JPH09281065A

JPH09281065A - 構造物の欠陥の検知方法

Info

Publication number: JPH09281065A
Application number: JP8096782A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Yamazaki; 健一郎山崎; Kiyotaka Kawase; 清孝川瀬; Toshio Koike; 敏雄小池; Susumu Harashima; 進原島
Original assignee: Nitto Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】構造物表面における欠陥部の検知精度を高め
る。また、鋼板補強された構造物の欠陥の検知を行うこ
とができるようにする。【解決手段】日中および夜間のそれぞれの時間帯におい
て、前記赤外線放射計による検出を行って、それぞれの
時間帯における構造物表面の温度分布を求める。これら
の温度分布相互を減算処理して、それらの減算温度分布
を求める。この減算温度分布に基づいて構造物の欠陥を
検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビルや橋梁などの
屋外構造物の欠陥の検知方法に係り、たとえばタイルや
モルタルの浮き上がりや、鋼板補強された構造物の鋼板
の剥離部などの欠陥を検知する構造物の欠陥の検知方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】構造物を長年使用していると、外壁のク
ラックや、モルタルの剥離、あるいはタイルの浮き上が
りなどの欠陥が発生する。これらの欠陥を放置しておく
と、漏水または外壁やタイルの剥落を起こす原因となる
ため、これらの欠陥はなるべく早期にしかも確実に検知
し、修繕する必要がある。従来、これらの欠陥を検知す
る方法としては、たとえば木製のハンマーなどにより構
造物の表面を叩いて、その音により作業員が判断する方
法が知られている。しかし、この方法では、作業性が悪
いばかりでなく、信頼性に欠けるものである。

【０００３】そこで、作業性に優れ、信頼性が高い欠陥
の検知方法が模索されてきた。その一つに、構造物表面
からの放射エネルギーを赤外線放射計により検出し、構
造物表面における温度差が大きい部分を捉えて構造物の
欠陥の有無または箇所を検知する方法がある。

【０００４】従来行われていたこの種の検知方法を簡単
に説明すると、構造物の表面の放射エネルギーを赤外線
放射計によって測定し、この測定結果から構造物表面の
温度分布を求め、画像処理して、熱画像としてＣＲＴ画
面に表示する。このＣＲＴ画面を目視した検査員が、自
らの経験に基づいて、他の部分と異なる温度分布を示す
部分に欠陥があると判断するものである。この方法は、
基本的に優れた方法であり、その改良についても種々の
提案がなされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の検
知方法によって欠陥を検知するためは、欠陥部と無欠陥
部が異なる温度分布を示し、熱画像として表示されるこ
とが前提条件となる。特に、検査員が目視により欠陥の
有無を判断することから、欠陥部と無欠陥部の温度分布
の相違が明瞭であることが望ましい。

【０００６】しかし、実際の構造物を取り巻く環境は多
岐にわたっており、測定を行う季節や時間帯、あるいは
構造物が受ける日射量の相違や他の構造物の影などの影
響によって、欠陥部と無欠陥部で同じような温度分布を
示すことや、逆に、欠陥部同士あるいは無欠陥部同士で
異なる温度分布を示すことがあり、欠陥部と無欠陥部の
相違が明瞭でない場合がある。

【０００７】このような場合、赤外線放射計によって構
造物表面の温度分布を測定し、その測定結果をＣＲＴ画
面に表示して、そのＣＲＴ画面を検査員が目視しただけ
で欠陥の有無を検知することは非常に困難であった。

【０００８】また、ＣＲＴ画面を目視した検査員が、自
らの経験に基づいて構造物に欠陥があるか否かを判断し
ていることから、検査員の主観に頼る部分が大きいた
め、欠陥の検知精度が低くなることは避けられなかっ
た。

【０００９】他方、赤外線放射計を用いたこの種の検知
方法は、従来、鋼板補強されたコンクリート構造物の欠
陥を検知することを対象とされてはいなかった。その理
由は、タイルの浮きなどを検知する場合と異なり、鋼板
自体の大きさがタイルよりはるかに大きいものである。
したがって、実際に鋼板補強された構造物に十分なエネ
ルギーが与えられず、その表面からの放射エネルギーを
赤外線放射計により検出しても、温度差が小さすぎて、
欠陥の検出は不可能であるとの推測が先立っていたから
であると考えられる。

【００１０】そこで、本発明の課題は、構造物表面にお
ける欠陥部と無欠陥部の温度差を明瞭に判断できるよう
にすることにより、構造物表面における欠陥部の検知精
度を高めることにある。

【００１１】また、他の課題は、赤外線放射計により構
造物表面からの放射エネルギーを測定することにより、
鋼板補強された構造物の欠陥の検知を行うことができる
ようにすることある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明は、構造物表面からの放射エネルギーを赤外線放射計
により検出し、構造物表面の温度分布を求めて、構造物
の欠陥を検知する方法において、日中および夜間のそれ
ぞれの時間帯において、前記赤外線放射計による検出を
行って、それぞれの時間帯における構造物表面の温度分
布を求め、これらの温度分布相互を差分処理して差分温
度分布を求め、この差分温度分布に基づいて構造物の欠
陥を検知することを特徴とするものである。

【００１３】日中においては、日射により構造物の表面
の温度が上昇する。表面に投射された太陽エネルギーの
一部は反射するが、残部は当該領域内に吸収され、その
吸収された熱エネルギーはやがて壁厚方向に熱伝達す
る。この熱エネルギーとその熱伝達速度との関係で、構
造物の表面温度が決定される。しかるに、欠陥部分、た
とえばタイルの浮きがある場合には、その浮き部分にお
いて熱伝達が阻害されるために、吸収した熱エネルギー
の伝達が遅くなり、もって欠陥の当該個所の表面温度は
無欠陥部よりも高くなる。

【００１４】夜間においては、構造物が吸収した熱エネ
ルギーを温度の低い外気に対して放散する逆方向の熱伝
達が生じる。したがって、構造物の内部よりも表面の方
が温度が低い逆転現象を生じる。この逆転現象の下で、
欠陥部と無欠陥部との温度差も、欠陥部の方が無欠陥部
より温度が低い「温度差の逆転現象」が生じる。

【００１５】そこで、本発明においては、日中および夜
間に赤外線放射計による放射エネルギーの検出を行い、
構造物表面の温度分布を測定する。そして、日中に検出
された構造物表面の温度分布と夜間に検出された構造物
表面の温度分布相互を差分処理して、差分温度分布を求
める。日中と夜間では、「温度差の逆転現象」が生じて
いることから、差分温度分布を求めることにより、欠陥
部と無欠陥部の温度差が増幅される。そのため、欠陥部
と無欠陥部との温度差が非常に明瞭となり、この差分温
度分布を画像表示したときに、これを目視した検査員が
欠陥を検知するのが容易となる。

【００１６】このとき、望ましくは、前記差分温度分布
をさらに時間積分処理して積分温度分布を求め、この積
分温度分布に基づいて、構造物の欠陥を検知する。かく
して求めた差分温度分布を時間積分処理して、積分温度
分布を求めることにより、欠陥部と無欠陥部の温度差が
一層増幅され、欠陥の検知がさらに容易となる。

【００１７】また、本発明においては、前記差分温度分
布または積分温度分布において、±０．３℃以上の温度
差がある部分に欠陥があると判断することができる。

【００１８】このように、欠陥の発生の有無を明確に数
字で、具体的には、±０．３℃以上の温度差があった場
合に欠陥があるものと判断することにより、ＣＲＴ画面
を目視した検査員が、自らの経験と勘により欠陥の有無
を判断するのと比較して、客観性の高い欠陥の検知を行
うことができる。

【００１９】他方、本発明においては、前記構造物が、
コンクリート版の表面がわに鋼板が一体化されて鋼板補
強された構造物であってもよい。本発明によれば、上述
のように欠陥部と無欠陥部の温度差が増幅されるため、
たとえば鋼板が大きすぎて、鋼板補強された構造物に十
分なエネルギーが与えられず、その表面からの放射エネ
ルギーを赤外線放射計により検出して、欠陥部と無欠陥
部との温度差が小さいとしても、十分に欠陥を検知する
ことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。本発明が基本とする欠陥の検知方法を説
明すると、対象の構造物の表面を睨んで、赤外線放射温
度計（熱画像検出器）を設け、対象構造物表面から放射
される熱エネルギーを赤外線放射温度計により検出す
る。この検出信号を画像解析装置内に取り込んで、対象
撮像範囲内の温度および温度分布画像を得て、この温度
分布画像から周囲と温度が異なる部分を抽出し、その部
分を欠陥として検知するものである。

【００２１】本発明においては、この基本的な赤外線放
射温度計による熱エネルギーの検出を日中および夜間に
それぞれ行い、両時間帯における熱画像を得る。そし
て、画像解析装置において、たとえば日中の検出によっ
て得た温度分布画像を被減算画像とし、夜間の検出によ
って得た温度分布画像を減算画像として減算処理を行っ
て減算処理画像を得る。この減算処理画像において、周
囲よりも温度が高い部分を抽出して、欠陥部であると判
断する。この減算処理画像においては、欠陥部と無欠陥
部の温度差が増幅されることから、欠陥部を検出するこ
とが容易となる。

【００２２】さらには、減算処理画像に対して、被減算
画像を時間積分処理して、積分処理画像を得る。この積
分処理画像において、周囲よりも温度が高い部分を抽出
して、欠陥部であると判断する。この積分処理を行うこ
とにより、欠陥部と無欠陥部の温度差はさらに増幅され
るので、欠陥部の検出が一層容易となる。

【００２３】これらの減算処理および時間積分処理など
の演算処理は、たとえば、日本アビオニクス社より提供
される熱画像処理ソフト「ＴＶＳ−２０００」を用いる
ことにより容易に行うことができる。

【００２４】かくして得られた減算処理画像または積分
処理画像において、周囲との温度差が±０．３℃以上で
あり、かつ、温度が低いがわの領域に欠陥があると判定
することができる。なお、被減算画像と減算画像を逆に
した場合には、温度が低いがわの領域に欠陥があると判
断する。なお、±０．３℃未満の温度差を欠陥の有無の
判断指標とする場合には、欠陥の誤判断の確率が高くな
ることを、他の多くの実験から知見している。

【００２５】（基礎実験）図１に示されるように、検出
対象構造物として、ある地方都市の既存の構造物１０の
屋上に、各面が幅５ｍ、高さ１．８ｍで、各面にニュー
小口タイルを貼り付けたモデル構造物１を構築した。図
２に示されるように、このモデル構造物１の外壁１Ａ
に、約７％の面積の模擬欠陥部（タイル剥離欠陥部）を
人為的に作った。ここで、模擬欠陥部は、欠陥領域面積
による相違があるか否かをも判断することを想定して、
タイル３２枚分の領域、１６枚分の領域、８枚分の領
域、および４枚分の領域を形成した。なお、７％の面積
値は、タイル欠陥部調査を依頼される実態の平均的な値
である。

【００２６】この外壁面の欠陥検出を行うために、外壁
面を睨む赤外線放射温度計（熱画像検出器）２を屋上に
設置した。

【００２７】赤外線放射温度計２による検出信号は、画
像解析装置２０に入力し、さらにその解析信号をＣＲＴ
表示装置２１などに表示したり、フレキシブルディスク
などに記録する。

【００２８】このように構成された装置においては、外
壁１Ａからの赤外線放射エネルギーを赤外線放射温度計
２により検出し、画像解析装置２０内において処理対象
面積内の目的に応じて任意に区分した各単位面積当たり
の平均温度を求め、隣接する単位面積間において温度差
に基づいて欠陥の有無を判定する。

【００２９】実験では、春期における晴天の日に、日の
出の頃より１０分間隔で２５時間程度連続的に赤外線放
射温度計によって測定を行った。

【００３０】図３にタイル３２枚相当領域の欠陥部の表
面温度変化、図４にタイル８枚相当領域の欠陥部の表面
温度変化を示した。

【００３１】図３から判るように、タイル３２枚相当領
域の欠陥については、周囲との温度差が±０．３℃以下
である時間帯は、４：３０〜５：００、１０：００〜１
１：３０、１５：００〜１７：３０と極めて短時間であ
り、それ以外のほとんどの時間帯、具体的に、１日当た
り２０時間と、ほとんどの時間帯で欠陥の検出が可能で
ある。

【００３２】しかし、タイル８枚相当領域の欠陥につい
ては、周囲との温度差が±０．３℃以上である時間帯
は、５：３０〜９：３０、１３：００〜１５：３０、
０：００〜３：００と、極めて短時間であり、タイル３
２枚相当領域とは逆に、１日当たり９．５時間と、欠陥
の検出を行うことができる時間帯の方が短い。

【００３３】そこで、本発明にしたがって、日中に検出
された構造物表面の温度分布と夜間に検出された温度分
布を減算処理する。この減算処理の過程を、模式的に図
５〜図７に示すＣＲＴ表示画面２１Ａに表示された熱画
像を用いて説明する。図５には、日中である１０：００
に検出されたモデル構造物１表面の温度分布を示す熱画
像を、図６には、夜間である２３：００に検出されモデ
ル構造物１表面の温度分布を示す熱画像をそれぞれ模式
的に示す。

【００３４】図５および図６に示す温度分布では、タイ
ル８枚相当領域の欠陥部は、周囲の温度と比較して、そ
れぞれ＋０．２℃、−０．２℃程度であるため、誤差が
あることを考慮すると、この部分を欠陥と判定すること
はできない。しかし、これらの熱画像を画像解析装置に
よって図５に示す画像を被減算画像、図６に示す画像を
減算画像として減算処理すると、図７に模式的に示すよ
うに、このタイル８枚相当領域の温度差が＋０．４℃に
増幅されるため、高い精度で欠陥を検出することができ
るようになる。

【００３５】また、図７に示す画像に対して、図５に示
す画像を積分処理することより、タイル８枚相当領域の
温度差は＋０．６℃まで増幅されるため、さらに検出精
度を高めることができる。

【００３６】他方、タイル３２枚相当領域についても、
温度差が＋０．８℃に増幅されるため、検出の精度を高
めることができる。

【００３７】（応用実験）上記の基礎実験の結果が、鋼
板補強された構造物に対しても適用できるか否かを調べ
るため、鋼板補強された構造物であって、実際に使用さ
れている橋梁において応用実験を行った。この応用実験
は、都内の１級河川に架かる高速道路における橋梁につ
いて行ったものである。

【００３８】図８に示すように、この橋梁５０において
は、コンクリート床版５１Ａの下部に補強鋼板５１Ｂが
接着されてなる床版５１に舗装道５２が形成されたもの
で、床版５１は、主桁５３によって支持されている。ま
た、床版５１の下方には、添架物としての水道本管５４
が通っている。この橋梁の２車線部分におけるある長さ
領域の底面を模式的に図９に示す。この図９の領域につ
いて、事前にブーム車を使用して床版下の補強鋼板をテ
ストハンマーを用いた打音法で検出し、欠陥部分Ｋをチ
ョークによりマーキングしておいた。この欠陥部Ｋは、
打音法によって、約５００ｃｍ²にわたる接着剤が剥離
した部分であることが推測された。

【００３９】実験は、図８に示すように、橋梁下方の地
上に赤外線放射温度計２を設置し、Ｘ部分の熱放射エネ
ルギーを赤外線放射温度計２によって算定し、基礎実験
と同様に、赤外線放射温度計２による検出信号を画像解
析装置２０により解析し、必要に応じてＣＲＴ表示装置
２１に表示した。

【００４０】そして、画像解析装置２０内において、打
音法で調べた欠陥部と無欠陥部の温度差を求めた。この
測定を約１０分ごとに２４時間程度行った。その結果を
図１０に示す。

【００４１】図１０より、欠陥部と無欠陥部の温度差が
０．３℃以上である時間帯は１：００〜１０：００であ
ることがわかる。この時間帯であれば、欠陥部と無欠陥
部とが明瞭に区別できるため、比較的容易に欠陥を検知
することができる。しかし、たとえば温度差が±０．０
℃である２２：００に測定を行った場合には、欠陥を検
知することができないことになる。

【００４２】そこで、日中である、たとえば１２：００
に検出された熱画像と、夜間である、たとえば２３：０
０に検出された熱画像を減算処理する。すると、欠陥部
とその周囲との温度差は約１．０℃となり、この欠陥部
を精度よく検出することができる。さらに、差分演算さ
れた熱画像を時間積分演算すると、欠陥部とその周囲と
の温度差は、１．５℃となり、さらに精度の高い検出を
行うことができる。

【００４３】以上の応用実験の結果、基礎実験で行われ
た構造物の欠陥の検知方法が、鋼板補強された構造物の
欠陥を検知する場合にも使用でき、しかも、実際の橋梁
において有効であることが証明された。

【００４４】本発明は、前述の応用実験で示した橋梁の
診断に限らず、ビル、屋根、煙突、ダム、堤防、トンネ
ル、地下鉄、道路（高速道路）などの鋼板補強を施して
ある個所の診断に用いることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなとおり、本発明
によれば、構造物表面における欠陥部と無欠陥部の温度
差を明瞭に判断できるようにすることにより、構造物表
面における欠陥部の検知精度を高めることができる。

【００４６】また、赤外線放射計により構造物表面から
の放射エネルギーを測定することにより、鋼板補強され
た構造物の欠陥をも検知することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基礎実験に用いたモデル構造物の概要
図である。

【図２】対象構造物の壁面の一例を示す概略図である。

【図３】本発明の基礎実験の結果を示すグラフである。

【図４】本発明の基礎実験の結果を示すグラフである。

【図５】対象構造物の壁面の熱画像の模式図である。

【図６】他の時間に検出した対象構造物の壁面の熱画像
の模式図である。

【図７】それらの減算画像の模式図である。

【図８】本発明の応用実験に用いた橋梁の概要図であ
る。

【図９】その橋梁の鋼板補強床版の底面図である。

【図１０】本発明の応用実験の結果を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１…モデル構造物、２…赤外線放射計、１０…建築物、
２０…画像解析装置、２１…ＶＴＲ表示装置、５１…鋼
板補強床版、５１Ａ…床版、５１Ｂ…補強鋼板、５０…
橋梁、５２…舗装道、５３…主桁、５４…添架物、Ｋ…
欠陥部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原島進東京都千代田区丸の内一丁目５番１号日東化学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物表面からの放射エネルギーを赤外線
放射計により検出し、構造物表面の温度分布を求めて、
構造物の欠陥を検知する方法において、日中および夜間のそれぞれの時間帯において、前記赤外
線放射計による検出を行って、それぞれの時間帯におけ
る構造物表面の温度分布を求め、これらの温度分布相互を差分処理して差分温度分布を求
め、この差分温度分布に基づいて構造物の欠陥を検知す
ることを特徴とする構造物の欠陥の検知方法。
【請求項２】前記差分温度分布をさらに時間積分処理し
て積分温度分布を求め、この積分温度分布に基づいて構
造物の欠陥を検知する請求項１記載の構造物の欠陥の検
知方法。
【請求項３】前記差分温度分布または積分温度分布にお
いて、±０．３℃以上の温度差がある部分に欠陥がある
と判断する請求項１または２記載の構造物の欠陥の検知
方法。
【請求項４】前記構造物が、コンクリート版の表面がわ
に鋼板が一体化されて鋼板補強された構造物である請求
項１〜３記載の構造物の欠陥の検知方法。