JP2015049194A - 構造物の非破壊検査装置及び検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】自走機構部で検査対象の構造物に沿って移動しながら前記構造物に加熱用の赤外線を照射すると共にその赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定して、前記構造物の広い範囲に亘って内部欠陥を自動的に検査する。【解決手段】検査対象の構造物３に加熱用の赤外線を照射する赤外線照射部、前記赤外線照射部の赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定する温度変化測定部、前記赤外線照射部及び温度変化測定部の駆動制御及びデータ集積を行う駆動制御・集積部を搭載する検査装置本体１と、前記検査装置本体１を前記構造物３に沿って移動可能とする自走機構部２とを含み、前記自走機構部２で検査対象の構造物３に沿って移動しながら前記構造物３に加熱用の赤外線を照射すると共にその赤外線照射により構造物３の温度が変化するのを測定して前記構造物３の内部欠陥を検査するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象の構造物に赤外線を照射して前記構造物の内部欠陥を検査する非破壊検査装置に関し、詳しくは、自走機構部で検査対象の構造物に沿って移動しながら前記構造物に加熱用の赤外線を照射すると共にその赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定して、前記構造物の広い範囲に亘って内部欠陥を自動的に検査する構造物の非破壊検査装置及び検査システムに係るものである。

従来のこの種の構造物の内部欠陥検査装置は、赤外線を構造物に照射する赤外線光源と、前記赤外線光源に接続された赤外線照射時間制御装置と、前記赤外線照射時間制御装置に接続され、前記赤外線光源により照射された構造物を撮影する撮影器と、前記撮影器に接続され、該撮影器で撮影した画像を蓄積する画像蓄積装置と、前記赤外線照射時間制御装置、画像蓄積装置に夫々接続され、前記画像蓄積装置で蓄積した画像を解析する画像解析装置とを具備して構成されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２０１４７４号公報

しかし、特許文献１に記載の構造物の内部欠陥検査装置においては、例えば、検査対象の構造物としてのトンネルの内壁面の劣化を検査する場合、少なくとも前記赤外線光源及び撮影器は移動用車両（搬送用自動車）に搭載し、前記搬送用自動車をトンネル内にて一定速度で移動させながら赤外線光源から赤外線をトンネル内壁面に照射して検査するものであった。この場合は、搬送用自動車をトンネル内で走らせるため、他の自動車等の通行の妨げになる。これを避けるためには、夜間等の通行車両が少ない時間帯を選んだり、トンネル内壁面の劣化検査をする頻度を下げなければならなかった。また、搬送用自動車の運転者を必要とし、さらに、トンネルの内壁面を全面に亘って検査するためには、赤外線をトンネル内壁面の広い範囲に亘って照射する操作者も必要とし、自動的に検査することはできなかった。

そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、自走機構部により検査対象の構造物に沿って移動しながら前記構造物に加熱用の赤外線を照射すると共にその赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定して、前記構造物の広い範囲に亘って内部欠陥を自動的に検査する構造物の非破壊検査装置及び検査システムを提供することにある。

前記課題を解決するために、第１の発明による構造物の非破壊検査装置は、検査対象の構造物に加熱用の赤外線を照射する赤外線照射部と、前記赤外線照射部の赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定する温度変化測定部と、前記赤外線照射部及び温度変化測定部の駆動制御及びデータ集積を行う駆動制御・集積部と、前記赤外線照射部、温度変化測定部及び駆動制御・集積部を搭載する筐体を前記構造物に沿って移動可能とする自走機構部と、を含み、前記自走機構部で検査対象の構造物に沿って移動しながら前記構造物に加熱用の赤外線を照射すると共にその赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定して前記構造物の内部欠陥を検査するものである。

そして、前記赤外線照射部及び温度変化測定部は、水平方向の回転軸周りにそれぞれ独立に回転可能としてもよい。

また、前記赤外線照射部は、加熱レーザ光を発振する赤外線レーザとしてもよい。

さらに、前記温度変化測定部は、構造物に対して測定レーザ光を照射すると共にその反射光を検出して前記構造物の反射率を測定するレーザ受発光器としてもよい。

さらにまた、前記温度変化測定部は、構造物からの赤外線放射量を検出して前記構造物の温度変化を測定する赤外線検出器としてもよい。

また、前記自走機構部は、構造物に沿って延びる路面上に設置されたガイドレールを利用して前記筐体の支持部材を保持し、前記ガイドレールの案内により前記支持部材が路面上を自走可能に構成してもよい。

さらに、前記自走機構部は、断面半円弧状の内壁面を有する構造物の前記内壁面に沿うアーチ形に形成されると共に前記筐体を保持する可動支持部材を有し、該可動支持部材の両端の台部材が路面上を自走可能に構成してもよい。

さらにまた、前記筐体は、その移動方向前方を監視するための監視カメラを備えたものとしてもよい。

なお、前記自走機構部を前記構造物に沿って往復移動可能とし、少なくとも前記赤外線照射部及び温度変化測定部は前記往復移動の両方向に対応させて一対設けてもよい。

また、第２の発明による構造物の検査システムは、検査対象の構造物に加熱用の赤外線を照射する赤外線照射部と、前記赤外線照射部の赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定する温度変化測定部と、前記赤外線照射部及び温度変化測定部の駆動制御及びデータ集積を行う駆動制御・集積部と、前記赤外線照射部、温度変化測定部及び駆動制御・集積部を搭載する筐体を前記構造物に沿って移動可能とする自走機構部と、前記駆動制御・集積部で取得した検査データを外部へ送る通信ユニットとを備え、前記自走機構部で検査対象の構造物に沿って移動しながら前記構造物に加熱用の赤外線を照射すると共にその赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定して前記構造物の内部欠陥を検査する非破壊検査装置と；前記非破壊検査装置から送られる検査データを受ける中継器と；前記非破壊検査装置から送られる検査データを受信してデータ処理を行う管理センターと；前記中継器と管理センターとの間に設けられ、前記検査データを送受信する双方向通信網と；を備えて成るものである。

なお、前記中継器により、前記非破壊検査装置から送られる検査データを処理して前記管理センターへ送信するものとしてもよい。

また、前記非破壊検査装置は検査対象の複数の構造物毎に１個ずつ設置され、これら複数個の非破壊検査装置に対して前記双方向通信網を介して１個の管理センターが設置されるものとしてもよい。

第１の発明による構造物の非破壊検査装置によれば、赤外線照射部により検査対象の構造物に加熱用の赤外線を照射し、温度変化測定部で前記赤外線照射部の赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定し、駆動制御・集積部により前記赤外線照射部及び温度変化測定部の駆動制御及びデータ集積を行い、自走機構部で前記赤外線照射部、温度変化測定部及び駆動制御・集積部を搭載する筐体を前記構造物に沿って移動可能とし、前記自走機構部で検査対象の構造物に沿って移動しながら前記構造物に加熱用の赤外線を照射すると共にその赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定して、前記構造物の広い範囲に亘って内部欠陥を自動的に検査することができる。したがって、他の自動車等の通行の妨げにならず、２４時間いつでも構造物の非破壊検査をすることができる。また、操作者等の人手を要しないため、検査コストを低減することが可能である。

第２の発明による構造物の検査システムによれば、前記構造物の非破壊検査装置により、その自走機構部で検査対象の構造物に沿って移動しながら前記構造物に加熱用の赤外線を照射すると共にその赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定して、前記構造物の広い範囲に亘って内部欠陥を自動的に検査し、中継器で前記非破壊検査装置から送られる検査データを受け、前記中継器と管理センターとの間に設けられた双方向通信網により前記検査データを送受信し、管理センターで前記非破壊検査装置から送られる検査データを受信してデータ処理を行うことができる。したがって、他の自動車等の通行の妨げにならず、２４時間いつでも構造物の非破壊検査をすることができる。また、操作者等の人手を要しないため、検査コストを低減することが可能である。

第１の発明による構造物の非破壊検査装置の配置状態を示す概略斜視図である。 前記非破壊検査装置の自走機構部を、路面上のガイドレールを断面して示す要部断面図である。 前記非破壊検査装置の検査装置本体を示す側面図である。 前記検査装置本体において筐体を外して内部構成を示す拡大側面図である。 図４に示す検査装置本体の一部を拡大して示す要部斜視図である。 前記検査装置本体の赤外線照射部及び温度変化測定部の回転を検出する実施例を示す概略説明図である。 前記検査装置本体の赤外線照射部及び温度変化測定部のトンネルに対する回転角を検出する実施例を示す概略説明図である。 前記非破壊検査装置の路面上のガイドレールに対する移動位置を検出する実施例を示す概略説明図である。 前記非破壊検査装置の構成及び機能を示すブロック図である。 前記非破壊検査装置の検査原理を示す説明図である。 前記非破壊検査装置の検査原理を示すグラフである。 前記非破壊検査装置の別の配置状態を示す図であり、自走機構部の第２の実施形態を示す概略斜視図である。 第２の実施形態の自走機構部の構造を示す斜視図である。 前記第２の実施形態の自走機構部において検査装置本体の赤外線照射部及び温度変化測定部の回転を検出する実施例を示す概略説明図である。 図１４の側面図である。 第２の発明による構造物の検査システムの実施形態を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、第１の発明による構造物の非破壊検査装置の配置状態を示す概略図である。この非破壊検査装置は、検査対象の構造物（例えば、トンネル又は高架橋等の構造物）に赤外線を照射して前記構造物の内部欠陥を検査するもので、検査装置本体１と、自走機構部２とを含んで成る。なお、符号３は、本発明の非破壊検査装置が配置された検査対象の構造物としてのトンネルを示し、符号４は、前記トンネル３の外部から内部へ延びる道路を示している。

前記自走機構部２は、検査装置本体１の筐体５（図２参照）を前記トンネル３に沿って移動可能とするもので、図１に示すトンネル３に沿って延びる道路４の中央部に設置され中央分離帯となるガイドレール６を利用して、図２に示すように、前記筐体５の支持部材７を保持している。上端部に筐体５が取り付けられた支持部材７の下端部は道路４の路面に向けて延び、その下端には駆動車輪８が設けられている。前記ガイドレール６の下端部には膨らみ部が形成されており、この膨らみ部内に前記駆動車輪８が配置されて、電気モータ９により回転される。この駆動車輪８が回転することで、ガイドレール６の案内により前記支持部材７が路面上を一方向又は往復方向に自走可能とされている。すなわち、自走機構部２は、前記支持部材７と、電気モータ９と、駆動車輪８とを備えて、トンネル３に沿って往復移動可能に構成されている。なお、前記電気モータ９に対する電力の供給は、ガイドレール６の内部空間を利用して送電配線をし、地下鉄電車と同様に前記送電配線に受電器をスライド接触させて行えばよい。

前記自走機構部２により、検査装置本体１がトンネル３に沿って移動可能に支持されている。この検査装置本体１は、構造物としてのトンネル３の内壁面に加熱用の赤外線を照射し、その赤外線照射によりトンネル３の内壁面の温度が変化するのを測定し、データ集積を行うもので、図３に示すように、ガイドレール６に保持された支持部材７の上端部に筐体５が取り付けられている。この筐体５は、例えば円筒状に形成され、その内部に後述の赤外線照射部１２、温度変化測定部１３及び駆動制御・集積部１４等を収容するものである。そして、前記筐体５は、支持部材７の上端部の２箇所で固定バンド１０ａ，１０ｂにより取り付けられる。図３では、検査装置本体１は、図２に示す自走機構部２により矢印Ａ，Ｂ方向に往復移動可能とされている。

図４は、前記検査装置本体１において筐体５を外して内部構成を示す拡大側面図である。この実施例では、基盤部材１１の上面にてその長手方向の一半部に第１検査部１ａが、他半部に第２検査部１ｂが一列状に設けられている。第１検査部１ａと第２検査部１ｂとは、検査装置本体１が往復移動する際にそれぞれの進行方向に沿って構造物の内部欠陥を検査するように一対で設けられている。図４においては、第１検査部１ａは図の左方向（矢印Ａ方向）へ移動する際に検査し、第２検査部１ｂは図の右方向（矢印Ｂ方向）へ移動する際に検査するようになっている。ここでは、代表的に第１検査部１ａについて説明する。なお、第２検査部１ｂは、第１検査部１ａと全く同じ構成のものとされる。また、検査装置本体１が矢印Ａ方向又はＢ方向の一方に移動する際にのみ検査する場合は、第１検査部１ａ又は第２検査部１ｂの一方だけを備えていればよい。その場合は、検査のために矢印Ａ方向又はＢ方向に移動した後の帰りは、何も動作しないで検査装置本体１を元の位置に帰還させることになる。

図４において、第１検査部１ａは、赤外線照射部１２と、温度変化測定部１３と、駆動制御・集積部１４と、監視カメラ１５とを含んでいる。ここで、駆動制御・集積部１４は、第１検査部１ａと第２検査部１ｂとに共通のものとして、両者の中間部位に設けられている。なお、前記赤外線照射部１２より赤外線を照射することから、前記基盤部材１１は、下方への赤外線の照射を遮るために赤外線を遮蔽する材料から成ることが望ましい。

前記赤外線照射部１２は、検査対象の構造物に加熱用の赤外線を照射するもので、例えば加熱レーザ光を発振する赤外線レーザを備えており、波長が1.5μｍ程度でビーム径が0.010ｍ程度の加熱レーザ光を発振するようになっている。この加熱レーザ光の照射により、構造物の表面が加熱される。この赤外線照射部１２は、図５に示すように、水平方向の回転軸を有する第１ドラム１６ａの外周面に１個又は複数個の赤外線レーザチップ１７を有しており、前記第１ドラム１６ａは、その回転軸に連結された電気モータ１８により回転される。そして、前記第１ドラム１６ａの外方には、断面形がカマボコ形で第１ドラム１６ａを覆うように半円弧状に形成された集光レンズ１９が、図示省略の支持金具で配設されている。この集光レンズ１９により、前記照射された加熱レーザ光がビーム状に集光され、そのビームレーザ光が構造物の表面をスキャンする。なお、前記赤外線レーザチップ１７は、受発光素子とレーザチップから成る。

温度変化測定部１３は、前記赤外線照射部１２の赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定するもので、例えば構造物に対して測定レーザ光を照射すると共にその反射光を検出して前記構造物の反射率を測定するレーザ受発光器を備えており、波長が0.5μｍ程度でビーム径が0.001ｍ程度の測定レーザ光を発振すると共に構造物からの反射光を検出するようになっている。この反射光の検出により構造物の反射率が測定され、物質の光反射率の温度依存性を利用して熱伝導率を測定することができる。このような検査原理は、「光加熱サーモリフレクタンス法」と呼ばれる。この温度変化測定部１３は、図５に示すように、水平方向の回転軸を有する第２ドラム１６ｂの外周面に複数個のレーザ受発光チップ２０を有しており、前記第２ドラム１６ｂは、その回転軸に連結された電気モータ２１により回転される。そして、前記第２ドラム１６ｂの外方には、断面形がカマボコ形で第２ドラム１６ｂを覆うように半円弧状に形成された集光レンズ（図示省略；前記赤外線照射部１２の集光レンズ１９と同じもの）が配設されている。この場合も、その集光レンズで前記照射された測定レーザ光がビーム状に集光され、そのビームレーザ光が構造物の表面をスキャンする。なお、前記レーザ受発光チップ２０は、受発光素子とレーザチップから成る。

なお、前記赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３の配置は、赤外線照射部１２により構造物に加熱用の赤外線を照射した後に、温度変化測定部１３で前記赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定することから、赤外線照射部１２が移動方向の前方側に位置する。

また、前記赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３は、水平方向の回転軸周りにそれぞれ独立に回転可能とされている。すなわち、赤外線照射部１２の第１ドラム１６ａの回転軸に連結された電気モータ１８、及び温度変化測定部１３の第２ドラム１６ｂの回転軸に連結された電気モータ２１は、それぞれ独立に回転制御される。

この場合、前記赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３の回転は、図６に示すようにして検出される。例えば、赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３が取り付けられた基盤部材１１の上面に高反射率部材２２を設け、それぞれ赤外線レーザチップ１７及びレーザ受発光チップ２０から照射されたレーザ光の反射光を受光して、赤外線レーザチップ１７及びレーザ受発光チップ２０が回転しているかどうか、回転角度はどのくらいかを検出する。なお、これに限られず、第１ドラム１６ａ又は第２ドラム１６ｂの回転軸にエンコーダを設け、従来公知の方法で回転を検出してもよい。

また、前記赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３のトンネル３の内壁面に対する回転角は、図７に示すようにして検出される。例えば、トンネル３の内壁面の特定位置又は一定間隔をおいた位置に高反射率部材２３を設け、それぞれ赤外線レーザチップ１７及びレーザ受発光チップ２０から照射されたレーザ光の反射光を受光して、赤外線レーザチップ１７及びレーザ受発光チップ２０の回転角度はどのくらいかを検出する。このとき、前記高反射率部材２３が取り付けられた特定位置を、赤外線レーザチップ１７及びレーザ受発光チップ２０の回転角度のゼロ点位置とすればよい。なお、前記高反射率部材２３は、赤外線照射部１２からの加熱用の赤外線の吸収による温度上昇はないものとする。

駆動制御・集積部１４は、前記赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３の駆動制御及びデータ集積を行うもので、赤外線レーザチップ１７及びレーザ受発光チップ２０を駆動する電源回路、電気モータ１８，２１を駆動する電源回路、赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３の動作により取得した検査データを集積するデータ集積転送回路等を含んでいる。

監視カメラ１５は、検査装置本体１の移動方向前方を監視するためのもので、例えば円筒状に形成された筐体５の前端部又は後端部にて移動方向前方にレンズを向けて取り付けられている。この監視カメラ１５により、検査装置本体１の移動方向前方の状況や、障害物等の監視が行える。また、魚眼レンズによりトンネル壁も確認できるようになっている。

そして、このような構成の検査装置本体１のガイドレール６に対する移動位置は、図８に示すようにして検出される。例えば、ガイドレール６の特定位置又は一定間隔をおいた位置に高反射率部材２４を設け、検査装置本体１の支持部材７の一部に前記高反射率部材２４に向けて発光すると共にその反射光を受光する受発光部２５を設け、前記高反射率部材２４からの反射光を検出して、検査装置本体１がガイドレール６の長手方向においてどの位置にいるかを検出する。これにより、検査装置本体１が検査対象の構造物に沿って移動している位置を検出することができる。なお、前記高反射率部材２４の替わりにその部位に貫通孔をあけて、その貫通孔を透過する光により受発光部２５が位置を検出するようにしてもよい。

図９は、以上のように構成された非破壊検査装置の構成及び機能を示すブロック図である。この非破壊検査装置は、赤外線照射部１２と、温度変化測定部１３と、駆動制御・集積部１４と、自走機構部２と、監視カメラ１５と、カメラ電源ユニット２６と、通信ユニット２７とを備えている。なお、図９は、図３に示す検査装置本体１において図４に示す第１検査部１ａの部分だけを図示しており、第２検査部１ｂの部分は図示省略している。第２検査部１ｂは、自走機構部２及び駆動制御・集積部１４を共通にして、その他の部分は図９に示す第１検査部１ａと同じ構成及び機能のブロック図となる。

前記赤外線照射部１２は、検査対象の構造物に加熱用の赤外線を照射するもので、例えば加熱レーザ光を発振する高出力の赤外線レーザを備えており、波長が1.5μm程度の加熱レーザ光を矢印Ｃのように発振する。また、温度変化測定部１３は、前記赤外線照射部１２の赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定するもので、例えば構造物に対して測定レーザ光を照射すると共にその反射光を検出して前記構造物の反射率を測定する低出力のレーザ受発光器を備えており、波長が0.5μm程度の測定レーザ光を矢印Ｄのように発振すると共に、構造物から矢印Ｅのように反射してきた反射光を検出する。

駆動制御・集積部１４は、前記赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３の駆動制御及びデータ集積を行うもので、赤外線照射部１２の赤外線レーザや、温度変化測定部１３のレーザ受発光器を駆動するための電源回路を有すると共に、赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３で収集したデータを集積する検査用ロジック回路等を備えている。

自走機構部２は、前記赤外線照射部１２、温度変化測定部１３及び駆動制御・集積部１４を搭載する筐体５（図３参照）を前記構造物に沿って移動可能とするもので、図２に示す電気モータ９を備え、外部から供給される電力をその電気モータ９に対して送り駆動車輪８の回転制御を行う回路を備えている。また、前記駆動制御・集積部１４及び後述のカメラ電源ユニット２６、通信ユニット２７に対して電力を送る電源回路も備えている。

監視カメラ１５は、検査装置本体１の移動方向前方を監視するためのもので、カメラ電源ユニット２６から電力を供給されて撮影を行い、その撮影データを収集する。

通信ユニット２７は、前記駆動制御・集積部１４で取得した検査データ、及び監視カメラ１５で収集しカメラ電源ユニット２６を介して転送された撮影データを外部（例えば、図１６に示す中継器５１等）へ送るもので、自走機構部２の電源回路から電力を供給されて動作する。

そして、前記自走機構部２で検査対象の構造物に沿って移動しながら、前記赤外線照射部１２により構造物に加熱用の赤外線を照射すると共に、温度変化測定部１３で赤外線照射部１２の赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定し、駆動制御・集積部１４により赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３の駆動制御及びデータ集積を行って、前記構造物の内部欠陥を検査する。

次に、第１の発明の非破壊検査装置の検査原理を説明する。図１０はその非破壊検査装置の検査原理を示す説明図であり、図１１は前記非破壊検査装置の検査原理を示すグラフである。この検査原理は、ある構造物に光を照射してその反射光を測定し、物質の光反射率の温度依存性を利用して熱伝導率を測定するもので、「光加熱サーモリフレクタンス法」と呼ばれる。この検査原理を利用して、検査対象の構造物の反射光測定位置の光反射率を計測し、その過渡特性から局所的熱伝導率を求め、マッピングすることで構造物内部のクラックや空隙を発見することができる。

図１０（ａ）において、検査対象の構造物３０の内部にクラック３１又は空隙があるとする。まず、この構造物３０の表面に赤外線照射部１２から加熱レーザ光を矢印Ｃのように照射する（時刻Ｔ₀）。このとき、加熱レーザ光（Ｃ）のビーム径は0.010ｍ程度とし、後述の測定レーザ光のビーム径の約１０倍の領域幅とする。構造物３０の表面にて加熱レーザ光（Ｃ）が当たった部位３２は温度が上昇して、その熱が周囲に拡散して行く。その後、図１０（ｂ）において、温度変化測定部１３から前記構造物３０の表面に対して測定レーザ光を矢印Ｄのように照射すると共に、矢印Ｅのように反射する反射光を測定する（時刻Ｔ₁）。このとき、測定レーザ光（Ｄ）のビーム径は0.001ｍ程度とされ、前記加熱レーザ光（Ｃ）のビーム径の約1/10の領域幅とされる。前記加熱レーザ光（Ｃ）が当たった部位３２はその間の時間経過に伴って熱拡散して、拡散領域３３のように熱が周囲に拡がっている。さらにその後、図１０（ｃ）において、温度変化測定部１３から次なる測定レーザ光を矢印Ｄのように照射すると共に、矢印Ｅのように反射する反射光を測定する（時刻Ｔ₂）。このとき、時刻Ｔ₀で加熱レーザ光（Ｃ）が当たった部位３２はその後の時間経過に伴って更に熱拡散して、拡散領域３４のように熱が周囲に拡がっている。

以後、前記と同様にして、所定の時間間隔で時刻Ｔ₁から時刻Ｔ₁₀まで、構造物３０の表面の加熱部位３２に対して測定レーザ光を矢印Ｄのように照射すると共に、矢印Ｅのように反射する反射光を測定する。このような測定結果をまとめたのが、図１１のグラフである。図１１は横軸を時刻とし縦軸をレーザ反射光の強度としたグラフで、時刻Ｔ₀で構造物３０の表面に加熱レーザ光を照射して部位３２を加熱し、時刻Ｔ₁から時刻Ｔ₁₀まで前記構造物３０の加熱部位３２に対して測定レーザ光を照射すると共にその反射光を測定し、図１０（ｂ），（ｃ）に示す拡散領域３３，３４のように熱が拡散している部位の反射光の変化の状態を表したものである。この場合は、時刻Ｔ₀で照射した加熱レーザ光（Ｃ）のビーム幅内で、時刻Ｔ₁から時刻Ｔ₁₀の１０回に分けて測定レーザ光（Ｄ）を照射してその反射光を測定している。

図１１のように反射光を測定することで、前記構造物３０の表面の加熱部位３２の反射率を測定することができる。ここで、前述の「光加熱サーモリフレクタンス法」によれば、物質の光反射率の温度依存性を利用して熱伝導率を測定することができる。そこで、図１１に示す反射光測定のグラフを測定部位に応じて位置をずらして並べて行き、周囲の部位と測定結果が変化するところが現れたらその部位の熱伝導率が変化していることが分かり、そこにクラック３１又は空隙が存在することが発見できる。

このような検査対象の構造物の加熱及び反射光の測定はその構造物について毎日又は所定期間をおいて定期的に行い、日時の経過に従って以前の測定データと異なる測定データが得られたときに、その構造物の表面又は内部において今までと違う状態が発生したことが分かり、構造物の内部欠陥を検査することができる。

次に、このように構成された非破壊検査装置の使用及び動作について説明する。まず、図１において、検査対象の構造物としての例えばトンネル３内にて、道路４に設置されたガイドレール６を利用して自走機構部２を組み合わせ、検査装置本体１をトンネル３内の道路４上の中央にセットする。この状態で自走機構部２に外部から電源を供給して、図３、図４に示す赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３を駆動し、図５に示す第１ドラム１６ａ及び第２ドラム１６ｂをそれぞれ独立に回転させて赤外線レーザチップ１７及びレーザ受発光チップ２０を回転させながら、トンネル３の内壁面に対して加熱レーザ光を発振したり、測定レーザ光を照射する。同時に、図２に示す自走機構部２の電気モータ９を駆動して駆動車輪８を回転させ、図３に示すように、検査装置本体１をガイドレール６に沿って矢印Ａ方向又はＢ方向に一定速度で移動させ、トンネル３の全長に亘って片道又は往復移動させる。なお、前記測定用のレーザ受発光チップ２０の回転は、加熱用の赤外線レーザチップ１７の回転よりも速くするのが望ましい。

前記赤外線照射部１２の赤外線レーザチップ１７及び温度変化測定部１３のレーザ受発光チップ２０自体の回転及び回転角度は、図６に示す基盤部材１１の上面に取り付けた高反射率部材２２からの反射光を受光して検出される。また、前記赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３のトンネル３の内壁面に対する回転角度は、図７に示すトンネル３の内壁面の特定位置又は一定間隔をおいた位置に設けた高反射率部材２３からの反射光を受光して検出される。さらに、前記検査装置本体１のガイドレール６に対する移動位置は、図８に示すガイドレール６の特定位置又は一定間隔をおいた位置に設けた高反射率部材２４からの反射光を受光して検出される。これにより、検査装置本体１が検査対象のトンネル３に沿って移動している位置を検出する。

このような動作により、前記赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３から照射されるレーザ光のトンネル３の内壁面に対する位置が特定され、検査装置本体１がガイドレール６に沿って移動する位置が特定されて、前述の図９〜図１１の動作をすることで、トンネル３の内壁面を万遍なく、かつ自動的に検査できる。この場合、他の自動車等の通行の妨げにならず、２４時間いつでもトンネル３の非破壊検査をすることができる。また、操作者等の人手を要しないため、検査コストを低減することが可能である。

なお、以上においては、前記温度変化測定部１３は、構造物に対して測定レーザ光を照射すると共にその反射光を検出して前記構造物の反射率を測定するレーザ受発光器、例えばレーザ受発光チップ２０としたが、本発明はこれに限られず、構造物からの赤外線放射量を検出して前記構造物の温度変化を測定する赤外線検出器、例えばサーモグラフィ計測ができる赤外線カメラを用いてもよい。

図１２は、第１の発明の非破壊検査装置の別の配置状態を示す図であり、自走機構部の第２の実施形態を示す概略斜視図である。この実施形態は、検査装置本体１の筐体５（図２参照）を移動可能に支持する自走機構部４０を、断面半円弧状の内壁面を有する構造物としてのトンネル３の内壁面に沿うアーチ形に形成されると共に前記筐体５を保持する可動支持部材４１を有し、該可動支持部材４１の両端の台部材４２が路面上を自走可能に構成したものである。

前記可動支持部材４１は、図１３に示すように、中央に位置するアーチ形の第１支持部材４１ａと、その前後に所定間隔をおいて位置するアーチ形の第２支持部材４１ｂと、第３支持部材４１ｃとを有している。第１支持部材４１ａの半円弧状の中央部下面には、図１２に示すように、吊下げ支持具４３が取り付けられており、この吊下げ支持具４３の下端部に、図３及び図４に示すと同様に構成された検査装置本体１が支持されている。このとき、検査装置本体１の図３に示す赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３は、図１３に示すように、第１支持部材４１ａと第２支持部材４１ｂとの間の離間部、及び第１支持部材４１ａと第３支持部材４１ｃとの間の離間部に位置するように配置して支持されている。これは、前記赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３から照射され、トンネル３の内壁面から反射されるレーザ光が可動支持部材４１によって光路を妨げられないようにするためである。

前記可動支持部材４１のアーチ形の両端には、台部材４２，４２が設けられている。この台部材４２は、可動支持部材４１を道路３の路面上にて自走可能とするもので、図１３に示すように、第２支持部材４１ｂから第３支持部材４１ｃまで横長に延びる台箱４６を有し、この台箱４６の内部に駆動車輪８が一列状に複数個設けられている。この駆動車輪８は、前記台箱４６の内部に設置された電気モータ（図示省略）により回転される。前記駆動車輪８を備えた台部材４２は、アーチ形の可動支持部材４１の両端に設けられているので、両方の台部材４２により下端部を支えた状態で可動支持部材４１が設置面上に立って置かれる。そして、前記駆動車輪８が回転することで、前記可動支持部材４１の全体が路面上を一方向又は往復方向に自走可能とされている。すなわち、この実施形態の自走機構部４０は、前記可動支持部材４１と、台部材４２と、電気モータと、駆動車輪８とを備えて成る。

なお、図１２及び図１３において、符号４４はカメラユニットを示している。このカメラユニット４４は、図１３に示すように、第２支持部材４１ｂ及び第３支持部材４１ｃを利用してそのアーチ形の形状に沿って移動可能とされ、カメラのレンズ面が図１２に示すトンネル３の内壁面に向けて設けられている。これにより、前記カメラユニット４４でトンネル３の内壁面に異常個所があれば、それを撮影することができる。

この状態で、図１２に示すように、トンネル３の内壁面に沿わせてアーチ形の可動支持部材４１が位置するようにし、その両端部の台部材４２，４２がトンネル３内部の道路４の両側部に位置するようにして、自走機構部４０をトンネル３内に挿入することで、該トンネル３に沿って往復移動可能に構成されている。なお、前記電気モータに対する電力の供給は、蓄電池を利用するなどの従来公知の電力供給手段を用いればよい。

この実施形態の場合も、検査装置本体１の動作は前述と全く同じである。ただし、第２の実施形態の自走機構部４０において検査装置本体１の赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３（図３〜図５参照）の回転を検出するには、図１４及び図１５に示すようにして行う。すなわち、検査装置本体１が支持された第１支持部材４１ａの下端部が連結された台部材４２の上面に高反射率部材４５を設け、それぞれ赤外線照射部１２の赤外線レーザチップ１７及び温度変化測定部１３のレーザ受発光チップ２０から照射されたレーザ光の反射光を受光して、赤外線レーザチップ１７及びレーザ受発光チップ２０が回転しているかどうか、回転角度はどのくらいかを検出する。この場合、前記第１支持部材４１ａのアーチ形状は、トンネル３の内壁面に沿うアーチ形に形成されているので、前記高反射率部材４５が取り付けられた位置を赤外線レーザチップ１７及びレーザ受発光チップ２０の回転角度のゼロ点位置とすれば、前記赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３のトンネル３の内壁面に対する回転角を擬似的に検出することができる。なお、前記高反射率部材４５は、赤外線照射部１２からの加熱用の赤外線の吸収による温度上昇はないものとする。

そして、第２の実施形態における検査装置本体１のトンネル３の長手方向に対する移動位置は、例えば図７に示す高反射率部材２３をトンネル３の長手方向に沿って連続線状、又は一定間隔をおいて設け、前記赤外線照射部１２又は温度変化測定部１３から照射されたレーザ光の前記高反射率部材２３からの反射光を検出して、検査装置本体１がトンネル３の長手方向においてどの位置にいるかを検出すればよい。これにより、検査装置本体１が検査対象のトンネル３に沿って移動している位置を検出することができる。この場合も、前記高反射率部材２３は、赤外線照射部１２からの加熱用の赤外線の吸収による温度上昇はないものとする。

第２の実施形態の自走機構部４０を備えた非破壊検査装置の使用及び動作については、第１の実施形態の自走機構部２を備えた非破壊検査装置の使用及び動作と基本的には同じであり、単に、第２の実施形態の自走機構部４０の移動動作が異なるだけである。図１２に示す第２の実施形態の自走機構部４０を備えた場合は、検査対象のトンネル３の内部の道路４に第１の実施形態の自走機構部２（図１参照）を保持するためのガイドレール６を予め設置する必要がないので、本発明による非破壊検査装置を導入するのが容易である。また、第２の実施形態の自走機構部４０のアーチ形が検査対象のトンネル３の内壁面の形状に合う限り、既存のトンネル３に対してこの非破壊検査装置を導入することが可能である。

なお、前記検査装置本体１を検査対象の構造物に沿って移動可能とする自走機構部は、第１の実施形態の自走機構部２又は第２の実施形態の自走機構部４０に限られず、トンネル３の内壁面にトンネル長手方向にレールを敷設してモノレールのような構成のものとしてもよい。

図１６は、第２の発明による構造物の検査システムの実施形態を示すブロック図である。この検査システムは、検査対象の構造物（例えば、トンネル又は高架橋等の構造物）に赤外線を照射して前記構造物の内部欠陥を検査するもので、非破壊検査装置５０と、中継器５１と、管理センター５２と、双方向通信網５３とを備えて成る。なお、符号３は、非破壊検査装置５０が配置された検査対象の構造物としてのトンネルを示している。

前記非破壊検査装置５０は、前述の第１の発明による非破壊検査装置であり、図１及び図１２に示すように構成され、例えばトンネル３内に配置されている。この非破壊検査装置５０は、図９に示すように、検査対象の構造物に加熱用の赤外線を照射する赤外線照射部１２と、前記赤外線照射部１２の赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定する温度変化測定部１３と、前記赤外線照射部１２及び温度変化測定部１３の駆動制御及びデータ集積を行う駆動制御・集積部１４と、前記赤外線照射部１２、温度変化測定部１３及び駆動制御・集積部１４を搭載する筐体を前記構造物に沿って移動可能とする自走機構部２と、前記駆動制御・集積部１４で取得した検査データを外部へ送る通信ユニット２７とを備えている。そして、前記自走機構部２で検査対象の構造物（３）に沿って移動しながら前記構造物に加熱用の赤外線を照射すると共にその赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定して前記構造物の内部欠陥を検査するようになっている。

中継器５１は、前記検査対象のトンネル３の終端部（例えば、トンネル入口又は出口）に設置され、前記非破壊検査装置５０から送られる検査データを受けるもので、受信したデータを双方向通信網５３へ送るデータ通信部を備えている。なお、中継器５１は、トンネル３の終端部に限られず、トンネル３の中央部又はトンネル３を出てすぐの場所に設置してもよい。

管理センター５２は、前記非破壊検査装置５０から送られる検査データを受信してデータ処理を行うもので、中央処理装置（ＣＰＵ）等のデータ処理部を備えている。さらに、図１６に示すように、複数個の非破壊検査装置５０を管理する場合は、ホスト電子計算機を備えている。

双方向通信網５３は、前記中継器５１と管理センター５２との間に設けられ、前記検査データを送受信するもので、公知の双方向ネットワークを備えて検査データを遣り取りするようになっている。

なお、前記非破壊検査装置５０と、中継器５１と、双方向通信網５３と、管理センター５２との間の通信は、有線でも無線でもよい。また、前記検査データの処理を行うデータ処理部を前記中継器５１に設けて、該中継器５１により、前記非破壊検査装置５０から送られる検査データを処理して前記管理センター５２へ送信するようにしてもよい。

そして、この検査システムは、一つの検査対象の構造物（トンネル３）に非破壊検査装置５０を設置し、この非破壊検査装置５０に対して中継器５１及び双方向通信網５３を介して管理センター５２に接続してもよいが、図１６に示すように、前記非破壊検査装置５０を検査対象の複数の構造物（トンネル３）毎に１個ずつ設置し、これら複数個の非破壊検査装置５０に対して前記双方向通信網５３を介して１個の管理センター５２を設置して双方向通信可能に接続してもよい。

次に、このように構成された第２の発明による検査システムの使用及び動作について説明する。まず、非破壊検査装置５０自体の使用及び動作については、前述の第１の発明について説明した通りである。前記非破壊検査装置５０で検査対象の各トンネル３の内壁面について収集された検査データは、トンネル３の入口又は出口に設置された中継器５１に送られ、双方向通信網５３を介して管理センター５２へ送られる。管理センター５２は、各トンネル３内に設置された非破壊検査装置５０から送られた検査データを受信してデータ処理を行い、そのデータ処理後の検査データを蓄積しておく。前記トンネル３の内壁面についての検査は、毎日又は所定期間をおいて定期的に行い、日時の経過に従って以前の検査データと異なる検査結果が得られたときに、そのトンネル３の表面又は内部において今までと違う状態が発生したことが分かり、構造物の内部欠陥を検査することができる。なお、前述のように、中継器５１に検査データの処理を行うデータ処理部を設けて、該中継器５１により、前記非破壊検査装置５０から送られる検査データを処理して前記管理センター５２へ送信するようにしてもよい。この場合は、管理センター５２に大規模なデータ処理部を設けることなく、トンネル３毎の中継器５１に小規模なデータ処理部を設けるだけで実施できる。

このような検査システムの動作により、複数個のトンネル３の内壁面を万遍なく、かつ自動的に検査できる。この場合、他の自動車等の通行の妨げにならず、２４時間いつでもトンネル３の非破壊検査をすることができる。また、操作者等の人手を要しないため、検査コストを低減することが可能である。

１…検査装置本体
１ａ…第１検査部
１ｂ…第２検査部
２…自走機構部
３…トンネル（検査対象の構造物）
５…筐体
６…ガイドレール
７…支持部材
８…駆動車輪
９…電気モータ
１２…赤外線照射部
１３…温度変化測定部
１４…駆動制御・集積部
１５…監視カメラ
１６ａ…第１ドラム
１６ｂ…第２ドラム
１７…赤外線レーザチップ
１８，２１…電気モータ
２０…レーザ受発光チップ
２６…カメラ電源ユニット
２７…通信ユニット
３０…構造物
３１…クラック
４０…自走機構部
４１…可動支持部材
４１ａ…第１支持部材
４１ｂ…第２支持部材
４１ｃ…第３支持部材
４２…台部材
４３…吊下げ支持具
５０…非破壊検査装置
５１…中継器
５２…管理センター
５３…双方向通信網

Claims (12)

1. 検査対象の構造物に加熱用の赤外線を照射する赤外線照射部と、
   前記赤外線照射部の赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定する温度変化測定部と、
   前記赤外線照射部及び温度変化測定部の駆動制御及びデータ集積を行う駆動制御・集積部と、
   前記赤外線照射部、温度変化測定部及び駆動制御・集積部を搭載する筐体を前記構造物に沿って移動可能とする自走機構部と、を含み、
   前記自走機構部で検査対象の構造物に沿って移動しながら前記構造物に加熱用の赤外線を照射すると共にその赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定して前記構造物の内部欠陥を検査することを特徴とする構造物の非破壊検査装置。
2. 前記赤外線照射部及び温度変化測定部は、水平方向の回転軸周りにそれぞれ独立に回転可能とされたことを特徴とする請求項１に記載の構造物の非破壊検査装置。
3. 前記赤外線照射部は、加熱レーザ光を発振する赤外線レーザであることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物の非破壊検査装置。
4. 前記温度変化測定部は、構造物に対して測定レーザ光を照射すると共にその反射光を検出して前記構造物の反射率を測定するレーザ受発光器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造物の非破壊検査装置。
5. 前記温度変化測定部は、構造物からの赤外線放射量を検出して前記構造物の温度変化を測定する赤外線検出器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造物の非破壊検査装置。
6. 前記自走機構部は、構造物に沿って延びる路面上に設置されたガイドレールを利用して前記筐体の支持部材を保持し、前記ガイドレールの案内により前記支持部材が路面上を自走可能に構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造物の非破壊検査装置。
7. 前記自走機構部は、断面半円弧状の内壁面を有する構造物の前記内壁面に沿うアーチ形に形成されると共に前記筐体を保持する可動支持部材を有し、該可動支持部材の両端の台部材が路面上を自走可能に構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造物の非破壊検査装置。
8. 前記筐体は、その移動方向前方を監視するための監視カメラを備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の構造物の非破壊検査装置。
9. 前記自走機構部を前記構造物に沿って往復移動可能とし、少なくとも前記赤外線照射部及び温度変化測定部は前記往復移動の両方向に対応させて一対設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の構造物の非破壊検査装置。
10. 検査対象の構造物に加熱用の赤外線を照射する赤外線照射部と、前記赤外線照射部の赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定する温度変化測定部と、前記赤外線照射部及び温度変化測定部の駆動制御及びデータ集積を行う駆動制御・集積部と、前記赤外線照射部、温度変化測定部及び駆動制御・集積部を搭載する筐体を前記構造物に沿って移動可能とする自走機構部と、前記駆動制御・集積部で取得した検査データを外部へ送る通信ユニットとを備え、前記自走機構部で検査対象の構造物に沿って移動しながら前記構造物に加熱用の赤外線を照射すると共にその赤外線照射により構造物の温度が変化するのを測定して前記構造物の内部欠陥を検査する非破壊検査装置と、
    前記非破壊検査装置から送られる検査データを受ける中継器と、
    前記非破壊検査装置から送られる検査データを受信してデータ処理を行う管理センターと、
    前記中継器と管理センターとの間に設けられ、前記検査データを送受信する双方向通信網と、
    を備えて成る構造物の検査システム。
11. 前記中継器により、前記非破壊検査装置から送られる検査データを処理して前記管理センターへ送信することを特徴とする請求項１０に記載の構造物の検査システム。
12. 前記非破壊検査装置は検査対象の複数の構造物毎に１個ずつ設置され、これら複数個の非破壊検査装置に対して前記双方向通信網を介して１個の管理センターが設置されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の構造物の検査システム。