JP2017156348A - 構造物の検査方法及び検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を抑制しつつ検査の精度を向上しやすい。【解決手段】ドライアイスのペレットを連続的に射出する射出装置１０を用いる。音響解析装置２０は、ペレットが検査目標に衝突した衝突音を集音器２１から収録する。収録音は、複数個のペレットが連続的に検査目標に衝突した際の衝突音を含んでいる。音響解析装置２０は、当該収録音に、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等の周波数分解処理を施す。【選択図】図１

Description

本発明は、構造物の検査方法及び検査システムに関する。

コンクリート壁等の構造物を検査する方法の一例として特許文献１がある。特許文献１では、構造物のコンクリートの壁面に氷玉を衝突させ、その衝突音をマイクロフォンで収録する。そして、収録した衝突音を周波数解析することで、構造物の強度等を検査する。特許文献１の方法は、氷玉を射出するために射出装置を用いている。射出装置は、例えばバネ力を利用した投擲手段を備えている。

特開２００３−２４０７６３号公報

衝突音の解析の精度を向上するためには、収録音中の雑音のエネルギーに対して衝突音のエネルギーを大きくすることが好ましい。特許文献１においてこれを行う場合、塊の質量を大きくしたり射出速度を大きくしたりして、１個の塊を射出するエネルギーを大きくする必要がある。しかしながら、このように１個の塊を射出するエネルギーを大きくするために、射出装置が大型化しやすい。

本発明の目的は、装置の大型化を抑制しつつ検査の精度を向上しやすい構造物の検査方法及び検査システムを提供することにある。

本発明の構造物の検査方法は、常温及び常圧で気体又は液体である物質を固体状とした塊を連続的に射出する射出装置を用いて、複数個の前記塊を連続的に構造物の表面に衝突させる衝突工程と、前記塊が前記表面に衝突した際に発生する衝突音を、収録開始から収録終了までに複数個の前記塊が連続的に前記表面に衝突するような時間的長さで収録する録音工程と、前記録音工程において収録された収録音を、前記塊の複数個分の衝突音が重なった周波数成分に分解する分解工程とを備えている。

本発明の検査方法においては、複数個の塊を連続的に構造物に衝突させる。そして、塊の複数個分の衝突音が収録音に含まれるような時間的長さで衝突音を収録する。このため、複数個分の連続した衝突音が収録音中に含まれることとなる。これによって、収録音を周波数成分に分解した際に、各成分中の衝突音の合計エネルギーを雑音のエネルギーに対して大きくすることができる。かかる周波数成分を用いて検査することで、検査の精度を向上できる。

このように、本発明の方法によれば、１個１個の塊による衝突のエネルギーをそれほど大きくしなくても全体のエネルギーを大きくすることができる。よって、従来構成と比べ、射出装置の大型化を招きにくい。したがって、装置の大型化を抑制しつつ検査の精度を向上しやすい。

また、本発明においては、前記射出装置が、圧縮気体を発生させるコンプレッサーを有し、当該コンプレッサーが発生させた圧縮気体を前記複数個の塊と混合して前記表面に向けて噴射することが好ましい。これによると、圧縮気体に連続的に塊を混合させていけば射出装置から連続的に塊を射出できる。

また、本発明においては、前記衝突工程において、１秒当たり１５０〜３５０ｇの前記塊を前記表面に衝突させることが好ましい。これによると、後述の実験結果の通り、比較的少ない量の塊の射出によって比較的大きな衝突音を発生させることが可能となる。

また、本発明においては、前記衝突工程において、１秒当たり５個以上の前記塊を前記表面に衝突させることが好ましい。これによると、後述の実験結果の通り、音圧の振幅スペクトルのピークを安定に得ることが可能となる。

また、本発明においては、前記塊の粒径が２〜２０ｍｍの範囲内であることが好ましい。塊（ペレット）の粒径が小さいと、空気抵抗の影響でうまく構造物まで飛翔しなかったり、比表面積が大きいため飛翔中の塊の表面から昇華又は蒸発する量が大きくなり塊の粒径が小さくなり過ぎたりする、すなわち検査に必要な衝突エネルギーが確保できなくなるおそれがある。また、塊の粒径が大きいと、これを射出する射出装置が大型になり過ぎるおそれがある。上記によると、塊の粒径が２〜２０ｍｍの範囲内であるため、かかる問題が生じにくい。

また、本発明においては、前記物質が、二酸化炭素であることが好ましい。本発明では、複数個の塊を射出装置から連続して射出する。したがって、塊同士が付着しやすいと塊が円滑に射出されないおそれがある。これに対し、上記の通り、塊を構成する物質が二酸化炭素、つまり、前記物質が二酸化炭素で、その塊がドライアイスであると、塊同士が付着しにくい。このため、複数個の塊を射出装置から円滑に射出しやすい。

また、別の観点によれば、本発明の構造物の検査システムは、常温及び常圧で気体又は液体である物質を固体状とした塊を連続的に射出する射出手段と、前記塊が構造物の表面に衝突した際に発生する衝突音を、収録開始から収録終了までに複数個の前記塊が連続的に前記表面に衝突するような時間的長さで収録すると共に、収録した音から前記塊の複数個分の衝突音を示す音データを生成する音データ生成手段と、前記音データ生成手段が生成した音データに基づいて、前記塊の複数個分の衝突音が重なった周波数成分を示すスペクトルデータを取得する周波数成分取得手段とを備えている。

本発明に係る検査システムによると、上記検査方法と同様、１個１個の塊による衝突のエネルギーをそれほど大きくしなくても全体のエネルギーを大きくすることができる。よって、従来構成と比べ、射出手段の大型化を招きにくい。したがって、システムの大型化を抑制しつつ検査の精度を向上しやすい。

本発明の一実施形態に係る検査システムの概略構成図である。 図１の検査システムが実行する工程を示すフロー図である。 本実施形態に関して行ったセラミック球の衝突実験において用いた実験器具の概略構成図である。 図３の実験器具を用いて収録した収録音にＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を施して得られたスペクトルである。 図３の実験器具を用いて収録した収録音の音圧の総和を供試体の別及びセラミック球の個数別にグラフで表したものである。 図３の実験器具を用いて収録した収録音から得られたスペクトルの平均値における所定の周波数帯域内の音圧の最大値を、実験に用いたさまざまなセラミック球の個数に対して示すグラフである。 本実施形態に関して行ったペレットの衝突実験において用いた別の実験器具の概略構成図である。 図７の実験器具を用いて収録した収録音から得られた振幅スペクトルの所定の周波数帯域内のピーク値を、実験に用いたペレットの個数に対して示すグラフである。

以下、本発明を実施するための一形態であるコンクリート壁検査システム１（以下、単に検査システム１とする）について説明する。検査システム１は、例えば、図１に示すトンネル内のコンクリート壁Ｗ（構造物）に空洞等の欠陥が生じているか否かを図２に示す工程に沿って検査するためのシステムである。検査システム１は、自走可能な台車２と、台車２に搭載された射出装置１０（射出手段）、音響解析装置２０（音データ生成手段及び周波数成分取得手段）、撮影装置３０及びＰＣ４０とを備えている。台車２にトンネル内をコンクリート壁Ｗに沿って走行させて検査目標の近傍まで検査システム１を移動させる。そして、射出装置１０等を駆動してコンクリート壁Ｗを検査する。当該検査目標に関する検査が終了すると、次の検査目標まで台車２を走行させ、次の検査目標について検査を実施する。なお、検査システム１による検査の実施は、一の検査目標と、次の検査目標との距離が比較的離れている場合は間欠的に行ってもよい。一方、一の検査目標と、次の検査目標との距離が比較的近い場合は、連続的に行ってもよい。要するに、検査の実施を、間欠的又は連続的に行うかは、検査目標間の距離で適宜決めればよい。

射出装置１０は、ドライアイス製のペレットを検査目標に向けて射出する装置である。射出装置１０は、コンプレッサー１１、装置本体１２、ホース１３及びノズル１４を有している。コンプレッサー１１は圧縮空気を発生させる。コンプレッサー１１が発生させた圧縮空気は装置本体１２に送られる。装置本体１２内には、多数のドライアイスのペレットが収容されている。ペレットがあまり大き過ぎると、ペレットの射出に大きなエネルギーを付与するために、射出装置１０が大型になり過ぎるおそれがある。また、あまり小さ過ぎると空気抵抗の影響でペレットがうまく検査目標まで飛翔しなかったり、飛翔中のペレット表面からのドライアイスの昇華量がペレットの体積に対して大きくなり過ぎたりするおそれがある。このため、ペレットの粒径は２〜２０ｍｍ、好ましくは３〜１５ｍｍ、より好ましくは３〜９ｍｍである。なお、ペレットは、球形又は円柱形などの形状であってもよく、円柱形の場合は、本実施形態において直径を粒径とする。

装置本体１２は、コンプレッサー１１からの圧縮空気を複数個のペレットと混合すると共にホース１３へと送り出す。装置本体１２は、ホース１３へと送り出す圧縮空気の圧力を調整可能である。装置本体１２の操作パネルに設けられたスイッチを操作することで圧縮空気の圧力が変更される。ホース１３は可撓性を有する合成樹脂製の筒状の部材であり、装置本体１２と接続されている。ノズル１４は、ホース１３の先端に取り付けられている。ノズル１４の噴射口は、コンクリート壁Ｗの検査目標に向けられる。ホース１３を変形させつつ、ノズル１４を所定の検査目標に向けたり、その検査目標から適切な距離に配置したりすることが可能である。装置本体１２からホース１３を介してノズル１４へと到達した圧縮空気は、複数個のペレットと共にノズル１４の噴射口から噴射される。圧縮空気に混合された複数個のペレットは連続的にノズル１４から射出され、コンクリート壁Ｗの検査目標へと飛翔する。そして、飛翔したペレットが連続的に検査目標に衝突する。ペレットが検査目標に衝突すると、衝突ごとに衝突音が発生する。装置本体１２において上記のように圧縮空気の圧力を変更することで、ノズル１４から射出されるペレットの射出速度を調整できる。なお、圧縮空気に混合されるペレットの混合量を調整できるように装置本体１２が構成されていてもよい。このように、ペレットの射出速度や混合量を調整することで、単位時間当たりに検査目標に衝突させるペレットの総重量又は個数を調整できる。後述の通り、検査目標に衝突させるペレットは、１秒当たり１５０〜３５０ｇであることが好ましい。又は、検査目標に衝突させるペレットの個数は、１秒当たり５個以上が好ましい。なお、射出装置１０が複数個のペレットを射出し、検査目標に衝突させる工程が、本発明における衝突工程（図２のＳ１）に対応する。

音響解析装置２０は、ペレットがコンクリート壁Ｗに衝突した際に発生する衝突音を収録すると共に、収録音を解析する装置である。音響解析装置２０は、集音器２１及び２２、並びに、装置本体２３を有している。集音器２１及び２２は、装置本体２３とそれぞれ接続されている。集音器２１及び２２は、それぞれ、音を集め、集めた音をこれに対応する電気信号に変換する。これらのうち、集音器２１は、検査目標において発生するペレットの衝突音を集めるように検査目標に向けられる。収録は、収録開始から収録終了までに複数個のペレットが検査目標に衝突するような時間的長さで実施される。したがって、集音器２１が生成する電気信号は、複数個のペレットの衝突音を示す信号となる。集音器２２は、集音器２１よりも装置本体２３の近くに配置される。集音器２２は、環境音を集め、これを電気信号に変換する。集音器２１及び２２が生成した電気信号は、それぞれ装置本体２３に送信される。

装置本体２３は、ＣＰＵ、記憶部等のハードウェアと、記憶部に記憶されたプログラム等のソフトウェアとを備えている。ＣＰＵ等のハードウェアが、記憶部に記憶されたプログラム等のソフトウェアに基づいて各種の情報処理を実行することにより、音響解析等の各種の処理が実行される。装置本体２３は、集音器２１及び２２が生成した電気信号に基づき、各電気信号に対応する音を示す音データを生成する。以下、集音器２１からの電気信号に基づいて生成された音データを衝突音データ、集音器２２からの電気信号に基づいて生成された音データを環境音データとする。衝突音データは、複数個のペレットの衝突音が重なった音を示すことになる。さらに、装置本体２３は、衝突音データが示す音から環境音データが示す環境音を取り除くノイズキャンセリング処理を施す。ノイズキャンセリング処理によって衝突音データが示す音に含まれる雑音が衝突音に対して小さくなる。ノイズキャンセリング処理が施された音データは、装置本体２３内の記憶部に格納される。なお、集音器２１がペレットの衝突音を集めると共に、装置本体２３が音データを生成して記憶部に格納する工程が、本発明における録音工程（図２のＳ２）に対応する。

次に、装置本体２３は、記憶部に格納した音データにＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等の周波数分解処理を施すことにより、音のスペクトルを示すスペクトルデータを生成する。周波数分解処理は、音データにおいて、所定の時間的範囲に対応するデータに施される。所定の時間的範囲は、当該範囲に対応するデータが複数個のペレットの衝突による複数個分の衝突音を示すような範囲である。したがって、スペクトルデータが示す音の周波数成分は、複数回の衝突に関する衝突音の成分が重ね合わされたものとなる。装置本体２３はＰＣ４０と接続されており、生成したスペクトルデータをＰＣ４０へと送信する。なお、装置本体２３が音データに周波数分解処理を施し、スペクトルデータを取得する工程が、本発明における分解工程（図２のＳ３）に対応する。

撮影装置３０は、被写体からの光を結像させるレンズ等を含む光学系と、光学系が結像させた被写体像を電気信号に変換する撮像素子とを有している。撮影装置３０の向きは、光学系が検査目標からの光を受け取るように調整される。これにより、撮影装置３０は、コンクリート壁Ｗの検査目標を被写体として撮影する。撮影装置３０は、撮像素子が生成した電気信号に基づき、検査目標の撮影結果を示す画像データを生成する。撮影装置３０はＰＣ４０に接続されており、生成した画像データをＰＣ４０に送信する。

ＰＣ４０は、ＣＰＵ、記憶部等を備えたコンピュータ本体、ディスプレイ等を有している。ＰＣ４０は、音響解析装置２０から送信されたスペクトルデータ及び撮影装置３０から送信された画像データを、互いに関連付けつつ、ＰＣ４０内に備えた記憶部に格納する。ＰＣ４０は、記憶部に格納したスペクトルデータに基づき、音響解析装置２０が収録した収録音のスペクトルを示すグラフ画像をディスプレイに表示する。また、ＰＣ４０は、スペクトルデータに関連付けて記憶部に記憶された画像データに基づき、撮影装置３０による撮影画像をディスプレイに表示する。この撮影画像は、スペクトルに対応するペレットの衝突音を収録した際に撮影装置３０が撮影した検査目標の画像である。このため、ユーザは、表示されたスペクトルが示す衝突音がどの検査目標に関して取得されたものであるかを、スペクトルと共に表示された撮影画像によって確認できる。また、ユーザは、ディスプレイに表示されたスペクトルに基づき、コンクリート壁Ｗ内に空隙等の欠陥が生じているか否かを検査することができる。

以下、衝突音のスペクトルに基づいて欠陥を検査する方法に関連して行った実験について説明する。図３は、本実験で用いた実験器具を示す。本実験では、供試体５１ａ、５１ｂ、及び５１ｃ、セラミック球５２、マイクロフォン５３、架台５４、耐荷重ボード５５並びに容器５６を用いた。なお、図３は一例として供試体５１ａを用いた場合を示している。供試体５１ａ、５１ｂ、及び５１ｃは、セラミック球５２を衝突させる試験体である。供試体５１ａ及び５１ｂは、いずれも、縦４０ｃｍ、横４０ｃｍ、高さ３０ｃｍの直方体のコンクリートブロックである。供試体５１ｃは、縦３０ｃｍ、横３０ｃｍ、高さ２０ｃｍの直方体のコンクリートブロックである。セラミック球５２を衝突させるのは、供試体５１ａ及び５１ｂに対しては縦４０ｃｍ×横４０ｃｍの面である。供試体５１ｃに対しては縦３０ｃｍ×横３０ｃｍの面である。以下、いずれの衝突させる面も衝突面Ｓと呼ぶ。供試体５１ａ及び供試体５１ｃのそれぞれにおける衝突面Ｓから深さ３ｃｍの位置に、半径１０ｃｍ、厚さ５ｍｍの発泡スチロール製の円盤が埋め込まれている。円盤の埋め込みは、コンクリート中に欠陥が存在する状況を模したものである。供試体５１ａ及び供試体５１ｃにおける上記円盤以外の部分はすべてコンクリートからなる。供試体５１ｂは全体がコンクリートからなる。セラミック球５２は、５ｍｍの直径を有する０．２５ｇのセラミック製の球体であり、ドライアイスのペレットの代わりとした。架台５４は金属製の枠体である。耐荷重ボード５５は合成樹脂製の平板部材である。容器５６はセラミック球５２を収容する。容器５６の底板は開閉可能であり、セラミック球５２を収容した状態で底板を開放することで、収容した全てのセラミック球５２を一気に落下させることができる。

供試体５１ａ、５１ｂ、及び５１ｃを、それぞれ、架台５４上に、衝突面Ｓが水平方向に対して４５°傾斜するように設置した。セラミック球５２は１個又は複数個を容器５６に収容する。そして、図３に示すように、衝突面Ｓから１ｍ上方に容器５６を配置し、その容器５６から衝突面Ｓに向けてセラミック球５２を一気に落下させることとした。また、容器５６の直下の衝突予定位置から衝突面Ｓの法線方向に１ｍ離隔した位置にマイクロフォン５３を設置した。このマイクロフォン５３を通じて、衝突面Ｓにセラミック球５２が衝突する際に発生する衝突音を収録した。そして、収録音に基づいて周波数解析を実施した。

以上のような衝突音の収録及び周波数解析を、以下の実験＜１＞及び実験＜２＞に分けて行った。まず、実験＜１＞として、衝突音の収録を、供試体５１ｂに対して１、５、１０、２０個のセラミック球５２を用いてそれぞれ実施した。また、供試体５１ａに対して、１、５、１０、２０個のセラミック球５２を用いてそれぞれ実施した。どの個数のセラミック球５２に関しても、収録開始から収録終了までの時間的範囲内に全てのセラミック球５２が衝突面Ｓに衝突するように収録を実施した。

図４は、実験＜１＞に関し、収録した衝突音にＦＦＴを施した結果の一部である。折れ線ｇ１は、２０個のセラミック球５２を供試体５１ａに落下させた結果を示す。折れ線ｇ２は、１個のセラミック球５２を供試体５１ａに落下させた結果を示す。折れ線ｇ３は、１個のセラミック球５２を供試体５１ｂに落下させた結果を示す。折れ線ｇ１〜ｇ３のいずれも、セラミック球５２の全ての衝突音が含まれる時間的範囲で収録音にＦＦＴを施した結果である。実験の結果、供試体５１ａについては、いずれの個数のセラミック球５２においても、衝突音中、２０００Ｈｚ付近に音圧の振幅のピークが表れた。一方、供試体５１ｂについては、かかるピークは表れなかった。このように、コンクリート中に欠陥がある場合には、セラミック球５２の個数に関わらず、所定の周波数帯域にピークが生じるといった特徴が衝突音のスペクトルに表れる。このことから、上記の通りＰＣ４０のディスプレイに表示されるスペクトルに基づいて、コンクリート壁Ｗ内に欠陥が生じているか否かを検査することができる。

２０００Ｈｚ付近に表れた上記のような音圧の振幅のピークは、供試体５１ａのたわみ振動によるものと考えられる。数式１は、円盤のたわみ振動の周波数ｆを表す。衝突面Ｓと発泡スチロールの間のコンクリート部分を円盤と見なすと、供試体５１ａのたわみ振動は、かかる円盤のたわみ振動に近似できると考えられる。
（数式１）
ここで

数式１において、λ_jkは振動のモードによって異なる値の係数である。支持条件を単純支持と仮定すると、最も低い周波数のモードについて、ｊ＝０、ｋ＝１、λ_jk＝５．１１である。ｇは重力加速度、Ｅはコンクリートのヤング率、νはポワソン比、γはコンクリートの密度、ｈは円盤の厚さ（すなわち、発泡スチロールの円盤が埋められた深さ）、Ｒは円盤の半径である。λ_jk＝５．１１、ｇ＝９．８、Ｅ＝１．９４＊１０⁹〜３．６７＊１０⁹ｋｇ／ｍ²、ν＝０．１５〜０．２、γ＝２１７７ｋｇ／ｍ³、ｈ＝３ｃｍ、Ｒ＝１０ｃｍを上記数式に代入すると、ｆは数式２のように表される。よって、ｆは、収録音に表れるピークの周波数である約２０００Ｈｚにほぼ一致する。数式１によれば、円盤の材質及び支持条件が同じであれば、周波数は円盤の半径と厚さに依存する。以上により、セラミック球５２の個数に関わらず、欠陥に対応する同じ周波数のピークが衝突音中に表れることが示された。
（数式２）

また、図５は、実験＜１＞において、収録音の音圧の総和を供試体５１ａ及び５１ｂの別並びにセラミック球５２の個数別にグラフで表したものである。当該総和は、収録した衝突音における音圧の振幅を１０００〜２５６００Ｈｚの範囲で周波数に関して積分したものである。折れ線ｇ４は供試体５１ａに対応し、折れ線ｇ５は供試体５１ｂに対応する。これにより、供試体５１ａに対する衝突音は、セラミック球５２の個数が増すほど音圧が大きくなることが分かった。したがって、コンクリート壁Ｗにドライアイスのペレットを衝突させる場合にも、複数個のペレットを連続的に衝突させることで、周波数解析に当たって衝突音のエネルギーを大きくできることが分かった。この結果から、射出装置１０においても、複数個のペレットを連続的に射出することにより、衝突音のエネルギーを駆動音等の雑音のエネルギーに対して相対的に大きくしやすいことが分かる。仮に、衝突音を大きくするために、射出速度を大きくしたり、射出速度を維持しつつ１個１個のペレットを大きくしたりする場合、圧縮空気の圧力を高める必要がある。この場合、コンプレッサー１１の駆動音が大きくなり、雑音のエネルギーが大きくなりやすい。これに対し、射出装置１０から複数個のペレットを連続的に射出させるには、圧縮空気の圧力はそれほど変化させず、装置本体１２においてペレットを連続的に混合させていけばよい。したがって、衝突音のエネルギーを駆動音等の雑音のエネルギーに対して相対的に大きくしやすい。

次に、実験＜２＞として、供試体５１ｃに対し、１０、２０、３０、…、６０、７０個のセラミック球５２を用いて、実験＜１＞と同様な衝突音の収録を、各個数に関して５回実施した。いずれの個数に関しても、収録開始から収録終了までの時間的範囲内に全てのセラミック球５２が衝突面Ｓに衝突するように収録を実施した。なお、いずれの個数に関しても、全セラミック球５２が約０．０５秒間で供試体５１ｃに衝突した。そして、収録した衝突音にＦＦＴを施してスペクトルを取得すると共に、各個数に関して、上記５回の実施におけるスペクトルの平均値を取得した。図６は、このように取得した平均スペクトルの２０００〜３０００Ｈｚの周波数帯域における音圧の最大値を示している。２０００〜３０００Ｈｚの帯域は、上記の通り、発泡スチロールの円盤に応じたピークが表れる周波数帯域である。

図６に示すように、セラミック球５２の個数が１０〜２０のときには音圧の最大値が０．０１Ｐａ未満と比較的低くなった。個数が２０を超えると音圧の最大値が高くなり、個数が３０のときには音圧の最大値が０．０１Ｐａを超えた。個数が４０になると音圧の最大値が極大となった。個数が５０〜７０のときには個数が大きくなるほど音圧の最大値が徐々に低くなったが、いずれも０．０１Ｐａを超えていた。つまり、セラミック球５２の個数を３０以上且つ７０以下としたときに音圧の最大値が０．０１Ｐａを超え、比較的高い水準となった。セラミック球５２が約０．０５秒間に供試体５１ｃに衝突することから、１秒当たり６００〜１４００個のセラミック球５２を衝突させることが、音圧の最大値が比較的高い水準となる条件である。セラミック球５２は１個当たり０．２５ｇであるので、１秒当たり６００〜１４００個のセラミック球５２は、１秒当たり１５０〜３５０ｇのセラミック球５２に対応する。物体への衝突のエネルギーは、衝突させる個数よりも総重量と相関する。このことから、ドライアイスのペレットをコンクリート壁Ｗに衝突させる際にも、音圧の最大値が比較的高い水準となるためには、１秒当たり１５０〜３５０ｇのペレットを衝突させることが好ましいものと考えられる。なお、射出装置１０の大型化の抑制やコスト低下の観点でも、射出装置１０から射出されるペレットが１秒当たり３５０ｇを超えないことが比較的好ましい。このため、実験＜２＞に関しては、そもそも、セラミック球５２の個数が７０以下である場合のみを考慮することとした。

なお、音圧の最大値が０．０１５Ｐａを超える個数４０〜６０がより好ましく、音圧の最大値が０．０２Ｐａを超える個数４０〜５０がさらに好ましい。重量の条件として、前者の条件は１秒当たり２００〜３００ｇ、後者の条件は１秒当たり２００〜２５０ｇにそれぞれ対応する。

続いて、上述の実験器具とは別の実験器具を用いて行った実験について説明する。図７は、本実験で用いた実験器具を示す。本実験では、図７に示すように、供試体５１ｃ，５１ｄ、ペレット７２、マイクロフォン７３、架台７４、容器７５、エア搬送機７６、固定台７７、ホース７８、及び、コンプレッサー７９などを用いた。なお、図７は一例として供試体５１ｃを用いた場合を示しているが、供試体５１ｄを用いる場合は供試体５１ｃと交換する。供試体５１ｄについては、図７中カッコ書きで示している。供試体５１ｃは、上述した実験で用いられたものと同様である。供試体５１ｄは、供試体５１ｃと同様の外形及びサイズを有し、全体がコンクリートからなり、コンクリート中に欠陥が存在しないものである。また、本実験においても、ペレット７２を衝突させるいずれの面も衝突面Ｓと呼ぶ。架台７４は、供試体５１ｃ，５１ｄの衝突面Ｓが垂直となるように供試体５１ｃ，５１ｄを支持する。

ペレット７２としては、直径が略９ｍｍ、長さが略１０ｍｍ〜２０ｍｍの円柱形状を有するドライアイスを用いた。このペレット７２は、略１ｇ〜２ｇである。容器７５には、多数のペレット７２が収容されている。容器７５は、ペレット７２をエア搬送機７６に送るためのホース７８によってエア搬送機７６と接続されている。

エア搬送機７６は、搬送機本体７６ａと、ノズル７６ｂとを有する。ノズル７６ｂは、円筒形状を有しており、搬送機本体７６ａと接続されている。エア搬送機７６は、衝突面Ｓの法線方向において、ペレット７２の衝突予定位置とノズル７６ｂの先端とが略１ｍ離隔して配置されている。搬送機本体７６ａは、エアホース７９ａを介してコンプレッサー７９と接続されており、コンプレッサー７９からの圧縮空気をペレット７２と混合するとともに、ノズル７６ｂへと送り出す。搬送機本体７６ａからノズル７６ｂへと到達した圧縮空気は、ペレット７２と共にノズル７６ｂの噴射口から噴射される。圧縮空気に混合されたペレット７２の射出速度は、約２１．２ｍ／ｓとなっている。この射出速度は、ペレット７２の吸引からペレット７２が衝突予定位置（供試体５１ｃ又は５１ｄ）に衝突するまでの時間を、供試体５１ｃ又は５１ｄからノズル７６ｂの先端までの距離５０ｃｍの場合と距離１００ｃｍの場合とで計測し、その時間差から算出した。ノズル７６ｂから射出されたペレット７２は、供試体５１ｃ，５１ｄの検査目標へと飛翔する。そして、飛翔したペレット７２が検査目標に衝突し、衝突ごとに衝突音が発生する。固定台７７は、エア搬送機７６を支持する。

マイクロフォン７３は、指向性を有するガンタイプのものである。マイクロフォン７３は、ペレット７２の衝突予定位置から衝突面Ｓの法線方向に対して交差する方向に１ｍ離隔した位置に配置されている。マイクロフォン７３は、固定台７３ａによって支持されている。このマイクロフォン７３を通じて、衝突面Ｓにペレット７２が衝突する際に発生する衝突音を収録した。そして、収録音に基づいて周波数解析を実施した。

以上のような衝突音の収録及び周波数解析を、以下の実験＜３＞及び実験＜４＞に分けて行った。まず、実験＜３＞としては、１個、２個のペレット７２を用いて、各個数のペレット７２を供試体５１ｃ，５１ｄのそれぞれに対して衝突させ、衝突音の収録を実施した。各個数のペレット７２に関して、５回の衝突音の収録を供試体５１ｃ，５１ｄのそれぞれに対して実施した。いずれの収録の実施においても、収録開始から収録終了までの時間的範囲内、すなわち、１秒以内に各個数のペレット７２が衝突面Ｓに衝突するように収録を実施した。そして、各個数のペレット７２に関して、上記５回の実施における収録した衝突音にＦＦＴを施して振幅スペクトルをそれぞれ取得し、２０００Ｈｚ〜３０００Ｈｚにおける振幅スペクトルのピーク値を取得した。各個数のペレット７２を供試体５１ｄに衝突させることで得られたピーク値の平均をベースラインと設定し、各個数のペレット７２を供試体５１ｃに衝突させることで得られたピーク値からベースライン（平均値）を差し引いて求めた値を表１に示す。ベースラインを差し引いたピーク値が正の場合に、供試体５１ｃの空隙（欠陥）を検出できたと見なす。この場合、１個のみの射出では、５回実施したうち２回も不検出となった。２個の射出では、実施した５回ですべて検出された。
すなわち、１個のみの射出では欠陥を見逃してしまう場合があることがわかる。

次に、実験＜４＞としては、４個、５個、１０個、１５個、２０個、２５個のペレット７２を用いて、各個数のペレット７２を供試体５１ｃ，５１ｄのそれぞれに対して衝突させ、衝突音の収録を実施した。この実験＜４＞においても、上述の実験＜３＞と同様に、各個数のペレット７２に関して、５回の衝突音の収録を供試体５１ｃ，５１ｄのそれぞれに対して実施した。いずれの収録の実施においても、収録開始から収録終了までの時間的範囲内、すなわち、１秒以内に各個数のペレット７２が衝突面Ｓに衝突するように収録を実施した。そして、上述の実験＜３＞と同様に、ベースライン（平均値）を設定し、各個数のペレット７２を供試体５１ｃに衝突させることで得られたピーク値からベースライン（平均値）を差し引いた値を求めた。この差し引いた値の中から、各個数のペレット７２に関して、５回の実施における最小のピーク値を抽出した結果を図８に示す。このとき、実験＜３＞で得られた最小のピーク値も個数が２個の場合のときとして、図８に示した。ここでピーク値の最小を選択した理由としては、供試体５１ｃに欠陥があるにも拘わらず、ピーク値が取れない又は低すぎることから、検出が不安定であるか否かを判断するためである。２個〜４個の射出の場合では、最小のピーク値（５回の実施における最小のピーク値）の検出は、実験＜３＞のときと同様に検出可能であるが、当該ピーク値が０．００１Ｐａよりも小さくなった。つまり、ピーク値が低すぎて不安定であり、再検査が必要となることもある。すなわち、欠陥の存在に対して「欠陥なし」とまでは判定しなくても、「欠陥があるか否かが不明」との判定になるおそれがある。このようにピーク値が低すぎると、欠陥があるという判定の信頼性が低下する。一方、５個の射出の場合では、最小のピーク値の検出は検出可能であり、且つ当該ピーク値が０．００１Ｐａを超え、大きな値となった。つまり、検出されるピーク値が安定し、１回の検査（すなわち、再検査を必要とすることなく）で、欠陥を見逃さずに検出することができる。この結果、効率よく検査を進めることが可能となる。この５個以上の個数に関しては、図８に示すように、比例して最小のピーク値が増加し、より安定する。

以上の実験＜３＞から、１秒当たりに１個のペレット７２を衝突面Ｓに衝突させると検出不可能な場合が生じるが、１秒当たりに２個（複数個）のペレット７２を衝突面Ｓに衝突させると検出が可能となりやすい。このことから、衝突工程において複数個のペレット７２を用いた場合、上記の通りＰＣ４０のディスプレイに表示されるスペクトルに基づいて、コンクリート壁Ｗ内に欠陥が生じているか否かを検査することができる。また、実験＜３＞及び実験＜４＞から、衝突工程において、１秒当たり５個以上のペレット７２を衝突面Ｓに衝突させることで、音圧の振幅スペクトルのピークを安定に得ることが可能となる。音圧の振幅スペクトルのピークを安定に得ることが可能となることで、供試体５１ｃに欠陥があるか否かを５個未満のときよりも安定に検査することができる。

以上説明した本実施形態によると、複数個のペレットを射出装置１０から連続的に射出させ、検査目標に衝突させる。そして、音響解析装置２０が、ペレットの複数個分の衝突音を収録できる時間的範囲でペレットの衝突音を収録する。このため、複数個分の連続した衝突音が収録音中に含まれることとなる。さらに、ペレットを複数個衝突させた場合であっても、収録音中には、上記の実験に示すように、欠陥に対応するスペクトルが適切に表れる。そして、上記の実験に示すように、複数回の衝突により、欠陥に対応するスペクトルにおける衝突音の合計エネルギーが雑音のエネルギーに対して大きくなる。よって、音響解析装置２０が生成するスペクトルデータを用いた検査の精度を向上できる。

このように、本実施形態によれば、１個１個のペレットによる衝突のエネルギーをそれほど大きくしなくても全体のエネルギーを大きくすることができる。よって、射出装置１０の大型化を招きにくい。したがって、装置の大型化を抑制しつつ検査の精度を向上しやすい。

また、本実施形態では、複数個のペレットを射出装置１０から連続して射出する。したがって、仮にペレット同士が付着しやすいと、ペレットが射出装置１０から円滑に射出されないおそれがある。これに対し、本実施形態のペレットはドライアイスからなるので、ペレット同士が付着しにくい。このため、複数個のペレットを射出装置１０から円滑に射出しやすい。さらに、ペレットがドライアイスであるため、コンクリート壁Ｗへの衝突後、昇華する。よって、ペレットの残留物が発生しない。

＜変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいてさまざまな変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態では、コンクリート壁Ｗに衝突させる物体として常温・常圧では気体である二酸化炭素を冷却することにより作製するドライアイスのペレットが用いられている。しかし、その他の素材からなる固体状の塊が用いられてもよい。例えば、常温・常圧では液体、すなわち水を冷却することにより作製する氷の塊が用いられてもよい。ドライアイスや氷は、常温・常圧で時間の経過により液体や気体となる。このため、コンクリート壁Ｗに衝突させた後、気体や液体に戻って四散する。よって、検査箇所に残留物が発生しにくい。なお、氷の塊は、ドライアイスとは異なり昇華しない。すなわち一気に気体になって四散したりしない。したがって、氷の塊を用いる場合、射出装置１０の装置本体１２、ホース１３又はノズル１４等において氷の塊が保管され、あるいは移動する過程で、氷の塊の一部（表層部）が液体（水）になり、その後その水が気化して気体となる。よって、氷の塊の表面に残っている水が氷の内部から冷却によって塊氷に戻ることにより、塊同士が付着しやすい。このため、複数個の塊を連続的に射出する際に、塊の射出量や射出速度によっては、塊同士の付着が連続的な射出を妨げるおそれもある。また、氷の塊はコンクリート壁Ｗへの衝突後、溶けて水になる。このため、電気系の設備に影響を与えるおそれがある。これらを考慮すると、氷の塊を用いる場合と比べて、上述の実施形態の通りドライアイスのペレットを用いる方が好ましい。

また、上述の実施形態では、ＰＣ４０のディスプレイに表示されたスペクトルに基づいてコンクリート壁Ｗ内に空隙等の欠陥が生じているか否かをユーザが検査する。しかし、コンクリート壁Ｗ内に空隙等の欠陥が生じているか否かをスペクトルデータに基づいてＰＣ４０が自動で判定してもよい。例えば、上記の実験に示すように、欠陥の状態から特定の周波数帯域にピークが発生することが予測されているとする。この場合、特定の周波数帯域にピークが発生しているか否かを検出することでコンクリート壁Ｗ内に空隙等の欠陥が生じているか否かを判定するようにＰＣ４０が構成されていてもよい。ピークの検出には、例えば、スペクトルの近似曲線を求め、その微分係数に基づいて検出する方法等が用いられてよい。

また、上述の実施形態では、衝突音データにＦＦＴを施すことにより、収録音を周波数成分に分解している。しかし、その他の方法により収録音を周波数成分に分解してもよい。例えば、いわゆるオクターブ分析における帯域通過フィルタが用いられてもよい。また、デジタルデータに分解処理が施されるのではなく、音をアナログ的に処理する周波数分析器が用いられてもよい。

また、上述の実施形態では、トンネル内のコンクリート壁Ｗを検査対象としている。しかし、橋梁やビルなど、その他の構造物に本発明の検査方法や検査システムが応用されてもよい。

１ コンクリート壁検査システム（検査システム）
１０ 射出装置
２０ 音響解析装置
３０ 撮影装置
５１ａ，５１ｃ 供試体（一部発泡スチロール製円盤を埋め込んだコンクリート）
５１ｂ，５１ｄ 供試体（全体コンクリート）
５２ セラミック球
５３，７３ マイクロフォン
５４，７４ 架台
５５ 耐荷重ボード
５６，７５ 容器
７２ ペレット
７６ エア搬送機
７７ 固定台
７８ ホース
７９ コンプレッサー
Ｗ コンクリート壁

Claims (7)

1. 常温及び常圧で気体又は液体である物質を固体状とした塊を連続的に射出する射出装置を用いて、複数個の前記塊を連続的に構造物の表面に衝突させる衝突工程と、
   前記塊が前記表面に衝突した際に発生する衝突音を、収録開始から収録終了までに複数個の前記塊が連続的に前記表面に衝突するような時間的長さで収録する録音工程と、
   前記録音工程において収録された収録音を、前記塊の複数個分の衝突音が重なった周波数成分に分解する分解工程とを備えていることを特徴とする構造物の検査方法。
2. 前記射出装置が、圧縮気体を発生させるコンプレッサーを有し、当該コンプレッサーが発生させた圧縮気体を前記複数個の塊と混合して前記表面に向けて噴射することを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
3. 前記衝突工程において、１秒当たり１５０〜３５０ｇの前記塊を前記表面に衝突させることを特徴とする請求項１又は２に記載の検査方法。
4. 前記衝突工程において、１秒当たり５個以上の前記塊を前記表面に衝突させることを特徴とする請求項１又は２に記載の検査方法。
5. 前記塊の粒径が２〜２０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査方法。
6. 前記物質が、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の検査方法。
7. 常温及び常圧で気体又は液体である物質を固体状とした塊を連続的に射出する射出手段と、
   前記塊が構造物の表面に衝突した際に発生する衝突音を、収録開始から収録終了までに複数個の前記塊が連続的に前記表面に衝突するような時間的長さで収録するとともに、収録した音から前記塊の複数個分の衝突音を示す音データを生成する音データ生成手段と、
   前記音データ生成手段が生成した音データに基づいて、前記塊の複数個分の衝突音が重なった周波数成分を示すスペクトルデータを取得する周波数成分取得手段とを備えていることを特徴とする構造物の検査システム。