JP2004085412A - 固体内部の振動検査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】各センサ部間の受信信号の干渉を起こすことなく、複数のセンサ部を用いて多数の検査個所を同時に判定することにある。
【解決手段】検査対象物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から成る複数のセンサ部７０ａ〜７０ｄと、この複数のセンサ部７０ａ〜７０ｄから一つのセンサ部を選択するセンサ選択部８０と、受信した信号を増幅させる信号処理部３０と、その信号を分析する信号分析部４０と、信号分析部での検査結果を出力する診断出力部５０と、前記各部の動作を制御する制御部６０とを備えている。
そして制御部６０は、センサ選択部８０を介して、複数のセンサ部の励振部を順次駆動させ、同様に複数のセンサ部の受信部からの受信信号を順次信号処理及び信号分析するように制御を行うことにより、各センサ部間の受信信号の干渉をなくし、多数の検査個所を同時に判定することを可能としている。
【選択図】 図１
【解決手段】検査対象物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から成る複数のセンサ部７０ａ〜７０ｄと、この複数のセンサ部７０ａ〜７０ｄから一つのセンサ部を選択するセンサ選択部８０と、受信した信号を増幅させる信号処理部３０と、その信号を分析する信号分析部４０と、信号分析部での検査結果を出力する診断出力部５０と、前記各部の動作を制御する制御部６０とを備えている。
そして制御部６０は、センサ選択部８０を介して、複数のセンサ部の励振部を順次駆動させ、同様に複数のセンサ部の受信部からの受信信号を順次信号処理及び信号分析するように制御を行うことにより、各センサ部間の受信信号の干渉をなくし、多数の検査個所を同時に判定することを可能としている。
【選択図】 図１
Description
【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】
また、出願人の先願である特願２００１−３６６７１９号には、磁気射出方式による励振部を用いてコンクリ−ト構造物の表面を打撃し、この時発生する音波を受信部で受信し、その信号を線形予測法によって分析し、コンクリ−ト構造物の良、不良を診断する方法が開示されている。この方法では、前記、鋼球落下方式の欠点である鋼球のバウンドによる検査精度の低下を防止している。
【０００５】
これまでの開示例はコンクリ−ト構造物の１個所づつを検査する方法であるが、広い検査対象物を短時間に検査するには時間が掛かる。それに対して、出願人の先願である特願２００１−３８４４０９号には、磁気射出方式による励振部と受信部を一つのセンサ部として、複数のセンサ部を配列する事により、コンクリ−ト構造物の良、不良を同時に多数の検査個所で診断する方法が開示されている。しかも、この開示例では、複数のセンサ部における磁気射出方式による励振部を同時に駆動して、隣接するセンサ部からの信号の干渉は、隣接するセンサ部の距離間隔を音波が伝搬するのに必要な時間だけ遅延する事を利用して避けている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、経験的に、磁気射出方式による励振部を用いてコンクリ−ト構造物の表面を打撃した時に発生する音波は、継続時間が少なくとも１０ミリ秒以上あり、その全ての時間の波形を受信して分析しなければ検査精度が高まらない。即ち、コンクリ−ト構造物の表面を打撃した時点から１０ミリ秒は発生した音波を受信する必要がある。従って、出願人の先願である特願２００１−３８４４０９号のような複数のセンサ部における磁気射出方式による励振部を同時に駆動する方式では、分析に必要な受信時間である１０ミリ秒の間は、隣接するセンサ部から発生する音波の受信干渉をなくす必要があり、隣接するセンサ部の距離間隔を１０ミリ秒以上の遅延が生ずるような距離にする必要がある。空気中の音速を３４０ｍ／秒とすれば、各センサ部の距離間隔は３．４ｍ以上となり、これでは高密度間隔で診断する事は不可能である。
【０００７】
本発明の目的は、磁気射出方式による励振部と受信部からなるセンサ部を近距離間隔で複数配置し、隣接するセンサ部の信号の干渉を避けて、高密度にコンクリ−ト構造物の良、不良を短時間に診断することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、検査対象物の固体中に振動を発生させる励振部と固体中の振動を受信して電気信号に変換する受信部とから成る複数のセンサ部と、複数のセンサ部から一つを選択するセンサ選択部と、センサ部の受信部が受信した振動をアナログ処理する信号処理部と、ディジタル化して信号を分析する信号分析部と、分析信号の特性から検査結果を出力する診断出力部と、前記各部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、センサ選択部を介して複数のセンサ部を順次動作させるよう構成されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
励振部は、磁力を利用して検査対象物の固体表面に衝突し、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前記固体内部に自由振動を励振するよう構成されている。また、励振部は、鋼材等の接触部が、前記固体表面を打撃することによりその内部に自由振動を励振するよう構成されている。
【００１０】
診断出力部は、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よう構成されている。
【００１１】
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よう構成されている。
【００１２】
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診断出力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よう構成されている。
【００１３】
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検査対象物の固体の振動を受信するよう構成されている。
【００１４】
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励振部の可動部分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。
【００１５】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例である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る。７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄはセンサ部であり、８０はセンサ選択部、３０は信号処理部、４０は信号分析部であり、５０は診断出力部、６０は制御部である。
尚、ここで説明する実施例は４個のセンサ部で構成しているが、更に多数のセンサ部を設けて検査個所を増やす事も可能である。
【００１６】
以下、各部の動作を説明する。
センサ部７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄは、同一の構成となっている。これを図１１に示す。センサ部７０は、励振部１０と受信部２０からなる。
図２は、図１１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。
【００１７】
駆動部１１は、上述のように磁力部１１Ａ、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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１４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。
【００２０】
図２（Ａ）に示すような初期状態において、検査対象物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が検査対象物の固体表面に向け急激に前進し、検査対象物の固体は駆動部１１に押される。これにより、図２（Ｂ）に示すように、駆動部１１によって検査対象物の固体は変形する。
【００２１】
続いて、図２（Ｃ）に示すように、駆動部１１は、検査対象物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が短時間に検査対象物の固体表面から離れることにより、これが検査対象物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、検査対象物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。
【００２２】
励振コイル１００に印加された駆動電流により駆動部１１が検査対象物の固体表面に向け前進する原理を図１４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、紙面に対して垂直上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、紙面に対して垂直下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。
【００２３】
これら電流に働く力の反作用が磁力部１１Ａ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は検査対象物の固体表面に向け前進する。ここで、図１４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。
【００２４】
このように、励振コイル１００と磁力部１１Ａ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）には検査対象物の固体表面に向け前進する駆動力のみが作用し、有効な打撃を検査対象物の固体表面に与えることができる。
【００２５】
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。
【００２６】
このようにして検査対象物の固体内に励振された振動は、空気中に音波を発生し、その音波を受信部２０で振動波形として受信する。受信部２０はコンデンサマイクロホン等の空中用受音器で構成されている。
【００２７】
尚、本実施例では、検査対象物の固体内に励振された振動から生ずる音波を振動波形として、コンデンサマイクロホン等の空中用受音器で空気を媒体として受信している。しかし、検査対象物の固体内に励振された振動を圧電磁器センサで直接受信するように構成する事も可能である。この場合、検査対象物と圧電磁器センサとの間には、振動結合層として、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を構成する必要がある。
【００２８】
センサ部７０の受信部２０で受信され、電気信号に変換された振動波形は、後述するセンサ選択部８０を通して信号処理部３０に供給される。図４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３２とから構成されている。前段の増幅部３１では、微弱な信号が信号分析できるレベルまで増幅される。また、制御部６０から供給される受信期間信号により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。
【００２９】
検査対象物のコンクリ−トなどの固体中の自由振動周波数は、通常１０ｋＨｚ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、３００Ｈｚ以上の周波数の信号のみを通過させる高域通過特性を有し、５０Ｈｚのハムの混入を阻止する機能も有している。
【００３０】
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５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、１００ｋＨｚ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。また、このＡ／Ｄ変換部４１は、制御部６０から供給される受信期間信号により一定時間にわたる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、信号分析を行い、検査対象物の固体の特徴抽出を行う。この信号分析にはフ−リエ変換が使用される。
【００３１】
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。
【００３２】
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、２００次程度で十分であることを見い出した。さらに、検査対象物の次数の推定は、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。
【００３３】
線形予測法においては、過去の受信信号Ｘｎ−Ｍから現在の受信信号Ｘｎの予測値Ｘ ｎ が算定される。ここで、
であり、εｎは予測誤差雑音である。
【００３４】この関係は行列形式において、
【００３５】
（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。
【００３６】
【００３７】
（４）式を解くことにより、未知数である予測係数ａｎ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８に示す。図８に示した入力信号Ｘｎを出力信号εｎに変換する処理の伝達関数Ｆ（ｚ）は、ｚ変換により、
Ｆ（ｚ）＝１−（ａ１ｚ− １＋ａ２ｚ−２＋・・＋ａＭｚ−Ｍ） …（５）
として与えられる。ここで、出力εｎ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Ｘｎの周波数特性の逆特性となっている。
【００３８】
従って入力信号Ｘｎの周波数特性Ｘ（ｚ）は、
として与えられる。
【００３９】
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ｂｎとすると、
であり、それぞれの根がそれぞれの共振点に対応する。
【００４０】
このｂｎ＝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。
【００４１】
図１の制御部６０は、図７に例示するように、励振信号発生部６１、受信期間信号発生部６２、センサ選択コ−ド発生部６３で構成されている。励振信号発生部６１は、励振部１０の駆動パルスになると共に、次に述べる各信号の基本タイミングとなるパルスを発生する。そしてその周期は、磁気射出方式による励振部を用いてコンクリ−ト構造物の表面を打撃した時に発生する音波の継続時間が少なくとも１０ミリ秒以上あることから、２０ミリ秒程度に設定される。
【００４２】
受信期間信号発生部６２は、励振信号発生部６１で発生する駆動パルスに同期して１０ミリ秒程度の受信期間信号を発生し、信号処理部３０と信号分析部４０に供給する。また、センサ選択コ−ド発生部６３は、励振信号発生部６１で発生する駆動パルスに同期してセンサ選択コ−ド信号を発生し、診断出力部５０とセンサ選択部８０に供給する。
【００４３】
なお、本発明における主要課題は、磁気射出方式による励振部と受信部からなるセンサ部７０を近距離間隔で複数配置し、隣接するセンサ部７０の信号の干渉を避けて、高密度にコンクリ−ト構造物の良、不良を短時間に診断すると言う目的に対して、センサ部を順次動作する解決手段を用いるわけであるが、このセンサ部の順次動作に関して図１３のタイムチャ−トを用いて詳述する。
【００４４】
図１３において、励振信号は２０ミリ秒程度の周期のパルス信号でありパルス幅は、前述した図３におけるｔであり、後述するセンサ選択部８０を介して各センサ部７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄの内いずれかの励振部１０の駆動信号となる。
【００４５】
また、図１３の受信期間信号は励振信号の立ち上がりから、所定の時間遅れて発生する１０ミリ秒程度のパルス幅を持つ信号である。この信号は、信号処理部３０および信号分析部４０内のＡ／Ｄ変換部４１と信号記憶部４２の動作時間となる。ここで、所定時間遅れは調整可能とされている。また、信号分析部４０内の演算部４３での信号分析および診断出力部５０での判定は、受信期間信号の立ち下がり時点から行われる。なお、前述した調整可能な所定時間遅れは、励振部１０に駆動信号が与えられて、磁気射出が行われて、実際に検査対象物が打撃されるまでの時間を調整するものである。
【００４６】
また、図１３のセンサ選択コ−ド信号は、センサ選択コード信号発生部６３で発生する。この信号は、励振信号の立ち上がり毎にコ−ドの内容が順次変化する信号となっている。この例ではセンサ部が４個なので、コ−ドの内容は、２進数の２桁の数値コ−ドで００、０１、１０、１１とカウントアップし、次の励振信号の立ち上がりで００にリセットされ、再び０１、１０、１１とカウントアップを繰り返す。このセンサ選択コ−ド信号のコ−ドの内容が、複数のセンサ部７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄの中から一つを指定するコ−ドとなり、この例では、００がセンサ部７０ａに、０１がセンサ部７０ｂに、１０がセンサ部７０ｃに、１１がセンサ部７０ｄに対応する。図１３において、センサ選択コ−ド信号のコ−ドの内容に従って、センサ部７０ａの励振動作と受信動作、センサ部７０ｂの励振動作と受信動作、センサ部７０ｃの励振動作と受信動作、センサ部７０ｄの励振動作と受信動作、そして再びセンサ部７０ａの励振動作と受信動作が繰り返される事を示している。
【００４７】
このように複数のセンサ部の中から１つのセンサ部を選択して、励振動作に続いて分析に必要な時間だけ受信動作を行う事で、（その間、他のセンサ部の動作は停止しているので隣接するセンサ部からの信号の干渉が無い）各センサ部の配置間隔を近距離にする事ができ、しかも各センサ部の動作を必要最小限の時間で順次切り替える事で、多数の検査個所を実用上ほぼ同時に、高密度間隔で検査できる事になる。
【００４８】
図１２は、センサ選択部８０の構成を示すブロック図である。センサ選択部８０は、励振部選択スイッチ８１、受信部選択スイッチ８２及び選択コ−ド判定部８３を備えている。選択コ−ド判定部８３はセンサ選択コ−ド信号のコ−ドの内容により励振部選択スイッチ８１の接続位置を選択して、指定されているセンサ部の励振部１０に励振信号を供給する。また、同様にセンサ選択コ−ド信号のコ−ドの内容により受信部選択スイッチ８２の接続位置を選択して、指定されているセンサ部の受信部２０の受信信号を信号処理部３０に供給する働きを行う。
【００４９】
図６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及び音声出力部５４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からの受信期間信号に同期して行われる。また、どのセンサ部による判定結果であるかは、センサ選択コ−ドで判断する。
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。
【００５０】
図９は、大きさ３０ｃｍ×３０ｃｍ、厚さ５ｃｍ、のコンクリ−ト板を検査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３０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。
【００５１】
図９（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１０（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９（Ｂ）の波形をＦＦＴした場合の周波数スペクトルは図１０（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。
【００５２】
図１０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、検査対象物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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
【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、励振部１０と受信部２０から成る複数のセンサ部７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄを設ける事で、多数の検査個所での検査結果の判定が同時に行える固体内部の振動検査装置が実現できる。
また、複数のセンサ部の動作を時分割で行う事で各センサ間の受信信号干渉をなくして、各センサ間の距離を短くする事ができる。更に、各センサ部の動作時間をコンクリ−ト構造物の表面を打撃した時に発生する音波の継続時間より長めで、しかも検査精度に支障を起こさない２０ミリ秒程度に設定されるので、検査個所の間隔が高密度で多数の検査個所での検査が高速で可能になるという効果が奏される。
さらに、時分割で受信を行う事で増幅部３１、濾波部３２、Ａ／Ｄ変換部４１、信号記憶部４２などの主要回路部がセンサ部の数に合わせて同数で構成することなく、一つの共通回路部として使用できるので全体構成が安価に実現可能である。
【００５６】
また、本発明の振動検査装置は、磁力を利用して検査対象物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。
【００５７】
また、本発明の好適な実施の形態によれば、予め抽出され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。
【００５８】
また、本発明の他の好適な実施の形態によれば、診断出力部は、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。
【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検査対象物の固体と共に示す機能ブロック図である。
【図２】図１１の励振部の構成の一例を示す断面図である。
【図３】図１１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５】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６】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７】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８】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９】図１１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１０】図９の波形をＦＦＴして得た周波数スペクトルである。
【図１１】図１のセンサ部の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図１２】図１のセンサ選択部の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図１３】図１の制御部から発生する信号と各部の動作タイミングを示すタイムチャ−トである。
【図１４】図１１の励振部の駆動動作を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 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
２０ 受信部
３０ 信号処理部
３１ 増幅部
３２ 濾波部
４０ 信号分析部
４１ Ａ／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
６０ 制御部
６１ 励振信号発生部
６２ 受信期間信号発生部
６３ センサ選択コ−ド発生部
７０ａ、７１ｂ、７０ｃ、７０ｄ センサ部
８０ センサ選択部
８１ 励振部選択スイッチ
８２ 受信部選択スイッチ
８３ 選択コ−ド判定部
１００ 励振コイル
【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】
また、出願人の先願である特願２００１−３６６７１９号には、磁気射出方式による励振部を用いてコンクリ−ト構造物の表面を打撃し、この時発生する音波を受信部で受信し、その信号を線形予測法によって分析し、コンクリ−ト構造物の良、不良を診断する方法が開示されている。この方法では、前記、鋼球落下方式の欠点である鋼球のバウンドによる検査精度の低下を防止している。
【０００５】
これまでの開示例はコンクリ−ト構造物の１個所づつを検査する方法であるが、広い検査対象物を短時間に検査するには時間が掛かる。それに対して、出願人の先願である特願２００１−３８４４０９号には、磁気射出方式による励振部と受信部を一つのセンサ部として、複数のセンサ部を配列する事により、コンクリ−ト構造物の良、不良を同時に多数の検査個所で診断する方法が開示されている。しかも、この開示例では、複数のセンサ部における磁気射出方式による励振部を同時に駆動して、隣接するセンサ部からの信号の干渉は、隣接するセンサ部の距離間隔を音波が伝搬するのに必要な時間だけ遅延する事を利用して避けている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、経験的に、磁気射出方式による励振部を用いてコンクリ−ト構造物の表面を打撃した時に発生する音波は、継続時間が少なくとも１０ミリ秒以上あり、その全ての時間の波形を受信して分析しなければ検査精度が高まらない。即ち、コンクリ−ト構造物の表面を打撃した時点から１０ミリ秒は発生した音波を受信する必要がある。従って、出願人の先願である特願２００１−３８４４０９号のような複数のセンサ部における磁気射出方式による励振部を同時に駆動する方式では、分析に必要な受信時間である１０ミリ秒の間は、隣接するセンサ部から発生する音波の受信干渉をなくす必要があり、隣接するセンサ部の距離間隔を１０ミリ秒以上の遅延が生ずるような距離にする必要がある。空気中の音速を３４０ｍ／秒とすれば、各センサ部の距離間隔は３．４ｍ以上となり、これでは高密度間隔で診断する事は不可能である。
【０００７】
本発明の目的は、磁気射出方式による励振部と受信部からなるセンサ部を近距離間隔で複数配置し、隣接するセンサ部の信号の干渉を避けて、高密度にコンクリ−ト構造物の良、不良を短時間に診断することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、検査対象物の固体中に振動を発生させる励振部と固体中の振動を受信して電気信号に変換する受信部とから成る複数のセンサ部と、複数のセンサ部から一つを選択するセンサ選択部と、センサ部の受信部が受信した振動をアナログ処理する信号処理部と、ディジタル化して信号を分析する信号分析部と、分析信号の特性から検査結果を出力する診断出力部と、前記各部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、センサ選択部を介して複数のセンサ部を順次動作させるよう構成されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
励振部は、磁力を利用して検査対象物の固体表面に衝突し、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前記固体内部に自由振動を励振するよう構成されている。また、励振部は、鋼材等の接触部が、前記固体表面を打撃することによりその内部に自由振動を励振するよう構成されている。
【００１０】
診断出力部は、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よう構成されている。
【００１１】
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よう構成されている。
【００１２】
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診断出力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よう構成されている。
【００１３】
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検査対象物の固体の振動を受信するよう構成されている。
【００１４】
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励振部の可動部分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。
【００１５】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例である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る。７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄはセンサ部であり、８０はセンサ選択部、３０は信号処理部、４０は信号分析部であり、５０は診断出力部、６０は制御部である。
尚、ここで説明する実施例は４個のセンサ部で構成しているが、更に多数のセンサ部を設けて検査個所を増やす事も可能である。
【００１６】
以下、各部の動作を説明する。
センサ部７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄは、同一の構成となっている。これを図１１に示す。センサ部７０は、励振部１０と受信部２０からなる。
図２は、図１１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。
【００１７】
駆動部１１は、上述のように磁力部１１Ａ、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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１４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。
【００２０】
図２（Ａ）に示すような初期状態において、検査対象物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が検査対象物の固体表面に向け急激に前進し、検査対象物の固体は駆動部１１に押される。これにより、図２（Ｂ）に示すように、駆動部１１によって検査対象物の固体は変形する。
【００２１】
続いて、図２（Ｃ）に示すように、駆動部１１は、検査対象物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が短時間に検査対象物の固体表面から離れることにより、これが検査対象物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、検査対象物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。
【００２２】
励振コイル１００に印加された駆動電流により駆動部１１が検査対象物の固体表面に向け前進する原理を図１４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、紙面に対して垂直上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、紙面に対して垂直下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。
【００２３】
これら電流に働く力の反作用が磁力部１１Ａ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は検査対象物の固体表面に向け前進する。ここで、図１４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。
【００２４】
このように、励振コイル１００と磁力部１１Ａ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）には検査対象物の固体表面に向け前進する駆動力のみが作用し、有効な打撃を検査対象物の固体表面に与えることができる。
【００２５】
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。
【００２６】
このようにして検査対象物の固体内に励振された振動は、空気中に音波を発生し、その音波を受信部２０で振動波形として受信する。受信部２０はコンデンサマイクロホン等の空中用受音器で構成されている。
【００２７】
尚、本実施例では、検査対象物の固体内に励振された振動から生ずる音波を振動波形として、コンデンサマイクロホン等の空中用受音器で空気を媒体として受信している。しかし、検査対象物の固体内に励振された振動を圧電磁器センサで直接受信するように構成する事も可能である。この場合、検査対象物と圧電磁器センサとの間には、振動結合層として、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を構成する必要がある。
【００２８】
センサ部７０の受信部２０で受信され、電気信号に変換された振動波形は、後述するセンサ選択部８０を通して信号処理部３０に供給される。図４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３２とから構成されている。前段の増幅部３１では、微弱な信号が信号分析できるレベルまで増幅される。また、制御部６０から供給される受信期間信号により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。
【００２９】
検査対象物のコンクリ−トなどの固体中の自由振動周波数は、通常１０ｋＨｚ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、３００Ｈｚ以上の周波数の信号のみを通過させる高域通過特性を有し、５０Ｈｚのハムの混入を阻止する機能も有している。
【００３０】
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５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、１００ｋＨｚ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。また、このＡ／Ｄ変換部４１は、制御部６０から供給される受信期間信号により一定時間にわたる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、信号分析を行い、検査対象物の固体の特徴抽出を行う。この信号分析にはフ−リエ変換が使用される。
【００３１】
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。
【００３２】
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、２００次程度で十分であることを見い出した。さらに、検査対象物の次数の推定は、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。
【００３３】
線形予測法においては、過去の受信信号Ｘｎ−Ｍから現在の受信信号Ｘｎの予測値Ｘ ｎ が算定される。ここで、
【００３４】この関係は行列形式において、
（１）式の両辺にＸ行列を乗算することにより、次式を得る。
【００３６】
（４）式を解くことにより、未知数である予測係数ａｎ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８に示す。図８に示した入力信号Ｘｎを出力信号εｎに変換する処理の伝達関数Ｆ（ｚ）は、ｚ変換により、
Ｆ（ｚ）＝１−（ａ１ｚ− １＋ａ２ｚ−２＋・・＋ａＭｚ−Ｍ） …（５）
として与えられる。ここで、出力εｎ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Ｘｎの周波数特性の逆特性となっている。
【００３８】
従って入力信号Ｘｎの周波数特性Ｘ（ｚ）は、
【００３９】
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ｂｎとすると、
【００４０】
このｂｎ＝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。
【００４１】
図１の制御部６０は、図７に例示するように、励振信号発生部６１、受信期間信号発生部６２、センサ選択コ−ド発生部６３で構成されている。励振信号発生部６１は、励振部１０の駆動パルスになると共に、次に述べる各信号の基本タイミングとなるパルスを発生する。そしてその周期は、磁気射出方式による励振部を用いてコンクリ−ト構造物の表面を打撃した時に発生する音波の継続時間が少なくとも１０ミリ秒以上あることから、２０ミリ秒程度に設定される。
【００４２】
受信期間信号発生部６２は、励振信号発生部６１で発生する駆動パルスに同期して１０ミリ秒程度の受信期間信号を発生し、信号処理部３０と信号分析部４０に供給する。また、センサ選択コ−ド発生部６３は、励振信号発生部６１で発生する駆動パルスに同期してセンサ選択コ−ド信号を発生し、診断出力部５０とセンサ選択部８０に供給する。
【００４３】
なお、本発明における主要課題は、磁気射出方式による励振部と受信部からなるセンサ部７０を近距離間隔で複数配置し、隣接するセンサ部７０の信号の干渉を避けて、高密度にコンクリ−ト構造物の良、不良を短時間に診断すると言う目的に対して、センサ部を順次動作する解決手段を用いるわけであるが、このセンサ部の順次動作に関して図１３のタイムチャ−トを用いて詳述する。
【００４４】
図１３において、励振信号は２０ミリ秒程度の周期のパルス信号でありパルス幅は、前述した図３におけるｔであり、後述するセンサ選択部８０を介して各センサ部７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄの内いずれかの励振部１０の駆動信号となる。
【００４５】
また、図１３の受信期間信号は励振信号の立ち上がりから、所定の時間遅れて発生する１０ミリ秒程度のパルス幅を持つ信号である。この信号は、信号処理部３０および信号分析部４０内のＡ／Ｄ変換部４１と信号記憶部４２の動作時間となる。ここで、所定時間遅れは調整可能とされている。また、信号分析部４０内の演算部４３での信号分析および診断出力部５０での判定は、受信期間信号の立ち下がり時点から行われる。なお、前述した調整可能な所定時間遅れは、励振部１０に駆動信号が与えられて、磁気射出が行われて、実際に検査対象物が打撃されるまでの時間を調整するものである。
【００４６】
また、図１３のセンサ選択コ−ド信号は、センサ選択コード信号発生部６３で発生する。この信号は、励振信号の立ち上がり毎にコ−ドの内容が順次変化する信号となっている。この例ではセンサ部が４個なので、コ−ドの内容は、２進数の２桁の数値コ−ドで００、０１、１０、１１とカウントアップし、次の励振信号の立ち上がりで００にリセットされ、再び０１、１０、１１とカウントアップを繰り返す。このセンサ選択コ−ド信号のコ−ドの内容が、複数のセンサ部７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄの中から一つを指定するコ−ドとなり、この例では、００がセンサ部７０ａに、０１がセンサ部７０ｂに、１０がセンサ部７０ｃに、１１がセンサ部７０ｄに対応する。図１３において、センサ選択コ−ド信号のコ−ドの内容に従って、センサ部７０ａの励振動作と受信動作、センサ部７０ｂの励振動作と受信動作、センサ部７０ｃの励振動作と受信動作、センサ部７０ｄの励振動作と受信動作、そして再びセンサ部７０ａの励振動作と受信動作が繰り返される事を示している。
【００４７】
このように複数のセンサ部の中から１つのセンサ部を選択して、励振動作に続いて分析に必要な時間だけ受信動作を行う事で、（その間、他のセンサ部の動作は停止しているので隣接するセンサ部からの信号の干渉が無い）各センサ部の配置間隔を近距離にする事ができ、しかも各センサ部の動作を必要最小限の時間で順次切り替える事で、多数の検査個所を実用上ほぼ同時に、高密度間隔で検査できる事になる。
【００４８】
図１２は、センサ選択部８０の構成を示すブロック図である。センサ選択部８０は、励振部選択スイッチ８１、受信部選択スイッチ８２及び選択コ−ド判定部８３を備えている。選択コ−ド判定部８３はセンサ選択コ−ド信号のコ−ドの内容により励振部選択スイッチ８１の接続位置を選択して、指定されているセンサ部の励振部１０に励振信号を供給する。また、同様にセンサ選択コ−ド信号のコ−ドの内容により受信部選択スイッチ８２の接続位置を選択して、指定されているセンサ部の受信部２０の受信信号を信号処理部３０に供給する働きを行う。
【００４９】
図６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及び音声出力部５４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からの受信期間信号に同期して行われる。また、どのセンサ部による判定結果であるかは、センサ選択コ−ドで判断する。
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。
【００５０】
図９は、大きさ３０ｃｍ×３０ｃｍ、厚さ５ｃｍ、のコンクリ−ト板を検査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３０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。
【００５１】
図９（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１０（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９（Ｂ）の波形をＦＦＴした場合の周波数スペクトルは図１０（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。
【００５２】
図１０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、検査対象物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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
【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、励振部１０と受信部２０から成る複数のセンサ部７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄを設ける事で、多数の検査個所での検査結果の判定が同時に行える固体内部の振動検査装置が実現できる。
また、複数のセンサ部の動作を時分割で行う事で各センサ間の受信信号干渉をなくして、各センサ間の距離を短くする事ができる。更に、各センサ部の動作時間をコンクリ−ト構造物の表面を打撃した時に発生する音波の継続時間より長めで、しかも検査精度に支障を起こさない２０ミリ秒程度に設定されるので、検査個所の間隔が高密度で多数の検査個所での検査が高速で可能になるという効果が奏される。
さらに、時分割で受信を行う事で増幅部３１、濾波部３２、Ａ／Ｄ変換部４１、信号記憶部４２などの主要回路部がセンサ部の数に合わせて同数で構成することなく、一つの共通回路部として使用できるので全体構成が安価に実現可能である。
【００５６】
また、本発明の振動検査装置は、磁力を利用して検査対象物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。
【００５７】
また、本発明の好適な実施の形態によれば、予め抽出され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。
【００５８】
また、本発明の他の好適な実施の形態によれば、診断出力部は、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。
【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検査対象物の固体と共に示す機能ブロック図である。
【図２】図１１の励振部の構成の一例を示す断面図である。
【図３】図１１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５】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６】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７】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８】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９】図１１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１０】図９の波形をＦＦＴして得た周波数スペクトルである。
【図１１】図１のセンサ部の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図１２】図１のセンサ選択部の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図１３】図１の制御部から発生する信号と各部の動作タイミングを示すタイムチャ−トである。
【図１４】図１１の励振部の駆動動作を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 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
２０ 受信部
３０ 信号処理部
３１ 増幅部
３２ 濾波部
４０ 信号分析部
４１ Ａ／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
６０ 制御部
６１ 励振信号発生部
６２ 受信期間信号発生部
６３ センサ選択コ−ド発生部
７０ａ、７１ｂ、７０ｃ、７０ｄ センサ部
８０ センサ選択部
８１ 励振部選択スイッチ
８２ 受信部選択スイッチ
８３ 選択コ−ド判定部
１００ 励振コイル
Claims (9)
- 検査対象物の固体中に振動を発生させる励振部と固体中の振動を受信して電気信号に変換する受信部とから成る複数のセンサ部と、複数のセンサ部から一つを選択するセンサ選択部と、センサ部の受信部が受信した振動をアナログ処理する信号処理部と、ディジタル化して信号を分析する信号分析部と、分析信号の特性から検査結果を出力する診断出力部と、前記各部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、センサ選択部を介して複数のセンサ部を順次動作させることを特徴とする固体内部の振動検査装置。
- 請求項１において、
前記励振部は、磁力を利用して検査対象物の固体表面に衝突し、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前記固体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、前記固体表面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１乃至３のそれぞれにおいて、
前記診断出力部は、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ことを特徴とする固体内部の振動検査装置。 - 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診断出力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１乃至６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物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１乃至７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励振部の可動部分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８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。
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