JP5813524B2 - 計測装置、および鉄筋外周形状計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋コンクリート構造の鉄筋の周形状を計測する計測装置等に関する。

近年、鉄筋コンクリート構造物の老朽化にともない「かぶりコンクリート」が剥落することが問題となっている。かぶりコンクリートの剥落は、構造物周辺の第三者に被害を及ぼす可能性があるために、構造物の管理者にはその防止に適切な対処が望まれるところである。従来、かぶりコンクリートの剥落を防止するためにさまざまな構造的工夫が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開平９−３０３０９５号公報 特開２０１１−１２４７１号公報

かぶりコンクリートの剥落を防止するためには、構造的工夫とは別にそのメカニズムの解明が重要である。その一つのアプローチとして非線形ＦＥＭ解析による研究が知られるところであるが、解析をより実用的にするためにはかぶりコンクリートの剥落の原因である鉄筋外周での腐食生成物の生成量（鉄筋腐食量）の形状の実測が不可欠である。

今までは、実験室に用意された鉄筋コンクリート試験体から腐食した鉄筋を取り出して実測することが行われていたが、更なる精度の向上の為には供用中の鉄筋コンクリート構造物に使われている鉄筋を実測するのが望まれる。しかし、強度の観点からすると、供用中の鉄筋コンクリート構造から鉄筋を切り出して測定するわけにはいかない。

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、供用中の鉄筋コンクリート構造物に埋設されている鉄筋を、切り出すことなくその外形を測定することを目的する。

以上の課題を解決するための第１の形態は、鉄筋コンクリート構造のコンクリート部分が除去されて裏面側を含む全周が露出された鉄筋の周形状を光学式のセンサーを用いて計測する計測装置であって、
前記センサーを有するセンサーユニット（例えば、図３のセンサーユニット２０）と、前記鉄筋を斜め側方から計測する第１位置と逆方向の斜め側方から計測する第２位置で前記センサーユニットを支持可能な支持部（例えば、図３のセンサーユニット支持部４０）と、を備え、
前記センサーユニットは、前記センサーから所定距離離れた前記センサーの計測光照射範囲内の所定位置に、計測光を前記鉄筋の裏面側に反射する光学素子（例えば、図３の計測光反射光学素子３０）を有し、
前記第１位置及び前記第２位置それぞれで計測することで前記鉄筋の全周の形状を計測可能な計測装置である。

第２の形態は、前記センサーユニットが、第１センサー（例えば、図３の第１レーザー変位センサー２６）及び第２センサー（例えば、図３の第２レーザー変位センサー２８）の２つの前記センサーを有し、
前記光学素子は、前記第２センサーの計測光を前記鉄筋の裏面側に反射する、第１の形態の計測装置である。

第６の形態は、第１の形態の計測装置を、前記鉄筋の真上に前記支持部が位置するように配置する配置ステップ（例えば、図５のステップＳ６）と、
前記センサーユニットの支持位置を前記第１位置として第１の計測を行う第１計測ステップ（例えば、図５のステップＳ１０）と、
前記センサーユニットの支持位置を前記第２位置として第２の計測を行う第２計測ステップ（例えば、図５のステップＳ１４）と、
を含む鉄筋外周形状計測方法である。

第１、第２、及び第６の形態によれば、全周が露出された鉄筋の裏面側を含む全周の形状を、第１位置及び第２位置から計測するだけで済む。鉄筋を切り出す必要はない。

第３の形態は、前記第１位置における前記第１センサー及び第２センサーそれぞれの計測区画（例えば、図８の第１区、第２区）、並びに、前記第２位置における前記第１センサー及び第２センサーそれぞれの計測区画（例えば、図８の第３区、第４区）の境界を示すために前記鉄筋に仮止めされる計測ガイドを更に備えた第２の形態の計測装置である。

第３の形態によれば、第２の形態と同様の効果が得られるとともに、計測ガイドを、第１位置及び第２位置で計測した結果を合成して全周形状の測定値を得る際基準とすることができるので、計測確度をより高めることができる。

第４の形態は、前記鉄筋を把持する把持部（例えば、図４の鉄筋把持部５０）と、
前記鉄筋コンクリート構造に当接する長さ調整可能な脚部（例えば、図４のアジャスターフット６６）と、を備え、前記鉄筋に対する装置本体の相対距離を前記把持部で保ち、前記鉄筋の周方向への装置本体の回転を前記脚部で制限することを特徴とする第１〜第３の何れかの形態の計測装置である。

第４の形態によれば、第１〜第３の形態の何れかと同様の効果が得られるとともに、計測中に計測対象と計測装置との相対位置がズレるのを防止し、計測精度を高めることができる。

第５の形態は、前記支持部を前記鉄筋の長手方向に移動可能に支持するリニアガイド部（例えば、図１のリニアガイド部４１、リニアレール４２、スライダ４４）を更に備えた第１〜第４の何れかの形態の計測装置である。

第５の形態によれば、第１〜第４の形態の何れかと同様の効果が得られるとともに、鉄筋の長手方向に沿ってセンサーユニットを移動できるので、一回の計測装置の設置で同じ鉄筋の複数箇所を簡単に計測できる。

計測装置の構成例を示す正面図。 計測装置の構成例を示す上面図。 計測装置の構成例を示すＡ−Ａ断面図。 計測装置の構成例を示すＢ−Ｂ断面図。 計測手順について説明するためのフローチャート。 計測手順ステップＳ２を解説するための図。 計測手順ステップＳ４を解説するための図。 計測手順ステップＳ４を解説するための図。 計測手順ステップＳ１０を解説するための図。 計測手順ステップＳ１４を解説するための図。 計測手順ステップＳ１６を解説するための図。 センサーユニットの変形例を示す図。

図１は、本発明を適用した計測装置の構成例を示す正面図である。図２は、同上面図である。図３及び図４は、それぞれ図１のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面における縦断面図である。

計測装置１０は、鉄筋コンクリート構造物２に埋設されている鉄筋４の周辺のコンクリートを除去して形成されたはつり空間６（供用中の鉄筋コンクリート構造物に形成された凹空間）において、露出させた鉄筋４の全周に亘る外周形状を測定する装置である。

計測装置１０は、鉄筋４の外周形状を測定するためのセンサーユニット２０と、当該センサーユニットをはつり空間６内に挿入するようにして鉄筋４に沿って移動可能に支持するためのセンサーユニット支持部４０と、同機構部と鉄筋４との相対位置を固定するための鉄筋把持部５０と、当該鉄筋把持部を含む装置全体を鉄筋コンクリート構造物２に対して支持するためのメインフレーム６０とを備える。

センサーユニット２０は、図３に示すように、（１）センサーユニット支持部４０に着脱自在なセンサーステー２４と、（２）同ステーに固定される第１レーザー変位センサー２６、第２レーザー変位センサー２８、及び計測光反射光学素子３０と、（３）鉄筋４に仮止めされる計測ガイド３２と、を備える。

センサーステー２４は、第１レーザー変位センサー２６と、第２レーザー変位センサー２８と、計測光反射光学素子３０とをはつり空間６内に懸架する部材であって、例えば板金製作される。

第１レーザー変位センサー２６と第２レーザー変位センサー２８は、計測対象に向けて計測光（走査光）を走査照射するとともにその反射光を受光して、計測対象までの距離を測定する事のできる光学式センサーであり、形状計測センサー等とも呼ばれる。本実施形態では、第１レーザー変位センサー２６及び第２レーザー変位センサー２８を、いわゆる２次元スキャン型のレーザ変位センサーとして説明する。例えば、赤外レーザーを計測光として所定照射角度範囲（計測光照射範囲；図３中の細破線表示された２等辺三角形の挟角）内に走査照射し、受光した反射光を用いて三角測量法にて走査ライン上の各測定点の距離を示す距離データを出力することができる。

計測光反射光学素子３０は第２レーザー変位センサー２８の計測光を反射・屈折させて、計測光の照射方向を変える部材である。例えば、赤外レーザを反射するように鏡面処理された鏡や、プリズムなどの光学素子により実現される。

第１レーザー変位センサー２６は、鉄筋４に対して斜め側方から（具体的には、鉄筋４の中心軸に直交する平面に沿って斜め４５°上方（鉄筋４を周方向に回り込んだ斜め４５°上方とも言える）から）計測光を照射する姿勢で、センサーステー２４に支持される。

第２レーザー変位センサー２８は、第１レーザー変位センサー２６と略平行となるようにセンサーステー２４に取り付られており、計測光照射範囲内の前方所定位置には計測光反射光学素子３０が配置されている。第２レーザー変位センサー２８の計測光は、第１レーザー変位センサー２６の計測光と略平行に照射されるが、計測光反射光学素子３０により第１レーザー変位センサー２６の計測光の照射方向と交差するように反射・屈折されて、最終的には鉄筋４に向けて斜め下４５°から照射される。よって、計測光反射光学素子３０により、第２レーザー変位センサー２８の計測光は鉄筋４の裏面側に照射されることとなる。つまり、第１レーザー変位センサー２６と第２レーザー変位センサー２８とを合わせると、少なくとも鉄筋４の半周が１回の計測光照射範囲に含まれるように構成されている。

尚、第１レーザー変位センサー２６、第２レーザー変位センサー２８、及び計測光反射光学素子３０の相対位置は、第１レーザー変位センサー２６の照射軸（図３中の一点鎖線）と、第２レーザー変位センサー２８の照射軸（図３中の一点鎖線）とが交差するように設定され、センサーから当該交差点までの距離が第１レーザー変位センサー２６と第２レーザー変位センサー２８とで同じになるように設定されている。また、交差点が鉄筋４の位置となるように計測装置１０が設置されるのは勿論である。

計測ガイド３２は、第１レーザー変位センサー２６と第２レーザー変位センサー２８により計測された部分形状データを合成するための基準位置を示す部材であり、例えば、矩形板材である。計測ガイド３２は、永久磁石又は永久磁石を内蔵して作成されて、その磁力で鉄筋４に装着するか、或いは接着剤などにより鉄筋４に仮止めされる。本実施形態では、鉄筋４の外周を４つの計測区画に分割して計測するので、各区画の境界位置にそれぞれ一枚ずつ取り付けられる。

センサーユニット支持部４０は、（１）リニアガイド部４１を構成するリニアレール４２及びスライダ４４と、（２）リニアレール４２をメインフレーム６０に連結するためのレールベース４６Ｒ，４６Ｌと、（３）センサーユニット２０をスライダ４４に所定姿勢で固定するためのセンサーユニット取付部４８と、を有する。

リニアレール４２の側面には、複数の凹部４３が刻設される（図１参照）。これに対応して、スライダ４４には凹部４３にその先端を挿抜可能な固定ベゼルネジ４５が設けられている。固定ベゼルネジ４５の先端を何れかの凹部４３に挿入するようにねじ込むと、リニアレール４２とスライダ４４を固定することができる。リニアレール４２は、計測装置１０の設置に際して、鉄筋４に沿うように配置されるので、センサーユニット支持部４０はセンサーユニット２０の鉄筋長手方向へのスライド移動・固定を可能にしている。

そして、レールベース４６Ｒ，４６Ｌには、鉄筋把持部５０が取り付けられている。本実施形態の鉄筋把持部５０は、リニアレール４２から吊り下げられるように固定されたクランプステー５２と、同ステーに固定され鉄筋４を左右から挟持する一対のトグルクランプ５４Ｆ、５４Ｒとを備える。尚、鉄筋把持部５０の構造は、これに限らず適宜設定可能である。

センサーユニット取付部４８は、スライダ４４の下面に固定されている。その下端部は左右に斜め４５°（相互には直交する）の右取付面４８ａ及び左取付面４８ｂを有した下向き凸形状を有する（図３参照）。計測装置１０を設置した状態では、右取付面４８ａ及び左取付面４８ｂは、鉄筋４の長手方向を境として左右を向く格好となる。そして、各取付面には、センサーステー２４の取付位置を位置決めするための位置決めピン４８ｃが適当数突設されるとともに、センサーステー２４を固定するための固定ネジ４８ｄ及びそのネジ穴４８ｅが設けられている。
つまり、センサーユニット取付部４８は、センサーユニット２０を、鉄筋４を斜め側方から計測する第１位置（右取付面４８ａに固定）と、逆方向の斜め側方から計測する第２位置（左取付面４８ｂに固定）とにそれぞれ支持することが可能である。

メインフレーム６０は、メインシャフト６２と、一対のフットベース６４Ｒ、６４Ｌとを備える。メインシャフト６２と、その両端に配置されるフットベース６４Ｒ、６４Ｌにて左右のレールベース４６Ｒ，４６Ｌを挟み、これらをメインシャフト６２の端面側から連結ボルト６８で貫通・連結する（図１，２参照）。

メインフレーム６０を上から見ると、図２に示すように、アルファベットのＨ型をなしている。フットベース６４Ｒ，６４Ｌの両端には、アジャスターフット６６が取り付けられている。

アジャスターフット６６は、長さ調整可能な脚部であって、その上端部にはフットベース６４Ｒ、６４Ｌから下部分の突出長を工具で調整し易いように六角ナット部６６ａが設けられている。また、アジャスターフット６６の下端の鉄筋コンクリート構造２に当接する接地部６６ｂは、多少の傾斜面でも接地可能なように首振り可能に構成されている。アジャスターフット６６により計測装置１０の四隅を、はつり空間６の外周にあたる鉄筋コンクリート構造２の外面に当接させることで、測定中の装置の位置ズレを防止するとともに、鉄筋４の周方向への装置本体の回転を制限する。

尚、メインシャフト６２と、レールベース４６Ｒ，４６Ｌと、フットベース６４Ｒ，６４Ｌとは、互いに凹凸嵌合する嵌合部６７を有しており（図２参照）、メインシャフト６２の長手方向を回転軸として相互の取付角度を可変に構成されている。これに伴い、これら３者を貫通・連結する連結ボルト６８のボルト孔６９は、前記回転軸の周囲に複数箇所設けられている。

次に、図５のフローチャートに従い、図６〜図１１を途中参照しながら、鉄筋４の外形計測の手順について説明する。

図５は、計測手順について説明するためのフローチャートである。
同図に示すように、先ず、鉄筋コンクリート構造２のコンクリート部分を除去する「はつり」を行う（ステップＳ２）。図６に示すように、コンクリートの撤去は、鉄筋４の裏側まで行う。具体的には、計測光反射光学素子３０がはつり空間６の底に当らない程度にコンクリートを除去する。

「はつり」により、計測対象とする鉄筋４の周囲には、はつり空間６が形成されて鉄筋４が露出するので、次に、露出した鉄筋４にできた腐食生成物を除去する（ステップＳ４）。図７の例では、鉄筋４の元の外周形状は、図中の破線で示されるように略円形であった。腐食生成物（簡単に言えば錆）を落とすことにより、ハッチングされた鉄筋４の残存部分が残る。この外形を計測し、元の外周形状と比較することでと腐食量や腐食箇所が確認できることになる。

次に、計測装置１０を設置する（ステップＳ６；配置ステップ）。具体的には、露出された鉄筋４の長手方向にリニアレール４２を沿わせるように計測装置１０を仮設し、トグルクランプ５４Ｆ、５４Ｒにより鉄筋４を把持し、計測装置１０と鉄筋４の相対位置を固定する。トグルクランプ５４Ｆ、５４Ｒによる把持がリニアレール４２の両端付近の２箇所で行われることで、結果的にリニアレール４２は鉄筋４の直上に略平行に配置されることとなる。そして、スライダ４４の位置を所望する位置に設定し、センサーユニット２０をセンサーユニット取付部４８の右取付面４８ａに取り付ける。尚、適宜アジャスターフット６６の長さを調整する。設置が完了したこの段階の状態は、図１〜図４のようになる。鉄筋４に対する計測装置１０の相対距離を鉄筋把持部５０で保ち、鉄筋４の周方向への回転をアジャスターフット６６で制限することで、計測装置１０と鉄筋４との相対位置関係が固定されるのである。

次に、センサーユニット取付部４８の直下にあたる範囲の鉄筋４に計測ガイド３２を取り付ける（ステップＳ８）。図８（２）の吹き出し図に示すように、本実施形態では鉄筋４を正面側と裏面側とに分割するとともに、更に正面側及び裏面側それぞれを鉄筋４長手方向に２分割した合計４つの計測区画（第１区〜第４区）を設定して測定するので、その境界位置すなわち鉄筋４の上下頂部と、左右頂部に各１枚ずつ計測ガイド３２を取り付ける。

次に、第１区と第２区の計測を実行する（ステップＳ１０；第１計測ステップ）。図９に示すように、第１レーザー変位センサー２６と第２レーザー変位センサー２８の計測データは、データ処理装置９０に出力され記憶される。前者による計測データが第１区の部分形状データに相当し、後者による計測データが第２区の部分形状データに相当する。すなわち、一回の計測ステップで鉄筋４の外周半分（半周分）の計測を済ませたことになる。データ処理装置９０は、パソコン等の情報処理装置に所定のデータ処理プログラムを実行させることで実現できる。すなわち、計測装置１０とデータ処理装置９０とで計測システムを構成する。

次に、センサーステー２４の取付位置を右取付面４８ａから左取付面４８ｂに変更し（ステップＳ１２）、第３区と第４区の計測を行う（ステップＳ１４；第２計測ステップ）。図１０に示すように、第１レーザー変位センサー２６と第２レーザー変位センサー２８の計測データは、データ処理装置９０に出力され記憶される。前者による計測データが第３区の部分形状データに相当し、後者による計測データが第４区の部分形状データに相当する。

次に、データ処理装置９０にて、第１区〜第４区の部分形状データから鉄筋４の全外周形状データを合成処理する（ステップＳ１６）。例えば、図１１（１）に示すように、各区の部分形状データＤ１〜Ｄ４の座標系を、鉄筋４の中心軸を原点とした座標系（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）に合わせるように座標変換する。また、第１区〜第４区の各部分形状データＤ１〜Ｄ４の両端部には、計測ガイド３２を計測したことによる直線部分ＥＧが存在するのでこれを除去する。そして、図１１（２）に示すように、直線部分ＥＧが除去された部分の間隙Ｇｐ（計測ガイド３２の鉄筋外周方向の幅）を適宜補間処理して、鉄筋４の全周形状データＤ０を合成する。

次に、計測ガイド３２及び計測装置１０を撤去し（ステップＳ１８）、補修剤によりはつり箇所（はつり空間６）を修復して（ステップＳ２０）、計測作業を終了する。

尚、鉄筋４の長手方向に沿って複数箇所を測定する場合には、スライダ４４の位置をずらしてつつ一つの計測位置毎にステップＳ８〜Ｓ１６を繰り返すとしても良い。或いは、ステップＳ１０をスライダ４４の位置毎に実行し、データ処理装置９０では、その都度、部分形状データを計測位置ＩＤと紐付けして記憶する構成とする。そして、全ての計測位置について第１区と第２区の計測を終えたら、ステップＳ１２を実行し、再び最初の計測位置にスライダ４４を戻して同じ順番でステップＳ１４を繰り返すと良い。勿論、ステップＳ１４においてもデータ処理装置９０では、その都度、部分形状データを計測位置ＩＤと紐付けして記憶する構成とする。そして、ステップＳ１６では、計測位置ＩＤ毎に全周形状データを合成処理する構成とすれば良い。

以上、本実施形態によれば、供用中の鉄筋コンクリート構造物に埋設されている鉄筋を、切り出すことなくその全周外形を測定することができる。

尚、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。
例えば、鉄筋４の計測区画の分け方、分割数は適宜設定可能である。
また、上記実施形態ではレーザー変位センサーを２つ利用して、鉄筋４の右或いは左半分の上部区画と下部区画をそれぞれ測定する構成としているが、図１２に示すセンサーユニット２０Ｂのように、レーザー変位センサーの計測光照射範囲（走査範囲）が鉄筋４の直径に対して十分大きければ、一つの広角走査型レーザー変位センサー２７の計測光照射範囲の一部は第１区（又は第３区）に照射し、残りを計測光反射光学素子３０にて反射させて第２区（又は第４区）に照射させる構成としても良い。

２…鉄筋コンクリート構造物
４…鉄筋
６…はつり空間
１０…計測装置
２０…センサーユニット
２４…センサーステー
２６…第１レーザー変位センサー
２８…第２レーザー変位センサー
２９…広角走査型レーザー変位センサー
３０…計測光反射光学素子
３２…計測ガイド
４０…センサーユニット支持部
４１…リニアガイド部
４２…リニアレール
４３…凹部
４４…スライダ
４５…スライダ固定ベゼルネジ
４６Ｒ，４６Ｌ…レールベース
４８…センサーユニット取付部
４８ａ…右取付面
４８ｂ…左取付面
４８ｃ…ピン
４８ｄ…固定ネジ
４８ｅ…ネジ穴
５０…鉄筋把持部
５２…クランプステー
５４Ｆ，５４Ｒ…トグルクランプ
６０…メインフレーム
６２…メインシャフト
６４Ｒ．６４Ｌ…フットベース
６６…アジャスターフット、
６６ａ…六角ナット部
６６ｂ…接地部
６７…嵌合部
６８…連結ボルト
６９…ボルト孔
９０…データ処理装置

Claims (6)

1. 鉄筋コンクリート構造のコンクリート部分が除去されて裏面側を含む全周が露出された鉄筋の周形状を光学式のセンサーを用いて計測する計測装置であって、
   前記センサーを有するセンサーユニットと、
   前記鉄筋に向かって前記鉄筋を斜め側方から計測する第１位置と、前記鉄筋に向かって前記鉄筋の長手方向を基準に前記第１位置と対称となる位置から前記鉄筋を計測する第２位置で前記センサーユニットを支持可能な支持部と、
   を備え、
   前記センサーユニットは、前記センサーから所定距離離れた前記センサーの計測光照射範囲内の所定位置に、計測光を前記鉄筋の裏面側に反射する光学素子を有し、
   前記第１位置及び前記第２位置それぞれで計測することで前記鉄筋の全周の形状を計測可能な計測装置。
2. 前記センサーユニットは、第１センサー及び第２センサーの２つの前記センサーを有し、
   前記光学素子は、前記第２センサーの計測光を前記鉄筋の裏面側に反射する、
   請求項１に記載の計測装置。
3. 前記第１位置における前記第１センサー及び第２センサーそれぞれの計測区画、並びに、前記第２位置における前記第１センサー及び第２センサーそれぞれの計測区画の境界を示すために前記鉄筋に仮止めされる計測ガイドを更に備えた請求項２に記載の計測装置。
4. 前記鉄筋を把持する把持部と、
   前記鉄筋コンクリート構造に当接する長さ調整可能な脚部と、
   を備え、前記鉄筋に対する装置本体の相対距離を前記把持部で保ち、前記鉄筋の周方向への装置本体の回転を前記脚部で制限することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の計測装置。
5. 前記支持部を前記鉄筋の長手方向に移動可能に支持するリニアガイド部を更に備えた請求項１〜４の何れか一項に記載の計測装置。
6. 請求項１に記載の計測装置を、前記鉄筋の真上に前記支持部が位置するように配置する配置ステップと、
   前記センサーユニットの支持位置を前記第１位置として第１の計測を行う第１計測ステップと、
   前記センサーユニットの支持位置を前記第２位置として第２の計測を行う第２計測ステップと、
   を含む鉄筋外周形状計測方法。

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