JP6323929B2 - 計測装置及び橋梁検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、サンプリングモアレ法を利用して計測対象物の動きを計測する計測装置、及びその計測装置を用いた橋梁検査方法に関する。

鉄道及び道路等における土木構造物として、橋梁等がある。橋梁は、車両等が直接載る橋桁を有する。橋桁に異変が感知された場合、通常、橋桁のたわみ量が計測される。計測されたたわみ量が計画値に対して大きく上回る場合、詳細な検査が実施され、橋桁断面の減少や部材接合部の破断等の異常原因が突き止められ、それに対して適切な措置が講じられる。

橋梁は、橋桁に明らかな異変が感知された場合、橋桁の基本性能を脅かす程度に大きな損傷が生じていることが多く、その時点で使用停止等の措置が必要となり、社会的な影響が大きくなる。このため、橋桁の損傷を、基本性能低下のできるだけ早い段階で捉えることが望まれる。

橋桁の損傷を早い段階で捉えるには、たわみ量だけでなく、たわみ角、固有振動数等、橋桁の動きを表す複数種類の物理量を高い精度で計測し、それらの計測値及び値の経時変化に基づいて総合的に判断すべきであると本願発明の発明者は考えた。

従来から橋桁のたわみ量を計測する方法として、ワイヤと変位計とを組み合わせた機械的な計測法が知られている。この計測法では、計測点と基準点との間にワイヤを張り、たわみに伴うワイヤの動きを変位計で計測する。しかしながら、このような計測法では、計測点と基準点にワイヤを張る環境が必要であり、例えば、ワイヤが水面の上方に位置する場合、水面上に仮設の足場等が必要であり、計測が容易ではない。橋桁のたわみ量を計測する別の方法として、レーザ距離計を用いた光学的な計測法が知られている。しかしながら、この計測法でも、計測点と基準点が水面の上方に位置する場合、水面上に仮設の足場等が必要であり、計測が容易ではない。

従来から橋桁のたわみ角を計測する方法として、橋桁における２点のたわみ量の差を２点間の距離で割って算出する方法がある。しかしながら、橋桁のたわみ量の計測が容易でない場合、たわみ角を計測することも容易ではない。また、たわみ角の計測には、たわみ量を計測する装置が２台必要であり、高コストとなる。

従来から橋桁の固有振動数を計測する方法として、橋脚の計測点に加速度センサを設置して観測地点で計測する方法がある。しかしながら、この計測法では、加速度センサの設置と、加速度センサから観測地点までの計測用の配線とが必要であり、計測が容易ではなく、高コストとなる。

変位を計測する装置として、サンプリングモアレ法を利用したものが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このような計測装置は、計測対象物に設けられた格子パターンを撮像し、画像処理によって格子パターンの変位を計測する。橋桁のたわみ量の計測にこの計測装置を用いることができれば、計測点が水面の上方に位置しても、計測装置を配置する足場を水面上に仮設する必要がなく、計測が容易になると本願発明の発明者は考えた。また、本願発明の発明者は、サンプリングモアレ法を利用した計測装置でたわみ量以外の橋桁の動きを計測することも検討した。しかしながら、橋桁の損傷を早い段階で捉えるには、１箇所の計測点についての計測では十分ではなく、計測点が複数になるので、計測回数が多くなったり、計測装置を複数台用いる必要があり、計測が容易ではなく、高コストとなる。

上述した種々の問題は、橋桁以外の構造物等の劣化度を早期に把握しようとする場合にも生じる。

特開２０１１−１７４８７４号公報 特開２００９−２６４８５２号公報

本発明は、上記問題を解決するものであり、橋桁等の計測対象物の動きを容易に計測する計測装置及び橋梁検査方法を提供することを目的とする。

本発明の計測装置は、計測対象物の動きを計測するためのものであって、計測対象物に複数設けられた格子パターンを所定の時間間隔で撮像して画像データを出力する撮像部と、前記撮像部が出力した画像データを処理する処理部とを備え、前記処理部は、前記撮像部が出力した画像データのうち、前記格子パターンが写っている複数の画像処理領域内の各画像データに対して、２つの時点間における前記格子パターンの変位を算出することを特徴とする。

この計測装置において、前記処理部は、前記格子パターンが写っている複数の画像処理領域内の各画像データに対して、所定方向において等間隔に画素をサンプリングして複数の間引き画像を生成するステップと、前記複数の間引き画像のデータを補完して複数のモアレ画像を生成するステップと、前記複数のモアレ画像からモアレ縞の位相値を算出するステップと、２つの時点における前記モアレ縞の位相値に基づいて、前記２つの時点間における前記格子パターンの変位を算出するステップとを実行することが好ましい。

この計測装置において、前記撮像部は、複数の前記格子パターンが１つの撮像範囲に含まれる画像データを出力することが好ましい。

この計測装置において、前記撮像部を複数有し、前記複数の撮像部は、撮像範囲又は焦点が互いに異なるように設定可能であり、前記各々の撮像部の撮像範囲には、少なくとも１つの前記格子パターンが含まれ、前記複数の撮像部は、同期して撮像してもよい。

この計測装置において、前記処理部は、複数の時点における前記格子パターンの変位に基づいて、前記格子パターンが変位する振動数をさらに算出してもよい。

この計測装置において、前記格子パターンは、２次元の格子パターンであり、前記処理部は、前記格子パターン内の２点におけるモアレ縞の位相値を算出し、算出した前記モアレ縞の位相値に基づいて、前記格子パターンの回転角をさらに算出してもよい。

本発明の橋梁検査方法は、前記計測装置を用いた橋梁検査方法であって、前記格子パターンは、橋梁における複数の位置に設けられ、前記撮像部は、複数の前記格子パターンを撮像し、前記処理部は、前記各々の格子パターンの変位を算出することを特徴とする。

この橋梁検査方法において、前記格子パターンは、橋梁における複数の位置に設けられ、前記撮像部は、複数の前記格子パターンを撮像し、前記処理部は、前記各々の格子パターンの変位の振動数を算出してもよい。

この橋梁検査方法において、前記格子パターンは、橋梁における複数の位置に設けられ、前記撮像部は、複数の前記格子パターンを撮像し、前記処理部は、前記各々の格子パターンの回転角を算出してもよい。

この橋梁検査方法において、前記格子パターンが、前記橋梁の橋桁に設けられることが好ましい。

この橋梁検査方法において、前記格子パターンが、前記橋梁の橋脚に設けられてもよい。

この橋梁検査方法において、前記格子パターンが、前記橋梁に加わる荷重を受けない物にさらに設けられてもよい。

本発明によれば、計測対象物に設けられた格子パターンを撮像して計測するので、計測対象物から離れた位置から容易に計測対象物の動きを計測することができる。また、計測装置は、複数設けられた格子パターンを撮像して計測するので、１台の計測装置で複数の計測点について一度に計測することができ、計測が容易になるとともに計測コストが低減され、複数の計測点における計測値の比較が容易になる。さらに、複数の計測点について同時に計測することができ、１つの計測点だけの計測や複数の計測点における個別の計測ではできなかった計測が可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る計測装置のブロック構成図。 同計測装置における格子パターンの正面図。 同計測装置の撮像部が撮像する画像データを説明する図。 （ａ）〜（ｅ）は、同計測装置におけるサンプリングモアレ法による位相算出の原理を示す図。 同計測装置における格子パターンの回転角の算出方法を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る計測装置のブロック構成図。 同計測装置の撮像部が撮像する画像データを説明する図。 本発明の橋梁検査方法における橋桁の変位計測を示す斜視図。 変位の計測に基づくたわみ角の算出方法を示す図。 回転角の計測に基づくたわみ角の算出方法を示す図。 同橋梁検査方法における橋桁の回転角計測を示す側面図。 同橋梁検査方法における橋脚の振動計測を示す斜視図。 同橋梁検査方法における橋桁のローリング計測を示す図。 同橋梁検査方法における橋梁の部材の回転角差振動計測を示す図。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る計測装置を図１乃至図３を参照して説明する。図１に示されるように、計測装置１は、計測対象物の動きを計測するためのものである。計測対象物には、格子パターン２が複数設けられる。

計測装置１は、撮像部１１と、処理部１２と、入力部１３と、表示部１４とを備える。撮像部１１は、計測対象物に複数設けられた格子パターン２を所定の時間間隔で撮像して画像データを出力する。処理部１２は、撮像部１１が出力した画像データを処理する。入力部１３は、計測装置１への入力操作を受け付ける。表示部１４は、処理部１２の出力を表示する。なお、計測装置１と格子パターン２とで計測システムが構成される。

撮像部１１は、例えば、撮像素子としてＣＣＤを有するＣＣＤカメラであり、ディジタルの画像データを出力する。撮像部１１は、ＣＭＯＳカメラであってもよい。処理部１２、入力部１３、及び表示部１４は、例えば、コンピュータを用いて構成される。処理部１２は、ＣＰＵ及びメモリ等から成り、処理プログラムを実行することにより動作する。入力部１３は、例えば、キーボード及びマウス等である。表示部１４は、例えば、液晶ディスプレイ等の視覚表示装置である。タッチパネルを入力部１３及び表示部１４として兼用してもよい。

格子パターン２は、平面上の少なくとも１方向において周期性を有するパターン、すなわち、１方向において周期性を有する１次元の格子パターン、又は、２方向において周期性を有する２次元の格子パターンである。図２に示されるように、本実施形態では、格子パターン２は、２次元の格子パターンであり、平面上の互いに直交する２方向（ｘ方向及びｙ方向）において同じ一定のピッチｐを有する矩形格子である。なお、２次元の格子パターン２における周期性を有する２方向は、角度が既知であればよく、互いに直交していなくても構わない。また、２次元の格子パターン２におけるピッチは、２方向において同じでなくても構わない。例えば、撮像部１１の位置を２次元の格子パターン２の正面ではなく、斜めから撮像する場合、格子パターン２における一方向のピッチを他方向のピッチより大きくすることによって、撮像される画像データにおけるピッチを２方向において同じにしてもよい。また、格子の形状は、矩形状に限定されず、例えば、格子パターン２は、丸点が２次元に並んだものであってもよい。

格子パターン２は、例えば、印刷等を利用して平板の表面に形成され、その平板が、磁石やねじ留め等によって計測対象物に取り付けられる。格子パターン２を塗色等によって計測対象物に直接設けてもよい。

図３に示されるように、本実施形態では、撮像部１１は、複数の格子パターン２が１つの撮像範囲３に含まれる画像データを出力する。なお、図３において、計測対象物等、格子パターン２以外の画像の図示は省略している。

撮像部１１が出力した画像データは、表示部１４に表示される。計測装置１のユーザは、表示部１４に表示された画像データを見ながら、入力部１３を操作することによって、格子パターン２が写っている画像処理領域２１を指定する。画像処理によって、自動的に格子パターン２を認識して画像処理領域２１を抽出するように処理部１２を構成してもよい。

撮像範囲３の画素数は、例えば、横６４０画素、縦４８０画素である。各々の画像処理領域２１の画素数は、例えば、１２８×１２８画素である。撮像範囲３の画素数、画像処理領域２１の画素数、及び画像処理領域２１の数は、これに限定されない。

処理部１２は、撮像部１１が出力した画像データのうち、格子パターン２が写っている複数の画像処理領域２１内の各画像データに対して画像処理を行う。

処理部１２が行う画像処理として、サンプリングモアレ法による画像処理について、図４（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。格子パターン２が２次元の格子パターンである場合、画像処理領域２１内の画像データは、２つの方向において輝度値が周期性を有し、１つの方向について平滑化処理することによって、それに直交する１方向において周期性を有する画像データが生成される。なお、格子パターン２が１次元の格子パターンである場合、画像処理領域２１内の画像データは、１方向において輝度値が周期性を有する。以下、１方向における画像データの処理について、格子パターン２の１ピッチｐ（基準ピッチ）が約Ｎ画素（Ｎ＝４）となるように撮像した場合を例にとって説明する。格子パターン２が２次元の格子パターンである場合、同様の処理が直交する２方向において行われる。

図４（ａ）に示されるような格子パターン２が撮像部１１で撮像され、図４（ｂ）に示されるような輝度値が周期性を有する画像データが生成される。この画像データは、白、薄い灰色、濃い灰色、黒の４種類のデータを画素に有する。

処理部１２は、この画像データに対して、基準ピッチに近いＮ画素（Ｎ＝４）ごとの等間隔に画素をサンプリングして、図４（ｃ）に示されるような複数（Ｎ＝４）の間引き画像を生成する（ｎ＝０，１，２，３）。このとき、間引く位置（位相）を１画素ごとにシフトする。

各々の間引き画像は、１周期中、間引かれた３画素（Ｎ−１＝３）にはデータが無い。このため、処理部１２は、間引き画像のデータを補完して、図４（ｄ）に示されるようなモアレ画像を生成する。補完は、例えば線形補完である。モアレ画像における座標（ｘ，ｙ）のデータは、一般に次式で表される。

ここで、Ｉ_ａ（ｘ，ｙ）は、モアレ縞の振幅、Ｉ_ｂ（ｘ，ｙ）は、背景輝度である。このように、１つの画像データ（図４（ｂ）参照）から、位相がシフトされた複数のモアレ画像が得られる。

処理部１２は、複数のモアレ画像（ｎ＝０，１，２，３）から、モアレ縞の位相値θを算出する。モアレ縞の位相値θは、次式で算出される。

図４（ｅ）は、モアレ縞の位相値θの分布を表した位相分布画像である。黒は−π［ｒａｄ］、白はπ［ｒａｄ］、中間色は、−π［ｒａｄ］とπ［ｒａｄ］との間の位相値を表している。

処理部１２は、２つの時点（ｔ＝ｔ１，ｔ２）におけるモアレ縞の位相値θ（θ１，θ２）に基づいて、２つの時点間における格子パターン２の変位ｄを算出する。２つの時点間の位相値θの差（θ２−θ１）をθ_１２とすると、変位ｄは、次式で表される。

ｄ＝（θ_１２／２π）×ｐ

これにより、変位前後の変位の量が算出される。また、基準の時点に対する、所定の時間間隔ごとの変位を算出することができる。

計測装置１は、数式２で算出されるモアレ縞の位相値θを用いることにより、実用上、格子パターン２のピッチｐの数百分の一までの微小な変位を計測することができる。

次に、計測装置１による振動数の計測について説明する。撮像部１１は、格子パターン２を所定の時間間隔で撮像する。処理部１２は、所定の時間間隔ごとの格子パターン２の変位を算出する。処理部１２は、時間変化する格子パターン２の変位をフーリエ変換することによって、格子パターン２が変位する振動数を算出する。すなわち、処理部１２は、複数の時点における格子パターン２の変位に基づいて、格子パターン２が変位する振動数を算出する。

次に、計測装置１による回転角の計測について説明する（特願２０１３−１５０８８３号明細書参照）。図５に示されるように、格子パターン２の回転によって点Ａ、点Ｂがそれぞれ点Ａ’、点Ｂ’に変位したとする。点Ａ、点Ｂ、点Ａ’、点Ｂ’の座標をそれぞれ（ｘ_Ａ，ｙ_Ａ）、（ｘ_Ｂ，ｙ_Ｂ）、（ｘ_Ａ’，ｙ_Ａ’）、（ｘ_Ｂ’，ｙ_Ｂ’）とする。初期状態において、点Ａ、点Ｂはｘ軸上にあるとし（ｙ_Ａ＝ｙ_Ｂ＝０）、点Ａと点Ｂを結んだ線分ＡＢとｘ軸に平行な線分のなす角（回転角の初期値）は０としておく。回転角Δθは、次式により算出される。

Δθ＝ａｒｃｔａｎ（（ｙ_Ｂ’−ｙ_Ａ’）／（ｘ_Ｂ’−ｘ_Ａ’））

（ｙ_Ｂ’−ｙ_Ａ’）が（ｘ_Ｂ’−ｘ_Ａ’）に対して微小であるとき、回転角Δθは、次式により近似される。

Δθ＝（ｙ_Ｂ’−ｙ_Ａ’）／（ｘ_Ｂ’−ｘ_Ａ’）

変位後の座標の値ｘ_Ａ’、ｘ_Ｂ’、ｙ_Ａ’、ｙ_Ｂ’は、モアレ縞の位相値、格子の位相値、及び格子パターン２のピッチｐから算出されるので、格子パターンの回転角Δθが算出される。格子パターンのピッチｐは、回転角Δθを算出する式の分母及び分子に存在するので、消去される。すなわち、処理部１２は、格子パターン２内の２点Ａ、Ｂにおけるモアレ縞の位相値を算出し、算出したモアレ縞の位相値に基づいて、格子パターン２の回転角Δθを算出する。なお、回転角の初期値が０でない場合、Δθから回転角の初期値（ｙ_Ｂ−ｙ_Ａ）／（ｘ_Ｂ−ｘ_Ａ）を引けばよい。

処理部１２は、画像処理領域２１内の複数又は全ての画素について回転角を算出し、それら回転角の平均値を算出することによって格子パターン２の回転角Δθを算出してもよい。これにより、格子パターン２の回転角Δθの計測精度が高められる。

以上、本実施形態に係る計測装置１によれば、計測対象物に設けられた格子パターン２を撮像して計測するので、計測対象物から離れた位置から容易に計測対象物の動きである変位を計測することができる。また、計測装置１は、複数設けられた格子パターン２を撮像して計測するので、１台の計測装置で複数の計測点について一度に計測することができ、計測が容易になるとともに計測コストが低減され、複数の計測点における計測値の比較が容易になる。さらに、複数の計測点について同時に計測することができ、１つの計測点だけの計測や複数の計測点における個別の計測ではできなかった計測が可能になる。

処理部１２は、サンプリングモアレ法による画像処理を行って格子パターン２の変位を計測するので、微小な変位を計測することができる。このため、計測装置１は、計測点から離れた地点から精度の高い計測をすることができる。

撮像部１１は、複数の格子パターン２が１つの撮像範囲３に含まれる画像データを出力するので、１台の計測装置で複数の格子パターン２の動きを一度に計測することができる。

処理部１２は、格子パターン２が変位する振動数を算出するので、１台の計測装置で計測対象物の変位と振動数を計測することができ、計測が容易になるとともに計測コストが低減される。

処理部１２は、格子パターン２の回転角を算出するので、１台の計測装置で計測対象物の変位と回転角を計測することができ、計測が容易になるとともに計測コストが低減される。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る計測装置１を図６及び図７を参照して説明する。本実施形態の計測装置１は、第１の実施形態と同様の構成を有し、撮像部の数が異なる。以下の説明において、第１の実施形態と同等の箇所には、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

図６に示されるように、本実施形態の計測装置１は、撮像部１１と、処理部１２と、入力部１３と、表示部１４とを有する。計測装置１は、撮像部１１を複数有する。複数の撮像部１１は、撮像範囲又は焦点が互いに異なるように設定可能である。図７に示されるように、各々の撮像部１１の撮像範囲には、少なくとも１つの格子パターン２が含まれる。複数の撮像部１１は、同期して格子パターン２を撮像する。

例えば、処理部１２が複数の撮像部１１に撮像を指示する制御信号を同時に送出することによって、複数の撮像部１１が同期して撮像する（図６参照）。

以上、本実施形態に係る計測装置１によれば、複数の撮像部１１が同期して撮像するので、１台の計測装置で複数の格子パターン２の動きを一度に計測することができ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、計測装置１は、撮像部１１の撮像範囲又は焦点を変えることによって、１つの撮像部１１では撮像できない範囲に配置された複数の格子パターン２の動きを計測することができる。

（橋梁検査方法）
本発明の計測装置１を用いた橋梁検査方法の例について、図８乃至図１４を参照して説明する。計測装置１は、複数の格子パターン２の変位を計測する機能を有する。計測装置１は、さらに、格子パターン２の回転角を計測する機能、及び格子パターン２が変位する振動数を計測する機能の少なくとも一方を有することが好ましい。これらの機能のうち、１つ又は複数の機能を利用して橋梁が検査される。格子パターン２は、橋梁における複数の位置に設けられる。計測装置１の撮像部１１は、これら複数の格子パターン２を撮像する。処理部１２は、各々の格子パターン２の変位、回転角、及び変位の振動数から選択される物理量を算出する。

本発明の橋梁検査方法における橋桁の変位計測について説明する。図８に示されるように、格子パターン２が、橋梁の橋桁４に設けられる。計測装置１は、格子パターン２の変位ｄを計測する。この計測により、格子パターン２が設けられた箇所の変位ｄ（たわみ量）が計測される。

計測装置１を用いることにより、橋桁４に設けられた格子パターン２を撮像して計測するので、橋脚上や河岸から容易に、格子パターン２が設けられた箇所の変位ｄを計測することができる。計測装置１は、複数設けられた格子パターン２を撮像して計測するので、橋桁４の支点部４１及び中央部４２の変位ｄを同時に計測することができる。このことにより、両支点部４１の変位ｄの平均値を中央部４２の変位ｄから控除することで、橋桁４の中央部４２の本来のたわみ値（たわみ量）の値が得られる。従来は、支点部４１及び中央部４２に、各1台、合計３台の変位計等を配置し、それぞれをケーブルで接続して、同期を取り、上記のような演算を行う必要があった。本方法によれば、機械台数、配線の工数が削減できる。このような計測は、橋桁の性能検証や健全度診断に活用される。

橋桁のたわみ角（変位角）の計測について説明する。橋桁のような梁構造は、荷重を受けるとたわみ、たわみ角を生じる。図９に示されるように、従来のたわみ角の計測方法では、水平距離がＸ’離れた２点Ｐ１、Ｐ２における変位Ｙ１、Ｙ２を計測し、次式により、たわみ角θ１を算出している。なお、従来は、２点Ｐ１、Ｐ２の変位Ｙ１、Ｙ２を２台の計測装置（レーザ距離計等）を用いて計測していた。

θ１＝Ｙ’／Ｘ’＝（Ｙ２−Ｙ１）／Ｘ’

橋桁４の２点Ｐ１、Ｐ２に格子パターン２を設け、計測装置１でその格子パターン２の変位を計測すれば、１台の計測装置１でたわみ角θ１が計測される。しかしながら、たわみ角とは、たわみ曲線４Ｂ上の１点における接線の傾きであるので、２点における変位から算出する方法では、たわみ角を定義通りに計測したことにならず、計測誤差が大きくなる。

計測装置１を用いた橋桁４の１点におけるたわみ角の計測について説明する。図１０に示されるように、橋桁４の任意の点Ｐ３に設けられた２次元の格子パターン２の回転角θ３を計測装置１で計測することによって、たわみ角の定義通り、１点における橋桁４のたわみ角θ３が計測される。また、計測装置１を用いることによって、同じ点Ｐ３における橋桁４の変位Ｙ３も同時に計測することができる。

本発明の橋梁検査方法における橋桁の回転角計測について説明する。図１１に示されるように、２次元の格子パターン２が、両方の橋台５と、橋桁４の両方の支点部４１に設けられる。計測装置１は、これらの格子パターン２の回転を計測する。この計測により、両方の橋台５と、橋桁４の両方の支点部４１の変位が、離れた位置から一度に計測される。この計測により、橋梁のシュー機能や橋桁の健全性を確認することができ、計測結果は、橋桁４の性能や支点の固結状態の診断に活用される。

本発明の橋梁検査方法における橋脚の振動計測について説明する。図１２に示されるように、格子パターン２が、橋梁の橋脚６に設けられる。計測装置１は、格子パターン２が変位する振動数を計測する。この計測により、格子パターン２が設けられた箇所の振動数が計測される。例えば、橋脚６に設けられた格子パターン２の振動数を、計測装置１を用いて、十分高いサンプリング周波数で計測することによって、橋脚６の１次の固有振動数が計測される。この計測は、洪水後の橋脚健全性の判断と、安全な開通判断に活用される。

この橋梁検査方法における橋桁のローリング計測について説明する。図１３は、橋桁４を長手方向に直交する面で見た図である。格子パターン２は、その法線が橋桁４の長手方向を向くように橋桁４に設けられる。計測装置１は、２次元の格子パターン２の水平及び鉛直方向（ｘ，ｙ方向）の変位と同時に、格子パターン２が回転する回転角を計測することによって、ローリングを計測する。計測装置１を用いることにより、橋桁４に設けられた格子パターン２を撮像して計測するので、橋脚上や河岸から容易に橋桁４のローリングを計測することができる。この計測は、橋桁４の健全性の閾値の決定や、橋桁４に施された対策の効果検証に活用される。

本発明の橋梁検査方法における部材間の回転角振動計測について説明する。図１４に示されるように、複数の格子パターン２Ａ、２Ｂ、２Ｃ（２）の各々が、橋梁における別々の部材７Ａ、７Ｂ、７Ｃに設けられる。橋梁に加わる荷重によって、各部材７Ａ、７Ｂ、７Ｃに振動するような回転が生じる。計測装置１は、所定の時間間隔で格子パターン２が回転する回転角を計測する。処理部１２は、２つの格子パターン２の回転角の差を算出することによって、部材間の回転角差振動を計測する。例えば、所定の時間間隔で格子パターン２Ｂと格子パターン２Ａとの回転角の差を算出することにより、フランジ７Ｂの回転角差振動が計測される。所定の時間間隔で格子パターン２Ｃと格子パターン２Ｂとの回転角の差を算出することにより、ガセット７Ｃの回転角差振動が計測される。ウェブ、フランジ、２次部材等の継手付近の載荷時の回転角差振動の計測は、溶接部の健全性評価の閾値の決定や、橋桁４に施された対策の効果検証に活用される。このように、計測装置１を用いて複数の計測点について同時に計測することにより、１つの計測点だけの計測や複数の計測点における個別の計測ではできなかった計測が可能になる。

計測装置１を用いた橋梁検査方法において、橋梁に加わる荷重等によって動かない場所に計測装置１を設置することが好ましい。しかし、設置場所の制約により、動く可能性がある場所に計測装置１を設置せざるを得ない場合がある。例えば、橋脚は橋桁に加わる荷重を間接的に受けるので、橋脚上に計測装置１を設置した場合、計測装置１が動く可能性がある。このような場合、格子パターン２を、橋梁に加わる荷重を受けない物にさらに設けてもよい。計測装置１は、橋梁に設けられた計測対象物の格子パターン２と、橋梁に加わる荷重を受けない物に設けられた基準の格子パターン２の動きとを同時に計測する。処理部１２は、計測対象物の格子パターン２と、基準の格子パターン２との計測値の差を算出する。これにより、計測装置１の動きにかかわらず、橋梁において格子パターン２が設けられた箇所の絶対的な動きが計測される。なお、このような計測に、本発明の第２の実施形態の計測装置１を用いることにより、計測対象物の格子パターン２と、基準の格子パターン２との間の距離を大きくすることが容易になる。このように、計測装置１を用いて複数の計測点について同時に計測することにより、１つの計測点だけの計測や複数の計測点における個別の計測ではできなかった計測が可能になる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、処理部１２が行う画像処理は、サンプリングモアレ法による画像処理に限定されず、例えば、フーリエ変換を用いる位相解析手法や他の位相解析手法による画像処理であってもよい。また、計測対象物は、橋梁に限定されず、橋梁以外の構造物や機械等であってもよい。

１ 計測装置
１１ 撮像部
１２ 処理部
２ 格子パターン
２１ 画像処理領域
３ 撮像範囲
４ 橋桁
６ 橋脚

Claims (7)

1. 計測対象物の動きを計測するための計測装置であって、
   計測対象物に複数設けられた格子パターンを所定の時間間隔で撮像して画像データを出力する撮像部と、
   前記撮像部が出力した画像データを処理する処理部とを備え、
   前記処理部は、前記撮像部が出力した画像データのうち、前記格子パターンが写っている複数の画像処理領域内の各画像データに対して、２つの時点間における、前記格子パターン内の２点におけるモアレ縞の位相値を算出し、算出した前記モアレ縞の位相値に基づいて、前記２つの時点間における前記格子パターンの回転角を算出することを特徴とする計測装置。
2. 請求項１に記載の計測装置を用いた橋梁検査方法であって、
   前記格子パターンは、橋梁における複数の位置に設けられ、
   前記撮像部は、複数の前記格子パターンを撮像し、
   前記処理部は、前記各々の格子パターンの回転角を算出することを特徴とする橋梁検査方法。
3. 前記格子パターンは、その法線が前記橋梁の橋桁の長手方向を向くように前記橋桁に設けられることを特徴とする請求項２に記載の橋梁検査方法。
4. 前記複数の格子パターンの各々は、前記橋梁における別々の部材に設けられ、
   前記処理部は、所定の時間間隔で２つの前記格子パターンの回転角の差を算出することを特徴とする請求項２に記載の橋梁検査方法。
5. 請求項１に記載の計測装置を用いた橋梁検査方法であって、
   前記格子パターンは、橋梁における一直線上の複数の位置に設けられ、
   前記撮像部は、複数の前記格子パターンを撮像し、複数の前記格子パターンが１つの撮像範囲に含まれる画像データを出力し、
   前記処理部は、前記撮像部が出力した画像データのうち、前記格子パターンが写っている複数の画像処理領域内の各画像データに対して、２つの時点間における前記格子パターンの変位及び回転角を算出することを特徴とする橋梁検査方法。
6. 前記撮像部を複数有し、
   前記処理部を１つ備え、
   前記複数の撮像部は、撮像範囲又は焦点が互いに異なるように設定可能であり、
   前記各々の撮像部の撮像範囲には、少なくとも１つの前記格子パターンが含まれ、
   前記複数の撮像部は、同期して撮像し、
   前記１つの処理部は、前記撮像部が出力した画像データのうち、前記格子パターンが写っている複数の画像処理領域内の各画像データに対して、２つの時点間における前記格子パターンの変位及び回転角を算出することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
7. 請求項１に記載の計測装置を用いた橋梁検査方法であって、
   前記格子パターンは、橋梁における複数の橋脚に設けられ、
   前記撮像部は、複数の前記格子パターンを撮像し、
   前記処理部は、前記撮像部が出力した画像データのうち、前記格子パターンが写っている複数の画像処理領域内の各画像データに対して、２つの時点間における前記格子パターンの変位及び回転角を算出し、
   前記処理部は、複数の時点における前記格子パターンの変位及び回転角に基づいて、前記格子パターンが変位及び回転する振動数をさらに算出し、
   前記格子パターンを撮像する前記時間間隔は、前記橋脚の１次の固有振動数が計測可能に設定されることを特徴とする橋梁検査方法。
   

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