JP2006029946A - 非破壊検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 検査対象物の二度打ちなどによる不要な振動信号の混入を防止して、検査の信頼性を高めることができる非破壊検査装置を得る。
【解決手段】 検査対象物１の表面１ａに打撃を加えて振動を発生させるハンマ２１と、ハンマ２１を制御する打撃制御装置３と、振動を振動信号として検出する振動センサ７と、ハンマ２１の動きを検出して検出信号を発信する打撃検出センサ２４と、検出信号を受けて所定時間振動信号を取り込む受信信号制御装置４と、受信信号制御装置４が取り込んだ振動信号に基づき検査対象物１の状態を診断する診断表示装置５とを備えた。ハンマの動きに同期して振動信号を取り込むので、検査対象物の二度打ちなどによる不要な振動信号の混入を防止できる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、検査対象物に発生する自由振動に基づいて検査対象物を非破壊で検査する非破壊検査装置に関するものである。

従来のコンクリート構造物などの非破壊検査装置において、庄電体や磁歪体を用いて検査対象物の表面を鋼球保持キャップを介して鋼球にて打撃する励振部を備え、この打撃により当該検査対象物に励振された自由振動を受信部で検出して電気信号の振動波形に変換し、当該振動波形を分析することで、内部を非破壊で検査する方法が知られている。このものでは、振動波形の受信期間を励振部の励振動作に同期させることにより、励振部による二度打ちなどによる不要振動の受信を回避する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２０２２９３号公報（段落番号００１８〜００２０、００２４、００３５及び図１）

従来の非破壊検査装置では、制御部より励振部に供給される制御信号に同期して受信部による振動の受信の期間が決定されていた。励振部は制御信号に同期して駆動電圧が供給され、積層庄電体が急速に伸長し、その先端部に配置された鋼球が弾き飛ばされる。このとき、上記鋼球を収容する鋼球保持キャップに接続されたつる巻きバネの伸縮力に逆らって鋼球保持キャップが押し出され、その先端が打撃面を打撃する。このため、受信部が励起された振動を検出するまでの時間が打撃の方向により異なる。すなわち、重力に逆らって上向きに打撃する場合と、重力に沿って下向きに打撃する揚合とでは、鋼球および鋼球保持キャップの質量による位置エネルギーがそれぞれ低減または付加されるため、駆動電圧が供給されてから打撃面を打撃するまでの時間が異なる。

このため、打撃方向により受信期間を変化させる、もしくは打撃するまでの時間が変化しても検出可能なように十分に長い時間をとる必要があった。方向により受信期間を変化させるためには打撃角度を計測し、その角度に応じた受信期間を設定する手段が必要となる。十分に長い受信期間をとると、２度打ちやハンマの摺動雑音など外部からの不要な振動が混入し、検査の信頼度が低下するという問題があった。
また、打撃面の状態を目視にて確認するためには、検査員が検査対象物に近接して確認を行う必要があり、高所や狭所、暗所等での検査では作業性が悪いという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、検査対象物の二度打ちなどによる不要な振動信号の混入を防止して検査の信頼性を高めることができる非破壊検査装置を得ることを目的とする。また、判定対象物の打撃面の状態を目視にて確認しながら検査することのできる非破壊検査装置を得ることを目的とする。

この発明に係る非破壊検査装置は、検査対象物の表面に打撃体により打撃を加えて振動を発生させる加振手段と、加振手段を制御する加振制御手段と、振動を振動信号として検出する振動検出手段と、打撃体の動きを検出して検出信号を発信する動作検出手段と、検出信号を受けて所定時間振動信号を送信する受信信号制御手段と、受信信号制御手段から送信された振動信号に基づき検査対象物の状態を診断する診断手段とを備えたものである。

この発明は、検査対象物の表面に打撃体により打撃を加えて振動を発生させる加振手段と、加振手段を制御する加振制御手段と、振動を振動信号として検出する振動検出手段と、打撃体の動きを検出して検出信号を発信する動作検出手段と、検出信号を受けて所定時間振動信号を送信する受信信号制御手段と、受信信号制御手段から送信された振動信号に基づき検査対象物の状態を診断する診断手段とを備えたので、検査対象物の二度打ちなどによる不要な振動の混入を防止して検査の信頼性を高めることができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を、図１〜図３に基づいて説明する。図１は検査装置本体の構成図、図２はハンマの位置を示す説明図、図３は検査装置本体の動作のタイムチャートである。図１において、検査対象物１の打撃面１ａ上に検査装置本体６０が置かれている。非破壊検査装置である検査装置本体６０は、次のように構成されている。移動装置８は、前後各２個のキャスタ８２，８３に支持された支持構造体としての移動台８１を有する。

打撃装置２は、加振手段としてのハンマ２１とコイル２２とばね２３と、動作検出手段としての打撃検出センサ２４を有する。磁性材料製のハンマ２１は、円筒状のコイル２２の中央部にばね２３により図１の上下方向に移動自在に、かつ弾性的に支持され、コイル２２の電磁力により上下方向に駆動される。打撃検出センサ２４は、発光素子２４１と光センサ２４２とを有する。発光素子２４１と光センサ２４２は、ハンマ２１を挟んで対向する位置に配設されている。打撃装置２は、移動台８１の中央部に落とし込む形で固定支持されている。

また、移動装置８には、打撃制御装置３、受信信号制御装置４、診断表示装置５、起動スイッチ６、及び振動センサ７が搭載されている。打撃制御装置３は、起動スイッチ６により起動の制御がなされ、打撃制御装置３の出力側が打撃装置２のコイル２２に接続されている。光センサ２４２の検出信号は打撃制御装置３及び受信信号制御装置４に出力される。振動センサ７は、振動検出部７１とキャスタ８２により構成され、振動検出部７１はキャスタ８２のうちの紙面に垂直で手前側のキャスタ８２に直結され、キャスタ８２を介して打撃面１ａの振動を検出する。受信信号制御装置４は、振動センサ７及び診断表示装置５に制御信号を出力する。

次に、動作について説明する。
図１において、検査装置本体６０は、検査をしていないときは、ハンマ２１は図２（ａ）に示すように、ばね２３により上方から支持され、打撃面１ａとの間に所定の間隙を有している。検査員が、起動スイッチ６を押し下げトリガ信号を与えると、打撃制御装置３からコイル２２に一回または複数回、一定の周期で駆動電圧Ｖｉが印加される。コイル２２に、駆動電圧Ｖｉが印加されると、コイル２２に流れる電流により内部に磁界が発生する。磁性材料製のハンマ２１は、発生した磁界の磁力によりコイル２２の中を図１における下方に駆動され図２（ｂ）の状態となり、打撃面１ａを打撃する。

コイル２２に駆動電圧Ｖｉが印加される前の図２（ａ）の初期の状態では、発光素子２４１にて発光された光はハンマ２１にて遮断されており、発光素子２４１の光を光センサ２４２は検知しない。コイル２２に駆動電圧Ｖｉが印加され、ハンマ２１が下方にスライドすると、それまで遮断されていた発光素子２４１の光を光センサ２４２が検知することでハンマ２１が所定の位置に到達したことを検出する。

光センサ２４２が発光素子２４１の光を検知すると、光センサ２４２の検出信号が打撃制御装置３に入力され、コイル２２に印加されていた駆動電圧Ｖｉを遮断する。駆動電圧Ｖｉを遮断しても、慣性力によりハンマ２１は下方へのスライドを継続するが、やがてハンマ２１に接続されたバネ２３の力が慣性力より大きくなり、下方にスライドしたハンマ２１は上方へ引き戻され初期の位置に戻り、図２（ａ）の状態になる。なお、駆動電圧Ｖｉの大きさや、駆動電圧Ｖｉを印加する周期、印加する時間を打撃制御装置３により調節することで打撃面１ａに与える打撃力や打撃周期を任意に制御可能である。

一方、振動検出部７は、ハンマ２１にて励振された検査対象物１の内部に発生した自由振動を打撃面１ａを介して検出する。振動検出部７１はキャスタ８２に直結されており、キャスタ８２の車輪、ベアリング（図示せず）、軸受け（図示せず）を介して打撃面１ａの振動を検出して電気信号である振動信号に変換して出力する。振動検出部７１からの振動信号は、受信信号制御装置４に入力される。

光センサ２４２で発光素子２４１の光を検知すると、光センサ２４２の検出信号は受信信号制御装置４にも出力され、予め設定された期間、振動検出センサ７からの振動信号を診断表示装置５に伝送する。診断表示装置５では入力された振動信号について所定の解析を行い、検査対象物１の内部の異常の有無を診断し、表示する。

ここで、上記検査すなわち診断の動作を、図３に示すタイムチャートを用いてさらに詳しく説明する。時刻ｔ０で起動スイッチ６によりトリガ信号Ｓｔが打撃制御装置３に入力されるとほぼ同時に、打撃制御装置３からコイル２２にステップ状に立ち上がる駆動電圧Ｖｉが印加される。駆動電圧Ｖｉが印加されるとコイル２２に電流が流れて内部に磁界が発生し、ハンマ２１が下方へスライドを開始する。ハンマ２１がスライドを続け、ハンマ２１で遮断されていた発光素子２４１の光を光センサ２４２が時刻ｔｌで検知し、検出信号Ｓｄを出力する。この検出信号Ｓｄを受けて、打撃制御装置３は、ほぼ時間ｔ１においてコイル２２への駆動電圧Ｖｉの出力を停止する。

すなわち、コイル２２に印加される電圧の波形Ｖｉは、大きさＶ、時間幅（ｔ１−ｔ０）の矩形波となる。時間信号制御装置４に検出信号Ｓｄが入力されると、予め設定した時間△ｔ（＝ｔ３−ｔ１）の間、ゲート信号Ｓｇを発信し振動検出部７１からの振動信号Ｗを診断表示装置５に送信する。診断表示装置５では入力された振動信号について所定の処理及び分析を行い、検査対象物１の内部に異常があるか否かを判断してその結果を表示する。なお、検出信号Ｓｄはハンマ２１が復帰すると遮断される。

以上のように、ハンマ２１が所定の位置に到達したときに、ハンマ２１で遮断されていた発光素子２４１の光を光センサ２４２が検知することで、振動検出部７１からの振動信号Ｗを受信信号制御装置４から診断表示装置６に送信するように構成したので、キャスタ８２及び検査対象物１から混入する不要な雑音振動信号や検査対象物１の二度打ちなどによる不要な振動信号の混入を防止して、信頼性の高い移動式の非破壊検査装置を得ることができる。

また、打撃方向に影響されることなく打撃後一定のタイミングで振動検出部７１からの振動信号を受信信号制御装置４から診断表示装置６に伝送することが可能である。また、打撃の方向により受信期間を変化させたり、ハンマ２１が検査対象物１を打撃するまでの時間が変化しても検出可能とするために十分に長い時間をとる必要が無く、最適な受信期間を容易に設定できる。さらに、ハンマ２１をコイル２２にて駆動するようにしたので打撃体の制御が容易である。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２を示す検査装置本体の構成図である。図１の実施の形態１では、ハンマ２１が所定の位置に到達したときに、ハンマ２１で遮断されていた発光素子２４１の光を光センサ２４２にて検出することで、振動検出部７１からの振動信号を受信信号制御装置４から診断表示装置６へ伝送を開始するものについて説明したが、この実施の形態は、移動台８１に移動距離検出センサを搭載し、打撃装置２すなわちハンマ２１の移動距離を検出し、移動距離に応じてハンマ２１の打撃時点を制御するものである。

図４において、検査装置本体７０は移動距離検出センサ９を有し、この移動距離検出センサ９が移動装置８の移動台８１に搭載されている。移動距離検出センサ９は、キャスタ８３の車輪８３ａに連結され車輪８３ａの回転数から打撃装置２の移動距離を検出する。そして、打撃装置２が打撃面１ａ上を移動した場合、移動距離に応じて予め定められたトリガ信号を発生し、打撃制御装置３に与え、ハンマ２１による打撃時点を制御する。なお、移動距離検出センサ９としては、例えばロータリエンコーダやレゾルバのような位置検出センサを用いる。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

検査員は予め検査ピッチを打撃制御装置３に入力しておき、移動距離検出センサ９が出力する移動距離と検査ピッチが一致した時点で打撃制御装置３からコイル２２に駆動電圧Ｖｉが印加される。
以上の構成により、当該検査装置本体を一方向に連続的に移動させることで、移動距離と検査ピッチが一致した時点でハンマ２１にて打撃するよう打撃制御装置３が制御されるため、一定距離（ピッチ）毎に自動的に検査を行うことが可能になる。
この実施の形態２では、実施の形態１で示したような検査員が起動スイッチを検査点ごとに１点１点操作する手動検査や、予め設定された一定周期で打撃を行うような検査とは異なり、移動距離に応じた一定距離ごと（ピッチ）の検査が可能になる。従って、移動距離に応じて自動的に検査対象物１を打撃することができ、作業能率を向上させることができる

実施の形態３．
図５、図６は、この発明の実施の形態３を示すもので、図５は移動式の非破壊検査装置の構成図、図６は検査装置本体の詳細構成図である。図５において、検査装置本体８０は支持機構１３により可動継ぎ手１２を介して回動可能に支持されている。検査員が支持機構１３を介して検査装置本体８０のキャスタ８２、キャスタ８３を検査対象物１の下向きの打撃面１ａに下方から押し当てる。そして、検査員は手元の起動スイッチ６により検査開始の制御を行うとともに、手元ブレーキ操作スイッチ１０１により検査装置本体８０のブレーキ装置１０の操作を行えるように構成されている。

次に、検査装置本体８０において、図６にその詳細構成を示すようにブレーキ装置１０が移動装置８に搭載されている。ブレーキ装置１０は、手元ブレーキ操作スイッチ１０１を操作することにより移動装置８のキャスタ８３の車輪８３ａにブレーキシューにより摩擦力Ｆｂ（図５を参照）を加える。これにより、移動装置８の移動にブレーキがかかることとなる。

このように、検査装置本体８０を打撃面１ａが下向きの検査対象物１（例えば高架橋の床板下面）を検査するような場合、検査装置本体８０が支持機構１３に回動自在に支持され打撃面１ａの上を自由に移動することができる反面、ある位置に固定して検査を行う場合に支持機構１３から検査装置本体８０に加えられる押し付け力の水平方向の分力Ｆｈ（図５参照）により検査装置本体８０が容易に動き、定点で検査しにくい状況が想定される。しかし、この実施の形態においては以上のように構成されているため、次のような手順で容易に検査を行うことができる。

ａ．支持機構１３により検査装置本体８０を対象位置に移動する。
ｂ．手元ブレーキ操作スイッチ１０１を操作し、ブレーキ装置１０を動作させ、キャスタ８３の車輪８３ａを拘束する。
ｃ．検査員が支持機構１３を介して検査装置本体８０を押し上げ、打撃面１ａに押しつける。
ｄ．このとき、検査装置本体８０の打撃面１ａに対する押しつけ力により検査装置本体８０に水平方向の分力Ｆｈ（図５参照）が発生する。しかし、ブレーキ装置１０の摩擦力Ｆｂの方が大きいので検査装置本体８０が水平方向に動くおそれはない。従って、検査員は検査装置本体８０の移動の阻止に気を使うことなく打撃面１ａに押しつけることができる。
ｅ．起動スイッチ６を操作し、測定を行う。
ｆ．検査終了後、手元ブレーキ操作スイッチ１０１をオフにする。ブレーキ装置１０による車輪８３ａの制動が解除され、検査装置本体８０は検査対象物１の打撃面１ａ上を自由に移動しうるようになる。

以上に示すように本実施の形態では、検査装置本体８０を支持機構１３にて回動自在に支持し、ブレーキ装置１０を搭載したため、手元操作により検査すべき地点でブレーキ装置１０を動作させ、容易に下向きの打撃面１ａの検査を行うことができる。すなわち、測定時に加振手段が移動するおそれが無く、下向きの表面を有する検査対象物であっても容易に検査をすることができ、作業能率の向上を図ることができる。

なお、打撃面が上記のような下向きのものに限らず、垂直なものや図１に示した上向きのものであっても、同様の効果を奏し、測定中に検査装置本体が不用意に移動するのを防止して作業能率を向上させることができる。

実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４を示す検査装置本体の構成図である。図７において、検査装置本体９０は、検査対象物１の打撃面１ａの画像情報を取り込む撮像装置３０及び表示装置３１を移動装置８に搭載して構成されている。撮像装置３０は、移動装置８が打撃面１ａの上を移動した場合、打撃面１ａの映像を撮像し、映像信号として表示装置３１に送信する。表示装置３１は、受信した映像信号に基づき打撃面１ａの映像を表示する。このような撮像装置３０及び表示装置３１は、例えば小型カメラと小型モニター装置を用いて実現できる。

以上の構成により、予め設定した検査ポイント近傍に検査装置本体９０を接近させ、撮像装置３０が撮像した映像を表示装置３１に表示することにより検査対象物の表面の状態を手元で確認でき、検査する位置の選択を効率よく実施できる。このように、ハンマ２１の励振により発生する振動で内部の異常を診断するのみでなく表面の状態を手元で詳細に確認しながら、検査を行うことが可能となる。従って、高所や狭所、暗所等での検査対象物の検査において、作業の安全性の確保が容易で作業効率の向上を図ることができる。

なお、以上の各実施の形態においては、打撃体としてハンマをコイルにて駆動するものを示したが、圧電体や磁歪体等他の方法によって駆動するものであってもよい。

以上のように、この発明の非破壊検査装置によれば、検査対象物の表面に打撃体により打撃を加えて振動を発生させる加振手段と、加振手段を制御する加振制御手段と、振動を振動信号として検出する振動検出手段と、打撃体の動きを検出して検出信号を発信する動作検出手段と、検出信号を受けて所定時間振動信号を送信する受信信号制御手段と、受信信号制御手段から送信された振動信号に基づき検査対象物の状態を診断する診断手段とを備えたので、検査対象物の二度打ちなどによる不要な振動の混入を防止して検査の信頼性を高めることができる。

そして、加振手段と振動検出手段と動作検出手段とは検査対象物の表面を移動可能な移動手段に搭載されたものであることを特徴とするので、移動しながらの検査が容易である。

さらに、移動手段は加振手段の移動距離を検出して移動距離信号を発信する移動距離検出手段を有するものであって、加振制御手段は移動距離信号に基づいて加振手段を制御して検査対象物の表面における打撃点の位置を決定するものであることを特徴とする、移動距離に応じて自動的に検査対象物を打撃することができ、作業能率を向上させることができる。

また、移動手段は、回転自在な車輪とこの車輪に支持された構造部材と車輪を制動する制動手段とを有し構造部材に加振手段と振動検出手段と動作検出手段とが搭載されたものであることを特徴とするので、測定時に加振手段が移動するおそれが無く、作業が容易で作業能率の向上を図ることができる。

そして、検査対象物は下向きの表面を有するものであって、移動手段は加振手段が検査対象物の下向きの表面を下方から打撃しうるようにして支持手段に支持されたものであることを特徴とするので、下向きの表面を有する検査対象物であっても容易に検査をすることができる。

さらに、移動手段は、検査対象物の表面を撮像する撮像手段が搭載されたものであることを特徴とするので、表面の状態を手元で確認しながら、検査が行うことが可能となる。

この発明の実施の一形態である検査装置本体の構成図である。 ハンマの位置を示す説明図である。 検査装置本体の動作のタイムチャートである。 この発明の他の実施の形態を示す検査装置本体の構成図である。 さらに、この発明の他の実施の形態を示す移動式の非破壊検査装置の構成図である。 図５の検査装置本体の詳細構成を示す構成図である。 さらに、この発明の他の実施の形態を示す検査装置本体の構成図である。

符号の説明

２ 打撃装置、３ 打撃制御装置、４ 受信信号制御装置、５ 診断表示装置、
７ 振動センサ、８ 移動装置、９ 移動距離検出センサ、１０ ブレーキ装置、
１２ 可動継ぎ手、１３ 支持機構、２１ ハンマ、２４ 打撃検出センサ、
３０ 撮像装置、３１ 表示装置、６０，７０，８０，９０ 検査装置本体。

Claims (6)

1. 検査対象物の表面に打撃体により打撃を加えて振動を発生させる加振手段と、上記加振手段を制御する加振制御手段と、上記振動を振動信号として検出する振動検出手段と、上記打撃体の動きを検出して検出信号を発信する動作検出手段と、上記検出信号を受けて所定時間上記振動信号を送信する受信信号制御手段と、上記受信信号制御手段から送信された上記振動信号に基づき上記検査対象物の状態を診断する診断手段とを備えた非破壊検査装置。
2. 上記加振手段と上記振動検出手段と上記動作検出手段とは上記検査対象物の表面を移動可能な移動手段に搭載されたものであることを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査装置。
3. 上記移動手段は上記加振手段の移動距離を検出して移動距離信号を発信する移動距離検出手段を有するものであって、上記加振制御手段は上記移動距離信号に基づいて上記加振手段を制御して上記検査対象物の表面における打撃点の位置を決定するものであることを特徴とする請求項２に記載の非破壊検査装置。
4. 上記移動手段は、回転自在な車輪とこの車輪に支持された構造部材と上記車輪を制動する制動手段とを有し上記構造部材に上記加振手段と上記振動検出手段と上記動作検出手段とが搭載されたものであることを特徴とする請求項３に記載の非破壊検査装置。
5. 上記検査対象物は下向きの表面を有するものであって、上記移動手段は上記加振手段が上記検査対象物の上記下向きの表面を下方から打撃しうるようにして支持手段に支持されたものであることを特徴とする請求項４に記載の非破壊検査装置。
6. 上記移動手段は、上記検査対象物の表面を撮像する撮像手段が搭載されたものであることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の非破壊検査装置。
   

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