JP6576283B2 - 鋼製支柱の変状検査方法及び鋼製支柱の変状検査システム - Google Patents

Description

本発明は、鋼製支柱の腐食などによる減肉などの変状について、その程度（変状度合い）、位置などを検査するための変状検査方法及び鋼製支柱の変状検査システムに関する。

従来、一部を地中や基礎に埋設して用いる道路照明柱、信号、標識柱などの道路附属物や橋梁等の鋼製支柱の検査として、汎用の超音波長さ測定装置を用いて、十分な長さが埋設されているか否かを検査するための根入れ長さ検査などの埋設部の検査が行われてきた。このような根入れ長さ検査は、鋼製支柱に超音波プローブを装着し、支柱底面からの反射エコーに基づいて根入れ長さを算出することにより行われている。ここで、鋼製支柱は、埋設された部分に腐食、亀裂などの変状が生じることがあり、構造物としての安全確保等のため、このような変状の程度（変状度合い）や位置を簡便に精度よく検査する方法の要請があった。

特開２００８−２５６３７５号公報

鋼製支柱の埋設部の変状を検査するためには、主に路面との境界部の掘削を伴う目視が中心に行われてきたが、検査に時間がかかるという問題があった。また、超音波長さ測定法では、長い支柱では減衰が大きい等の理由から、変状の有無などは把握できても、定量性に乏しく、腐食による減肉などのような変状の程度について十分な検査を行うことができなかった。更に、鋼製支柱の検査においては多くの検査地点があり、検査結果の整理が困難であった。

そこで、本発明では、鋼製支柱について、腐食による減肉などの変状の度合いについて簡便かつ精度よく検査を行うことができる変状検査方法及び変状検査システムを提供することを目的とする。
更に、検査した鋼製支柱の位置を把握できる変状検査方法及び変状検査システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、鋼製支柱の変状検査方法であって、鋼製支柱の地表からの露出部側面に、横波を入射可能な超音波プローブを装着し、前記超音波プローブから鋼製支柱に超音波パルスを入射し、変状部からの反射エコーを検出するステップと、あらかじめ設定された長さ毎に反射エコーをグループ化した第１のグループ化信号を形成するステップと、それぞれの第１のグループ化信号に属する反射信号の信号強度の総和Ｓｋ（ｋ＝１、２、３・・・ｎ）を求めるステップと、それぞれの第１のグループ化信号について総和Ｓｋの全体の総和Ｓを求めるステップと、前記第１のグループ化信号が連続しているか否かに基づいて、一つの変状部に起因する第１のグループ化信号を更にグループ化して、各変状部に対応する第２のグループ化信号を形成するステップと、各第２のグループ化信号に属する反射信号の信号強度の総和をそれぞれ求めるステップと、前記各第２のグループ化信号の総和と前記第１のグループ化信号の総和Ｓとに基づき、各変状部の変状度合いを算出するステップと、
を含む、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、各変状部に対応する第２のグループ化信号に基づいて各変状部の位置及び変状度合いを算出することができる。入射する超音波として横波を用いたので、支柱の表面を伝達するため腐食を検出しやすい。また、検査において掘削する不要がない。以上のように、簡便かつ精度よく腐食による減肉などの変状の度合いについて検査を行うことができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の鋼製支柱の変状検査方法において、第２のグループ化信号を形成するステップでは、あらかじめ設定したしきい値を超えた信号が連続しているか否かに基づいて各第２のグループ化信号を形成する、という技術的手段を用いる。

請求項２に記載の発明のように、第２のグループ化信号を形成するステップにおいて、あらかじめ設定したしきい値を超えた信号が連続しているか否かに基づいて各第２のグループ化信号を形成することにより、変状部と第２のグループ化信号とを正確に対応させることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に鋼製支柱の変状検査方法において、鋼製支柱の位置情報を取得し、検査結果と関連付けて記憶するステップを更に備えた、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明によれば、鋼製支柱の位置情報を検査結果と関連付けることができる。これにより、検査を行った鋼製支柱の位置を容易に特定することが可能となる。また、検査もれや不正がないかを確認することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに鋼製支柱の変状検査方法において、前記鋼製支柱は一端が埋設された支柱である、という技術的手段を用いる。

本発明は、請求項４に記載の発明のように、一端が埋設された支柱に好適に用いることができる。これにより、従来のように掘削することが不要となり、検査時間を大幅に短縮することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の鋼製支柱の変状検査方法を実施するための鋼製支柱の変状検査システムであって、横波を送受信可能に構成された超音波プローブが装着された超音波測定手段を備えた、という技術的手段を用いる。

請求項５に記載の発明のように、本発明の鋼製支柱の変状検査方法を実施するの鋼製支柱の変状検査システムは、横波を送受信可能に構成された超音波プローブが装着された超音波測定手段を備えている。

請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の鋼製支柱の変状検査システムにおいて、変状検査を行った鋼製支柱の位置情報を取得する位置情報取得手段を更に備えた、という技術的手段を用いる。

請求項６に記載の発明によれば、位置情報取得手段により鋼製支柱の位置情報を検査結果と関連付けることができる。これにより、検査を行った鋼製支柱の位置を容易に特定することが可能となる。また、検査もれや不正がないかを確認することができる。

鋼製支柱の変状検査システムを模式的に示す説明図である。 鋼製支柱の変状検査方法を模式的に示す説明図である。 鋼製支柱の変状検査方法を示すフローチャートである。 制御装置で表示される波形データの一例を示す説明図である。 解析用波形データの解析工程を模式的に示す説明図である。 解析用波形データの解析工程を模式的に示す説明図である。 検査結果の出力例を示す説明図である。

本発明に係る鋼製支柱（以下、「支柱」という）の変状検査方法及び変状検査システムについて、図を参照して説明する。

変状検査システム１は、超音波検査装置１０と位置情報負荷手段２０とを備えている。

超音波検査装置１０は、超音波プローブ１１と、制御装置１２と、信号送受信装置１３と、を備えている。超音波プローブ１１は信号送受信装置１３と、信号送受信装置１３は制御装置１２と、それぞれ接続されている。

超音波プローブ１１は、横波（ＳＨ波）の超音波を検査対象である支柱に入射し、検査対象からの反射エコーを受信可能に構成されている。ここで、超音波探傷でよく用いられる縦波（Ｐ波）は、支柱内部を伝達し、表面に生じやすい腐食を検出しにくい。また、縦波（Ｐ波）は減衰しやすいため、地表から深い位置の検査が困難である。一方、本発明で用いる横波（ＳＨ波）は、支柱の表面を伝達するので、腐食を検出しやすい。また、地表から深い位置の検査も可能である。本発明では、支柱の表面の腐食の検出感度や変状の発生しやすい位置などを勘案し、例えば、周波数８００ｋＨｚの超音波プローブを好適に用いることができる。

制御装置１２は、モニターを備えたパーソナルコンピュータに代表される演算処理装置であり、超音波プローブ１１の制御、検査データの取得・解析、検査結果の表示・出力などを行うことができる。また、後述する位置情報取得手段と接続されており、検査結果を位置情報に関連付けて記憶することができる。

信号送受信装置１３は、制御装置１２と超音波プローブ１１とをつなぐインターフェースであり、制御装置１２により発生されたパルス信号を超音波プローブ１１に送信する送信部１３ａと、超音波プローブ１１を介して検査対象からの反射エコーを受信する受信部１３ｂとを備えている。

超音波検査装置１０は、「位置検出情報取得手段」としてのＧＰＳモジュール２０と接続されている。ＧＰＳモジュール２０は、全地球測位システム（Global Positioning System）により検査対象の位置情報（緯度、経度）を検出し、制御装置１２に出力する。

（変状検査方法）
鋼製支柱の変状検査方法について、一端が地中に埋設され設置された鋼製支柱の腐食検査を例に説明する。

まず、制御装置１２に、検査対象、目的に応じて、使用する超音波プローブ１１、超音波パルスの電圧、周波数、波数、繰り返し数、などの検査条件を入力する。例えば、プローブ周波数８００ｋＨｚ、収集周波数１０ＭＨｚ、電圧２００Ｖ、波数３、平均回数５回、などに設定することができる。ここで、音速は、検査対象と同一材料について、既知の距離の超音波パルスの伝達時間に基づいて算出することができる。

次に、図２に示すように、支柱Ｈの露出部側面（地表ＧＬから距離Ｌの位置）に超音波プローブ１１を装着する。ここで、図２では、支柱Ｈの中心の断面を示し、説明のため、縮尺など変更し、誇張して示している。

図３に示すように、ステップＳ１では、超音波検査装置１０により腐食（変状）に起因する反射エコーを取得する。反射エコーの取得は以下のように行われる。

信号送受信装置１３の送信部１３ａは、制御装置１２で設定された検査条件に基づいて、矩形波のパルス信号を生成して、超音波プローブ１１へ送出する。例えば、プローブ周波数８００ｋＨｚ、収集周波数１０ＭＨｚ、電圧２００Ｖ、波数３、平均回数５回、などに設定することができる。

超音波プローブ１１から検査対象に、送信部１３ａから送出されたパルス信号に応じた横波（ＳＨ波）の超音波パルスが制御装置１２で設定された波数で入射される。

超音波パルスが腐食などの変状部（図２：Ｃ部）や支柱の底面（図２：Ｔ部）に到達すると、超音波パルスが反射した反射エコーＥＣ、ＥＴがそれぞれ生じる。

反射エコーは超音波プローブ１１により受信され、信号送受信装置１３の受信部１３ｂに送信される。受信部１３ｂは、制御装置１２において設定した平均回数に基づき反射エコーを取得した後に、一まとまりの波形データとして制御装置１２へ送出する。

制御装置１２に送出された波形データは、ＧＰＳモジュール２０により得られた位置情報と関連付けて制御装置１２で記憶される。波形データは、制御装置１２により表示、出力することができる。図４に一例を示す。波形データは位置情報に関連付けられて表示される。

続くステップＳ２では、波形データから解析用データを作成する。解析用波形データは、波形データの絶対値を用いて、一まとまりの波形データを作成する。図５（Ａ）に解析用波形データの一例を示す。縦軸は信号強度、横軸は時間を示す。ここでは、説明のため、支柱の底面から反射エコーを除き、地表近傍で得られた反射エコーに関するデータを模式的に示している。また、横軸の「時間」は、設定した音速と収集周波数に依存し、長さに対するインデックスを示す相対値である。

続くステップＳ３では、図５（Ｂ）に示すように、解析用波形データから、変状部の検査に不必要なノイズ成分を除去する。ノイズ成分の除去は、信号強度があらかじめ設定したしきい値以下である反射エコーを除去する、または、バックグラウンドを計算し、全体から減じる、などにより行うことができる。

続くステップＳ４では、解析用波形データにおける時間を距離（位置）に変換した後に、支柱の長手方向に対して所望の分解能を有するようにあらかじめ設定された長さ、例えば１ｍｍ、毎に区間を区切り、各区間に属する反射エコーの平均信号強度Ｓｋ（Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎ）を有する第１のグループ化信号を作成する。例えば、１ｍｍ毎に区画すると、６、７個の反射エコーが含まれることになる。本ステップを経た解析用波形データを図５（Ｃ）に示す。の第１のグループ化信号は区間の中心値に対して平均強度が表されている。

続くステップＳ５では、各第１のグループ化信号の信号強度Ｓｋの総和Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２＋・・・＋Ｓｎを算出する。これは、反射エコーの強度の総和に対応する値である。

続くステップＳ６では、第１のグループ化信号を腐食部毎に区画し、同一の腐食部に起因する第１のグループ化信号をまとめて第２のグループ化信号を作成する。腐食部毎の区画は、制御装置１２においてあらかじめ設定したしきい値を超えた第１のグループ化信号が連続しているか否かを判断して行う。つまり、図６（Ｄ）に示すように、しきい値ｔｈを超えた第１のグループ化信号が連続している区画Ａの信号を１つの第２のグループ化信号とし、区画Ｂの信号をもう１つの第２のグループ化信号として区別する。これにより、各第２のグループ化信号がそれぞれの腐食部に対応することになる。ここで、しきい値ｔｈは例えば全解析範囲の最大信号強度の５０％とすることができる。

続くステップＳ７では、各第２のグループ化信号毎に、当該グループに属する信号の信号強度の総和Ｓａ、Ｓｂ・・・をそれぞれ算出する。図６（Ｅ）に示すように、例えば、腐食部Ｍ１は測定範囲起点から６２−７５ｍｍの領域に存在し、腐食部Ｍ２は測定範囲起点から７６−９２ｍｍの領域に存在することがわかる。ここで、信号強度の総和は腐食部Ｍ１で１５００、腐食部Ｍ２で２３００、である。

続くステップＳ８では、腐食による支柱の減肉の程度を示す腐食度合いＲを下式により算出する。

（数１）
Ｒ＝α×Ｓａ／Ｓ （αは補正係数）

ここで、補正係数αは、あらかじめ制御装置１２に格納されている。補正係数αは、例えば、検査対象である支柱と同一材料を地中に埋設して腐食部を形成し、減肉を実測したサンプルについて上記検査を行い、Ｓａ、Ｓ及び実測した減肉の関係から求めることができる。図６（Ｆ）に腐食度合いを示す。これにより、腐食部Ｍ１は測定範囲起点６２−７５ｍｍの領域に存在し、腐食度合いが１２％、腐食部Ｍ２は、測定範囲起点から７６−９２ｍｍの領域に存在し、腐食度合いが１８％であることがわかる。

続くステップＳ９では、腐食度合いＲに基づいて検査ランク付けを行う。例えば、減肉が１０％なら健全であるとして◎、１１−３０％なら経過観察として○、など、腐食度合いＲに応じた判定基準を設定しておき、該当する判定を出力する。

以上のステップにより、支柱の腐食部の位置及び腐食度合いを検査することができる。検査結果の出力例を図７に示す。腐食度合い、判定及び支柱の位置情報を表示することができる。

検査点数は超音波の広がりと超音波プローブの装着位置（地表からの距離）とから適宜設定する。

上述した検査方法では変状部として腐食部について説明したが、傷などその他の変状も検査可能である。

上述の実施形態では、鋼製支柱の埋設部の変状を例に説明したが、本発明の変状検査方法及び変状検査システムは、鋼製支柱の埋設部のみならず、目視で確認しにくい不可視部分、例えば、道路附属物や橋梁等の高所の検査に適用することができる。

鋼製支柱の土中への根入れ長さは、従来と同様に、検査対象の底面からの反射エコーとパルス信号送信から経過時間から、検査対象の根入れ長さを算出することができる。

（変更例）
反射エコーにノイズが少ない場合には、ステップＳ３を省略することもできる。

位置情報が不要な場合は、ＧＰＳモジュール２０を備えていない構成を採用することもできる。

検査結果を携帯通信端末などの通信モジュールを用いて送信可能な構成を採用することができる。これによれば、複数地点での検査の集中管理することができる。

（実施形態の効果）
本発明の鋼製支柱の変状検査方法及び鋼製支柱の変状検査システムによれば、各変状部に対応する第２のグループ化信号に基づいて各変状部の位置及び変状度合いを算出することができる。入射する超音波として横波を用いたので、支柱の表面を伝達するため腐食を検出しやすい。また、検査において掘削する不要がない。以上のように、簡便かつ精度よく腐食による減肉などの変状の度合いについて検査を行うことができる。
また、鋼製支柱の位置情報を検査結果と関連付けることができるので、検査を行った鋼製支柱の位置を容易に特定することが可能となる。また、検査もれや不正がないかを確認することができる。

１…変状検査システム
１０…超音波検査装置
１１…超音波プローブ
１２…制御装置
１３…信号送受信装置
１３ａ…送信部
１３ｂ…受信部
２０…ＧＰＳモジュール

Claims (6)

1. 鋼製支柱の変状検査方法であって、
   鋼製支柱の地表からの露出部側面に、横波を入射可能な超音波プローブを装着し、
   前記超音波プローブから鋼製支柱に超音波パルスを入射し、変状部からの反射エコーを検出するステップと、
   あらかじめ設定された長さ毎に反射エコーをグループ化した第１のグループ化信号を形成するステップと、
   それぞれの第１のグループ化信号に属する反射信号の信号強度の総和Ｓｋ（ｋ＝１、２、３・・・ｎ）を求めるステップと、
   それぞれの第１のグループ化信号について総和Ｓｋの全体の総和Ｓを求めるステップと、
   前記第１のグループ化信号が連続しているか否かに基づいて、一つの変状部に起因する第１のグループ化信号を更にグループ化して、各変状部に対応する第２のグループ化信号を形成するステップと、
   各第２のグループ化信号に属する反射信号の信号強度の総和をそれぞれ求めるステップと、
   前記各第２のグループ化信号の総和と前記第１のグループ化信号の総和Ｓとに基づき、各変状部の変状度合いを算出するステップと、
   を含むことを特徴とする鋼製支柱の変状検査方法。
2. 第２のグループ化信号を形成するステップでは、あらかじめ設定したしきい値を超えた信号が連続しているか否かに基づいて 各第２のグループ化信号を形成することを特徴とする請求項１に記載の鋼製支柱の変状検査方法。
3. 鋼製支柱の位置情報を取得し、検査結果と関連付けて記憶するステップを更に備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋼製支柱の変状検査方法。
4. 前記鋼製支柱は一端が埋設された支柱であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の鋼製支柱の変状検査方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の鋼製支柱の変状検査方法を実施するための鋼製支柱の変状検査システムであって、
   横波を送受信可能に構成された超音波プローブが装着された超音波測定手段を備えたことを特徴とする鋼製支柱の変状検査システム。
6. 変状検査を行った鋼製支柱の位置情報を取得する位置情報取得手段を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の鋼製支柱の変状検査システム。
   

Images