WO2006049174A1 - コンクリート構造物のクラック検査装置及びクラック検査方法 - Google Patents

Abstract

　本発明に係るコンクリート構造物（１）のクラック検査装置（６）は、クラック（３）を有するコンクリート構造物（１）の表面（２）を撮像して得られたラスタデータを記憶する記憶手段と、そのラスタデータを二値化して得られたデータに対してラスタベクタ変換処理を行う変換手段と、この変換手段で得られたクラック（３）のベクタデータをコンクリート構造物（１）の表面（２）の図形データに座標を合わせて重合させるデータ重合手段と、このデータ重合手段で得られた重合データを出力する出力手段とを備える。

Description

明 細 書

コンクリート構造物のクラック検査装置及びクラック検査方法

技術分野

[0001] 本発明は、コンクリート構造物の表面に発生しているクラックの実態や当該コンクリ ート構造物の耐カを非破壊で正確に把握することができる、コンクリート構造物のクラ ック検査装置及びクラック検査方法に関する。

背景技術

[0002] 例えば、山の斜面に構築された擁壁や堰堤などのコンクリート構造物のように、数メ 一トルの高さを有する比較的大型のコンクリート構造物の表面に発生したクラックの 状態を検査する場合には、通常、作業者が目視でクラックを確認して手書きでスケッ チする方法が採用されている。しかし、このようなスケッチ〖こよるクラックの検査方法で は、スケッチと現実のクラックとを照合する基準がなぐクラックの長さや模様力 Sスケッ チする作業者の主観に左右されるし、細 、クラックが見逃されたり複雑な模様のクラッ クが描かれなかったりし、極めて不正確なものである。

[0003] そこで、上記コンクリート構造物のクラックの検査方法として、最近、デジタルカメラ や CCDカメラ等のデジタル撮像機によってコンクリート構造物の表面に発生している クラックを撮像し、これによつて得られたデジタル画像のラスタデータを画像処理する ことで、クラックの幅や面積等を把握する検査方法が開発されている。

[0004] そして、力かる従来のクラックの検査方法では、撮像後のラスタデータをニ値ィ匕した あとにクラックと判定した画素数をカウントすることによってクラックの面積や幅を求め たり、その各画素の輝度値合計を求めてクラックの見掛け面積とし、この見掛け面積 力もクラックの面積を求めたりするようにしている（日本の特許文献、特開 2003— 21 4827号公報)。

[0005] しカゝしながら、上記従来のクラックの検査方法では、デジタル撮像機で得られたラス タデータをそのまま用いて画像処理を行って 、るので、その画素数をカウントしたり各 画素の輝度値を合計することにより、人手によるスケッチと比較すると格段に精度よく クラックを把握することができるが、一つのクラックを表現するためのデータ量が膨大 になるとともに、ラスタデータそのものには位置や形状等の情報が次落しているため、 クラックを有するコンクリート構造物の内部構造を三次元的に表現したり、当該コンク リート構造物を FEM解析によって強度計算に利用したり、或いは、クラック長さやクラ ック体積を自動的に計算したりすることができな 、と 、う欠点がある。

発明の開示

[0006] 本発明は、コンクリート構造物の表面に発生しているクラックの位置及び形状をより 少ないデータ量で正確に表現できるようにして、クラックを有するコンクリート構造物の 内部構造の三次元表現やその強度解析を行えるようにすることを目的とする。

[0007] 上記目的を達成すベぐ本発明によるクラック検査装置は、クラックを有するコンクリ ート構造物の表面を撮像して得られたラスタデータを記憶する記憶手段と、前記ラス タデータをニ値ィ匕して得られたデータに対してラスタべクタ変換処理を行う変換手段 と、この変換手段で得られた前記クラックのベクタデータを前記コンクリート構造物の 表面の図形データに座標を合わせて重合させるデータ重合手段と、このデータ重合 手段で得られた重合データを出力する出力手段とを備える。

[0008] 本発明のクラック検査装置によれば、記憶手段に記憶されたクラックのラスタデータ がニ値ィ匕されたあとでラスタべクタ変換処理され、これによつて得られたクラックのべ クタデータをコンクリート構造物の表面の図形データに座標を合わせて重合させるよ うにしたので、コンクリート構造物の表面に発生しているクラックの位置及び形状をラ スタデータよりも格段に少ないデータ量であるべクタデータによって正確に出力する ことができる。

[0009] また、力かるクラックのベクタデータはそれ自体が位置や形状等の情報を持ち合わ せているため、そのべクタデータをコンクリート構造物の表面の図形データと重合させ て図面化するとともに、後述の通りそのクラックのベクタデータに対応するクラック深さ の数値データを付けカ卩えて三次元データとすることにより、クラックを有するコンクリー ト構造物の内部構造を三次元的に表現したり、当該コンクリート構造物を FEM解析 によって強度計算したりすることができる。

[0010] 前記ラスタデータにはコンクリート構造物の表面に予め付けておいた基準点の画像 データが含まれているので、本発明のクラック検査装置は、この基準点の画像データ に基づ!/、て前記ラスタデータの歪み補正を行う補正手段を備えて!/、ることが必要で ある。

[0011] この場合には、基準点の画像データに基づいてクラックのラスタデータの歪み補正 を行うので、コンクリート構造物の表面に対して斜めから撮像した場合や中央部分か ら端部に向かって湾曲したラスタデータであっても、正確な平面形状のラスタデータ に補正することができる。

[0012] 一方、本発明のクラック検査装置で使用するデジタルカメラ等のデジタル撮像機は 画素数が大きい方がより好ましいが、精度上の理由で一回の撮像でコンクリート構造 物の表面のすべてをカバーできな 、場合には、ラスタデータはコンクリート構造物の 表面の一部を撮像して得られた複数個のものであってもよぐこの場合にはその複数 個のラスタデータによって当該表面のすべてをカバーするようにすればよい。もっとも 、この場合には各ラスタデータに対応して得られたクラックのベクタデータを互いに接 合する接合手段を備える必要がある。

[0013] 本発明のクラック検査装置において、デジタル撮像機で得られたラスタデータを二 値ィ匕して力もラスタべクタ変換処理して得られたクラックのベクタデータはそれ自体は 二次元データであるため、これをコンクリート構造物の内部構造の描写や FEM解析 に利用するには少なくともクラック深さが必要となる。そこで、上記の三次元的な画像 処理又は強度計算を行うために、以下のクラック検査方法が推奨される。

[0014] すなわち、本発明のクラック検査方法は、クラックを有するコンクリート構造物の表面 を撮像して得られたラスタデータをニ値ィ匕してカゝらラスタべクタ変換処理することによ つて当該クラックのベクタデータを得るステップと、前記クラックのクラック深さを超音 波探査によって測定するステップと、その探査を行った位置に対応する前記クラック のべクタデータにクラック深さの数値データを付けカ卩えて三次元データにするステツ プと、前記クラックの三次元データを前記コンクリート構造物の三次元図形データに 座標を合わせて重含させるステップと、このステップで得られた三次元重合データを 出力するステップとを含む。

[0015] また、前記コンクリート構造物の三次元重合データに基づいて当該構造物の任意 の横断面の FEM解析を行うこともできる。 [0016] この場合、クラックのクラック深さを超音波探査によって測定しているので、コアボー リング等が不要で測定コストが低くなるとともに、その探査を行った位置に対応する前 記クラックのベクタデータにクラック深さの数値データを付けカ卩えて三次元データにし ているので、作業員のスケッチによるクラックにクラック深さの数値データを付けカ卩える 場合に比べて、当該三次元データをより正確に数値ィ匕することができる。

[0017] なお、上記の超音波探査は、 日本の特許文献、特開 2004— 184276号公報、に 記載の非破壊検査方法を採用することができる。

[0018] 以上の通り、本発明によれば、コンクリート構造物の表面に発生しているクラックの 位置及び形状をより少な 、データ量で正確に表現できるので、クラックを有するコンク リート構造物の内部構造の三次元表現やその強度解析を行うことができる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明に係るクラック検査装置の一例を示す斜視図である。

[図 2]図 1の検査装置によって行われる画像処理の工程図である。

[図 3]図 1の検査装置によって行われる画像処理及び FEM解析等の工程図である。

[図 4]CADデータで示されたクラックを有する堰堤のクラック分布図（正面図）である。

[図 5]クラックのベクタデータ（二次元データ）の表示例を示すディスプレイの正面図で ある。

[図 6]クラック深さをカ卩味したクラックのベクタデータ（三次元データ）の表示例を示す ディスプレイの正面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。

[0021] 図 1は、本発明に係るコンクリート構造物のクラック検査装置の一例を模式的に示し た図である。同図に示すように、本実施形態では、クラックの検査対象であるコンクリ ート構造物 1として堰堤が選択されており、この堰堤 1の表面 2には多数のクラック 3が 発生している。この堰堤 1は、足場を構築しないと上部のクラック 3に到達できない比 較的大型のコンクリート構造物であり、幅が 20数メートルでかつ中央部の最大高さが ほぼ 10メートルある。

[0022] 上記堰堤 1の表面 2には、レーザポインタ（図示せず）によって撮像すべき領域の四 隅に基準点 4が正確な長方形で予め付けられて 、る。図 1に破線領域で示すように、 現場で撮像を行う作業者 Sは、この各基準点 4が四隅に来るように撮像範囲を決定し 、デジタルカメラ又は CCDカメラ等よりなるデジタル撮像機 5によって堰堤 1の表面の 一部を撮像する。なお、このデジタル撮像機 5としては、クラック 3をできるだけ精度よ く撮像するために 800万画素以上の画素数のものを使用することが好ましい。

[0023] 上記デジタル撮像機 5で撮像された画像データ（ラスタデータ： bmpや jpg等）はパ 一ソナルコンピュータ 6に有線又は無線で転送され、当該コンピュータ 6に記録される 。このコンピュータ 6は、コンピュータ本体 7と、 CRT又は液晶のディスプレイ 8と、キー ボード 9及びマウス（図示せず）とを備え、コンピュータ本体 7にはカラーの印刷装置 1 0が接続されている。

[0024] コンピュータ本体 7の内部には、 OSソフトや後述する各種の画像処理を行うアプリ ケーシヨンソフトが格納されかつ上記画像データ等のデータが記憶されるハードディ スクと、これらのソフトや画像データ等が一時的に記憶されるメインメモリと、それらの ソフトによる命令に基づいてタスクを実行する CPU等力もなる制御装置とを備えてい る。

[0025] 以下、図 2及び図 3を参照して、上記コンピュータ 6において行われる画像処理を順 を追って説明する。

[0026] 図 2に示すように、デジタル撮像機 5によって得られたラスタデータは、コンピュータ 本体 7のハードディスクにデータ転送又はメモリー受け渡しによって取り込まれ、まず 最初にグレースケール (本実施形態では 256階調の白黒画像）に変換される（Sl)。 その後、前記基準点 4の画像データに基づいてラスタデータの歪み補正が行われ (S 2)、これによつてコンクリート構造物 1の表面に対して斜めから撮像した場合や、中央 部分力 端部に向かって湾曲したラスタデータであっても、正確な平面形状のラスタ データに補正される。

[0027] 次に、上記のようにして歪み補正されたラスタデータに対してガウス型ラプラシアン フィルタをかけることによって画像が平滑ィ匕及び鮮鋭ィ匕され（S3)、これによつてノィ ズが除去されてクラック 3に相当する画像だけが浮き出るようになる。その後、この画 像データを所定の閾値のもとで二値化（二階調の画像化)して (S4)、ラスタデータを 白黒のみに分けてクラックか非クラックに二分する、

そして、ニ値ィ匕されたクラック 3のラスタデータに対して孤立点除去の処理が行われ る（S5)。この孤立点除去の処理は、クラック 3とは明らかに無関係な場所で孤立して 散在している点を取り除く処理であり、所定の長さ以下の孤立点をクラック 3ではない と見なして自動的に除去が行われる。

[0028] その後、ラスタデータであるクラック 3の画素の膨張及び収縮処理が行われる（S6) 。この処理は、クラック 3を構成しているラスタデータの画素群の長さが短い場合 (クラ ック 3が断続している揚合)にその断続を決定する作業であり、所定間隔未満の場合 は断線と見なされて複数のクラック 3に自動的に分断される一方、所定間隔以上の場 合は一つのクラック 3と見なされて自動的に接続され、一つのクラック 3として連続させ る。 クラック 3を含む画像データに上記の各処理を行ったあと、各クラック 3を構成す るラスタデータに対してラスタべクタ変換処理が行われ (S7)、各クラック 3がべクタデ ータとして抽出され、隣接する他の画像データ力 得られたクラック 3のべクタデータ と接合する処理が行われる（S8)。

[0029] そして、上記のようにして得られた各クラック 3のべクタデータを、コンピュータ本体 7 のハードディスクに予め記憶されている堰堤 1の表面 2の図形データに座標を合わせ て重合させることにより（S9)、例えば図 4に示すように、クラック 3を有する堰堤 1の表 面 2のクラック分布図（CADデータ）が得られる。

[0030] なお、このクラック分布図は、コンピュータ 6のディスプレイ 8に表示させることもでき るし、印刷装置 10によってプリントアウトすることもできる。すなわち、本発明において 、クラック 3のべクタデータと堰堤 1の表面の図形データを重合させて得られたクラック 分布図の出力手段は、ディスプレイ 8と印刷装置 10のいずれであってもよい。

[0031] 次に、図 3に示すように、上記クラック分布図に基づいて、作業員 Sが非破壊検査装 置（図示せず）によって現場で超音波探査によるクラック深さの実測を行い、その探 查を行った位置に対応するクラック 3のべクタデータにクラック深さの数値データを付 けカ卩えて三次元データとする（S 10)。

[0032] この場合、上記の特開 2004— 184276号公報に記載の非破壊検査方法を採用す れば、クラック深さだけでなぐ堰堤 1の内部強度や内部欠陥箇所も非破壊で探査で きるので、必要に応じてこれらのデータについてもクラック分布図を構成する CADデ ータに付けカ卩えられる（S 10)。

[0033] そして、そのクラック 3の三次元データを堰堤 1の三次元図形データに座標を合わ せて重合させることにより、クラック深さのデータも加味したクラック 3を有する堰堤 1の 三次元重合データである三次元画像が完成する（Sl l)。この三次元画像について も、前記ディスプレイ 8で表示することもできるし、印刷装置 10によってプリントアウト することちでさる。

[0034] また、上記三次元画像をディスプレイ 8で表示する場合には、その画像を任意の回 転軸心回りに回転させることも可能となり、クラック 3を有する堰堤 1を種々の方向から 観察することができる。

[0035] 図 5は、二次元のクラック 3のべクタデータをディスプレイ 8に表示させた場合の一例 を示しており、図 6は、そのべクタデータにクラック深さをカ卩味してディスプレイ 8に表 示させた場合の一例を示している。この図 6の場合には、クラック 3の各位置における クラック深さを右上ほぼ 45度方向に表示することにより、クラック 3の内部構造を三次 元的に表示するようにしている。なお、各クラック 3に対応するクラック深さの表示方式 はこれに限らず、例えば色分けや色の濃淡によって表すことも可能である。

[0036] 次に、 CADデータである上記三次元画像を利用して、任意の幅方向位置での横 断面の画像データが出力され（S12)、この断面の画像データに基づいて FEM解析 が行われて当該堰堤 1の内部応力状態が数値計算される (S13)。

[0037] このようにして FEM解析による堰堤 1の任意断面での内部応力状態が把握される と、その結果に基づいて当該堰堤 1に対する具体的な補修工法 (例えば、クラックに 対する接合剤の注入やアンカーボルトの打設等）が選定される（S 14)。また、その補 修工法の施工後の状態を堰堤 1の三次元画像に入力して再度 FEM解析を行うこと により、当該補修工法の効果を確認することができる（S14)。

[0038] なお、二次元のクラック 3のべクタデータから、堰堤 1の表面 2に発生しているすべて のクラック 3の総延長を自動的に計算することもでき、力かる総延長に基づいて、表面 2に塗布すべきシール剤の必要量を把握することもできる。また、三次元のクラック 3 のべクタデータから、堰堤 1の表面に発生しているすべてのクラック 3の総体積を自動 的に計算することもでき、力かる総体積に基づいて、クラック 3に注入すべき注入剤の 必要量を把握することもできる。

[0039] 更に、当該堰堤 1だけでなく近隣の他のコンクリート構造物についても、同じ手法で FEMによる解析結果をデータベース化しておけば (S15)、当該堰堤 1を含む近隣 の複数構造物の現状の耐力でどの程度の外力（土砂崩れ等によって発生する土圧 の増加）に耐えうるかを総合的にシミュレーションすることも可能となる（S16)。

[0040] なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

[0041] 例えば、図 1ではコンピュータとしてデスクトップ型のコンピュータを表示しているが 、このコンピュータ 6は携帯型のコンピュータであってもよい。

[0042] また、現場で得られた画像データや超音波探査の測定情報を!、つたん携帯型コン ピュータに入力し、これらの情報をインターネットを介してデータセンタに設置されて いるより高速のコンピュータに転送し、このコンピュータで画像処理や FEM解析を行 うようにしてもよい。この場合には、現場にはデジタル撮像機 5による撮像作業と超音 波探査装置による測定作業を行える作業員 Sを派遺すれば足り、複雑なデータ処理 に精通した IT熟練者を現場に派遣する必要がなくなるので、クラック検査に必要な人 員を効率的に配分することができる。

Claims

請求の範囲

[1] クラックを有するコンクリート構造物の表面を撮像して得られたラスタデータを記憶 する記憶手段と、

前記ラスタタデータをニ値ィ匕して得られたデータに対してラスタべクタ変換処理を 行う変換手段と、

この変換手段で得られた前記クラックのベクタデータを前記コンクリート構造物の表 面の図形データに座標を合わせて重合させるデータ重合手段と、

このデータ重合手段で得られた重合データを出力する出力手段と、

を備えた、コンクリート構造物のクラック検査装置。

[2] 前記ラスタデータにはコンクリート構造物の表面に予め付けておいた基準点の画像 データが含まれており、この基準点の画像データに基づいて前記ラスタデータの歪 み補正を行う補正手段を備えている、請求項 1に記載のコンクリート構造物のクラック 検査装置。

[3] ラスタデータはコンクリート構造物の表面の一部を撮像して得られた複数個のもの であり、かっこの複数個のラスタデータによって当該表面のすべてがカバーされてお り、この各ラスタデータに対応して得られた前記クラックのベクタデータを互いに接合 する接合手段を備えている、請求項 1又は 2に記載のコンクリート構造物のクラック検 查装置。

[4] クラックを有するコンクリート構造物の表面を撮像して得られたラスタデータを記憶 するステップと、

前記ラスタデータをニ値ィ匕して得られたデータに対してラスタべクタ変換処理を行う ステップと、

前記クラックのベクタデータを前記コンクリート構造物の表面の図形データに座標を 合わせて重合させるステップと、

このステップで得られた重合データを出力するステップと、

を含む、コンクリート構造物のクラック検査方法。

[5] 更に、前記コンクリート構造物の表面に予め基準点を付けておいた状態でその表 面の撮像を行 ヽ、この基準点に対応する画像データに基づ ヽて前記ラスタデータの 歪み補正を行うステップを含む、請求項 4に記載のコンクリート構造物のクラック検査 方法。

[6] 更に、前記コンクリート構造物の表面の一部を撮像して当該表面のすべてをカバー する複数個のラスタデータを記憶しておき、この各ラスタデータに対応して得られた 前記クラックのベクタデータを互いに接合するステップを含む、請求項 4又は 5に記載 のコンクリート構造物のクラック検査方法。

[7] クラックを有するコンクリート構造物の表面を撮像して得られたラスタデータを二値 化して力 ラスタべクタ変換処理することによって当該クラックのベクタデータを得るス テツプと、

前記クラックのクラック深さを超音波探査によって測定するステップと、

その探査を行った位置に対応する前記クラックのベクタデータにクラック深さの数値 データを付け加えて三次元データにするステップと、

前記クラックの三次元データを前記コンクリート構造物の三次元図形データに座標 を合わせて重合させるステップと、

このステップで得られた三次元重合データを出力するステップと、

を含む、コンクリート構造物のクラック検査方法。

[8] 更に、前記コンクリート構造物の三次元重合データに基づいて当該構造物の任意 の横断面の FEM解析を行う、請求項 7に記載のコンクリート構造物のクラック検査方 法。