JP5924929B2 - フィンガージョイントの破損判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、高速道路等の橋梁に設置されるフィンガージョイントが破損しているか否かを判定する方法に関するものである。

従来、高速道路等の橋梁には、寒暖差による橋桁の長さ方向の伸縮を吸収するため、橋桁の間に、図１０に示すような、フィンガージョイント５０と呼ばれる櫛型伸縮装置が設置されている（例えば、特許文献１参照）。
フィンガージョイント５０は、それぞれが、櫛歯５１ａが形成されたフェイスプレート５１と、フェイスプレート５１の櫛歯５１ａが形成された側とは反対側から支持するウェブプレート５２と、ウェブプレート５２から橋桁６０側に突出する複数のリブプレート５３とを備えた一対のジョイント部材５０Ａ，５０Ｂとから成り、各ジョイント部材５０Ａ，５０Ｂを構成するフェイスプレート５１の櫛歯５１ａ同士を隙間を持たせて噛み合わせるようにして橋梁に設置することで、寒暖差による橋桁６０の長さ方向の伸縮を吸収する。
なお、フェイスプレート５１とウェブプレート５２とリブプレート５３とはそれぞれ鋼材から成り、溶接により組み立てられる。また、各ジョイント部材５０Ａ，５０Ｂの橋桁６０側は橋桁６０のコンクリートと一体化されている。

特開２００３−６４６１３号公報

フィンガージョイント５０は、車両走行による輪荷重の繰り返し作用を直接受けるため、フェイスプレート５１が破断する場合がある。これは、フェイスプレート５１と一体化している橋桁６０のコンクリートの路面側の部分が削り取られてフェイスプレート５１が振動し易くなり、その結果、フェイスプレート５１に疲労亀裂が発生するためと考えられる。
フェイスプレート５１の疲労亀裂を初期段階において把握することができれば、フェイスプレート５１の破断前にフィンガージョイント５０を交換できるので、高速道路の走行安全性を向上させることができる。
しかしながら、初期段階においては、フェイスプレート５１の疲労亀裂は表面の外観目視だけでは把握できないのが現状であった。
そこで、配管等の傷の探査に用いられる超音波センサーやＡＥセンサーなどを用いてフェイスプレート５１の疲労亀裂の有無を検査する方法が考えられるが、フィンガージョイント５０は配管等に比べて面積が大きいので検査に時間がかかるだけでなく、フェイスプレート５１が厚いため、ウェブプレートとの間に発生する亀裂を検出することが困難であるといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、フェイスプレートの疲労亀裂を初期段階において容易にかつ効率よく把握してフィンガージョイントの破損を判定する方法を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意検討の結果、フェイスプレートとウェブプレートとの間に亀裂が発生するとフェイスプレートが曲がり易くなり、その結果、フェイスプレートに疲労亀裂が発生すること、及び、フェイスプレートとウェブプレートとの間に亀裂が存在するフィンガージョイントのフェイスプレートをハンマーなどで加振して振動させると、フィンガージョイントの固有振動周波数より高い周波数帯域の音が発生することから、フェイスプレートに打撃を与えて振動させた時に発生する上記周波数帯域の音の音源の位置を推定することで、フェイスプレートとウェブプレートとの間の亀裂の発生箇所を特定できることを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、複数のマイクロフォンを備えた音採取手段を用いて採取した振動状態にあるフィンガージョイントの発生する音の音圧波形データから前記音の音源方向を推定するとともに、前記フィンガージョイントのフェイスプレートの映像を撮影して、前記推定された音源方向のデータと前記撮影されたフェイスプレートの画像データとを合成して前記推定された音源方向を示す図形が描画された破損判定用画像を作成し、前記作成された破損判定用画像から前記フィンガージョイントの破損を判定する方法であって、前記フィンガージョイントが、道路用橋梁に設置される、櫛歯が形成されたフェイスプレートと、前記フェイスプレートを路面とは反対側から支持するウェブプレートと、前記ウェブプレートから橋桁側に突出する複数のリブプレートとを備えるフィンガージョイントで、前記音源方向を推定する音の音圧波形データが、予め設定しておいた、前記ウェブプレートと前記フェイスプレートとの間に亀裂が発生しているフィンガージョイントの前記フェイスプレートに打撃を与えて加振したときに発生する、当該フィンガージョイントの固有振動周波数より高い周波数帯域である判定周波数帯域の音圧波形データであり、前記破損判定用画像には、前記判定周波数帯域にある周波数を有する音の音源方法を示す図形のみが描画されることを特徴とする。
これにより、フェイスプレートとウェブプレートとの間に発生した亀裂を確実に推定できるので、疲労亀裂を初期段階においてフィンガージョイントの破損を把握することができる。したがって、高速道路の走行安全性を向上させることができる。
また、フィンガージョイントが破損している場合には破損判定用画像に特定周波数帯域の音の音源方向を示す図形が描写されるので、フィンガージョイントが破損しているか否かを容易にかつ短時間で把握することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフィンガージョイントの破損判定方法であって、前記フィンガージョイントの振動が、道路用橋梁を走行する車両が当該フィンガージョイント上を通過した時に発生する振動であることを特徴とする。
これにより、フィンガージョイントの状態を常時監視できるので、フィンガージョイントの破損を早期に発見することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のフィンガージョイントの破損判定方法であって、前記フィンガージョイントの振動が、当該フィンガージョイントのフェイスプレートに路面側から打撃を与えて加振した時に発生する振動であることを特徴とする。
これにより、フィンガージョイントを同一の条件で振動させることができるので、フィンガージョイントの破損を確実に判定できる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のフィンガージョイントの破損判定方法であって、前記フィンガージョイントに当該フィンガージョイントのフェイスプレートの路面側から打撃を与えて加振するステップと、前記打撃を与える毎に、複数のマイクロフォンを備えた音採取手段を用いて前記フィンガージョイントが発生する音の音圧信号を採取するとともに前記フェイスプレートの映像を撮影するステップと、前記音採取手段で採取した音圧信号から前記判定周波数帯域にある音の音源方向を推定するステップと、前記推定された判定周波数帯域にある音源方向のデータと前記撮影されたフェイスプレートの画像データとを合成して前記推定された音源方向を示す図形が描画された破損判定用画像を作成するステップと、前記作成された破損判定用画像からフィンガージョイントの破損を判定するステップとを備えることを特徴とする。
このようなステップにしたがってフィンガージョイントが破損しているか否かを判定すれば、フィンガージョイントの破損検査を確実にかつ効率よく行うことができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のフィンガージョイントの破損判定方法であって、前記フィンガージョイントに当該フィンガージョイントのフェイスプレートの路面側の複数箇所に打撃を与え、前記打撃を与える毎に、前記フィンガージョイントが発生する音の音圧信号を採取して前記判定周波数帯域にある音の音源方向を推定するとともに前記フェイスプレートの映像を撮影し、前記推定された判定周波数帯域にある音源方向のデータと前記撮影されたフェイスプレートの画像データとを合成して前記推定された音源方向を示す図形が描画された破損判定用画像を作成し、前記作成された複数の破損判定用画像からフィンガージョイントの破損を判定することを特徴とする。
これにより、フィンガージョイントが破損しているか否かだけでなく、フェイスプレートの破損箇所についても精度よく推定できるので、フィンガージョイントの破損判定精度を向上させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のフィンガージョイントの破損判定方法であって、前記特定周波数帯域が２５００〜８０００Ｈｚ帯域の中から選択される１つもしくは複数の周波数帯域であることを特徴とする。
このように、前記特定周波数帯域を、フェイスプレートとウェブプレートの間の亀裂の有無による音圧レベル差の大きな２５００〜８０００Ｈｚ帯域の中から選択される１つもしくは複数の周波数帯域としたので、亀裂の発生の有無を精度よく判定することができる。
なお、特定周波数帯域はフィンガージョイントの種類（大きさ、形状、材質を含む）により異なっているので、破損判定するフィンガージョイント毎に予め求めておき、破損判定用画像中には、前記予め求められた特定周波数帯域の音源の方向を示す図形のみを描画して表示する。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のフィンガージョイントの破損判定方法であって、前記破損判定用画像からフィンガージョイントの破損を判定する際に、前記作成された破損判定用画像と、予め求めておいた、前記フェイスプレートを路面と反対側から支持するウェブプレートと前記フェイスプレートとの間に亀裂が発生しているフィンガージョイントの前記フェイスプレートに打撃を与えて加振して作成した破損判定用画像である破損モデル画像とを照合して当該フィンガージョイントの破損を判定することを特徴とする。
このように、破損データベースとしての破損モデル画像を予め準備しておき、画像データ同士を照合してフィンガージョイントの破損を判定するようにしたので、音源方向を示す図形の発生箇所や発生頻度を正確に判定できる。したがって、フィンガージョイントの破損判定精度を更に向上させることができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のフィンガージョイントの破損判定方法であって、前記音採取手段が、互いに交わる２つの直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された第１及び第２のマイクロフォン対と前記第１及び第２のマイクロフォン対の作る平面上にない第５のマイクロフォンとを備え、前記第１のマイクロフォン対を構成する２つのマイクロフォン間の音の到達時間差と、前記第２のマイクロフォン対を構成する２つのマイクロフォン間の音の到達時間差と、前記第５のマイクロフォンと前記第１及び第２のマイクロフォン対を構成する４つのマイクロフォンのそれぞれとで構成される４組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の到達時間差とを用いて音源方向を推定することを特徴とする。
このような音採取手段を用いることにより、少ないマイクロフォン数で音源方向を精度よく推定できるので、亀裂の発生箇所を効率よくかつ正確に推定することができる。

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

本発明の実施の形態に係るフィンガージョイントの破損判定装置の構成を示す図である。 音・映像採取ユニットと加振手段の設置位置の一例を示す図である。 マイクロフォンの配置を示す図である。 フィンガージョイントの加振試験方法を示す図である。 フィンガージョイントの健全部を加振した時に発生する音の音圧信号の時系列波形と周波数スペクトルとを示す図である。 フィンガージョイントの破損部を加振した時に発生する音の音圧信号の時系列波形と周波数スペクトルとを示す図である。 フィンガージョイントの破損判定方法を示すフローチャートである。 フィンガージョイントの健全部を加振した時の破損判定用画像の一例を示す図である。 フィンガージョイントの破損部を加振した時の破損判定用画像の一例を示す図である。 フィンガージョイントの一例を示す図である。

以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、フィンガージョイントの破損判定装置１の構成を示す図で、フィンガージョイントの破損判定装置１は、加振手段１Ｄと、音・映像採取ユニット１０と、データ処理部２０と、記憶・演算部３０と、表示手段４０とを備える。
加振手段１Ｄは、図２に示すように、ジョイント部材５０Ａ（または、ジョイント部材５０Ｂ）のフェイスプレート５１を打撃する加振部材としてのハンマー１ａと、ハンマー１ａを回転させるハンマー駆動部１ｂと、ハンマー駆動部１ｂを支持する基台１ｃと、打撃毎に打撃信号を出力する信号発生部１ｄと、図示しない走行手段とを備え、自走してフェイスプレート５１の所定の位置にハンマー１ａによる打撃を加えて、ジョイント部材５０Ａ（または、ジョイント部材５０Ｂ）を加振するとともに、打撃箇所を示す打撃信号を発生してデータ処理部２０に出力する。
なお、図２では、データ処理部２０、記憶・演算部３０、及び、表示手段４０については省略した。本例では、フェイスプレート５１の打撃箇所を、櫛歯のある箇所の櫛歯とは反対側の箇所とした。

音・映像採取ユニット１０は、音採取手段１１と、撮影手段としてのＣＣＤカメラ（以下、カメラという）１２と、マイクロフォン固定部１３と、カメラ支持台１４と、支柱１５と、支持脚１６とを備える。
音採取手段１１は複数のマイクロフォンＭ１〜Ｍ５を備える。
マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の配置は、図３に示すように、４個のマイクロフォンＭ１〜Ｍ４を、互いに直交する２直線（ここでは、ｘ軸とｙ軸）上にそれぞれ所定の間隔Ｌで配置された２組のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３）及びマイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ４）を構成するように配置するとともに、第５のマイクロフォンＭ５を前記マイクロフォンＭ１〜Ｍ４の作る平面上にない位置（ここでは、Ｚ軸上）に配置する。本例では、マイクロフォンＭ５を、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４の作る正方形を底面とする四角錐の頂点の位置に配置した。これにより、更に４組のマイクロフォン対（Ｍ５, Ｍ１）〜（Ｍ５, Ｍ４）が構成される。

カメラ１２の撮影方向は、図１の白抜きの矢印に示すように、２組のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３）及びマイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ４）が配置される直交する２直線の交点を通り前記２直線とほぼ４５°をなす方向に設定してある。
本例では、高速道路の橋梁に設置されている状態のフィンガージョイント５０を撮影するので、図２に示すように、音・映像採取ユニット１０を路肩側に設置するとともに、打撃を与える側のジョイント部材５０Ａのフェイスプレート５１の表面を見下ろすような位置にカメラ１２が位置するように、音・映像採取ユニット１０を設置する。なお、カメラ１２の撮影範囲を水平角θで±６０°、仰角φで−２０°〜−６０°の範囲とした。

マイクロフォン固定部１３にはマイクロフォンＭ１〜Ｍ５が設置され、カメラ支持台１４にはカメラ１２が設置され、マイクロフォン固定部１３とカメラ支持台１４とは、３本の支柱１５によって連結されている。つまり、音採取手段１１とカメラ１２とは一体化されている。なお、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５は、カメラ１２の上部に配置される。
支持脚１６はいわゆる三脚で、音採取手段１１とカメラ１２とを計測箇所に支持する。
マイクロフォンＭ１〜Ｍ５は、音源であるフィンガージョイント５０から伝播される音の音圧信号の大きさである音圧レベルをそれぞれ測定する。

データ処理部２０は、データ取込手段２１と、増幅器２２と、Ａ／Ｄ変換器２３と、映像入出力手段２４とを備える。
データ取込手段２１は、加振手段１Ｄの信号発生部１ｄから送られてきた打撃信号が入力した時に、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５で採取した音の音圧信号を増幅器２２に取り込むとともに、映像入出力手段２４への映像信号の取り込みを許可する測定開始スイッチの機能を備える。音圧信号と映像信号の取り込みは、予め設定した取込時間（例えば、２ｓｅｃ．）だけ行い、次の打撃信号が入って来た時点でデータの取り込みを再開する。
増幅器２２はローパスフィルタを備え、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５で採取した音の音圧信号から高周波ノイズ成分を除去するとともに、前記各音圧信号を増幅してＡ／Ｄ変換器２３に出力する。
Ａ／Ｄ変換器２３は、前記音圧信号をＡ／Ｄ変換して得られた音圧波形データを記憶・演算部３０のデータ記憶手段３１に送る。
映像入出力手段２４は、カメラ１２で撮影された映像信号を入力し、この映像信号をＡ/Ｄ変換して得られた画像データをデータ記憶手段３１に送る。

記憶・演算部３０は、データ記憶手段３１と、音源方向推定手段３２と、破損判定用画像作成手段３３と、破損判定手段３４とを備える。
記憶・演算部３０を構成する各手段は、例えば、パーソナルコンピュータのソフトウェアとメモリーとにより構成される。
データ記憶手段３１は音圧波形データと画像データとを打撃箇所Ｆｋ（ｋ＝１〜ｎ）毎に記憶する。なお、本例では、ｎ＝１１とした。
音源方向推定手段３２は判定帯域成分抽出部３２ａと音源方向推定部３２ｂとを備える。
判定帯域成分抽出部３２ａは、例えば、バンドパスフィルターなどで構成され、Ａ／Ｄ変換器２３でＡ／Ｄ変換された音圧波形データから、予め設定しておいたフィンガージョイント５０の破損判定に使用する周波数帯域（以下、判定周波数帯域という。ここでは、２９００〜３１５０Ｈｚの周波数帯域）の音圧信号のデータである音圧波形データを抽出して、音源方向推定部３２ｂに送る。
なお、判定周波数帯域は、予め設定された特定周波数帯域である２５００〜８０００Ｈｚ帯域の中から、破損判定するフィンガージョイントの種類ごとに選択された周波数帯域で、本例では、判定周波数領域を１つにしたが、複数としてもよい。
音源方向推定部３２ｂは、前記判定帯域の音圧波形データを用いて、音源方向である水平角θと仰角φとを算出するとともに音圧レベルを計測する。水平角θと仰角φの算出方法については後述する。
なお、判定帯域成分抽出部３２ａを省略し、音源方向推定部３２ｂにおいて、水平角θと仰角φとの算出を、判定帯域についてのみ行ってもよい。

破損判定用画像作成手段３３は、打撃箇所Ｆｋ（ｋ＝１〜ｎ）毎に、音源方向推定手段３２で算出された周波数毎の音源データである音源方向のデータ（水平角θと仰角φ）及び音圧レベルと、データ記憶手段３１に記憶された画像データとを合成し、図８，９に示すような、画像中に音源の方向を示す図形（ここでは、円とした）が描画された破損判定用画像Ｇk,3（ｋ＝１〜ｎ）を作成して表示手段４０に出力する。破損判定用画像Ｇk,3は、打撃箇所がＦｋで、判定周波数帯域が２９００〜３１５０Ｈｚの音の音源方向を示す図形のみが描写した画像である。なお、合成する画像データとしては、打撃箇所Ｆｋが画面のほぼ中央に映っている画像データを用いている。
破損判定手段３４は、打撃箇所毎に作成されたｎ個の破損判定用画像Ｇk,3（ｋ＝１〜ｎ）の中から、音源の方向を示す図形が表示されている破損判定用画像Ｇk,3があるか否かを判定することで、フィンガージョイント５０が破損しているか否かを判定するとともに、フェイスプレート５１とウェブプレート５２との間に亀裂が発生している箇所（破損箇所）を特定する。
表示手段４０は、液晶ディスプレイ等の表示画面４０Ｍを備え、破損判定用画像作成手段３３で作成された破損判定用画像を表示画面４０Ｍに表示する。

本例では、判定帯域の設定を以下のようにして行った。
図４に示すように、フェイスプレート５１とフェイスプレート５１を路面と反対側から支持するウェブプレート５２の間に亀裂Ｋが発生しているジョイント部材５０Ａ（もしくは、ジョイント部材５０Ｂ）を複数個準備し、予め設定しておいたフェイスプレート５１の打撃箇所Ｆｋ（ｋ＝１〜ｎ）を１箇所ずつハンマー１ａで打撃してジョイント部材５０Ａを加振してジョイント部材５０Ａが発生する音の音圧信号を音採取手段にて採取し、各打撃箇所Ｆｋ毎に前記音圧信号を周波数分析するとともに、打撃箇所Ｆｋ近傍をカメラ１２にて撮影する。
例えば、図５（ａ）に示すように、打撃箇所Ｆ６近傍にフェイスプレート５１とウェブプレート５２の間の亀裂Ｋがあるジョイント部材５０Ａの亀裂Ｋから離れた打撃箇所Ｆ４（以下、健全部という）を打撃すると、マイクロフォンからは、図５（ｂ）に示すような音圧信号が出力される。同図の２０ｍｓｅｃ．のところの矢印が打撃を加えた時刻である。そして、前記音圧信号をＦＦＴ分析すると、図５（ｃ）に示すような周波数スペクトルが得られる。
一方、図６（ａ）に示すように、ジョイント部材５０Ａの亀裂Ｋ近傍の打撃箇所（以下、破損部という）Ｆ６を打撃すると、マイクロフォンからは、図６（ｂ）に示すような音圧信号が出力される。そして、前記音圧信号をＦＦＴ分析すると、図６（ｃ）に示すような周波数スペクトルが得られる。なお、図５（ｃ）及び図６（ｃ）において、横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は音圧レベル［ｄＢ］を示す。

図５（ｂ）と図６（ｂ）を比較して分かるように、健全部と破損部とでは、加振による発生音の大きさと継続時間に大きな差がある。すなわち、健全部では剛性が高いため、打撃音は短い時間で減衰するが、破損部ではフェイスプレート５１とウェブプレート５２との間に亀裂が存在するため、フェイスプレート５１が亀裂を中心に振動するので、打撃音が減衰しても振動音は継続するので、発生音の継続時間は長い。
また、図５（ｃ）と図６（ｃ）を比較して分かるように、健全部と破損部とでは、当該ジョイント部材５０Ａの固有振動周波数（数Ｈｚ程度）より高い周波数帯域である２９００〜３１５０Ｈｚ帯域において、音圧レベルの差が著しく大きい。
そこで、本例では、２９００〜３１５０Ｈｚ帯域を判定帯域として選択した。
また、フィンガージョイント５０の種類によっては、判定領域が２９００〜３１５０Ｈｚでない場合があるが、２５００〜８０００Ｈｚ帯域においては、フィンガージョイント５０の種類によらず、音圧レベルの周波数成分の大きさが大きく異なっている帯域が１つもしくは複数あることが実験により分かっているので、判定領域としては、周波数帯域が２５００〜８０００Ｈｚ帯域の中から選択される１つもしくは複数の周波数帯域を選択すればよい。

なお、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、打撃箇所Ｆｋ近傍を撮影して得られた画像データと判定帯域である２９００〜３１５０Ｈｚ帯域の音の音源の方向のデータを合成すると、亀裂Ｋが発生している箇所に２９００〜３１５０Ｈｚ帯域の音を発する音源位置を示す丸印が表示されることがわかる。
また、前記の亀裂Ｋが発生していることがわかっている複数のジョイント部材５０Ａ（もしくはジョイント部材５０Ｂ）について、それぞれ、フェイスプレート５１の打撃箇所Ｆｋ（ｋ＝１〜ｎ）を１箇所ずつハンマー１ａで打撃した時の音圧信号の判定帯域である２９００〜３１５０Ｈｚ帯域の音の音源の方向のデータと、打撃箇所Ｆｋ近傍をカメラ１２にて撮影して得られた画像データと合成することで、後述する破損データベースとしての破損モデル画像を作成することができる。

次に、本発明によるフィンガージョイントの破損判定方法について、図７のフローチャートを参照して説明する。
まず、音・映像採取ユニット１０を計測点にセットし、カメラ１２の撮影方向を高速道路の橋梁に設置されているフィンガージョイント５０を構成するジョイント部材５０Ａのフェイスプレート５１における打撃箇所Ｆ１に向けた後、打撃箇所Ｆ１を打撃してフィンガージョイント５０を加振する（ステップＳ１０）。そして、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５にてフィンガージョイント５０の発生する音の音圧信号と打撃箇所Ｆ１近傍の画像を採取する（ステップＳ１１）。
次に、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の出力信号である音圧信号を増幅してＡ／Ｄ変換して得られた音圧波形データをデータ記憶手段３１に保存するとともに、カメラ１２の映像信号をＡ／Ｄ変換して得られた画像データをデータ記憶手段３１に保存する（ステップＳ１２）。なお、音圧信号の時系列波形についてもデータ記憶手段３１に保存しておけば、破損判定の際に補助データとして使用することができる。
次に、データ記憶手段３１に保存された音圧波形データからフィンガージョイント５０の破損判定に使用する周波数帯域である判定帯域の音圧波形データを抽出するとともに、この音圧波形データを用いて音源データである音源方向と音圧レベルとを算出する（ステップＳ１３）。

音源方向は、音圧波形データをＦＦＴにて周波数解析し、各周波数毎にマイクロフォンＭ１〜Ｍ５間のそれぞれの位相差を求め、この求められた位相差から各周波数毎に音源の方向を推定する。なお、本例では、位相差に代えて、位相差に比例する物理量である到達時間差Ｄijを用いて音源方向である水平角θ及び仰角φを求めている。
具体的には、各マイクロフォン対（Ｍｉ, Ｍｊ）の位相差（時間遅れＤij）から、当該観測点から見た音源方向を推定する。
水平角θと仰角φとは以下の式（１）及び式（２）で表わせる。

ここで、時間遅れＤijは、マイクロフォンＭiに到達する音圧信号と、このマイクロフォンＭiに対して対となるマイクロフォンＭjに到達する音圧信号との時間差であり、この対となる２つのマイクロフォンＭi及びＭjに入力される信号のクロススペクトルＰij（ｆ）を求め、更に、対象とする前記周波数ｆの位相角情報Ψ（ｒａｄ）を用いて、以下の式（３）により算出される。

なお、音源方向と音圧レベルとは周波数毎に計測する。
また、マイクロフォンＭ５に入力される信号の大きさを、観察される音の音圧信号の大きさとする。

次に、横軸が水平角θで縦軸を仰角φであるマップ上に、音源方向（θ，φ）と音圧信号の周波数及び大きさとを表示した円が表示された破損判定用画像を作成する（ステップＳ１４）。円の径が音圧レベルを表し、円の模様もしくは色が音圧信号の周波数を表す。
以下、打撃箇所Ｆ６のみが破損部であるとして説明する。
図８は、亀裂Ｋから離れた打撃箇所である健全部Ｆ４を打撃してフィンガージョイント５０を加振した時の破損判定用画像Ｇ4,1の一例を示す図で、この破損判定用画像Ｇ4,1には、判定帯域である２９００〜３１５０Ｈｚの音圧信号の帯域成分（左下がりの斜線を施した円）のみが表示される。ここで、破損判定用画像Ｇk,jの添字ｋは打撃箇所を示し、添字ｊは判定帯域を示す（本例では、判定帯域が１つなので、ｊ＝１である）。
なお、破損判定用画像中に、判定帯域以外の１つもしくは複数の周波数帯域にある音の音源方向を異なる模様もしくは色の円で表示することも可能であるが、本例では、判定領域にある帯域成分のみを表示した。
次に、全ての打撃箇所Ｆｋ（ｋ＝１〜ｎ）の破損判定用画像Ｇk,1を作成したか否かを判定する（ステップＳ１５）。
全ての打撃箇所の破損判定用画像を作成していない場合には、加振手段１Ｄを自走させて次の打撃箇所まで自走した後、フェイスプレート５１の所定の位置にハンマー１ａによる打撃を加えて、次の打撃箇所Ｆｋ＋１を打撃してフィンガージョイント５０を加振した後、ステップＳ１１〜ステップＳ１４までの操作を行って、フィンガージョイント５０の発生する音の音圧信号と打撃箇所Ｆｋ＋１近傍の画像とを採取し、破損判定用画像Ｇk+1,1を作成する。
全ての打撃箇所の破損判定用画像の作成が終了したら、ステップＳ１６に進んで、ｎ枚の破損判定用画像Ｇk,1（ｋ＝１〜ｎ）を用いてフィンガージョイント５０を構成するジョイント部材５０Ａが破損しているか否かを判定する。
フィンガージョイント５０を構成するジョイント部材５０Ａの破損判定が終了したら、ステップＳ１０に戻り、ステップＳ１０〜ステップＳ１６までの操作を行ってジョイント部材５０Ｂの破損判定を行う。

図９は、亀裂Ｋ近傍の打撃箇所Ｆ６である破損部を打撃してフィンガージョイント５０を加振した時の破損判定用画像Ｇ6,1を示す図である。フィンガージョイント５０に亀裂Ｋがない場合には、破損判定用画像Ｇk,1の全てが、音源位置を示す円がないか、あっても極めて少なく、かつ、円の半径は小さいが、フィンガージョイント５０に亀裂Ｋがあった場合には、亀裂Ｋ近傍の打撃箇所Ｆｓを打撃した時の破損判定用画像Ｇs,1には、図９に示した破損判定用画像Ｇ6,1と同様の、破損部近傍に音源位置を示す円が多数表示される。したがって、破損判定用画像Ｇk,1）に表示されている上記円の大きさや密度などからフィンガージョイント５０が破損しているか否かを判定することが可能となる。また、上記円の表示されている箇所から亀裂Ｋの位置についても特定することができる。

このように、本実施の形態では、道路用橋梁に設置されているフィンガージョイント５０のフェイスプレート５１の複数の打撃箇所Ｆｋ（ｋ＝１〜ｎ）にそれぞれ路面側から打撃を与えて加振し、打撃を与える毎に、複数のマイクロフォンＭ１〜Ｍ５を備えた音採取手段１１を用いてフィンガージョイント５０が発生する音の音圧信号を採取するとともに打撃箇所Ｆｋの近傍の映像を撮影した後、前記音圧信号から予め設定された周波数帯域にある音の音源方向を推定し、この推定された音源方向のデータと前記撮影された画像データとを合成して推定された音源方向を示す図形が描画された破損判定用画像Ｇk,1（ｋ＝１〜ｎ）を作成し、これら作成された複数の破損判定用画像からフィンガージョイント５０が破損しているか否かを判定するようにしたので、フェイスプレート５１の疲労亀裂を初期段階において容易に把握することができる。したがって、高速道路等の橋梁に設置されている状態で、フィンガージョイント５０が破損しているか否かを容易にかつ短時間で判定することができる。

なお、前記実施の形態では、フェイスプレート５１の打撃箇所Ｆｋを、櫛歯のある箇所の櫛歯とは反対側の１１箇所としたが、これに限るものではなく、櫛歯であってもよいし、櫛歯と櫛歯の間であってもよい。
また、打撃箇所の数についても櫛歯の数に無関係に設定してもよい。打撃箇所の数は少なくとも１箇所であればよい。すなわち、図５（ａ）もしくは図８に示すように、健全部である打撃箇所Ｆ４を打撃しても破損部である打撃箇所Ｆ６近傍の音の発生を観測できるので、打撃箇所についても、少なくとも１箇所であればよい。なお、打撃箇所の数が少ない場合には撮影範囲を広げて撮影する（一箇所ならば、フェイスプレート５１全体を撮影する）必要があることはいうまでもない。
また、複数の打撃箇所Ｆｋを一箇所ずつ順に打撃するのではなく、複数箇所を同時に打撃して破損判定用画像を作成してもよい。
また、前記例では、ハンマー１ａを備えた加振手段１Ｄを用いて、フェイスプレート５１を打撃することでフィンガージョイント５０を加振したが、本発明はこれに限るものではなく、特定周波数帯域である２５００〜８０００Ｈｚ帯域の振動を励起できるものであれば、他の加振手段を用いてもよい。
また、加振手段１Ｄは本発明の必須の事項ではなく、当該フィンガージョイント５０が加振されて振動状態にある時に発生する音の音圧信号とその時のフェイスプレート５１の映像とを採取して破損判定用画像を作成すれば、フィンガージョイント５０の破損を判定することができる。
具体的には、作業員がハンマー１ａにてフェイスプレート５１を打撃することでフィンガージョイント５０を振動させてもよい。
あるいは、高速道路を走行中の車両がフィンガージョイント５０を通過した時の衝撃音を利用してもよい。フィンガージョイント５０は、フィンガージョイント５０を通過する際のタイヤの荷重によりにより加振される。フェイスプレート５１とウェブプレート５２の間の亀裂Ｋが発生している場合には、前記衝撃音の中に亀裂Ｋに起因する２５００〜８０００Ｈｚの音も含まれるので、前記衝撃音を採取して音源の方向を推定するとともに、フェイスプレート５１の車両の通過位置近傍の映像とを採取して破損判定用画像を作成すれば、フィンガージョイント５０を人為的に加振することなく、フィンガージョイント５０の破損を判定することができるとともに、フィンガージョイントの状態を常時監視できるので、フィンガージョイントの破損を早期に発見することができる。
なお、乗用車よりは荷重の大きな大型車両が通過した時の方がフィンガージョイント５０の振動が励起され易いので、破損判定用画像としては大型車両が通過時に作成した破損判定用画像を用いることが好ましい。

また、前記例では、作成された破損判定用画像に表示されている円の大きさや密度などからフィンガージョイント５０が破損しているか否かを判定したが、予め破損データベースを作成してこの破損データベースと破損判定用画像とを照合することでフィンガージョイント５０の破損を判定すれば、判定精度は更に向上する。
具体的には、前述した判定帯域の設定の場合と同様に、フェイスプレート５１とウェブプレート５２の間に亀裂Ｋが発生している複数のジョイント部材５０Ａ（もしくは、ジョイント部材５０Ｂ）を準備し、これらジョイント部材５０Ａのフェイスプレート５１に打撃を与えて加振して基準となる破損判定用画像である破損モデル画像を作成し、これを破損データベースとして予め記憶手段３１に保存しておき、破損判定用画像作成手段３３で作成された破損判定用画像Ｇs,1と前記破損モデル画像とを照合して当該フィンガージョイントの破損を判定すればよい。このように、画像同士を照合するようにすれば、破損判定用画像に表示されている円の大きさや密度などから音源方向を推定する場合に比較して、フィンガージョイント５０の破損判定の精度を更に向上させることができる。
なお、破損モデル画像は、前記図５（ａ）及び図６（ａ）に示したものと同様であるので、図については省略した。

また、前記例では、判定帯域を設定する際に、フェイスプレート５１とフェイスプレート５１との間に亀裂Ｋが発生しているフィンガージョイント５０を用いたが、判定帯域を設定する際に用いるフィンガージョイントとしては、実際に亀裂Ｋが発生しているフィンガージョイントではなく、フェイスプレート５１とウェブプレート５２との間に実際の亀裂Ｋを模擬した人工スリットを設けたものを用いてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、高速道路等の橋梁に設置さている状態のフィンガージョイント５０の破損を確実にかつ短時間で判定することができるので、高速道路の保守管理を効率よく行うことができる。

１ フィンガージョイントの破損判定装置、
１０ 音・映像採取ユニット、１１ 音採取手段、１２ カメラ、
１３ マイクロフォン固定部、１４ カメラ支持台、１５ 支柱、１６ 支持脚、
２０ データ処理部、２１ データ取込手段、２２ 増幅器、２３ Ａ／Ｄ変換器、
２４ 映像入出力手段、
３０ 記憶・演算部、３１ データ記憶手段、３２ 音源方向推定手段、
３２ａ 判定帯域成分抽出部、３２ｂ 音源方向推定部、
３３ 破損判定用画像作成手段、３４ 破損判定手段、
４０ 表示手段、４０Ｍ 表示画面、
５０ フィンガージョイント、５０Ａ，５０Ｂ ジョイント部材、
５１ フェイスプレート、５１ａ 櫛歯、５２ ウェブプレート、５３ リブプレート、
６０ 橋桁、Ｍ１〜Ｍ５ マイクロフォン。

Claims (8)

1. 複数のマイクロフォンを備えた音採取手段を用いて採取した振動状態にあるフィンガージョイントの発生する音の音圧波形データから前記音の音源方向を推定するとともに、前記フィンガージョイントのフェイスプレートの映像を撮影して、前記推定された音源方向のデータと前記撮影されたフェイスプレートの画像データとを合成して前記推定された音源方向を示す図形が描画された破損判定用画像を作成し、前記作成された破損判定用画像から前記フィンガージョイントの破損を判定する方法であって、
   前記フィンガージョイントが、道路用橋梁に設置される、櫛歯が形成されたフェイスプレートと、前記フェイスプレートを路面とは反対側から支持するウェブプレートと、前記ウェブプレートから橋桁側に突出する複数のリブプレートとを備えるフィンガージョイントで、
   前記音源方向を推定する音の音圧波形データが、
   予め設定しておいた、前記ウェブプレートと前記フェイスプレートとの間に亀裂が発生しているフィンガージョイントの前記フェイスプレートに打撃を与えて加振したときに発生する、当該フィンガージョイントの固有振動周波数より高い周波数帯域である判定周波数帯域の音圧波形データであり、
   前記破損判定用画像には、
   前記判定周波数帯域にある周波数を有する音の音源方法を示す図形のみが描画されることを特徴とするフィンガージョイントの破損判定方法。
2. 前記フィンガージョイントの振動が、道路用橋梁を走行する車両が当該フィンガージョイント上を通過した時に発生する振動であることを特徴とする請求項１に記載のフィンガージョイントの破損判定方法。
3. 前記フィンガージョイントの振動が、当該フィンガージョイントのフェイスプレートに路面側から打撃を与えて加振したときに発生する振動であることを特徴とする請求項１に記載のフィンガージョイントの破損判定方法。
4. 前記打撃を与える毎に、複数のマイクロフォンを備えた音採取手段を用いて前記フィンガージョイントが発生する音の音圧信号を採取するとともに前記フェイスプレートの映像を撮影するステップと、
   前記音採取手段で採取した音圧信号から前記判定周波数帯域にある音の音源方向を推定するステップと、
   前記推定された音源方向のデータと前記撮影されたフェイスプレートの画像データとを合成して前記推定された判定周波数帯域にある音源方向を示す図形が描画された破損判定用画像を作成するステップと、
   前記作成された破損判定用画像からフィンガージョイントの破損を判定するステップとを備えることを特徴とする請求項３に記載のフィンガージョイントの破損判定方法。
5. 前記フィンガージョイントに当該フィンガージョイントのフェイスプレートの路面側の複数箇所から打撃を与え、前記打撃を与える毎に、前記フィンガージョイントが発生する音の音圧信号を採取して前記判定周波数帯域にある音の音源方向を推定するとともに前記フェイスプレートの映像を撮影し、前記推定された音源方向のデータと前記撮影されたフェイスプレートの画像データとを合成して前記推定された判定周波数帯域にある音源方向を示す図形が描画された破損判定用画像を作成し、前記作成された複数の破損判定用画像からフィンガージョイントの破損を判定することを特徴とする請求項４に記載のフィンガージョイントの破損判定方法。
6. 前記周波数帯域が２５００〜８０００Ｈｚ帯域の中から選択される１つもしくは複数の周波数帯域であることを特徴とする請求項５に記載のフィンガージョイントの破損判定方法。
7. 前記破損判定用画像からフィンガージョイントの破損を判定する際に、前記作成された破損判定用画像と、予め求めておいた、前記フェイスプレートを路面と反対側から支持するウェブプレートと前記フェイスプレートとの間に亀裂が発生しているフィンガージョイントの前記フェイスプレートに打撃を与えて加振して作成した破損判定用画像である破損モデル画像とを照合して当該フィンガージョイントの破損を判定することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のフィンガージョイントの破損判定方法。
8. 前記音採取手段が、互いに交わる２つの直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された第１及び第２のマイクロフォン対と前記第１及び第２のマイクロフォン対の作る平面上にない第５のマイクロフォンとを備え、
   前記第１のマイクロフォン対を構成する２つのマイクロフォン間の音の到達時間差と、
   前記第２のマイクロフォン対を構成する２つのマイクロフォン間の音の到達時間差と、
   前記第５のマイクロフォンと前記第１及び第２のマイクロフォン対を構成する４つのマイクロフォンのそれぞれとで構成される４組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の到達時間差とを用いて音源方向を推定することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載のフィンガージョイントの破損判定方法。

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