JP6864644B2 - かぶり厚検査方法及びかぶり厚検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道構造物、道路構造物などを含む構造物（以下、単に「構造物」と称する場合もある。）のうち、鉄道橋梁などの大型の構造物を含む鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋のかぶり厚を検査するかぶり厚検査方法及びかぶり厚検査装置に関するものである。

鉄筋コンクリートにおける鉄筋からコンクリート表面までの最短距離を示すかぶり厚は、鉄筋を酸化などから守る役割を果たしており、これが不足すると鉄筋の劣化を促進し、鉄筋コンクリートの強度を著しく低下させる場合がある。

このような理由から、コンクリート構造物では設計基準に定められたかぶり厚が適切に確保されている必要があるが、施工不良などの原因から、必要なかぶり厚が確保されていない構造物が存在する可能性がある。このため、鉄筋コンクリート構造物におけるかぶり厚を測定して適切に検査する必要がある。

従来行われているかぶり厚の検査手法として、はつり検査がある。この手法は、鉄筋コンクリート構造物の表面から実際にコンクリートを剥がして鉄筋を露出させた上で、かぶり厚を測定する手法である。もっとも確実な方法であるが、構造物の表面を破壊する必要がある。

コンクリート表面を破壊せずに検査する非破壊検査手法としては、電磁波レーダー法と呼ばれる検査手法がある（例えば特許文献１参照）。この手法は、コンクリート中に送信された電磁波が、性状の異なる物質の境界面で反射されることを利用したもので、コンクリート表面に装置を押し付けて電磁波を送信し、反射された電磁波を受信することで鉄筋や空洞を探知し、かぶり厚を測定する。

もう一つの非破壊検査手法として、電磁誘導法と呼ばれる検査手法がある（例えば特許文献２参照）。この手法では、励磁コイルに交流電流を流すことで交流磁場を発生させた試験プローブをコンクリート表面に押し付けると、磁場内に磁性体である鉄筋が存在すると電流が流れてさらに磁場が形成される。この磁場の変化を検知・解析することで鉄筋位置やかぶり厚を計測する。

これらかぶり厚検査手法のうち、はつり検査は実際にコンクリートを剥がして鉄筋を露出させる必要があるため、非破壊検査手法である電磁波レーダー法又は電磁誘導法が検査手法としては好ましい。

一方において、上述した従来の非破壊検査手法によるかぶり厚検査手法は、いずれもコンクリート中に電磁波を送信してかぶり厚を測定しているので、測定箇所に金属等の磁性体が存在すると、この磁性体の影響によりかぶり厚や鉄筋径の測定値に誤差が生じる可能性がある。

例えば、電磁誘導法によるかぶり厚検査手法では、磁性体の影響によって、励磁コイルにより発生した磁場に基づいて形成される磁場の磁束が大きくなり、金属量が大きく見積もられてかぶり厚が小さく、又は鉄筋径が大きく推定される可能性がある。

このため実際の調査においては、事前に鉄筋レーダーなどでコンクリート構造物中の鉄筋配置を把握しておき、複数の鉄筋が交差する箇所や、スペーサなどの埋設金属物の無い位置に測線を設けて、かぶり厚の測定を行うという手順で実施される。

特開２０１０−１０７２５９号公報 特開２００３−１０６８０６号公報 特開２０１７−１６６９２２号公報

しかしながら、このような詳細な事前調査が必要となると、人が近づける構造物であれば検査ができるが、作業員の接近が困難な大型構造物の高所などにおいては、大掛かりな足場設置等を行わないと検査が難しくなる。他方、小型無人航空機を利用することで、大掛かりな足場の設置を行わなくても、かぶり厚が測定できるようになる可能性がある。

そこで、本発明は、大掛かりな足場の設置などを行わなくても、鉄筋コンクリート構造物のかぶり厚を正確かつ容易に測定することが可能なかぶり厚検査方法及びかぶり厚検査装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明のかぶり厚検査方法は、小型無人航空機と、前記小型無人航空機の構造物の表面に対向する側に設けられた移動機構と、前記小型無人航空機の前記移動機構側に設けられたかぶり厚測定センサとを有するかぶり厚検査装置により鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋のかぶり厚を検査するかぶり厚検査方法であって、前記小型無人航空機を前記鉄筋コンクリート構造物の表面に沿って移動させることで前記かぶり厚測定センサによる第１の測定を行う第１測定工程と、前記第１測定工程の測定結果を周波数解析してスペクトル形状を求める解析工程と、前記スペクトル形状から前記第１の測定が行われた測線の状況を評価する測線評価工程と、前記測線評価工程における評価結果から次の移動軌跡を決定する軌跡決定工程とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記第１測定工程は、前記鉄筋コンクリート構造物の予め得られた配筋情報に基づいて行われ、前記軌跡決定工程では、前記配筋情報に基づいて次の移動軌跡を決定する構成とすることができる。

また、かぶり厚検査装置の発明は、鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋のかぶり厚を検査するかぶり厚検査装置であって、小型無人航空機と、前記小型無人航空機の前記鉄筋コンクリート構造物の表面に対向する側に設けられた移動機構と、前記小型無人航空機の前記移動機構側に設けられたかぶり厚測定センサと、前記かぶり厚測定センサの測定結果を周波数解析するスペクトル解析部とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記スペクトル解析部の解析結果に基づいて、測定が行われた測線の状況を評価する測線評価部を備えた構成とすることができる。また、前記測線評価部の評価結果に基づいて次の移動軌跡を決定して前記小型無人航空機を移動させる軌跡制御部を備えた構成とすることができる。

このように構成された本発明のかぶり厚検査方法では、小型無人航空機を鉄筋コンクリート構造物の表面に沿って移動させることで第１の測定を行った後に、その測定結果を周波数解析してスペクトル形状を求め、そのスペクトル形状から第１の測定が行われた測線の状況を評価する。そして、その評価結果から次の移動軌跡を決定する。

このため、大掛かりな足場の設置などを必要としない小型無人航空機を使用したかぶり厚の検査が、適切な箇所で行われていたか否かを評価して、より精度の高い測定が行える箇所への移動を促すことができるので、鉄筋コンクリート構造物のかぶり厚を正確かつ容易に測定することができるようになる。

このような本発明のかぶり厚検査方法は、鉄筋コンクリート構造物の事前の配筋情報が無くても実施することができるが、事前の配筋情報があれば、より短時間に適切な測線におけるかぶり厚の測定結果を得ることができる。

また、本発明のかぶり厚検査装置は、小型無人航空機の移動機構側に設けられたかぶり厚測定センサと、かぶり厚測定センサの測定結果を周波数解析するスペクトル解析部とを備えている。

このような構成とすることで、測定が行われた測線が適切な位置であったか否かを迅速に判断することができるようになる。また、測線の状況を評価する測線評価部を備えていれば、経験の浅い作業員でも正確な検査を行うことができる。さらに、測線評価部の評価結果に基づいて次の移動軌跡に小型無人航空機を移動させる軌跡制御部を備えていれば、自動的に最適な測線の位置を探し出すことができるようになる。

本実施の形態のかぶり厚検査装置の構成を示す斜視図である。 本実施の形態のかぶり厚検査装置の構成を示す側面図である。 本実施の形態のかぶり厚検査装置の構成を示す上面図である。 本実施の形態のかぶり厚検査装置の構成を示す正面図である。 かぶり厚測定センサの構成を示す概略側面図である。 電磁誘導法の原理を説明するための図である。 鉄筋のかぶり厚を測定する手法を説明するための図である。 本実施の形態のかぶり厚検査装置によるかぶり厚の測定時の動作を説明するための概念図である。 本実施の形態のかぶり厚検査装置の全体構成を示すブロック図である。 本実施の形態のかぶり厚検査方法を説明するフロー図である。 かぶり厚測定センサによる測定結果の特性について説明する概念図である。 かぶり厚測定センサによる測定結果を例示した説明図である。 かぶり厚測定センサによる測定結果からＦＦＴ解析によってスペクトル形状を抽出する概念を例示した説明図である。 スペクトル形状の一例とその評価に基づいて決定される次の移動軌跡を説明する図である。 スペクトル形状の一例とその評価に基づいて決定される次の移動軌跡を説明する図である。 スペクトル形状の一例とその評価に基づいて決定される次の移動軌跡を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態のかぶり厚検査装置１０の小型無人航空機１周辺の構成を説明するための斜視図、図２は同側面図、図３は同上面図、図４は同正面図である。まず、かぶり厚検査装置１０の概要について説明する。

このかぶり厚検査装置１０は、上述した電磁誘導法を用いて鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋のかぶり厚を測定するかぶり厚測定センサ３を搭載した小型無人航空機１を利用した装置である。電磁誘導法によるかぶり厚測定は、鉄筋コンクリート構造物に対して非破壊検査を行える点で有利である。

そして、小型無人航空機１を利用することで、足場のない高所箇所や作業員が近付きにくい箇所の検査が行えるようになる。例えば橋梁、建築物又は擁壁等の構造物の下面や側面などの表面に対して検査を行うことができる。以下では、図８に示すように、構造物である橋梁のコンクリート桁Ｍの桁下面Ｍ１を、検査対象の表面として説明を行う。

本実施の形態のかぶり厚検査装置１０の飛行する側は、図１−図４に示すように、小型無人航空機１と、小型無人航空機１の桁下面Ｍ１に対向させる側に設けられた移動機構２と、同じく移動機構２側に設けられたかぶり厚測定センサ３とによって主に構成される。

小型無人航空機１は、本体部１１と、飛行手段となる複数のプロペラ１２，・・・と、飛行制御部１３とを備えている。本実施の形態の本体部１１は、幅方向（図３において上下方向）に架設された一対の横梁部１１ａ，１１ａと、これら横梁部１１ａ，１１ａ間を連結する長尺板状の支持部１１ｂと、この支持部１１ｂの下部に連結された脚部１１ｃとを有する。

プロペラ１２は、本体部１１の一対の横梁部１１ａ，１１ａの左右にそれぞれ一対、合計４箇所に設けられている。プロペラ１２はモータ部１２１の駆動によって回転し、モータ部１２１には、駆動電源部（図示省略）から電力が供給される。駆動電源部は、バッテリーの他にコンバータなどを備えている。

飛行制御部１３は、個々のプロペラ１２の回転数を制御することで、この小型無人航空機１の浮上や進行などの飛行を制御する。飛行制御部１３はジャイロ等を有し、このジャイロ等により小型無人航空機１の姿勢を検出して飛行制御に利用する。また、本実施の形態である小型無人航空機１はＧＰＳアンテナ１４を有しており、このＧＰＳアンテナ１４を介して受信したＧＰＳ通信衛星３７（図８及び図９参照）からの情報に基づいて飛行制御部１３は小型無人航空機１の姿勢制御及び飛行制御を行う。さらに、飛行制御部１３は無線通信部１３ａを有し（図９参照）、後述する地上側に配置された地上側制御装置３０（図９参照）との間で無線通信を行い、種々の情報の送受信を行う。

飛行制御部１３に予め航路などの飛行データを記憶させておくこともできるが、上述した地上側制御装置３０を介して地上から操作することもできる。飛行制御部１３では、プロペラ１２の回転数などの制御に加えて、移動機構２の制御も行われる。

小型無人航空機１の前端部（図２において左端部）には、構造物の表面（本実施の形態では桁下面Ｍ１）を観察するためのカメラ１５が設けられている。このカメラ１５により撮像された画像は、飛行制御部１３を介して地上側制御装置３０に送信される。

移動機構２は、小型無人航空機１の上面側の図１及び図４において左右両端にそれぞれ設けられている。移動機構２は、無限軌道であるベルト２１と、このベルト２１が架け回された４個のプーリ２２，・・・と、これらプーリ２２，・・・のうち一つ（図２において右端）のプーリ２２に設けられ、このプーリ２２を回転駆動させるモータ及びギアボックス（いずれも図示省略）とを有する。

そして、ベルト２１の表面が桁下面Ｍ１に接触した状態でプーリ２２が回転駆動されることで、このプーリ２２に架け回されているベルト２１が移動し、これにより小型無人航空機１をベルト２１の長さ方向に沿って移動させることができる。この際、回転センサ等によってプーリ２２の回転量を計測することで、小型無人航空機１の移動距離のデータを得ることができる。

ベルト２１の表面は、摩擦係数が高くなるように形成されている。すなわち、浮力で桁下面Ｍ１に押し付けられた小型無人航空機１を、ベルト２１の回転駆動で走行させようとすれば、ある程度の摩擦抵抗が必要になる。ベルト２１の表面は、ゴム、微細な吸盤構造、超微細毛構造（ファンデルワールス力利用）など、吸着性能の高い構造にすることができる。

次に、図１−図５を参照して、かぶり厚測定センサ３の詳細について説明する。
かぶり厚測定センサ３は、図５に最もよく示すように、外形略直方体状に形成され、構造物の表面である桁下面Ｍ１に接触する接触面である図５における上面３ａの端部３ｂが曲線状に面取り形成されることで、この上面３ａが円滑面に形成されている。

かぶり厚測定センサ３は、上述したように電磁誘導法によるかぶり厚の測定が可能なセンサである。図６及び図７を参照して、電磁誘導法の原理及びかぶり厚測定手法について説明する。

図６に示すように、かぶり厚測定センサ３内には励磁コイル３ｃ及び検出コイル３ｄが内蔵されており、励磁コイル３ｃには小型無人航空機１の駆動電源部から励磁電流が供給される。この励磁電流が励磁コイル３ｃに供給されると、図６の上下方向に沿って磁束Ｈが発生し、この磁束Ｈの電磁誘導により鉄筋Ｆに電流が発生し、さらに、この誘導電流によっても磁束Ｈが発生する。そして、鉄筋Ｆの誘導電流に基づく磁束Ｈを検出コイル３ｄにより検出し、検出信号として取り出す。

このため、かぶり厚測定センサ３に内蔵された励磁コイル３ｃ及び検出コイル３ｄは、上面３ａが桁下面Ｍ１に接触した状態で最も効率良くコンクリート桁Ｍ内の鉄筋Ｆからの磁束Ｈが検出できるように、その位置及び大きさ等が設定されている。

図７に示すように、コンクリート桁Ｍの桁下面Ｍ１にかぶり厚測定センサ３の上面３ａを接触させ、この状態で励磁コイル３ｃに励磁電流を供給すると、鉄筋Ｆからの磁束Ｈに基づいて検出コイル３ｄにより検出される検出信号は、模式的に矢印で示すように、かぶり厚が厚い（ｈ１＞ｈ２）ほど小さくなる。また、図示は省略するが、鉄筋径が大きいほど検出コイル３ｄにより検出される検出信号は大きくなる。

従って、この検出信号に基づいて鉄筋Ｆのかぶり厚ｈ１、ｈ２を測定、検出することができる。また、図７の左右方向にかぶり厚測定センサ３を走査すれば、検出信号が最も大きい場所が鉄筋Ｆの直下であるので、鉄筋Ｆの位置も検出することができる。さらに、かぶり厚が既知であれば、鉄筋径を測定、検出することもできる。

図５に戻って、かぶり厚測定センサ３は、付勢機構でもある付勢部４により小型無人航空機１の支持部１１ｂ上に固定、支持されている。付勢部４は、円筒状のゴム等の弾性部材からなる支持筒４ａと、この支持筒４ａ内に収納されたスプリング等の付勢部材４ｂとを有し、これら支持筒４ａ及び付勢部材４ｂによりかぶり厚測定センサ３を下方から支持するとともに、このかぶり厚測定センサ３を桁下面Ｍ１に向けて付勢する付勢力を付与している。

かぶり厚測定センサ３と支持部１１ｂとの間には変位計５が介在されている。この変位計５は、付勢部４によるかぶり厚測定センサ３の桁下面Ｍ１への付勢力に沿った変位を検出する。変位計５による測定結果（変位結果）は、飛行制御部１３を介して地上側制御装置３０に送信される。

また、かぶり厚測定センサ３の側面には、記録部であるマーカー６が取り付けられている。マーカー６の先端６ａ、つまりマーキングを行う部位は、かぶり厚測定センサ３の上面３ａが桁下面Ｍ１に接触した状態で、同様に桁下面Ｍ１に接触して、小型無人航空機１の移動に伴い、かぶり厚測定センサ３の桁下面Ｍ１に沿った移動軌跡を記録する。

さらに、かぶり厚測定センサ３の側方を取り囲むように、電磁波を遮蔽する物質（例えばフェライト）により形成された中空筒状の電磁波遮蔽部７が設けられている。この電磁波遮蔽部７は、その上端部７ａがかぶり厚測定センサ３の上面３ａよりやや低くなるように、すなわち、かぶり厚測定センサ３によるかぶり厚測定のためにその上面３ａが桁下面Ｍ１に接触している際にもこの桁下面Ｍ１に接触しないように、その高さが設定されている。なお、電磁波遮蔽部７は、図示を簡略化するために図３及び図５においてのみ図示している。

さらに、小型無人航空機１には、マーカー６により記録された移動軌跡を検出する軌跡センサ８（図９参照）が設けられている。軌跡センサ８により移動軌跡を検出する手法は周知のものから適宜選択されれば良く、一例として、小型カメラによりマーカー６によるマーキングを色で識別するような手法が好適に挙げられる。軌跡センサ８による移動軌跡の検出結果は、飛行制御部１３を介して地上側制御装置３０に送信される。

次に、本実施の形態のかぶり厚検査装置１０の全体構成について、図８及び図９を参照して説明する。
本実施の形態のかぶり厚検査装置１０は、小型無人航空機１によって飛行させる構成と、地上に配置された地上側制御装置３０とを有する。地上側制御装置３０は、小型無人航空機１の飛行制御部１３の無線通信部１３ａと無線通信が可能な無線通信部３１と、かぶり厚測定センサ３による測定結果等を受信して管理する地上側制御部３２と、測定結果等が格納される記憶部３３と、カメラ１５等が撮像した画像や測定結果や解析結果などを表示する表示部３４とを有する。

また、地上側制御装置３０にはビデオカメラ３５が接続され、ビデオカメラ３５による撮像結果は入力インタフェース（Ｉ／Ｏ）３６を介して地上側制御部３２に入力され、適宜表示部３４に表示される。ビデオカメラ３５は、小型無人航空機１の位置を把握するためのカメラであり、このため、小型無人航空機１の好適な位置にトラッキングターゲット（図示省略）が設けられ、ビデオカメラ３５はこのトラッキングターゲットを追跡することが好ましい。

一方、地上側制御部３２には、かぶり厚測定センサ３の測定結果を周波数解析するスペクトル解析部３２１と、その解析結果に基づいて測定が行われた測線Ｌの状況を評価する測線評価部３２２と、その評価結果に基づいて決定された次の移動軌跡に小型無人航空機１を移動させる軌跡制御部３２３とが設けられる。

ここで、かぶり厚測定センサ３による測定結果は、上述したように磁性体の影響によって、励磁コイル３ｃにより発生した磁場に基づいて形成される磁場の磁束が大きくなり、金属量が大きく見積もられてかぶり厚が小さく、又は鉄筋径が大きく推定される可能性がある。すなわち、複数の鉄筋が交差する箇所やスペーサなどの埋設金属物のある箇所では、正確な測定が行えていない可能性がある。

図１１は、かぶり厚測定センサ３による測定結果の特性について説明する概念図である。例えば図の左端に例示するように、配力筋Ｆ２などの測定したい主鉄筋Ｆ１ではない他の鉄筋の真下に沿って小型無人航空機１を移動させて測定を行った測線Ｌでは、かぶり厚測定センサ３による測定結果であるコイル電圧変化は、一定の値になって主鉄筋Ｆ１の位置を検出することはできない。

また、その右隣に例示するように、配力筋Ｆ２に対して交差する斜行を小型無人航空機１がした場合も、コイル電圧変化から主鉄筋Ｆ１の位置を検出することができない。これに対して、配力筋Ｆ２，Ｆ２間を走行させた場合は、主鉄筋Ｆ１の位置は検出できるようになる。しかしながらスペーサなどの埋設金属物Ｆ３が近接していると、鉄筋のかぶり厚まで正確に検出することができない。また、鉄筋の継手部においては、部分的に鉄筋量が増加していることもある。

要するに図の右端に示したように、鉄筋間隔ｄで配置された主鉄筋Ｆ１，・・・のかぶり厚を高精度で測定するには、主鉄筋Ｆ１と交差する配力筋Ｆ２や埋設金属物Ｆ３などの他の磁性体の影響の少ない測線Ｌで測定を行うことが好ましい。

図１２は、かぶり厚測定センサ３による測定結果を例示した図である。図１２（ａ）は、事前に鉄筋レーダーなどでコンクリート構造物中の鉄筋配置を把握した後に、電磁誘導法によるかぶり厚検査をかぶり厚測定センサ３によって行った結果を示している。これに対して図１２（ｂ）は、鉄筋配置が把握されていない状況下で、小型無人航空機１を飛行させてかぶり厚測定センサ３によって測定を行った結果を示している。この２つの測定結果を比較すると明らかなように、予め鉄筋配置が把握できるような場所での測定であれば、高精度でかぶり厚を測定することができるが、任意の箇所で測定を行った場合は、他の磁性体の影響を受けて鉄筋探査結果が複雑になり、適切な測定結果が得られないことがある。

そこで、スペクトル解析部３２１によって、かぶり厚測定センサ３の測定結果（検出信号）から得られる波形を、ＦＦＴ（高速フーリエ変換 : Fast Fourier Transform）解析する。すなわち図１３に示すように、かぶり厚測定センサ３によって測定されたコイル電圧変化の波形がスペクトル解析部３２１に入力されると、ＦＦＴ解析によって周波数スペクトルが生成され、図下段に示すようなスペクトル形状を得ることができる。

ここで、Ｖは小型無人航空機１の走行速度、ｄは鉄筋間隔、Ｖ／ｄは卓越周波数を表している。また、小型無人航空機１の走行速度Ｖは、駆動輪（プーリ２２）の円周×回転数(rpm)によって算出できる。そして、スペクトル形状ＳＳ１は、卓越周波数（Ｖ／ｄ）と同程度のピークを有する形状を例示している。また、スペクトル形状ＳＳ２は、他の鉄筋の影響を常時受けた場合の基線のずれ成分を例示している。さらに、スペクトル形状ＳＳ３は、埋設金属物や電磁ノイズなどの高周波数成分を例示している。

測線評価部３２２では、得られたスペクトル形状に基づいて、測定が行われた測線Ｌの状況の評価が行われる。すなわち、測線Ｌが近接鉄筋等の影響の少ないかぶり厚の測定に適した箇所か否かの妥当性が評価される。

また、軌跡制御部３２３では、後述するように測線Ｌの評価結果に基づいてパターン化されたルールに基づいて、評価された測線Ｌの位置と予め得られた鉄筋間隔ｄなどの配筋情報とから次に測定を行う移動軌跡を決定し、小型無人航空機１の飛行制御部１３に飛行の制御信号を与える。

次に、本実施の形態であるかぶり厚検査装置１０を使用したかぶり厚検査方法について、図１０を参照して説明する。図１０は、本実施の形態のかぶり厚検査方法を説明するフロー図である。

まず、ステップＳ１では、小型無人航空機１を飛行させて、かぶり厚測定センサ３によって最初の測定（第１の測定）を行わせる。具体的には、図８に示すように、検査対象とする橋梁のコンクリート桁Ｍの桁下面Ｍ１に向けてかぶり厚検査装置１０の小型無人航空機１を浮上させる。

プロペラ１２の回転駆動によって得られる浮力で小型無人航空機１を桁下面Ｍ１に押し付けると、移動機構２のベルト２１が桁下面Ｍ１に接触して、小型無人航空機１は安定した姿勢となる。

飛行中の小型無人航空機１と地上側制御装置３０とは、無線Ｗ１，Ｗ２によって交信した状態となっている。地上側制御装置３０からは、小型無人航空機１の操縦信号、測定開始指示信号などが無線Ｗ１で送信される。

本実施の形態のかぶり厚検査装置１０が検査をするコンクリート桁Ｍにおいて、検査対象となる鉄筋Ｆは、図１１に示すように、コンクリート桁Ｍの長手方向（図中左右方向）に延在する主鉄筋Ｆ１である。そこで、本実施の形態では、コンクリート桁Ｍを横断する方向（図１１において下から上）に小型無人航空機１を移動させて、この移動軌跡に沿ってかぶり厚測定センサ３により桁下面Ｍ１から主鉄筋Ｆ１のかぶり厚を検査する。

地上側制御装置３０からは、桁下面Ｍ１の検査開始位置へかぶり厚測定センサ３が到達するように操縦信号を無線Ｗ１で送信するとともに、ビデオカメラ３５により小型無人航空機１に設けられたトラッキングターゲットを撮影することで実際の小型無人航空機１の位置を把握し、実際に検査開始位置へ到達するように操縦信号を調整する。

小型無人航空機１の飛行制御部１３は、地上側制御装置３０からの操縦信号、及びＧＰＳ通信衛星３７（図８、図９参照）から受信した情報に基づいて、かぶり厚測定センサ３が検査開始位置に到達するようにプロペラ１２及びベルト２１の回転数を制御する。また、飛行制御部１３は、カメラ１５により撮像された桁下面Ｍ１の画像を無線Ｗ２で地上側制御装置３０に送信し、地上側制御装置３０は、このカメラ１５の画像を確認しながら、小型無人航空機１の位置制御及び検査位置の確認、決定を行う。

検査位置は、ベルト２１の走行方向（つまりコンクリート桁Ｍを横断する方向）に間隔を置いた位置になる。このベルト２１の走行方向に沿ってマーカー６がマーキングすることで移動軌跡である測線Ｌが記録される。なお、第１測定は予備測定になる可能性もあるため、マーキングを行わないようにすることもできる。

かぶり厚測定センサ３によって検出されたコイル電圧（検出信号）は、無線Ｗ２で地上側制御装置３０に送信される。ステップＳ２では、スペクトル解析部３２１によってＦＦＴ解析が行われ、スペクトル形状が取得される。図１４（ａ）、図１５（ａ）及び図１６（ａ）は、３つの状況におけるそれぞれのスペクトル形状を例示している。

続いてステップＳ３では、得られたスペクトル形状から、第１測定が行われた測線Ｌの状況を評価する。この評価は、地上側制御装置３０の表示部３４に表示されたスペクトル形状から作業員が行うこともできるが、ここでは測線評価部３２２によって自動的に行われる。

例えば図１４（ａ）のスペクトル形状は、低周波数側が卓越しているので、探査したい主鉄筋Ｆ１と直交する配力筋Ｆ２の真下を移動しているものと推定できる。一方、図１５（ａ）のスペクトル形状は、卓越周波数（Ｖ／ｄ）付近に明瞭なピークが見られるので、良好な測線Ｌであったと推定できる。さらに、図１６（ａ）のスペクトル形状は、複数のピークが出現しているので、埋設金属物Ｆ３の影響を受けていると推定できる。

測線評価部３２２で評価をさせる場合は、一例として閾値を使った簡単な判断を行わせることができる。例えば、ある閾値以上のフーリエ振幅をピークとして抽出し、そのピークが卓越周波数に対してどの位置に発生しているかで判断させることができる。また、ピークの数による判断も可能である。一方、スペクトル形状をパターン認識させることもできる。例えば、それまでにかぶり厚測定センサ３によって得られた測定結果を蓄積しておき、その測定結果から得られたスペクトル形状と実際の測線Ｌの状況を機械学習させ、その学習成果に基づいてパターン認識をさせるなどの、いわゆる人工知能（ＡＩ）を適用することもできる。

そして、ステップＳ４では、再測定が必要か否かを判断させる。上述したように、図１５（ａ）のスペクトル形状は良好な測線Ｌであったと推定できるので、図１５（ｂ）に示すように配力筋Ｆ２，Ｆ２間を移動した最初の測線Ｌ１における測定結果がそのまま採用される。要するに、ステップＳ７で、かぶり厚の測定結果として記録される。また、再測定が行われない場合は、次の移動軌跡は「なし」と決定される。

これに対して、図１４（ａ）及び図１６（ａ）で例示したスペクトル形状は、再測定が必要と判定される。ステップＳ５では、再測定時の移動軌跡を決定する。この次の移動軌跡の決定は、測線評価部３２２における評価結果に基づいて行われる。

例えば、図１４（ａ）のスペクトル形状から、最初の測線Ｌ１は主鉄筋Ｆ１と直交する配力筋Ｆ２の真下を移動しているという評価が得られた。一方、配力筋Ｆ２は、通常、一定の間隔で配置されているので、それを避けるためには図１４（ｂ）に示すように、配力筋Ｆ２，Ｆ２の間隔の半分の距離だけ横方向にずらした位置を次の移動軌跡（測線Ｌ２）にすれば良いことが想定できる。この配力筋Ｆ２，Ｆ２の間隔などの情報は、予め設計図や設計計算書などの設計図書又は施工図などからコンクリート桁Ｍの配筋情報として取得しておくことができる。この配筋情報は、次の移動軌跡を決める目安とする情報であるため、正確な値でなかったとしても支障はない。

また、図１６（ａ）のスペクトル形状は、埋設金属物Ｆ３の影響を受けているという評価となった。一方、配力筋Ｆ２の影響は見受けられなかったので、最初の測線Ｌ１は配力筋Ｆ２と配力筋Ｆ２との間にあると推定できる。そこで図１６（ｂ）に示すように、配力筋Ｆ２，Ｆ２の間隔と同じだけ横方向にずらした位置を次の移動軌跡（測線Ｌ２）にすれば良いことが想定できる。

このようにスペクトル形状によって評価された測線Ｌ１の状況に基づいて次の移動軌跡を決めれば、適切な測線Ｌ２になる可能性が高い。ステップＳ６では、軌跡制御部３２３で測線評価部３２２の評価結果に基づいて次の移動軌跡を決定し、小型無人航空機１の飛行制御部１３に制御信号を送信して、測線Ｌ２に沿った再測定を行わせる。

ステップＳ７のかぶり厚の測定結果の記憶は、スペクトル解析部３２１と測線評価部３２２において、一定以上の精度が得られると評価された測線Ｌから得られたデータに対して行われる。かぶり厚の測定結果としては、かぶり厚又は鉄筋径、検査開始位置からの走行距離及び検査を行った時刻などが記憶される。

次に、本実施の形態のかぶり厚検査方法及びかぶり厚検査装置１０の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態のかぶり厚検査方法では、小型無人航空機１をコンクリート桁Ｍの桁下面Ｍ１に沿って移動させることで第１測定を行った後に、その測定結果を周波数解析してスペクトル形状を求め、そのスペクトル形状から第１測定が行われた測線Ｌの状況を評価する。そして、その評価結果から次の移動軌跡を決定する。

このため、大掛かりな足場の設置などを必要としない小型無人航空機１を使用したかぶり厚の検査が、適切な箇所で行われていたか否かの妥当性を評価して、より精度の高い測定が行える箇所への移動を促すことができるので、鉄筋コンクリート構造物のかぶり厚を正確かつ容易に測定することができるようになる。

このような本実施の形態のかぶり厚検査方法は、コンクリート桁Ｍの事前の配筋情報が無くても実施することができるが、鉄筋間隔などがわかる事前の配筋情報があれば、より短時間に適切な測線Ｌにおけるかぶり厚の測定結果を得ることができる。

また、本実施の形態のかぶり厚検査装置１０は、小型無人航空機１の移動機構側に設けられたかぶり厚測定センサ３と、かぶり厚測定センサ３の測定結果を周波数解析するスペクトル解析部３２１とを備えている。

このような構成とすることで、測定が行われた測線Ｌが適切な位置であったか否かを迅速に判断することができるようになる。また、測線Ｌの状況を評価する測線評価部３２２を備えていれば、経験の浅い作業員でも正確な検査を行うことができる。さらに、測線評価部３２２の評価結果に基づいて次の移動軌跡に小型無人航空機１を移動させる軌跡制御部３２３を備えていれば、自動的に最適な測線の位置を探し出すことができるようになる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば、上述した実施の形態では、無限軌道タイプの移動機構２を備えた小型無人航空機１について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば車輪を有する移動機構２であっても小型無人航空機を構造物の表面に沿って移動させることができる。

また、前記実施の形態では、橋梁の桁下面Ｍ１の検査を例に説明したが、これに限定されるものではなく、高層建築物などの鉄筋コンクリート構造物の高所箇所を検査する場合にも、かぶり厚検査装置１０を適用することができる。さらに、橋脚の側面、擁壁や建物などの壁面の検査を行う場合には、移動機構が設けられた胴体部の上半部が起立する構造の小型無人航空機を使用することで、本発明を適用することができるようになる。

１０ ：かぶり厚検査装置
１ ：小型無人航空機
２ ：移動機構
３ ：かぶり厚測定センサ
３２１ ：スペクトル解析部
３２２ ：測線評価部
３２３ ：軌跡制御部
Ｆ ：鉄筋
Ｆ１ ：主鉄筋（鉄筋）
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２：測線
Ｍ ：コンクリート桁（鉄筋コンクリート構造物）
Ｍ１ ：桁下面（表面）
ＳＳ１−ＳＳ３ ：スペクトル形状

Claims (4)

1. 小型無人航空機と、前記小型無人航空機の構造物の表面に対向する側に設けられた移動機構と、前記小型無人航空機の前記移動機構側に設けられたかぶり厚測定センサとを有するかぶり厚検査装置により鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋のかぶり厚を検査するかぶり厚検査方法であって、
   前記小型無人航空機を前記鉄筋コンクリート構造物の表面に沿って移動させることで前記かぶり厚測定センサによる第１の測定を行う第１測定工程と、
   前記第１測定工程の測定結果を周波数解析してスペクトル形状を求める解析工程と、
   前記スペクトル形状から前記第１の測定が行われた測線の状況を評価する測線評価工程と、
   前記測線評価工程における評価結果から次の移動軌跡を決定する軌跡決定工程とを備えたことを特徴とするかぶり厚検査方法。
2. 前記第１測定工程は、前記鉄筋コンクリート構造物の予め得られた配筋情報に基づいて行われ、前記軌跡決定工程では、前記配筋情報に基づいて次の移動軌跡を決定することを特徴とする請求項１に記載のかぶり厚検査方法。
3. 鉄筋コンクリート構造物中の鉄筋のかぶり厚を検査するかぶり厚検査装置であって、
   小型無人航空機と、
   前記小型無人航空機の前記鉄筋コンクリート構造物の表面に対向する側に設けられた移動機構と、
   前記小型無人航空機の前記移動機構側に設けられたかぶり厚測定センサと、
   前記かぶり厚測定センサの測定結果を周波数解析するスペクトル解析部と、
   前記スペクトル解析部の解析結果に基づいて、測定が行われた測線の状況を評価する測線評価部とを備えたことを特徴とするかぶり厚検査装置。
4. 前記測線評価部の評価結果に基づいて次の移動軌跡を決定して前記小型無人航空機を移動させる軌跡制御部を備えたことを特徴とする請求項３に記載のかぶり厚検査装置。

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