JP2015038462A - 複合構造体の界面検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート構造物の界面状態を効率よく検査しつつ、検査精度を向上させることの可能な複合構造体の界面検査方法を提供する。
【解決手段】複合構造体内の反響音に基づいて複合構造体の界面の状態を判定する工程により判定された第１の異音発生部に対して打撃を加え、信号波形を取得する工程(S31)と、取得した信号波形に対して包絡線検波を行い、包絡線を取得する工程(S32)と、減衰曲線における減衰特性を表す減衰係数を演算し、減衰係数に基づいて空隙の滞水状態を判定する工程(S33,S34)と、第２の異音発生部に対して送信用探触子から複合構造体内に超音波を伝搬させて信号波形を取得する工程(S38)と、取得した信号波形を信号処理し、周波数に対する信号の振幅特性を取得する工程(S39)と、複合構造体固有の周波数帯域の振幅に基づいて滞水の有無を判定する工程(S40)と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、セメント硬化体と鋼板とからなる複合構造体における界面の状態を検査する界面検査方法及び装置に関する。

セメント硬化体の１つであるコンクリートと鋼板とからなるコンクリート構造物における界面の状態を検査する手法として、打音法や超音波探傷法が知られている。
この打音法を利用して、コンクリート構造物をインパルスハンマーで打撃し、コンクリート中を伝搬した振動をマイクロホンで採取し、打撃音及び採取した振動の振幅比や、打撃音の周波数スペクトルと採取した周波数スペクトルとから求めた周波数重心に基づいて、コンクリート構造物の健全性を判定する方法が知られている（特許文献１参照）。

また、超音波探傷法を利用して、合成床版の底鋼板に配置した超音波探触子から低周波数超音波を送信し、受信した反射波に基づいて腐食生成物や空隙の有無を検知すると共に、高周波数超音波を送信し、受信した反射波に基づいて底鋼板の板厚を検知することが知られている（特許文献２参照）。

特許第４４５６７２３号 特許第４０１９９０３号

このような打音法では、コンクリート構造物全体の界面状態を調査して界面状態の健全状態を把握することが可能となる。しかしながら、コンクリートと底鋼板とが密着している状態のコンクリート構造物の底鋼板を叩いたときの音とは異なる音、つまり異音が発生した場合に、その界面の状態が付着切れ、空洞等、詳細に区別するのは困難であった。また、超音波探傷法では、検査精度は高いものの局所的な検査となるため、コンクリート構造物全体に対して検査を実施するには作業効率が悪く、これらの点で改善が求められていた。なお、付着切れとは、コンクリートと底鋼板との接触が剥がれてしまい、底鋼板上にコンクリートが載っている状態のことである。

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、コンクリート構造物の界面状態を効率よく検査しつつ、検査精度を向上させることの可能な複合構造体の界面検査方法を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、請求項１の複合構造体の界面検査方法は、セメント硬化体と鋼板とからなる複合構造体に対して打撃手段により振動を加え、前記複合構造体内からの反響音に基づいて前記複合構造体の界面の健全状態を判定する工程により界面に付着切れまたは空洞があると判定された第１の異音発生部に対して、前記打撃手段により打撃を加え、前記複合構造体内を伝搬する振動を集音手段により採取して信号波形を取得する工程と、取得した信号波形に対して包絡線検波を行い、包絡線を取得する工程と、取得した包絡線において、減衰が開始する時点から減衰が終了するまでの間に含まれる包絡線を減衰曲線とし、前記減衰曲線における減衰特性を表す減衰係数を演算し、その減衰係数に基づいて前記第１の異音発生部の滞水状態を判定する工程と、前記滞水状態を判定する工程で滞水の可能性があると判定された第２の異音発生部に対して、超音波発生手段により超音波を発生させて送信用探触子から前記複合構造体内に超音波を伝搬させ、受信用探触子で受信し、信号波形を取得する工程と、取得した信号波形を信号処理し、周波数に対する信号の振幅特性を取得する工程と、信号処理された信号波形における、前記複合構造体固有の周波数帯域の振幅に基づいて、前記複合構造体の第２の異音発生部における滞水の有無を判定する工程と、を有することを特徴とする。

請求項２の複合構造体の界面検査方法では、請求項１において、前記包絡線を取得する工程は、前記打撃手段により加えられた振動に相当する信号波形を前記包絡線から除去する工程を含むことを特徴とする。

請求項３の複合構造体の界面検査方法では、請求項１または２において、前記減衰係数は、前記減衰曲線における指数関数の変数に対する係数であることを特徴とする。

請求項４の複合構造体の界面検査方法では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記減衰係数は、前記減衰曲線の振幅が、前記包絡線での減衰が開始する時間以降における前記減衰曲線の振幅となる第１の振幅から、前記第１の振幅よりも小さい前記減衰曲線における第２の振幅になるまでの時間幅であることを特徴とする。

請求項５の複合構造体の界面検査方法では、請求項１乃至４のいずれかにおいて、取得した包絡線に対して周波数解析を行い、周波数に対する振幅特性の信号波形を取得する工程と、周波数解析を行って得られた信号波形において振幅が出現している周波数帯域と、その周波数帯域における振幅の大きさとに基づいて、前記第１の異音発生部の状態を判定する工程と、をさらに有することを特徴とする。

請求項６の複合構造体の界面検査装置は、セメント硬化体と鋼板とからなる複合構造体に対して振動を加える打撃手段と、前記打撃手段によって加えられた振動を採取する集音手段と、前記鋼板に配置し、超音波発生手段により前記複合構造体に超音波を送信する送信用探触子と、前記鋼板に配置し、前記複合構造体内を伝搬する超音波を受信する受信用探触子と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記打撃手段により打撃された、前記複合構造体の界面の状態が付着切れまたは空洞である部位から発生した振動を前記集音手段により採取して信号波形を取得する手段と、取得した信号波形に対して包絡線検波を行い、包絡線を取得する手段と、取得した包絡線において、減衰が開始する時点から減衰が終了するまでの間に含まれる包絡線を減衰曲線とし、前記減衰曲線における減衰特性を表す減衰係数を演算する手段と、演算された減衰係数に基づいて、前記付着切れまたは空洞である部位の滞水状態を判定する手段と、滞水の可能性があると判定された部位に対して前記送信用探触子から前記複合構造体内に超音波を伝搬させて前記受信用探触子で受信した信号波形を取得する手段と、取得した信号波形を信号処理し、周波数に対する信号の振幅特性を取得する手段と、信号処理された信号波形における、前記複合構造体固有の周波数帯域の振幅の大きさに基づいて、前記滞水の可能性があると判定された部位における滞水の有無を判定する手段と、を備えることを特徴とする。

請求項１の複合構造体の界面検査方法によれば、打撃手段で複合構造体全体を検査し、その検査で付着切れまたは空洞があると判定された第１の異音発生部に対して打撃を加えて振動を採取して取得した信号波形の包絡線から得られる減衰曲線の減衰係数に基づいて付着切れまたは空洞の滞水状態を判定し、滞水の可能性があると判定された第２の異音発生部に対して超音波探傷を行い、複合構造体固有の周波数帯域の振幅に基づいて滞水の有無を判定する。

これにより、複合構造体全体から異音発生部を抽出した後に、その異音発生部に対して局所的な検査を行うことによって、異音発生部の詳細な状態を段階的に把握することが可能となり、検査精度を向上させることが可能となる。また、検査範囲を段階的に狭めていくので、超音波探傷による検査に要する作業を低減することができ、作業効率を向上させることができる。

請求項６の複合構造体の界面検査装置によれば、上述した請求項１の複合構造体の界面検査方法と同様に、検査精度を向上させることができると共に、作業効率を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る複合構造体の界面検査方法におけるたたき調査を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る複合構造体の界面検査方法における打音検査装置を示す概略図である。 ハンマーとマイクロホンとを一体にした打音検査装置を示す図である。 本発明の実施形態に係る複合構造体の界面検査方法における超音波探傷による検査装置を示す概略図である。 合成床版のたたき調査を含む界面の状態検査を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る界面検査方法のフローチャートである。 （Ａ）は合成床版内を伝搬した振動をマイクロホンで採取した音の信号波形、（Ｂ）は（Ａ）で取得した信号波形から取得した包絡線の信号波形、（Ｃ）は（Ｂ）の包絡線から打撃音に相当する信号を除去した包絡線と、その包絡線を曲線近似して得た減衰曲線とを示す図、（Ｄ）は（Ｃ）を時間軸方向に拡大した図である。 （Ａ）は異音発生部が付着切れの場合の超音波探傷の概略図、（Ｂ）は異音発生部が滞水している空洞である場合の超音波探傷の概略図である 実施形態の変形例における減衰曲線のグラフである。 （Ａ）は実施例で行う界面に形成された異音発生部に対する打音検査の概略図、（Ｂ）は実施例で行う界面に形成された異音発生部に対する超音波探傷による検査の概略図である。 （Ａ）は滞水した付着切れの異音発生部に対して打音検査を行って取得した包絡線及び減衰曲線のグラフ、（Ｂ）は付着切れの異音発生部に対して打音検査を行って取得した包絡線及び減衰曲線のグラフ、（Ｃ）は空洞の異音発生部に対して打音検査を行って取得した包絡線及び減衰曲線のグラフである。 （Ａ）は異音発生部が滞水した空洞の場合に超音波探傷を行って得られた信号波形のグラフ、（Ｂ）は（Ａ）の信号波形に対して周波数解析を行って得られた周波数特性を示すグラフ、（Ｃ）は異音発生部が付着切れの場合に超音波探傷を行って得られた信号波形のグラフ、（Ｄ）は（Ｃ）の信号波形に対して周波数解析を行って得られた周波数特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る界面検査方法のたたき調査の概略図、図２は、本発明の実施形態に係る界面検査方法の打音検査を示す概略図、図４は、本発明の実施形態に係る界面検査方法の超音波探傷による検査を示す概略図である。

本発明に係る実施形態では、例えば橋梁の桁上部に設けられた複合構造体としての合成床版２の界面５の状態を検査する。合成床版２は、セメント硬化体としてのコンクリート３と、底鋼板４とからなり、検査対象となるのはコンクリート３と底鋼板４との界面５の状態である。コンクリート３は、硬化したコンクリートである。本発明で底鋼板４として用いる鋼板の厚さＤは、１〜１００ｍｍが好ましく、５〜２５ｍｍであるのがより好ましい。

本発明に係る界面検査方法におけるたたき調査では、打撃手段としてのハンマー１０を用いて行う。ハンマー１０は、底鋼板４の外側面４ａ側から打撃を加えて合成床版２に振動を与えることができればよく、例えば鉄ハンマー、プラスチックハンマー、ゴムハンマー、木ハンマー等が挙げられる。

界面５に付着切れまたは空洞が存在しない場合には、ハンマー１０で底鋼板４を叩くと、コンクリート３と底鋼板４とが密着しているため、ハンマー１０での打撃による反響音は高い音になる。一方、界面５の状態が付着切れまたは空洞である場合には、ハンマー１０で底鋼板４を叩くと、ハンマー１０での打撃による反響音は低い音になる。このようなたたき調査では、界面５が密着しているか否かを容易に識別することが可能となる。なお、本実施形態では、界面５の状態が付着切れまたは空洞である場合の反響音を異音とする。

図２に示すように、本発明に係る界面検査方法における打音検査では、界面検査装置としての打音検査装置１１を用いて検査を行う。打音検査装置１１は、ハンマー１０と、集音手段としてのマイクロホン１２と、アナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器という）１６と、制御部としての演算装置１４と、表示器１５とを備えている。マイクロホン１２は、底鋼板４の外側面４ａ側に、ハンマー１０から離れた位置に配置され、合成床版２内を伝搬する振動を音として採取する。マイクロホン１２は、フード１３で覆われており、フード１３を底鋼板４に接触させることにより、外部からの音を遮断してノイズを低減することができる。マイクロホン１２で採取された音は、Ａ／Ｄ変換器１６によってデジタル信号に変換され、演算装置１４に入力される。

演算装置１４は、図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを含んで構成されている。演算装置１４は、包絡線取得部１４１、減衰パラメータ演算部１４２及び判定部１４３を有している。メモリには各種プログラムが記憶されており、ＣＰＵで各種プログラムを実行することによって、包絡線取得部１４１、減衰パラメータ演算部１４２及び判定部１４３の機能が発揮される。なお、演算装置１４は、包絡線取得部１４１、減衰パラメータ演算部１４２及び判定部１４３以外の機能も有しているが、本実施形態では説明を省略する。

包絡線取得部１４１は、マイクロホン１２で採取した音を信号処理して信号波形を取得し、その信号波形に対して包絡線検波を行い、包絡線を取得する。減衰パラメータ演算部１４２は、取得した包絡線を曲線近似して減衰曲線とし、減衰曲線における減衰係数としての減衰パラメータを演算する。判定部１４３では、求めた減衰パラメータに基づいて、界面５の異音発生部６の状態を判定する。また、包絡線を周波数解析して、振幅が現れている周波数帯域に基づいて界面５の異音発生部６の状態を判定する。判定部１４３で行う異音発生部６の判定では、第１の異音発生部としての異音発生部６の滞水状態、つまり滞水している付着切れと、空洞と、付着切れ或いは滞水している空洞との３種類を識別する。

演算装置１４には、出力装置として表示器１５が接続されている。表示器１５には、例えばマイクロホン１２で取得した信号波形を表示してもよいし、包絡線取得部１４１で取得した包絡線や、減衰パラメータ演算部１４２で曲線近似した減衰曲線等を表示するようにしてもよい。図示しないが、演算装置１４は、キーボード等の入力装置を有していてもよく、例えばパーソナルコンピュータであってもよい。
ところで、上記において、界面検査装置としての打音検査装置１１をハンマー１０で自動的に打音を発生させる装置を含んで構成するようにしてもよく、さらにハンマー１０とマイクロホン１２を一体に備えて構成するようにしてもよい。即ち、例えば、図３に示すような、ハンマー１０とマイクロホン１２とを一体にしたような界面検査ユニット１１０を用いるようにしてもよい。

界面検査ユニット１１０は、自動的に底鋼板４に打撃を加えて打音を発生させるソレノイドハンマーユニット（打撃手段）１１２、マイクロホン（集音手段）１１４、ソレノイドハンマーユニット１１２の作動を制御する打撃制御ユニット１１３、マイクロホン１１４で採取した音をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１５、バッテリ１１９、打撃制御ユニット１１３及びＡ／Ｄ変換器１１５と演算装置１４との電気信号の入出力を行う通信コネクタ１１７、打撃を実施するための打撃スイッチ１２０を備えて構成されている。

ソレノイドハンマーユニット１１２は、電磁ソレノイド１１２ｂに通電することでハンマー本体１１２ａを電磁ソレノイド１１２ｂ内でハンマー本体１１２ａの軸線方向に振動させて底鋼板４に打撃を加えるよう構成されており、例えば演算装置１４から打撃制御ユニット１１３へ送信する指令信号に応じて打撃力や打撃回数等が可変操作される。
なお、ハンマー本体１１２ａの先端部は対象物に応じて取り替えることが可能で、例えば通常プラスチックハンマーを使用する場合に対して本装置を使用する場合には、樹脂部材１１２ｃを取り付ける。

マイクロホン１１４はフード１１６で覆われており、フード１１６についても、底鋼板４に接触させることで、外部の音を遮断してノイズを低減可能である。
また、界面検査ユニット１１０には、界面検査ユニット１１０を底鋼板４に押し当てるべくハンドル１１１が設けられている。
底鋼板４に対向する面には、マグネット１２２を設けるのがよく、マグネット１２２で界面検査ユニット１１０を底鋼板４に固定することで作業性の向上を図ることが可能である。

図４に示すように、本発明の実施形態に係る界面検査方法における超音波探傷による検査では、界面検査装置としての超音波探傷装置２０を用いて検査を行う。超音波探傷装置２０は、送信用探触子２１、受信用探触子２２、超音波発生手段としてのパルサー／レシーバ２３、アナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器という）２４、制御部としての演算装置２５、及び表示器１５を備えている。

送信用探触子２１及び受信用探触子２２は、底鋼板４の外側面４ａに当接して配置される。送信用探触子２１は、所定の周波数の超音波を送受信するパルサー／レシーバ２３に接続され、パルサー／レシーバ２３から送信された超音波を底鋼板に送信する。パルサー／レシーバ２３は、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で設定された周波数の超音波を送信用探触子２１に入力する。

受信用探触子２２は、パルサー／レシーバ２３に接続されており、底鋼板４内を反射する反射波を受信する。受信用探触子２２で受信した反射波は、パルサー／レシーバ２３で電気信号に変換される。電気信号に変換された反射波は、Ａ／Ｄ変換器２４でデジタル信号に変換され、演算装置２５で信号処理される。

演算装置２５は、図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを含んで構成されている。信号処理部２５０及び判定部２５１を有している。メモリには各種プログラムが記憶されており、ＣＰＵで各種プログラムを実行することによって、信号処理部２５０及び判定部２５１の機能が発揮される。なお、演算装置２５は、信号処理部２５０及び判定部２５１以外の機能も有しているが、本実施形態では説明を省略する。

信号処理部２５０では、反射波の信号波形に対して周波数解析を行い、解析結果を表示器１５に表示する。判定部２５１では、信号処理部２５０で解析処理して得られた周波数特性から、コンクリート３と底鋼板４との界面５に存在する第２の異音発生部としての異音発生部６の滞水状態を判定する。判定部２５１で判定する異音発生部６の滞水状態とは、付着切れの状態、または滞水している空洞である。

以下、本発明の実施形態に係る複合構造体の界面検査方法について説明する。図５は、合成床版２のたたき調査を含む界面５の状態検査を示すフローチャート、図６は、本発明の実施形態に係る複合構造体の界面検査方法を示すフローチャート、図７（Ａ）は、合成床版２内を伝搬した振動をマイクロホンで採取した音の信号波形、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）で取得した信号波形から取得した包絡線の信号波形、図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）の包絡線から打撃音に相当する信号を除去した包絡線と、その包絡線を曲線近似して得た減衰曲線とを示す図、図７（Ｄ）は、図７（Ｃ）を時間軸方向に拡大した図、図８（Ａ）は、異音発生部６が付着切れの場合の超音波探傷の概略図、図８（Ｂ）は、異音発生部６が滞水している空洞である場合の超音波探傷の概略図である。以下、図５〜図８に基づいて説明する。なお、後述するステップＳ３１〜Ｓ３８の各処理は演算装置１４で行われ、後述するステップＳ４０〜Ｓ４４の各処理は演算装置２５で行われる。

ステップＳ１では、底鋼板４のたたき調査を実施する。詳しくは、ハンマー１０を用いて底鋼板４に打撃を加え、界面５の健全状態の調査を行う。
ステップＳ２では、ハンマー１０の打撃により異音が発生したか否かを判定する。当該判定結果が真（Ｙｅｓ）と判定された場合には、界面５の状態が異音発生部、つまり付着切れまたは空洞が形成されているとして、例えばマーキングする等して異音発生部６の位置を識別可能な状態にしてステップＳ３へ進む。当該判定結果が偽（Ｎｏ）と判定された場合には、異音発生部６は形成されていないとして本フローチャートを終了する。なお、ステップＳ１、Ｓ２のたたき調査は底鋼板４全体に対して行い、界面５の異音発生部６の位置を抽出する。

ステップＳ３では、合成床版２の界面５の状態を検査する。詳しくは、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。
ステップＳ３１では、ステップＳ２で抽出された異音発生部６に対して打音検査を行う。詳しくは、ハンマー１０を用いて底鋼板４に打撃を加え、合成床版２内を伝搬した振動を音としてマイクロホン１２で採取する。マイクロホン１２で採取した音は、電気信号に変換され、例えば図７（Ａ）に示すような測定波形として演算装置１４に入力される。

ステップＳ３２では、取得した測定波形の包絡線検波を行い、包絡線を取り出す。取り出された包絡線は、例えば図７（Ｂ）に示すような信号波形になる。
ステップＳ３３では、この取り出された包絡線から、ハンマー１０による打撃音に相当する信号波形を除去する。図７（Ｂ）に示すように、打撃音に相当する信号波形は、時間軸方向で見て、測定を開始してから最初に現れる最大振幅を有する信号波形として現れる。そこで、測定開始時間、即ち０秒から最大振幅が現れる測定時間までの時間幅ｄｔに含まれる信号波形を除去する。これにより、打撃音の影響を包絡線から除去できるので、検査精度をより向上させることが可能になる。

ステップＳ３４では、打撃音の影響を除去した包絡線に対して曲線近似を行い、減衰曲線を取得する。そしてこの減衰曲線から減衰係数としての減衰パラメータを演算する。減衰パラメータとは、後述する減衰曲線の減衰特性を表すパラメータである。詳しくは図７（Ｃ）に示すように、包絡線の減衰開始から減衰終了までの間に含まれる包絡線を指数関数で曲線近似する。この近似した曲線を、減衰曲線とする。この減衰曲線は、以下の式（１）のように定義される。
ｙ＝Ａｅ^-(x-x0)/t ・・・（１）

上記式（１）では、Ａ：指数関数の係数、ｘ：音の採取を開始してからの変化量、ｔ：時間をそれぞれ表している。この時間ｔは、指数関数の変化量ｘに対する係数であり、上記式（１）の減衰曲線の減衰特性を表している。従って時間ｔを減衰パラメータとする。ｘ₀は音の採取を開始してから減衰開始位置までの変化量であるのがよいが、ｘ₀は上記時間幅ｄＴ相当量で代用してもよい。なお、包絡線における減衰開始とは、減衰が終了している時点から包絡線を時間軸方向に溯っていくと包絡線の振幅は略等増幅していくが、この略等増幅していく等増幅線の変曲点となる時点のことを示している。

ステップＳ３５では、ステップＳ３４で求めた減衰パラメータｔが第１の閾値未満か否かを判定する。ここで第１の閾値とは、界面５の異音発生部６の状態が、滞水している付着切れか、それ以外の状態かを区別可能な値である。当該判定結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、減衰パラメータｔは第１の閾値未満であるとしてステップＳ３５へ進む。

ステップＳ３６では、減衰パラメータｔは第１の閾値未満であったので、界面５の異音発生部６の状態は滞水している付着切れであると判定して、本フローチャートを終了する。
一方、ステップＳ３５の判定結果が偽（Ｎｏ）の場合には、減衰パラメータｔは第１の閾値以上であり、異音発生部６は空洞か、滞水している空洞または付着切れかとしてステップＳ３７へ進む。

ステップＳ３７では、減衰パラメータｔが第２の閾値未満であるか否かを判定する。ここで第２の閾値とは、界面５の異音発生部６の状態が、空洞か、滞水している空洞または付着切れかを区別可能な値である。当該判定結果が偽（Ｎｏ）の場合には、減衰パラメータｔは第２の閾値以上であるとしてステップＳ３８へ進む。なお、第２の閾値は、第１の閾値より大きい値である。
ステップＳ３８では、減衰パラメータｔは第２の閾値以上であったので、界面５の異音発生部６の状態は空洞であると判定して、本フローチャートを終了する。

一方、ステップＳ３７の判定結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、減衰パラメータｔは第２の閾値未満であるので、滞水の可能性があるとして、ステップＳ３９へ進む。
ステップＳ３９では、第２の閾値未満であると判定された異音発生部６に対して、超音波探傷を実施する。詳しくは第２の閾値未満であると判定された異音発生部６の位置に相当する底鋼板４の外側面４ａに送信用探触子２１及び受信用探触子２２を配置し、送信用探触子２１から底鋼板４に向けて超音波を送信し、底鋼板４からの反射波を受信用探触子２２で受信する。使用される超音波の周波数は、底鋼板４の厚さに応じて適宜選択される。

ステップＳ４０では、ステップＳ３９で受信した反射波の信号波形に対して周波数解析を行う。詳しくはステップＳ３９で取得した信号波形に対して高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform、以下ＦＦＴという）を行い、周波数と振幅との特性、つまり周波数に対する振幅特性をグラフ化する。

ステップＳ４１では、グラフから底鋼板４固有の周波数成分を取得する。後述する図１２（Ｃ）、図１２（Ｄ）に示すように、このグラフにおける特定の周波数帯域での振幅の大きさから、異音発生部６の状態を識別することができる。この特定の周波数帯域が、底鋼板４固有の周波数帯域である。

図８（Ａ）に示すように、界面５の異音発生部６が付着切れである場合に超音波探傷を行うと、送信用探触子２１から送信された超音波は、底鋼板４からコンクリート３内へ抜けていかずに底鋼板４内で多重反射する。このため、受信用探触子２２で受信された信号波形に対してＦＦＴを行うことによって、多重反射した反射波は底鋼板４固有の周波数帯域の振幅として現れる。底鋼板４固有の周波数帯域は、以下の式（２）により求められる。
ｆ＝ｖ／（２×Ｄ） ・・・（２）
ここで、ｆ：底鋼板４固有の周波数帯域、ｖ：底鋼板４を伝搬する超音波の音速、Ｄ：底鋼板４の板厚をそれぞれ示している。

一方で図８（Ｂ）に示すように、異音発生部６が滞水している空洞である場合に超音波探傷を行うと、送信用探触子２１から送信された超音波の一部が水中に抜けていってしまう。このため、受信用探触子２２で受信される反射波は、異音発生部６が付着切れである場合に比べて小さくなる。この反射波の信号波形には底鋼板４内で多重反射した成分も含まれており、この信号波形に対してＦＦＴを行うことによって底鋼板４固有の周波数帯域の振幅として現れる。この振幅の大きさは、送信用探触子から送信された超音波の一部が水中に抜けていってしまっているため、異音発生部６が付着切れの場合と比べて小さくなる。

ステップＳ４２では、特定の周波数帯域における振幅の大きさが第３の閾値未満であるか否かを判定する。第３の閾値とは、滞水している空洞と付着切れとを区別可能な値である。異音発生部６の状態が滞水している空洞である場合、底鋼板４固有の周波数帯域における信号波形の振幅の大きさは異音発生部６が付着切れである場合に比べて小さくなる。従って第３の閾値にこの２つの状態を識別可能な値を設定することによって、滞水している空洞と付着切れとを識別することが可能となる。当該判定結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、振幅の大きさが第３の閾値未満であるとしてステップＳ４３へ進む。

ステップＳ４３では、特定の周波数帯域における振幅の大きさが第３の閾値未満であったので、異音発生部６の状態は滞水している空洞であると判定する。
一方、ステップＳ４２の判定結果が偽（Ｎｏ）と判定された場合には、特定の周波数帯域における振幅の大きさが第３の閾値以上であるとしてステップＳ４４へ進む。
ステップＳ４４では、特定の周波数帯域における振幅の大きさが第３の閾値以上であったので、異音発生部６の状態は付着切れであると判定する。

このように本実施形態では、合成床版２の底鋼板４全体に対してたたき調査を行って異音発生部６の位置を抽出し、抽出された異音発生部６に対して打音検査を行い、取得した信号波形から演算した減衰パラメータｔに基づいて異音発生部６の状態が滞水している付着切れ、空洞、または滞水している空洞若しくは付着切れかを識別する。この打音検査で滞水している空洞または付着切れと判定された異音発生部６に対して超音波探傷を行い、周波数解析を行った信号波形の振幅の大きさに基づいて、異音発生部６の状態が滞水している空洞か、付着切れかを識別する。

これにより、異音発生部６の状態を段階的に且つ詳細に識別していくことができるので、検査精度を向上させることができる。また、合成床版２全体に対してたたき調査を行って異音発生部６を抽出し、抽出した異音発生部６に対して打音検査を行い、打音検査で識別できなかった異音発生部６に対して超音波探傷による検査を行い、検査範囲を段階的に狭めていく。従って、超音波探傷による検査は局所的な検査となり、超音波探傷に要する作業を低減することができるので、作業効率を向上させることができる。

＜変形例＞
次に、上記実施形態の変形例について以下に説明する。本変形例は、上記実施形態に対して、打音検査における減衰パラメータｔとして減衰時間を用いる点が異なっており、その他の構成については共通している。従って、共通点については説明を省略する。

図９は、打撃音に相当する信号波形を除去した包絡線を指数関数で曲線近似した減衰曲線を示す図である。この減衰曲線における減衰パラメータｔは、振幅の大きさが、包絡線における最大振幅Ａｍの第１の振幅としての１／α₁から第２の振幅としての１／α₂（α₁、α₂は１以上の実数であり、α₁＜α₂である）に減衰するまでに要する減衰時間Ｔで表される。減衰パラメータｔとして減衰時間Ｔを用いる場合、ステップＳ３５の判定に利用する第１の閾値は、異音発生部６の状態が滞水している付着切れまたはそれ以外の状態を判定可能な長さの減衰時間となり、ステップＳ３７で利用する第２の閾値は、異音発生部６の状態が空洞またはそれ以外の状態を判定可能な長さの減衰時間になる。

合成床版２に打撃を加えてからこの打撃による振動が減衰し始めるまでには、若干の時間を要する。このため、ステップＳ３３で打撃音に相当する信号波形を包絡線から除去しても、減衰か開始するまでの間の信号波形がその包絡線に残ってしまう場合がある。そこで、包絡線における最大振幅Ａｍの１／α₁となる振幅が、合成床版２に加えられた振動の減衰開始以降の時間における減衰曲線の振幅となるような値をα₁に設定するのが好ましい。またα₂は、α₁より大きければよいが、最大振幅Ａｍの１／α₂となる振幅が、減衰が終了する近傍における振幅となるような値に設定するのが好ましい。
これにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施形態では、打音法としてハンマー１０を用いて底鋼板４に打撃を加えることについて説明したが、これに限られず、外部より発せられた弾性波や鉄球等により振動を加える手段を用いてもよい。
また、上記実施形態では、コンクリート３と底鋼板４とからなる合成床版２を例として説明しているが、コンクリート３をセメント硬化体、例えばモルタルとしても、本発明の界面検査方法を適用可能である。

さらに、上記実施形態では、受信用探触子２２で受信した信号波形に対してＦＦＴによる周波数解析を行っているが、周波数解析の代わりに、受信した信号波形の特定の周波数のみを通過させるバンドパスフィルタや、周波数解析の１つであるウェーブレット変換を行うようにしてもよい。特にウェーブレット変換では、超音波探傷で得られた受信信号を変換した後も、周波数と振幅との特性に加えて時間軸の情報が残るので、任意の成分同士の和、積等の解析方法を用いることが可能となるので好ましい。

また、上記実施形態では、打音検査で用いる演算装置１４と、超音波探傷の検査で用いる演算装置２５とを分けて説明したが、包絡線取得部１４１、減衰パラメータ演算部１４２、判定部１４３、信号処理部２５０、及び判定部２５１を１つの演算装置に機能として持たせてもよい。

上述した実施形態で説明した界面検査方法を利用して、合成床版２の界面５に形成された異音発生部６の状態の検査を行った。
本実施例で行う界面検査方法の概略図を図１０に示す。図１０（Ａ）は界面５に形成された異音発生部６に対する打音検査の概略図、図１０（Ｂ）は界面５に形成された異音発生部６に対する超音波探傷による検査の概略図である。

図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すように、合成床版２の界面５に異音発生部６を形成した。この異音発生部６として、広範囲にわたる付着切れを形成した。また、異音発生部６として、１辺の長さＷが２００ｍｍ、高さｈが３ｍｍの模擬空洞を形成した。また、図示しないが空洞及び付着切れに対して、それぞれが滞水している状態の異音発生部６も作製した。底鋼板４の厚さＤは８ｍｍとした。また、図１０（Ｂ）における超音波探傷で使用する超音波の周波数は、２５０ｋＨｚとした。

図１０（Ａ）に示すように、異音発生部６が形成されている位置を打撃位置とし、打撃位置から離間した位置にマイクロホン１２を配置し、ハンマー１０で打撃を与えて界面５の検査を行った。この打音検査は、滞水している付着切れ、付着切れ、及び空洞の３種類の異音発生部６に対して実施した。その結果を図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示す。

その後、付着切れ及び滞水している空洞の２種類の異音発生部６に対して、図１０（Ｂ）に示すように異音発生部６が形成されている位置に送信用探触子２１及び受信用探触子２２を配置して、超音波探傷による検査を実施した。その結果を図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）に示す。

図１１（Ａ）は滞水した付着切れに対して打音検査を行って取得した包絡線及び減衰曲線のグラフ、図１１（Ｂ）は付着切れに対して打音検査を行って取得した包絡線及び減衰曲線のグラフ、図１１（Ｃ）は空洞に対して打音検査を行って取得した包絡線及び減衰曲線のグラフである。なお、減衰パラメータｔの単位は［ｍｓ］である。また、ｘ₀については、ここでは音の採取を開始してから減衰開始位置までの変化量を省略して便宜上０として示してある。

図１１（Ａ）に示すように、滞水している付着切れにおける減衰曲線では、図１１（Ｂ）に示す付着切れの減衰曲線及び図１１（Ｃ）に示す空洞における減衰曲線よりも減衰する速度が速いことが判る。減衰パラメータｔは、滞水している付着切れの場合が最も小さく、約１．２４ｍｓであり、付着切れの場合には約５．０４ｍｓ、空洞の場合には１７．１５ｍｓであった。このように、包絡線を曲線近似した減衰曲線の減衰パラメータｔは、異音発生部６が滞水している付着切れの場合に最も小さく、異音発生部６が空洞である場合に最も大きくなる。本実施例では、例えば第１の閾値を２ｍｓとし、第２の閾値を１５ｍｓとすることで、異音発生部６の状態、つまり付着切れ、滞水している付着切れ、及び空洞の状態を識別することが可能となる。

図１２（Ａ）は滞水した空洞に対して超音波探傷を行って得られた信号波形のグラフ、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）の信号波形に対して周波数解析を行って得られた周波数特性を示すグラフ、図１２（Ｃ）は付着切れに対して超音波探傷を行って得られた信号波形のグラフ、図１２（Ｄ）は図１２（Ｃ）の信号波形に対して周波数解析を行って得られた周波数特性を示すグラフである。

図１２（Ｂ）に示すように、滞水した空洞に対して超音波探傷を行って得られた周波数特性では、３００〜４５０ｋＨｚの周波数帯域に振幅が現れているものの、目立った大きさの振幅ではない。送信用探触子２１から底鋼板４に送信された超音波の振幅を１とすると、底鋼板４固有の周波数帯域の振幅の大きさは約０．２〜０．３である。図１２（Ｄ）に示すように、付着切れに対して超音波探傷を行って得られた周波数特性では、３００〜４５０ｋＨｚの周波数帯域に大きな振幅が現れている。送信用探触子２１から底鋼板４に送信された超音波の振幅を１とすると、底鋼板４固有の周波数帯域における振幅の大きさは約０．７である。本実施例では、例えば第３の閾値を０．６に設定することによって、滞水した空洞と付着切れとを識別することが可能となる。

２ 合成床版
３ コンクリート
４ 底鋼板
１０ ハンマー（打撃手段）
１２ マイクロホン（集音手段）
１４，２５ 演算装置
２１ 送信用探触子
２２ 受信用探触子
１１０ 界面検査ユニット
１１２ ソレノイドハンマーユニット（打撃手段）
１１４ マイクロホン（集音手段）

Claims (6)

1. セメント硬化体と鋼板とからなる複合構造体に対して打撃手段により振動を加え、前記複合構造体内からの反響音に基づいて前記複合構造体の界面の健全状態を判定する工程により界面に付着切れまたは空洞があると判定された第１の異音発生部に対して、前記打撃手段により打撃を加え、前記複合構造体内を伝搬する振動を集音手段により採取して信号波形を取得する工程と、
   取得した信号波形に対して包絡線検波を行い、包絡線を取得する工程と、
   取得した包絡線において、減衰が開始する時点から減衰が終了するまでの間に含まれる包絡線を減衰曲線とし、前記減衰曲線における減衰特性を表す減衰係数を演算し、その減衰係数に基づいて前記第１の異音発生部の滞水状態を判定する工程と、
   前記滞水状態を判定する工程で滞水の可能性があると判定された第２の異音発生部に対して、超音波発生手段により超音波を発生させて送信用探触子から前記複合構造体内に超音波を伝搬させ、受信用探触子で受信し、信号波形を取得する工程と、
   取得した信号波形を信号処理し、周波数に対する信号の振幅特性を取得する工程と、
   信号処理された信号波形における、前記複合構造体固有の周波数帯域の振幅に基づいて、前記複合構造体の第２の異音発生部における滞水の有無を判定する工程と、
   を有することを特徴とする複合構造体の界面検査方法。
2. 前記包絡線を取得する工程は、前記打撃手段により加えられた振動に相当する信号波形を前記包絡線から除去する工程を含むことを特徴とする請求項１の記載の複合構造体の界面検査方法。
3. 前記減衰係数は、前記減衰曲線における指数関数の変数に対する係数であることを特徴とする請求項１または２に記載の複合構造体の界面検査方法。
4. 前記減衰係数は、前記減衰曲線の振幅が、前記包絡線での減衰が開始する時間以降における前記減衰曲線の振幅となる第１の振幅から、前記第１の振幅よりも小さい前記減衰曲線における第２の振幅になるまでの時間幅であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複合構造体の界面検査方法。
5. 取得した包絡線に対して周波数解析を行い、周波数に対する振幅特性の信号波形を取得する工程と、
   周波数解析を行って得られた信号波形において振幅が出現している周波数帯域と、その周波数帯域における振幅の大きさとに基づいて、前記第１の異音発生部の状態を判定する工程と、
   をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合構造体の界面検査方法。
6. セメント硬化体と鋼板とからなる複合構造体に対して振動を加える打撃手段と、
   前記打撃手段によって加えられた振動を採取する集音手段と、
   前記鋼板に配置し、超音波発生手段により前記複合構造体に超音波を送信する送信用探触子と、
   前記鋼板に配置し、前記複合構造体内を伝搬する超音波を受信する受信用探触子と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記打撃手段により打撃された、前記複合構造体の界面の状態が付着切れまたは空洞である部位から発生した振動を前記集音手段により採取して信号波形を取得する手段と、
   取得した信号波形に対して包絡線検波を行い、包絡線を取得する手段と、
   取得した包絡線において、減衰が開始する時点から減衰が終了するまでの間に含まれる包絡線を減衰曲線とし、前記減衰曲線における減衰特性を表す減衰係数を演算する手段と、
   演算された減衰係数に基づいて、前記付着切れまたは空洞である部位の滞水状態を判定する手段と、
   滞水の可能性があると判定された部位に対して前記送信用探触子から前記複合構造体内に超音波を伝搬させて前記受信用探触子で受信した信号波形を取得する手段と、
   取得した信号波形を信号処理し、周波数に対する信号の振幅特性を取得する手段と、
   信号処理された信号波形における、前記複合構造体固有の周波数帯域の振幅の大きさに基づいて、前記滞水の可能性があると判定された部位における滞水の有無を判定する手段と、
   を備えることを特徴とする複合構造体の界面検査装置。

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