JP2012233758A - 構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法及びその測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法において、測定対象構造物Aの振動を計測するレーザードップラ速度計1Aに前記測定対象構造物Aの寸法を計測するレーザー距離計8を一体化させて、前記測定対象構造物Aの振動特性とともに前記測定対象構造物Aの寸法を計測する。
【選択図】 図1
Description
この検査方法では、人為的な加振(車両の走行,起振器加振,衝撃加振等)及び常時微動などを振動源とする測定対象構造物の振動を、その構造物に取り付けた振動計で測定し、その収録データから得られる振幅や卓越振動数等を指標として構造物の健全性を評価するようにしている。
そこで、本発明者らは、測定対象構造物へのセンサの取付けなどを必要としない、測定対象構造物の振動の非接触計測方法及びその測定装置を開発した(下記特許文献1参照)。
これらの図において、101は構造物の振動を非接触で検出する非接触型振動計であり、ここでは、非接触型振動計101としてはレーザードップラ速度計を用いる。102はこの非接触型振動計101に取り付けられる接触型振動計であり、この接触型振動計102としてはセンサの傾きの影響を受けないサーボ型速度計などを用いる。103は非接触型振動計101及び接触型振動計102が水準面となす角度を測定できる角度測定器、104は水準器付きベース104を支える支持装置であり、ここでは三脚を用いる。
例えば、橋梁の橋脚や高架橋の柱の振動モードを推定する場合、測定箇所の位置(高さ)と得られた振幅とを関連付けて振動モード図を作成するため、非接触測定した測定点の高さを正確に取得する必要がある。
一方、レーザー距離計の現状において、高性能なレーザー距離計を用いる場合、一つのセンサで測定対象の振動と寸法等の両方を測定できる可能性がある。
〔1〕構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法において、測定対象構造物の振動を計測するレーザードップラ速度計に前記測定対象構造物の寸法を計測するレーザー距離計を一体化させて、前記測定対象構造物の振動特性とともに前記測定対象構造物の寸法を計測することを特徴とする。
〔3〕上記〔2〕記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法において、前記レーザードップラ速度計からの振動データに振動計からの振動データを加えて、前記測定対象構造物自体の振動データを算出することを特徴とする。
〔5〕上記〔1〕記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法において、測定装置に電子コンパスを搭載してこの測定装置の鉛直角・方位角を計測することを特徴とする。
〔7〕上記〔1〕記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法において、前記測定対象構造物の任意の部位の振動と、この測定対象構造物に隣接した構造物の振動とを比較することにより、前記測定対象構造物の安定性の評価を行うことを特徴とする。
〔9〕上記〔8〕記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置において、前記レーザードップラ速度計の照射レーザー光軸と前記レーザー距離計からのレーザー光軸とを一致させるビームスプリッタと、このビームスプリッタにより光軸を一致させたレーザーを前記測定対象構造物へ照射する望遠レンズとを具備することを特徴とする。
〔11〕上記〔8〕記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置において、更にCCDカメラを備え、このCCDカメラからのレーザー光軸と前記レーザードップラ速度計に入射するレーザー光軸とを一致させたことを特徴とする。
〔13〕上記〔8〕記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置において、前記測定対象構造物の任意の部位の振動と、この測定対象構造物に隣接した構造物の振動とを比較することにより、前記測定対象構造物の安定性の評価を行うことを特徴とする。
また、測定装置本体の振動データを補正することによって、暗振動が比較的大きな屋外環境でも使用することができる。
さらに、測定対象構造物の常時微動などの微小な振動を精確に測定することができる。
図1は本発明の実施例を示す構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置のセンサ部の構成図、図2はその測定装置の全体構成図、図3は図1のセンサ部からの出力信号を収録するデータ収録部の構成図である。
図1に示すように、測定装置1のレーザードップラ速度計(LDV)1Aは、レーザー管2、反射ミラー3A,3B,3C,3Dとビームスプリッタ3E,3F,3G,3H,3Iと望遠レンズ3Jなどからなる光学系3ならびにLDV受光部4を備えている。さらに、測定装置1は、センサ制御部5(図2参照)、電源6、CCDカメラ(又はスコープ)7、スコープ7のビュー・ファインダー7A、レーザー距離計8などを備えている。なお、図1にはセンサ制御部5は省略されている。
この測定装置1に搭載する振動計10は、図2に示すように、バンドパスフィルタ11を用いて測定対象構造物Aの振動周波数帯において、周波数応答特性・位相特性をLDV1Aとほぼ一致させ、振動の検出方向をレーザー光軸とほぼ一致させたものとする。
CCDカメラ7は、測定対象構造物Aに対するレーザー照射位置を視認するために用いる。測定対象構造物Aの測定箇所がCCDカメラ7で視認可能であるようにしてセンサの向きを決定することにより、測定箇所にレーザーを照射できるよう、CCDカメラ7に入射するレーザーL5 の光軸はLDV1Aおよびレーザー距離計8のレーザー光軸と一致するように構成している。なお、CCDカメラ7の代わりにスコープ(一般的な望遠鏡)を用いるようにしても良い。
また、CCDカメラ7に入射するレーザーL5 の光軸も、LDV1AのレーザーL1 と レーザー距離計8からのレーザーL3 とに一致させるように構成している。
このように、図3に示すデータ収録部31は、図1に示すセンサ部からの無線デジタル信号を受信してデータの収録、演算、表示を行うとともに、センサ部制御信号をセンサ部に無線送信する機能を備えている。
図3に示した表示装置36には、図4又は図5に示すように、LDV出力(時系列波形)表示部36A、本体振動出力(時系列波形)表示部36B、補正後振動出力(時系列波形)表示部36C、上記波形のFFT表示部36D、表示データ設定部36E、GPS(時間、緯経度)表示部36F、方位角・迎角出力表示部36G、データ設定部(サンプリング、データ長)36H、収録制御部36Iが含まれている。
図7は非接触振動測定による揺れの補正の説明図、図8は角度の補正と測定対象構造物の振動方向の説明図である。
図7(a)に示すように、測定装置1は振動計(振動センサ)10と電子コンパス(角度センサ)12を備えており、振動計10を用いた補正により、センサ部自体に揺れが生じやすい屋外環境でのLDVの測定精度の向上を図るようにしている。つまり、図7(b)に示すように、LDV1Aによって計測された測定対象構造物Aの振動VL (t)に、測定装置1に搭載された振動計10によって計測された振動VS (t)を付加することにより、測定対象構造物A自体の振動V(t)を求めるようにしており、V(t)=〔VL (t)+VS (t)〕/cosθとなる。
このように、振動が一方向に卓越する測定対象構造物を測定する場合であって、測定対象構造物の振動方向とLDVの照射レーザー光軸を一致させられない場合には、電子コンパス12のデータを用いて測定角度θによる振幅値の補正を行う。
図9は本発明による2次元平面で検討可能な場合の測定対象構造物の寸法の取得例を示す図、図10は本発明による3次元平面で検討可能な場合の極座標(球面座標)から直交座標への変換による測定対象構造物の寸法の取得例を示す図である。
地平面に直立する橋脚、高架橋、建物など、2次元平面内での測量が可能な測定対象構造物Aの高さ方向の寸法を得る場合には、図9に示すように、測定点までの距離rと鉛直角θを用いた簡単な演算で寸法を取得することができる。
上記のようにして、直交座標における各測定点の座標が決定すれば、測定点間の距離や測定点で囲まれた領域の面積は、一般的な手法で算出することができる。例えば、2つの測定点Pi (xi ,yi ,zi ),Pj (xj ,yj ,zj )間の距離Lijは、下記式(2)によって、3辺の長さがLa,Lb,Lcの三角形の面積Sは、下記式(3)によって算出することができる。
Lij=√{(xj −xi )2 +(yj −yi )2 +(zj −zi )2 }…(2)
S=√{s(s−La)(s−Lb)(s−Lc)} …(3)
ここで、式(3)において、s=(La+Lb+Lc)/2とする。
また、センサ本体の揺れの補正によって、暗振動が比較的大きい屋外環境でも使用することができ、構造物の常時微動などの微小な振動を測定できる。
さらに、寸法データの取得機能によって、振動モードの推定やスケール効果の考慮などを容易に行えるようになり、振動測定による構造物検査を高度化することができる。
ここでは、鉄道の軌道51の側面に切り立った岩盤斜面52が存在するような場合に、対象岩塊53の安定性評価を行う例について説明する。
まず、対象岩塊53の輪郭を把握するために、対象岩塊53の各部位53A〜53Gまでの距離を本発明の測定装置54のレーザー距離計により求める。次いで、本発明の測定装置54のLDVにより、対象岩塊53の中央部位53Hの振動を求める。なお、55はデータ収納部である。
図13は本発明に係る複数方向からの同期計測による測定対象構造物としての桁の動的たわみ測定の模式図、図14はそのたわみ測定データを示す図である。
図13に示すように、橋桁61の動的たわみ測定を、桁直下又は斜め下方に配置した測定装置62,64を用いて行うような場合、測定装置62,64からの測定データを無線化装置63,65により1台のデータ収録部66に送信して計測を行うことができる。つまり、センサ部から得られた計測データは、無線化装置63,65を介してデータを統括するデータ収録部66にて収録することができる。
1A レーザードップラ速度計(LDV)
2 レーザー管
3 光学系
3A,3B,3C,3D 反射ミラー
3E,3F,3G,3H,3I ビームスプリッタ
3J 望遠レンズ
4 LDV受光部
5 センサ制御部
6 電源
7 CCDカメラ(スコープ)
7A スコープのビュー・ファインダー
8 レーザー距離計
10 振動計
11,23 バンドパスフィルタ
12 電子コンパス
21,63,65 無線化装置
22 A/D変換装置
24,32 無線通信装置
25,33 記録装置
31,55,66 データ収録部
34 演算装置
35 入力装置
36 表示装置
36A LDV出力(時系列波形)表示部
36B 本体振動出力(時系列波形)表示部
36C 補正後振動出力(時系列波形)表示部
36D 波形のFFT表示部
36E 表示データ設定部
36F GPS(時間,経緯度)表示部
36G 方位角・迎角出力表示部
36H データ設定部(サンプリング,データ長)
36I 収録制御部
41 CCD映像リアルタイム表示部
42 CCD拡大倍率制御部
43 CCD画像キャプチャ・作図部
44 位置情報表示部
45 2点間距離計算部
46 多角形面積概算部
47 立体体積概算部
51 鉄道の軌道
52 岩盤斜面
53 対象岩塊
53A〜53G 対象岩塊の各部位
53H 対象岩塊の中央部位
61 橋桁
A 測定対象構造物
Claims (14)
- 測定対象構造物の振動を計測するレーザードップラ速度計に前記測定対象構造物の寸法を計測するレーザー距離計を一体化させて、前記測定対象構造物の振動特性とともに前記測定対象構造物の寸法を計測することを特徴とする構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法。
- 請求項1記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法において、ビームスプリッタにより前記レーザードップラ速度計の照射レーザー光軸と前記レーザー距離計からのレーザー光軸とを一致させ、該光軸を一致させたレーザーを望遠レンズを介して前記測定対象構造物に照射することを特徴とする構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法。
- 請求項2記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法において、前記レーザードップラ速度計からの振動データに振動計からの振動データを加えて、前記測定対象構造物自体の振動データを算出することを特徴とする構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法。
- 請求項2記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法において、測定装置に更に搭載されるCCDカメラからのレーザー光軸と前記レーザードップラ速度計に入射するレーザー光軸とを一致させたことを特徴とする振動及び寸法の非接触計測による測定方法。
- 請求項1記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法において、測定装置に電子コンパスを搭載して該測定装置の鉛直角・方位角を計測することを特徴とする構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法。
- 請求項5記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法において、前記測定装置の鉛直角・方位角に基づいて前記測定装置で得られる振動データを補正することを特徴とする構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法。
- 請求項1記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法において、前記測定対象構造物の任意の部位の振動と、該測定対象構造物に隣接した構造物の振動とを比較することにより、前記測定対象構造物の安定性の評価を行うことを特徴とする構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定方法。
- 構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置において、
(a)測定対象構造物の振動を計測するレーザードップラ速度計と、
(b)該レーザードップラ速度計と一体化される前記測定対象構造物の寸法を計測するレーザー距離計とを備え、
(c)前記測定対象構造物の振動特性とともに前記測定対象構造物の寸法を計測することを特徴とする構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置。 - 請求項8記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置において、前記レーザードップラ速度計の照射レーザー光軸と前記レーザー距離計からのレーザー光軸とを一致させるビームスプリッタと、該ビームスプリッタにより光軸を一致させたレーザーを前記測定対象構造物へ照射する望遠レンズとを具備することを特徴とする構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置。
- 請求項8記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置において、更に振動計を備え、前記レーザードップラ速度計からの振動データに前記振動計からの振動データを加えて、前記測定対象構造物自体の振動データを算出することを特徴とする構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置。
- 請求項8記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置において、更にCCDカメラを備え、該CCDカメラからのレーザー光軸と前記レーザードップラ速度計に入射するレーザー光軸とを一致させたことを特徴とする構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置。
- 請求項8記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置において、更に電子コンパスを備え、該電子コンパスによって計測される前記測定装置の鉛直角・方位角に基づいて前記測定装置で得られる振動データを補正することを特徴とする構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置。
- 請求項8記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置において、前記測定対象構造物の任意の部位の振動と、該測定対象構造物に隣接した構造物の振動とを比較することにより、前記測定対象構造物の安定性の評価を行うことを特徴とする構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置。
- 請求項13記載の構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置において、前記測定対象構造物が岩盤斜面の岩塊であることを特徴とする構造物の振動及び寸法の非接触計測による測定装置。
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