JP6687969B2 - 変状検出装置及び変状検出プログラム - Google Patents
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Description
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項1の発明は、図1〜図6及び図10〜図13に示すように、検出対象物(3a)の表面に形成された特徴的な模様(5A;5B)の変位を測定することによって、この検出対象物に発生する変状を検出する変状検出装置であって、前記特徴的な模様の撮影画像を複数の領域(A11〜AMN)に分割する撮影画像分割部(11)と、前記複数の領域の相対変位を演算する相対変位演算部(12)と、前記相対変位演算部の演算結果に基づいて、隣り合う前記領域間の相対変位の差を演算する相対変位差演算部(13)と、前記相対変位差演算部の演算結果に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出する変状検出部(14)とを備え、前記撮影画像分割部は、前記相対変位差演算部の演算結果に基づいて、隣り合う前記領域間の相対変位の差が所定値よりも大きい領域をさらに細かい領域に再分割し、前記相対変位差演算部は、再分割後の前記複数の領域間の相対変位の差を演算し、前記変状検出部は、再分割後の前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出することを特徴とする変状検出装置(8)である。
以下、図面を参照して、この発明の第1実施形態について詳しく説明する。
図1に示す車両1は、軌道2に沿って走行する移動体である。車両1は、電車、機関車、客車又は貨車などの鉄道車両であり、構造物3上を走行している。図1に示す車両1は、例えば、高速で走行する新幹線(登録商標)又は在来線の鉄道車両である。軌道2は、車両1が走行する通路(線路)である。軌道2は、車両1の左右一対の車輪を支持して案内する左右一対のレールなどを備えている。
以下では、図4に示す制御部19の動作を中心に説明する。
図9に示すステップ(以下、Sという)100において、変状検出プログラム記憶部17jから変状検出プログラムを制御部19が読み込む。図3に示す変状検出装置8を測定者が操作して変状検出動作を開始させると、変状検出装置8に電源部から電力が供給される。その結果、変状検出プログラム記憶部17jから変状検出プログラムを制御部19が読み込み、一連の変状検出処理を制御部19が実行する。
(1) この第1実施形態では、格子模様5Aを撮影した撮影画像を複数の領域A11,…,AMNに撮影画像分割部11が分割し、複数の領域A11,…,AMNの相対変位を相対変位演算部12が演算し、相対変位演算部12の演算結果に基づいて変状検出部14が変状を検出する。このため、例えば、ひび割れの発生前後の撮影画像を照合し、画像計測手法を用いて相対変位を計測することによって、微細なひび割れの発生状況について効率的かつ定量的に評価することができる。
以下では、図1〜図8に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図10に示す変状検出システム4は、橋桁3aの表面に形成されたランダム模様5Bの変位を測定することによって、この橋桁3aに発生する変状を検出するシステムである。変状検出システム4は、画像相関法を利用することによって橋桁3aの変状を検出する。ここで、画像相関法(ディジタル画像相関法)とは、ランダム模様5Bが存在する検出対象領域A0の撮影画像を変状発生前後(変形前後)で比較して、検出対象領域A0の変位を求める計測手法である。変状検出システム4は、構造物3の振動を振動検出装置6によって検出し、この構造物3上を車両1が通過するときのランダム模様5Bを撮影装置7によって撮影し、この撮影装置7の撮影画像を変状検出装置8によって解析して構造物3の橋桁3aの変状を検出する。変状検出システム4は、図10に示すように、ランダム模様5Bと、振動検出装置6と、撮影装置7と、変状検出装置8などを備えている。
以下では、図9に示す処理と同じ処理については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
S120において、撮影動作の開始を撮影装置7に制御部19が指令すると、ランダム模様5Bが存在する検出対象領域A0を撮影装置7が撮影する。S140において、検出対象領域A0内の変位の演算を変位演算部10に制御部19が指令すると、検出対象領域A0内の変位を画像相関法によって変位演算部10が演算する。S150において、ランダム模様5Bが存在する検出対象領域A0の撮影画像を領域A11,…,AMN毎に撮影画像分割部11が分割する。この第2実施形態には、第1実施形態と同様の効果がある。
(模型橋梁を対象とした動的試験)
図1、図2及び図4に示す変状検出システム4と同一構造である図14(A)に示す実施例に係るひび割れ検出システムを検証するために、模型橋梁を対象とする動的試験を実施した。図15に示すように、スパン中央にひび割れを模擬した鋼製の模型橋梁を用いて、図14(A)に示すひび割れ検出システムの動的計測への適用性について検証するとともに、比較例に係るパイ型変位計を用いた計測も同時に実施した。格子状ターゲットは、図14(B)に示すように、縦横方向に1mmピッチ(分解能は0.002mm)であり、図15に示すように比較例に係るパイ型変位計の上下に格子状ターゲットをマグネット接着して配置した。実施例に係るひび割れ検出システムと比較例に係るパイ型変位計との比較の際には、模擬ひび割れ発生位置の断面においては平面保持が成り立つものとし、比較例に係るパイ型変位計の上下に設置された格子状ターゲットから得られた変位を、比較例に係るパイ型変位計と同じ位置の変位に換算することにより比較した。模型橋梁の加振は、起振器((株)サンエス製SSV-125)により実施した。
図14に示す実施例に係るひび割れ検出システムを検証するために、PCまくらぎを対象とした曲げ破壊試験を実施した。曲げ試験は、JIS E1201に基づきレール位置での正曲げ試験を載荷スパン700mmで実施した。曲げ破壊試験では、コンクリートのひび割れに追随するターゲットの作成方法の検討として、図17(A)に示す格子ピッチ10mmのカッティングシート(PCまくらぎ1)と、図17(B)に示す格子ピッチ2mmのスタンプ(PCまくらぎ2)の2種類の方法により格子状ターゲットを形成し、ひび割れの発生、ひび割れの分布、ひび割れの幅及びひび割れの進展方向が検知可能であるか検証を行った。撮影装置は、200万画素で最大170fps(frames per second(フレーム毎秒))で撮影が可能なCMOSモノクロカメラを使用した。
図18は、模型橋梁を用いた計測結果である。図18に示す縦軸は、ひび割れの幅(mm)であり、横軸は時間(s)である。図18に示すように、実施例に係るひび割れ検出システムは、0.1mm程度より微小な変位領域に対して、比較例に係るパイ型変位計と同程度の精度でひび割れの幅を検出可能であることが確認された。また、実際のコンクリート構造物の計測で対象となる20Hz程度以下の動的な挙動に対しても、150fpsで撮影することでその挙動を高精度にとらえることが可能であることが確認された。以上より、実施例に係るひび割れ検出システムによって実構造物におけるひび割れの動的計測が対応可能であることが確認された。
図19(A)は、曲げ破壊試験時の荷重変位曲線であり、縦軸は載荷荷重(kN)であり、横軸は変位(mm)である。図19(B)は、ひび割れを挟む位置の格子状ターゲットの相対変位と載荷荷重との関係であり、縦軸は載荷荷重(kN)であり、横軸は相対変位(mm)である。図19に示すPCまくらぎ1,2の曲げ破壊試験では、ひび割れは複数個所に発生するが、この曲げ破壊試験で対象としたひび割れは載荷点の直下に発生したひび割れである。図19(B)に示すように、格子状ターゲット間の相対変位の増加の度合いが大きくなる点(変曲点)でひび割れが発生した。図19(B)に示すように、PCまくらぎ2ではPCまくらぎ1よりも細かい格子ピッチの格子状ターゲットを用いたため、PCまくらぎ1よりもPCまくらぎ2のほうがノイズの少ない計測結果が得られた。また、図19(B)に示すように、相対変位(ひび割れの幅)と載荷荷重との関係を把握可能であることが確認された。
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、構造物3がコンクリート橋などのコンクリート構造物である場合を例に挙げて説明したが、鋼橋などの鋼構造物についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、構造物3がコンクリート橋である場合を例に挙げて説明したが、コンクリート高架橋などについても、この発明を適用することができる。
2 軌道
3 構造物
3a 橋桁(検出対象物)
4 変状検出システム
5A 格子模様(特徴的な模様)
5B ランダム模様(特徴的な模様)
6 振動検出装置
7 撮影装置
8 変状検出装置
9 情報入力部
10 変位演算部
11 撮影画像分割部
12 相対変位演算部
13 相対変位差演算部
14 変状検出部
15 荷重推定部
16 可視化画像生成部
17 情報記憶部
18 表示部
19 制御部
A0 検出対象領域
A11〜AMN 領域
AS サブセット
th しきい値
Claims (12)
- 検出対象物の表面に形成された特徴的な模様の変位を測定することによって、この検出対象物に発生する変状を検出する変状検出装置であって、
前記特徴的な模様の撮影画像を複数の領域に分割する撮影画像分割部と、
前記複数の領域の相対変位を演算する相対変位演算部と、
前記相対変位演算部の演算結果に基づいて、隣り合う前記領域間の相対変位の差を演算する相対変位差演算部と、
前記相対変位差演算部の演算結果に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出する変状検出部とを備え、
前記撮影画像分割部は、前記相対変位差演算部の演算結果に基づいて、隣り合う前記領域間の相対変位の差が所定値よりも大きい領域をさらに細かい領域に再分割し、
前記相対変位差演算部は、再分割後の前記複数の領域間の相対変位の差を演算し、
前記変状検出部は、再分割後の前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出すること、
を特徴とする変状検出装置。 - 請求項1に記載の変状検出装置において、
前記変状検出部は、前記相対変位の差がしきい値を超えるときには前記検出対象物にひび割れが発生していると判定し、前記相対変位の差がしきい値以下であるときには前記検出対象物にひび割れが発生していないと判定すること、
を特徴とする変状検出装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の変状検出装置において、
前記変状検出部は、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生するひび割れの幅を検出すること、
を特徴とする変状検出装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の変状検出装置において、
前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に作用する荷重を推定する荷重推定部を備えること、
を特徴とする変状検出装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の変状検出装置において、
前記相対変位の差を可視化して表示するための可視化画像を生成する可視化画像生成部を備えること、
を特徴とする変状検出装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の変状検出装置において、
前記変状検出部は、前記検出対象物の振動を検出する振動検出装置の検出結果に基づいて、この検出対象物に発生する変状を検出すること、
を特徴とする変状検出装置。 - 検出対象物の表面に形成された特徴的な模様の変位を測定することによって、この検出対象物に発生する変状を検出するための変状検出プログラムであって、
前記特徴的な模様の撮影画像を複数の領域に分割する撮影画像分割手順と、
前記複数の領域の相対変位を演算する相対変位演算手順と、
前記相対変位演算手順における演算結果に基づいて、隣り合う前記領域間の相対変位の差を演算する相対変位差演算手順と、
前記相対変位差演算手順における演算結果に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出する変状検出手順とをコンピュータに実行させ、
前記撮影画像分割手順は、前記相対変位差演算手順における演算結果に基づいて、隣り合う前記領域間の相対変位の差が所定値よりも大きい領域をさらに細かい領域に再分割する手順を含み、
前記相対変位差演算手順は、再分割後の前記複数の領域間の相対変位の差を演算する手順を含み、
前記変状検出手順は、再分割後の前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生する変状を検出する手順を含むこと、
を特徴とする変状検出プログラム。 - 請求項7に記載の変状検出プログラムにおいて、
前記変状検出手順は、前記相対変位の差がしきい値を超えるときには前記検出対象物にひび割れが発生していると判定し、前記相対変位の差がしきい値以下であるときには前記検出対象物にひび割れが発生していないと判定する手順を含むこと、
を特徴とする変状検出プログラム。 - 請求項7又は請求項8に記載の変状検出プログラムにおいて、
前記変状検出手順は、前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に発生するひび割れの幅を検出する手順を含むこと、
を特徴とする変状検出プログラム。 - 請求項7から請求項9までのいずれか1項に記載の変状検出プログラムにおいて、
前記相対変位の差に基づいて、前記検出対象物に作用する荷重を推定する荷重推定手順を含むこと、
を特徴とする変状検出プログラム。 - 請求項7から請求項10までのいずれか1項に記載の変状検出プログラムにおいて、
前記相対変位の差を可視化して表示するための可視化画像を生成する可視化画像生成手順を含むこと、
を特徴とする変状検出プログラム。 - 請求項7から請求項11までのいずれか1項に記載の変状検出プログラムにおいて、
前記変状検出手順は、前記検出対象物の振動を検出する振動検出装置の検出結果に基づいて、この検出対象物に発生する変状を検出する手順を含むこと、
を特徴とする変状検出プログラム。
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