(57)【要約】  反発により固体の圧縮強度を測定するための装置および方法が記載される。この方法および装置は、誤差源、つまり重力、内部摩擦および操作者による干渉（計器の不安定な保持）に対する減じられた影響され易さを有している。この改良は、衝突の直前直後の反発速度および突入速度の比を非接触に測定することにより得られる。ハンマ（３）の質量をプランジャ（５）の質量に合わせることによって、高い効率と、衝撃エネルギの、角度による少ない変動と、軽い重量とが得られる。本発明の付加的な利点は、測定の拡大された範囲および単純化された機械的な調節、較正、保守である。
2010539495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体、特にコンクリートの圧縮強度の非破壊測定に用いられる装置であって、当該装置が、
軸線（Ａ）に沿って移動可能な、固体を調査するための先端部を有するプランジャ（５）と、
前記プランジャ（５）に対して衝突するために軸線（Ａ）に沿って移動可能なハンマ（３）と、
前記ハンマ（３）を前記プランジャ（５）に向かって駆動するための駆動機構（６）とを有しており、これにより前記プランジャ（５）を前記固体に対して衝突させて、前記ハンマ（３）の反発を生ぜしめ、
さらに前記ハンマ（３）の少なくとも２つの反発速度を反発中の異なる時間に測定するセンサ（１２）と、
少なくとも２つの反発速度に応じて前記固体の圧縮強度を示すパラメータを計算する制御ユニット（２４）とを有していることを特徴とする、固体の圧縮強度の非破壊測定に用いられる装置。
【請求項２】
前記センサ（１３）が、前記ハンマ（３）の少なくとも１つの突入速度を、プランジャ（５）に対する衝突の前に測定するようなっており、前記制御ユニット（２４）が、少なくとも１つの突入速度に応じて前記パラメータを計算するようになっている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記制御ユニット（２４）が、前記突入速度を、突入速度の許容可能な範囲と比較するようになっていて、前記突入速度が、突入速度の許容可能な範囲に当てはまらない場合に警告を発生させるようになっている、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記制御ユニット（２４）が、前記突入速度と、前記反発速度の少なくとも一方との比（Ｑ）を生ぜしめる、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記センサ（１３）が、前記ハンマ（３）の少なくとも２つの突入速度を衝突の前の異なる時間に測定するようになっていて、前記制御ユニット（２４）が、前記少なくとも２つの突入速度に応じて前記パラメータを計算する、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記センサ（１３）が、少なくとも第１の突入速度と第１の反発速度とを、前記プランジャ（５）の第１の区分が前記センサ（１３）を通過した時に測定し、第２の突入速度と第２の反発速度とを、前記プランジャ（５）の第２の区分が前記センサ（１３）を通過した時に測定するようになっており、前記制御ユニット（２４）が、第１の反発速度と第１の衝突速度との第１の比（Ｑ１）と、第２の反発速度と第２の衝突速度との第２の比（Ｑ２）とを計算するようになっている、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記制御ユニット（２４）が、前記比（Ｑ１，Ｑ２）の平均値を計算するようになっている、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記プランジャ（５）が、前記ハンマ（３）の質量とほぼ等しい質量を有している、請求項１から７までいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
少なくとも１つの加速度計（２０）が設けられており、前記制御ユニット（２４）が、該加速度計（２０）により生成された信号に応じて前記パラメータを補正するようになっている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記加速度計（２０）が、前記軸線（Ａ）に沿った加速を測定するようになっている、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
少なくとも前記パラメータを表示するためのディスプレイ（１８）が設けられており、当該装置が、前記加速度計（２０）により測定された当該装置の向きに応じて、表示されるテキストを方向調整しかつ／または移動させるようになっている、請求項９記載の装置。
【請求項１２】
前記制御ユニット（２４）が、前記プランジャ（５）に対する前記ハンマ（３）の衝突位置を測定し、該衝突位置を前記パラメータの計算時に使用するようになっている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
前記センサ（１３）が、前記プランジャ（５）上の第１のマークの通過を検出するようになっており、前記制御ユニット（２４）が、前記衝突位置を、衝突前および反発中の第１のマークの通過の間に経過する時間（ΔＴ）から測定するようになっている、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
ハンマ（３）の表面に複数の突出部（１１）が設けられており、前記センサ（１３）が、該突出部により遮られる少なくとも１つの光ビームを発生させる光バリヤを有している、請求項１から１３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
前記センサ（１３）が、前記ハンマ（３）の通過中に前記突出部（１１）により次々に遮断される少なくとも２つの光検出器（１４）と、該２つの光検出器（１４）からの信号の差を測定する増幅回路（１６）とを有している、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記突出部（１１）が、前記ハンマ（３）の円柱形の外面に沿って延びている、請求項１４または１５記載の装置。
【請求項１７】
前記突出部（１１）が、前記衝突時に前記光バリヤの領域内に位置しているように配置されている、請求項１４から１６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１８】
固体、特にコンクリートの圧縮強度の非破壊測定に用いられる方法において、
プランジャ（５）の先端部を固体に対して配置するステップと、
軸線（Ａ）に沿って可動なハンマ（３）を、前記プランジャ（５）に向かって衝突させるために駆動させ、これにより前記ハンマ（３）の反発を生ぜしめるステップと、
前記ハンマ（３）の少なくとも２つの反発速度を前記反発中の異なる時間に測定するステップと、
前記少なくとも２つの反発速度を用いて、前記固体の圧縮強度を示すパラメータを計算するステップと
を含むことを特徴とする、固体の圧縮強度の非破壊測定に用いられる方法。
【請求項１９】
前記ハンマ（３）の少なくとも１つの突入速度を、前記プランジャ（５）に対する衝突の前に測定し、該突入速度を、前記パラメータを計算するために使用する、請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体、特にコンクリートの圧縮強度の非破壊測定に用いられる方法および装置に関する。
【０００２】
背景技術
５０年代から、試験したい面に衝撃を与えるための画定された先端部を有する装置を用いて、コンクリートの圧縮強度を評価する方法が使用されている。
【０００３】
最も知られた方法はいわゆるシュミットハンマ法である。シュミットハンマ法では、ばねを伸張させ、この伸張させたばねにハンマ（mallet）を駆動させることによって、規定された衝撃エネルギを発生させる。このハンマは、同様にプランジャを打撃し、プランジャは衝撃を試験面に伝達する。
【０００４】
衝撃でコンクリートが圧縮され、エネルギの一部は塑性変形により吸収される。残ったエネルギは戻されて、プランジャを反発させる。次いでこの反発はハンマに戻るように伝達される。次いでハンマは、当該ハンマの動力学的なエネルギがばねの変形エネルギに完全に変換されるまで、ばねを圧縮させる。ばねの最大圧縮点は、ドラグ式指針（drag pointer）を用いて記録される。ドラグ式指針の位置は、計器の外側から読むことができる。この計器の示数は、ハンマの最大反発行程を意味するＲ値として表される。典型的なＲ値は、Ｒ＝２０からＲ＝５５に及ぶ。
【０００５】
図３は、ハンマの反発値を、どのように圧縮強度の指示に変換することができるかを示している。３つの曲線によって示されるように、ユニットが作動する角度が及ぼす著しい影響がある。傾斜面を測定する場合、角度が評価されなければならず、値を曲線設定から補間する必要がある。
【０００６】
このような方法では、対象となる信号が複数の誤差要因により偽られる。通常、これらの誤差は合計すると測定された値の１５％から２０％にまでもなり得る。反発エネルギが小さければ小さいほど、パーセンテージの誤差への関与はますます大きくなる。特に、２０に満たない反発値の場合、重力および摩擦により吸収されるエネルギは、反発エネルギに近くなる（Dr. K. Gaede著  Schriften des Deutschen Ausschuss fuer Stahlbeton）。
【０００７】
摩擦の影響を最小限度に留めるために、装置は慎重に調整され、かつ頻繁に洗浄され検査されなければならない。これら全ての要因が装置のコストを上昇させ、反発法の限られた採用を招く。
【０００８】
デジタル電子機器およびＬＣＤディスプレイ（液晶ディスプレイ）の出現により、多くの企業が、計器を「デジタル化」した。機械的なドラグ式指針の位置を読まなければならない代わりに、これらのユニットは数値式ディスプレイを備えている。この点に至るまでは、このような計器は、単に、ドラグ式指針の終点位置を接触手段または非接触手段（光学的センサまたはホールセンサ等）によって電気的な値に変換していただけである。表示電子機器は、別個のボックスであるか、または計器に直接に組み込まれ得る。このようなユニットは１０年来市場に出ている。
【０００９】
図１は、典型的なシュミットハンマの断面図である。このシュミットハンマは、ドラグ式指針２の位置を電気的な値に変換するためのリニア・ポテンショメータ１を備えている。この電気的な値は、コネクタを介して外部の表示ユニットに伝送される。その他の全ての機械的な部分は原形の機械的なシュミットハンマと１００％同一である。ガイドロッド４上を移動して、プランジャ５を打撃するハンマ３が、衝撃ばね６により引っ張られている。
【００１０】
ハウジング７および解除／再負荷機構８についても、念のために言及しておく。
【００１１】
数値式の読出し（readout）を有する、"組込み式の"モデルは、ドラグ式指針のためのセンサ回路を備える標準的な機械的なユニットに基づく。
【００１２】
上記の解決手段は全て、機械的なドラグ式指針表示器に固有の問題を有している。
１）反発値は、被験面の傾斜に依存する（ハンマへの重力の影響）；
２）読みは、装置の内部摩擦に依然として依存したままである（ガイドロッド上でのハンマの移動およびドラグ式指針の摩擦）；
３）ハンマとプランジャとの間の動力学的なエネルギの伝達効率は、２つの質量の不整合により、一定ではない；
４）衝撃エネルギ（ばねの長さ）および各計器のゼロ位置は、手動で調整しなければならならず、このことはコストならびに調整不良の機会を増大させる；
５）衝撃エネルギは、重力のために入射角に依存する；
６）読み（reading）は、作業者が機器を操作する方法、つまり勢いよく操作するか控えめに操作するかに依然として依存したままである（固定された座標システムに関するハウジングの速度）。
【００１３】
米国特許第５１７６０２６号明細書（リーブ，ブルナー）（図２）には、反射形光学式検出器７ａに含まれる変換器と、全長にわたって不透明な物質を充填された複数の凹部８を備えるハンマ３とを用いてハンマの反発行程を測定する装置が記載されている。この方法では、ドラグ式指針と、当該ドラグ式指針の摩擦とが排除されているものの、他の誤差源（ハンマへの重力の影響、ガイドロッド上におけるハンマの摩擦、ばねのゼロ位置）は、依然として結果に影響を与えている。さらに、反射式センサの体系は、汚れや指紋に影響され易いこと（susceptibility）により、欠けている。この種の装置は、商業的に限られた成功しか得ていない。図１に示した実施形態は、設計が「粗雑」であるにもかかわらず、先端技術として残っている。
【００１４】
金属の硬度の評価に使用されている技術をシュミットハンマに適用しようとする試みが成されたが（米国特許第４０３４６０３号明細書）、これまでのところこの取組みは失敗している。
【００１５】
工場での使用を意図した上記の技術では、ハンマが直接にサンプルに衝突し、衝撃装置のハウジングは被験面に載置される。
【００１６】
注：
ａ）シュミットハンマは、主に野外にある状態で使用され、埃および湿気に対してシールされていなければならない。したがってハンマは、被験面に直接に衝突することができないが、ハンマのエネルギをプランジャ５を介して伝達しなければならない。この設計は、可動のプランジャ５と計器ハウジング７との間のシール９を可能にする。
ｂ）シュミットハンマの負荷機構およびトリガ機構は、このユニットがプランジャ上に置かれていて、計器のハウジング上には置かれていないものである。
【００１７】
発明の開示
したがって、本発明の概略的な目的は、冒頭に記載した形式の装置を改良して、被験固体の圧縮強度を示すより正確なパラメータを測定する装置を提供することである。
【００１８】
この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を有する装置および請求項１８に記載の方法により解決される。
【００１９】
したがって、当該装置はセンサを備えており、このセンサは、ハンマの少なくとも２つの反発速度を、当該ハンマの反発運動中にそれぞれ異なる時間に測定する。次いで、測定された少なくとも２つの速度を用いて、装置の制御ユニットが固体の圧縮強度を示すパラメータを計算する。
【００２０】
この技術は、衝突の直後の速度の測定が、従来の反発高さの測定よりも正確であるという認識に基づいている。なぜならば、反発速度を、反発運動の早い段階で測定することができ、したがって、重力や摩擦による誤差が著しく発生しにくくなるからである。さらにこの技術は、反発速度の単独の測定は、計器が反発中に受ける著しい機械的擾乱による誤差を生じるという認識に基づいている。機械的擾乱は、主に、ハンマとプランジャとの間およびプランジャと固体との間の衝突の反動によるものである。しかし、機械的擾乱は、測定において一時的なグリッチを発生させるだけなので、２つ以上の速度を検出することによって、グリッチの影響を効率的に認識しかつ／または排除することができる。
【００２１】
さらに、当該装置が、ハンマの少なくとも１つ、特に少なくとも２つの突入速度を、プランジャに対する当該ハンマの衝突前に測定するようになっていると有利である。突入速度は、測定されたパラメータをさらに正確にするために使用することができる。なぜならば、突入速度を知ることによって、重力、摩擦およびばね疲労のような衝突前の誤差を補償することができるからである。
【００２２】
さらに当該装置が、ハンマとハウジングとの間の同じ相対的な位置で計測された、突入速度に対する反発速度の比を計算するようになっていると有利である。
【００２３】
プランジャが、ハンマの質量とほぼ等しい質量を有していると有利である。この手段の利点は２つある。第１には、プランジャとハンマとの等しい質量は、ハンマとプランジャとの間の完全なエネルギ伝達を保証し、これにより計器の精度が増す。特に、ハンマの動力学的な全てのエネルギがプランジャに伝達される間、衝撃はハンマをほぼ停止させる。ハンマがほぼ静止している間に、プランジャが固体を打撃して、残留している全エネルギをプランジャに戻すように反発する。これとは逆に、先行技術による計器では、ハンマは一般的にプランジャよりもはるかに重く形成されている。したがって、プランジャに伝達されるエネルギはより小さく、ハンマは、衝突後に停止せず、プランジャを複数回打撃する傾向にある。その結果、測定は予想不可能なものになる。さらに、プランジャのエネルギの一部だけがハンマに戻るように伝達される。したがって、装置の感度が低下する。第２には、従来の計器よりも軽いハンマを使用することによって、ハンマを高い速度に加速させることができる。したがって、重力がハンマの動きに影響を与えるための時間が短縮され、計器の精度が増す。衝突速度／衝撃エネルギの変動の低減は、衝撃エネルギが国際規格によって規定された公差の範囲に収まることを保証するために役立つ。したがって、この計器は、総体的に小さな質量を有している。
【００２４】
本発明は特にコンクリートの圧縮強度の測定のために適している。
【００２５】
本発明は、装置と方法とに関する。特に、装置に関する特許請求の範囲に記載された、方法に関係する特徴を、方法に関する請求項の特徴として実施することも、またこれとは逆のことも可能であることに留意されたい。
【００２６】
本発明の以下の詳細な説明を考察すれば、本発明をより一層理解でき、また上記の目的とは別の目的も明らかになろう。この説明は、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】リニア・ポテンショメータを有する第１の従来技術の計器を示す図である。
【図２】全長にわたって反射パターンを有するハンマを備えた第２の従来技術の計器を示す図である。
【図３】従来のシュミットハンマのための変換曲線を示すグラフである。
【図４】本発明の好適な実施形態の主要構成部分を示す斜視図である。
【図５】光学検出器からの信号の処理のための回路を示す図である。
【図６】装置の分解図である。
【図７】センサにより検出されたサンプルの波形を示す図である。
【図８】係数Ｑの圧縮強度への変換を示す図である。
【００２８】
図４は、衝突時における、装置の有利な実施形態の重要な部分を示した図である。見易くするためにハウジングは省略されている（図６に全体的なハンマユニットを示した）。軸線Ａに沿ってガイドロッド４上を移動し、かつ衝撃ばね６により引っ張られてプランジャ５に衝突するハンマ３に注目されたい。衝撃ばね６は、当該ハンマ３をプランジャ５に向かって駆動するための駆動機構として作用する。これらの部分は、たとえば米国特許第５１７６０２７号明細書に開示された従来の実施形態と実質的には同一である。しかし、ハンマ３の質量は、いまやプランジャの質量に一致するように減じられている。このことは、ハンマがプランジャに向かって移動したときに、ハンマのエネルギがプランジャに一撃で伝達され、かつ反発時にはエネルギがプランジャからハンマに一撃で伝達されることを確実にしている。従来のユニットでは、無作為な数の複数の接触が行われ、それによってエネルギの一部が失われる。この設計における別の利点は上述の通りである。
【００２９】
衝撃ばね６が、従来技術による計器におけるものと同じであることに留意されたい。衝撃ばね６は、０．７６Ｎ／ｍｍのばね定数を有していて、Ｅ＝２．２２Ｎｍの衝撃エネルギを得る７５ｍｍにまで伸張される。
【００３０】
ハンマ３は、１１５グラムの重さしかない。したがって、ハンマ３は、Ｖ＝ｓｑｒｔ（２*Ｅ／ｍ）＝６．２１ｍ／ｓの速い速度で移動する。したがって、移動の時間が減じられて、重力がハンマの加速または減速へ与える作用が同様に減じられる。
【００３１】
ハンマ３の速度を測定するためには、ハンマ３が、台形にカットされた、円周方向の複数のリブ１１を備えており、これらのリブ１１は、ハンマ３の円柱形の外面上に突出部を形成している。これらのリブ１１は、通過時に、当該リブ１１が二重光バリヤ（Dual light barrier）１２のビームを遮るように配置されている。このビームは、ハンマ３に対して接線方向に向けられている。
【００３２】
二重光バリヤ１２は、赤外線源１３と、二重光検出器１４とを有している。二重光検出器１４は、１ｍｍ２の２つの検出エリアを有していて、２つの検出エリアはそれぞれ、ハンマ３および当該ハンマ３のリブ１１の、光バリヤ１２の位置の通過時に、交互に照射されるか遮断されるように配置されている。
【００３３】
図５に示すように、２つのセンサエリアの出力部は、差動増幅器１６（ＴＩ  ＩＮＡ３２１）に接続されている。この差動増幅器１６の出力部は、装置内部のプリント回路基板１７上に配置された制御ユニット２４（ＴＩ  ＭＳＰ４３０Ｇ）のＡ／Ｄポートに接続されている。
【００３４】
エンコーダの静止部分、すなわち光バリヤ１２が、回路基板１７上に直接に配置されている様子に注目されたい。さらに、回路基板１７は、他の全ての電子的な構成部分、特に制御装置２３を有するドットマトリックスディスプレイ１８と、バッテリ２２と、ユニットを制御するための単独ボタンとを支持している。
【００３５】
さらに二軸加速度計２０が回路基板１７上に配置されている。この二軸加速度計２０は、マルチタスクを提供する。この二軸加速度計２０は、測定段階中にハウジングの加速を監視して、ハウジングの動きの補償を可能にする。さらに二軸加速度計２０は、傾斜角度を検出して、測定されたパラメータを精密に調整することができる。
【００３６】
さらに二軸加速度計２０は、カーソルキーの代わりに、ディスプレイ１８上に表示されるテキストおよび記号を、スクロール（移動）、スワップ（入れ替え）または方向調整するために使用される。特に、二軸加速度計２０は、装置のどの面が上側か下側かを検出して、これに基づいてディスプレイ上のテキストを最も読み易くするために回転させる。使用者が装置を規定された方向に傾けた場合に、長いテキストやテキストに表示された画像を、スクロールさせる、またはディスプレイに沿って移動させることもできる。
【００３７】
バッテリを充電し、かつユニットを外部装置、たとえばコンピュータに接続するためのＵＳＢコネクタ２１が設けられている。
【００３８】
図６は、本設計によって、埃や湿気に対して完全にシールされたハウジング７内に、どのようにユニット全体を封入することができるかを示している。
【００３９】
図７は、制御ユニット２４の１２ビットＡ／Ｄ変換器によりサンプリングされるような典型的な信号を示している。図７には、ハンマとプランジャとの間のおおよその衝突の瞬間が線Ｘにより示されている。
【００４０】
これらの一連の信号発振は、衝突前、ならびにハンマの反発中に検出される。この発振の周波数または周期はハンマの速度を示している。
【００４１】
この実施形態では、絶対速度が、衝突前に少なくとも２回、かつ反発中に少なくとも２回検出される。速度は、信号のゼロ交差を計算し、かつ連続的な立ち上がり（rising）ゼロ交差および立ち下がり（falling）ゼロ交差の間の距離を計算することにより測定される。
【００４２】
図７に示した例では、少なくとも第１の平均突入速度および第２の平均突入速度が、衝突前の異なる時間に、最後の２つの立ち下がりゼロ交差の間の周期ＩＮ１および最後の２つの立ち上がりゼロ交差の間の周期ＩＰ１から計算される。同様に、第１の平均反発速度および第２の平均反発速度が、反発中の異なる時間に、最初の２つの立ち上がりゼロ交差の間の周期ＲＰ１および最初の２つの立ち下がりゼロ交差の間の周期ＲＮ１から計算される。
【００４３】
図７に点で示された、増幅器１６からの信号のサンプル率は、分析されるべき波形に関して比較的低い。十分な分解能を得るためには、ゼロ交差の正確な発生が、ゼロラインＺの両側における２つのサンプル間の線形補間によって得られる。
【００４４】
フォトインタラプタにより検出された波形は、ほぼ左右対称である。図の右側は突入速度／反発速度の比で伸張させられる。
【００４５】
しかし、注意深く観察すると、摩擦、重力およびばねの戻し力に基づいて、衝突点Ｘから離れる毎に減速していることがわかる。
【００４６】
したがって、有利には、衝突点に極めて近接した対応する周期をペア毎に除算することにより、反発速度に対する突入速度の比、つまり係数"Ｑ"が定義される。ペア毎の除算は、ハンマの同じ区分で測定された反発速度および衝突速度の除算により最適に実行される。つまり、係数Ｑ  Ｑ１＝１００*（ＩＮ１／ＲＰ１）を計算するために、周期ＲＰ１から求められた第１の反発速度Ｖｒ１を、周期ＩＮ１から求められた第１の突入速度Ｖｉ１で割る。なぜならば、第１の反発速度Ｖｒ１と突入速度Ｖｉ１とはハンマ３の同じリブ１１で測定されるからである。その結果、リブの汚れおよび機械的な欠陥による誤差は排除される。同様に、第２の係数Ｑ  Ｑ２＝１００*（ＩＰ１／ＲＮ１）を計算するために、周期ＲＮ１から求められた第２の反発速度Ｖｒ２を、周期ＩＰ１から求められた第２の突入速度Ｖｉ２で割る。固体の圧縮強度を計算するために使用される最終的な係数Ｑは、平均値、つまり平均的なＱ値＝（Ｑ１＋Ｑ２）／２として計算される。
【００４７】
より多くの比を平均するか、または統計を用いて処理することもできるが、摩擦、重力およびばね値に基づいて、速度は、サンプルが衝突時間から遠ざかるほど変化することを考慮する必要がある。
【００４８】
他方では、反発速度の減衰を評価して、システム内に過度の摩擦が存在することを使用者に警告するために使用することができる。
【００４９】
係数Ｑは、前述の副作用からほぼ影響を受けないので、「真の」反発係数として考慮することができる。したがって、本発明による方法は、具体的な圧縮強度を評価するための新しい基準を設定するのではなく、拡大された範囲にわたって、より信頼性の高い結果を生ぜしめる。
【００５０】
さらに、国際規格により規定された２．２０７Ｎｍ±６％の衝撃エネルギを確認するために突入速度を使用することができる。衝撃エネルギは、典型的には、Ｅ＝０．５*０．１１５ｇ*（６．１２ｍ／ｓ）２＝２．２２Ｎｍである。
【００５１】
ハンマの質量が一定なので、衝撃エネルギを監視することは、突入速度を、突入速度の許容範囲と比較することにほぼ一致する（または、ＩＮ１またはＩＰ１のような図７に示す突入信号トレースの周期の１つを許容時間範囲と比較することと同じである）。装置は、突入速度が、突入速度の許容範囲に当てはまらない場合に、警告を発することができる。加速度計の出力を読むことにより、装置は、突入速度のどの部分が重力により生ぜしめられ、どの部分が装置の機構により生ぜしめられたかを識別することができる。
【００５２】
（この点で、読者は先行技術米国特許第５１７６０２６号明細書（リーブ，ブルナー）との違いが分かる。この米国特許明細書に記載の装置では、反射式の光学検出器が使用されて、ハンマの反発行程を評価するが、突入速度に対する反発速度の比はもちろん、ハンマの速度も評価しない）。
【００５３】
係数Ｑは、固体の圧縮強度を示すパラメータである。この係数Ｑは、多数の実験室試験および実地試験を実施することによって、Ｎ／ｍｍ２のような物理的な単位に変換され得る。この場合、試験では、１５０ｍｍｘ１５０ｍｍｘ１５０ｍｍのサイズの立方体が、本発明による装置を用いて評価され、次いでプレス手段により破壊される。
【００５４】
圧縮強度と係数Ｑとの関係を示すグラフが図８に示されている。ここでは、被験面のあらゆる角度方向のために、唯１つの変換ラインしか示されていないことに注目されたい。その理由は、上述のように、この曲線が、機械的なシュミットハンマに適用されるような曲線と異なっていることにある（大まかな近似値として、曲線を、Ｑ≒Ｒｘ１．１２と設定し得る）。Ｑの目盛りは、５Ｎ／ｍｍ２から１５０Ｎ／ｍｍ２以上の広い範囲の圧縮強度に対応する。
【００５５】
図８に示す曲線を描く較正データは、本装置内の制御ユニットに記憶させることができ、したがって制御ユニットは、測定された係数Ｑを立方体の圧縮強度に変換させることができる。圧縮強度への変換は、十分な個数の係数Ｑの平均値を計算した後に行われる。
【００５６】
測定の結果は、棒グラフの形および／または数値としてディスプレイ１８に表示され得る。結果は、係数Ｑ、図８の曲線により得られるような立方体の圧縮強度、また測定された材料の強度を示す別の適切な値であってよい。
【００５７】
図４から判るように、または図７に示す信号からも判るように、突出部またはリブ１１は、当該突出部またはリブ１１が衝突時に光バリヤ１２の範囲に位置しているように配置されている。これにより、突入速度を衝突の直前に、反発速度を反発運動の開始直後に測定することができる。したがって、測定された速度は、衝突時の状況を最適な形式で再現し、この測定された速度は摩擦、重力またはハンマ３上のばね６の制動作用によって偽られていない。
【００５８】
既に述べたように、当該装置には、加速度計２０が設けられている。この加速度計２０の出力信号は、測定されたパラメータを補正するために制御ユニットにより使用される。
【００５９】
有利には、加速度計２０が、少なくとも軸線Ａに沿った加速を測定できると望ましい。この加速度計２０は、重力の影響およびハンマの運動中の装置ハウジングの突発的な動きを評価し、測定された結果を補正することを可能にする。
【００６０】
特に、加速度計２０が、ハンマの動きの測定中（つまり、上記の例では、ハンマの解除から周期ＩＰ１およびＲＮ１の間の期間）に、軸線Ａに沿った一定の非ゼロの加速（non-zero acceleration）を測定した場合、測定中に、ハウジングは加速されなかったものの、一定の重力成分がハンマ３の動きに影響を与えていたことが推測される。この場合、突入速度Ｖｉ１、Ｖｉ２ならびに反発速度Ｖｒ１およびＶｒ２を補正する必要はない。
【００６１】
軸線Ａに沿った一定ではない、著しい加速が計測された場合、この一定ではない加速は、重力を表す一定の寄与分と、ハウジングの加速ａを表す、一定ではない寄与分とに分けられる。一定の加速が重力に起因するのに対し、一定ではない加速成分は、突入速度および反発速度の測定時におけるハウジングの速度を計算するために積分することができ、突入速度および反発速度と以下のように加算／減算される。
【００６２】
【数１】
2010539495.tif 000003
【００６３】
ここでＫ＝１．．．Ｎであり、Ｎは衝突の前後における速度測定の回数（上記の例ではＮ＝２）であり、Ｖ’は補正された速度測定を示し、ｔｒｋはＶｒｋの測定とハンマの解除との間の期間を表し、ｔｉｋはＶｉｋの測定とハンマの解除との間の期間を表し、ａは軸線Ａに沿って測定された加速度を表す。
【００６４】
衝突中のハンマのエネルギと同じく、衝突の時間は、衝突時にプランジャがどこに位置していたかに関係する。特に、小型のばね（従来技術の実施例を示す図１では符号１０で示されている）が、衝突中にプランジャ５をガイドロッド４から外すために、ガイドロッド４とプランジャ５との間に配置されていることに注目されたい。使用者がどの程度強く計器を被験固体に押し付けるかに応じて、ばねの長さが変化し、その結果、（ガイドロッド４はハウジング７に固定的に結合されているので）プランジャ５の衝突位置が変化し得る。たとえば、使用者が装置を固体に対して強く押し付けた場合、プランジャは計器内により深くに位置していて、ハンマ３の加速のための移動距離は、使用者が装置を固体に対して弱く押し付けた場合に比べて短くなる。
【００６５】
衝突中のプランジャの位置は、図７に示した信号の、衝突Ｘの前後の最初の発振と最後の発振の位置から求められる。図７の例では、衝突Ｘの前の最初との立ち下がりゼロ交差と衝突後の最初の立ち上がりゼロ交差との間の時間ΔＴは、衝突中のプランジャ５の位置に関連する。この時間ΔＴは、リブ１１の最後のエッジが衝突前にセンサ１３を通過した時間と、同一のエッジが反発中にセンサ１３を通過した時間との間の期間に相当する。リブエッジの代わりに、ハンマ上の別の検出可能なマークをこの測定のために使用することができる。
【００６６】
有利な実施形態では、プランジャの種々異なる位置のために、基準測定が、当該計器を用いて、既知の圧縮強度のサンプルに対して実行される。それぞれの測定のために、時間ΔＴと、測定されたパラメータの、該パラメータの正常値からの偏差とが記録される。これによって、測定されたパラメータの値を、時間ΔＴの関数としてどのように補正するかの、発見的な較正データを構築することができる。この較正データは、制御ユニット２４に記憶させられる。
【００６７】
説明した装置は、多数の利点を有している。特に、この装置は、圧縮強度を示すパラメータを、装置の傾きを補正する必要なく正確に記録する。装置は、衝突の直前および直後のハンマの速度を非接触の方法で正確に測定し、その結果、重力、摩擦および反発中のばね６の制動運動からほぼ影響を受けていない結果を生ぜしめる。装置は、たとえば５〜１５０Ｎ／ｍｍ２である、目下のところ到達可能な値の上側および下側の範囲の圧縮強度のための信頼性のよい結果を生ぜしめる。さらに、使用者にとって使いやすい読出しを有するディスプレイを直接ユニット上に備えている。さらに、この装置は、組立て、較正および取扱いが簡単である。
【００６８】
ここでは、本発明の実施例を図示し説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、多くの修正および変更をなすことができることが明らかである。
【図１】
2010539495.tif 000004
【図２】
2010539495.tif 000005
【図３】
2010539495.tif 000006
【図４】
2010539495.tif 000007
【図５】
2010539495.tif 000008
【図６】
2010539495.tif 000009
【図７】
2010539495.tif 000010
【図８】
2010539495.tif 000011
【国際調査報告】
2010539495.tif 000012
2010539495.tif 000013
2010539495.tif 000014