図1. 2次元鉄筋スキャナーによる計測の様

コンクリート構造物に埋設された鉄筋を非破壊で検査するため、電磁波レーダー法を用いたスキャナーが広く普及しています。しかし、電磁波の反射時間はコンクリートの湿潤状態や内部の空洞の有無などに影響を受けるため、鉄筋の埋設の深さを正しく計測できないという課題がありました。

研究グループは、NEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）の実施する本事業のマッチングサポートフェーズにおいて、永久磁石と一対の磁気センサーを組み合わせたセンサーモジュールを用いた永久磁石法の実証を進めてきました。永久磁石法は、電磁波レーダー法に比べてコンクリートの湿潤状態や空洞の有無などの影響を受けにくい計測方法であり、鉄筋の埋設の深さや鉄筋径を正確に計測できることも実証してきました。

また、電磁波レーダー法などの従来の方法では、センサーの位置を少しずつずらしながら1次元データのスキャンを繰り返し、得られた結果をまとめて2次元画像として配筋状態を可視化していたため、計測に時間を要することが大きな課題でした。このような背景の下、研究グループは、永久磁石法を用いて、コンクリート構造物内部における鉄筋の配筋状態を1回のスキャンで2次元画像として取得できる技術の開発を進めてきました。

（1）多対センサーモジュールの開発
研究グループは、永久磁石法を発展させ、多数の磁気センサーを集積配置することで、1回のスキャンで配筋状態を2次元画像として可視化できる多対センサーモジュールを開発しました。多対センサーモジュールは多数の磁気センサーが向かい合って整列した構造で、その近傍に棒状の永久磁石が配置されています（図2）。

図2. 多対センサーモジュール

（2）高速2次元スキャンの実証
多対センサーモジュールをロボシリンダーに搭載した2次元スキャナーのプロトタイプを用いて、コンクリート中の配筋状態を2次元画像として取得できるか検証しました。永久磁石法にとって、コンクリートは空気と同じであるため、鉄筋がコンクリートに埋設されているか否かは計測結果に影響しません。そこで、検証では、コンクリートに埋設されていないシンプルな格子状の鉄筋サンプルを室内の実験室に準備し、その手前でセンサーモジュールを搭載したロボシリンダーで自動スキャンしました（図3）。

その結果、縦方向約0.5m×横方向（スキャン方向）約1mの配筋状態に対応する2次元画像を約45秒で取得することに成功しました。1次元データのスキャンを何度も取得し、そのデータをまとめて2次元画像とする従来の方法に比べて、作業時間を30分の1以下に短縮することができました。

図3. （a)従来の計測手法と、（b)今回開発した2次元スキャナーによる計測の流れ

研究グループは、本事業のマッチングサポートフェーズで開催した「若手研究者の研究シーズ紹介イベント」を通じて、協栄産業株式会社と産学連携の協議を行い、7月から本事業の共同研究フェーズ※5を活用した研究開発の取り組みを開始しました。今後、研究グループと協栄産業（株）は、技術精度の向上に努めるとともに、1人の計測者でも取り扱い可能なサイズのスキャナーの製品化を目指します。これにより点検業務の効率化を図るほか、コンクリート建造物の老朽化による事故の発生を回避し、より安全・安心な社会の構築に貢献します。

大阪大学産業科学研究所・千葉研究室
https://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/se/