JP6474070B2 - 斜張橋の斜材点検方法 - Google Patents

Description

本発明は、斜張橋の斜材を点検するための斜材点検装置及び斜材点検方法に関するものである。

斜張橋の斜材は、高所作業車を用いた目視点検やクライミング技術を応用した人力による手法等で損傷の有無の確認等の点検が行われている。しかし、高所作業車を用いた作業では、作業範囲の制限や交通規制が必要となり、更には、点検員の安全面について留意する必要がある等の問題がある。また、高所作業車を用いても調査できない斜材の高所部分については、遠望目視により点検せざるを得ず、極めて大きな損傷以外は確認できないという問題がある。

そこで、斜張橋の斜材に沿って点検装置を遠隔操作で移動させ高所部分を無人で点検する手法が提案されている。例えば、特開２０１２−２４２３１０号公報（特許文献１）には、走行支持手段によりケーブルの長さ方向へ移動し、リング部材をケーブルに衝突させることにより発生する音を音波として検出し記憶する探傷装置が開示されている。

また、ケーブルの高所部分を検査対象とするものではないが、特開２００６−６７６７９号公報（特許文献２）には、電力ケーブルの外表面のケーブル長方向に沿って測定プローブを一定速度で移動させ、遮蔽銅テープの存在状態により変化する電圧波形を測定し、金属遮蔽層の亀裂や断裂などを判定する電力ケーブル点検装置が開示されている。

特開２０１２−２４２３１０号公報 特開２００６−６７６７９号公報

しかしながら、従来の、ケーブルに沿って自走する点検装置では、斜張橋の斜材の高所部分において斜材を構成するＰＣ鋼材の損傷や破断を検出することはできなかった。

例えば、上記特許文献１に開示されている探傷装置では、ＰＣ鋼線のグラウトの損傷が点検対象となっており、ＰＣ鋼材の損傷や破断を検出することは難しい。

また、特許文献２に開示されている電力ケーブル点検装置は、点検対象となるケーブルに電流の有ることを前提としており、電流の無い斜張橋の斜材に適用することは難しい。

そこで、本発明は、斜張橋の斜材を構成するＰＣ鋼線の損傷や破断の有無を、遠隔操作により無人で点検することができる斜材点検装置及び斜材点検方法を提供することを目的とする。

本発明に係る斜材点検装置は、移動手段と、撮像手段と、検査手段と、制御手段と、電池を備える。

前記移動手段は、ケーブルを挟み、前記ケーブルの表面に密着する一対の駆動輪を有する。

前記撮像手段は、前記ケーブルの表面の画像データを取得する。

前記検査手段は、前記ケーブルの外周に沿って配置される環状経路上に移動自在に配置され、前記ケーブルに渦電流を発生させるコイルを有し、前記コイルのインピーダンスを計測する。

前記制御手段は、地上側から送信された制御信号に基づき前記移動手段、前記撮像手段、及び前記検査手段を動作させるとともに、前記撮像手段及び前記検査手段により取得したデータを地上側に送信する。

前記電池は、前記移動手段、前記撮像手段、前記検査手段、及び前記制御手段に電力を供給する。

前記一対の駆動輪は鉛直方向に前記ケーブルを挟んで配置され、前記制御手段と前記電池が一つの筐体に収容され、前記制御手段と前記電池を含んだ前記筐体に作用する重力により、鉛直方向上側に配置された前記一対の駆動輪の一方に鉛直方向下側に働く力が付与されるものであってもよい。

本発明に係る斜材点検方法では、まず、ケーブルを挟み、前記ケーブルの表面に密着する一対の駆動輪を有する移動手段により、前記ケーブルの表面の画像データを取得する撮像手段と、前記ケーブルに渦電流を発生させるコイルのインピーダンスを計測する検査手段と、地上側から送信された制御信号に基づき前記移動手段、前記撮像手段、及び前記検査手段を動作させるとともに、前記撮像手段及び前記検査手段により取得したデータを地上側に送信する制御手段と、前記移動手段、前記撮像手段、前記検査手段、及び前記制御手段に電力を供給する電池を、前記ケーブルに沿って移動させる。

そして、地上側で、前記画像データに基づき検査の要否を判定し、前記検査が必要と判断された部位で、前記検査手段を前記ケーブルの外周に沿って配置される環状経路上を移動させ、前記部位の全周方向において前記インピーダンスを測定する。

本発明によれば、ケーブルに渦電流を発生させるコイルのインピーダンスを計測することにより、斜張橋の斜材を構成するＰＣ鋼線の損傷や破断の有無を計測することができる。また、撮像データを併用し点検の必要な部位でのみ計測することとし、コイルに供給する電力を必要最小限に抑えることで、電池による動作が可能となる。そのため、遠隔操作により無人で点検することが可能となる。

更に、移動手段の一対の駆動輪を鉛直方向にケーブルを挟んで配置し、制御手段と電池を含んだ筐体に作用する重力により、鉛直方向上側に配置された駆動輪に鉛直方向下側に働く力を付与することにより、移動手段の省電力化を図ることができる。すなわち、同じ電池による動作可能距離を伸ばし、より長大な斜張橋への適用が可能となる。

更にまた、一対の駆動輪でケーブルを挟み込むことでケーブルに設置されるため、一定の範囲内であれば、多種なケーブル径への対応が可能となる。

本発明に係る斜材点検装置の実施形態の機能ブロック図である。 同斜材点検装置の側面図である。 検査手段が搭載された環状部材の平面図である。 確認試験により得られた、模擬破損部におけるインピーダンスの変化を示す図である。

図１〜３を参照しながら、本発明に係る斜材点検装置及び斜材点検方法の実施形態について説明する。
この実施形態の斜材点検装置１は、主要な構成として、移動手段２、撮像手段３、検査手段４、制御手段５を備えている。また、移動手段２、撮像手段３、検査手段４、制御手段５に電力を供給する電池６を搭載し、外部から電力の供給を受けることなく、自立動作するものとなっている。

制御手段５は、公知の演算処理装置を用いたもので、検査手段３及び撮像手段４から取得した点検データを演算処理部７で所定の形式にして記憶する。

制御手段５は、また、通信部８として通信インターフェースを有し、地上に設置される地上側管理装置１０から送信された制御信号に基づき移動手段２、撮像手段３、及び検査手段４を動作させるとともに、撮像手段３及び検査手段４により取得したデータを地上側に送信する。なお、移動手段２、撮像手段３、及び検査手段４の動作の詳細は後述する。

移動手段２は、点検対象となるケーブル１１に沿って移動するための駆動源であり、ケーブル１１を挟み、ケーブル１１の表面に密着する一対の駆動輪２１ａ、２１ｂを有する

駆動輪２１ａ、２１ｂは、鉛直方向にケーブル１１を挟んで配置され、斜材点検装置１の本体部分を成すフレーム１２からケーブル１１と平行する方向に延びる２つの支持部材１３、１４の各々によって、回転自在に支持されている。そして、駆動輪２１ａ、２１ｂの固定軸に配置された図示しないモータにより回転し、ケーブル１１に沿ってフレーム１２と一体に移動するための駆動力が得られるものとなっている。

フレーム１２は、相対移動可能に連結された２つの部材１２ａ、１２ｂで構成され、一方の駆動輪２１ａを支持する支持部材１３が一方の部材１２ａに、他方の駆動輪２１ｂを支持する支持部材１４が他方の部材１２ｂに固定されている。そして、駆動輪２１ａ、２１ｂ間の距離を、ケーブル１１の径に対応して図２の白抜矢線で示す方向に調整できるものとされている。

フレーム１２には、また、斜材点検装置１がケーブル１１に設置されたときに鉛直方向下側となる部分に、制御手段５と電池６を収容する筐体１５が取り付けられている。筐体１５は、フレーム１２に対し揺動自在に取り付けられ、フレーム１２の角度に依らず一定の姿勢が保たれるものとなっている。

鉛直方向上側に配置される駆動輪２１ａには、この筐体１５に作用する重力により、鉛直方向下側に働く力が付与される。そのため、駆動輪２１ａ、２１ｂは筐体１５に作用する重力を利用してケーブル１１を挟持することとなる。そして、ケーブル１１に密着するために必要な力の多くを重力で賄うことにより、移動手段２の省電力化が図られている。

フレーム１２には、更に、斜材点検装置１がケーブル１１に設置されたたときに進行方向前側となる部分に、ケーブル１１の周囲に配置される環状部材１６が取り付けられている。

環状部材１６には、撮像手段３として公知のＣＣＤカメラが複数、周方向に等間隔で配置されている。なお、図３では４つの撮像手段３が示されているが、撮像手段３の数に制限はなく、使用状況に応じて適切な数を配置することができる。

環状部材１６の内周には、検査手段４を固定したギア１７（本発明の環状経路に相当）が設けられている。ギア１７は、環状部材１６の内側下部に取り付けたモータ１８と図示しない歯車を介して連結されている。そして、モータ１８によりギア１７が環状部材１６に沿って回転することにより、検査手段４がケーブル外周を移動できるものとなっている。

検査手段４は、ケーブル１１に渦電流を発生させる図示しないコイルと、そのコイルのインピーダンスを計測する図示しない回路を有している。そして、計測されたインピーダンスデータは、制御手段５に引き渡される。

コイルは、渦電流を用いた渦流探傷を行う方式に応じたものとすればよいが、この実施形態では、コイル径３．０ｍｍの相互誘導形標準比較方式のコイルが採用されている。相互誘導形であれば、検出対象となる損傷部の大きさに応じて検出コイルを決めることができる等、損傷の性質に応じた設計の自由度が大きくなるという利点がある。また、標準比較方式であれば、一方のコイルを試験体に、他方のコイルを基準体に作用させて差異を検出することにより、状況によっては、検出精度を高めることができる。

検査手段４により実施される渦流探傷の試験周波数は、検査対象となるケーブル１１を構成するＰＣ鋼線の断面形状や外周からの距離により選定する必要がある。そのため、検査手段４は、試験周波数が５００〜２ＭＨｚの範囲で調整できるものとされている。

なお、ケーブル１１は、保護管、充填材及びＰＣ鋼線で構成されており、保護管外周からＰＣ鋼線の表面までの間に最大約２０ｍｍの充填材が注入されている場合がある。また、渦電流を発生させるための周波数が高いほど浸透深さが浅くなるという特徴がある。そのため、試験周波数として、外周から最大２０ｍｍ離れた位置にあるＰＣ鋼線表面に渦電流を発生させコイルのインピーダンスを計測するために適した周波数を選定する必要があり、この実施形態では、１０ｋＨｚとされている。

この斜材点検装置１を使用することにより、以下の手順で、斜材の点検をすることができる。
まず、点検対象となるケーブル１１に、斜材点検装置１を密着させ、その後筐体１５を連結する。斜材点検装置１の設置に際しては、移動手段２の駆動輪２１ａ、２１ｂの間隔を調整し、ケーブル１１に密着させる。なお、フレーム１２及び環状部材１６は、ケーブル１１へ設置する前に分割しておき、ケーブル１１を内側に挿通させた状態で連結させ設置する。

なお、検査手段３は、試験対象であるケーブル１１との距離が短いほど損傷の検出能力は良くなる。しかしながら、実際の使用に際しては、ケーブル１１の表面に形成された凹凸や、斜材点検装置１の移動時の揺れなどの影響を受ける。そのため、検査手段３とケーブル１１の外周とのギャップは５ｍｍ程度確保することが好ましい。

続いて、ケーブル１１に設置された斜材点検装置１を、地上管理装置１０から送信される制御信号を介して遠隔操作する。具体的には、まず、移動手段２を作動させ、ケーブル１１に沿って前進させる。また、斜材点検装置１を前進させながら、撮像手段３を作動させ、ケーブル表面の画像データを受信する。

次に、斜材点検装置１から送信される画像データに基づき、ケーブル１１表面の異常の有無を確認する。異常の有無の確認は、作業員による目視でもよく、公知の画像処理技術を利用してもよい。

ケーブル１１表面に異常が確認された場合は、検査が必要な部位であると判定し、検査手段３による検査を実行する。

検査を実行する場合は、まず、移動手段２の作動を止め、斜材点検装置１を停止させる。次に、検査手段３を動作させ、検査手段３が有するコイルに交流電流を印加し、ケーブル１１に渦電流を発生させる。そして、ケーブル１１に渦電流を発生させた状態で、検査手段３を、管状部材１６の内周に設けたギア１７に沿って移動させ、検査が必要と判断された部位の全周方向について、コイルのインピーダンスのデータを取得する。

取得されたインピーダンスのデータは、斜材点検装置１から地上側管理装置１０に送信され、そのデータに基づき、地上側で、ケーブル１１を構成するＰＣ鋼材の損傷の有無を確認する。

全周方向のインピーダンスのデータを取得した後は、更に、斜材点検装置１をケーブル１１の軸方向に沿って所定距離（この実施形態では１０ｍｍ）移動させる。そして、移動後の部位においても、全周方向のインピーダンスのデータを取得し、同様の動作を所定回数（この実施形態では３１回）繰り返す。すなわち、ケーブル１１の軸方向に沿って３０ｃｍの範囲で１０ｍｍピッチの測定を行う。

この操作により、ケーブル１１を構成するＰＣ鋼線の破断の有無だけでなく、軸方向３０ｃｍの範囲で破断長さを測定することもできる。また、３０ｃｍを超える破断が予測出来る場合は、予測範囲で同様の点検を繰り返すことによって破断長さ全長を測定することができる。

断面形状が直径７ｍｍの円形の直線鋼線試験体上に５個の模擬破損部を設け、これら模擬破損部位の検出確認試験を行った。なお、模擬破損部位ではＰＣ鋼線が破断されており、破断本数が１本、２本、３本、４本及び５本の部位を各１か所ずつ設けた。破断長さは２５０ｍｍとした。また、コイル形式は相互誘導形標準比較方式とし、試験周波数は１０ｋＨｚとした。

図４は、確認試験により得られた、模擬破損部におけるインピーダンスの変化を示す図である。なお、図４において、領域Ａは破断本数が１本の破損部を、領域Ｂは破断本数が２本の破損部を、領域Ｃは破断本数が３本の破損部を、領域Ｄは破断本数が４本の破損部を、領域Ｅは破断本数が５本の破損部を示す。確認試験の結果、破損部ではインピーダンス変化による波形が検出され、その検出波形は破断本数により異なることが確認された。

１ 斜材点検装置
２ 移動手段
３ 撮像手段
４ 検査手段
５ 制御手段
６ 電池
７ 演算処理部
８ 通信部
１０ 地上側管理装置
１１ ケーブル
１２ フレーム
１２ａ、１２ｂ フレーム部材
１３、１４ 支持部材
１５ 筐体
１６ 環状部材
１７ ギア
１８ モータ
２１ａ、２１ｂ 駆動輪

Claims (2)

1. ケーブルを挟み、前記ケーブルの表面に密着する一対の駆動輪を有する移動手段により、前記ケーブルの表面の画像データを取得する撮像手段と、前記ケーブルの外周に沿って配置される環状経路上に移動自在に配置され前記ケーブルに渦電流を発生させるコイルのインピーダンスを計測する検査手段と、地上側から送信された制御信号に基づき前記移動手段、前記撮像手段、及び前記検査手段を動作させるとともに、前記撮像手段及び前記検査手段により取得したデータを地上側に送信する制御手段と、前記移動手段、前記撮像手段、前記検査手段、及び前記制御手段に電力を供給する電池を、前記ケーブルに沿って移動させ、
   地上側で、前記画像データに基づき前記ケーブル表面の異常の有無を確認し、前記異常が確認された場合は検査が必要な部位であると判定し、前記検査が必要と判断された部位の全周方向において前記インピーダンスを測定することを特徴とする斜材点検方法。
2. 前記ケーブルは保護管、充填材及びＰＣ鋼線で構成され、前記インピーダンスを測定する試験周波数を、前記渦電流が前記ＰＣ鋼線の表面に発生する範囲で調整する請求項１に記載の斜材点検方法。
   

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