JP2018163013A - 打撃検査装置、打撃検査方法及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
検査対象物に打撃を与える打撃部材を有する打撃部と、
前記打撃部材が与える打撃に起因して前記検査対象物が発生する音及び振動に関する物理量を検出する検出部と、
内部に前記打撃部材及び前記検出部を収容し、前記検査対象物とともに閉空間を形成する壁と、
前記打撃部が打撃動作を行うために前記打撃部を駆動させる駆動信号を生成して前記打撃部を制御する制御部と、
前記検出部に接続され、前記検出部が検出した前記物理量を前記駆動信号の発生時からの経過時間に対する前記物理量の強度に関する関数情報に変換する変換部と、
前記制御部に接続され、前記駆動信号をトリガーとして前記駆動信号の発生時からの遅延時間が異なる複数のゲート信号を生成する生成部と、
前記変換部及び前記生成部に接続され、前記関数情報及び複数の前記ゲート信号を用いて前記ゲート信号に対応する周波数解析を行い他と異なる周波数分布を有する前記ゲート信号の有無を判定する判定部と、
前記判定部に接続され、前記判定部が他と異なる周波数分布を有する前記ゲート信号が有りと判断した場合に、有りと判断された前記ゲート信号の前記遅延時間に基づいて前記検査対象物における変状箇所の位置を推定する推定部と、
を備えている。
また、本発明の打撃検査方法は、
検査対象物に打撃を与える打撃部材を有する打撃部が打撃動作を行うために前記打撃部を駆動させる駆動信号を生成して前記打撃部を制御する工程と、
前記打撃部の打撃に起因して検査対象物が発生する音及び振動に関する物理量を検出する工程と、
検出した前記物理量を前記駆動信号の発生時からの経過時間に対する前記物理量の強度に関する関数情報に変換する工程と、
前記駆動信号をトリガーとして前記駆動信号の発生時からの遅延時間が異なる複数のゲート信号を生成する工程と、
前記関数情報及び複数の前記ゲート信号を用いて前記ゲート信号に対応する周波数解析を行い他と異なる周波数分布を有する前記ゲート信号の有無を判定する工程と、
他と異なる周波数分布を有する前記ゲート信号が有りと判断された場合に、有りと判断された前記ゲート信号の前記遅延時間に基づいて前記検査対象物における変状箇所の位置を推定する工程と、
を含む。
また、本発明のコンピュータプログラムは、
コンピュータに、
検査対象物に打撃を与える打撃部材を有する打撃部が打撃動作を行うために前記打撃部を駆動させる駆動信号を生成して前記打撃部を制御させる工程と、
前記打撃部の打撃に起因して検査対象物が発生する音及び振動に関する物理量を検出させる工程と、
検出された前記物理量を前記駆動信号の発生時からの経過時間に対する前記物理量の強度に関する関数情報に変換させる工程と、
前記駆動信号をトリガーとして前記駆動信号の発生時からの遅延時間が異なる複数のゲート信号を生成させる工程と、
前記関数情報及び複数の前記ゲート信号を用いて前記ゲート信号に対応する周波数解析を行い他と異なる周波数分布を有する前記ゲート信号の有無を判定させる工程と、
他と異なる周波数分布を有する前記ゲート信号が有りと判断された場合に、有りと判断された前記ゲート信号の前記遅延時間に基づいて前記検査対象物における変状箇所の位置を推定させる工程と、
を実行させる。
以下、本実施形態について、図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態の打撃検査装置10(図1参照)の構成について説明する。次いで、本実施形態の打撃検査装置10を用いた打撃検査方法(以下、本実施形態の打撃検査方法という。)について説明する。次いで、本実施形態の効果について説明する。次いで、変形例について説明する。
本実施形態の打撃検査装置10は、検査対象物TO(図1参照)における変状の有無の検査と、検査対象物TOにおける変状箇所TO2(図1参照)の位置の推定とを行う機能を有する。本実施形態の打撃検査装置10は、図1に示されるように、本体10Aと、信号処理部10B(コンピュータの一例)とを備えている。
ここで、検査対象物TOとは、本実施形態の打撃検査装置10が検査する対象物を意味する。検査対象物TOは、コンクリート構造物その他の構造物とされている。一般的に、コンクリート構造物の内部には、その使用環境や経時変化等に伴い、浮き、剥離等の変状が発生することが知られている。なお、図1の検査対象物TOは、一例として、外部に平面とされる壁面TO1と、内部に浮きとされる変状箇所TO2が形成されたものとされている。この場合、変状箇所TO2の壁面TO1からの距離(深さ)は、一例として、距離Dとされている。
本体10Aは、図1に示されるように、有底筒20と、打撃部30と、検出部40とを含んで構成されている。
有底筒20(壁の一例)は、内部に打撃部30の一部及び検出部40を収容し、検査対象物TOとともに閉空間を形成し、外部から内部への音の伝搬を抑制する機能を有する。有底筒20は、図1に示されるように、円筒状の周壁22と、底壁24とを有している。すなわち、有底筒20は、筒状とされている。
打撃部30は、検査対象物TOに打撃を与える機能を有する。打撃部30は、図1に示されるように、ハンマー32(打撃部材の一例)と、駆動部34とを有している。駆動部34は、ハンマー32を定められた直線方向に往復移動させるようになっている。これに伴い、ハンマー32は、検査対象物TOの壁面TO1から離間した位置から上述の直線方向に移動して壁面TO1に接触し、検査対象物TOに打撃を与えるようになっている。なお、上述の直線方向とは、一例として、有底筒20の周壁22の軸方向とされている。
検出部40は、打撃部30が検査対象物TOに与える打撃に起因して検査対象物TOが発生する音及び振動に関する物理量を検出する機能を有する。検出部40は、一例として、上述の物理量のうち音(に関する物理量)を検出する音センサー42と、振動(に関する物理量)を検出する振動センサー44(振動検出部の一例)とを有している。
信号処理部10Bは、打撃部30に打撃動作を行わせる機能と、検出部40が検出する音及び振動に関する物理量を用いて検査対象物TOにおける変状の有無の検査及び変状箇所TO2の位置の推定とを行う機能を有する。信号処理部10Bは、図1に示されるように、制御部50と、変換部60と、記憶部70と、ゲート信号生成部80(生成部の一例)と、判定部90と、推定部100と、報知部110とを含んで構成されている。
制御部50は、打撃部30を駆動させる駆動信号(図2参照)を生成して打撃部30の打撃動作を制御する機能を有する。制御部50は、図1に示されるように、駆動部34及び生成部80に接続されている。そして、制御部50が検査時に駆動信号を駆動部34に送ると、駆動部34がハンマー32に打撃動作を行わせるようになっている。また、制御部50は、駆動部34に駆動信号を送ると同時に打撃タイミング信号(駆動信号を送ったタイミングを知らせる信号)を生成して、打撃タイミング信号を生成部80に送るようになっている。
変換部60は、検出部40が検出した音及び振動に関する物理量を検出時間(駆動信号の発生時からの経過時間)に対する当該物理量の強度に関する関数情報に変換する機能を有する。変換部60は、図1に示されるように、検出部40(音センサー42及び振動センサー44)、判定部90及び記憶部70に接続されている。ここで、上述の関数情報とは、判定部90で行われる周波数解析に用いられる解析用のデータを意味する。具体的には、上述の関数情報とは、図2に示されるような、検出時間に対する上述の音及び振動に関する物理量を合算した強度(エネルギー)の関数とされている。また、変換部60は、検出部40が検出した音及び振動に関する物理量を上述の関数情報に変換した後に、当該関数情報を判定部90に送るようになっている。
生成部80は、制御部50から送られる打撃タイミング信号を受けて、打撃タイミング振動を受けた時から遅延時間が異なる複数のゲート信号を生成する機能を有する。別言すれば、生成部80は、駆動信号をトリガーとして(すなわち、駆動信号の発生時を開始時として)駆動信号の発生時からの遅延時間が異なる複数のゲート信号を生成する機能を有する。具体的には、複数のゲート信号とは、図2に示されるように、ゲート0、ゲート1、ゲート2、・・・及びゲートnー1で構成されるn個の信号とされている。複数のゲート信号のうちのゲート0は、図2に示されるように、駆動信号の発生時からの遅延時間が0(遅延なし)とされている。ゲート1は駆動信号の発生時からの遅延時間がt1とされ、ゲート2は駆動信号の発生時からの遅延時間がt2(=2×t1)とされ、ゲート2は駆動信号の発生時からの遅延時間がt3(=3×t1)とされている。一般化すると、ゲートn−1は、駆動信号の発生時からの遅延時間が(n−1)×t1とされている。なお、本実施形態における各ゲート信号のパルス幅Tw(図2及び図3参照)は、一例として同一とされている。また、生成部80は、ROM70Aに格納されている上述の生成プログラムを用いて、複数のゲート信号を生成するようになっている。
判定部90は、変換部60が変換した上述の関数情報及び生成部80が生成した複数のゲート信号を用いてゲート信号に対応する周波数解析(一例としてFFT解析)を行い、他の周波数分布と異なる周波数分布を有するゲート信号の有無を判定する機能を有する。判定部90は、図1に示されるように、変換部60、生成部80及び推定部100に接続されている。なお、判定部90は、ROM70Aに格納されている上述の解析プログラムを用いて、ゲート信号ごとの周波数解析を行うようになっている。
推定部100は、判定部90が肯定判断をした場合に、有りと判断されたゲート信号の駆動信号の発生時からの遅延時間に基づいて検査対象物TOにおける変状箇所の位置を推定する機能を有する。ここで、図3の場合、上述の有りと判断されたゲート信号はゲートaに相当し、有りと判断されたゲート信号(ゲートa)の駆動信号の発生時からの遅延時間(図3中のTa)はat1(=a×t1)に相当する。
(式1) D=V×(Ta+Tw)/2
ここで、(式1)におけるD、V、Ta及びTwの定義は、以下のとおりである。
Dは、検査対象物TOにおける打撃部30の接触位置から変状箇所TO2までの距離である。図1の場合の接触位置とは、有底筒20の周壁22の軸方向(上述の直線方向)における、壁面TO1の位置に相当する。
Vは、検査対象物TO内の音速(音の伝達速度)を意味する。
Taは、上述のとおり、判定部90が肯定判断をした場合に肯定判断されたゲート信号における駆動信号の発生時からの遅延時間を意味する。
Twは、各ゲート信号のパルス幅を意味する。
(式2) V(Ta+Tw)=2D
以上より、(式1)は、(式2)から導かれる。
報知部110は、推定部100が推定した結果を報知する機能を有する。報知部110は、図1に示されるように、推定部100に接続されている。なお、本実施形態の報知部110は、一例として、モニターとされている。そして、報知部110は、推定部100が推定した結果を表示することで、使用者(検査対象物TOの検査を行う者)に対して検査対象物TOの検査結果を報知するようになっている。
次に、本実施形態の打撃検査方法について図面を参照しつつ説明する。以下、主に図4の制御フローを参照しながら説明する。
次に、本実施形態の効果について図面を参照しながら説明する。
本実施形態の打撃検査装置10は、図1に示されるように、変換部60と、生成部80と、判定部90とを備えている。ここで、判定部90は、変換部60が変換した関数情報及び生成部80が生成した複数のゲート信号を用いてゲート信号ごとの周波数解析を行い(図4のステップS60参照)、各周波数分布を比較して他と異なる周波数分布を有するゲート信号の有無を判定する(図4のステップS100参照)。そのうえで、推定部100は、判断ステップS100において他の周波数分布と異なる周波数分布を有すると判断されたゲート信号の駆動信号の発生時からの遅延時間に基づいて検査対象物TOにおける変状箇所の位置を推定する。これに対して、本実施形態の打撃検査装置10は、図4のステップS100において他の周波数分布と異なる周波数分布を有するゲート信号が無しと判断した場合には、検査対象物TOに変状箇所が形成されていないと判断する。
したがって、本実施形態の打撃検査装置10(及び本実施形態の打撃検査方法)によれば、検査対象物TOに変状箇所TO2が形成されている場合に変状箇所TO2の位置を推定することができる。別の見方をすれば、本実施形態のプログラムを用いて打撃検査装置10を作動させれば、検査対象物TOに変状箇所TO2が形成されている場合に変状箇所TO2の位置を推定することができる。
また、本実施形態の場合、判定部90が他の周波数分布と異なる周波数分布を有するゲート信号が有りと判断した場合に、推定部100は上述の(式1)に基づいて検査対象物TOにおける変状箇所TO2の壁面TO1からの深さDを推定する。例えば、図3の場合、判定部90が他の周波数分布を有するゲート信号(例えばゲート0及びゲート1)と異なる周波数分布を有するゲート信号(例えばゲートa)が有りと判断すると、推定部100は、検査対象物TO内の音速、ゲートaにおける振動信号の発生時からの遅延時間Ta及び各ゲート信号のパルス幅Twを用いて(式1)から深さDを推定する。
したがって、本実施形態の打撃検査装置10(及び本実施形態の打撃検査方法)によれば、本実施形態の推定部100を備えていない場合(例えば、特許文献1、2及び3の場合)と異なり、検査対象物TOにおける変状箇所TO2の壁面TO1からの深さDを推定することができる。
また、本実施形態の打撃検査装置10では、図1に示されるように、有底筒20の他端の全周にゴム部材26が設けられている。そのため、使用者が検査対象物TOに打撃検査装置10をセットすると、ゴム部材26は壁面TO1の形状に沿って変形する。その結果、有底筒20と壁面TO1とで形成される閉空間(内部)における外部からの音の遮断性が高くなる。
したがって、本実施形態の打撃検査装置10によれば、有底筒20にゴム部材26が設けられていない場合に比べて、検出部40による音に関する物理量を高精度で検出することができる。
また、本実施形態の打撃検査装置10では、図1に示されるように、振動センサー44が検査対象物TOに接触した状態で振動センサー44を用いて振動に関する物理量を検出する。そのため、本実施形態の振動センサー44は、振動センサー44が検査対象物TOに非接触で振動に関する物理量を検出する場合に比べて、検査対象物TOの振動を直接的に検出することができる。
したがって、本実施形態の打撃検査装置10によれば、振動センサー44が検査対象物TOに非接触で振動に関する物理量を検出する場合に比べて、振動センサー44による振動に関する物理量を高精度で検出することができる。
ここで、図8Bにおける、ステップS200の「打撃振動を制御する工程」とは、打撃部30が打撃動作を行うために打撃部30を駆動させる駆動信号を生成して打撃部30を制御する工程を意味する。ステップS210の「物理量を検出する工程」とは、打撃部30の打撃に起因して検査対象物TOが発生する音及び振動に関する物理量を検出する工程を意味する。ステップS220の「関数情報に変換する工程」とは、ステップS210において検出した物理量を駆動信号の発生時からの経過時間に対する物理量の強度に関する関数情報に変換する工程を意味する。ステップS230の「複数のゲート信号を生成する工程」とは、駆動信号をトリガーとして駆動信号の発生時からの遅延時間が異なる複数のゲート信号を生成する工程を意味する。判断ステップS240の「判定工程」とは、ステップS210で変換した関数情報及びステップS230で生成した複数のゲート信号を用いて各ゲート信号に対応する周波数解析を行い他と異なる周波数分布を有するゲート信号の有無を判定する工程を意味する。ステップS250の「変状箇所の位置を推定する工程」とは、判断ステップS240で肯定判断された場合に、有りと判断されたゲート信号の遅延時間に基づいて検査対象物TOにおける変状箇所の位置を推定する工程を意味する。
10B 信号処理部(コンピューターの一例)
20 有底筒(壁の一例)
26 変形部
30 打撃部
32 ハンマー(打撃部材の一例)
40 検査部
44 振動センサー(振動検出部の一例)
50 制御部
60 変換部
80 ゲート信号生成部(生成部の一例)
90 判定部
100 推定部
TO 検査対象物
TO2 変状箇所
Claims (6)
- 検査対象物に打撃を与える打撃部材を有する打撃部と、
前記打撃部材が与える打撃に起因して前記検査対象物が発生する音及び振動に関する物理量を検出する検出部と、
内部に前記打撃部材及び前記検出部を収容し、前記検査対象物とともに閉空間を形成する壁と、
前記打撃部が打撃動作を行うために前記打撃部を駆動させる駆動信号を生成して前記打撃部を制御する制御部と、
前記検出部に接続され、前記検出部が検出した前記物理量を前記駆動信号の発生時からの経過時間に対する前記物理量の強度に関する関数情報に変換する変換部と、
前記制御部に接続され、前記駆動信号をトリガーとして前記駆動信号の発生時からの遅延時間が異なる複数のゲート信号を生成する生成部と、
前記変換部及び前記生成部に接続され、前記関数情報及び複数の前記ゲート信号を用いて前記ゲート信号に対応する周波数解析を行い他と異なる周波数分布を有する前記ゲート信号の有無を判定する判定部と、
前記判定部に接続され、前記判定部が他と異なる周波数分布を有する前記ゲート信号が有りと判断した場合に、有りと判断された前記ゲート信号の前記遅延時間に基づいて前記検査対象物における変状箇所の位置を推定する推定部と、
を備えた打撃検査装置。 - 前記推定部は、前記判定部が他と異なる周波数分布を有する前記ゲート信号が有りと判断した場合に、下記の(式)に基づいて前記変状箇所の位置を推定する、
請求項1に記載の打撃検査装置。
(式)D=V×(Ta+Tw)/2
ここで、D、V、Ta及びTwの定義は、以下のとおりである。
D :検査対象物における打撃部材の接触位置から変状箇所までの距離
V :検査対象物内の音速
Ta:判定部が他と異なる周波数分布のゲート信号が有りと判断した場合に有りと判断された前記ゲート信号における駆動信号の発生時からの遅延時間
Tw:各ゲート信号のパルス幅 - 前記壁における前記検査対象物に接触する部分には、前記検査対象物の形状に沿って変形する変形部が設けられている、
請求項1又は2に記載の打撃検査装置。 - 前記検出部は、前記検査対象物が発生する振動に関する物理量を検出する振動検出部を有し、
前記振動検出部は、前記検査対象物に接触して前記振動に関する物理量を検出する、
請求項1〜3の何れか1項に記載の打撃検査装置。 - 検査対象物に打撃を与える打撃部材を有する打撃部が打撃動作を行うために前記打撃部を駆動させる駆動信号を生成して前記打撃部を制御する工程と、
前記打撃部の打撃に起因して検査対象物が発生する音及び振動に関する物理量を検出する工程と、
検出した前記物理量を前記駆動信号の発生時からの経過時間に対する前記物理量の強度に関する関数情報に変換する工程と、
前記駆動信号をトリガーとして前記駆動信号の発生時からの遅延時間が異なる複数のゲート信号を生成する工程と、
前記関数情報及び複数の前記ゲート信号を用いて前記ゲート信号に対応する周波数解析を行い他と異なる周波数分布を有する前記ゲート信号の有無を判定する工程と、
他と異なる周波数分布を有する前記ゲート信号が有りと判断された場合に、有りと判断された前記ゲート信号の前記遅延時間に基づいて前記検査対象物における変状箇所の位置を推定する工程と、
を含む打撃検査方法。 - コンピュータに、
検査対象物に打撃を与える打撃部材を有する打撃部が打撃動作を行うために前記打撃部を駆動させる駆動信号を生成して前記打撃部を制御させる工程と、
前記打撃部の打撃に起因して検査対象物が発生する音及び振動に関する物理量を検出させる工程と、
検出された前記物理量を前記駆動信号の発生時からの経過時間に対する前記物理量の強度に関する関数情報に変換させる工程と、
前記駆動信号をトリガーとして前記駆動信号の発生時からの遅延時間が異なる複数のゲート信号を生成させる工程と、
前記関数情報及び複数の前記ゲート信号を用いて前記ゲート信号に対応する周波数解析を行い他と異なる周波数分布を有する前記ゲート信号の有無を判定させる工程と、
他と異なる周波数分布を有する前記ゲート信号が有りと判断された場合に、有りと判断された前記ゲート信号の前記遅延時間に基づいて前記検査対象物における変状箇所の位置を推定させる工程と、
を実行させるコンピュータプログラム。
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