(57)【要約】【課題】長い処理時間や高価な分析装置を必要とせず、まこ検査に携わる人の熟練も必要とせず、精度と信頼性もそこそこに高い固体内部の振動検査装置を提供する。【解決手段】この発明に係わる固体内部の振動検査装置は、検査対象の固体の表面を打撃してこの固体の内部構造に固有の固体内振動を励振し、この励振された固体内振動を受信して電気信号に変換するセンサ部(20)と、この電気信号に変換された固体内振動を処理する信号処理部(30)と、センサ部を検査対象の固体の表面に沿って移動させることにより検査対象箇所を走査する移動手段(50,51,52)とを備えている。そして、信号処理部(30)は、電気信号に変換された固体内振動に対して、Ｂスコープ表示処理を施して画面表示するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象の固体の表面を打撃してこの固体の内部構造に固有の固体内振動を励振し、この励振された固体内振動を受信して電気信号に変換するセンサ部と、この電気信号に変換された固体内振動を処理する信号処理部と、前記センサ部を前記検査対象の固体の表面に沿って移動させることにより検査対象箇所を走査する移動手段とを備えた固体内部の振動検査装置において、
前記信号処理部は、前記電気信号に変換された固体内振動に対して、Ｂスコープ表示処理を施して画面表示することを特徴とする固体内部の振動検査装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記センサ部の位置を検出する位置検出手段をさらに備え、前記信号処理手段は前記検出されたセンサ部の位置を示すマークを前記Ｂスコープ表示画面に重畳して表示することを特徴とする固体内部の振動検査装置。
【請求項３】
請求項１と２のそれぞれにおいて、
手動入力部をさらに備え、前記信号処理手段は前記手動入力部からの入力に応答して所定のマークを前記Ｂスコープ表示画面に重畳して表示することを特徴とする固体内部の振動検査装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のそれぞれにおいて、
前記固体の表面の打撃は電磁ハンマによって行われることにより、固体内部に自由振動が励振されることを特徴とする固体内部の振動検査装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のそれぞれにおいて、
前記励振された固体内振動の受信は、前記固体の表面から離して設置したマイクロホンによって行われることを特徴とする固体内部の振動検査装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のそれぞれにおいて、
前記検査対象の固体はコンクリート構造物であることを特徴とする固体内部の振動検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物の内部診断などに利用される固体内部の振動検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンクリート構造物の劣化が問題となっており、その内部の診断が必要とされている。従来、コンクリート構造物の内部の診断方法として、打音や超音波を利用する方法が種々提案されてきた。例えば、特許第２６１０３７８号（特許文献１）には、手動ハンマによる打撃音をマイクロホンで集音し、この音波をウェーブレット変換し、音響分析してコンクリート構造物の内部の空洞の有無を検査する方法が開示されている。
【０００３】
また、特開平７−２００９７号公報（特許文献２）には、エアーシリンダを利用したハンマでコンクリート製品を軽打して、この時発生する音波の音圧レベルを騒音計で検出し、その打音ピーク値の差によって良品か不良品かを判定する方法が開示されている。
【０００４】
さらに、特開２０００−２６９２号公報（特許文献３）には、コンクリート構造物の内部に超音波を入射し、伝播する超音波をこの構造物の表面に接触させた加速度計を用いて受信し、この受信した超音波の周波数スペクトルを分析することによってコンクリート構造物の内部の空洞の有無を検出する方法が開示されている。
【０００５】
また、特開２００２−２０２２９３号公報（特許文献４）には、固体壁面を打撃することによって固体内部に発生させた振動を受信し、この受信した振動を線型予測法によって分析し、共振周波数と共振のＱ値とに基づいて振動特性を検査し、良否を判定するという方法が開示されている。
【０００６】
さらに、本出願人の先願にかかわる特開２００３−１６６９７９号公報（特許文献５）、特開２００３−１８５６４４号公報（特許文献６）、特願２００２−０３１６９０号（特許文献７）は、特殊なハンマでコンクリート構造物の表面を打撃し、この時発生する音波をマイクロホンで受信し、この信号を線型予測法によって分析し、構造物の良否を判定する方法が開示されている。
【０００７】
さらに、本出願人の先願にかかわる特願２００３−１６７２１９号（特許文献８）には打撃された固体が発する振動を受信してサンプリングし、そのサンプル値の分散の大小に基づいて固体の内部状態を評価する方法が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特許第２６１０３７８号
【特許文献２】特開平７−２００９７号号公報
【特許文献３】特開２０００−２６９２号公報
【特許文献４】特開２００２−２０２２９３号公報
【特許文献５】特開２００３−１６６９７９号公報
【特許文献６】特願２００３−１８５６４４号公報
【特許文献７】特願２００２−０３１６９０号
【特許文献８】特願２００３−１６７２１９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来の各種の検査方法は、列車の車輪のネジのゆるみや割れの有無などを検査するために、古くから人手で行ってきた打診による検査方法を、コンピュータの処理能力の向上に合わせて自動化してきたものである。熟練者が手で打撃し、振動を耳で聴いて判断するという作業を、機械化・自動化することで、未熟練者でも検査作業に従事できるように客観化が図られてきている。発生した振動の処理方法としては、音圧レベル、周波数分布、数値解析などである。これら従来の方法は、どれも変換や解析に時間がかかるとともに、ソフトウェアの開発費も含め検査装置も高価になるという問題がある。
【００１０】
また、従来の各種の検査方法では、複雑な処理が行われるわりには、良否判定のための閾値の設定がむずかしく、検査の精度や信頼性が十分とはいえないという問題がある。例えば、コンクリート構造物の表面の塗装の状態や雨によるぬれ具合などのちがいによっても、良否判定の閾値を設定しなおすことなどが必要になる。その結果、いまだに熟練者の聴覚にたよった手動検査が実施されているというのが現状である。従って、本発明の目的は、長い処理時間や高価な分析装置を必要とせず、また、検査に携わる人の熟練も必要とせず、検査の精度と信頼性もそこそこに高い新規な固体内部の振動検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記従来技術の課題を解決する本発明に係わる固体内部の振動検査装置は、検査対象の固体の表面を打撃してこの固体の内部構造に固有の固体内振動を励振し、この励振された固体内振動を受信して電気信号に変換するセンサ部と、この電気信号に変換された固体内振動を処理する信号処理部と、前記センサ部を前記検査対象の固体の表面に沿って移動させることにより検査対象箇所を走査する移動手段とを備えている。そして、信号処理部は、電気信号に変換された固有振動に対して、Ｂスコープ表示処理を施して画面表示するように構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
特開平１１−３１１６７２号公報などに開示された超音波探査装置では、Ｂスコープ表示を採用している。このＢスコープ表示は、ある時点から反射信号の受信を開始し、受信した反射信号の包絡線の振幅を階段波形で近似して階段ごとに異なる着色や濃淡の階調を付与し、これら色彩や濃淡の階調に変換された振幅の変化の様子を受信開始直後からの経過時間を真下に、探査装置の超音波発射回数（移動距離など）を横方向に設定して二次元空間上に表示するものである。一方、コンクリート構造物などに対して熟練工が行う良否判定では、打撃によって発生する固体内振動の振幅と、振幅の変化の様子、特に、振動の持続時間（残響時間）が重要な因子となる。本発明におけるＢスコープ表示では、固体内振動の振幅は色彩や濃淡の階調によって表示され、この振幅の変化の様子は表示画面の真下への色彩や濃淡の変化の様子によって表示されるという具合に、未熟練者であっても視覚のみによって一目瞭然に認識できる。また、異常箇所の位置は、Ｂスコープ表示画面上の横方向の位置によって視覚のみによって一目瞭然に認識できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の最良の実施の形態によれば、センサ部の位置を検出する位置検出手段をさらに備え、上記信号処理手段は前記検出されたセンサ部の位置を示すマークを上記Ｂスコープ表示画面に重畳して表示することにより、異常箇所の位置が表示画面上で認識できるように構成されている。
【００１４】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、手動入力部をさらに備え、上記信号処理手段はこの手動入力部からの入力に応答して所定のマークをＢスコープ表示画面に重畳して表示することにより、異常箇所などの着目箇所の位置を表示画面上で識別可能となるように構成されている。
【００１５】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、固体の表面の打撃が電磁ハンマによって行われ固体内部に自由振動が励振されることにより、検査の精度が一層向上するように構成されている。
【００１６】
本発明のさらに他の好適な実施の形態によれば、励振された固体内振動の受信が固体の表面から離して設置したマイクロホンによって行われることにより、受信センサを表面に接触させる場合に問題となる、接触状況が検査結果に影響するという問題を除くことができるように構成されている。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明の一実施例に係わる固体内部の振動検査装置の構成を示す機能ブロック図である。この振動検査装置は、制御・駆動部１０、センサ部２０、信号処理部３０、表示部４０から構成され、各部は、車輪５１，５２の回転によって検査対象のコンクリート構造物の表面上を手動で移動する台車５０に搭載されている。制御・駆動部１０は、タイミング制御回路１１、駆動信号発生回路１２、手動スイッチ１３、停止スイッチ１４を備えている。センサ部２０は、電磁ハンマ２１、マイクロホン２２、距離パルス発生回路２３を備えている。信号処理部３０は、受信増幅回路３１、フィルタ３２、Ａ／Ｄ変換回路３３、出力増幅回路３４、信号多重化回路３５、Ｂスコープ映像化処理化回路３６を備えている。表示部４０は、ビデオ変換回路４１、液晶表示パネル４２を備えている。
【００１８】
制御・駆動部１０のタイミング制御回路１１は、一定周期の打撃開始信号を発生する。この打撃開始信号の発生周期は、200msec 〜500msec の範囲で変更可能となっている。駆動信号発生回路１２は、タイミング制御回路１１から打撃開始信号を受けると、20msec幅の駆動パルス信号を発生する。この駆動パルス信号を受けた電磁ハンマ２１は、コンクリート構造物の表面をごく短時間にわたってしかも一回だけ打撃する。検査対象のコンクリート構造物がその構造に固有の固体内振動を行うためには、打撃後のハンマが再び構造物を打撃する二度打ちはもちろんのこと、このハンマが打撃終了後に構造物の表面に接触していることも防止する必要がある。ハンマが構造物の表面に接触していると、構造物に励振された振動に対して負荷として作用することになる。この場合、構造物が無負荷状態で行う自由振動が実現できなくなる。この自由振動こそが、構造物ごとの固有の構造を反映する固体内振動である。本出願人は、この自由振動を実現するために特殊な電磁ハンマを開発した。その詳細については、必要に応じて本出願人の先願（特許文献５−７）を参照されたい。
【００１９】
このようにして、コンクリート構造物の内部に励振された固体内振動は、その表面から空気中に音波を発生する。この音波は、空中用受音器のコンデンサ・マイクロホンなどで構成されるマイクロホン２２に受信される。マイクロホン２２で受信された音波は、電気振動に変換され、受信増幅回路３１で増幅される。この受信増幅回路３１は、マイクロホン２２から出力される信号を低周波まで忠実に増幅するために、１ＭΩ以上の大きな入力インピーダンスを有する。このように、コンクリート構造物の表面から離してマイクロホン２２を設置する構成の採用により、接触状況の変動によって検査結果がばらつき信頼度が低下するという接触型のセンサを用いた場合の問題点を解決することができる。
【００２０】
受信増幅回路３１で増幅された受信信号は、300 Hz〜10ｋHz程度の通過帯域を有する帯域通過フィルタ３２で濾波される。通常のコンクリート構造物の打撃によって発生する自由振動の最高周波数は、一般的に10ｋHzていどであるため、これよりも高域の周波数成分は除去される。また、50Hzや60Hzの商用電源ハムの混入を防止するため、300 Hz以下の周波数成分も除去される。フィルタ３２から出力された受信信号は、Ａ／Ｄ変換回路３３と出力増幅回路３４に供給される。出力増幅回路３４は、入力信号を電力増幅して、ヘッドホン６０を鳴動させる。このヘッドホン６０は、センサ物体１０から離れた位置に存在する操作者であっても、信号処理部３０の近傍で固体内振動を聞くことができるようにするためのものである。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換回路３３は、フィルタ３２から供給されたアナログ形式の受信信号の振幅を適宜ビット幅、例えば３ビット幅のディジタル信号に変換し、信号多重化回路３５に供給する。この信号多重化回路３５は、ディジタル受信信号に距離パルスなどを時分割多重化するための回路である。
【００２２】
この信号多重化回路３５は、マイクロホンを介して受信した受信信号に、距離パルス信号のカウント値などの他の種類の信号を時分割多重化して、後段のＢスコープ映像化処理回路３６に供給するための回路である。この信号多重化回路３５は、図２の機能ブロック図に示ように、多重化器３５１、信号選択器３５２、距離パルスカウンタ３５３、マーク信号発生器３５４、単位時間発生器３５５を備えている。
【００２３】
距離パルスカウンタ３５３は、センサ部２０の距離パルス発生回路２３（図１）から供給される距離パルスをカウントし、５０カウントごとに状態が反転する２値信号を出力する。この距離パルスは、センサ部２０の距離パルス発生回路２３（図１）がこのセンサ部の移動距離を示す信号として発生するパルスである。すなわち、距離パルス発生回路２３は、この振動検査装置が搭載された台車の車輪５１，５２と連動しており、車輪が１回転する間に１０個の距離パルスを発生する。車輪５１，５２の１回転ごとにセンサ部２０は１０ｃｍだけ移動するので、距離パルスカウンタ３５３の出力は、センサ部２０が50ｃｍ移動するたびに反転する。この１ビットの２値化信号「０」と「１」が３ビット幅の信号「０００」と「１１１」に変換され、多重化回路３５１の一方の入力端子に供給される。      
【００２４】
多重化回路３５１は、信号選択器３５２から供給される３ビット幅の受信信号と、同じく３ビット幅の距離パルスカウンタ３５３の一方を交互に選択して時間軸上に配列することにより、時分割多重化信号を作成する。この多重化回路３５１の切替えタイミングは、単位時間発生器３５５の出力によって制御される。単位時間発生器３５５はワンショット・マルチバイブレータから成り、タイミング制御回路１１からの打撃開始信号を受けるたびに１msecの時間幅の矩形信号を発生する。すなわち、打撃開始信号の出現から１msecの間は、距離パルスカウンタ３５３から３ビット幅のカウント値が、この多重化器３５１を通してＢスコープ映像化処理回路３６に供給される。
【００２５】
信号選択器３５２は、二種類の３ビット幅の信号のうち一方のみを選択するための回路であり、受信信号とマーク信号発生器３５４が発生したマーク信号とのいずれかを選択して多重化器３５１に供給する。この信号選択器３５２の出力信号の選択は、図１の手動スイッチ１３から供給される手動スイッチ信号によって行われる。すなわち手動スイッチ１３が閉じられている期間だけマーク信号発生器３５４が発生した色彩や濃淡の階調の異なる各種のイベントマークが選択されて多重化器３５１の一方の入力端子に供給される。
【００２６】
Ｂスコープ映像化処理回路３６は、電磁ハンマ２１による打撃回数と各打撃からの経過時間とをアドレスとする二次元アドレスの構成のメモリ部と、このメモリ部への読み書き制御を行う読み書き制御部とから構成されている。このメモリ部は、図３に示すように、１番地から６４０番地まで図中で左方に増大される打撃回数アドレスと、１番地から４８０番地まで図中で下方に増大される時間アドレスとを有する。各アドレスに保持される固体内振動のデータは、後段の液晶表示パネル４２の縦×横が４８０×６４０の画素配列に対応している。各画素は３ビット構成であり、８種類の表示色または８階調の濃淡が表示される。
【００２７】
この二次元アドレス構成のメモリ部へのデータの書き込みは次のようにして行われる。まず、タイミング制御回路１１から供給される打撃開始信号に同期して、最も古い打撃回数アドレスのメモリ列へのデータの書き込みが開始される。この書き込みは、信号多重化回路３５から供給される３ビット幅のデータを、時間アドレスを１番地から480 番地まで0.033msec の周期で１番地ずつ増加させながら行われる。480 番地までの書き込みによって、この打撃回数アドレスへのデータの書き込みが終了する。このデータの書き込みは、最も古いデータに対する上書の形式で行われ、これによって最も古いデータの消去が同時に行われる。このデータの書き込みの終了によって、打撃回数アドレスの最新記憶アドレスと最古記憶アドレスは、それぞれ、図３中で左方に１列ずつずれることになる。
【００２８】
このように、打撃開始信号の周期でデータの書き込みを実行することにより、この二次元アドレス構成のメモリ部には、現時点から６４０回の打撃回数ぶんの受信信号が３ビット幅のディジタル・データとして記憶される。各打撃回数アドレスに記憶されているデータのうち、時間アドレスの１番地から３０番地までは、センサ部１の車輪の回転数を表す距離マークＭ１を表示するための表示データである。続く３１番地から４８０番地までに記憶されているデータは、手動スイッチ１３が非動作の開放状態では、コンクリート構造物の表面から受信した受信信号であり、手動スイッチ１３が閉じられていれば、マーク信号発生回数３５４で発生された３ビット幅のイベントマークＭ２を描くための描画データである。    
【００２９】
液晶表示パネル４２に表示される画面の一例を図４に示す。この表示画面の一例は、コンクリート構造物の検査結果を示すものであり、上述した二次元アドレスメモリ部のアドレス構成と同一の６４０×４８０画素で構成されている。図中の縦方向の画素列は、１回のハンマの打撃によって得られメモリ部の時間アドレス３１番地〜４８０番地から読み出された１〜１６msecの期間の受信信号である。この受信信号の振幅が異なる色彩や単一色の濃淡によって表示される。操作者は、色彩や濃淡によって受信信号の振幅を認識し、下方へ伸びた画像の長短によって残響時間の大小を認識する。この振動検査装置の操作者は、視覚で捕らえた上記受信信号の振幅と残響時間の長短によってコンクリート構造物の打撃箇所の良否を客観的に判定する。
【００３０】
図４の表示画面の右端の画素列は最新の打撃によって得られた受信信号、すなわち、センサ部２０の現在位置のコンクリート構造物についての打診検査結果を示している。左端の画素列はもっとも古い打撃、すなわち、６４０回ぶん前の打撃位置のコンクリート構造物についての打診結果を示している。１回の打撃が行われるたびに表示領域が左へスクロールされていく。この結果、センサ部２０の移動に伴い、コンクリート構造物の表面上の現在位置から一定時間×移動速度に相当する距離だけ戻った位置までの打診検査状況を、常時、観測することができる。
【００３１】
表示画面の上端部の時間アドレス１番地から３０番地までには距離マークＭ１が表示されており、検査状況の異常箇所を識別するための距離の尺度として利用される。また、操作者がセンサ部２０を移動させながら表示画面上で異常に気づいた時に、手動スイッチ１３を閉じると、画面内にイベントマークＭ２が描画される。この描画されたイベントマークＭ２は、異常箇所を識別するための目印として利用される。また、操作者が検査の記録として表示画面を写真撮影する場合などには、停止スイッチ１４を手動で操作することにより、タイミング制御回路１１の動作を停止させ、これによってＢスコープ表示画面のスクロールを停止させることができる。
【００３２】
図３のメモリ部と図４の表示画面とを対比すれば明らかなように、Ｂスコープ映像化処理回路３６内の二次元アドレスメモリ部の内容と、液晶表示パネル４２上の表示内容とは一致している。唯一異なる点は、二次元アドレスメモリ部の最新記録位置と最古記録位置とが打撃開始信号に同期して１列ずつ移動するが、液晶表示パネル上の表示画面では、常に、最新の信号の表示位置が右端に、最古の信号の表示位置が左端にそれぞれ固定されている点である。
【００３３】
これを実現するために、メモリ部の読み出しに関して、次のような工夫が凝らされている。すなわち、メモリ部からのデータの読み出しは液晶表示パネル４２の垂直、水平同期信号に同期して行われるが、水平同期信号に同期して行われる水平方向への表示データの読み出しは、最古の記憶位置の打撃回数アドレスから開始されたのち、図３の左方へと読み出し先の打撃回数アドレスが変更され、左端のアドレスに達すると右端のアドレスに跳んで、この右端から左方へと最新の記録位置まで読み出しのための打撃回数アドレスが変更される。図４の表示画面上では、水平同期信号に同期して左端から右方に走査されるので、常時，左端が最古の検査位置となり、右端が最新の検査位置となる。
【００３４】
打撃開始信号が出現するたびに、二次元アドレス構成のメモリ部の最古記憶位置が最新記憶位置へと更新されてゆく。これにともない表示画面上の左端の最古信号の画素列がこれよりも一つだけ少ない打撃回数によって得られた受信信号の画素列が左端に表示される。この結果、表示画面が左方にスクロールすることになる。
【００３５】
時間アドレスについては、垂直同期信号のあとに出現する最初の水平同期信号の出現時に時間アドレスが１番地に設定され、この後、後続の各水平同期信号に同期して時間アドレスが１ずつ増加されてゆく。このようにして、上端から３０画素分の距離マークＭ１が表示され、３１画素から４８０画素までの領域には受信信号が表示され、手動スイッチが操作された場合には、イベントマークＭ２が表示される。
【００３６】
ビデオ変換回路４１は、液晶表示パネル４２のＲＧＢアナログ入力に対応した三つのＤ／Ａ変換器を備えている。このビデオ変換回路４１は、Ｂスコープ映像化処理回路３６から供給される３ビット幅のディジタル画素信号を８種類の色彩のアナログ画素信号、あるいは、８階調の濃淡画素信号に変換して液晶表示パネル４２に供給する。                    
【００３７】
以上、コンクリート構造物の内部に励振された固体内振動を表面から離して設置したマイクロホンを使用して受信する構成を例示した。しかしながら、必要に応じて、他の適宜な種類の音響／電気変換素子を使用してもよく、また、この変換素子を固体に密着させて設置してもよい。
【００３８】
また、センサ部２０を含む装置全体を台車に搭載する構成を例示した。しかしながら、センサ部２０のみを台車に搭載して移動可能とし、適宜な箇所に固定した他の部分との間有線や無線の伝送路で接続する構成としてもよい。
【００３９】
さらに、台車を手動で移動させる構成を例示したが、遠隔操縦式の自走構成を採用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上、検査対象がコンクリート構造物の場合を例にとって本発明の振動検査装置を説明した。しかしながら、検査対象はこれに限定されるものではなく、パイプ内部の腐食や詰まり具合の検査、金属溶接部やリベット部の接合具合の検査、金属板の裏側に注入した充填物の接着具合の検査など、固体の状態によりその内部の振動特性が変化するすべての物を検査対象とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施例に係わる固体内部の振動検査装置の構成を示す機能ブロック図であ  る。
【図２】図１の信号多重化回路３５の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】図１のＢスコープ映像化処理回路３６に内蔵される二次元アドレスメモリ部の構成を  示す概念図である。
【図４】図１の液晶表示パネル４２の表示画面の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００４２】
10    制御・駆動部
20    センサ部
21    電磁ハンマ
22    マイクロホン
23    距離パルス発生回路
30    信号処理部
31    受信増幅回路
33    Ａ／Ｄ変換回路
35    信号多重化回路
36    Ｂスコープ映像化処理回路
40    表示部
42    液晶表示パネル
50    台車
51,52 車輪
【図１】
2005098855.tif 000003
【図２】
2005098855.tif 000004
【図３】
2005098855.tif 000005
【図４】
2005098855.tif 000006