光学的計測法による維持管理手法の開発に関する研究分科会

Kyushu Association for Bridge and Structural Engineering

一般社団法人 九州橋梁・構造工学研究会

光学的計測法を用いた 新しい施工管理・維持管理方法について

出 水 享 （長崎大学大学院）

期 間：平成23年度

主 査：佐賀大学 伊藤幸弘

副 査：福岡県 内野正和

副 査： ㈱計測ﾘｻｰﾁｺﾝｻﾙﾀﾝﾄ 高橋洋一

構 成：産 12名 官 1名 学 8名

建設構造物の構造健全性診断の際に必要となる空間的に分布したミクロからマクロまでのマルチスケールでの変形・ひずみ・応力・振動の計測データを簡易に計測する実用的方法として，デジタル画像相関法やレーザドップラ等の光学的計測法の高精度，非接触，全視野計測が可能というメリットに

注目し，建設現場環境下での計測が可能なロバスト性の高い計測・解析・評価システムの開発を目標

分科会の概要

①遠隔・非接触な計測が可能 ②多点・多方向の情報を短時間で取得可能 ③高密度の計測結果を可視化情報として表現可能

光学的全視野計測法について

特 徴

光学的全視野計測法とは？ 光を用いて計測面の2次元ならびに3次元の 状態、形状、変位、ひずみ、振動等を計測する技術

⇒足場やケーブルの配線が不要

⇒一点当たりの計測コストが安価

⇒計測対象物の挙動を分布で把握しやすく評価が行い易い

・デジタルカメラ ・レーザ ・サーモグラフィ

・X線 ・その他

種 類

橋梁点検・診断

たわみ、変位

振動、たわみ、変位

たわみ、変位

ひび割れ検出 変動観察

ひずみ ひび割れ変動 現有応力測定

ひずみ(静動)

内部ひび割れ 中性化 塩化物イオン

ひずみ(静動)

3D形状計測 ひび割れ検出

棒形スキャナ

スキャナタイプ 全視野ひずみ計測装置

ケーブル外観検査ロボット

ソリューション

１．棒形スキャナについて

小径ドリル孔の孔壁面全周の画像が観察できれば

コア法

○診断材料

内視鏡法

○低コスト,作業性良

○構造物の損傷軽微

両方の長所を合わせて

ハンディスキャナによる紙面の読み取り

孔壁面を読み取るスキャナを製作し, 孔壁面全周の画像を読み取る装置を開発

×構造物にダメージ

×視野範囲が狭い

開発の経緯

×採取時にコアが分断

概 要

センサ部

製品版 Ｓｔｉｃｋ Ｓｃａｎｎｅｒ – 3 各部の名称

回路部

スキャニングリング

スイッチ

伸縮ガイド

5ｃｍ

5ｃｍ

仕様

センサ センサタイプ：ＣＩＳラインセンサ

センサ長：210ｍｍ

解像度：600dpi（1pixel：0.042mm）

記録 画 像：24ビットカラー ビットマップ画像（BMP)

保存方法：SDカードまたはUSBコード 接続に直接PCに保存 電源 電池駆動：単３電池4本

検査孔 検査孔径：φ25ｍｍ（支持リング等の 変更によりφ24～27ｍｍ まで対応可能）

検査長：350ｍｍ

支持リング

本体 全長：662ｍｍ

質量：1.2kg（電池を除く）

概 要

φ 25mm

１ RCレーダ等で鉄筋探査を行い削孔位置を決定する。

2 コアドリルで削孔する（湿式削孔が標準であるが，乾式削孔も可能）。

3 ブラシで孔内を水洗洗浄する。

4 パイプを取り付けたドライヤで孔内を乾燥する。

5 棒形スキャナを孔内に挿入し，スキャニングリングを回し孔壁面を撮影する。

撮影画像をSDカードまたはPCに保存する。

6 無収縮モルタル等で断面修復し完了。

各種試薬

孔内塗布

※

※ 中性化試験を行う場合はフェノールフタレイン溶液を孔内にスプレーで噴霧， 乾式削孔を行い硝酸銀溶液を噴霧し塩化物イオン浸透試験も可能

検査手順

RC樋門に発生したASRのひび割れ （河川構造物）

ASRひび割れ

調査事例１

RC樋門に発生したASRのひび割れ （河川構造物）

ASRひび割れ

ASR特有の骨材を貫通するひび割れや反応リムが確認できる

かぶり側は表面に対して直角方向のひび割れ，

鉄筋以深は表面と平行なひび割れのパターン

鉄筋の拘束による影響が明らかとなった

調査事例１

橋台の縁端拡幅部に発生した温度ひび割れ

表面部と内部のひび割れ幅がさほど変わらないことから温度ひび割れと発生原因を推定

フェノールフタレイン溶液を孔内に噴霧し中性化深さを同時に測定

（道路橋）

温度ひび割れ，中性化

調査事例２

画像解析によりひび割れ部を抽出

RC桁ウェブ面断面修復モルタルの付着状況

桁撤去後，補修履歴および界面の状況を確認するために棒形スキャナで調査

（道路橋）

界面はく離

既設コンクリート部 断面修復モルタル部

既設コンクリート部と断面修復モルタル部の間にはく離が生じている

金網背面の空洞を確認

断面修復モルタル部には金網が配置されており，金網の背面には空洞が存在する

調査事例３

実 績

□販売実績 2009.10～2012.5 調査コンサルタント 2台 大学・研究機関 4台 公共機関 5台 その他民間企業 1台 □ 「日経コンストラクション」で紹介（平成18年3月） □土木学会西部支部奨励賞（技術部門） □特許第4393756号 □ NETIS 登録番号 QS-110038-A

２．スキャナタイプ全視野ひずみ

計測装置について

・セメント・細骨材・粗骨材から成る複合材料 ・脆性材料 ・荷重・拘束・配合条件や鉄筋の影響

⇒破壊特性が複雑

コンクリートの特性

・ひび割れ発生原因の明確化 ・将来的なひび割れ発生・進展の予測

コンクリート構造物の効率的な維持管理

研究の背景・目的

設置型センサの問題

・設置の作業性・コストの問題 ・設置環境の影響

・計測精度の影響

スキャナ装置

・ラインセンサを使用（ Contact Image Sensor） ・固定、密着させて2次元変位・ひずみ計測 ・収差、照度、振動・移動、画素数を解決 ・撮影範囲、撮影距離、計測時間の問題 ・計測表面処理の問題

⇒屋外計測を目的として開発 特 徴

読取り範囲 210×210mm

解像度 1200dpi( 20μ m/pixel)

計測時間 5分

外形寸法 374×384×182mm

質量 8.0kg

主な特徴 副走査の精度を向上 回転盤なし

実験概要

２点単調載荷方式

２８０ｋNまで載荷する

Φ 12.7ｍｍの PC鋼線を12本配置

４０ｋN毎にひずみを計測

700

PC梁試験体の形状寸法

単位：mm

PC梁の表面ひずみ計測実験

実験概要

主走査方向

副走査方向

100㎜

150㎜

200㎜

250㎜

ひずみゲージ貼付位置 新型装置設置状況

下縁からの距離

撮影範囲

PC梁の表面ひずみ計測実験

実験結果

100

150

200

250

-100 0 100 200 300

下限からの距離（ｍｍ）

ひずみ(μ）

40KN ひずみゲージ

新型装置

計算値

100

150

200

250

-100 0 100 200 300

下縁からの距離（

mm）

ひずみ（μ）

80KN ひずみゲージ

新型装置

計算値

PC梁の表面ひずみ計測実験 精度検証

ひずみ計測範囲（西側）

ひずみ計測範囲（中央）

実験概要～ＲＣ梁の載荷試験時の計測

400 kN

凡例 ・・・ ： 載荷前に確認されたひび割れ

―- ： 載荷中に発生したひび割れ

500 kN

実験結果

0.41

0.02

0.21

0.21

1000

0

-500 (μ )

0.41

0.02

0.21

0.21

→←0.03

0.45→← →←0.21

→←0.25

900 kN →←0.04

700 kN 800 kN

600 kN 500 kN 400 kN

300 kN 200 kN 100 kN 実験結果

22

実 績

【国 内】 □装置の製品化･販売 □ 日本の建設コンサルタントが業務で4件実施 □プレストレストコンクリート技術協会 論文賞（平成24年5月） □「日経コンストラクション」で紹介（平成23年8月） 【国 外】 □ アメリカの建設コンサルタントが1台購入 □ アメリカで開催された International Bridge Study Workshopの実橋での デモ計測を実施（平成23年6月） □アメリカDrexel大学らのチームによって提出された National Cooperative Highway Research Program の プロポーザル（アメリカ政府機関の研究公募）の中に、 実験計画が提案（平成23年11月）

３．ケーブル外観検査装置について

斜張橋ケーブルの疲労、腐食による損傷が顕在化

ケーブルの健全性確保のため、定期的な点検・調査による損傷状況の把握が急務

斜張橋は構造の合理性や美しさから1980年代より建設数が増加

崩落やケーブルの取替を実施した事例が発生

研究の背景

現行の検査方法

問題点

研究の目的

・橋面からの近接目視および双眼鏡による遠望目視 ・ゴンドラや枠組み吊足場により近接目視

・橋面からの遠望目視は検査精度が低い ・ゴンドラや枠組み吊足場の装置が高額 ・検査時の交通規制が煩雑

ケーブルをガイドとして無線操作で昇降し、ケーブルの外周全面を撮影し、損傷や劣化状況を検査する斜張橋ケーブル外観検査装置を開発

ゴンドラ

研究の目的

項目 仕様

外形寸法

566×566×566mm

質量 約35kg

走行方式

ケーブル保護管をガイドとし電動モータによる自走式 モータトルク：40kgf・cm 走行速度：2.5(m/min)[昇り]

撮影機器

ワイヤレスCMOSカメラ

撮影画像

動画(AVI形式)

SDカードに保存可能

位置計測方法

内蔵距離計

電源 VRLA（制御弁式）バッテリー

・地上の無線から遠隔操作 ・モータ駆動で一定速度で走行 ・ケーブル全周の動画撮影 ・リアルタイムで地上モニタで確認

特徴

装置の概要

調査概要

開発した斜張橋ケーブル外観検査装置を用いて、斜張橋ケーブルの外観検査を行った

現場調査

損傷

損傷

幅0.5mm、長さ29.4mm、起点からの距離10.5ｍ

起点からの距離11.1ｍ

100mケーブル

カメラD

調査結果

100mケーブル 30mケーブル

0

50

100

150

200

250

300

350

1mm以下 1mm～2mm 2mm～3mm 3mm以上

損傷箇所

カメラA

カメラB

カメラC

カメラD

0

50

100

150

200

250

300

350

1mm以下 1mm～2mm 2mm～3mm 3mm以上

損傷箇所

カメラA

カメラB

カメラC

カメラD

B

D

A

C

下

上

車道側 B

D

A

C

下

上

車道側

調査結果

31

ギガピクセル画像点検システム

UAV外観変状調査

ＡＲ点検システム

全方位・多眼撮影システム

ＵＡＶ-３Ｄ計測システム

①３Ｄ計測

②外観変状調査

ギガピクセル計測装置

①ひび割れ、き裂

②ひび割れ幅

走行型連続画像計測システム

①外観変状

②点検・診断への応用展開

ＡＲ点検システム

①新旧計測画像

②外観変状調査

全方位・多眼撮影システム

①多部材計測

②外観変状調査

光学的計測技術の点検・診断への応用展開

32

KABSEのブースでお待ちしています。

「冬のファンター博多２０１２ 」 フォトコンテスト 最優秀賞 タイトル「その瞳に映るもの」 出水 享

①構造物検査用内視鏡

②棒形スキャナ

③見える君

④孔内超音波洗浄器 (補助装置）

⑦表面変状計測装置

コンクリート 内部検査装置

可視化装置

⑧望遠レンズを用いた長距離 ひび割れ計測方法

⑪スキャナタイプ全視野 ひずみ計測装置

⑫テレセントリックレンズタ イプ全視野ひずみ計測装置

⑭表面粗さに基づくひずみ 計測装置

⑮かたどり君

3次元

ひずみ計測装置

可視化装置

橋梁等変位・振動計測装置

⑱レーザドップラー シンクロ法

動的変位・振動計測方法

2次元

鉄筋形状計測装置

⑬ステレオカメラタイプ全 視野ひずみ計測装置

静的変位計測方法

⑯ターゲットおよびデジ タルカメラを用いたた わみ計測法

⑰高速度カメラを用いた 変位・振動計測法

ひび割れ注入施工管理方法

⑥構造物検査用内視鏡 と蛍光材を用いた注 入管理方法

⑤ドランゴンレーダー (補助装置）

構造物の現有応力測定方法 応力解放法

⑲ラインセンサタイプ全視 野ひずみ計測装置を用い たスリット解放法

⑨3Ｄレーザー計測システム

⑩ケーブル外観検査ロボット

開発した光学的計測装置・方法の一覧（１９種類）