JP2003185644A

JP2003185644A - 固体内部の振動検査装置

Info

Publication number: JP2003185644A
Application number: JP2001384409A
Authority: JP
Inventors: Kageyoshi Katakura; 景義片倉; Hiroyuki Yokobori; 弘幸横堀
Original assignee: Koden Electronics Co Ltd
Current assignee: Koden Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】励振の時点と、励振された振動の受信の期間
とを同期させることにより、不要な振動の受信を排除
し、検査精度を高めることにある。【解決手段】検査対象の固体中に振動を発生させる励
振部と、この固体中の振動を検出して電気信号に変換す
る受信部と、この受信部が受信した振動の特性を分析
し、検査結果として出力する検査部と、上記各部の動作
を制御する制御部とを備えている。そして、制御部は、
励振部による励振の時点と受信部による振動の受信の期
間とを同期させる手段を備えることにより、励振部によ
る打撃時等で生ずる二度打ちなどの不要振動の受信を回
避し、検査精度の向上を図っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、コンクリ−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。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンクリ−ト構造物の劣化が問題
になっており、その内部の診断が必要とされている。従
来、コンクリ−ト内部の診断手法として、超音波を利用
する方法が種々提案されてきた。特開平７−２００９７
号公報には、エア−シリンダを使用したハンマでコンク
リ−ト製品を軽打し、この時発生する音波の音圧レベル
を騒音計で検出して良品か欠陥品かを判別する方法が開
示されている。

【０００３】また、特開２０００−２６９２号公報に
は、コンクリ−ト構造物の内部に超音波を入射し、伝搬
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−ト構造物の内部の空
洞の発生の有無を検査する方法が開示されている。この
方法では、鋼球を所定の高さから被検査対象物の表面に
落下させることによって超音波を入射させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のコンクリ−
ト内部の診断方法では、落下する鋼球により、コンクリ
−トの表面を打撃している。しかしながら、この場合に
はバウンドにより、２回３回と打撃を繰り返すことにな
り、受信される振動が後続の打撃によって乱され、検査
精度が、低下するという問題が生じる。

【０００５】従って、本発明の一つの目的は、励振の時
点と、励振された振動の受信の期間とを同期させること
により、不要な振動の受信を排除し、検査精度を高める
ように構成されている。

【０００６】また、エアシリンダで駆動されるハンマの
コンクリ−ト表面への接触時間が長引くと、このハンマ
がコンクリ−ト内に励振された振動に対する負荷として
作用する。この結果、ハンマの質量などが励振される振
動の特性に影響を及ぼし、検査の精度を低下させるとい
う問題がある。鋼球を所定の高さから落下させる方法は
接触時間が長引くという問題はないが、鋼球が表面に衝
突した後の位置の管理が難しく、このため、ベルトコン
ベアなどの搬送機構によって一定速度で流れていく製品
の自動検査などにおいて、検査対象の製品に一定の周期
で振動を発生させることが困難になるという問題があ
る。

【０００７】従って、本発明の他の目的は、励振機構が
診断対象の固体中に励振した振動に対して負荷として作
用しない、すなわち、固体中に自由振動の励振が可能
で、しかも一定周期での振動の発生が可能な診断装置を
提供することにある。

【０００８】エアシリンダで駆動されるハンマのコンク
リ−ト表面への打撃角が異なると、コンクリ−トの内部
が同じ状況でも、打撃力が変わってしまう。また、検査
対象のコンクリ−トの表面が粗い場合においては、ハン
マとコンクリ−ト表面との接触面積がコンクリ−トの表
面の粗さの違いにより異なる。さらに、コンクリ−ト内
部の微小な異常部を診断する場合、前記接触面積が異常
部の面積（断面積）より大きいと微小な異常部を見つけ
にくいなどの問題がある。

【０００９】従って、本発明の他の目的は、励振部の固
体表面との接触部の形状を変えることにより、打撃角の
状況や検査対象物の表面の形状に影響されにくい励振部
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】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
対象の固体中に振動を発生させる励振部と、この固体中
の振動を検出して電気信号に変換する受信部と、この受
信部が受信した振動の特性を分析し、検査結果として出
力する検査部と、上記各部の動作を制御する制御部とを
備えている。そして、制御部は、励振部による励振の時
点と受信部による振動の受信の期間とを同期させる手段
を備えることにより、励振部による打撃時等で生ずる二
度打ちなどの不要振動の受信を回避し、検査精度の向上
を図っている。

【００１１】本発明に係わる固体内部の振動検査装置の
励振部は、磁力を利用して固体表面に衝突しその反作用
により固体表面と分離する可動部を有し、この可動部の
衝突分離動作により固体内部に自由振動を励振する手段
を備えることにより、固体内部に自由振動を励振し、か
つ周期的な励振を可能にするように構成されている。

【００１２】本発明に係わる固体内部の振動検査装置
の、駆動部の固体表面の圧迫部は、鋼材等の検査対象物
より硬い材質でできており、駆動部の駆動部材部より広
い面積を有した平面状または、球面状に構成される。さ
らに、固体表面の微小面積を励振することで微小な異常
部の診断を行う構成としている。駆動部の駆動部材部よ
り狭い面を有することにより、固体表面が粗い場合、圧
迫部と接触する角度が大きい場合または、固体表面の微
小面積を励振することで微小な異常部の診断を行う場合
における検査精度の向上を図っている。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、励振部は、磁力を利用して固体表面に衝突しその反
作用により固体表面と分離する可動部を有し、この可動
部の衝突分離動作により固体内部に自由振動を励振する
手段を備えている。

【００１４】検査部は、受信部が受信した振動を線形予
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する手段を備えることにより、共振
周波数とＱの算定が容易であるという線形予測法の特徴
を活かすように構成されている。

【００１５】検査結果は、良品又は不良品のうちの少な
くとも一つを含む診断結果として出力されることによ
り、人手の介入を必要としない自動検査を可能とするよ
うに構成されている。

【００１６】検査は、予め抽出され登録された良品と不
良品の振動の特性と前記検査部が分析した振動の特性と
を比較することによって行なわれる。

【００１７】励振部と受信部の固体上の位置を制御する
手段と、これらの位置を検出する手段を更に備えること
により、固体上の検査箇所を自動的に変更可能なように
構成されている。

【００１８】受信部は液体、固体、半固体状または気体
の層を介在させながら前記検査対象の固体の振動を受信
することを特徴としている。

【００１９】励振部は、少なくとも永久磁石と励振コイ
ルとを具備し、当該永久磁石が前記可動部の前記磁力部
材部を構成することを特徴としている。また、当該励振
コイルを駆動する駆動電流は、単一パルス波形からなる
直流パルス電流であることを特徴としている。

【００２０】複数個の励振部と受信部の組を有し、それ
らを同時に使用し検査を行う構成において、目的とする
信号以外の信号を抑圧するように構成することを特徴と
している。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の固体内部の振動
検査装置の全体構成を、斜線を付して示す検査対象物と
共に示す機能ブロック図であり、１０ａ、１０ｂは励振
部、２０ａ、２０ｂは受信部、３０ａ、３０ｂは信号処
理部、４０ａ、４０ｂは信号分析部であり、それぞれ２
系統の構成とされている。５０は診断出力部、６０は制
御部、７０は検査部である。

【００２２】以下、各部の動作を１系統分について説明
する。図２は、図１中の励振部１０の実施例を示す断面
図であり、１１は駆動部、１２は駆動部保持キャップ、
１３は引張スプリング、１４はリ−ド線、１１Ａは磁力
部、１１Ｂは駆動部材部、１１Ｃは圧迫部、１００は励
振コイルである。

【００２３】駆動部１１は、上述のように磁力部１１
Ａ、駆動部材部１１Ｂと圧迫部１１Ｃとで構成されてい
る。磁力部１１Ａの好適な一例として、永久磁石が、ま
た他の好適な例として、電磁石などが使用可能である。

【００２４】駆動部材部１１Ｂ及び圧迫部１１Ｃは、検
査対象物より硬い材質である鋼材等により構成されてい
る。図１２は、検査対象の固体表面と接触する圧迫部１
１Ｃの形状が駆動部材部１１Ｂより広い面積を有した平
面状に構成されている例である。図１３は、検査対象の
固体表面と接触する圧迫部１１Ｃの形状が球面状に構成
されている例である。また、図１４は、検査対象の固体
表面と接触する圧迫部１１Ｃの形状が駆動部材部１１Ｂ
より狭い面で構成されている例である。斜線を付して示
された検査対象物中の空白部は微小な異常部を示す。

【００２５】図３は、磁力部１１Ａが、永久磁石により
構成されている場合の励振コイル１００に、リ−ド線１
４を介して供給される駆動電流波形の一例を示す波形図
である。この駆動電流は、単一パルス波形からなる。最
も強い駆動を行うものとして、図３に例示するように、
永久磁石が励振コイル内を走行する時間に相当する時間
長ｔの直流パルス電流で励振するのが最適である。駆動
電流波形のパルス幅ｔは、ｔ＝ｌ／ｖとなる。ここでｌ
は、永久磁石が励振コイル内を走行する距離、ｖは、永
久磁石の走行速度である。

【００２６】図２（Ａ）に示すような初期状態におい
て、診断対象の固体表面から離れて静止し、励振コイル
１００に、リ−ド線１４を介して、図３に例示したよう
な波形の駆動電流が供給されると、駆動部１１が診断対
象の固体表面に向け急激に前進し、診断対象の固体は駆
動部１１に押される。これにより、図２（Ｂ）に示すよ
うに、駆動部１１によって診断対象の固体は変形する。

【００２７】続いて、図２（Ｃ）に示すように、駆動部
１１は、診断対象の固体からの反発力によって上昇し、
次いで引張スプリング１３の伸張する圧力により、図２
（Ａ）に示すような初期状態に復元される。駆動部１１
が短時間に診断対象の固体表面から離れることにより、
これが検査対象の固体内に励振された振動の負荷として
作用することがなくなり、検査対象の固体内に負荷の影
響を受けない自由振動が励振される。

【００２８】励振コイル１００に印加された駆動電流に
より駆動部１１が診断対象の固体表面に向け前進する原
理を図１５により説明する。ここで、１０４は、永久磁
石（磁力部）１１Ａによる磁力線である。Ａ点におい
て、磁界はＨＡ方向、励振コイル１００に流れる電流
は、紙面に対して垂直下方方向であることから、この電
流に働く力は、矢印１０１の方向である。一方、Ｂ点に
おいては、磁界はＨＢ方向、励振コイル１００に流れる
電流は、紙面に対して垂直上方方向であることから、こ
の電流に働く力は、矢印１０２の方向でＡ点における電
流に働く力１０１の方向と同一である。

【００２９】これら電流に働く力の反作用が磁力部１１
Ａを動かす駆動力となることから、この駆動力の方向
は、矢印１０３の方向となる。これにより磁力部１１Ａ
は診断対象の固体表面に向け前進する。ここで、図１５
に示すように、磁力部１１Ａ（永久磁石）のＮ極端面が
励振コイル１００の端面とほぼ一致するように配置す
る。また、磁力部１１Ａ（永久磁石）のＳ極端面が励振
コイル１００の内部に含まれるように配置する。

【００３０】このように、励振コイル１００と磁力部１
１Ａとを非対称的に配置することにより、磁力部１１Ａ
（永久磁石）のＮ極端面から出た磁力線１０４が励振コ
イル１００を通過することなく、Ｓ極端面に入る磁力線
のみがが励振コイル１００を通過することとなる。これ
により、磁力部１１Ａ（永久磁石）には診断対象の固体
表面に向け前進する駆動力のみが作用し、有効な打撃を
診断対象の固体表面に与えることができる。

【００３１】上述のような駆動力発生原理から、磁力部
１１Ａが励振コイル１００内を走行する時間に相当する
パルス長の直流電流で励振コイル１００を励振すること
が、効率的な磁力部１１Ａの駆動となる。

【００３２】このようにして検査対象の固体内に励振さ
れた振動は、受信部２０に受信される。図４は、受信部
２０の構成の一例を示す断面図であり、これは、電極層
に挟まれた圧電磁器２１と、振動結合層２２とから構成
される。圧電磁器２１は、抽出される振動の最高周波数
である１０ｋＨｚ以上の共振周波数を有する厚み共振モ
−ドの構成が選択される。また、振動結合層２２は、
油、水、軟質プラスチック、スライムなどの液体、固体
あるいは半固体状の層で構成される。固体内の振動は振
動結合体２２を介して圧電磁器２１に受信され、電気信
号に変換される。

【００３３】また、他の実施例として、図示しない、コ
ンデンサマイクロホン等の空中用受音器を受信部２０の
圧電磁器２１の代りとして使用することもできる。この
とき、振動結合層２２としては空気などの気体が使用さ
れる。

【００３４】このように、圧電磁器２１またはコンデン
サマイクロホン等の空中用受音器が固体の表面にじかに
接触せず、軟質の振動結合層２２または空気などの気体
を介在させているので、受信部２０と検査対象の固体の
表面との間の相対的な移動が可能になる。この実施例で
は、励振部１０と受信部２０とが図示しない移動機構に
よって検査対象のコンクリ−ト構造物などの固体の表面
上を連動して移動せしめられる。これにより、検査対象
の固体の異なる箇所について振動特性が抽出される。

【００３５】受信部２０に受信され、電気信号に変換さ
れた振動波形は、信号処理部３０に供給される。図５
は、信号処理部３０の構成の一例を示す機能ブロック図
であり、これは、前段の増幅部３１と、後段の濾波部３
２とから構成されている。前段の増幅部３１では、制御
部６０から供給される同期信号に同期して一定時間だけ
増幅機能が有効になる。この結果、励振部１０による再
接触などによって後発的に発生することのある振動によ
る不要な信号の処理を排除する。

【００３６】増幅部３１は、圧電磁器２１から出力され
る低周波の信号を忠実に増幅するために高い入力インピ
−ダンスが必要であり、通常、１ＭΩ、好適には１０Ｍ
Ω以上の入力インピ−ダンスを有する。診断対象のコン
クリ−トなどの固体中の自由振動周波数は、通常１０ｋ
Ｈｚ以下であるため、濾波部３２は１０ｋＨｚ以下の周
波数の信号のみを通過させる低域通過特性を有してい
る。また、この濾波部３２は、５０Ｈｚのハムの混入を
阻止する機能も有している。

【００３７】信号処理部３０から供給される信号を処理
する信号分析部４０は、図６に示すように、Ａ／Ｄ変換
部４１、信号記憶部４２および、演算部４３から成る。
Ａ／Ｄ変換部４１に供給されるアナログ信号は、１００
ｋＨｚ以下のサンプリング周波数でディジタル信号に変
換され、信号記憶部４２に記憶される。このＡ／Ｄ変換
部４１は、制御部６０から供給される同期信号に同期し
て一定時間にわたるＡ／Ｄ変換処理を開始することによ
り、励振部１０による再接触などによって後発的に発生
する振動による不要な信号のディジタル化を排除する。
演算部４３は、信号記憶部４２から読み出したディジタ
ル信号に対して、信号分析を行う。この信号分析にはフ
−リエ変換が使用される。

【００３８】本発明者は、振動特性の分析の他の手法と
して、線形予測の手法が好適であることを見い出した。
この線形予測法は全極モデルであり、受信信号が各共振
モ−ドに分解される。この線形予測法は、コンクリ−ト
内の自由振動のような複数の固有振動の合成によって構
成される固体中の振動特性を分析し、その特徴を抽出す
るのに最適の分析手法である。

【００３９】本発明者は、また、この線形予測分析の最
大次数は、コンクリ−トの診断においては、通常、２０
０次程度で十分であることを見い出した。さらに、診断
対象の次数の推定は、赤池の情報規範（ＡＩＣ）によっ
て自動判定され、通常のコンクリ−ト診断においては、
平均５０程度であることも、本発明によって明らかにな
った。

【００４０】線形予測法においては、過去の受信信号Ｘ
_ｎ−Ｍから現在の受信信号Ｘ_ｎの予測値Ｘ_ｎが算定され
る。ここで、Ｘ_ｎ＝Ｘ_ｎ＋ε_ｎ＝ａ_１Ｘ_ｎ−１＋ａ_２Ｘ_ｎ−２＋・・・＋ａ_ＭＸ_ｎ−Ｍ …（１）であり、ε_ｎは予測誤差雑音である。

【００４１】この関係は行列形式において、

【００４２】（１）式の両辺にＸ行列を乗算することに
より、次式を得る。となり、相関行列Ｒおよび相関ベクトルｒに関する以下
の関係となる。

【００４３】

【００４４】（４）式を解くことにより、未知数である
予測係数ａ_ｎが求まる。このような線形予測を用いるス
ペクトル分析の処理の全体を図９に示す。図９に示した
入力信号Ｘ_ｎを出力信号ε_ｎに変換する処理の伝達関数
Ｆ（ｚ）は、ｚ変換により、Ｆ（ｚ）＝１−（ａ_１ｚ⁻¹＋ａ_２ｚ^−２＋・・＋ａ_Ｍｚ^−Ｍ） …（５）として与えられる。ここで、出力ε_ｎは予測誤差雑音で
あり、一様分布スペクトルであるため、この伝達特性Ｆ
（ｚ）は入力信号Ｘ_ｎの周波数特性の逆特性となってい
る。

【００４５】従って入力信号Ｘ_ｎの周波数特性Ｘ（ｚ）
は、Ｘ（ｚ）＝１／Ｆ（ｚ）＝１／〔１−（ａ_１ｚ⁻¹＋ａ_２ｚ^−２＋・・・＋ａ_Ｍｚ^−Ｍ）〕 …（６）として与えられる。

【００４６】このように、線形予測法を使用すると、受
信信号の周波数特性Ｘ（ｚ）が得られるが、この関数の
分母の根を算定することにより、さらに、各固有振動数
の周波数とその共振時のＱ値を得ることができる。Ｘ
（ｚ）の分母を０とする方程式の根をｂ_ｎとすると、Ｘ(ｚ) ＝1／〔（1−ｂ_１ｚ⁻¹)(１−ｂ_１ ^＊ｚ⁻¹)(１−ｂ_２ｚ⁻¹)(１−ｂ_２ ^＊ｚ⁻¹) ・・・（１−ｂ_Ｍ／２ｚ⁻¹)(１−ｂ_Ｍ／２ ^＊ｚ⁻¹）〕 …（７）であり、それぞれの根がそれぞれの共振点に対応する。

【００４７】このｂ_ｎ＝ｚなる関係からそれぞれの固有
振動数の周波数とその共振におけるＱ値が算定される。
これらの値は、固体中の状況に直接対応した値であり、
固体対象物の良否判定における最も有用な指数である。
このような共振分析処理も、信号分析部４０内の演算部
４３で行われる。

【００４８】図１の制御部６０は、図８に例示するよう
に、制御信号発生部６１および位置計測部６２から構成
されている。制御信号発生部６１は、図１の励振部１
０、信号分析部４０の同期動作を制御する制御信号を発
生し、励振部１０と信号分析部４０に供給する。位置制
御部６２は、励振部１０及び受信部２０の位置を制御す
るための制御信号を励振部１０及び受信部２０に供給す
る。

【００４９】図７は、診断出力部５０の構成を示すブロ
ック図である。この診断出力部５０は、判定部５１、判
定条件設定部５２、画像出力部５３、音声出力部５４お
よび位置表示部５５を備えている。判定部５１では、前
段の信号分析部４０から供給される信号分析結果と、判
定条件設定部５２で設定中の設定内容とを比較すること
によって良否の判定を行う。この判定は、制御部６０か
らの制御信号に同期して行われる。

【００５０】この判定部５１の判定結果は、画像出力部
５３や、音声出力部５４から出力される。また、判定部
５１は、この良否の判定結果と制御部６０から受けた励
振部１０の位置の情報と、固体対象物の構造図面とを位
置表示部５５に重畳させて表示する。

【００５１】図１０は、大きさ３０ｃｍ×３０ｃｍ、厚
さ５ｃｍ、のコンクリ−ト板を診断対象物として選択
し、この実施例の構成により、計測期間中は励振部が固
体表面から離れるようにして励振し、この励振に同期し
て信号を受信した場合の波形（Ａ）と、励振部１０の構
成を変更することにより圧迫部１１Ｃが再度コンクリ−
ト板に接触するように励振すると共に、制御部から供給
される同期信号から所定時間経過した後も信号処理部３
０や信号分析部４０を機能させた場合の信号波形（Ｂ）
とを例示している。

【００５２】図１０（Ａ）の波形をＦＦＴ（高速フ−リ
エ変換）した場合の、周波数スペクトルは図１１（Ａ）
に示すようになり、特徴的な鋭いスペクトルが明瞭に観
察される。一方、図１０（Ｂ）の波形をＦＦＴした場合
の周波数スペクトルは図１１（Ｂ）に示すようになり、
対象の特徴を明瞭には示さない複雑なスペクトルとな
る。このことから、本発明の構成によって、計測期間中
は励振部が固体の表面から離れるように自由振動励振
し、この励振に同期して自由振動を受信することによ
り、対象の固体の特徴抽出が行われることになる。

【００５３】図１１の（Ａ）に示すような信号分析によ
って抽出された特徴的なスペクトルが、良品と不良品の
双方について、判定条件設定部５２を通して判定部５１
に登録される。判定部５１は、診断対象から線形予測法
に従って抽出されたスペクトルを登録中のスペクトルと
比較し、これが登録中の良品のスペクトルと類似してい
れば、良品の判定結果を出力し、これが登録中の不良品
のそれと類似していれば不良品の判定結果を出力する。

【００５４】以上、ＦＦＴを適用する構成による結果を
例示した。しかしながら、このＦＦＴは、線形予測法あ
るいはこれと類似する最大エントロピ−法、ＡＲＭＡ
法、パ−コ−ル分析法など他の手法により代用すること
も当然可能である。

【００５５】また、受信した振動の特性を分析し、良否
の診断結果を出力する構成を例示した。しかしながら、
周波数スペクトルなど振動の特性の分析結果をそのまま
表示装置などに出力し、この表示デ−タを検査作業者が
目視によって検査することにより良否を診断するという
構成を採用することもできる。

【００５６】以下に検査を高速化するために、多数の励
振部及び受信部を配置し、これらを同時に駆動し、振動
音を発生させるように構成する実施例を説明する。

【００５７】図１６は、励振部及び受信部を並列に３組
配置した例を示す。ここで、１０−ａ、１０−ｂ、１０
−ｃが励振部であり、ここで、２０−ａ、２０−ｂ、２
０−ｃが受信部である。

【００５８】ここで、励振部１０−ａ及び１０−ｂを同
時に励振する例を説明する。図１７−ａ）に示すように
励振部１０−ａを電気信号Ｔａにより駆動（１０−ｂの
駆動信号Ｔｂは無し）した場合の、これと対をなす受信
部２０−ａの受信信号はＲａａ（ｔ）となり、受信部２
０−ｂの受信信号はＲａｂ（ｔ）となる。ここでＲａｂ（ｔ）＝ＧａｂＲａａ（ｔ−Ｔａｂ）である。ここで、Ｇａｂは励振部１０−ａから受信部２
０−ｂまでの音波伝搬による振幅の低下度であり通常は
０．１以下である。また、Ｔａｂは音波伝搬の時間差で
ある。これら、ＧａｂとＴａｂは励振部１０−ａと受信
部２０−ａ、２０−ｂの相対位置関係にのみ依存し、対
象物の性状には依存しない。これら、ＧａｂとＴａｂを
信号処理部３０ａ、３０ｂに記憶する。

【００５９】一方、図１７−ｂ）に示すように励振部１
０−ｂを電気信号Ｔｂにより駆動（１０−ａの駆動信号
Ｔａは無し）した場合の、受信部２０−ｂの受信信号は
Ｒｂｂ（ｔ）となり、受信部２０−ａの受信信号はＲｂ
ａ（ｔ）となる。ここでＲｂａ（ｔ）＝ＧｂａＲｂｂ（ｔ−Ｔｂａ）である。ここで、Ｇｂａは励振部１０−ｂから受信部２
０−ａまでの音波伝搬による振幅の低下率であり通常は
同様に０．１以下である。また、Ｔｂａは音波伝搬の時
間差である。これら、ＧｂａとＴｂａも励振部１０−ｂ
と受信部２０−a、２０−ｂの相対位置関係にのみ依存
し、対象物の性状には依存しない。これら、ＧｂａとＴ
ｂａも同様に信号処理部３０ａ、３０ｂに記憶する。

【００６０】ここで、図１７−ｃ）に示すように励振部
１０−ａと１０−ｂとを電気信号ＴａとＴｂにより同時
に駆動した場合の、受信部２０−ａの受信信号はＲａｂ
ａ（ｔ）となり、受信部２０−ｂの受信信号はＲａｂｂ
（ｔ）となる。これらＲａｂａとＲａｂｂとには、駆動
直後に得られる目的とする信号の他に、他グループから
の混入信号が存在し、誤判定の原因となる。

【００６１】そこで、単独に駆動により得た情報、Ｇａ
ｂ、Ｔａｂ、Ｇｂａ、Ｔｂａを使用し補正用信号Ｐａｂ
ａ（ｔ）、Ｐａｂｂ（ｔ）を生成する。ここで、Ｐａｂａ（ｔ）＝ＧｂａＲａｂｂ（ｔ−Ｔｂａ）Ｐａｂｂ（ｔ）＝ＧａｂＲａｂａ（ｔ−Ｔａｂ）である。これらを受信信号ＲａｂａとＲａｂｂから差し
引くことにより、混入信号が抑圧され、受信部２０−
ａ、２０−ｂの補正受信信号Ｒａ（ｔ）、Ｒｂ（ｔ）と
なる。ここでＲａ（ｔ）＝Ｒａｂａ（ｔ）−Ｐａｂａ（ｔ）Ｒｂ（ｔ）＝Ｒａｂａ（ｔ）−Ｐａｂａ（ｔ）である。この補正受信信号を信号解析部４０ａ、４０ｂ
で分析することにより、駆動部１０−ａおよび１０−ｂ
直下の診断が同時に実施可能となる。

【００６２】以上は、簡単のために、２組みの駆動部を
同時駆動する構成により説明したが、３組以上の同時駆
動においても、任意の２組を選択するすべての組み合わ
せについて同様の引き算を行うことにより不要信号の抑
圧が可能である。

【００６３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
わる固体内部の振動検査装置は、制御部によって励振部
と受信部とを同期動作させることにより、再接触によっ
て発生する不要な信号を排除する構成であるから検査精
度が向上するという効果が奏される。

【００６４】また、本発明の振動検査装置は、磁力を利
用して検査対象の固体表面を短時間だけ接触打撃するこ
とによりその内部に自由振動を励振する構成であるか
ら、従来のエアシリンダ−などを使用する低速の打撃手
段を用いて励振する場合に比べて、励振機構に影響され
ない高確度の診断が可能となるという利点がある。

【００６５】また、本発明の好適な実施の形態によれ
ば、予め抽出された登録された良品と不良品の振動の特
性と比較することなどによって良否の判定結果が出力さ
れる構成であるから、作業者の熟練を要することなく、
客観的な判定が可能になるという利点がある。

【００６６】また、本発明の他の好適な実施の形態によ
れば、検査部は、受信部が受信した振動を線形予測法な
どを利用して分析し検査結果として出力する構成である
から、共振周波数と共振のＱ値とを簡単に算定できると
いう線形予測法の特徴を活かすことができるという利点
がある。

【００６７】また、本発明における固体内部の振動検査
装置の励振部と固体表面との接触部は、鋼材等の検査対
象物より硬い材質でできている。この接触部の構成は、
球面状、前記励振部中の駆動部材部より広い面積を有し
た平面状または、前記駆動部材部より狭い面を有するも
のとなっている。このような接触部を構成することによ
り、励振部と接触する角度が大きい場合、固体表面が粗
い場合または、固体表面の微小面積を励振することで微
小な異常部の診断を行う場合における検査精度の向上を
図ることができる。

【００６８】検査を高速化するために、多数の励振部を
配置し、これらを同時に駆動し、振動音を発生させるよ
うに構成することにより、並列検査が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる固体内部の振動検査
装置の構成を診断対象の固体と共に示す機能ブロック図
である。

【図２】図１の励振部の構成の一例を示す断面図であ
る。

【図３】図１の励振部に供給する駆動電流波形の一例を
示す波形図である。

【図４】図１の受信部の構成の一例を示す機能ブロック
図である。

【図５】図１の信号処理部の構成の一例を示す機能ブロ
ック図である。

【図６】図１の信号分析部の構成の一例を示す機能ブロ
ック図である。

【図７】図１の診断出力部の構成の一例を示す機能ブロ
ック図である。

【図８】図１の制御部の構成の一例を示す機能ブロック
図である。

【図９】図１の信号分析部が行う線形予測法に基づく信
号処理を回路によって表現した図である。

【図１０】図１の励振部によって励振した振動波形の一
例を示す波形図である。

【図１１】図１の波形をＦＦＴして得た周波数スペクト
ルである。

【図１２】図１の励振部における駆動部の詳細の一例を
示す断面図である。

【図１３】図１の励振部における駆動部の詳細の一例を
示す断面図である。

【図１４】図１の励振部における駆動部の詳細の一例を
示す断面図である。

【図１５】駆動部の動作を説明する図である。

【図１６】駆動部の並列配置構成を説明する図である。

【図１７】不要信号抑圧動作を説明する図である。

【符号の説明】

１０ａ励振部１１駆動部１１Ａ磁力部１１Ｂ駆動部材部１１Ｃ圧迫部１２駆動部保持キャップ１３引張スプリング１４リ−ド線２０ａ受信部２１圧電磁器２２振動結合層３０ａ信号処理部３１増幅部３２濾波部４０ａ信号分析部４１Ａ／Ｄ変換部４２信号記憶部４３演算部５０診断出力部５１判定部５２判定条件設定部５３画像出力部５４音声出力部５５位置表示部６０制御部６１制御信号発生部６２位置制御部７０検査部１００励振コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象の固体中に振動を発生させる励
振部と、この固体中の振動を受信して電気信号に変換す
る受信部と、この受信部が受信した振動の特性を分析
し、検査結果として出力する検査部と、前記各部を制御
する制御部とを備え、前記制御部は、前記励振部による励振の時点と前記受信
部による振動の受信の期間とを同期させる手段を備えた
ことを特徴とする固体内部の振動検査装置。
【請求項２】検査対象の固体中に振動を発生させる励
振部と、この固体中の振動を受信して電気信号に変換す
る受信部と、この受信部が受信した振動の特性を分析
し、検査結果として出力する検査部と、前記各部を制御
する制御部とを備え、前記励振部は、磁力を利用して前記固体表面に衝突しそ
の反作用により前記固体表面と分離する可動部を有し、
この可動部の衝突分離動作により前記固体内部に自由振
動を励振する手段を備えた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乃至２のそれぞれにおいて、前記励振部は、鋼材等の接触部が、前記固体を打撃する
ことによりその内部に自由振動を励振することを特徴と
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、前記検査部は、前記受信部が受信した振動を線形予測法
によって分析し、共振周波数と共振のＱ値とに基づいて
振動特性を検査する手段を備えた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、前記検査結果は、良品又は不良品のうちの少なくとも一
つを含む診断結果として出力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６】請求項１乃至５のそれぞれにおいて、前記検査は、予め抽出され登録された良品と不良品の振
動の特性と前記検査部が分析した振動の特性とを比較す
ること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７】請求項１乃至６のそれぞれにおいて、前記励振部と前記受信部の前記固体上の位置を制御する
手段と、これらの位置を検出する手段を更に備えたこと
を特徴とする固体内部の振動検査装置。
【請求項８】請求項１乃至７のそれぞれにおいて、前記受信部は液体、固体、半固体状または気体の層を介
在させながら前記検査対象の固体の振動を受信すること
を特徴とする固体内部の振動検査装置。
【請求項９】請求項１乃至８のそれぞれにおいて、前記励振部の可動部は、磁力部材部、駆動部材部及び圧
迫部で構成され、圧迫部が、駆動部材部より広い面積を
有した平面状に構成されたことを特徴とする固体内部の
振動検査装置。
【請求項１０】請求項１乃至９のそれぞれにおいて、前記励振部の可動部は、磁力部材部、駆動部材部及び圧
迫部で構成され、圧迫部が、球面状に構成されることを
特徴とする固体内部の振動検査装置。
【請求項１１】請求項１乃至９のそれぞれにおいて、前記励振部の可動部は、磁力部材部、駆動部材部及び圧
迫部で構成され、圧迫部が、駆動部材部より狭い面を有
することを特徴とする固体内部の振動検査装置。
【請求項１２】請求項１乃至１１のそれぞれにおい
て、前記励振部は、少なくとも永久磁石と励振コイルとを具
備し、当該永久磁石が前記可動部の前記磁力部材部を構
成することを特徴とする固体内部の振動検査装置。
【請求項１３】請求項１２において、当該励振コイルを駆動する駆動電流は、単一パルス波形
からなる直流パルス電流であることを特徴とする固体内
部の振動検査装置。
【請求項１４】請求項１乃至１３のそれぞれにおい
て、複数個の励振部と受信部の組を有し、それらを同時に使
用し検査を行う構成において、目的とする信号以外の信
号を抑圧するように構成することを特徴とする固体内部
の振動検査装置。