(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の範囲で周波数が連続的に変化する正弦波信号を発生させて、この正弦波信号を機械的振動に変換してタイルの所定の点に直接接触して印加する一方、前記機械的振動を印加した前記点から離間した点で前記タイルで発生する機械的振動を直接接触して検出し、該検出した機械的振動を電気信号に変換し、さらに、前記変換した電気信号と前記正弦波信号とを乗算し、その乗算結果から所定の周波数成分をローパスフィルタで除去して得られる出力電圧の周波数特性を求めることにより、前記タイルの建築物からの剥離がある場合には前記周波数特性が正常の場合に比べて大きく異なることで前記タイルの剥離を検出することを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項２】
所定の範囲で周波数が連続的に変化する正弦波信号を繰り返し発生する加振用信号発生手段と、前記加振用信号発生手段で発生された正弦波信号を機械的振動に変換し、該機械的振動をタイルの所定の点に直接接触して印加する機械的振動印加手段と、前記機械的振動を印加した前記点から離間した点で前記タイルで発生する機械的振動を直接接触して検出し、該検出した値に応じた電気信号を出力する機械的振動検出手段と、前記加振用信号発生手段で発生された前記正弦波信号と前記機械的振動検出手段で検出された前記電気信号とを乗算してその結果を出力する信号乗算手段と、前記信号乗算手段の出力信号から所定の周波数成分を除去するローパスフィルタと、を具備することを特徴とする非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物の壁面に使われているタイルの剥離を非破壊で検出する非破壊検査方法及び非破壊検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建築物の壁面などに使用されているタイルが経時変化などによって剥離落下する事故を事前に検知する方法が切望されており、それを実現するものとして、例えば特開平０７−２０９２６２号公報や特開２０００−１３１２９０号公報で開示されているものがある。
【０００３】
特開平０７−２０９２６２号公報では、被検査対象物をハンマで打撃し、そのときの打撃音をディジタル信号に変換してコンピュータで解析する方法が開示されている。
【０００４】
更に詳しくは、被検査対象物をハンマ等の打撃手段で打撃し、そのときに得られる反射音からクレストファクタを算出し、このクレストファクタが第１の所定値以上のときには被検査対象物は健全と判断し、クレストファクタが第１の所定値未満のときには反射音から期待周波数を算出し、この期待周波数と健全な被検査対象物における期待周波数との偏差が第２の所定値より小さいときには被検査対象物は健全なものと判断し、前記偏差が第２の所定値以上のときには被検査対象物は不良であると判断する。
【０００５】
特開２０００−１３１２９０号公報では、打撃音を複数のバンドパスフィルタを用いて周波数を分析する方法が開示されている。
【０００６】
更に詳しくは、被検査対象物にハンマにて外力を加えて打音を発生させた際の外力を加振力センサで検出し、その結果と外力基準値との比率を求める一方、被検査対象物で発生した打音をマイクロフォンにて検出し、その結果をバンドパスフィルタで各周波数毎の時系列信号に分離し、更に整流してピークホールドにて各周波数帯域における瞬間的な最大値を抽出する。その最大値を先に算出した比率を基に補正し、比較器において予め設定された振動基準値と比較して所定の関係から外れたとき比較結果信号を出し、警報器は比較結果信号の数が、例えば３個以上の場合、警報する。つまり、複数の周波数帯域毎の時系列信号の最大値を抽出して比較する。
【０００７】
一方、ハンマで打撃する代わりに、加振器を使用して被検査対象物を打撃するようにしたものがある。例えば、特開昭５９−９４０６２号公報で開示されたものでは、発振器にて発生させた交番電流にて加振器を駆動して、被検査対象物を打撃するようにしている。この公報で開示された装置では、加振器によって被検査対象物に連続的に変化する周波数の振動を与え、感振器によってその固有振動数における共振点を測定する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の非破壊検査方法にあっては、次のような問題があった。すなわち、検査者がハンマなどでタイル面を叩き、そのときの打音の違いを判定する感応検査が主であるが、この方式では検査者の個人差やスキルによって定量的な判定が難しく、また精度や再現性の面でも不完全であった。
【０００９】
また、この判定を機械的電気的に処理しようという試みが幾つかあるが、いずれも装置が大型化したり、高価な測定器を必要とした。例えば特開平０７−２０９２６２号公報で開示された方法では、被検査対象のタイルをハンマで打撃するのと、その打撃音をコンピュータで処理するための装置及びコンピュータが必要である。また、特開２０００−１３１２９０号公報で開示された方法では、周波数を分析するため、複数のバンドパスフィルタを用意するため構造が複雑になる。また、ハンマによる打撃音をマイクロフォンで集音するため他にノイズとなる騒音源があると正確な測定ができない。
【００１０】
また、特開昭５９−９４０６２号公報で開示された方法では、被検査対象物を加振させて、そのときの共振周波数のみを測定することから、数多くの基礎データを測定しておかなければ、より正確な判定が困難であり、またそのために人件費等の余分な検査コストを要する。
【００１１】
本発明は係る実情に鑑みてなされたものであり、構造が簡単で精度の良い測定ができる非破壊検査方法及び非破壊検査装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の非破壊検査方法は、所定の範囲で周波数が連続的に変化する正弦波信号を発生させて、この正弦波信号を機械的振動に変換してタイルの所定の点に直接接触して印加する一方、前記機械的振動を印加した前記点から離間した点で前記タイルで発生する機械的振動を直接接触して検出し、該検出した機械的振動を電気信号に変換し、さらに、前記変換した電気信号と前記正弦波信号とを乗算し、その乗算結果から所定の周波数成分をローパスフィルタで除去して得られる出力電圧の周波数特性を求めることにより、前記タイルの建築物からの剥離がある場合には前記周波数特性が正常の場合に比べて大きく異なることで前記タイルの剥離を検出することを特徴とする。
【００１３】
この方法によれば、加振用信号として所定の範囲で周波数が連続的に変化する正弦波信号を使用することと、この正弦波信号と同様に所定の範囲で周波数が連続的に変化する受信信号とを乗算し、乗算結果から所定の周波数成分をローパスフィルタで除去して得られる出力電圧の周波数特性を、タイルの剥離がない正常の場合の周波数特性と比べることから、タイルの剥離検出を簡単に行うことができる。
【００１４】
本発明の非破壊検査装置は、所定の範囲で周波数が連続的に変化する正弦波信号を繰り返し発生する加振用信号発生手段と、前記加振用信号発生手段で発生された正弦波信号を機械的振動に変換し、該機械的振動をタイルの所定の点に直接接触して印加する機械的振動印加手段と、前記機械的振動を印加した前記点から離間した点で前記タイルで発生する機械的振動を直接接触して検出し、該検出した値に応じた電気信号を出力する機械的振動検出手段と、前記加振用信号発生手段で発生された前記正弦波信号と前記機械的振動検出手段で検出された前記電気信号とを乗算してその結果を出力する信号乗算手段と、前記信号乗算手段の出力信号から所定の周波数成分を除去するローパスフィルタと、を具備することを特徴とするローパスフィルタと、を具備することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、加振用信号として所定の範囲で周波数が連続的に変化する正弦波信号を使用することと、この正弦波信号と同様に所定の範囲で周波数が連続的に変化する受信信号とを乗算し、その乗算結果の出力信号を、ローパスフィルタに通過させて得られる出力電圧の周波数特性を、タイルの剥離がない正常の場合の周波数特性と比べることから、タイルの剥離検出が簡単になり、装置の簡略化が可能となるとともに、精度の高い測定が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。この図において、本実施の形態に係る非破壊検査装置は、正弦波発振器１と、第１、第２の増幅器２、３と、掛け算器４と、加振用圧電スピーカ５と、受信用圧電スピーカ６と、ローパスフィルタ７とを備えて構成される。
【００１７】
正弦波発振器１は、周波数が所定の周波数範囲（例えば１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波信号を繰り返し発生する。第１の増幅器２は、正弦波発振器１からの正弦波信号を、加振用圧電スピーカ６を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Ｖｒとして出力する。第２の増幅器３は、受信用圧電スピーカ５からの正弦波信号を掛け算器４で使用できるレベルまで増幅し、受信信号Ｖｉとして出力する。掛け算器４は、第１の増幅器２からの加振用信号Ｖｒと第２の増幅器３からの受信信号Ｖｉとを掛け算して出力する。
【００１８】
加振用圧電スピーカ５は、第１の増幅器２からの加振用信号Ｖｒを機械的振動に変換して被検査タイル１０に印加する。受信用圧電スピーカ６は、圧電素子を用いたものであり、機械的信号を電気信号に変換して出力する。加振用圧電スピーカ５と受信用圧電スピーカ５は被検査タイル１０上で離間配置される。ローパスフィルタ７は、掛け算器４からの出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）分を除去する。
【００１９】
このような構成において、正弦波発振器１にて発生した正弦波信号は、第１の増幅器２にて増幅されて加振用信号Ｖｒとして加振用圧電スピーカ５へ出力されて、被検査タイル１０に機械的振動が印加される。また、加振用信号Ｖｒは掛け算器４へも出力される。被検査タイル１０に機械的振動が印加されると、その振動が受信用圧電スピーカ６にて受信されて、そのときの振動の大きさに応じたレベルの信号が第２の増幅器３へ出力される。そして、第２の増幅器３で増幅されて受信信号Ｖｉが得られ、この受信信号Ｖｉと第１の増幅器２からの加振用信号Ｖｒとが掛け算器４にて乗算される。そして、掛け算器４の出力がローパスフィルタ７に送出され、ローパスフィルタ７にてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除去されて出力電圧Ｖｏが得られる。
【００２０】
この出力電圧Ｖｏは、加振用信号Ｖｒの周波数変化に対する受信信号Ｖｉの振幅と位相を反映した信号になる。故に、この出力電圧Ｖｏは被検査タイル１０の簡易な周波数特性を表していることになる。正常なタイルと剥離したタイルとでは周波数特性が大きく異なるので、簡単に剥離タイルを見分けることができる。
【００２１】
上記作動原理を、数式を用いて表すと以下のようになる。
Ｖｒ＝ｓｉｎ（ωｔ＋α）
Ｖｉ＝ｓｉｎ（ωｔ＋β）
但し、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。
Ｖｒ×Ｖｉ＝ｓｉｎ（ωｔ＋α）×ｓｉｎ（ωｔ＋β）
＝１／２［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］…（１）
【００２２】
上式（１）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに受信信号Ｖｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の部分は、元の加振用信号Ｖｒと受信信号Ｖｉの２倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、受信信号Ｖｉの振幅（大きさ）であるので、式（１）のｃｏｓ（β−α）のみでよい。したがって、ローパスフィルタ７を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Ｖｏには周波数特性が電圧の形で現れる。
【００２３】
ここで、図２は正常なタイルと剥離部分のあるタイルの出力電圧Ｖｏの波形を示す図である。この場合、（ａ）が正常なタイルにおける出力電圧波形であり、（ｂ）が剥離部分のあるタイルにおける出力電圧波形である。正常なタイルは全面が建築物と接触しているため、加振したエネルギーが吸収されて受信側へはあまり戻ってこないが、剥離した部分のあるタイルは一部分しか建築物と接触していないため、剥離部分は加振したエネルギーが吸収されず、タイル自身の振動の周波数特性を観測することができる。したがって、出力電圧Ｖｏに現れる周波数特性の違いを観測することでタイルの剥離を判定することが可能となる。
【００２４】
このように、本実施の形態の非破壊検査装置によれば、被検査タイル１０の加振に、周波数が連続的に変化する正弦波の加振用信号Ｖｒを使用したので、簡単な処理で且つ高精度で正常タイルと剥離タイルを識別することができる。また、加振用信号Ｖｒと受信信号Ｖｉとを乗算して乗算結果をローパスフィルタ７に送出することで加振用信号Ｖｒと無関係なノイズ成分を受信信号Ｖｉから取り除くことができ、簡単な信号処理で高精度な測定ができる。さらに、処理が簡単であることから、装置の簡略化が可能になる。特に、使用する増幅器や掛け算器などは現在市販されている安価な半導体で容易に実現可能であるので、安価に製造できる。また、数多くの基礎データを測定しておく必要もないので、人件費等の節約も可能である。
【００２５】
なお、上記実施の形態では、単一の周波数範囲の正弦波を用いたが、周波数範囲を切り替える周波数範囲切替器（図示略）を設けて、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにしてもよい。この場合、正弦波発振器１は、周波数範囲切替器にて切り替えられた範囲の周波数帯で正弦波信号を繰り返し発生させる機能を有することになる。このように、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにすることで、被検査タイル１０の構造や材質等の物理的な特性に応じて測定に最適な周波数範囲を選択することができ、これによって、より精度の高い測定が可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、タイルの加振に所定の範囲で周波数が連続的に変化する正弦波信号を使用し、この正弦波信号と同様に所定の範囲で周波数が連続的に変化する受信信号とを乗算し、乗算結果をローパスフィルタに送出して乗算結果の出力信号から所定の周波数成分を除去し、これにより得られる出力電圧の周波数特性をタイルの剥離がない正常な場合の周波数特性と比べて剥離の有無を判定するので、タイルの剥離検査に適した構造が簡単で精度の良い測定ができる非破壊検査方法及び装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  図１の非破壊検査装置での測定結果の一例を示す図で、（ａ）は正常なタイルにおける出力電圧波形図、（ｂ）は剥離部分のあるタイルにおける出力電圧波形図である。
【符号の説明】
１  正弦波発振器
２，３  増幅器
４  アナログ掛け算器
５  加振用圧電スピーカ
６  受振用圧電スピーカ
７  ローパスフィルタ
１０  被検査タイル
【図１】
0004025005.tif 000002
【図２】
0004025005.tif 000003