(57)【要約】【課題】対象物に含まれる欠陥等、例えば異種材料を接合して構成された構造物又は成形品の接合面における接合不良又は空洞等の有無及びその大きさを確認する方法とシステムを提供する。【解決手段】本発明の検査方法は、振動発生装置（２０２）により検査対象物（１０１）に振動を加えながら、前記振動発生装置（２０２）に固定された加速度検出器（２０７）で前記振動発生装置（２０２）の加速度を検出する。本発明の検査システムは、振動発生装置（２０２）と、前記振動発生装置（２０２）に固定された加速度検出器（２０７）を備えている。【選択図】図７
2013134221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動発生装置（２０２）により検査対象物（１０１）に振動を加えながら、前記振動発生装置（２０２）に固定された加速度検出器（２０７）で前記振動発生装置（２０２）の加速度を検出する検査方法。
【請求項２】
前記振動発生装置（２０２）が前記検査対象物（１０１）に振動を加えながら、前記検査対象物（１０１）の表面に沿って前記振動発生装置（２０２）を所定の方向に移動させることを特徴とする、請求項１の検査方法。
【請求項３】
前記振動の振動数が前記検査対象物（１０１）に含まれる欠陥に対応した前記検査対象物の固有振動数であることを特徴とする、請求項１又は２の検査方法。
【請求項４】
前記検査対象物が単一材料からなり、前記欠陥が前記単一材料の検査対象物の内部に含まれていることを特徴とする請求項３の検査方法。
【請求項５】
前記検査対象物が、第１の材料からなる第１層（１０２）と第２の材料からなる第２層（１０３）とを接合して構成されており、前記欠陥が前記第１の層（１０２）と前記第２の層（１０３）の剥離部（１０５）であることを特徴とする請求項３の検査方法。
【請求項６】
振動発生装置（２０２）と、
前記振動発生装置（２０２）に固定された加速度検出器（２０７）を備えたことを特徴とする検査システム。
【請求項７】
前記加速度検出器（２０７）が前記振動発生装置（２０２）の可動部（２０５）に固定されていることを特徴とする請求項６の検査システム。
【請求項８】
前記振動発生装置の出力を制御する制御装置（２０６）と、
前記加速度検出器の出力を表示する表示装置（２０７）を備えたことを特徴とする請求項７の検査システム。
【請求項９】
前記振動発生装置（２０２）を所定方向に案内するガイド手段（２０１）を備えたことを特徴とする請求項８の検査システム。
【請求項１０】
前記ガイド手段（２０１）によって前記振動発生装置（２０２）が案内される所定方向は、前記可動部（２０５）の振動方向と直交していることを特徴とする請求項９の特性検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物に含まれる欠陥等の有無を検査する検査方法と検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２つ又はそれ以上の異種材料を接合して構成される物がある。例えば、鉄材（鉄板、形鋼）とコンクリートを組み合わせた構造物、金属材（鉄、アルミニウム、ステンレスなど）に樹脂やゴムを接着した成形品などである。これらの構造物や成形品においては、異種材料接合面が確実に接合されていることが、一体構造物又は一体成形品に所望の強度及び性能を確保するうえで重要である。ところが、従来、接合面において異種材料が確実に接合されていることを確認する、また、接合不良箇所の大きさを非破壊で正確に又はほぼ正確に確認するための有効な手段が無い、というのが実情であった。
【０００３】
例えば、外壁タイルの診断方法として、タイルを打診し、その際に発生する反響音でタイルの接合不良（剥離）を確認する手法が非特許文献１等に提案されているが、その手法は人間の感覚に依存するものであって客観性に欠けるし、接合不良の大きさを非破壊で正確に又はほぼ正確に把握することは容易でない、という問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】パンフレット「平成２０年４月１日から提起報告制度が変わります〜見直しのポイント〜国土交通省」、発行：国土交通省住宅局建築指導課建築物防災対策室
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、対象物に含まれる欠陥等、例えば異種材料を接合して構成された構造物又は成形品の接合面における接合不良又は空洞等の有無及びその大きさを確認する方法とシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
具体的に、本発明に係る検査方法は、振動発生装置（２０２）により検査対象物（１０１）に振動を加えながら、前記振動発生装置（２０２）に固定された加速度検出器（２０７）で前記振動発生装置（２０２）の加速度を検出することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る検査システムは、振動発生装置（２０２）と、前記振動発生装置（２０２）に固定された加速度検出器（２０７）を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
これらの検査方法と検査システムによれば、対象物に含まれる欠陥等、例えば異種材料を接合して構成された構造物又は成形品の接合面における接合不良又は空洞等の有無及びその大きさを非破壊で確認できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る検査方法と検査システムを用いて検査される対象物の一例を示す正面図と断面図。
【図２】本発明に係る検査方法と検査システムを用いて検査される対象物の一例を示す正面図と断面図。
【図３】考察１で用いた供試体の正面図と検査システムを示す断面図。
【図４】考察１において加速度検出器で検出した時間−加速度の関係を示すグラフ。
【図５】考察２で用いた供試体の正面図と検査システムを示す断面図。
【図６】考察２において加速度検出器で検出した時間−加速度の関係を示すグラフ。
【図７】本発明に係る検査システムの側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
１．検査対象物：
図１は、本発明に係る検査方法と検査システムを用いて検査される対象物１０１の一例を示す。図示する例において、対象物１０１は、第１の材料からなる第１の層１０２と第２の材料からなる第２の層１０３を接合して構成されている。例えば、金属（鉄、ステンレス、アルミニウム等。合金も含む。）、非金属（セメントペースト、モルタル、コンクリート、セラミックス、ガラス等）、樹脂（天然樹脂、合成樹脂）等の任意の異種材料の組み合わせ（鉄とアルミニウム、鉄とコンクリート、鉄と樹脂、コンクリートとセラミック、天然樹脂と合成樹脂の組み合わせも含む。）又は同種材料の組み合わせ（同じ樹脂からなる板を貼り合わせたもの）である。なお、図面上は第１の層１０２の厚さが第２の層１０３の厚さよりも小さく表示されているが、第１の層１０２と第２の層１０３の厚さは同じであってもよいし、第１の層１０２が第２の層１０３よりも厚くてもよい。
【００１２】
第１の層１０２と第２の層１０３は、それらの境界面１０４で接合される。接合方法の具体的手段（接着剤、熱接着等）は限定されないが、層を構成する材料の性質に依存する。例えば、対象物１０１が、第１の金属からなる板と第２の金属からなる板を接合して構成されている場合、両者は適当な接着剤を用いて接着することが好ましい。また、対象物が鉄等の金属板とコンクリートを組み合わせて構成される物（例えば、高速道路の床版）の場合、打設したコンクリートの上にまず接着剤を塗布し、その上に金属板を設置する。逆に、金属板を型枠として利用し、この金属板の上にコンクリートを打設してもよい。
【００１３】
図２は、図１に示す対象物１０１において、第１の層１０２と第２の層１０３の境界面１０４に非接合部（剥離部１０５）が存在することを仮想した図である。図において、剥離部１０５は、図２（ｉ）の横方向と縦方向に所定の長さを有する長方形を有するものとしてある。なお、図２（ｉｉ）では、剥離部１０５の存在を明確にするために、剥離部１０５が所定の厚みを有するものとして誇張して表示されているが、実際の剥離部は非常に厚みの小さいものであること、又は厚みが実質的にゼロであることが多い。
【００１４】
２．考察１（振動数に関する理論と実験）
剥離部の固有振動数に関して理論と実験の両面から考察を行った。
【００１５】
図３は考察１に用いた対象物１０１’を示す。対象物１０１’は、金属板（第１の層）１０２’とコンクリート（第２の層）１０３’を組み合わせた供試体で、すでに打設したコンクリート１０３’に金属板１０２’を貼り合わせて構成したものである。コンクリート１０３’に金属板１０２’を貼り合わせるにあたっては、剥離部１０５’に対応する領域以外の領域（接合領域）１０６’ではコンクリート１０３’の上に接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）を塗布した上で金属板１０２’を貼り合わせる一方で、剥離部１０５’に対応する領域ではコンクリート１０３’の上に接着剤を塗布することなく金属板１０２’を重ねることによって剥離部１０５’を形成した。各部の寸法は以下の表１のとおりである。
【００１６】
【表１】
2013134221.tif 000003
【００１７】
剥離部１０５’を覆う鉄板部分は四辺単純支持構造の平板に例えることができ、その場合、剥離部鉄板部分（図３（ｉ）において点線で囲まれた領域）の固有振動数（振動数ｆｍｎ）は数式１、２から３２０．７１Ｈｚ（理論値）と与えられる。
【００１８】
【数１】
2013134221.tif 000004
【００１９】
【数２】
2013134221.tif 000005
2013134221.tif 000006
【００２０】
理論値（振動数）を計算するにあたって仮定した四辺単純支持構造平板の境界条件が適正であったか否か実験で検証した。図３（ｉｉ）に示すように、検査システム２００は、第１の層（金属板１０２’）の表面と所定の間隔をあけて平行に且つ図の左右方向に配置されたガイドレール２０１と、ガイドレール２０１に沿って移動する振動発生装置２０２で構成した。詳細な図面は省略するが、振動発生装置２０２は、例えば動電型振動装置で、中空筒状の筐体２０３と、該筐体２０３の中心軸２０４周りに固定配置された励磁コイルと、中心軸２０４に沿って移動可能に配置された可動部２０５と、該可動部２０５の中心軸周りに固定された可動部コイルを有し、励磁コイルに印加される交流電力の周波数に応じて可動部が振動（往復動作）するように構成されたもので、可動部２０５の振動方向を対象物１０１’の表面に垂直な方向（図３（ｉｉ）のＺ軸方向）に向けて、また、可動部２０５の先端が振動中常時金属板１０２’に接触するように配置した。
【００２１】
振動発生装置２０２の駆動時に金属板１０２’が振動する加振方向（図３（ｉｉ）の上下方向）の加速度を検出するために、金属板１０２’の表面に加速度検出器（加速度センサ）２０６を固定した。そして、振動発生装置２０２を振動制御部２０８に接続し、加速度検出器２０６を出力装置２０９に接続した。
【００２２】
金属板１０２’に振動を加えるにあたって、振動発生装置２０２の振動数を１２０Ｈｚ，２２０Ｈｚ，３２０Ｈｚ，４２０Ｈｚ，５２０Ｈｚに設定し、図３（ｉ）に示すｙ＝±０ｍｍ（Ｎｏ．０）の線に沿って、それぞれの振動数で振動発生装置２０２を右側の接合領域１０６’から中央の剥離部１０５’に向けて移動し、そのときの金属板１０２’の加速度を加速度検出器２０６で計測した。
【００２３】
結果を図４に示す。これらの図から分かるように、振動数が１２０Ｈｚの場合、加速度検出器で検出された加速度に変化は見られなかった。振動数が２２０Ｈｚの場合、振動発生装置（可動部）が接合領域と非接合領域の境界を越えて非接合領域にある程度侵入した時点から加速度の上昇が見られたが、上昇の程度は僅かであった。振動数が３２０Ｈｚの場合、可動部が非接合領域にある程度入った時点から大きく加速度が上昇し、最大加速度は約５０ｍ／ｓ２に達した。振動数が４２０Ｈｚの場合、振動数が３２０Ｈｚのときの加速度変化とほぼ同じような変化が見られ、最大加速度は約５０ｍ／ｓ２に達した。また、可動部が接合領域に存在する状態で計測された加速度は振動数１２０，２２０，３２０Ｈｚの場合の加速度よりも大きかった。振動数が５２０Ｈｚの場合、可動部が接合領域に存在する状態で最大加速度が計測され、その後、可動部が非接合領域に侵入すると次第に加速度が低下した。
【００２４】
以上の結果より、特に、振動数が３２０Ｈｚと４２０Ｈｚの結果を参照すると明らかなように、剥離部１０５’を覆う鉄板部分を四辺単純支持構造の平板に例えて計算した理論値（３２０Ｈｚ）及びその計算に用いた境界条件はほぼ実情を反映しているものと理解できる。また、図４（ｖ）の実験結果から明らかなように、振動発生装置の出力振動数が剥離部の固有振動数よりも大きい場合、剥離部の存在が検出できないことがわかった。
【００２５】
３．考察２（加速度の計測）
図５に示すように、考察１で使用した供試体を使用し、振動発生装置２０２の可動部２０５と金属板１０２’にそれぞれ加速検出器２０７，２０６を固定し、振動発生装置２０２の振動数を３２０Ｈｚに設定し、両加速度検出器２０６，２０７の出力を記録した。なお、実験では、Ｘ方向ガイドレールをｙ方向に移動し、ｙ＝±０ｍｍ（Ｎｏ．０）、ｙ＝＋４０ｍｍ（Ｎｏ．１）、ｙ＝＋１１０ｍｍ（Ｎｏ．２）の各位置において、加振方向（ｚ軸方向）の加速度を計測した。その他の条件は実験１と同じである。
【００２６】
実験２の結果を図６に示す。図示するように、供試体に固定した加速度検出器２０６では、Ｎｏ．０（ｙ＝±０ｍｍ）、Ｎｏ．２（ｙ＝＋１１０ｍｍ）の計測において、可動部が非接合領域にある程度侵入した時点から加速度検出値が上昇する傾向が見られた。これに対し、振動発生装置の可動部に固定した加速度検出器では、いずれの計測においても、可動部が非接合領域にある程度侵入した時点から計測値が大幅に上昇し、上昇の程度は前者の約２〜３倍であった。
【００２７】
以上より、加速度検出器は、計測の対象物に固定するよりも振動発生装置の可動部に固定する方が、より正確に非接合部の存在及びその位置を検出できることが確認された。
【００２８】
４．実施例
図７は、本発明に係る検査システム２００を示す。既に説明したように、検査システム２００は、検査対象物１００の表面と所定の間隔をあけてこれに平行に配置されるガイドレール２０１と、ガイドレール２０１に沿って移動する振動発生装置２０２を有する。振動発生装置２０２には、市販されている種々の振動発生装置が使用できる。例えば、有限会社旭製作所から「BigWave」の商品名で提供されている小型振動試験機（最大振幅15mmp-p、本体重量15kg、最大出力200VA、加振力200N、周波数範囲DC〜5000Hz、最大加速度285m/s2）が好適に利用できる。そして、振動発生装置２０２は、可動部２０５の振動方向（軸方向２０４）を対象物１０１の表面に垂直な方向に向けて、また、可動部２０５の先端が振動中常時対象物１００に接触するように配置される。加速度検出器（加速度センサ）２０７は、振動発生装置２０２の可動部２０５に固定される。例えば、株式会社東陽テクニカから「ＩＣＰ加速度計」の商品名で提供されている加速度センサ（感度1mV/(m/s2)、周波数範囲0.5Hz〜6kHz、測定レンジ±5,000m/s２、重さ10.5グラム）が好適に利用できる。そして、振動発生装置２０２は振動制御部２０８に接続され、加速度検出器２０６は出力装置２０９に接続される。
【００２９】
振動発生装置２０２が発生する振動の振動数は、対象物における剥離部の大きさによって決まる。しかし、通常、剥離部の対象物表面からの深さや面状の大きさ（広がり）を外観から推定することは難しい。そこで、対象物１００を図示する状態に設置し、複数の振動数で振動発生装置２０２を駆動するとともに、各振動数において振動発生装置２０２をガイドレール２０１に沿って移動し、加速度検出器で検出される加速度の時間的変化を記録する。そして、複数の測定結果から、剥離部の有無と大きさを確認する。このような剥離部の確認は、連続的に振動数を変化させる掃引加振によっても行える。例えば、図４、６に示すように、剥離部が存在すれば、加速度検出器で検出される加速度が大きく変化する。したがって、加速度検出器の出力を観察することによって剥離部の有無が確認できるとともに、複数の周波数について測定された加速度検出結果から、剥離部の固有振動数が推定でき、剥離部の対象物表面からの深さや面状の大きさについても推定できる。また、可動部が非剥離部から剥離部に移動すると加速度検出器の出力が大きく変化することを確認することによって、剥離部と非剥離部の境界付近を推定できる。
【００３０】
なお、本発明の方法とシステムが対象とする検査対象物１００は、複数の部材（例えば、第１の層と第２の層）を組み合わせて構成されたもの（組み合わせ部材）であってもよいし、単一材料からなる単一部材であってもよい。また、検査対象物１００に含まれる欠陥には、組み合わせ部材では接合不良（剥離部）、境界面又は各部材に含まれる空洞又は密度が他の領域の密度と異なる部分（密度異常部）が含まれ、単一部材では当該単一部材の内部に含まれる空洞又は密度異常部が含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１０１：対象物
１０２：第１の層
１０３：第２の層
１０４：境界面
１０５：剥離部（非接合部）
２００：検査システム
２０１：ガイドレール
２０２：振動発生装置
２０３：筐体
２０４：中心軸
２０５：可動部
２０６、２０７：加速度検出器
【図１】
2013134221.tif 000007
【図２】
2013134221.tif 000008
【図３】
2013134221.tif 000009
【図４】
2013134221.tif 000010
【図５】
2013134221.tif 000011
【図６】
2013134221.tif 000012
【図７】
2013134221.tif 000013