(57)【要約】      （修正有）【課題】打撃によって発生する音響信号によるセラミックあるいはプラスチックまたは金属製品、例えば瓦のひび割れの有無を診断する定量的かつ的確に、経済的な方法および装置を提供し、量産製造プロセスの瓦検査装置に組み込で使用することもできる瓦のひび割れの有無を診断する方法および装置を提供する。【解決手段】瓦のひび割れの有無を診断する一手段として、打撃時に発生する瓦からの音響信号をアナログからデジタルに変換し、高速フーリエ変換などにより周波数分析し、所定の周波数領域の最大値を抽出し、その最大値と正常品瓦の音響信号である基準最大値との差を計算し、その差が所定の閾値以上かどうかにより判定するようにした。瓦をクッション材の支持体に載せ、弾性球により瓦の上側、または下側から打撃し、打音を発生するようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
打撃時に発生する音響信号からセラミック製品等のクラックや割れの有無を診断する方法において、音響信号をアナログからデジタルに変換し、周波数分析し、所定の周波数領域の最大値を抽出し、最大値と正常品セラミックあるいはプラスチックまたは金属の音響信号である基準最大値との差を計算し、セラミック製品等のクラックや割れの有無を診断するセラミック製品等の診断方法。
【請求項２】
打撃時に発生する音響信号からセラミック製品等のクラックやひび割れの有無を診断するものにおいて、音響信号をアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ変換回路と、このＡ／Ｄ変換回路から得られた信号を周波数分析し、所定の周波数領域の最大値を抽出する周波数領域最大値抽出回路と、この周波数領域最大値抽出回路により抽出された最大値と正常なセラミック製品等の音響信号である基準最大値との差を計算する計算手段とを具備するセラミック製品等の診断装置。
【請求項３】
打撃時に発生する音響信号から瓦のクラックや割れの有無を診断する方法において、音響信号をアナログからデジタルに変換し、周波数分析し、所定の周波数領域の最大値を抽出し、最大値と正常品瓦の音響信号である基準最大値との差を計算し、瓦のクラックや割れの有無を診断することを特徴とする瓦の診断方法。
【請求項４】
打撃時に発生する音響信号から瓦のひび割れの有無を診断する方法において、音響信号の最大値と正常品瓦の音響信号である基準最大値との差を計算し、瓦のひび割れの有無を判定することを特徴とする瓦の診断方法。
【請求項５】
打撃時に発生する音響信号から瓦のひび割れの有無を診断する方法において、瓦をクッション材の支持体に載せ、瓦の上側、または下側から打撃することを特徴とする瓦の診断方法。
【請求項６】
請求項３乃至５の瓦の診断方法において、打撃力を計測し、打撃時に発生する音響信号を標準化することを特徴とする瓦の診断方法。
【請求項７】
請求項６における瓦の診断方法において、弾性球を瓦の下側に上昇させる打撃装置を有していることを特徴とする瓦の診断方法。
【請求項８】
請求項５において、弾性球を瓦の上側に落下させる打撃装置を有していることを特徴とする瓦の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック製品等の、あるいはこれと同等の性状を有するプラスチックまたは金属製品のクラックやひび割れの有無を診断する方法と診断装置に関する。又、主なセラミック製品の一である瓦のクラックやひび割れ診断方法に関するものでる。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミック製品の一である瓦のクラックやひび割れの有無を診断するために、目視によって検査する技術と打撃による音響信号を聞いて検査する技術があった。両者とも人が五感により診断する技術であり、人による個人差があったり、健康状態に左右されたり、また連続して多量の製品を検査するいわゆる量産品の検査、診断に向かないと言う欠点があった。
【０００３】
一方、材料や部品を超音波により診断する技術は周知であるが、瓦が特異な形状であり、かつ比較的安価な製品であるために診断の時間や精度、経済性が問題になり、その技術の適用が困難になる欠点があった。
【０００４】
さらに、コンクリートの欠陥診断方法として、打撃によって発生する音響信号による技術が多く見られるが、この技術を瓦のひび割れの有無を診断する方法に適用し、実用化した例は公表されていない。
【０００５】
本発明に最も近い技術として下記２件の非特許文献がある。前者は瓦に亀裂が有ると打音のある固有振動数が低下するとしている文献である。後者は瓦に亀裂が有ると打音のある固有振動数の振幅の減衰が大きくなると述べている文献である。これらの文献に記載された既存の技術を使うことにより、瓦の亀裂は検出できると推測できるが、具体的にどのようにするかは、経済性の観点も含めて述べられておらず、固有周波数のバラツキについての記載も見られない。
【非特許文献１】正周海、泉照之著「打撃法による瓦の亀裂の検出」（日本機械学会、  Ｄｙｎａｍｉｃｓ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ２００３  論文集［２００３．９］）
【非特許文献２】正周海、泉照之、渡辺健治著「減衰特性を利用した瓦の亀裂の検出」（日本機械学会、第２回評価・診断に関するシンポジウム講演論文集［２００３．１２］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来は前述のように量産品の検査や診断には不適であり、検査、診断に時間が掛かり、診断精度も低く、実用化が困難であるという課題を有している。
【０００７】
本発明は、前記に課題に着目し、セラミック製品等や、あるいは瓦において、そのクラックやひび割れを診断するために打撃によって発生する音響信号による適切に診断でき、且つ実用的な診断方法および診断装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一は、打撃時に発生する音響信号をアナログからデジタルに変換し（Ａ／Ｄ変換）、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などにより周波数分析し、所定の周波数領域の最大値を抽出し、その最大値と正常品瓦の音響信号である基準最大値との差を計算し、瓦のひび割れの有無を診断するようにした。これは、瓦にひび割れがあると所定の周波数領域の最大値が正常品瓦の基準最大値よりも低くなる実験結果に基づいている。
【０００９】
瓦を打撃して発生する音響信号を周波数分析すれば、音響レベル−周波数特性が得られる。比較的多く使われている桟瓦のような正常な、ひび割れが無い瓦の特性において、低い周波数から２番目に大きなピークが発生する周波数は瓦の湾曲部の両端を節とし、谷部を腹とする振動の固有周波数である。ひび割れが有る場合には第２のピークが発生する周波数が低下するので、正常な瓦での第２のピークが発生する周波数領域におけるレベルに着目すれば診断を行いやすい。
【００１０】
他の方法は周波数特性を求める必要が無く、最も単純な方法と考えられる。即ち、瓦を打撃時に発生する音響信号の最大値と正常品瓦の音響信号である基準最大値との差を計算し、瓦のひび割れの有無を診断するようにした。これは瓦にひび割れがあると音響信号は正常品瓦の値よりも低くなる実験結果に基づいている。
【００１１】
瓦の生産ラインの一部であるひび割れの検査を行う方法として、瓦をクッション材の支持体に載せ、瓦の上側、または下側から打撃し、瓦のひび割れの有無を診断するようにした。一例として、打撃装置を診断装置ケース内に収納し、ケースに設けた開口部から打撃用の弾性球を飛び出させ、瓦を打撃し、打音を検出し、瓦のひび割れの有無を診断する装置とした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の打撃によって発生する音響信号による瓦のひび割れ診断方法および診断装置は、音響信号を計測し、所定の周波数領域の最大値、あるいは全体的な音響信号の最大値から診断する方法を用い、瓦を載せて診断する装置を提供しているので、人手によらず、より定量的に、的確にかつ安価に瓦のひび割れを診断できる効果がある。瓦の生産ラインでの検査を容易に行える効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
打撃時に発生する瓦からの音響信号をアナログからデジタルに変換し、高速フーリエ変換などにより周波数分析し、所定の周波数領域の最大値を抽出し、その最大値と正常品瓦の音響信号である基準最大値との差を計算し、その差が所定の閾値以上かどうかにより瓦のひび割れの有無を診断するようにした。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の診断方法の一を示すフローチャートである。試験瓦から発生する打音をマイクにより検出し、音響信号をアナログからデジタルに変換し（Ａ／Ｄ変換）、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などにより周波数分析し、所定の周波数領域での最大値を抽出し、最大値と正常品瓦の音響信号である基準最大値との差を計算し、その差が所定の閾値以上かどうかにより瓦のひび割れの有無を判定するようにする。ここでは、打撃装置の打撃毎の打撃力バラツキが無視できるほど小さい条件の場合を対象にしている。
【００１５】
図２はひび割れ有無の瓦における音響信号の音響レベル−周波数特性の実測例を示す。ひび割れが無い、いわゆる正常な瓦の音響信号の音響レベル−周波数特性において第２のピーク（図２のＢ１）が発生する。第２ピークの周波数は、瓦の湾曲部の両端を節とし、谷部を腹とする振動の固有周波数である。正常な瓦の第２ピーク周波数のバラツキは、材料、形状、焼成などのバラツキにより決まるものであり、実験結果によると第２ピーク周波数の平均値ｆＮに対して０．９６ｆＮ〜１．０４ｆＮの範囲であった。ヒビ割れが有る場合には、第２ピーク周波数の値が低下し、第２ピークの値が低下する現象が発生する（図２のＢ１ｃｒ）。しかし、その低下の値が余り大きくないので、例えば、周波数領域０．９６ｆＮ〜１．０４ｆＮを周波数の窓として、図１の説明における所定の周波数領域とした。この領域で正常品瓦の音響信号である基準最大値との差を計算すると、より一層明確な差が得られようになり、判定しやすくなり、図１の方法を考案するに至った。
【実施例２】
【００１６】
図３は本発明の他の診断方法を示すフローチャートである。実施例１のように周波数特性を求める必要が無い方法である。試験瓦から発生する打音をマイクにより検出し、その音響信号の最大値と正常品瓦の音響信号である基準最大値との差を計算し、その差が所定の閾値以上かどうかにより瓦のひび割れの有無を判定するようにする。ここでは、打撃装置の打撃毎の打撃力バラツキが無視できるほど小さい条件の場合を対象にしている。
【実施例３】
【００１７】
図４は本発明の他の診断方法を示すフローチャートである。ここでは、打撃装置の打撃毎の打撃力バラツキが無視できない条件の場合を対象にしている。試験瓦から発生する打音をマイクにより検出し、音響信号をアナログからデジタルに変換し、高速フーリエ変換などにより周波数分析し、所定の周波数領域での最大値を抽出し、その最大値を打撃力により標準化し、標準化された最大値と正常品瓦の音響信号である基準最大値との差を計算し、その差が所定の閾値以上かどうかにより瓦のひび割れの有無を判定するようにする。
【実施例４】
【００１８】
図５は本発明の他の診断方法を示すフローチャートである。ここでは、打撃装置の打撃毎の打撃力バラツキが無視できない条件の場合を対象にしている。打撃力を検出し、試験瓦から発生する打音をマイクにより検出し、その音響信号の最大値を打撃力により標準化し、標準化された音響信号の最大値と正常品瓦の音響信号である基準最大値との差を計算し、その差が所定の閾値以上かどうかにより瓦のひび割れの有無を判定するようにする。
【実施例５】
【００１９】
量産設備での検査装置を考慮した瓦のひび割れ診断方法の具体的実施例を図６に示す。瓦の生産ラインの一部である割れの検査を行うために設ける診断装置１００を用いる方法である。検査を受ける瓦１１０を３個のクッション材の支持体１２０に載せる。弾性球１３０がケース上面１４０の上方へ打音口１５０から飛び出すようになっており、弾性球１３０が瓦１１０の下側を打撃するようになり、これによって瓦１１０から打音が発生する。図１に示した診断方法を対象とすれば、打音を診断装置１００の内部に収納したマイク１６０によって受信し、図示しないが、診断装置１００の内部に設けた増幅器により増幅され、Ａ／Ｄ変換器によりアナログ信号からデジタル信号に変換され、デジタル信号は周波数分析器により周波数分析される。その分析結果から瓦のひび割れ有無を診断する。その診断結果が表示器１７０に表示され、ひび割れ有の場合、スピーカ１８０から通報が鳴るようになっている。この方法では、正常品瓦の音響信号である基準最大値を求めるための学習機能を備えており、学習時と測定時の切替、各種の閾値設定、音量設定などはスイッチ、ダイヤル類１９０によって行う。
【実施例６】
【００２０】
瓦のひび割れ診断装置に使う打撃装置の具体的実施例を図７に示す。弾性球１３０がシャフト２００の頭部にあり、バランス球２１０がシャフト２００の後部に、その間に支点２２０を備えており、ソレノイド２３０によってシーソーのように駆動される。ソレノイド２３０のコイル２４０に電流を流し、駆動シャフト２５０を上方に駆動し、シャフト２００に備えた受け部２６０が蹴られると一点鎖線のように弾性球１３０が打音口１５０から跳ね上がり、瓦１１０を打撃する。その後、弾性球１３０は跳ね返りと重力により落下し、待機状態に戻る。バランス球２１０は重力に対して支点２２０における弾性球１３０とのバランスをとる作用がある。待機状態では、シャフト２００は軟質材からなるストッパー２７０で静止されている。
【００２１】
瓦の生産ラインの検査において、瓦を上記診断装置に載せる信号を測定開始の起動に使うこともできる。
【実施例７】
【００２２】
瓦のひび割れ診断装置に使う打撃装置の他の具体的実施例を図８に示す。図７に類似しているが、シャフトの代わりに板バネを使う場合である。板バネ３００に弾性球３１０が取り付けられており、板バネ３００の他端部は打撃装置の筐体支持部３２０に固定されている。板バネ３００の途中に磁性体片３３０が装着されている。ソレノイド３４０の駆動シャフト３５０の先端に永久磁石３６０が取り付けられており、バネ３７０に打ち勝って、常時磁性体片３３０を吸引し、待機状態を保っている。ソレノイド３４０のコイル３８０に駆動電流を流すと、永久磁石３６０が磁性体片３３０から離れ、磁力が弱まり、板バネ３００の作用により、勢いの付いた弾性球３１０が瓦１１０に跳ね上がり、瓦を打撃し、打音を発生する。コイル３８０の駆動電流を遮断すると、駆動シャフト３５０は元に戻り、永久磁石３６０が磁性体片３３０を吸引し、待機状態を保つ。
【実施例８】
【００２３】
瓦のひび割れ診断装置に使う打撃装置の他の具体的実施例を図９に示す。筒４００内に弾性球４１０をセットした実施例である。ソレノイド４２０のコイル４３０に電流を流し、駆動シャフト４４０を上方に駆動し、弾性球４１０を突き上げ、弾性球４５０のように瓦１１０の下面を打撃し、打音を発生する。その後、弾性球４１０は自然落下し、コイル４３０の電流が遮断されると待機状態に戻る。比較的簡易な構造になる特徴がある。
【実施例９】
【００２４】
さらに、瓦のひび割れ診断装置に使う打撃装置の他の具体的実施例を図１０に示す。筒５００内にセットした所定の高さに位置する弾性球５１０を瓦１１０の上面に自然落下させる構造である。支柱５２０に備えた制御箱５３０によってシャッター５４０は筒５００に設けた開口部５５０を介してその出入りが制御され、弾性球５１０を受け止めたり、落下させたりする。落下した弾性球５１０は瓦１１０の上面に当たると打音を発生し、反発して跳ね上がり、シャッター５７０により受け止められ、２度打ちを解消する。支柱５２０に備えた制御箱５６０によってシャッター５７０は筒５００に設けた開口部５８０を介して出入り制御される。受け止められた弾性球５１０は、例えば紐５９０が付けられており、支柱５２０に備えたモーター６００を動力源として、シャッター５４０の上部に引き上げられ、シャッター５４０の挿入により待機状態に復帰される。この状態で、紐５９０は十分緩められている。筒５００上部には、紐５９０の巻上げ、巻き戻し用の滑車６１０を備えている。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は主に瓦のクラックやひび割れの有無を診断する診断装置に適用されるが、当然にして瓦の検査ラインに組み込まれ、品質管理に利用されて効果を発揮するものである。
【００２６】
又、本発明は瓦以外のセラミックあるいはプラスチックまたは金属製品で瓦と同様の性状を有する部品あるいは製品の検査や診断にも適用でき、これらも本発明の技術的範囲内にある。
又、本発明は古いコンクリート製水道の本管の診断や土木建造物、橋梁等の診断にも将来利用される可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の診断方法を示すフローチャート
【図２】ひび割れ有無の瓦における音響信号の音響レベル−周波数特性の実測例
【図３】本発明の他の診断方法を示すフローチャート
【図４】本発明の他の診断方法を示すフローチャート
【図５】本発明の他の診断方法を示すフローチャート
【図６】瓦のひび割れ診断方法の具体的実施例
【図７】打撃装置の具体的実施例
【図８】打撃装置の他の具体的実施例
【図９】打撃装置の他の具体的実施例
【図１０】打撃装置の他の具体的実施例
【符号の説明】
【００２８】
１００：診断装置        １１０：瓦              １２０：クッション材の支持体
１３０：弾性球          １５０：打音口          １６０：マイク
１７０：表示器          １８０：スピーカ        １９０：スイッチ、ダイヤル類
２００：シャフト        ２１０：バランス球      ２３０：ソレノイド
２５０：駆動シャフト    ２７０：ストッパー      ３００：板バネ
３１０：弾性球          ３３０：磁性体片        ３６０：永久磁石
４００：筒              ４１０：弾性球          ４２０：ソレノイド
４４０：シャフト        ５００：筒              ５１０：弾性球
５４０：シャッター      ５７０：シャッター      ５９０：紐
６１０：滑車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006322823.tif 000009
【図８】
2006322823.tif 000010
【図９】
2006322823.tif 000011
【図１０】
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