(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の表面に打撃装置と集音装置とを配置し、該打撃装置のハンマーによる同一箇所において複数回行われる打撃により、前記集音装置で検出された打撃音と、前記打撃装置で検出された測定対象物の表面のハンマーに対する反発度の変化パターンの２系統の信号を検出して構造物の内部欠陥を検出する方法であって、前記打撃装置と集音装置とは、下記構成Ａ又は構成Ｂにより打撃時の振動を伝達させないようにしたことであり、且つ、上記変化パターンとは、下記に記載する画像であることを特徴とする構造物の内部欠陥の検知方法。
［構成Ａ］打撃装置と集音装置とを分離して距離を離して配置した構成
［構成Ｂ］制振材を用いた振動防止機構を備えた打撃装置・集音装置一体型とした構成
［変化パターン］は、（１）打撃と集音とを離間した位置で行うことで得られた打撃位置毎の打撃音情報、（２）打撃装置によって得られた被測定材料の打撃位置毎の強度情報、（３）予め入力されている位置情報、の組み合わせにより、欠陥位置を目視可能な状態に表示された画像をいう。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の内部欠陥の検知方法に関し、更に詳しくは、構造物の表面を一定エネルギーで打撃し、その打撃の反発度から推定される部材強度と、打撃面の近傍の構造物から反射される打撃音の振幅及びそのばらつきから構造物の内部欠陥を検知する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物、特にコンクリート構造物の危険個所、劣化箇所、欠陥などを検知する調査技術として様々な手法が開発されている。例えば、目視による検査は古くから行われている基本的な検査手法であるが、この方法は、あくまでも視覚に頼るので、判断が経験的、感覚的になり経験を積んだ技術者でなければ判断することができず、しかも外部に現れない内部欠陥については検査不能である。コンクリート構造物の内部欠陥の検査では、穿孔サンプリングによる方法が取られる場合もあるが、非常に煩雑であるだけでなく、一部とはいえ構造物を破壊するものであるから好ましい手法ではなく、サンプリングを取ることができない箇所の内部欠陥については検査不能である。そこで、現在では、構造物を破壊することなく目視不能な内部欠陥などを検査する非破壊検査の手法が行われている。
【０００３】
非破壊検査の手法としては、赤外線法、レーダー法、衝撃弾性波法、打音法、反発度法等が知られている。赤外線法は、赤外線カメラを用いて対象物の温度分布を測定し、温度の異なる点、温度変化の大きな点を異常箇所として検知する方法であるが、温度変化を与える要因としての日光、気温変化が自然現象であり、その変化が予測しにくにので再現性が低く、また、風などの自然現象による影響も受け易い難点がある。更に、機器も高価である。
【０００４】
レーダー法は、電磁波を対象物に照射し、表面及び内部からの反射波を測定することによって内部空洞などを検知する方法であるが、金属等が内部に存在する構造物では測定が困難であり、また、測定の際の電磁波の照射角度を一定に保つ必要があるが、表面に凹凸等がある構造物では利用するのが困難であるだけでなく機器も高価である。
【０００５】
衝撃弾性波法は、対象物の表面を打撃し、その反射波を振動子（超音波センサー）で測定し、その周波数特性を評価することによって、内部欠陥や背面空洞の有無を検知する方法であるが、振動子を対象物の表面に密着させる必要があり、対象物の表面形状によっては測定作業に困難性を伴う。
【０００６】
打音法は、対象物の表面を打撃してその打撃音を人間の耳で判断する原始的な方法から出発しているが、打撃音をマイクロフォンを用いて集音し、その周波数や振幅などを評価する方法へと発展している。打撃音を人間の聴覚で判断する原始的な方法は、技術者の経験に左右されるだけでなく、結果を数値化して表現できない難点もある。マイクロフォンを利用する方法では、数値的な比較を行うために打撃エネルギーを一定に保つ機構が重要になるが、打撃点から直接放射される音を測定する方法をとっているので打撃装置そのものから放射される音がノイズとなり測定誤差が生じやすい難点があるだけでなく、判定基準値が明確にされていないので、結果的に判断が経験的になっている。
【０００７】
反発度法は、対象物表面を打撃してその反発度を測定する装置により、反発度から対象物の強度を測定する方法であり、打撃時に発生するくぼみによって反発度が低下する程度を以て強度の評価としている。この方法は、対象物がしっかり固定された状態で使用するものであり、背面に空洞があるような構造物では、それ自体が振動するので適正な測定ができない難点がある。また、測定結果が対象物の表面性状に左右され易すく再現性が低い難点もある。反発度法としてシュミットハンマー法が知られているが、この方法は、対象物の表面性状に影響を受け易いので、打撃位置を少しずつ移動させながら多数回打撃しなければ十分な精度が得られない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した非破壊検査法の長所短所を考慮し、熟練者によらずとも簡略な操作で効率よく行うことができる構造物の内部欠陥の検出方法を明らかにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る構造物の内部欠陥の検知方法は、測定対象物の表面に打撃装置と集音装置とを配置し、該打撃装置のハンマーによる同一箇所において複数回行われる打撃により、前記集音装置で検出された打撃音と、前記打撃装置で検出された測定対象物の表面のハンマーに対する反発度の変化パターンの２系統の信号を検出して構造物の内部欠陥を検出する方法であって、前記打撃装置と集音装置とは、下記構成Ａ又は構成Ｂにより打撃時の振動を伝達させないようにしたことであり、且つ、上記変化パターンとは、下記に記載する画像であることを特徴とする構造物の内部欠陥の検知方法。
［構成Ａ］打撃装置と集音装置とを分離して距離を離して配置した構成
［構成Ｂ］制振材を用いた振動防止機構を備えた打撃装置・集音装置一体型とした構成
［変化パターン］は、（１）打撃と集音とを離間した位置で行うことで得られた打撃位置毎の打撃音情報、（２）打撃装置によって得られた被測定材料の打撃位置毎の強度情報、（３）予め入力されている位置情報、の組み合わせにより、欠陥位置を目視可能な状態に表示された画像をいう。
【００１０】
【発明の具体的構成】
次に、本発明の具体的構成を図面に従って詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る構造物の内部欠陥の検知方法を説明する概念図である。本発明の方法を実施する装置は、打撃部Ａ、集音部Ｂ、測定部Ｃ、ソフトウエアＤで構成される。以下、順次説明する。
【００１２】
打撃部Ａでは、検査対象構造物の表面に一定エネルギーの打撃を与える打撃装置１０が利用される。打撃装置１０は、コンクリート強度推定に利用されている公知のシュミットハンマーを基本として採用し、更に、打撃位置及び打撃エネルギーを一定に保つことができるように改良が行われている。打撃装置１０の具体例が図２に示されている。即ち、打撃装置１０は、位置固定具１１が外部に取り付けられたハウジング１２内にプランジャー固定用バネ１３に支持されてプランジャー１４が配置されており、更に、プランジャー１４の上部には、カウンターウエイト１５、加力バネ１６、モーター１７、反発度測定器１８が配置されている。この打撃装置１０による反発度の測定は次のようにして行われる。▲１▼位置固定具１１の先端を測定対象物の表面に接触させる。▲２▼モーター１７を作動させてカウンターウエイト１５を上方（測定対象物から遠ざかる方向）に引き上げ、加力バネ１６を圧縮させる。▲３▼加力バネ１６の圧縮が一定の値に達した時点でバネを解放し、カウンターウエイト１５によりプランジャー１４の頭部を打撃し、その先端で測定対象物の表面を打撃する。▲４▼打撃時におけるカウンターウエイト１５のプランジャー１４の頭部からの跳ね返り量（反発度）を反発度測定器１８により測定する。▲５▼以上の一連の動作を複数回繰り返すことによって、測定対象物の強度等を推定する。
【００１３】
上記した打撃装置１０では、加力バネ１６の圧縮をモーター１７の作動で行う構成としたが、人力操作で行う構成としてもよい。
【００１４】
位置固定具１１は、ハウジング１２の下端に取り付けられた三脚或いは四脚などの支持脚で構成されるが、位置固定具１１とハウジング１２とが独立しており位置固定具１１から延長されるアームにハウジング１２が回動・上下動可能な状態で固定されるような態様も本発明に包含される。
【００１５】
本発明の方法で利用する打撃装置１０では、測定対象物の違いに対応させるために、打撃エネルギー可変機構が備えられている。打撃エネルギーを可変とするには、バネ定数の異なる加力バネを用いればよい。例えば、トンネル覆工コンクリートのように厚さが６０ｃｍもあるようなものではバネ定数の大きなバネを利用する。また、強度の低い測定対象物を打撃するために、プランジャー１４の直径が例えば、直径５ｍｍ〜３０ｍｍのものが複数用意されている。即ち、強度の低い測定対象物では、直径の大きなプランジャーを用いて貫入抵抗を大きくする。更に、プランジャー１４の先端形状として、例えば、球形・円錐形などのものを用意し、測定対象物の比較的深部を測定目標とする場合には、先端が貫入し易い円錐形のものを用いる。
【００１６】
更に、プランジャー１４による打撃の際に生じる微細な破砕物によって打撃時のクッションとなり正確な数値が得られなくなるのを防止するためは、図２に示すように、図示しないコンプレッサーから圧縮空気吐出口１９を介して、プランジャー１４の先端付近に圧縮空気を吹き込み、位置固定具１１の空隙から破砕物を吹き飛ばすように、破砕物を排除する機構を設けることが好ましい。
【００１７】
打撃装置１０は、公知のシュミットハンマー試験の測定仕様に従った単発の打撃を行う場合と、同一地点で連続の打撃を行う場合の両者に対応できる。測定対象物の表面の凹凸が激しい場合、測定対象物付近が劣化しているなどの場合は、従来のシュミットハンマーでは測定精度が著しく低下するが、本発明の方法で用いる打撃装置１０によれば、同一地点で連続的に打撃を繰り返すことにより、表面の凹凸を平滑にして測定することができるので安定的な反発度が得られる。
【００１８】
本発明の方法で用いられる打撃装置１０には、得られる反発度を電圧等の形で出力する機構が設けられている。また、打撃装置１０は、ハウジング１２の表面ないしは内面に防音・吸音材などを配置することにより、ノイズの放出を防止する機構を設けることが好ましい。
【００１９】
集音部Ｂでは、集音装置２０が用いられる。集音装置２０は、制振ないし共振防止材２１が配備され、下端が防塵防水シート２２により被覆されたフード２３の内部にマイクロフォン２４が配置された構造であり、前記した打撃装置１０から一定の距離をおいて、測定面に密着或いは近接した状態で配置する。マイクロフォン２４の周波数特性は、測定帯域に共振特性を有しないものであれば、周波数レンジを問わない。フード２３の内面には凹凸を設けるなどして可聴域で特別な共振特性を持たない構造とする。また、フード２３に鉛板などの防音材を張り付けるなどして周辺の雑音を低減させる。
【００２０】
本発明においては、打撃装置１０と集音装置２０とは、打撃時の振動を伝達させないようにするために、（１）基本的に分離し、一定の距離を離して配置する構成を採用する、又は（２）制振材を用いた振動防止機構などを備えることにより打撃装置・集音装置一体型として構成する。
【００２１】
測定部Ｃの測定装置３０は次のように構成される。
【００２２】
測定装置３０には、集音装置２０で検出された打撃音（電圧）及び打撃装置１０で検出された反発度（電圧）の２系統の信号が入力される。入力レンジは、入力される打撃音によって数段階に調整できる。但し、後述のＡ／Ｄ変換を行う場合にはレンジ切り替えにより増幅された比率の逆数が掛け合わされるので、出力はレンジ切り替えによって変化しない。打撃音（電圧）及び反発度（電圧）の信号はＡ／Ｄ変換された後に測定器のメモリーに蓄えられ、測定終了後ＩＣカードを利用した情報伝達手段その他の伝達手段を通してパソコンに転送される。従って測定はパソコンと接続した状態でも、測定器単独でも可能である。
【００２３】
測定装置３０は、打撃装置１０が測定対象物の同一地点を複数回打撃して、その打撃音の最大振幅の平均値と標準偏差を出力する機能を持っている。即ち、測定装置３０は、連続測定モードと同一地点測定モードの２種類をもっており、同一地点測定モードでは、同じ位置で２５回程度の打撃を繰り返し、打撃音については最大振幅の平均値Ｖ及び標準偏差αをメモリーに記憶させる。尚、反発度Ｒについては所定の判定基準値が予め入力されている。得られたＶ、αから判定基準値をＶ＋α（欠陥の可能性あり）及びＶ＋３α（欠陥あり）として定め、測定器のメモリーに記憶させる。連続測定モードでは、打撃音及び反発度のそれぞれの振幅値と判定基準値を比較し判定基準値を越えたものを判定結果として表示窓に出力する。
【００２４】
測定装置３０は、単体及びパソコンと接続した状態で使用することができる。
ソフトウエアＤとしては、測定装置３０に組み込まれた「統計処理による判定基準値設定の回路」が基本となるが、これに加えてパソコン４０上でデータを処理する機能がある。以下に説明する。
【００２５】
パソコン４０のキーボード操作により、測定位置、測定順序が入力されると、その順序通りにデータ測定を行う指示が出される。その指示に従って打撃装置１０及び集音装置２０が操作されると、測定装置３０により打撃音及び反発度のデータの計測が行われて、その結果はパソコン４０に転送され格納、保存される。パソコン４０の画面には、打撃音最大振幅・反発度の等高線図（図４のＡ・Ｂ参照）、打撃音により判定された欠陥位置（図４のＣ参照）、反発度によって推定された材料強度分布図（図４のＤ参照）、打撃音による欠陥位置推定結果と反発度による材料強度分布図が重ね合わされた総合判定図（図４のＥ参照）、などが表示される。
【００２６】
本発明の方法による構造物の内部欠陥の検知は、例えば、▲１▼吹き付けコンクリート法面における既存法面の非密着部分や背面空洞の検知、▲２▼トンネル覆工背面の空洞探査、▲３▼耐震補強鋼板巻き立て工事における裏込材の未充填箇所や一体化不良箇所の検知、構築物外壁タイルの剥離検知、などに適用される。
【００２７】
吹き付けコンクリート法面での既存法面の非密着部分や背面空洞の検知では、図５に示すように、位置決め用のネットを使用してもよい。また、打撃装置１０及び集音装置２０は、人力により配置・移設が行われる外、測定対象物の表面を沿革操作などで移動するロボットに搭載されて利用される。
【００２８】
以上説明した本発明は、コンクリート表面を打撃し、打撃音をマイクロフォンにより収録する、集音部でフードを用いる、などの点で特開昭５６−６５２号に記載の装置に類似している。然しながら、、同公報に記載の装置では、打撃部とマイクロフォンとがフード内に存在するので、ハンマーから放射されるノイズをマイクロフォンが拾ってしまう、打撃点近傍の局部的な打撃音を収録してしまう、打撃により装置全体に振動が発生してしまう、フード内部に特別な共振防止策が施されていないので、フード内部の共振が発生し、測定の妨げとなる、などの原因で測定誤差が非常に大きくなってしまう難点がある。これに対し、本発明によれば打撃点で生じた振動がコンクリート内部を通してフード内部に伝播される態様によれば、コンクリート内部の情報のみを得ることができるし、集音部が打撃部と切り離されているので余分な振動がマイクロフォンに伝わらない利点があり、フード内部に共振防止策やフード外部に遮音策が施されている態様によれば、良好な打撃音を得ることができる。
【００２９】
また、本発明は、測定対象物の表面をプランジャー（受圧板）などを介して打撃する、打撃の反発度をもって測定対象物の強度を評価する、コンクリートの若材齢時の評価が可能である、測定に際して反力装置が不要である、カウンターウエイト（錘体）をバネに蓄えられた力によりプランジャーに衝突させる、などの点で特開昭６１−９００３７号公報に記載の装置と共通する。然しながら、本発明とは次の点で異なっている。即ち、本発明では、同一箇所で打撃を複数回行なうに対し同公報の装置では打撃回数に関する記述がない、同公報の装置では、対象物の圧縮強度が測定されるのに対し、本発明では、対象物の表面の圧縮強度、対象物の母材の圧縮強度、劣化深さが測定される、同公報の装置では、対象物の若材齢時が測定対象であるのに対し、本発明では、標準的な硬化コンクリート、表面の凹凸の激しいコンクリート、表面劣化を生じたコンクリート及びコンクリート若材齢時である、同公報の装置の測定データが反発度であるのに対し、本発明では、反発度（初期値、最終値）、反発度の変化パターンである、等の違いがある。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、従来では経験的に用いられてきた打撃音を数値的に表現することができ、熟練技術者でなくとも容易に構造物の内部欠陥を検知することができ、特に、測定対象物の表面に凹凸があるような場合でも、同一地点で連続的に打撃を繰り返すことにより、表面の凹凸を平滑にして測定することができるので安定的な測定が可能であるので、頭記した課題が解決される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施する装置の概略図
【図２】打撃装置の概略断面図
【図３】集音装置の概略断面図
【図４】パソコン画面表示の概略図
【図５】本発明の実施状況を示す概略図
【符号の説明】
Ａ−打撃部
Ｂ−集音部
Ｃ−測定部
Ｄ−ソフトウエア
１０−打撃装置
１１−位置固定具
１２−ハウジング
１３−プランジャー固定用バネ
１４−プランジャー
１５−カウンターウエイト
１６−加力バネ
１７−モーター
１８−反発度測定器
１９−圧縮空気吐出口
２０−集音装置
２１−制振・共振防止材
２２−防塵防水シート
２３−フード
２４−マイクロフォン
３０−測定装置
４０−パソコン
【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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