部
44 振動ピックアップ
45 電磁ホルダ
46 振動センサケース
47 案内部材
48 振動センサ用電動アクチュエータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Concrete structure 11 Steel plate for vibration apparatus adsorption | suction 12 Steel plate for vibration sensor adsorption | suction 13 Support member 14 Traveling rail 15 Cable carrier 16 Moving frame 17 Guide wheel 18 Exciting device 19 Vibration sensor 20 Electric motor for traveling 21 Rack gear 22 Pinion Gear 23 Stop position detection sensor 24 Projection 25 Control operation device (control operation panel)
25a Touch display 25b Sequence controller 26 Slide rail 27 Slide frame 28 Slide frame electric actuator 29 Locking hand 30 Locking electric motor 31, 49 Adsorption position confirmation sensor 32, 50 Initial position confirmation sensor 33, 34 Electromagnet 33a, 34a Switch 35 Electric actuator for electromagnet 36 Drive rod 37, 38 Arm 40 On-state confirmation sensor 41 Off-state confirmation sensor 42 Excitation part 42a Vibration element 42b Vibration rod 42c Preload spring 42d Spring adjustment knob 43 Diagnostic analysis device 43a Overall control part 43b Analysis unit 43b 1 experimental mode analysis unit 43b 2 theoretical analysis unit 43b 3 evaluation unit 43b 4 analysis DB unit 43c amplifier 43d A / D converter 43e signal generation unit 43f drive unit 44 Vibration Pickup 45 Electromagnetic Holder 46 Vibration Sensor Case 47 Guide Member 48 Electric Actuator for Vibration Sensor

Claims (14)

診断すべきコンクリート構造物の複数の位置に固着された磁性体板部材と、吸着した際に前記コンクリート構造物に局部振動を与えることが可能な加振装置と、遠隔操作により該磁性体板部材に磁気的に吸着及び離脱可能であり、吸着した際に前記コンクリート構造物の振動に対する応答を検出する少なくとも1つの振動検出手段と、前記加振装置及び前記少なくとも1つの振動検出手段を前記コンクリート構造物の診断すべき複数の位置に遠隔操作で移動可能な移動手段と、前記振動検出手段の検出によって得られる振動モードが健全時の振動モードからどのように変化したかに基づいて前記コンクリート構造物の健全度を求める解析手段とを備えており、
前記加振装置が、付勢されることによって該磁性体板部材に磁気的に吸着し、付勢が停止することによって該磁性体板部材から離脱する少なくとも1つの電磁石と、該少なくとも1つの電磁石に機械的に連結されており、振動を発生してその振動を前記コンクリート構造物の表面に印加する振動素子とを備えており、前記少なくとも1つの電磁石を遠隔操作することによって複数の位置に設けられた前記磁性体板部材に磁気的に吸着及び離脱可能に構成されていることを特徴とするコンクリート構造物の診断ロボットシステム。
A magnetic plate member fixed to a plurality of positions of the concrete structure to be diagnosed, and a vibrating device capable of providing a local vibration to the concrete structure upon adsorb, the magnetic plate by remote control At least one vibration detecting means capable of magnetically adsorbing and detaching from a member, and detecting a response to vibration of the concrete structure when adsorbed; the vibration exciter and the at least one vibration detecting means; The concrete structure based on how the vibration mode obtained by the detection of the vibration detecting means changes from the vibration mode in the healthy state, and the moving means that can be moved by remote operation to a plurality of positions to be diagnosed of the structure An analysis means for determining the soundness of an object ,
And at least one electromagnet that is magnetically attracted to the magnetic plate member by being energized and is detached from the magnetic plate member by being stopped, and the at least one electromagnet And a vibration element that generates vibration and applies the vibration to the surface of the concrete structure, and is provided at a plurality of positions by remotely operating the at least one electromagnet. A diagnostic robot system for a concrete structure, characterized in that it can be magnetically attracted to and detached from the magnetic plate member .
前記移動手段が、前記加振装置及び前記少なくとも1つの振動検出手段が取り付けられた移動フレームと、該移動フレームを前記コンクリート構造物の表面に沿って案内する案内手段と、前記移動フレームの位置を前記案内手段に従って遠隔的に移動させる駆動手段とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の診断ロボットシステム。   The moving means includes a moving frame to which the vibration exciter and the at least one vibration detecting means are attached; guide means for guiding the moving frame along the surface of the concrete structure; and a position of the moving frame. The diagnostic robot system according to claim 1, further comprising a drive unit that is moved remotely according to the guide unit. 前記案内手段が、前記コンクリート構造物の表面に取り付けられた走行レールと、該走行レールに係合し、前記移動フレームに取り付けられた案内ホイールとを備えていることを特徴とする請求項2に記載の診断ロボットシステム。   The said guide means is provided with the traveling rail attached to the surface of the said concrete structure, and the guide wheel which is engaged with this traveling rail and was attached to the said moving frame. The diagnostic robot system described. 前記駆動手段が、前記走行レールに取り付けられたラックギアと、前記移動フレームに取り付けられており前記ラックギアに噛合するピニオンギアと、該ピニオンギアを駆動する走行用電動モータと、前記移動フレームの停止位置を検出する停止位置検出センサとを備えていることを特徴とする請求項3に記載の診断ロボットシステム。   The driving means includes a rack gear attached to the traveling rail, a pinion gear attached to the moving frame and meshing with the rack gear, a traveling electric motor that drives the pinion gear, and a stop position of the moving frame The diagnostic robot system according to claim 3, further comprising a stop position detection sensor for detecting 前記加振装置を前記磁性体板部材の表面と垂直方向に遠隔操作によって移動可能な加振装置垂直駆動手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の診断ロボットシステム。 5. The apparatus according to claim 1, further comprising a vibration device vertical drive unit capable of moving the vibration device in a direction perpendicular to the surface of the magnetic plate member by remote operation. Diagnostic robot system. 前記加振装置垂直駆動手段によって前記加振装置が吸着位置まで移動したことを確認する吸着位置確認センサをさらに備えていることを特徴とする請求項5に記載の診断ロボットシステム。   6. The diagnostic robot system according to claim 5, further comprising a suction position confirmation sensor for confirming that the vibration device has moved to the suction position by the vibration device vertical drive means. 前記少なくとも1つの振動検出手段を前記磁性体板部材の表面と垂直方向に遠隔操作によって移動可能な振動検出手段垂直駆動手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の診断ロボットシステム。 7. The apparatus according to claim 1, further comprising a vibration detection means vertical drive means capable of moving the at least one vibration detection means in a direction perpendicular to the surface of the magnetic plate member by remote control. The diagnostic robot system according to the item. 前記振動検出手段垂直駆動手段によって前記少なくとも1つの振動検出手段が吸着位置まで移動したことを確認する吸着位置確認センサをさらに備えていることを特徴とする請求項7に記載の診断ロボットシステム。   The diagnostic robot system according to claim 7, further comprising a suction position confirmation sensor for confirming that the at least one vibration detection means has moved to the suction position by the vibration detection means vertical drive means. 前記少なくとも1つの電磁石の付勢及び付勢停止を確認するセンサをさらに備えていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の診断ロボットシステム。 The diagnostic robot system according to any one of claims 1 to 8, further comprising a sensor that confirms energization and deactivation of the at least one electromagnet. 前記少なくとも1つの振動検出手段が、前記移動手段の移動方向に沿って配列された複数の振動センサを備えていることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の診断ロボットシステム。 The diagnostic robot system according to any one of claims 1 to 9 , wherein the at least one vibration detecting unit includes a plurality of vibration sensors arranged along a moving direction of the moving unit. . 前記振動センサが等間隔に配列されており、前記解析手段が該複数の振動センサからの応答振幅の相対的変化を観測することにより振動モードの形状を得てその形状変化から変状の影響を検出する理論解析部を備えていることを特徴とする請求項10に記載の診断ロボットシステム。 The vibration sensors are arranged at equal intervals, and the analysis means obtains the shape of the vibration mode by observing the relative change in response amplitude from the plurality of vibration sensors, and the influence of the deformation is determined from the shape change. The diagnostic robot system according to claim 10 , further comprising a theoretical analysis unit for detection. 前記理論解析部が前記振動モードの形状の変化を周波数毎に重ね合わせることにより変状の影響を検出するように構成されていることを特徴とする請求項11に記載の診断ロボットシステム。 The diagnostic robot system according to claim 11 , wherein the theoretical analysis unit is configured to detect an influence of deformation by superimposing a change in shape of the vibration mode for each frequency. 前記振動センサが等間隔に配列されており、前記解析手段が該複数の振動センサからの応答振幅の相対的変化を観測することにより振動モードの形状を得て内部歪みエネルギの比較を行うことによって変状の影響を検出する理論解析部を備えていることを特徴とする請求項10に記載の診断ロボットシステム。 The vibration sensors are arranged at equal intervals, and the analysis means obtains the shape of the vibration mode by observing the relative change in response amplitude from the plurality of vibration sensors, and compares the internal strain energy. The diagnostic robot system according to claim 10 , further comprising a theoretical analysis unit that detects an influence of deformation. 前記解析手段が、前記少なくとも1つの振動検出手段からの計測データを解析して診断対象の固有振動数を実験固有振動数として求める実験モード解析部と、診断対象の1の変状状態を規定すると共に、変状点の位置等の変状を特徴付ける情報を遺伝子情報としてなる個体を複数定義し、該遺伝子情報に基づき各個体の固有振動数を演算して理論固有振動数とする理論解析部と、前記実験固有振動数と所定の一致度で一致する前記理論固有振動数を持つ前記個体を探査して、最も一致度の高い個体を特定し、該個体の遺伝子情報から変状状態を推定する評価部と、該評価部で探査した個体を保存して、次回の診断において当該保存された個体を用いて前記理論解析部が理論固有振動数を演算できるようにする解析データベースとを備えていることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の診断ロボットシステム。 The analysis means analyzes the measurement data from the at least one vibration detection means to determine the natural frequency of the diagnostic object as the experimental natural frequency, and defines one deformed state of the diagnostic object In addition, a theoretical analysis unit that defines a plurality of individuals as genetic information with information that characterizes the deformation such as the position of the deformation point, and calculates the natural frequency of each individual based on the genetic information to obtain a theoretical natural frequency; The individual having the theoretical natural frequency that matches with the experimental natural frequency with a predetermined coincidence is searched, the individual with the highest coincidence is identified, and the deformed state is estimated from the genetic information of the individual An evaluation unit and an analysis database that stores an individual searched by the evaluation unit and enables the theoretical analysis unit to calculate a theoretical natural frequency using the stored individual in the next diagnosis Diagnosis robotic system according to claim 1, any one of 10, wherein the door.
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