JP6811002B2 - ひび割れ角度判定装置及びひび割れ角度判定方法 - Google Patents

Description

この発明は、物体の深さ方向のひび割れとこの物体の表面とがなすひび割れの角度を判定するひび割れ角度判定装置及びひび割れ角度判定方法に関する。

コンクリート表面のひび割れを認識する技術として、画像撮影による方法が開発されている。従来のひび割れ検知装置は、コンクリート構造物に光を照射する光照射手段と、このコンクリート構造物を撮影する撮影手段と、この撮影手段が撮影する画像の各画素についてRGB値から彩度を演算する彩度演算手段と、この彩度演算手段が演算した彩度に基づいてコンクリート構造物の表面のひび割れの有無を判別するひび割れ判別手段などを備えている（例えば、特許文献１参照）。この従来のひび割れ検知装置では、コンクリート構造物の表面が汚れていてひび割れが容易に視認できない場合であっても、ひび割れがあるときの彩度の値とひび割れがないときの彩度の値とは比較して、ひび割れの有無を検知している。

コンクリート表面の浮きを認識する技術として、打音調査による方法が開発されている。従来の打音検査装置は、コンクリート構造物に打撃を加えるハンマーと、このハンマーを両端部に支持した状態で回転する回転軸と、この回転軸を回転駆動するための駆動力を発生するモータと、回転軸を先端部に支持した状態で作業者によって把持されて伸縮自在の伸縮棒とを備えている（例えば、特許文献２参照）。この従来の打音検査装置では、モータによって回転軸を回転させることによって、コンクリート構造物にハンマーを繰り返し衝突させて打撃を加えている。

特開2014-006219号公報

特開2016-142723号公報

従来のひび割れ検知装置は、撮影画像の彩度に基づいてひび割れの有無を検出しているが、コンクリート構造物のはく落を評価するときに基準となるひび割れの角度を評価することができない問題点がある。従来の打音検査装置は、コンクリート構造物の浮きについて打音調査によって確認しているが、あくまで叩き落せるような、はく落寸前のコンクリート構造物しか把握できない問題点がる。コンクリート構造物のはく落は、はく落ブロックの形状寸法、ひび割れ面の凹凸、ひび割れ面の角度の３つの条件によって決まる。このため、はく落のしやすさを定量的に評価するためには、この３つの条件を把握する必要があり、はく落危険性の判断にはひび割れ角度が非常で重要である。しかし、従来、ひび割れの角度を判定する手法がなかった。

この発明の課題は、ひび割れの角度を簡易に判定することができるひび割れ角度判定装置及びひび割れ角度判定方法を提供することである。

この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
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２及び図４に示すように、物体（Ｍ）の深さ方向のひび割れ（Ｃ）とこの物体の表面（Ｍ₁）とがなすひび割れ角度（θ）を判定するひび割れ角度判定装置であって、前記ひび割れ上の前記物体の表面を複数の打撃位置（Ｐ₁，…，Ｐ_N）で打撃したときに発生する振動に基づいて、各打撃位置におけるひび割れ深さ（ｈ₁，…，ｈ_N）を演算するひび割れ深さ演算部（１４）と、前記ひび割れ深さ演算部の演算結果に基づいて、前記ひび割れ角度を演算するひび割れ角度演算部（１８）とを備えるひび割れ角度判定装置（４）である。

請求項２の発明は、請求項１に記載のひび割れ角度判定装置において、図４及び図５に示すように、前記ひび割れ深さ演算部は、前記複数の打撃位置で打撃したときに発生する振動の固有振動数（ｆ₀）のスペクトル（Ｉ）のピークに基づいて、前記ひび割れ深さを演算することを特徴とするひび割れ角度判定装置である。

請求項３の発明は、請求項２に記載のひび割れ角度判定装置において、図６に示すように、前記ひび割れ深さ演算部は、前記振動の固有振動数のスペクトルのピークと前記ひび割れ深さとの相関関係に基づいて、前記ひび割れ深さを演算することを特徴とするひび割れ角度判定装置である。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のひび割れ角度判定装置において、図１、図２及び図４に示すように、前記ひび割れ角度演算部は、各打撃位置とひび割れ端部（Ｐ₀）との間の打撃距離（ｄ₁，…，ｄ_N）と、各打撃位置におけるひび割れ深さとに基づいて、前記ひび割れ角度を演算することを特徴とするひび割れ角度判定装置である。

請求項５の発明は、図１、図２、図４及び図７に示すように、物体（Ｍ）の深さ方向のひび割れ（Ｃ）とこの物体の表面（Ｍ₁）とがなすひび割れ角度（θ）を判定するひび割れ角度判定方法であって、前記ひび割れ上の前記物体の表面を複数の打撃位置（Ｐ₁，…，Ｐ_N）で打撃したときに発生する振動に基づいて、各打撃位置におけるひび割れ深さ（ｈ₁，…，ｈ_N）を演算するひび割れ深さ演算工程（＃１５０）と、前記ひび割れ深さ演算工程における演算結果に基づいて、前記ひび割れ角度を演算するひび割れ角度演算工程（＃１６０）とを含むひび割れ角度判定方法（＃１００）である。

請求項６の発明は、請求項５に記載のひび割れ角度判方法において、図４及び図５に示すように、前記ひび割れ深さ演算工程は、前記複数の打撃位置で打撃したときに発生する振動の固有振動数のスペクトル（Ｉ）のピークに基づいて、前記ひび割れ深さを演算する工程を含むことを特徴とするひび割れ角度判定方法である。

請求項７の発明は、請求項６に記載のひび割れ角度判定方法において、図６に示すように、前記ひび割れ深さ演算工程は、前記振動の固有振動数のスペクトルのピークと前記ひび割れ深さとの相関関係に基づいて、前記ひび割れ深さを演算する工程を含むことを特徴とするひび割れ角度判定方法である。

請求項８の発明は、請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のひび割れ角度判定方法において、図１、図２及び図４に示すように、前記ひび割れ角度演算工程は、各打撃位置とひび割れ端部（Ｐ₀）との間の打撃距離（ｄ₁，…，ｄ_N）と、各打撃位置におけるひび割れ深さとに基づいて、前記ひび割れ角度を演算する工程を含むことを特徴とするひび割れ角度判定方法である。

この発明によると、ひび割れの角度を簡易に判定することができる。

この発明の実施形態に係るひび割れ角度判定装置を模式的に示す全体図である。 この発明の実施形態に係るひび割れ角度判定装置を模式的に示す構成図である。 この発明の実施形態に係るひび割れ角度判定装置によるひび割れ角度判定手法を説明するための概念図である。 この発明の実施形態に係るひび割れ角度判定装置の各打撃位置におけるスペクトル強度とひび割れ深さとの関係を説明するための模式図である。 この発明の実施形態に係るひび割れ角度判定装置のスペクトル強度演算部の演算結果を一例として模式的に示す波形図である。 この発明の実施形態に係るひび割れ角度判定装置の相関関係情報記憶部のデータ構造を一例として模式的に示す概念図である。 この発明の実施形態に係るひび割れ角度判定方法を説明するための工程図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１〜図４に示す物体Ｍは、ひび割れ角度判定装置４によってひび割れＣの角度θが判定される判定対象物である。物体Ｍは、コンクリートを主要材料に用いたコンクリート構造物のような固定構造物（土木構造物）である。物体Ｍは、例えば、山腹などの地中を貫通して列車などの移動体を通過させるトンネルにおいて、地山の変形及び崩落を抑制及び防止するとともに漏水を防止して、トンネル内の主要断面及び機能を維持するトンネル覆工である。物体Ｍは、この物体Ｍの深さ方向にひび割れＣが発生している。表面Ｍ₁は、物体Ｍの内側表面である。表面Ｍ₁は、例えば、トンネル覆工の内空側の表面である。

ひび割れＣは、物体Ｍに発生するき裂である。ひび割れＣは、物体Ｍの表面Ｍ₁からこの物体Ｍの内部に進展、又は物体Ｍの内部からこの物体Ｍの表面Ｍ₁に進展している。ひび割れＣは、例えば、物体Ｍの内面側に圧縮応力が作用して縮み、この物体Ｍの外面側に引張応力が作用して伸びることによって、斜め方向に進展する斜めひび割れである。開口部Ｃ₁は、物体Ｍの表面Ｍ₁側のひび割れＣの端部である。ひび割れ角度θは、物体Ｍの深さ方向のひび割れＣとこの物体Ｍの表面Ｍ₁とがなす角度である。

図１に示すひび割れ角度判定システム１は、ひび割れ角度θを判定するシステムである。ひび割れ角度判定システム１は、加振装置２と、振動検出装置３と、ひび割れ角度判定装置４などを備えている。ひび割れ角度判定システム１は、加振装置２によって物体Ｍを加振したときに発生する振動を振動検出装置３によって検出し、この振動検出装置３の検出結果に基づいてひび割れ角度判定装置４によってひび割れ角度θを評価する。ひび割れ角度判定システム１は、ひび割れＣ上を加振装置２によって打撃したときに発生する振動を振動検出装置３によって検出し、いくつかの特定の固有振動数でスペクトルのピークを持つ計測結果を得る。

図１〜図３に示す加振装置２は、物体Ｍを加振する装置である。加振装置２は、物体Ｍの表面Ｍ₁に打撃を加えてこの物体Ｍを振動させる。加振装置２は、使用者の操作によって物体Ｍを打撃して、この物体Ｍに打撃力（加振力）Ｆを作用させる。加振装置２は、例えば、物体Ｍに作用させた打撃力Ｆを把握可能なインパクトハンマー（インパルスハンマー）のような加振器である。加振装置２は、図１に示すように、ひび割れＣ上の物体Ｍの表面Ｍ₁を複数の打撃箇所Ｐ₁，…，Ｐ_Nで打撃する。加振装置２は、物体Ｍに衝撃を加えたときに発生する打撃力Ｆを検出する荷重検出部（ロードセル）を備えており、物体Ｍを加振する打撃力Ｆに応じた打撃力検出信号（打撃力情報）をひび割れ角度判定装置４に出力する。

図１〜図４に示す振動検出装置３は、物体Ｍに発生する振動を検出する装置である。振動検出装置３は、加振装置２によって物体Ｍが加振されたときに、この物体Ｍに発生する振動を検出する。振動検出装置３は、加振装置２によって物体Ｍの表面Ｍ₁を複数の打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nで打撃したときに、各打撃箇所Ｐ₁，…，Ｐ_Nで発生する振動をそれぞれ検出する。振動検出装置３は、例えば、物体Ｍの振動による加速度を検出する加速度センサである。振動検出装置３は、物体Ｍの表面Ｍ₁に着脱自在に装着される。振動検出装置３は、物体Ｍの表面Ｍ₁に発生する振動に応じた振動検出信号（振動情報）をひび割れ角度判定装置４に出力する。

図１及び図２に示すひび割れ角度判定装置４は、ひび割れ角度θを判定する装置である。ひび割れ角度判定装置４は、加振装置２が加える打撃力Ｆの大きさと、振動検出装置３が検出する振動の大きさとに基づいて、物体Ｍに発生しているひび割れ角度θを評価する。ひび割れ角度判定装置４は、物体Ｍのひび割れ角度θに基づいてこの物体Ｍのはく落の危険性を評価する。ひび割れ角度判定装置４は、図４に示すように、スペクトル強度（スペクトルのピーク）Ｉ₁，…，Ｉ₄が打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ₄におけるひび割れ深さｈ₁，…，ｈ₄と相関があるため、打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_N毎にひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nを求め、このひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nからひび割れ角度θ₁，…，θ_Nを求める。ひび割れ角度判定装置４は、図２に示すように、打撃力情報入力部５と、打撃力情報記憶部６と、振動情報入力部７と、振動情報記憶部８と、スペクトル強度演算部９と、スペクトル強度情報記憶部１０と、正射影長さ演算部１１と、正射影長さ情報記憶部１２と、相関関係情報記憶部１３と、ひび割れ深さ演算部１４と、ひび割れ深さ情報記憶部１５と、打撃距離設定部１６と、打撃距離情報記憶部１７と、ひび割れ角度演算部１８と、ひび割れ角度情報記憶部１９と、はく落危険度評価部２０と、評価結果情報記憶部２１と、ひび割れ角度判定プログラム記憶部２２と、表示部２３と、制御部２４などを備えている。ひび割れ角度判定装置４は、例えば、パーソナルコンピュータなどによって構成されており、ひび割れ角度判定プログラムに従って所定の処理を実行する。

図３に示すひび割れ深さＨは、物体Ｍの表面Ｍ₁からひび割れＣまでの深さである。ひび割れ長さＬは、ひび割れＣの一方の端部から他方の端部までの距離である。正射影長さＤは、物体Ｍの表面Ｍ₁にひび割れＣを正射影したときのこのひび割れＣの長さである。正射影長さＤは、ひび割れＣの各点を物体Ｍの表面Ｍ₁に下した垂線の足の集まりである。ひび割れ先端位置Ｐ₀は、ひび割れＣの開口部Ｃ₁側の端部である。打撃位置Ｐは、加振装置２によって物体Ｍの表面Ｍ₁に打撃力Ｆを作用させる位置である。打撃距離ｄは、ひび割れ先端位置Ｐ₀から打撃位置Ｐまでの距離である。ひび割れ深さｈは、打撃位置Ｐにおける物体Ｍの表面Ｍ₁からひび割れＣまでの深さである。図３に示すように、複雑な形状ではないひび割れ角度θのひび割れＣは、ひび割れＣの正射影長さＤに相当する物体Ｍの浮いている範囲であれば、打撃位置Ｐによらず同じ固有振動数ｆ₀でスペクトルのピークを持つ。この固有振動数ｆ₀のスペクトル強度Ｉとひび割れ深さｈとの間には相関関係がある。ひび割れ角度判定装置４は、このような固有振動数ｆ₀のスペクトル強度Ｉとひび割れ深さｈとの相関関係を利用して物体Ｍのひび割れ角度θを同定する。

図２に示す打撃力情報入力部５は、加振装置２が出力する打撃力情報が入力する手段である。打撃力情報入力部５は、加振装置２が出力する打撃力情報を制御部２４に出力する。打撃力情報入力部５は、例えば、加振装置２から制御部２４に打撃力検出信号を入力させるインタフェース(I/F)回路などである。打撃力情報記憶部６は、打撃力情報入力部５が出力する打撃力情報を記憶する手段である。打撃力情報記憶部６は、例えば、加振装置２によって物体Ｍに作用させた打撃力Ｆを打撃力情報として記憶するメモリなどである。

振動情報入力部７は、振動検出装置３が出力する振動情報が入力する手段である。振動情報入力部７は、振動検出装置３が出力する振動情報を制御部２４に出力する。振動情報入力部７は、例えば、振動検出装置３から制御部２４に振動検出信号を入力させるインタフェース(I/F)回路などである。振動情報記憶部８は、振動情報入力部７が出力する振動情報を記憶する手段である。振動情報記憶部８は、図４に示すように、打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_N毎に振動情報を記憶する。振動情報記憶部８は、例えば、加振装置２が出力する振動情報を記憶するメモリなどである。

図２に示すスペクトル強度演算部９は、複数の打撃箇所Ｐ₁，…，Ｐ_Nで打撃したときに発生する振動の固有振動数ｆ₀のスペクトル強度Ｉ₁，…，Ｉ_Nを演算する手段である。スペクトル強度演算部９は、図５に示すように、振動情報入力部７が出力する振動検出信号に基づいてスペクトル波形Ｗを生成し、振動の固有振動数ｆ₀のスペクトル強度Ｉを演算する。ここで、図５に示すスペクトル波形Ｗは、物体Ｍに打撃力Ｆを作用させたときに発生する振動検出信号の波形（振動波形）を周波数分析したときのフーリエスペクトルを示す波形である。固有振動数ｆ₀は、物体Ｍの振動波形を周波数分析したときに振幅スペクトルが極大となる卓越周波数である。スペクトル強度演算部９は、例えば、振動情報入力部７が出力する振動検出信号を高速フーリエ変換(Fast Fourier Transformation(以下、FFTという))処理して、振動の固有振動数ｆ₀のスペクトル強度（スペクトルの大きさ）Ｉを演算する。スペクトル強度演算部９は、例えば、物体Ｍを加振したときの加速度応答をFETアナライザによって周波数分析し、振動の固有振動数ｆ₀のスペクトル強度Ｉを演算する。スペクトル強度演算部９は、演算後の振動の固有振動数ｆ₀のスペクトル強度Ｉをスペクトル強度信号（スペクトル強度情報）として制御部２４に出力する。スペクトル強度情報記憶部１０は、スペクトル強度演算部９が演算したスペクトル強度Ｉを記憶する手段である。スペクトル強度情報記憶部１０は、例えば、スペクトル強度演算部９が出力するスペクトル強度情報を記憶するメモリなどである。

図２に示す正射影長さ演算部１１は、ひび割れＣ上の物体Ｍの表面Ｍ₁を複数の打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nで打撃したときに発生する振動に基づいて、正射影長さＤを演算する手段である。正射影長さ演算部１１は、振動検出装置３の検出結果に基づいて正射影長さＤを演算する。正射影長さ演算部１１は、振動検出装置３が出力する振動情報を解析することによって正射影長さＤを演算する。正射影長さ演算部１１は、物体Ｍの内部のひび割れＣによる空洞部の有無によって振動が相違するため、各打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nにおける振動情報に基づいて正射影長さＤを演算する。正射影長さ演算部１１は、物体Ｍの内部のひび割れＣが存在する領域の振動と、ひび割れＣが存在しない領域の振動とが相違するのを利用して、各打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nにおける振動情報に基づいて正射影長さＤを演算する。正射影長さ演算部１１は、演算後の正射影長さＤを正射影長さ信号（正射影長さ情報）として制御部２４に出力する。正射影長さ情報記憶部１２は、正射影長さ演算部１１が演算した正射影長さＤを記憶する手段である。正射影長さ情報記憶部１２は、例えば、正射影長さ演算部１１が出力する正射影長さ情報を記憶するメモリなどである。

図２に示す相関関係情報記憶部１３は、振動の固有振動数ｆ₀のスペクトル強度Ｉとひび割れ深さｈとの相関関係を相関関係情報として記憶する手段である。相関関係情報記憶部１３は、振動の固有振動数ｆ₀のスペクトル強度Ｉとひび割れ深さｈとの相関関係を正射影長さＤ₁，…，Ｄ_M毎に相関関係情報として記憶する。相関関係情報記憶部１３は、図６に示すようなスペクトル強度Ｉ−ひび割れ深さｈとの関係を表す相関関係を記憶する。ここで、図６に示す縦軸は、ひび割れ深さｈであり、横軸はスペクトル強度Ｉである。相関関係情報記憶部１３は、スペクトル強度Ｉとひび割れ深さｈとの関係を正射影長さＤ₁，…，Ｄ_M毎に予めデータベース化して記憶する。相関関係情報記憶部１３は、例えば、様々なひび割れ角度θ、正射影長さＤの試験片を予め作製しておき、各打撃距離ｄ₁，…，ｄ_Nで打撃力Ｆ₁，…，Ｆ_Nによって打撃したときのスペクトル強度Ｉ₁，…，Ｉ_Nの関係を整理してデータベース化した相関関係情報を記憶する。相関関係情報記憶部１３は、振動の固有振動数ｆ₀のスペクトル強度Ｉとひび割れ深さｈとの相関関係を相関関係情報として記憶するメモリなどである。

図２に示すひび割れ深さ演算部１４は、ひび割れＣ上の物体Ｍの表面Ｍ₁を複数の打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nで打撃したときに発生する振動に基づいて、各打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nにおけるひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nを演算する手段である。ひび割れ深さ演算部１４は、複数の打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nで打撃したときに発生する振動の固有振動数ｆ₀のスペクトルのピークに基づいて、ひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nを演算する。ひび割れ深さ演算部１４は、振動の固有振動数ｆ₀のスペクトルのピークとひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nとの相関関係に基づいて、ひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nを演算する。ひび割れ深さ演算部１４は、相関関係情報記憶部１３が記憶する相関関係情報と、スペクトル強度演算部９が演算する振動の固有振動数ｆ₀のスペクトル強度Ｉ₁，…，Ｉ_Nと、正射影長さ演算部１１が演算する正射影長さＤ₁，…，Ｄ_Mとに基づいて、ひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nを演算する。ひび割れ深さ演算部１４は、図６に示すように、正射影長さ演算部１１が演算する正射影長さＤ₁，…，Ｄ_Mに対応する相関関係情報を選択し、スペクトル強度演算部９が演算するスペクトル強度情報に対応するひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nをこの相関関係情報から特定する。ひび割れ深さ演算部１４は、演算後のひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nをひび割れ深さ信号（ひび割れ深さ情報）として制御部２４に出力する。ひび割れ深さ情報記憶部１５は、ひび割れ深さ演算部１４が演算したひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nを記憶する手段である。ひび割れ深さ情報記憶部１５は、例えば、ひび割れ深さ演算部１４が出力するひび割れ深さ情報を記憶するメモリなどである。

打撃距離設定部１６は、打撃距離ｄ₁，…，ｄ_Nを設定する手段である。打撃距離設定部１６は、ひび割れ先端位置Ｐ₀から各打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nまでの打撃距離ｄ₁，…，ｄ_Nを打撃距離情報として設定する。打撃距離設定部１６は、例えば、使用者の手動操作によって打撃距離ｄ₁，…，ｄ_Nを入力する入力装置又は補助入力装置などである。打撃距離設定部１６は、設定後の打撃距離ｄ₁，…，ｄ_Nを打撃距離信号（打撃距離情報）として制御部２４に出力する。打撃距離情報記憶部１７は、打撃距離設定部１６が設定した打撃距離設定情報を記憶する手段である。打撃距離情報記憶部１７は、例えば、打撃距離設定部１６が出力する打撃距離情報を記憶するメモリなどである。

ひび割れ角度演算部１８は、ひび割れ深さ演算部１４の演算結果に基づいて、ひび割れ角度θを演算する手段である。ひび割れ角度演算部１８は、各打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nとひび割れ先端位置Ｐ₀との間の打撃距離ｄ₁，…，ｄ_Nと、各打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nにおけるひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nとに基づいて、ひび割れ角度θを演算する。ひび割れ角度演算部１８は、打撃距離ｄとひび割れ深さｈとに基づいて、以下の数１によってひび割れ角度θを演算する。

ひび割れ角度演算部１８は、演算後のひび割れ角度θ₁，…，θ_Nをひび割れ角度信号（ひび割れ角度情報）として制御部２４に出力する。ひび割れ角度情報記憶部１９は、ひび割れ角度演算部１８が演算したひび割れ角度θ₁，…，θ_Nを記憶する手段である。ひび割れ角度情報記憶部１９は、例えば、ひび割れ角度演算部１８が出力するひび割れ角度情報を記憶するメモリなどである。

はく落危険度評価部２０は、物体Ｍのはく落の危険度を評価する手段である。はく落危険度評価部２０は、ひび割れ角度演算部１８が演算するひび割れ角度θを評価基準として、物体Ｍのはく落の危険度の有無を評価する。はく落危険度評価部２０は、例えば、ひび割れ角度θが所定値を超えるときには物体Ｍにはく落が発生する危険度が低いと評価し、ひび割れ角度θが所定値以下であるときには物体Ｍにはく落が発生する危険が高いと評価する。はく落危険度評価部２０は、評価後のはく落の危険度の有無を評価結果信号（評価結果情報）として制御部２４に出力する。評価結果情報記憶部２１は、はく落危険度評価部２０の評価結果を記憶する手段である。評価結果情報記憶部２１は、例えば、はく落危険度評価部２０が出力する評価結果情報を記憶するメモリなどである。

ひび割れ角度判定プログラム記憶部２２は、ひび割れ角度θを判定するためのひび割れ角度判定プログラムを記憶する手段である。ひび割れ角度判定プログラム記憶部２２は、情報記録媒体から読み取ったひび割れ角度判定プログラム又は電気通信回線を通じて取り込まれたひび割れ角度判定プログラムなどを記憶するメモリなどである。

表示部２３は、ひび割れ角度判定装置４に関する種々の情報を表示する手段である。表示部２３は、例えば、打撃力情報記憶部６が記憶する打撃力情報、振動情報記憶部８が記憶する振動情報、スペクトル強度情報記憶部１０が記憶するスペクトル強度情報、正射影長さ情報記憶部１２が記憶する正射影長さ情報、相関関係情報記憶部１３が記憶する相関関係情報、ひび割れ深さ情報記憶部１５が記憶するひび割れ深さ情報、ひび割れ角度情報記憶部１９が記憶するひび割れ角度情報、及び評価結果情報記憶部２１が記憶する評価結果情報などを表示画面上に表示する。

制御部２４は、ひび割れ角度判定装置４に関する種々の動作を制御する中央処理部（CPU）である。制御部２４は、ひび割れ角度判定プログラム記憶部２２からひび割れ角度判定プログラムを読み出して、このひび割れ角度判定プログラムに従って所定のひび割れ角度判定処理を実行する。制御部２４は、例えば、打撃力情報入力部５が出力する打撃力情報の記憶を打撃力情報記憶部６に指令したり、振動情報入力部７が出力する振動情報の記憶を振動情報記憶部８に指令したり、振動情報記憶部８から振動情報を読み出して正射影長さ演算部１１及びスペクトル強度演算部９に出力したり、スペクトル強度演算部９にスペクトル強度Ｉの演算を指令したり、スペクトル強度演算部９が出力するスペクトル強度情報の記憶をスペクトル強度情報記憶部１０に指令したり、スペクトル強度情報記憶部１０からスペクトル強度情報を読み出してひび割れ深さ演算部１４に出力したり、正射影長さ演算部１１に正射影長さＤの演算を指令したり、正射影長さ演算部１１が出力する正射影長さ情報の記憶を正射影長さ情報記憶部１２に指令したり、正射影長さ情報記憶部１２から正射影長さ情報を読み出してひび割れ深さ演算部１４に出力したり、相関関係情報記憶部１３から相関関係情報を読み出してひび割れ深さ演算部１４に出力したり、ひび割れ深さ演算部１４にひび割れ深さｈの演算を指令したり、ひび割れ深さ演算部１４が出力するひび割れ深さ情報の記憶をひび割れ深さ情報記憶部１５に指令したり、ひび割れ深さ情報記憶部１５からひび割れ深さ情報を読み出してひび割れ角度演算部１８に出力したり、打撃距離設定部１６が出力する打撃距離情報の記憶を打撃距離情報記憶部１７に指令したり、打撃距離情報記憶部１７から打撃距離情報を読み出してひび割れ角度演算部１８に出力したり、ひび割れ角度演算部１８にひび割れ角度θの演算を指令したり、ひび割れ角度演算部１８が出力するひび割れ角度情報の記憶をひび割れ角度情報記憶部１９に指令したり、ひび割れ角度情報記憶部１９からひび割れ角度情報を読み出してはく落危険度評価部２０に出力したり、はく落危険度評価部２０にはく落危険度の評価を指令したり、はく落危険度評価部２０が出力する評価結果情報の記憶を評価結果情報記憶部２１に指令したり、表示部２３に種々の情報の表示を指令したりする。制御部２４には、打撃力情報入力部５、打撃力情報記憶部６、振動情報入力部７、振動情報記憶部８、スペクトル強度演算部９、スペクトル強度情報記憶部１０、正射影長さ演算部１１、正射影長さ情報記憶部１２、相関関係情報記憶部１３、ひび割れ深さ演算部１４、ひび割れ深さ情報記憶部１５、打撃距離設定部１６、打撃距離情報記憶部１７、ひび割れ角度演算部１８、ひび割れ角度情報記憶部１９、はく落危険度評価部２０、評価結果情報記憶部２１、ひび割れ角度判定プログラム記憶部２２及び表示部２３が相互に通信可能に接続されている。

次に、この発明の実施形態に係るひび割れ角度判定方法について説明する。
以下では、制御部２４の動作を中心として説明する。
図７に示すひび割れ角度判定方法＃１００は、物体Ｍの深さ方向のひび割れＣとこの物体Ｍの表面Ｍ₁とがなすひび割れ角度θを判定する方法である。ひび割れ角度判定方法＃１００は、打撃工程＃１１０と、振動検出工程＃１２０と、スペクトル強度演算工程＃１３０と、正射影長さ演算工程＃１４０と、ひび割れ深さ演算工程＃１５０と、ひび割れ角度演算工程＃１６０と、はく落危険度評価工程＃１７０と、評価結果表示工程＃１８０などを含む。

打撃工程＃１１０において、複数の打撃箇所Ｐ₁，…，Ｐ_Nで物体Ｍを打撃する。図１及び図４に示すように、ひび割れ先端位置Ｐ₀の近傍に振動検出装置３を使用者が設置する。加振装置２によって打撃を加える複数の打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nからひび割れ先端位置Ｐ₀までの各打撃距離ｄ₁，…，ｄ_Nを打撃距離設定部１６によって使用者が設定する。各打撃距離ｄ₁，…，ｄ_Nに関する打撃距離情報が打撃距離設定部１６から制御部２４に出力されると、打撃距離情報記憶部１７に制御部２４がこの打撃距離情報を出力し、打撃距離情報記憶部１７に打撃距離情報が記憶される。物体Ｍの表面Ｍ₁上の複数の打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nに加振装置２によって打撃を加えると、打撃力Ｆ₁，…，Ｆ_Nに応じた打撃力情報が加振装置２から打撃力情報入力部５に出力される。加振装置２から打撃力情報入力部５を通じて制御部２４に打撃力情報が入力し、打撃力情報記憶部６に制御部２４がこの打撃力情報を出力し、打撃力情報記憶部６に打撃力情報が記憶される。

振動検出工程＃１２０において、複数の打撃箇所Ｐ₁，…，Ｐ_Nで物体Ｍを打撃したときに発生する振動を検出する。図１、図２及び図４に示すように、加振装置２によって物体Ｍが加振されると、打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_N毎に振動に応じた振動情報が振動検出装置３から振動情報入力部７に出力される。振動検出装置３から振動情報入力部７を通じて制御部２４に振動情報が入力し、振動情報記憶部８に制御部２４がこの振動情報を出力し、振動情報記憶部８に振動情報が記憶される。

スペクトル強度演算工程＃１３０において、複数の打撃箇所Ｐ₁，…，Ｐ_Nで打撃したときに発生する振動の固有振動数ｆ₀のスペクトル強度Ｉ₁，…，Ｉ_Nを演算する。振動情報記憶部８から振動情報を制御部２４が読み出して、この振動情報を制御部２４がスペクトル強度演算部９に出力するとともに、スペクトル強度演算部９にスペクトル強度Ｉの演算を制御部２４が指令する。図４に示すように、ひび割れＣ上の物体Ｍの表面Ｍ₁に打撃力Ｆ₁，…，Ｆ_Nを作用させたときに、打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nにかかわらず同じ固有振動数ｆ₀でスペクトルのピークが現れる。打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_N毎に振動のスペクトル波形Ｗをスペクトル強度演算部９が生成し、このスペクトル波形Ｗのピーク（強度レベル）をスペクトル強度Ｉ₁，…，Ｉ_Nとしてスペクトル強度演算部９が演算する。スペクトル強度演算部９がスペクトル強度情報を制御部２４に出力すると、このスペクトル強度情報をスペクトル強度情報記憶部１０に制御部２４が出力し、スペクトル強度情報記憶部１０にスペクトル強度情報が記憶される。

図７に示す正射影長さ演算工程＃１４０において、正射影長さＤを演算する。正射影長さ演算工程＃１４０では、振動検出装置３が出力する振動情報に基づいて正射影長さＤが演算される。振動情報記憶部８から振動情報を制御部２４が読み出して、この振動情報を制御部２４が正射影長さ演算部１１に出力するとともに、正射影長さ演算部１１に正射影長さＤの演算を制御部２４が指令する。物体Ｍの内部にひび割れＣが存在するか否かは、打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nに打撃力Ｆ₁，…，Ｆ_Nを作用させたときに発生する振動によって識別することができる。このため、物体Ｍの表面Ｍ₁を打撃したときのひび割れ領域と非ひび割れ領域の振動情報に基づいて、打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nの内部にひび割れＣが存在するか否かを正射影長さ演算部１１が判定し、ひび割れ先端位置Ｐ₀を始点とする正射影長さＤを正射影長さ演算部１１が演算する。正射影長さ演算部１１が正射影長さ情報を制御部２４に出力すると、この正射影長さ情報を正射影長さ情報記憶部１２に制御部２４が出力し、正射影長さ情報記憶部１２に正射影長さ情報が記憶される。

ひび割れ深さ演算工程＃１５０において、ひび割れ角度θを演算する。ひび割れ深さ演算工程＃１５０では、ひび割れＣ上の物体Ｍの表面Ｍ₁を複数の打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nで打撃したときに発生する振動に基づいて、各打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nにおけるひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nを演算する。ひび割れ深さ演算工程＃１５０では、複数の打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nで打撃したときに発生する振動の固有振動数ｆ₀のスペクトルのピークに基づいて、ひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nを演算する。ひび割れ深さ演算工程＃１５０では、振動の固有振動数ｆ₀のスペクトルのピークとひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nとの相関関係に基づいてひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nを演算する。スペクトル強度情報記憶部１０からスペクトル強度情報を制御部２４が読み出して、このスペクトル強度情報を制御部２４がひび割れ深さ演算部１４に出力するとともに、正射影長さ情報記憶部１２から正射影長さ情報を制御部２４が読み出して、この正射影長さ情報を制御部２４がひび割れ深さ演算部１４に出力する。また、相関関係情報記憶部１３から相関関係情報を制御部２４が読み出して、この相関関係情報を制御部２４がひび割れ深さ演算部１４に出力する。ひび割れ深さｈの演算をひび割れ深さ演算部１４に制御部２４が指令すると、図６に示すような正射影長さＤ₁，…，Ｄ_Mに対応する相関関係情報をひび割れ深さ演算部１４が抽出して、図４に示すように打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_N毎のスペクトル強度Ｉ₁，…，Ｉ_Nに対応するひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nをひび割れ深さ演算部１４が演算する。ひび割れ深さ演算部１４がひび割れ深さ情報を制御部２４に出力すると、このひび割れ深さ情報をひび割れ深さ情報記憶部１５に制御部２４が出力し、ひび割れ深さ情報記憶部１５にひび割れ深さ情報が記憶される。

図７に示すひび割れ角度演算工程＃１６０において、ひび割れ深さ演算工程＃１３０における演算結果に基づいて、ひび割れ角度θを演算する。ひび割れ角度演算工程＃１６０では、各打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nとひび割れ先端端部Ｐ₀との間の打撃距離ｄ₁，…，ｄ_Nと、各打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nにおけるひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nとに基づいて、ひび割れ角度θを演算する。ひび割れ深さ情報記憶部１５からひび割れ深さ情報を制御部２４が読み出して、このひび割れ深さ情報を制御部２４がひび割れ角度演算部１８に出力するとともに、相関関係情報記憶部１３から相関関係情報を制御部２４が読み出して、この相関関係情報を制御部２４がひび割れ深さ演算部１４に出力する。ひび割れ角度θの演算をひび割れ角度演算部１８に制御部２４が指令すると、打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_N毎のひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nに対応するひび割れ角度θ₁，…，θ_Nをひび割れ角度演算部１８が数１によって演算する。ひび割れ角度演算部１８がひび割れ角度情報を制御部２４に出力すると、このひび割れ角度情報をひび割れ角度情報記憶部１９に制御部２４が出力し、ひび割れ角度情報記憶部１９にひび割れ角度情報が記憶される。

図７に示すはく落危険度評価工程＃１７０において、物体Ｍのはく落の危険度を評価する。はく落危険度の評価をはく落危険度評価部２０に制御部２４が指令する。ひび割れ角度情報記憶部１９からひび割れ角度情報を制御部２４が読み出して、このひび割れ角度情報を制御部２４がはく落危険度評価部２０に出力する。その結果、各打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nのひび割れ角度θ₁，…，θ_Nが所定値を超えているか否かをはく落危険度評価部２０が評価し、物体Ｍのはく落危険性の有無を評価する。はく落危険度評価部２０が評価結果情報を制御部２４に出力すると、この評価結果情報を評価結果情報記憶部２１に制御部２４が出力し、評価結果情報記憶部２１に評価結果情報が記憶される。

評価結果表示工程＃１８０において、はく落危険度評価工程＃１５０における評価結果を表示部２３が表示する。はく落危険度の評価結果の表示を表示部２３に制御部２４が指令すると、評価結果情報記憶部２１から評価結果情報を制御部２４が読み出して、この評価結果情報を制御部２４が表示部２３に出力する。その結果、物体Ｍのはく落危険性の有無を表示部２３が表示画面上に表示する。

この発明の実施形態に係るひび割れ角度判定装置及びひび割れ角度判定方法には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、ひび割れＣ上の物体Ｍの表面Ｍ₁を複数の打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nで打撃したときに発生する振動に基づいて、各打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nにおけるひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nをひび割れ深さ演算部１４が演算し、このひび割れ深さ演算部１４の演算結果に基づいて、ひび割れ角度θをひび割れ角度演算部１８が演算する。このため、複数回の打撃からひび割れ角度θを簡易に演算することができる。その結果、ひび割れ角度θがはく落の危険性に大きく影響するため、ひび割れ角度θをはく落危険性の判定指標として利用することができる。

(2) この実施形態では、複数の打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nで打撃したときに発生する振動の固有振動数ｆ₀のスペクトルのピークに基づいて、ひび割れ深さｈをひび割れ深さ演算部１４が演算する。このため、物体Ｍの振動を周波数解析して振動の固有振動数ｆ₀のスペクトル強度Ｉを演算し、ひび割れ深さｈを簡単に演算することができる。また、ある打撃に対するスペクトルの出力にばらつきが生ずる場合があっても、打撃回数を多くすることによってひび割れ角度θの判定精度を向上させることができる。

(3) この実施形態では、振動の固有振動数ｆ₀のスペクトルのピークとひび割れ深さｈとの相関関係に基づいて、ひび割れの深さｈをひび割れ深さ演算部１４が演算する。このため、振動の固有振動数ｆ₀のスペクトルのピークを相関関係と照合することによって、ひび割れ深さｈを簡単に演算することができる。例えば、相関関係のデータベースを予め作成しておき、未知のひび割れＣに対して打撃の結果が何度のひび割れ角度θに近いかを容易に判定することができる。

(4) この実施形態では、各打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nとひび割れ先端位置Ｐ₀との間の距離ｄ₁，…，ｄ_Nと、各打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nにおけるひび割れ深さｈ₁，…，ｈ_Nとに基づいて、ひび割れ角度θ₁，…，θ_Nをひび割れ角度演算部１８が演算する。このため、ひび割れ角度θを指標として物体Ｍのはく落の危険性を評価することができる。

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、物体Ｍが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、コンクリート構造物以外の岩石などについても、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、物体Ｍがトンネル覆工である場合を例に挙げて説明したが、トンネル覆工以外のコンクリート構造物についても、この発明を適用することができる。

(2) この実施形態では、振動検出装置３が物体Ｍの振動を検出する加速度センサである場合を例に挙げて説明したが、物体Ｍの振動によって放射する騒音を検出する騒音計、物体Ｍの振動による変位を検出する変位計についても、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、物体Ｍの表面Ｍ₁に打撃力Ｆを作用させたときに発生する振動に基づいて正射影長さＤを演算する場合を例に挙げて説明したが、物体Ｍの表面Ｍ₁に打撃力Ｆを作用させたときに発生する騒音に基づいて正射影長さＤを演算することもできる。この場合には、物体Ｍの表面Ｍ₁を打撃したときのひび割れ領域と非ひび割れ領域の騒音（打撃音）に基づいて、打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_Nの内部にひび割れＣが存在するか否かを正射影長さ演算部１１が判定し、ひび割れ先端位置Ｐ₀を始点とする正射影長さＤを正射影長さ演算部１１が演算する。さらに、この実施形態では、打撃位置Ｐ₁，…，Ｐ_N毎にひび割れ角度θ₁，…，θ_Nをひび割れ角度演算部１８が演算する場合を例に挙げて説明したが、ひび割れ角度θ₁，…，θ_Nを平均化してひび割れ角度θを演算する場合についても、この発明を適用することができる。

１ ひび割れ角度判定システム
２ 加振装置
３ 振動検出装置
４ ひび割れ角度判定装置
９ スペクトル強度演算部
１１ 正射影長さ演算部
１３ 相関関係情報記憶部
１４ ひび割れ深さ演算部
１８ ひび割れ角度演算部
２０ はく落危険度評価部
２４ 制御部
Ｍ 物体
Ｍ₁ 表面
Ｃ ひび割れ
Ｃ₁ 開口部
Ｐ₀ ひび割れ先端位置（ひび割れ端部）
Ｌ ひび割れ長さ
Ｆ，Ｆ₁，…，Ｆ_N 打撃力
Ｐ，Ｐ₁，…，Ｐ_N 打撃位置
ｄ，ｄ₁，…，ｄ_N 打撃距離
Ｉ，Ｉ₁，…，Ｉ_N スペクトル強度（スペクトル）
Ｈ，ｈ，ｈ₁，…，ｈ_N ひび割れ深さ
Ｄ，Ｄ₁，…，Ｄ_M 正射影長さ
θ，θ₁，…，θ_N ひび割れ角度
Ｗ スペクトル波形

Claims (8)

1. 物体の深さ方向のひび割れとこの物体の表面とがなすひび割れ角度を判定するひび割れ角度判定装置であって、
   前記ひび割れ上の前記物体の表面を複数の打撃位置で打撃したときに発生する振動に基づいて、各打撃位置におけるひび割れ深さを演算するひび割れ深さ演算部と、
   前記ひび割れ深さ演算部の演算結果に基づいて、前記ひび割れ角度を演算するひび割れ角度演算部と、
   を備えるひび割れ角度判定装置。
2. 請求項１に記載のひび割れ角度判定装置において、
   前記ひび割れ深さ演算部は、前記複数の打撃位置で打撃したときに発生する振動の固有振動数のスペクトルのピークに基づいて、前記ひび割れ深さを演算すること、
   を特徴とするひび割れ角度判定装置。
3. 請求項２に記載のひび割れ角度判定装置において、
   前記ひび割れ深さ演算部は、前記振動の固有振動数のスペクトルのピークと前記ひび割れ深さとの相関関係に基づいて、前記ひび割れ深さを演算すること、
   を特徴とするひび割れ角度判定装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のひび割れ角度判定装置において、
   前記ひび割れ角度演算部は、各打撃位置とひび割れ端部との間の打撃距離と、各打撃位置におけるひび割れ深さとに基づいて、前記ひび割れ角度を演算すること、
   を特徴とするひび割れ角度判定装置。
5. 物体の深さ方向のひび割れとこの物体の表面とがなすひび割れ角度を判定するひび割れ角度判定方法であって、
   前記ひび割れ上の前記物体の表面を複数の打撃位置で打撃したときに発生する振動に基づいて、各打撃位置におけるひび割れ深さを演算するひび割れ深さ演算工程と、
   前記ひび割れ深さ演算工程における演算結果に基づいて、前記ひび割れ角度を演算するひび割れ角度演算工程と、
   を含むひび割れ角度判定方法。
6. 請求項５に記載のひび割れ角度判方法において、
   前記ひび割れ深さ演算工程は、前記複数の打撃位置で打撃したときに発生する振動の固有振動数のスペクトルのピークに基づいて前記ひび割れ深さを演算する工程を含むこと、
   を特徴とするひび割れ角度判定方法。
7. 請求項６に記載のひび割れ角度判定方法において、
   前記ひび割れ深さ演算工程は、前記振動の固有振動数のスペクトルのピークと前記ひび割れ深さとの相関関係に基づいて、前記ひび割れ深さを演算する工程を含むこと、
   を特徴とするひび割れ角度判定方法。
8. 請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のひび割れ角度判定方法において、
   前記ひび割れ角度演算工程は、各打撃位置とひび割れ端部との間の打撃距離と、各打撃位置におけるひび割れ深さとに基づいて、前記ひび割れ角度を演算する工程を含むこと、
   を特徴とするひび割れ角度判定方法。

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