JP2002131291A - 構造物検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】検査技術者の経験・知識によらずに、構造物内
部の欠陥の有無、位置と大きさを正確に把握することが
できる検査方法および検査装置を提供する。 【解決手段】被検査体としての構造物１１にハンマ１２
で衝撃を加え、そのにより発生する音を解析して振動波
形として表示する。この振動波形の第ｎ番目の波の振幅
と第（ｎ＋ｋ）番目の波の振幅との比（振幅比）が、一
定の基準値より大きい場合に欠陥の存在を肯定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】この発明は、中実の構造物
の欠陥、たとえばトンネルのコンクリート内壁に生じた
欠陥を検査するための方法および装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術および解決しようとする課題】たとえばト
ンネルのコンクリート内壁を検査してその内部に亀裂や
空洞等の欠陥が発生していることを発見する方法とし
て、「打音法」という手法が採用されている。この打音
法は、構造物に衝撃を加えてその際に発生する音の変化
によって構造物内部の欠陥の有無を検査する方法であ
る。ところが、かかる方法では、検査技術者の経験と知
識によって検査結果のばらつきが大きく、正確な検査を
行うことが困難であった。

【０００３】これに対して、対象物がコンクリートの内
壁である検査ではないが、検査技術者の経験と知識とに
よらずに発生する音を定量的に分析し、構造物内部の欠
陥の有無を検査する方法が提案されている（特開平７−
２００９７号公報、特開平７−５１５４号公報、特開平
１０−３００７３０号公報参照）。これらの方法は、構
造物に衝撃を加えたときに発生する音を定量的に収録
し、収録した音の最大値を用いて欠陥の有無を判断する
ものである。

【０００４】しかしながら、かかる方法は、収録された
音の振動波形の最大値を用いて判断するものであるか
ら、与える衝撃の大小によって最大値が変化するため正
確な判断が困難であるという問題がある。また、かかる
方法では、欠陥の有無しか判断できず、欠陥の寸法や正
確な位置を把握することはできない。

【０００５】他方、構造物に衝撃を加えた際に発生する
音の振動波形の減衰特性を調べ、その減衰の程度から欠
陥の有無を判断する方法も提案されている（特開平３−
９２７５８号公報参照）。この方法は、仮に構造物内部
に欠陥が発生している場合には、欠陥がない場合に比べ
て振動波形の減衰速度が早いという特性を利用するもの
である。

【０００６】しかしながら、上記特性は、本願発明者に
よる実験結果と相反するものであり、正確な欠陥の有無
の判断をすることができないと考えられる。また、かか
る方法では、欠陥の有無しか判断できず、欠陥の寸法や
正確な位置を把握することはできない。

【０００７】そこで、本発明の第１の目的は、構造物内
部に発生した欠陥を正確に発見することができる構造物
検査方法および検査装置を提供することである。

【０００８】また、本発明の第２の目的は、さらに構造
物内部に発生した欠陥の寸法および位置を正確に把握す
ることができる構造物検査方法および検査装置を提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】(1) 上記目的を達成す
るため、本願発明者は、構造物に衝撃を加えた際に発生
する音の振動波形を定量的に研究した結果、構造物内部
に亀裂や空洞等の欠陥が生じている場合には、欠陥がな
い場合にくらべて振動の減衰が遅くなるという特性を知
得した。さらに、本願発明者は、加える衝撃が構造物内
部に発生している欠陥の中央部に近いほど振動の減衰が
遅くなるという特性を知得した。

【００１０】(2) そこで、上記第１の目的を達成する
ため、本願に係る構造物検査方法は、中実の構造物の内
部に欠陥が発生しているかどうかを検査する方法であっ
て、構造物の表面に衝撃を加えた際に発生する音の振動
波形を定量的に計測し、当該振動波形が一定の減衰を達
成するまでの減衰時間が、欠陥が発生していない場合の
基準減衰時間よりも長い場合に、欠陥が発生していると
判定して構造物内部の欠陥を検出することを特徴とする
ものである。

【００１１】上述のように、構造物内部に亀裂や空洞等
の欠陥が生じている場合には、当該欠陥が生じている位
置において構造物の表面に衝撃を加えると、その結果発
生する音の振動波形は、欠陥がない場合にくらべてその
減衰速度が遅くなる。その理由として次のことが考えら
れる。

【００１２】すなわち、構造物に衝撃を加えた場合（た
とえばハンマ等でたたく）、構造物表面が振動して、そ
のエネルギの一部が音に変換されて空気中に伝搬し、他
の一部は弾性波となって構造物内部に伝搬する。この弾
性波は、構造物内部の欠陥部分（亀裂や空洞等）で反射
し、再び構造物表面に達してこれを振動させるから、当
該反射した弾性波による音が発生する。しかも、欠陥部
分で反射して構造物表面に達した弾性波の一部は再び反
射して構造物内部に伝搬するから、構造物表面と欠陥部
部との間を何回も往復し、その結果、構造物表面を一定
周期で振動させることになる。つまり、構造物内部に欠
陥が生じている場合には、上記弾性波による音と上記衝
撃を加えたことにより直接に発生する音とが幾重にも重
ね合わされる。その一方、構造物に欠陥が生じていない
場合は、上記弾性波による音が発生しない。そして、こ
れらの音は、空気中を伝搬する音の振動波形として計測
することができる。

【００１３】そして、衝撃を加えた後の音の振動波形の
減衰特性を定量的に調べるということは、構造物内部に
欠陥が生じている場合には上記重ね合わされた音の波の
減衰特性を調べることになり、また、構造物内部に欠陥
が生じていない場合には単純に上記衝撃のエネルギの一
部が変換された音の減衰特性を調べることになる。した
がって、上記欠陥が生じている場合には音の波が重ね合
わされているために、欠陥が生じていない場合にくらべ
て減衰速度が遅くなる。

【００１４】よって、上記方法によれば、欠陥が生じて
いない場合の音の振動波形の減衰時間（すなわち基準減
衰時間）にくらべて、減衰時間が長くなれば、その衝撃
を加えた位置において欠陥が発生していることになる。

【００１５】ここで、「減衰時間」とは、振動波形の振
幅が最大値に対して一定の割合まで減少するまでの時間
と定義することができ、この一定の割合は、適宜設定す
ることができる。また、「基準減衰時間」とは、欠陥の
ない構造物、または被検査体としての構造物と同様の構
造の試験片（無欠陥のもの）に衝撃を加えた場合の音の
振動波形の振幅が、最大値に対して一定の割合まで減少
するまでの時間と定義することができる。

【００１６】加えて、この方法では、欠陥のある場合と
ない場合との相対的な減衰時間の差に基づいて欠陥の有
無を判断するものであるから、加える衝撃の強弱によら
ずに正確な検査を行うことができる。

【００１７】(3) また、この検査方法を実現するた
め、本願に係る構造物検査装置は、被検査体としての構
造物の表面に衝撃を与えるための衝撃付加部材と、上記
構造物から発せられる音を集音してアナログ信号として
検出する集音装置と、検出されたアナログ信号をデジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、上記デジタル信号に
基づいて検出された音の振動波形を表示する表示手段と
を備えたことを特徴とするものである。

【００１８】この装置によれば、衝撃付加部材によって
被検査体としての構造物の表面に衝撃を与える。その結
果発生する音を集音装置によって集音し、これをＡ／Ｄ
変換部によってデジタル信号に変換し、音の振動波形を
求める。そして、表示手段がこの振動波形を表示する。
これにより、当該振動波形の減衰の様子を視覚的に把握
することができる。

【００１９】特に、上記表示手段に演算処理部を備え、
当該演算処理部は、上記デジタル信号に基づいて求めら
れた音の振動波形が一定時間内に所定の減衰を達成する
までの減衰時間を計測する減衰時間計測手段と、減衰時
間計測手段により計測された減衰時間と基準減衰時間と
を比較する比較手段と、比較手段により上記減衰時間が
基準減衰時間よりも長いことが判定された場合に、欠陥
の発生を報知する報知手段とを備えることができる。

【００２０】この構成によれば、求めた振動波形に基づ
いて、減衰時間計測手段によって上記振動波形が所定の
減衰を達成するまでの減衰時間を計測する。さらに、比
較手段によって減衰時間計測手段により計測された減衰
時間と基準減衰時間とを比較する。その結果、減衰時間
が基準減衰時間よりも長いことが判定された場合に、欠
陥の発生を報知手段によって報知することができる。

【００２１】(4) 上記第１の目的を達成するため、本
願に係る構造物検査方法は、中実の構造物の内部に欠陥
が発生しているかどうかを検査する方法であって、構造
物の表面に衝撃を加えた際に発生する音の振動波形を定
量的に計測し、当該振動波形の第ｎ番目の波の振幅の絶
対値（Ｈ_n）と第（ｎ＋ｋ）番目の波の振幅の絶対値
（Ｈ_n+k）との振幅比（Ｈ_n+k／Ｈ_n）が、欠陥が発生し
ていない場合の基準振幅比よりも大きい場合に、欠陥が
発生していると判定して構造物内部の欠陥を検出するこ
とを特徴とするものである。

【００２２】この検査方法も、欠陥が生じている場合に
は欠陥が生じていない場合にくらべて音の減衰速度が遅
くなるという上記原理を利用するものである。特に、こ
の検査方法は、振動波形の第ｎ番目の波の振幅の絶対値
（Ｈ_n）と第（ｎ＋ｋ）番目の波の振幅の絶対値
（Ｈ_n+k）との振幅比（Ｈ_n+k／Ｈ_n ）をパラメータと
して用いるものであり、当該パラメータを用いることに
よって、欠陥の有無による振幅比の変化を高精度に検出
することができる。

【００２３】ここで、ｎ，ｋはともに自然数であり、ｎ
＝ｋ＝１とした場合にもっとも高精度に振幅比の変化を
検出することができた。また、「基準振幅比」とは、欠
陥のない構造物、または被検査体としての構造物と同様
の構造の試験片（無欠陥のもの）に衝撃を加えた場合の
上記振幅比である。

【００２４】加えて、この方法では、欠陥のある場合と
ない場合との相対的な振幅比に基づいて欠陥の有無を判
断するものであるから、加える衝撃の強弱によらずに正
確な検査を行うことができる。

【００２５】(5) また、この検査方法を実現するた
め、本願に係る構造物検査装置は、上述した構造物検査
装置において、上記表示手段が演算処理部を備え、当該
演算処理部は、上記デジタル信号に基づいて検出された
音の振動波形の第ｎ番目の波の振幅の絶対値（Ｈ_n）と
第（ｎ＋ｋ）番目の波の振幅の絶対値（Ｈ_n+k）との振
幅比（Ｈ_n+k／Ｈ_n ）を求める振幅比計算手段と、振幅
比計算手段により求められた振幅比（Ｈ_n+k／Ｈ_n）と基
準振幅比とを比較する比較手段と、比較手段により振幅
比（Ｈ_n+k／Ｈ_n）が基準振幅比よりも大きいことが判定
された場合に、欠陥の発生を報知する報知手段とを備え
ることもできる。

【００２６】この装置によれば、衝撃付加部材によって
比検査体としての構造物の表面に衝撃を与える。その結
果発生する音を集音装置によって集音し、これをＡ／Ｄ
変換部によってデジタル信号に変換し、音の振動波形を
求める。そして、振幅比計算手段によって、この振動波
形の第ｎ番目の波の振幅の絶対値（Ｈ_n）と第（ｎ＋
ｋ）番目の波の振幅の絶対値（Ｈ_n+k）との振幅比（Ｈ
_n+k／Ｈ_n）を求める。さらに、比較手段によって、振幅
比計算手段により求められた振幅比（Ｈ_n+k／Ｈ_n）と基
準振幅比とを比較し、振幅比（Ｈ_n+k／Ｈ_n）が基準振幅
比よりも大きいことが判定された場合に報知手段によっ
て欠陥の発生を報知する。

【００２７】(6) 上記第１の目的を達成するため、本
願に係る構造物検査方法は、中実の構造物の内部に欠陥
が発生しているかどうかを検査する方法であって、構造
物の表面に衝撃を加えた際に発生する音の振動波形を定
量的に計測し、当該振動波形の第ｎ番目の波の振幅の絶
対値（Ｈ_n）と、第（ｎ＋ｋ）番目の波の振幅と第（ｎ
＋ｋ＋１）番目の波の振幅との差の絶対値（Ｈ_n+k+1）
との振幅比（（Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）／Ｈ_n）が、欠陥が発
生していない場合の基準振幅比よりも大きい場合に、欠
陥が発生していると判定して構造物内部の欠陥を検出す
ることを特徴とするものである。

【００２８】この検査方法も、欠陥が生じている場合に
は欠陥が生じていない場合にくらべて音の減衰速度が遅
くなるという上記原理を利用するものである。特に、こ
の検査方法は、振動波形の第ｎ番目の波の振幅の絶対値
（Ｈ_n）と、第（ｎ＋ｋ）番目の波の振幅と第（ｎ＋ｋ
＋１）番目の波の振幅との差の絶対値（Ｈ_n+k+1−
Ｈ_{n +k}）との振幅比（（Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）／Ｈ_n）をパラ
メータとして用いるものであり、当該パラメータを用い
ることによって、欠陥の有無による振幅比の変化を高精
度に検出することができる。

【００２９】ここで、ｎ，ｋはともに自然数であり、ｎ
＝ｋ＝１とした場合にもっとも高精度に振幅比の変化を
検出することができた。また、この場合の「基準振幅
比」とは、欠陥のない構造物、または被検査体としての
構造物と同様の構造の試験片（無欠陥のもの）に衝撃を
加えた場合の上記振幅比（（Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）／Ｈ_n）
である。

【００３０】加えて、この方法では、欠陥のある場合と
ない場合との相対的な振幅比に基づいて欠陥の有無を判
断するものであるから、加える衝撃の強弱によらずに正
確な検査を行うことができる。

【００３１】(7) また、この検査方法を実現するた
め、本願に係る構造物検査装置は、上述した構造物検査
装置において、上記表示手段が演算処理部を備え、当該
演算処理部は、上記デジタル信号に基づいて検出された
音の第ｎ番目の波の振幅の絶対値（Ｈ_n）と、第（ｎ＋
ｋ）番目の波の振幅と第（ｎ＋ｋ＋１）番目の波の振幅
との差の絶対値（Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）との振幅比（（Ｈ
_n+k+1−Ｈ_n+k）／Ｈ_n）を求める振幅比計算手段と、振
幅比計算手段により求められた振幅比（（Ｈ_n+k+1−Ｈ
_n+k）／Ｈ_n）と基準振幅比とを比較する比較手段と、比
較手段により振幅比（（Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）／Ｈ_n）が基
準振幅比よりも大きいことが判定された場合に、欠陥の
発生を報知する報知手段とを備えることもできる。

【００３２】この装置によれば、衝撃付加部材によって
比検査体としての構造物の表面に衝撃を与える。その結
果発生する音を集音装置によって集音し、これをＡ／Ｄ
変換部によってデジタル信号に変換し、音の振動波形を
求める。そして、振幅比計算手段によって、この振動波
形の第ｎ番目の波の振幅の絶対値（Ｈ_n）と、第（ｎ＋
ｋ）番目の波の振幅と第（ｎ＋ｋ＋１）番目の波の振幅
との差の絶対値（Ｈ_{n+ k+1}−Ｈ_n+k）との振幅比（（Ｈ
_n+k+1−Ｈ_n+k）／Ｈ_n）を求める。さらに、比較手段に
よって、振幅比計算手段により求められた振幅比（（Ｈ
_n+k+1−Ｈ_n+k）／Ｈ_n）と基準振幅比とを比較し、振幅
比（（Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）／Ｈ_n）が基準振幅比よりも大
きいことが判定された場合に報知手段によって欠陥の発
生を報知する。

【００３３】(8) 上記第１の目的を達成するため、本
願に係る構造物検査方法は、中実の構造物の内部に欠陥
が発生しているかどうかを検査する方法であって、構造
物の表面に衝撃を加えた際に発生する音の振動波形を定
量的に計測し、当該振動波形の第１番目の波の立上時間
が、欠陥が発生していない場合の基準立上時間よりも短
い場合に、欠陥が発生していると判定して構造物内部の
欠陥を検出することを特徴とするものである。

【００３４】この検査方法も、欠陥が生じている場合に
は欠陥が生じていない場合にくらべて音の減衰速度が遅
くなるという上記原理を利用するものである。

【００３５】上述したように、構造物内部に欠陥が生じ
ている場合は、上記重ね合わされた音の波の振動波形を
計測することになる。したがって、構造物に衝撃を加え
た後の振動波形の立上りは、欠陥がない場合にくらべて
欠陥があるときは非常に速くなり、これにより、振動波
形の立上時間が基準立上時間よりも短いならば、欠陥が
存在することになる。

【００３６】ここで、「立上時間」とは、構造物に衝撃
を加えたときに計測される振動波形の振幅の絶対値が所
定の値に達するまでの時間と定義することができる。具
体的には、振幅の絶対値が、最大振幅の１／２あるいは
１／４に達するまでの時間と定義することができる。ま
た、「基準立上時間」とは、欠陥のない構造物、または
被検査体としての構造物と同様の構造の試験片（無欠陥
のもの）に衝撃を加えた場合の上記立上時間をいう。

【００３７】加えて、この方法では、欠陥のある場合と
ない場合との相対的な立上時間に基づいて欠陥の有無を
判断するものであるから、加える衝撃の強弱によらずに
正確な検査を行うことができる。

【００３８】(9) また、この検査方法を実現するた
め、本願に係る構造物検査装置は、上述した構造物検査
装置において、上記表示手段が演算処理部を備え、当該
演算処理部は、上記デジタル信号に基づいて検出された
音の第１番目の波の立上時間を計測する立上時間計測手
段と、立上時間計測手段により計測された立上時間と基
準立上時間とを比較する比較手段と、比較手段により、
立上時間が基準立上時間よりも短い場合に、欠陥の発生
を報知する報知手段とを備えることもできる。

【００３９】この装置によれば、衝撃付加部材によって
比検査体としての構造物の表面に衝撃を与える。その結
果発生する音を集音装置によって集音し、これをＡ／Ｄ
変換部によってデジタル信号に変換し、音の振動波形を
求める。そして、立上時間計測手段によって、この振動
波形の第１番目の波の立上時間を計測する。さらに、比
較手段によって、立上時間計測手段により求められた立
上時間と基準立上時間とを比較し、立上時間が基準立上
時間よりも短いことが判定された場合に報知手段によっ
て欠陥の発生を報知する。

【００４０】(10) 上記第２の目的を達成するため、本
願に係る構造物検査方法は、上述した各構造物検査方法
において、構造物内部の欠陥の存在を検出した場合に、
当該衝撃を加えた点の周辺において複数の点に衝撃を加
え、各衝撃点において構造物内部の欠陥を検出すること
を特徴とするものである。

【００４１】本願発明者は、構造物内部に欠陥が生じて
いる場合に、当該欠陥の中心部に衝撃を加えたときに音
の減衰速度が最も遅くなるという事実を知得した。した
がって、仮に構造物内部に欠陥が生じていることを検出
した場合には、その周辺の複数のポイントで同様の衝撃
を加えて上記振動波形を調べることにより、当該欠陥の
中心位置と周縁部分を把握することができる。つまり、
当該欠陥の中心位置とその大きさを検出することができ
る。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００４３】図１は、本発明の一実施形態に係る構造物
検査方法を用いて構造物の内部に欠陥が生じているか否
かを検査する様子を模式的に示している。まず、この検
査を行うための構造物検査装置１０について説明する。
なお、図２は、この構造物検査装置１０の構成を模式的
に示している。

【００４４】図１および図２を参照して、構造物検査装
置１０は、被検査体としてのコンクリート壁１１（たと
えばトンネルの内壁）に衝撃を与えるためのハンマ１２
（衝撃付加部材）と、衝撃を加えた際に発生する音１５
を集音するマイク１３（集音装置）と、マイク１３によ
り集音された音の信号を解析して振動波形として表示さ
せるパーソナルコンピュータ１４（Ａ／Ｄ変換部および
表示手段）とを有している。

【００４５】図２に示すように、パーソナルコンピュー
タ１４は、上記マイク１３により集音された音のアナロ
グ信号をデジタル信号に変換するインターフェイス１６
（Ａ／Ｄ変換部）と、演算処理部１７と、上記振動波形
を表示するディスプレイ１８と、キーボード１９とを備
えている。演算処理部１７は、各種演算処理を実行する
ＣＰＵ２０と、後に詳述する基準データを記憶しておく
メモリ２１とを備えている。

【００４６】本実施形態に係る構造物検査方法の特徴と
するところは、上記振動波形を定量的に解析し、その減
衰特性を利用して構造物１１の内部に欠陥２２が生じて
いるか否かを検査する点である。そして、その減衰特性
とは、構造物１１に衝撃を加えた際に発生する音の振動
波形は、構造物１１の内部に亀裂や空洞等の欠陥２２が
生じている場合には、欠陥がない場合にくらべて振動の
減衰が遅くなるという特性であり、また、加える衝撃が
構造物１１の内部に発生している欠陥２２の中央部に近
いほど振動の減衰が遅くなるという特性である。

【００４７】本実施形態では、上記振動波形を解析する
ために、欠陥の生じていない基準構造体に衝撃を加えた
際に得られる基準振動波形を求め、これとの比較におい
て被検査体としての構造物１１に欠陥２２が生じている
か否かを判定する。

【００４８】(1) 減衰時間による判定 構造物１１に衝撃を加えた際に得られる振動波形の減衰
の様子から欠陥２２の有無を判定する方法について説明
する。

【００４９】まず、基準構造体にハンマ１２で衝撃を加
え、これをマイク１３で集音して振動波形を求める。な
お、基準構造体は、コンクリート塊であり、その外形寸
法は、３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍのものを採
用した。

【００５０】図３は、その振動波形をディスプレイ１８
に表示させたものである。同図に示す振動波形は、集音
した音をインターフェイス１６を介してＣＰＵ２０でデ
ジタル処理し（図２参照）、横軸を時間、縦軸を振幅と
して表示したものである。

【００５１】本実施形態では、振動波形が最大振幅Ｈ
_maxの１／４に減衰するまでの時間ΔＴを減衰時間とし
て定義する。もっとも、減衰時間について他の定義をお
くこともできる。

【００５２】図４は、横軸が構造物内部の欠陥の大きさ
（面積）を示し、縦軸が減衰時間を示しており、欠陥の
大きさに対する減衰時間の変化を示したものである。同
図に示すように、無欠陥（欠陥面積が０）の場合には減
衰時間が２．３ｍｓ〜２．９ｍｓ（基準減衰時間）であ
る。なお、この基準減衰時間は、上記基準データとして
メモリ２１に記憶しておくことができる。また、別途こ
の基準減衰時間を求めた場合には、キーボード１９を用
いて入力し、メモリ２１に記憶させておくこともでき
る。

【００５３】一方、実際に欠陥２２が生じている構造物
１１に衝撃を加えた場合には、同図に示すように、減衰
時間が４ｍｓ以上となり、多くの場合に７ｍｓ以上とな
った。

【００５４】したがって、構造物１１に衝撃を加えた際
に得られる振動波形から、ＣＰＵ２０によって演算処理
して上記減衰時間ΔＴを求めることができ、仮に欠陥２
２が生じている場合には減衰時間ΔＴが非常に大きくな
る。そして、ＣＰＵ２０によって上記基準減衰時間と当
該減衰時間ΔＴとを比較し、減衰時間ΔＴがたとえば３
ｍｓ以上であれば欠陥２２の発生を検出することがで
き、このことをディスプレイ１８により表示させること
ができる。

【００５５】なお、この場合、上記ディスプレイ１８は
報知手段として機能し、上記ＣＰＵ２０は、減衰時間計
測手段および比較手段として機能する。また、ＣＰＵ２
０によって減衰時間ΔＴを計測するほかに、表示された
振動波形から検査技術者が目測で減衰時間ΔＴの大小を
判断することも簡単にできる。

【００５６】(2) 振幅比による判定 次に、構造物１１に衝撃を加えた際に得られる振動波形
の振幅比から欠陥２２の有無を判定する方法について説
明する。

【００５７】図５は、構造物１１にハンマ１２で衝撃を
加えたときに得られる振動波形をディスプレイ１８に表
示させたものである。同図に示す振動波形は、上述した
と同様に、集音した音をインターフェイス１６を介して
ＣＰＵ２０でデジタル処理し（図２参照）、横軸を時
間、縦軸を振幅として表示したものである。

【００５８】この場合、振幅比とは、振動波形の第ｎ番
目の波の振幅の絶対値Ｈ_nと第（ｎ＋ｋ）番目の波の振
幅の絶対値Ｈ_n+kとの比（Ｈ_n+k／Ｈ_n）である。同図で
は、ｎ＝５であり、ｋ＝３の場合を図示しているが、
ｎ，ｋの値は自然数であれば任意の数値を採用すること
ができる。

【００５９】ところで、この振幅比（Ｈ_n+k／Ｈ_n）の大
小を調べるために、まず、基準構造体に予め一定の大き
さ（直径ｄ）の欠陥を構造物表面から一定の深さ（ｓ）
の位置に設けておき、その場合の振幅比を求める。その
結果、上記（ｄ）および（ｓ）の数値に対応して一対一
の関係で基準振幅比が求まる。この基準振幅比は、一種
のしきい値として機能する。なお、基準構造体として
は、３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍのコンクリー
ト塊を採用した。

【００６０】上記基準振幅比は、予め別の実験により、
種々の大きさと深さの欠陥に対応する数値を、ｎとｋの
数値ごとに求めておくことができる。すなわち、ｎ，ｋ
の数値をさまざまに変化させて、その（ｎ，ｋ）につい
て欠陥の大きさ（ｄ）および深さ（ｓ）をさまざまに変
化させて、それぞれについて基準振幅比を予め求め、こ
れをメモリ２１に基準データとして記憶させておく。そ
して、実際の検査によって求めた振幅比と基準振幅比と
の比較をＣＰＵ２０によって実行する。その結果、検査
によって求めた振幅比が基準振幅比を超えている場合
は、たとえばディスプレイ１８によってその旨を表示さ
せることができる。この場合、ＣＰＵ２０は振幅比計算
手段および比較手段として機能し、ディスプレイ１８は
報知手段として機能する。

【００６１】したがって、検査は次の要領で行う。ま
ず、構造物１１にハンマ１２で衝撃を加え、これをマイ
ク１３で集音して振動波形を求め、この波形から振幅比
（Ｈ_{n+ k}／Ｈ_n）を求める。そして、このようにして求め
られた振幅比が上記基準振幅比よりも大きくなっている
場合は、その基準振幅比に対応した大きさの欠陥（たと
えば空洞）がその基準振幅比に対応した深さ（構造物表
面からの深さ）に生じていることになる。

【００６２】ここで、図６は、特にｎ＝１、ｋ＝１の場
合を図示している。このように第１番目および第２番目
の波の振幅を用いることによって、上記振幅比の大小が
より正確に判断することができる。なぜなら、欠陥が生
じている場合には、上述した構造物内部で反射する弾性
波による音が、第１番目の波形に最も影響を与えるから
である。

【００６３】さらに、図７は、振動波形の第ｎ番目の波
の振幅の絶対値Ｈ_nと、第（ｎ＋ｋ）番目の波の振幅Ｈ
_n+kと第（ｎ＋ｋ＋１）番目の波の振幅Ｈ_n+k+1との差の
絶対値（Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）との比（（Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）
／Ｈ_n）を振幅比として定義し、この値を用いて欠陥の
有無を判断するものである。なお、図７では、第ｎ番目
の波の振幅をＨ_nであらわし、第（ｎ＋ｋ）番目の波の
振幅Ｈ_n+kと第（ｎ＋ｋ＋１）番目の波の振幅Ｈ_n+k+1と
の差をＨ_n+k+1，_n+kで表している。

【００６４】上述したように、構造物内部で反射する弾
性波による音が第１番目の波形に最も影響を与えること
から、振幅比をこのように定義することによって、振幅
比の大小をより一層正確に判断することができる。特
に、ｎ＝１、ｋ＝１の場合、すなわち、図７において、
Ｈ_2,3／Ｈ₁の値によって判断することが最も正確であ
る。なお、Ｈ_2,3／Ｈ₁とは、（Ｈ_3,2−Ｈ₁）／Ｈ１を簡
易的に表示したものである。

【００６５】なお、この場合においても、上記と同様に
予め基準振幅比を求めておき、これとの比較において欠
陥の検査を行うことができる。

【００６６】(3) 立上時間による判定 次に、構造物１１に衝撃を加えた際に得られる振動波形
の立上時間から欠陥２２の有無を判定する方法について
説明する。

【００６７】図８は、構造物１１にハンマ１２で衝撃を
加えたときに得られる振動波形をディスプレイ１８に表
示させたものである。同図に示す振動波形は、上述した
と同様に、集音した音をインターフェイス１６を介して
ＣＰＵ２０でデジタル処理し（図２参照）、横軸を時
間、縦軸を振幅として表示したものである。

【００６８】この場合、立上時間とは、振動波形の振幅
が、その最大値の１／４（Ｈ_max/4）に達するまでの時
間（Ｔ_1/4）をいう。ただし、立上時間として、振動波
形の振幅が、その最大値の１／２（Ｈ_max/2）に達する
までの時間（Ｔ_1/2）や、振動波形の振幅が最大値に達
するまでの時間等、任意の値を設定することもできる。

【００６９】立上時間の長短を判断するために、まず、
基準構造体にハンマ１２で衝撃を加え、これをマイク１
３で集音して振動波形を求める。なお、基準構造体は、
コンクリート塊であり、その外形寸法は、３００ｍｍ×
３００ｍｍ×３００ｍｍのものを採用した。

【００７０】基準構造体に衝撃を加えて得られる立上時
間は、基準立上時間として定義することができ、これを
基準データとしてメモリ２１に記憶しておくことができ
る。また、別途この基準立上時間を求めた場合には、キ
ーボード１９を用いて入力し、メモリ２１に記憶させて
おくこともできる。

【００７１】図９は、横軸に構造物１１に生じている欠
陥（剥離等）の大きさ（剥離直径）をとり、縦軸に立上
時間をとって、欠陥の大きさにより立上時間が変化する
様子を示したものである。

【００７２】同図に示すように、欠陥が生じていない場
合（剥離直径が０）には、基準立上時間が０．１５ｍｓ
〜０．２４ｍｓの範囲であるが、欠陥が生じている場合
には、明らかに立上時間が長くなる。そして、この立上
時間の長さによって欠陥の大きさを把握することもでき
る。

【００７３】したがって、構造物１１に衝撃を加えた際
に得られる振動波形から、ＣＰＵ２０によって演算処理
して上記立上時間を求めることができ、仮に欠陥２２が
生じている場合には減衰時間が非常に長くなる。そし
て、ＣＰＵ２０によって上記基準立上時間と当該立上時
間とを比較し、立上時間が長くなる場合には欠陥２２の
発生と大きさを検出することができる。そして、このこ
とをディスプレイ１８により表示させることができる。

【００７４】なお、この場合、上記ディスプレイ１８は
報知手段として機能し、上記ＣＰＵ２０は、立上時間計
測手段および比較手段として機能する。また、ＣＰＵ２
０によって立上時間を計測するほかに、表示された振動
波形から検査技術者が目測で立上時間の大小を判断する
ことも簡単にできる。

【００７５】(4) 欠陥の大きさ（寸法）の判定 図１０は、基準構造体の内部に欠陥を設け、これに対し
て衝撃を加えた場合の振幅比の変化を示したものであ
る。縦軸は振幅比であり、横軸は衝撃を加えた点の欠陥
中央からの距離である。なお、この場合の振幅比は、振
動波形の第１番目の波の振幅の絶対値と、第２番目およ
び第３番目の波の振幅の差の絶対値との比である。

【００７６】同図に示すように、欠陥の中央（真上）に
衝撃を加えた場合に振幅比が最も大きくなり、欠陥の中
央から離れるにしたがって振幅比は減少する。

【００７７】したがって、実際の構造物１１の検査にお
いては、ある衝撃点において欠陥が生じているとの結果
が得られた場合には、その周辺の複数のポイントにおい
て検査することにより、同様の振幅比が得られる衝撃点
が明らかになる。そして、これら同様の振幅比が得られ
た衝撃点を連続させることにより、欠陥の周縁が明らか
になり、その結果、欠陥の大きさおよび中心位置が明ら
かになる。

【００７８】なお、この場合、各衝撃点の位置は、構造
物上に座標をとることにより簡単に決定することがで
き、同様の振幅比が得られた衝撃点を連続させてその包
絡線を描くように、コンピュータ１４にプログラムする
ことは容易である。

【００７９】また、このように欠陥の中央部においても
っとも振幅比が大きくなるという特性は、上記他の方法
にも当てはまる。すなわち、欠陥の中央部に近い点に衝
撃を与えた場合には、上記減衰時間がさらに遅くなり、
上記立上時間も長くなる。よって、減衰時間または立上
時間を利用する方法の場合であっても、同様に欠陥の大
きさと中心位置を把握することができる。

【００８０】

【発明の効果】以上のように本願発明によれば、構造物
に衝撃を加えた際に発生する音の振動波形を解析するこ
とにより、構造物内部の欠陥を確実に発見することがで
きる。また、加える衝撃が構造物内部に発生している欠
陥の中央部に近いほど振動の減衰が遅くなるという特性
を利用することにより、欠陥の有無のみならず、その中
心位置および大きさもを把握することができる。

【００８１】また、衝撃を加えた場合の振動波形に基づ
いて、当該振動波形の減衰速度、振幅比または立上速度
をパラメータとして欠陥の有無等を判断するものである
から、最初に加える衝撃の大きさが多少ばらついたとし
ても同様の検査結果を得ることができ、検査技術者の経
験や知識によらずに正確な検査を行うことができる。

【００８２】なお、図１１は、一定の大きさの欠陥を有
する試験片に衝撃を加えた場合の衝撃の大きさと振幅比
（（Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）／Ｈ_n：ｎ＝ｋ＝１）の変化を示
している。この図に示すように、加える衝撃の大きさが
変化しても得られる振幅比はほとんど変化しない。この
関係は、加える衝撃の大きさと減衰時間、立上時間との
間にも成り立つものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る構造物検査装置を用
いて構造物を検査する方法を示す模式図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る構造物検査装置の構
成を示す模式図である。

【図３】減衰時間を用いて欠陥の検査を行うための振動
波形を示す図である。

【図４】欠陥の大きさと減衰時間との関係を示す図であ
る。

【図５】振幅比を用いて欠陥の検査を行うための振動波
形を示す図である。

【図６】振幅比を用いて欠陥の検査を行うための振動波
形を示す図である。

【図７】振幅比を用いて欠陥の検査を行うための振動波
形を示す図である。

【図８】立上時間を用いて欠陥の検査を行うための振動
波形を示す図である。

【図９】欠陥の大きさと立上時間との関係を示す図であ
る。

【図１０】欠陥の中央部からの距離と振幅比との関係を
示す図である。

【図１１】被検査体に加える衝撃の大きさと振幅比との
関係を示す図である。

【符号の説明】

１０ 構造物検査装置 １１ コンクリート壁 １２ ハンマ １３ マイク １４ パーソナルコンピュータ １５ 衝撃を加えた際に発生する音 １６ インターフェイス １７ 演算処理部 １８ ディスプレイ １９ キーボード ２０ ＣＰＵ ２１ メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 壽男 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 Ｆターム(参考） 2G047 AA10 BC03 BC04 BC07 CA03 CA07 GG09 GG27

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中実の構造物の内部に欠陥が発生してい
   るかどうかを検査する方法であって、 構造物の表面に衝撃を加えた際に発生する音の振動波形
   を定量的に計測し、当該振動波形が一定の減衰を達成す
   るまでの減衰時間が、欠陥が発生していない場合の基準
   減衰時間よりも長い場合に、欠陥が発生していると判定
   して構造物内部の欠陥を検出することを特徴とする構造
   物検査方法。
2. 【請求項２】 中実の構造物の内部に欠陥が発生してい
   るかどうかを検査する方法であって、 構造物の表面に衝撃を加えた際に発生する音の振動波形
   を定量的に計測し、 当該振動波形の第ｎ番目の波の振幅の絶対値（Ｈ_n）と
   第（ｎ＋ｋ）番目の波の振幅の絶対値（Ｈ_n+k）との振
   幅比（Ｈ_n+k／Ｈ_n）が、欠陥が発生していない場合の基
   準振幅比よりも大きい場合に、欠陥が発生していると判
   定して構造物内部の欠陥を検出することを特徴とする構
   造物検査方法。
3. 【請求項３】 中実の構造物の内部に欠陥が発生してい
   るかどうかを検査する方法であって、 構造物の表面に衝撃を加えた際に発生する音の振動波形
   を定量的に計測し、 当該振動波形の第ｎ番目の波の振幅の絶対値（Ｈ_n）
   と、第（ｎ＋ｋ）番目の波の振幅と第（ｎ＋ｋ＋１）番
   目の波の振幅との差の絶対値（Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）との振
   幅比（（Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）／Ｈ_n）が、欠陥が発生して
   いない場合の基準振幅比よりも大きい場合に、欠陥が発
   生していると判定して構造物内部の欠陥を検出すること
   を特徴とする構造物検査方法。
4. 【請求項４】 中実の構造物の内部に欠陥が発生してい
   るかどうかを検査する方法であって、 構造物の表面に衝撃を加えた際に発生する音の振動波形
   を定量的に計測し、 当該振動波形の第１番目の波の立上時間が、欠陥が発生
   していない場合の基準立上時間よりも短い場合に、欠陥
   が発生していると判定して構造物内部の欠陥を検出する
   ことを特徴とする構造物検査方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに係る構造
   物検査方法において、 構造物内部の欠陥の存在を検出した場合に、当該衝撃を
   加えた点の周辺において複数の点に衝撃を加え、各衝撃
   点において構造物内部の欠陥を検出することを特徴とす
   る構造物検査方法。
6. 【請求項６】 中実の構造物の内部に欠陥が発生してい
   るかどうかを検査する装置であって、 被検査体としての構造物の表面に衝撃を加えるための衝
   撃付加部材と、 上記加えられた衝撃により構造物から発せられる音を集
   音してアナログ信号として検出する集音装置と、 検出されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／
   Ｄ変換部と、 上記デジタル信号に基づいて検出された音の振動波形を
   表示する表示手段とを備えたことを特徴とする構造物検
   査装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の構造物検査装置におい
   て、 上記表示手段は、演算処理部を備えており、 当該演算処理部は、 上記デジタル信号に基づいて検出された音の振動波形が
   一定時間内に所定の減衰を達成するまでの減衰時間を計
   測する減衰時間計測手段と、 減衰時間計測手段により計測された減衰時間と基準減衰
   時間とを比較する比較手段と、 比較手段により上記減衰時間が基準減衰時間よりも長い
   ことが判定された場合に、欠陥の発生を報知する報知手
   段とを備えたことを特徴とする構造物検査装置。
8. 【請求項８】 請求項６記載の構造物検査装置におい
   て、 上記表示手段は、演算処理部を備えており、 当該演算処理部は、 上記デジタル信号に基づいて検出された音の振動波形の
   第ｎ番目の波の振幅の絶対値（Ｈ_n）と第（ｎ＋ｋ）番
   目の波の振幅の絶対値（Ｈ_n+k）との振幅比（Ｈ _n+k／Ｈ
   _n）を求める振幅比計算手段と、 振幅比計算手段により求められた振幅比（Ｈ_n+k／Ｈ_n）
   と基準振幅比とを比較する比較手段と、 比較手段により振幅比（Ｈ_n+k／Ｈ_n）が基準振幅比より
   も大きいことが判定された場合に、欠陥の発生を報知す
   る報知手段とを備えたことを特徴とする構造物検査装
   置。
9. 【請求項９】 請求項６記載の構造物検査装置におい
   て、 上記表示手段は、演算処理部を備えており、 当該演算処理部は、 上記デジタル信号に基づいて検出された音の第ｎ番目の
   波の振幅の絶対値（Ｈ _n）と、第（ｎ＋ｋ）番目の波の
   振幅と第（ｎ＋ｋ＋１）番目の波の振幅との差の絶対値
   （Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）との振幅比（（Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）／
   Ｈ_n）を求める振幅比計算手段と、 振幅比計算手段により求められた振幅比（（Ｈ_n+k+1−
   Ｈ_n+k）／Ｈ_n）と基準振幅比とを比較する比較手段と、 比較手段により振幅比（（Ｈ_n+k+1−Ｈ_n+k）／Ｈ_n）が
   基準振幅比よりも大きいことが判定された場合に、欠陥
   の発生を報知する報知手段とを備えたことを特徴とする
   構造物検査装置。
10. 【請求項１０】 請求項６記載の構造物検査装置におい
    て、 上記表示手段は、演算処理部を備えており、 当該演算処理部は、 上記デジタル信号に基づいて検出された音の第１番目の
    波の立上時間を計測する立上時間計測手段と、 立上時間計測手段により計測された立上時間と基準立上
    時間とを比較する比較手段と、 比較手段により、立上時間が基準立上時間よりも短い場
    合に、欠陥の発生を報知する報知手段とを備えたことを
    特徴とする構造物検査装置。