构造物的表面检查装置以及表面检查方法 |
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| 申请号 | CN201510056790.X | 申请日 | 2015-02-03 | 公开(公告)号 | CN104949985A | 公开(公告)日 | 2015-09-30 |
| 申请人 | 株式会社日立制作所; | 发明人 | 小西孝明; 松井哲也; 永岛良昭; 中野博之; 沟田裕久; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种构造物的表面检查装置以及表面检查方法，能够更高速地进行构造物的表面检查，能够实现检查效率的提高。该构造物的表面检查装置具备：压 力 变化发生装置(5)，其在沿作为检查对象的构造物(1)的表面的方向移动，使构造物(1)的表面发生压力变化，该作为检查对象的构造物(1)在表面设有根据 应力 发光的应力发光构造部(2)；拍摄装置(6)，其与压力变化发生装置(5)一体移动，对构造物(1)的表面的产生了压力变化的区域进行拍摄；以及 缺陷 检测部(7)，其基于通过拍摄装置(6)得到的构造物(1)的图像，检测构造物(1)的表面的缺陷。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种构造物的表面检查装置，其特征在于，具备： |
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| 说明书全文 | 构造物的表面检查装置以及表面检查方法技术领域背景技术[0002] 例如，隧道等社会基础设施构造物，由于陈旧化等产生耐久性的降低，因此需要通过定期性的检查以及修缮作业的实施来进行维持管理。作为现有的检查方法，已知例如近处目测检查、击打声音检查等，但是这些检查方法由于为人工进行作业，因此效率差，检查需要很长时间。因此，对于正在提供使用的构造物，在检查对象构造物未被使用的时间带进行检查的情况下，需要在有限时间内进行检查，因此检查频度的降低成为问题，另外，在临时停止提供使用来进行检查的情况下，构造物的运转率降低成为问题。 [0003] 对于这样的人工进行的现有检查方法，例如在专利文献1(日本特开平06-42300号公报)中公开有以下涉及隧道检查装置的技术：使用在隧道内行驶的车辆上设置的隧道壁面拍摄用一维传感器照相机对隧道壁面进行与行进方向垂直方向的隧道剖面扫描，依次存储其数据，从而获取隧道壁面的展开图像，使用该图像进行自动诊断。 [0004] 现有技术文献 [0005] 专利文献 [0006] 专利文献1：日本特开平06-42300号公报 [0007] 但是，上述现有技术中存在下述问题点。 [0008] 即，在使用车辆那样的移动体上搭载的照相机进行拍摄的情况下，为了抑制获取图像的模糊，需要使曝光时间短。但是，在那样的短曝光时间内，例如为了判别龟裂等不良部位(区域)及其以外的表面污垢等的部位(区域)，需要以高对比度进行拍摄，因此必须抑制拍摄速度(车辆速度)，从而存在检查效率下降这样的问题。 [0009] 本发明是鉴于上述问题而提出的方案，其目的在于提供一种构造物的表面检查装置以及表面检查方法，能够更高速进行构造物的表面检查，从而谋求检查效率提升。 发明内容[0010] 为了达成上述目的，本发明具备：压力变化发生单元，其在沿作为检查对象的构造物的表面的方向移动，使所述构造物的表面发生压力变化，该作为检查对象的构造物在表面设有根据应力发光的应力发光构造部；拍摄装置，其与所述压力变化发生单元一体移动，对所述构造物的表面的产生了压力变化的区域进行拍摄；以及缺陷检测部，其基于通过所述拍摄装置得到的所述构造物的图像，检测所述构造物的表面的缺陷。 [0011] 发明的效果如下。 [0013] 图1是对第一实施方式的表面检查装置的整体结构与作为检查对象的构造物一同概括性表示的图，是从表面检查装置的行进方向侧方观察到的图。 [0014] 图2是对第一实施方式的表面检查装置的整体结构与作为检查对象的构造物一同概括性表示的图，是从行进方向后方观察到的图。 [0015] 图3是表示第一实施方式的表面检查装置中各功能详细情况的功能框图。 [0016] 图4是表示TDI传感器的构造的一个例子的图。 [0017] 图5是表示表面检查处理的处理内容的流程图。 [0018] 图6是表示针对作为检查对象的构造物的隧道的表面检查处理的情形的剖视图。 [0019] 图7是表示包括应力发光构造部(应力发光材料含有层)的构造物的表面具有龟裂(缺陷)情况下的情形的剖视图。 [0020] 图8是表示包括应力发光构造部(应力发光材料含有层)的构造物的表面具有龟裂(缺陷)情况下的情形的图，是从构造物的表面侧观察到的图。 [0021] 图9是表示图7中发光区域情形的图。 [0022] 图10是表示图8中发光区域情形的图。 [0023] 图11是表示构造物的表面具有龟裂(缺陷)但是未达到应力发光构造部(应力发光材料含有层)情况下的情形的剖视图。 [0024] 图12是表示构造物的表面具有龟裂(缺陷)但是未达到应力发光构造部(应力发光材料含有层)情况下的情形的图，是从构造物的表面侧观察到的图。 [0025] 图13是表示图11中发光区域情形的图。 [0026] 图14是表示图12中发光区域情形的图。 [0027] 图15是表示通过拍摄装置获取的构造物的表面图像的一个例子的图。 [0028] 图16是表示通过图像处理装置的提取部实施了提取处理的图像的一个例子的图。 [0029] 图17是对第2实施方式的表面检查装置的整体结构与作为检查对象的构造物一同概括性表示的图。 [0030] 图18是表示第2实施方式的表面检查装置中各功能详细情况的功能框图。 [0031] 图19是表示第2实施方式的表面检查装置的移动体与空气压的关系的图。 [0032] 图20是概括性表示第2实施方式变形例的表面检查装置的整体结构的图。 [0033] 图21是概括性表示第2实施方式变形例的表面检查装置的整体结构的图。 [0034] 图中： [0035] 1—构造物，2—应力发光构造部(应力发光材料含有层)，3、3A—移动体，4—位置探测装置，5—压力变化发生装置，6—拍摄装置，7—图像处理装置，7a—提取部，7b—判定部，8—显示装置，9—存储装置，10—龟裂，111—边界发光区域，112—端部发光区域，113—表面发光区域，11—发光区域，12—TDI传感器，13—透镜，14—受光元件，15—拍摄图像，16—表面图案区域，17—表面附着物，18—提取处理图像，19—蓄光材料含有层，20—编码器，21—输入装置，22—控制装置，100、100A—表面检查装置。 具体实施方式[0036] 第一实施方式 [0037] 参照附图说明本发明的第一实施方式。 [0038] 图1以及图2是对本实施方式的表面检查装置的整体结构与作为检查对象的构造物一同概括性表示的图，图1是从表面检查装置的行进方向侧方观察到的图，图2是从行进方向后方观察到的图。另外，图3是表示表面检查装置中各功能详细情况的功能框图。而且，本实施方式中，作为表面检查装置的检查对象的构造物的一个例子，以隧道1(以下称为构造物1)为例进行说明。 [0039] 图1～图3中，在作为检查对象的构造物1的表面，设有根据应力发光的应力发光构造部2。应力发光构造部2例如为含有应力发光材料而形成的应力发光材料含有层。 [0040] 表面检查装置100大致具备车辆等移动体3、根据来自与移动体3的车轮同步的编码器20的信息探测车辆位置的位置探测装置4、使作为检查对象的构造物1的表面发生压力变化的压力变化发生单元即压力变化发生装置5、对构造物1的表面进行拍摄的拍摄装置6、进行由拍摄装置6获取的图像的处理等的图像处理装置7、显示图像和检查结果等的显示装置8、存储检查条件和图像、检查结果等各种信息的存储装置9、输入各种信息的输入装置21、以及控制表面检查装置100的整体动作的控制装置22。 [0041] 位置探测装置4基于预先设定并存储于存储装置9等中的检查日程、设定内容和根据来自编码器20的信息得到的车辆位置来向压力变化发生装置5、拍摄装置6发送进行动作、停止的指示。另外，与向压力变化发生装置5、拍摄装置6发送指示相关联，也向图像处理装置7、控制装置22等发送位置信息，将表面检查装置100中的图像、检查结果等各种信息与作为检查对象的构造物1中的位置相关联地进行存储等处理。 [0042] 压力变化发生装置5是标准压力变化发生器，通过使构造物1的检查对象区域的表面附近的空间产生压力变化来使构造物1表面产生应力变化。即，压力变化发生装置5借助存在于构造物1的表面附近的空气等气体使构造物1的表面产生应力变化，例如，使用通过空气、气体(gas)使空气压变动的空气枪(air gun)、气枪(gas gun)、空气炮等装置。若通过压力变化发生装置5使构造物1的表面的应力发光构造部2产生应力变化，则应力发光构造部2根据各部分产生的应力的大小发光。作用于应力发光构造部2的应力集中于构造物1中存在龟裂等缺陷的区域，其结果，相比周围，成为发光较强区域(即，图4的发光区域11等，详细情况后述)。 [0043] 拍摄装置6对构造物1的表面的利用压力变化发生装置5产生了应力变化的区域进行拍摄，例如，使用图4所示那样的TDI(Time Delayed Integration)传感器等高速高灵敏度传感器。 [0044] 图4是表示TDI传感器的构造的一个例子的图。 [0045] 如图4所示，TDI传感器将检查对象表面的应力发光构造部2的发光区域11的发光经由透镜13聚集在受光元件14上，在读出由受光元件14进行了光电转换后的电荷时，向相邻的受光元件实施转发。此时，通过使受光元件14的电荷转发时机与TDI传感器(拍摄装置6)以及移动体3的移动速度相匹配，从而能够蓄积与转发次数相应量的电荷，能够使曝光时间长。由此，设置在移动体3上的拍摄装置6能够高速并且高灵敏度地拍摄。 [0046] 压力变化发生装置5和拍摄装置6配置在移动体3上，在实施表面检查处理(后述)时，随着移动体3向沿着构造物1的表面的方向(图1中为右方、图2中为纸面里侧方向)移动而一体移动。而且，在本实施方式中，例示的是向上方产生压力变化并进行拍摄的情况，但也可以对应于构造物1的形状、检查预定位置而向侧方等上方以外的方向产生压力变化。 [0047] 图像处理装置7构成为基于通过拍摄装置6得到的构造物1的图像来检测构造物的表面缺陷的缺陷检测部，具有基于通过拍摄装置6取得的图像来提取发光区域11的图像的提取部7a、和基于提取出的发光区域11的图像进行判定有无缺陷的判定处理(即、检测缺陷的检测处理)的判定部7b。 [0048] 提取部7a对由拍摄装置6得到的图像实施例如亮度的二值化处理那样的图像处理，从而从图像仅将拍摄亮度大的发光区域11提取出来。而且，关于仅提取发光区域11的图像处理，可以使用能得到同样效果的其他处理，例如，也可以使用边界提取处理。另外，也可以在仅提取发光区域11的处理之前或者之后根据需要追加平滑化处理那样的噪音消除处理。 [0049] 另外，在提取部7a中，进行根据提取出的发光区域11的图像计算发光区域11在检查范围中的位置、大小等发光区域信息数据的处理(估算处理)。而且，由于推测在发光区域11中存在缺陷，因此发光区域信息数据也可以改称为检查范围中的缺陷位置、大小(长度、宽度)等缺陷信息数据。 [0050] 判定部7b基于由提取部7a提取出的图像、发光区域信息数据(缺陷信息数据)判定有无缺陷、或者判定缺陷是否在容许范围。在判定部7b中，根据预先设定的检查目的、检查标准，例如缺陷(即、发光区域11)的大小(长度、宽度)是否超出预先设定的标准值，从而判定有无缺陷、或者缺陷是否在容许范围(即检查合格与否)。 [0051] 由图像处理装置7得到的、处理前后的图像和发光区域信息数据(缺陷信息数据)、判定结果等信息被送到显示装置8显示，并且被送到存储装置9存储。 [0052] 控制装置22控制表面检查装置100的整体动作，并且基于从输入装置21输入的设定值、与动作相关的指示、预先存储在存储装置9中的程序等控制各结构的工作，实施表面检查处理等处理。 [0053] 图5是表示本实施方式中表面检查处理的处理内容的流程图。 [0054] 图5中，从操作者经由输入装置21等指示开始表面检查处理时，控制装置22使移动体3开始向检查方向移动(步骤S100)。当通过位置探测装置4检测的移动体3的位置达到构造物1中的检查对象的区域时，通过压力变化发生装置5的动作使构造物1发生压力变化(步骤S110)，通过拍摄装置6对利用压力变化发生装置5产生了压力变化的区域进行拍摄(步骤S120)。接着，对利用拍摄装置6得到的图像，由图像处理装置7的提取部7a进行发光区域信息数据(缺陷信息数据)的计算处理(步骤S130)，基于发光区域信息数据(缺陷信息数据)，由图像处理装置7的判定部7b进行缺陷的检测处理(步骤S140)。 检测处理的结果被送到显示装置8显示，并且被送到存储装置9存储(步骤S150)。此处，判定预定实施表面检查处理的构造物1的区域中是否有未实施区域(步骤S160)，在判定结果为“是”的情况下，重复步骤S110～S150的处理直至判定结果为“否”。另外，在步骤S160中的判定结果为“否”的情况下，停止移动体3、各结构的动作(步骤S170)，结束处理。 [0055] 此处，参照图6～图16详细说明表面检查处理中构造物的压力变化与发光区域的关系。 [0056] 图6是表示针对作为检查对象的构造物的隧道的表面检查处理的情形的剖视图。 [0057] 如图6所示，在由于搭载于移动体3的压力变化发生装置5的动作而在隧道(构造物1)的内壁在以大气压为基准增加的方向产生了压力变化的情况下，例如在隧道衬砌那样的筒状构造物的内壁作用膨胀力，在作为检查对象的构造物1的内壁表面发生拉伸应力。 [0058] 图7以及图8是表示包括应力发光构造部(应力发光材料含有层)2的构造物1的表面具有龟裂(缺陷)情况下的情形的图，图7是剖视图，图8是从表面侧观察到的图。图9以及图10是图7以及图8中发光区域情形的图。 [0059] 如图7以及图8所示，在构造物1的表面具有龟裂10的情况下，由于压力变化发生装置5发生压力变化时，构造物1上作用拉伸应力，应力发光构造部2追随构造物1的变形而变形。此时，应力发光构造部2的应力分布为，沿着发生龟裂10位移的龟裂面均匀地集中。因此，如图9以及图10所示，沿着龟裂面，在应力发光构造部2上发生边界发光区域111。尤其是在开口形状为锐角的龟裂10的端部产生较强的应力集中，产生比边界发光区域111发光更强的端部发光区域112。即，应力发光构造部2沿着构造物1上出现的龟裂 10发光。 [0060] 图11以及图12是表示构造物1的表面具有龟裂(缺陷)但是未达到应力发光构造部(应力发光材料含有层)2情况下的情形的图，图11是剖视图，图12是从表面侧观察到的图。另外，图13以及图14是表示图11以及图12中发光区域情形的图。 [0061] 如图11以及图12所示，在构造物1的表面具有龟裂10的情况下，由于压力变化发生装置5发生压力变化时，构造物1上作用拉伸应力，但是应力发光构造部2不追随构造物1的变形。此时，在应力发光构造部2的覆盖龟裂10的部分，随着龟裂10的变形作用拉伸应力。因此，如图13以及图14所示，沿着龟裂10，在应力发光构造部2产生表面发光区域113。即，应力发光构造部2沿着构造物1上产生的龟裂10发光。 [0062] 而且，隧道等构造物1中龟裂10的实际开口宽度为次μm～数μm程度，可以认为相比拍摄装置6的分辨率为微小，因此无论龟裂10到达应力发光构造部2还是未达到，发光区域11(边界发光区域111、端部发光区域112、表面发光区域113)都能作为沿着龟裂10的一条线被观测到。 [0063] 图15是表示通过拍摄装置6获取的构造物1的表面图像的一个例子的图，图16是表示通过图像处理装置7的提取部7a实施了提取处理的图像的一个例子的图。 [0064] 如图15所示，在通过拍摄装置6获取的拍摄图像15中，存在龟裂10的部分的发光区域11拍摄亮度大。另外，构造物1的表面图案区域16、以及表面附着物17等也相对于龟裂10导致的发光区域11较暗，但是也被拍摄到。 [0065] 对于这样的拍摄图像15，通过图像处理装置7的提取部7a实施提取处理(例如亮度的二值化处理)时，如图16所示，只有拍摄图像15中拍摄亮度大的龟裂10部分的发光区域11被提取。 [0066] 对以上那样构成的本实施方式的效果进行说明。 [0067] 作为现有技术，例如已知以下涉及隧道检查装置的技术：使用在隧道内行驶的车辆上设置的隧道壁面拍摄用一维传感器照相机对隧道壁面进行与行进方向垂直方向的隧道剖面扫描，依次存储其数据，从而获取隧道壁面的展开图像，使用该图像进行自动诊断。但是，上述现有技术具有下述问题点。即，在使用车辆那样的移动体上搭载的照相机进行拍摄的情况下，为了抑制获取图像的模糊，需要使曝光时间短。但是，在那样的短曝光时间内，例如为了判别龟裂等不良部位(区域)及其以外的表面污垢等部位(区域)，需要以高对比度拍摄，因此必须抑制拍摄速度(车辆速度)，从而存在检查效率下降这样的问题。 [0068] 对此，在本实施方式中，由于具备在沿着表面设有根据应力发光的应力发光构造部2的作为检查对象的构造物1的表面的方向移动从而使构造物1的表面发生压力变化的压力变化发生装置5、与压力变化发生装置5一体移动并对构造物1的表面的产生了压力变化的区域进行拍摄的拍摄装置6、以及基于通过拍摄装置6得到的构造物1的图像来检测构造物1的表面的缺陷的图像处理装置7，因此能够更高速地进行构造物1的表面检查，能够实现检查效率的提升。 [0069] 第二实施方式 [0070] 参照图17以及图18说明本发明的第二实施方式。本实施方式为将第一实施方式中的压力变化发生装置置换为移动体构造的情况的实施方式。 [0071] 图17是对本实施方式的表面检查装置的整体结构与作为检查对象的构造物一同概括性表示的图，图18是表示本实施方式的表面检查装置中的各功能的详细情况的功能框图。另外，图19是表示表面检查装置的移动体与空气压的关系的图。图中，对与第一实施方式相同的部件标注相同符号并省略说明。 [0072] 在图17以及图18中，表面检查装置100A大致具备：高速移动的车辆等移动体3A；根据来自与移动体3A的车轮同步的编码器20的信息探测车辆位置的位置探测装置4；对构造物1的表面进行拍摄的拍摄装置6；进行由拍摄装置6获取的图像的处理等的图像处理装置7；显示图像和检查结果等的显示装置8；存储检查条件和图像、检查结果等各种信息的存储装置9；输入各种信息的输入装置21；以及控制表面检查装置100A的整体动作的控制装置22。 [0073] 如图19所示，由于在高速移动的移动体3A的行进方向前方产生压力波，压力相比大气压P0有所增加。由此，在隧道衬砌那样的筒状构造物的内壁作用膨胀力，能够使构造物1产生压力变化。具体地，例如在新干线那样的高速移动体进入隧道的情况下，将新干线考虑为移动体3A，将隧道壁面考虑为作为检查对象的构造物1，则新干线在隧道内通过时，由于在行进方向上推动空气的力，导致隧道内的压力上升，能够得到与第一实施方式中所示的压力变化发生装置5产生的压力变动同样的功能。即，本实施方式的移动体3A作为压力变化发生单元发挥功能，使作为检查对象的构造物1的表面发生压力变化。 [0074] 其他的结构与第一实施方式相同。 [0075] 以上那样构成的本实施方式也能够得到与第一实施方式同样的效果。 [0076] 第二实施方式的变形例 [0077] 第二实施方式可以考虑到以下的变形例。 [0078] 即，在第二实施方式中，由于压力变化在移动体3A的前方发生，因此在移动体3A接近之前(通过之前)，构造物1的龟裂10部分开始发光。因此，为了通过拍摄装置6以更高效率检测发光，可以考虑到例如图20所示那样，构成为使拍摄装置6的视野朝向行进方向前方。 [0079] 另外，如图21所示，通过构成为在构造物1的表面的应力发光构造部2的表面进一步具备蓄光材料含有层19，能够以更高效率检测发光。 [0080] 并且，在应力发光构造部2所含的应力发光材料为余辉时间长的材料的结构、应力发光构造部2中含有蓄光材料的结构的情况下，也能够以更高效率检测发光。 |
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