JP6209158B2 - 構造物の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、人が容易に接近できない構造物表面の検査方法及びこの検査方法に使用する検査装置に関するものである。

従来、建築物や橋梁などのコンクリート構造物の劣化部分や損傷箇所を検査する場合の方法として、構造物の表面を撮影し目視により状態を確認することや、壁面をハンマーなどで叩くことにより発生する音を聞き分けて状態を判別することが行われている。前者の場合には、無線で遠隔操作される無人飛行体（例えば特許文献１参照）を用いることにより、人が容易に接近できない構造物の表面を撮影（空撮）することが可能である。後者の場合には、構造物の表面に検査機器を接触させて所定の測定データを取得し分析すること（例えば特許文献２参照）により、作業者の熟練度に依存せずに構造物の状態を推定することができる。

特開２０１１−１８３８２４号公報 特開２０１３−２５３９４７号公報

ここで、ダムや橋梁、高層ビルのような大型の構造物において、人が容易に近づけない箇所の表面を検査する場合には、上述したような検査機器を用いた検査を行うためには、足場を組んで人が検査対象に近づけるようにしなければならず、多大な費用や時間を要していた。また、無人飛行体を用いた空撮であっても、入手できる情報は限られているので、より詳細な情報を取得するためには、人が現場に行って検査する必要があった。
そこで、本願発明は、人が容易に近づけない箇所の検査を、容易かつ効率的に行うことができる構造物の検査装置を提供することを目的とする。

本願の参考発明は、検知部（押圧センサ２１、ハンマー２４）を検査面Ｐに接触させることにより検査面Ｐに関するデータを採取可能な検知装置２０、及び遠隔操作可能な推進装置１０を備えた検査装置１を用いて、構造物Ｃの表面であって重力の影響により検査装置の設置位置を維持することが困難な検査面Ｐの検査を行う構造物Ｃの検査方法であって、検査装置１を移動させることができる移動手段（ワイヤＷ）によって、検査装置１を検査対象となる構造物Ｃの検査箇所まで移動させ（例えばワイヤＷで検査箇所まで吊り下げる）、検査箇所の検査面Ｐに検知装置２０の検知部を対向させた状態で推進装置１０を作動させて、検査装置１を検査面Ｐに押しつける方向の推進力を発生させ、推進装置１０に、検査装置１が検査面Ｐに押しつけられた状態を維持しかつ検知装置２０の検知部を検査面Ｐと接触させることで生ずる反力に対抗できる推進力を発生させている状態で、検知装置２０の検知部を検査面Ｐに接触させて検査面Ｐに関するデータを採取することを特徴とする。

本参考発明は、例えば構造物の壁面や天井面の検査を行う場合に適した構造物の検査方法である。
本参考発明によれば、人の手が届かない構造物の高い場所や深い場所、あるいは人が作業するのが困難な急斜面等であっても、検査装置１を移動手段により検査箇所まで移動させることさえできれば、足場等を組み立てることなく、（検査面Ｐ）の検査を行うことができる。また、推進装置１０は、検査装置１を検査面Ｐに押しつけたまま、検知部が検査面Ｐを接触（押圧又は打撃）することにより生ずる反力に対抗できる推進力を発生可能であるので、検知部が検査面Ｐを押圧又は打撃した反動で検査装置１が検査面Ｐから離れてしまうことがなく、正確なデータを採取できる。なお、採取したデータは所定の記憶部に記憶しておくか無線により伝送し、解析装置によって検査面Ｐの状態を判定することができる。

また、本発明は、構造物Ｃの検査装置１であって、検知部を検査面Ｐに接触させることにより検査面Ｐに関するデータを採取可能な検知装置２０と、遠隔操作可能な推進装置１０と、検査面Ｐに当接可能な転動部分と、を備えた構造物の検査装置１であって、推進装置１０は、検知装置２０の検知部を検査面Ｐに対向させた状態で検査装置１を検査面Ｐに押しつける方向の推進力を発生させることができるとともに、検査装置１が検査面Ｐに押しつけられた状態を維持しかつ検知部が検査面Ｐと接触することで生ずる反力に対抗できる推進力を発生させることができ、転動部分が検査面Ｐに当接している場合においては、転動部分が検査面Ｐとの当接を保って転動できる程度の推進力を検査装置１に与えることで、検査面Ｐ上において検査装置１を移動可能とするように形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る構造物の検査装置１は、少なくとも検査面Ｐを撮影可能な撮影装置を備え、検知装置により採取された検査面に関するデータ及び撮影装置により撮影された映像を外部装置に伝送することが可能であることを特徴とする。

本発明によれば、検査装置１を所定の移動手段を用いて構造物の検査箇所まで移動させ、推進装置１０によって検査装置１を検査面Ｐに押しつけている状態で検知装置２０の検知部を検知面Ｐに接触させてデータを採取することにより、構造物の壁面又は天井面の検査を行うことができる。

本発明は、以上のように形成されているので、人が容易に近づけない箇所の検査を、容易かつ効率的に行うことができる構造物の検査装置を提供することができる。

本発明の実施の形態であって、検査装置の斜視図である。 本発明の実施の形態であって、検査装置の縦断面図である。 本発明の実施の形態であって、検査装置の使用方法を示す図である。 本発明の実施の形態であって、検知装置の他の例を示す図である。 本発明の実施の形態であって、検査装置の他の使用方法を示す図である。

本発明の好適な実施の形態を、図面に基づき説明する。
（検査装置１）
本実施の形態に係る検査装置１は、図１及び図２に示すように、プロペラ１２の回転により推進力を発生させる推進装置１０と、押圧センサ２１を備えた検知装置２０と、推進装置１０及び検知装置２０を支持する支持体３０と、支持体３０に固定される撮影装置４０と、検査装置１を遠隔操作するための送信機５０とから構成されている。

支持体３０は、図１及び図２に示すように、開口部を有する箱状に形成されており、開口部に対向する表面板３１と、表面板３１の四辺を囲む４つの側面板３２を有している。また、図２に示すように、表面板３１の外側には推進装置１０が固定され、支持体３０の内部には、検知装置２０及び撮影装置４０が配置されている。検知装置２０は、表面板３１の内側に設けられた支持枠３３を介して支持体３０の内部に配置され、撮影装置４０は、側面板３２のうちの１の側面板３２Ａの内側に固定されている。
以下、本明細書において、検査装置１及び検査装置１に取り付けられた各部材の上下左右、前後（正面背面）の方向は、側面板３２Ａを上側にして支持体３０の表面板３１側を正面視したときの各方向を示すものとする。

推進装置１０は、図１に示すように、４基のプロペラ１２と、各プロペラ１２をそれぞれ回転させるための４基の駆動モータ１１と、各駆動モータ１１を駆動させて推進装置１０の作動を制御するための推進制御部１３と、４基の駆動モータ１１及び推進制御部１３を一体化するためのフレーム１４とから構成されている。
駆動モータ１１はＤＣモータであって、プロペラ１２は駆動モータ１１の駆動軸に固定されている。
推進制御部１３には、図示していないが、送信機５０から送信される信号を受信する受信部と、受信部が受信した信号を、駆動モータ１１を駆動させるための信号に変換する変換部と、変換部及び駆動モータ１１に電力を供給するバッテリとが収納されている。なお、変換部は各駆動モータ１１ごとに設けられている。

検知装置２０は、図２に示すように、支持体３０の支持枠３３に前後方向に摺動自在に支持された押圧センサ２１と、押圧センサ２１を前後方向に移動させるための押圧装置２２と、押圧センサ２１の検知信号を処理するための検知制御部２３とを備えている。
押圧センサ２１は、検査対象となる構造物の表面である検査面Ｐ（図４参照）を押圧するための複数の出没突起２１Ａを備え、この出没突起２１Ａの移動（没入深さ）を検知する検知部（図示せず）が設けられている。押圧センサ２１は、出没突起２１Ａを背面側にして、支持体３０の開口部の略中心に位置するよう配置される。
また、押圧センサ２１は、初期状態（押圧装置２２の非作動状態）において、出没突起２１Ａの先端が支持体３０の背面側の端部３０ａから突出しない位置となるように配置される。そして、押圧装置２２は、図２に二点鎖線で示すように、出没突起２１Ａが支持体３０の端部３０ａよりも背面側に突出する位置となるまで、押圧センサ２１を押し出すことができるようになっている。

押圧装置２２は、表面板３１の内側に固定された、押圧センサ２１を後方に押し出すとともに押し出した押圧センサ２１を元の位置に戻すための装置である。押圧装置２２は、図示していないが、押圧センサ２１を前後方向に移動させるための駆動部と、送信機５０から送信される信号を受信する受信部と、受信部が受信した信号を駆動部を駆動させるための信号に変換する変換部と、駆動部及び変換部に電力を供給するバッテリとを備えている。駆動部には、モータやソレノイドを用いてもよいし、流体圧又は空気圧ダンパーを用いてもよい。

検知制御部２３は、図示していないが、押圧センサ２１の検知部からの検知信号に基づき、出没突起２１ａによって押圧された検査面Ｐの反発力を測定して測定データを生成するデータ生成部と、生成した測定データを記憶（保存）するデータ記憶部（メモリーカード等）とを備えている。データ記憶部に記憶されたデータ（採取されたデータ）を解析装置（パソコン等）で読み出して解析することにより、検査面Ｐの強度を推定することができる。
なお、測定データを無線により解析装置に伝送するようにしてもよい。

撮影装置４０は、レンズが背面側を向くように、支持体３０の側板３２Ａの下面に固定されている。また、支持体３０には、送信機５０から送信される信号を受信する受信部、画像伝送装置、撮影用のバッテリ等を備えた撮影制御部４５が設けられており、撮影装置４０により撮影される映像は、無線により図示しない画像表示装置に伝送されるようになっている。そして、画像表示装置のモニタにおいてリアルタイム画像を見ることが可能である。すなわち、撮影装置４０によって検査面Ｐの状況を映像で確認しながら、送信機５０を操作して推進装置１０の駆動モータ１１や検知装置２０の押圧装置２２を作動させることができるようになっている。

送信機５０には、推進装置１０、検知装置２０及び撮影装置４０に所定の信号を出力するための送信部５１と、送信部５１から信号を出力するために操作する操作部５２とが設けられている。操作部５２としては、推進装置１０の駆動モータ１１を駆動させる信号を出力させるための推進操作部５２Ａと、検知装置２０の押圧装置２２を作動させる信号を出力させるための押圧操作部５２Ｂと、撮影装置４０による撮影を行う信号を出力させるための撮影操作部５２Ｃとが少なくとも設けられている。
推進操作部５２Ａは、例えば棒状のスイッチの傾け度合いに応じて信号が出力されるようになっているものである。推進操作部５１の操作に基づき送信機５０から出力された信号は、推進制御部２３を介して各駆動モータ１１に送信され、各駆動モータ１１の回転数や回転方向を変化させて、プロペラ１２の回転速度や回転方向を変化させることができるようになっている。

押圧操作部５２Ｂは、例えばボタンスイッチを押下することにより押圧装置２２を作動させ又は作動停止させるための信号が出力されるようになっているものである。押圧操作部５２Ｂの操作に基づき送信機５０から出力された信号は押圧装置２２の受信部が受信し、変換部により変換されて駆動部に送信され、押圧センサ２１を突出位置（図２の二点鎖線）に移動させたり、元の位置に戻したりすることができるようになっている。
撮影操作部５２Ｃは、例えばボタンスイッチを押下することにより撮影装置４０の撮影を開始させ又は撮影を停止させるための信号が出力されるようになっているものである。撮影操作部５２Ｃの操作に基づき送信機５０から出力された信号は、撮影制御部４５に内蔵された受信部が受信し、撮影を開始させたり撮影を中止させたりすることができるようになっている。なお、撮影操作部５２Ｃの操作によって、撮影装置４０のレンズの向きを変更できるように形成してもよい。

（検査装置１を用いた構造物の検査方法）
次に、上記構成を有する検査装置１を用いて、構造物の強度や劣化度等を検査する手法について、図３に基づき説明する。
本実施の形態では、構造物Ｃは、コンクリート製のダムや高層ビル等のコンクリート構造物であり、検査対象となる検査面Ｐは、図３に示すように、上方に向かうほど外側に張り出す構造となっている。すなわち、傾斜角が９０度以上に形成された部分を検査する場合の例を示している。もちろん、検査装置１は、かかる場合のみならず、構造物Ｃの検査面Ｐがほぼ垂直である場合や、傾斜角が９０度未満である場合でも使用可能である。

まず、支持体３０に、検査装置１を検査対象の近傍まで移動させるための移動手段としてのワイヤＷを固定するとともに、構造物Ｃの上部から検査装置１を吊り下げ、ウインチ等を用いて検査装置１を検査面Ｐに添って下降させる（図３(Ａ)参照）。この際、検査装置１の向きは、検査装置１の背面側の開口部が検査面Ｐと対向させている。なお、構造物Ｃの上部とは、例えばダムの天端やビルの屋上などであり、人が作業したり機材を配置するスペースがある場所であれば、構造物Ｃの最上部には限られない。

次に、検査装置１を所望の位置まで下降させたら、送信機５０の推進操作部５２Ａ（図１参照）を操作して、推進装置１０のプロペラ１２を回転させる。この際、プロペラ１２の回転方向は、検査装置１が検査面Ｐの方向に推進力を受けることとなる方向、すなわち、検査装置１を検査面Ｐに押しつけることとなる方向に設定する。これにより、プロペラ１２の回転によって検査装置１は検査面Ｐに近づいていく。なお、検査すべき検査面Ｐの点検箇所は、空撮や目視によりあらかじめ目星をつけておく。また、撮影装置４０によって点検箇所を確認しながら検査装置１の上下左右方向の位置を調整してもよい。

そして、検査装置１の支持体３０の背面（支持体３０の端部３０ａ）が検査面Ｐに当接したら（図３(Ｂ)参照）、支持体３０が検査面Ｐとの密着状態を保つように、すなわち、検査装置１が検査面Ｐに押しつけられた状態を維持するように、プロペラ１２の回転数（推進装置１０の推進力）を保持する。例えば、ワイヤＷによる支持（吊り下げ力）が無くても、検査装置１が落下したり横方向に移動したり検査面Ｐから離れたりしないような推進力を付与するようにしてもよい。

検査装置１の支持体３０の背面が検査面Ｐに密着している状態で、送信機５０の押圧操作部５２Ｂを操作して押圧装置２２を作動させ、押圧センサ２１を後方（検査面Ｐ側）に移動させる。押圧センサ２１の出没突起２１Ａが検査面Ｐに当接すると、押圧センサ２１及び検査装置１は反力をうけるが、プロペラ１２の回転数を、この反力に対抗できるのに必要十分な推進力が得られる程度に設定しておくことにより、支持体３０と検査面Ｐとの密着状態を保ったまま、出没突起２１Ａが検知データを得るのに好適な没入位置に移動するまで、押圧センサ２１を押し出すことができる。支持体３０と検査面Ｐとの密着状態を保つことにより、出没突起２１Ａの反発力を検査装置１が全体で受け止めるので、出没突起２１Ａの没入位置をキープでき、正確なデータを得ることができる。

十分なデータが得られた場合には、押圧センサ２１を元の位置に戻し、プロペラ１２の回転数を落とすことにより推進力を減衰させ、検査装置１を検査面Ｐから離れさせることができる。その後、ワイヤＷを操作して、検査装置１の水平方向の位置や上下方向の位置を移動させ、別の箇所を検査したり、ワイヤＷを巻き上げて検査を終了したりする。

なお、本実施の形態では、検査装置１を検査面Ｐに密着させてから押圧装置２２で押圧センサ２１を押し出すようにしているが、押圧センサ２１の出没突起２１Ａが支持体３０の背面から適宜突出するように位置に押圧センサ２１を固定し、推進装置１０の推進力によって出没突起２１Ａを検査面Ｐに押しつける構成としてもよい。このように形成した場合には、押圧装置２２を設ける必要が無いという利点がある。ただし、検査面Ｐに凸凹がある場合など、検査装置１を検査面Ｐに近づけるときに出没突起２１Ａが検査面Ｐに衝突し、押圧センサ２１が破損したり、正確なデータを得られないおそれもあるので、上記したように、検査装置１を検査面Ｐに密着させてから押圧センサ２１を押し出すように形成するのが好ましい。

ここで、検知装置２０の他の例を、図４に示す。図４に示した例では、押圧センサ２１の代わりにハンマー２４を設け、押圧装置２２の代わりに揺動装置２５を設けてある。ハンマー２４は、検査面Ｐを打撃したときの表面変形と反発力を測定するための検知部を有しており、検知制御部２３の検知部の測定データに基づいて、コンクリートの圧縮強度や表面の劣化度等を検出可能になっている。揺動装置２５は、支持体３０に設けられた台座部３４に固定されており、ハンマー２４の軸部を固定してある。揺動装置２５は、例えばソレノイドの作動によって、ハンマー２４を前後方向に揺動させることができるようになっている。ハンマー２４は、常態（揺動装置２５の非作動状態）において、図４に実線で示すように、軸部が正面側に傾き、頭部の先端（打撃面）が支持体３０の端部３０ａよりも内側に位置している。そして、揺動装置２５を作動させると、図４に二点鎖線で示すように、軸部が垂直になり、頭部の先端が支持体３０の端部３０ａとほぼ面一となる位置に移動する。

このように形成した場合には、検査装置１の背面を検査面Ｐに密着させた状態で揺動装置２５を作動させることにより、ハンマー２４の頭部で検査面Ｐを打撃することができる。そして、推進装置１０によってハンマー２４の打撃により検知装置１が受ける反力を上回る推進力を発生させることにより、検査装置１と検査面Ｐとの密着状態を保たせることができ、ハンマー２４の打撃による正確な測定データを取得可能となる。

ところで、本実施の形態における検査装置１は、構造物Ｃの壁面のみならず、天井面（例えば、橋梁の床板の下面、トンネルや倉庫の天井）の検査をすることも可能である。すなわち、図５に示すように、検査装置１の背面を上側にしてプロペラ１２を回転させることにより検査装置１を自力飛行させ、支持体３０の背面を構造物Ｃ’の検査面Ｐ’に当接させる。すなわち、推進装置１０を、検査装置１を検査対象へと移動させる移動手段として機能させる。そして、推進装置１０の推進力が、支持体３０の背面が構造物Ｃ’の検査面Ｐ’と密着した状態を保ち、かつ検知装置２０の検知部（押圧センサ２１やハンマー２４）が検査面Ｐ’に接触することにより生じる反力を上回るように設定し、上記と同様に検査面Ｐ’の検査を行うことができる。

（まとめ）
以上のように、本実施の形態によれば、構造物において人が容易に近づくことのできない場所について、目視や空撮よりも詳細な計測データを得ることができる。また、検査対象に近づくために足場を組んだりする必要がなく、検知装置２０を用いてデータを採取しているので検査結果が人によって異なることもなく、簡易かつ確実に検査を行うことができる。そして、検査装置１を用いて行った検査結果を基に、人の手によるより詳細な検査を行ったり、修繕作業を行ったりすることができる。すなわち、本実施の形態の検査装置１は、目視や空撮などの非接触検査と、人が確認しながら行う接触検査の中間のデータを提供することができ、修繕箇所や修繕方法の決定を効率的に行うことができる。

なお、上記した実施の形態において、検査面Ｐと当接する支持体３０の端部３０ａに、ゴムやスポンジなどの干渉部材を設けてもよい。
また、推進装置１０は、推進力を発生させるものであれば、プロペラと駆動モータを用いたものに限られない。例えば内燃機関を用いたエンジン（ジェットエンジン）を用いてもよい。

また、検知装置２０は、検査対象の表面に接触して測定データを得られるものであれば、押圧や打撃によるものに限られない。例えば、検査対象の表面を転動させて、その転打音をマイクで拾って録音（若しくは無線で伝送）する検査装置を設けてもよい。この場合、検査装置の転動部分が検査面との当接を保って転動できる程度の推進力を検査装置１に与えつつ、検査装置１を水平方向又は垂直方向に移動させることにより、広い範囲の検査面を調査することができる。検査装置１は、ワイヤＷによって移動させてもよいし、検査装置１に、水平方向や垂直方向に移動させるための推進装置を設けてもよい。

さらに、本発明に係る検査装置１は、構造物Ｃの壁面や天井面だけでなく、構造物Ｃの天面（屋根）の検査に用いてもよい。例えば、汚染等により人が容易に近づけない建造物の屋上に、ヘリコプター等から検査装置１をワイヤで吊り下げ、検査を行うこともできる。
また、本発明に係る検査方法の検査対象はコンクリート構造物に限られず、煉瓦や石積みの構造物の検査に用いてもよい。
また、推進装置１０は、遠隔操作可能なものであれば、無線によるものに限られない。

本発明は、上述した内容に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲における変形及び改良なども含むものである。また、本発明は、矛盾を生じない範囲で、上述した実施の形態及び変形例に記載されている事項を適宜組み合わせ、あるいは組み替えてもよいものである。

１ 検査装置 Ｗ ワイヤ
Ｃ 構造物 Ｐ 検査面
１０ 推進装置 １１ 駆動モータ
１２ プロペラ １３ 推進制御部
１４ フレーム
２０ 検知装置 ２１ 押圧センサ
２１ａ 出没突起
２２ 押圧装置 ２３ 検知制御部
２４ ハンマー ２５ 揺動装置
３０ 支持体 ３１ 正面板
３２ 側面板 ３３ 支持枠
３４ 台座部
４０ 撮影装置 ４５ 撮影制御部
５０ 送信機 ５１ 送信部
５２ 操作部

Claims (2)

1. 検知部を検査面に接触させることにより検査面に関するデータを採取可能な検知装置と、
   遠隔操作可能な推進装置と、
   検査面に当接可能な転動部分と、を備えた構造物の検査装置であって、
   推進装置は、
   検知装置の検知部を検査面に対向させた状態で検査装置を検査面に押しつける方向の推進力を発生させることができるとともに、検査装置が検査面に押しつけられた状態を維持しかつ検知部が検査面と接触することで生ずる反力に対抗できる推進力を発生させることができ、転動部分が検査面に当接している場合においては、転動部分が検査面との当接を保って転動できる程度の推進力を検査装置に与えることで、検査面上において検査装置を移動可能とするように形成されていることを特徴とする構造物の検査装置。
2. 少なくとも検査面を撮影可能な撮影装置を備え、
   検知装置により採取された検査面に関するデータ及び撮影装置により撮影された映像を外部装置に伝送することが可能であることを特徴とする請求項１記載の構造物の検査装置。

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