JP2024035651A - 打撃システム - Google Patents

Abstract

【課題】 打音検査を行うときに、打撃のための水などを外部から供給する必要がない打撃システムを提案する。【解決手段】 打撃システム１は、対象物４の打音検査のために対象物４に打撃を与えるものである。打撃システム１は、環状のストリング７と、ストリング７を対象物４の検査面に向けて放つシューター部１３を備える打撃付与装置５を備える。シューター部１３により放たれたストリング７の部位は、対象物４に打撃を与えた後、シューター部１３に戻って、シューター部１３によって対象物４に向けて放たれる。また、打撃付与装置５は、ストリング７の軌道を変える軌道調整部１４を備える。【選択図】図１

Description

本願発明は、打撃システムに関し、特に、対象物の打音検査のために前記対象物に打撃を与える打撃システムに関する。

発明者らは、検査装置と検査面との間隔が変動しても打音検査が可能な方法として、水撃音響法を開発した（特許文献１など参照）。水撃音響法は、水滴を検査面に当てて加振し、その音響から欠陥を検出するものである。

特許第６６２８０７９号公報

しかしながら、水撃音響法は、原理的に水を必要とすることから、水の供給が不可欠である。そのため、ドローンへの適用は不可能であった。

そこで、本願発明は、打音検査を行うときに、打撃のための水などを外部から供給する必要がない打撃システムを提案することを目的とする。

本願発明の第１の側面は、対象物の打音検査のために前記対象物に打撃を与える打撃システムであって、ストリングと、前記ストリングを前記対象物に向けて放つシューター部を備える打撃付与装置を備え、前記ストリングは、環状のものであり、前記シューター部により放たれた前記ストリングの部位は、前記対象物に打撃を与えた後、前記シューター部に戻って、前記シューター部によって前記対象物に向けて放たれる。

本願発明の第２の側面は、第１の側面の打撃システムであって、前記ストリングは、一つ又は複数の箇所で重さが異なり及び／又は前記対象物を打撃する面の形状が異なる。

本願発明の第３の側面は、第１の側面の打撃システムであって、前記打撃付与装置は、前記ストリングの軌道を変える軌道調整部を備える。

本願発明の各側面によれば、環状のストリングを利用して遠隔で対象物の検査面に打撃を与えることにより、外部からの新たな水などの供給を必要とすることなく、連続的な打撃を実現することができる。

本願発明の実施の形態に係る打撃システム１の構成の一例を示すブロック図である。 図１において、測定部１１及び軌道調整部１４を省略した場合の一例を示す図である。 発明者らの実験において使用した重り４１の一例を示す。 図３の重り４１を設けたストリングによって、正常なタイル４３に打撃を与えた場合の実験結果を示す。 図３の重り４１を設けたストリングによって、異常なタイル４５に打撃を与えた場合の実験結果を示す。 長いストリングによって打撃を与えることができる実験結果を示す第１図である。 長いストリングによって打撃を与えることができる実験結果を示す第２図である。 打撃付与装置と対象物との間の距離が比較的近い場合の動作の一例を説明するための図である。

以下では、図面を参照して、本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明は、この実施例に限定されるものではない。

図１は、本願発明の実施の形態に係る打撃システム１の構成の一例を示すブロック図である。

打撃システム１は、打撃付与装置５（本願請求項の「打撃付与装置」の一例）と、ストリング７（本願請求項の「ストリング」の一例）と、検査装置２５を備える。

打撃付与装置５は、打音検査のために、壁３の対象物４に対して、ストリング７によって打撃を与える。壁３は、例えば、橋梁、ビル、トンネルなどの構造物などの壁である。対象物４は、壁にはられたタイルなどである。なお、対象物は、構造物の壁の一部であってもよい。

構造物の調査は、ハンマーや打診棒を用いた、打音検査・擦過音試験（ハンマーや打診棒を検査面に擦って発生する音によって欠陥を検出する）によって行われる。この打音検査・擦過音試験を自動化する場合、検査装置を、検査面に対して一定の距離で保持する必要がある。

吊り下げ方式は、壁面に対して検査装置を吊り下げるものである。吊り下げ方式は、壁面に対して平行な方向への移動は高精度で可能であるが、壁面に対して垂直方向の揺れが課題となる。壁面垂直方向の揺れは、検査壁面の打撃を困難にするからである。

吸着方式は、壁面に検査装置を吸着させるものである。吸着方式は、壁面の障害物が課題となる。例えば、ビル外壁は窓やひさしが障害となる。

ドローン方式は、ドローンなどの飛行装置に検査装置を取り付けるものである。ドローン方式は、吊り下げ方式と同様に、検査面との距離の保持が課題となる。

このように、特に、吊り下げ方式とドローン方式において、検査装置と検査面との間隔が変動しても打音検査が可能な打撃方法が望まれている。

発明者らは、検査装置と検査面との間隔が変動しても打音検査が可能な方法として、水撃音響法を開発した（特許文献１など参照）。水撃音響法は、水滴を検査面に当てて加振し、その音響から欠陥を検出するものである。

しかしながら、この方法は、原理的に水を必要とすることから、水の供給が不可欠である。そのため、ドローンへの適用は不可能であった。そこで、水の代わりに、水流のように遠隔で対象物（試験体）を叩く方法が望まれていた。

ストリング７は、環状（ループ状）のひも状のものである。この例では、ストリング７には、重り９が取り付けられている。

なお、本願発明において、ストリングは、例えば、チェーンによって構成してもよい。この場合、重りなどを設けても、設けなくてもよい。また、外側の面（ストリングのうち対象物に当たる面）が凹凸を設けたように表面の形状を変えることにより対象物に与えられる打撃が位置によって異なるものとなるものであってもよい。また、線密度に変化を有するもの、柔軟性に変化を有するもの、などであってもよい。具体的には、柔軟で軽量なストリングに打撃球を取り付けたもの、柔軟で軽量なストリングに擦過粒子を付着させたもの、あるいは、ストリング自体がチェーン構造であるものなどである。ストリング７の材質は、からまらず、軽く、耐摩耗性のあるものが望ましい。

打撃付与装置５は、測定部１１と、シューター部１３（シューター装置）（本願請求項の「シューター部」の一例）と、軌道調整部１４を備える。

シューター部１３は、第１ローラ１９と、第２ローラ２１と、駆動部２３を備える。

駆動部２３は、第１ローラ１９と第２ローラ２１を回転させる。第１ローラ１９と第２ローラ２１は、ストリング７を挟んで回転する。第１ローラ１９は、反時計回りに回転する。第２ローラ２１は、時計回りに回転する。

第１ローラ１９と第２ローラ２１は、ストリング７を挟み、対象物４に向けて放つ。放たれたストリング７の部位は、第１ローラ１９と第２ローラ２１の接線方向に打ち出される。例えばストリング７の部位は、水平に打ち出されると、水平に保持される。その原理は、ストリング７の慣性による放物運動と、ストリング７の空気抵抗によるものである。ストリング７の材質と打ち出し速度によって、その到達距離は数メートルにも達することができる。

放たれたストリング７の部位は、図１のストリング７の上側の位置に従って対象物４へと移動し、対象物４に打撃を与える。対象物４に打撃を与えたストリング７の部位は、図１のストリング７の下側の位置に従ってシューター部１３へと戻る。第１ローラ１９と第２ローラ２１の回転は、対象物４に打撃を与えたストリング７の部位を回収することにも寄与する。第１ローラ１９と第２ローラ２１は、戻ってきたストリング７の部位を挟んで回転し、ストリング７を対象物４に向けて放ち、ストリング７によって対象物４に打撃を与える。

このように、シューター部１３によって、ストリング７の各部位は、図１において時計回りに回転しつつ、対象物４に打撃を複数回与える。そのため、シューター部１３は、遠隔で、ストリング７によって、連続的に対象物４の検査面に打撃を与えることができる。

ここで、ストリング７によって対象物４に与えられる打撃は、重り９によって与えられる場合と、他の部位によって与えられる場合とで異なる。このように、ストリング７による打撃について、ある部位によるものと、他の部位によるものとが異なるようにする。

この例では、重り９は、打音用の打撃球として機能する。第１ローラ１９と第２ローラ２１は、ストリング７を打ち出すと、重り９も打ち出される。ストリング７を対象物４の検査面に打ち当てると、連続的な打撃が可能になる。

検査装置２５は、録音部２７と、処理部２９を備える。

録音部２７は、例えばマイクロフォンなどの録音装置などによって実現されるものであり、ストリング７によって対象物４に打撃が与えられることによって生じた打撃音響を収集して音響信号を得る。

処理部２９は、例えばプログラムの制御で動作するプロセッサなどによって実現されるものであり、録音部２７が録音した音を分析して、対象物４において異常の有無を判定する。例えば、対象物４がタイルの場合に、タイルが壁３に固定されているか、固定されていない部位（壁から浮いている部位）が生じているか、タイルにひび割れなどが生じているか、などを判定する。また、例えば対象物４が壁の一部である場合に、ひび割れなどの異常が生じているか否か、などを判定する。

測定部１１は、打撃付与装置５と壁３との間の距離（打撃付与装置５と対象物４との間の距離）を測定する。

軌道調整部１４は、第３ローラ１７と、調整部１５を備える。

第３ローラ１７は、ストリング７の内側に位置して移動し、ストリング７の軌道を調整するためのものである。第３ローラ１７は、ストリング７において、対象物４に打撃を与えてから、シューター部１３に戻るまでの部分に位置する。第３ローラ１７は、ストリング７の移動に従って回転するものでもよく、駆動部によってストリング７に力を付与するものでもよい。

調整部１５は、測定部１１が測定した距離に応じて第３ローラ１７の位置を変更する。例えば、測定部１１が測定した距離が遠ければ、第３ローラ１７の位置を第１ローラ１９及び第２ローラ２１の高さに近づけて、ストリング７が図１において左右に長い軌道となるようにする。例えば、測定部１１が測定した距離が近ければ、第３ローラ１７の位置を第１ローラ１９及び第２ローラ２１の高さから離して、ストリング７が図１において上下に広い軌道となるようにし、例えば円に近い軌道となるようにする。このように、軌道調整部１４は、測定部１１が測定した距離の遠近に応じて、ストリング７の軌道を変更する。

なお、図１において、測定部１１及び軌道調整部１４は、省略してもよい。

図２は、図１において、測定部１１及び軌道調整部１４を省略した場合の一例を示す図である。第１ローラ３１は、反時計回りに回転する。第２ローラ３３は、時計回りに回転する。ストリング３５には、重り３７が設けられている。第１ローラ３１及び第２ローラ３３は、ストリング３５を挟んで回転して、ストリング３５を対象物３９に放つ。ストリング３５は、図２において時計回りに回転しながら、対象物３９に継続して打撃を与える。ストリング３５は、重り３７によって打撃を与える場合と、他の部位によって打撃を与える場合で、対象物３９に対して異なる打撃を与えることができる。

図３は、発明者らの実験において使用した重り４１の一例を示す。重り４１は、ストリングに取り付けることができる。

図４は、図３の重り４１を設けたストリングによって、正常なタイル４３（ひび割れなどがなく、壁などに十分に固定された状態（浮きがない状態）のもの）に打撃を与えた場合の実験結果を示す。図４（ａ）は、タイル４３に打撃を与えた状況を示す。図４（ｂ）は、タイル４３の打撃音響を収集して得られた音響信号を示す。横軸は時間（ｓ）であり、縦軸は振幅（電圧）を示す。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の音響信号のスペクトルを分析した結果を示す。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の音響信号を２０ｍｓの区間に分割し、各区間の周波数スペクトルを求めて、縦軸に周波数、各周波数における振幅の強度を濃淡で表したスペクトログラムを示す。横軸は時間（ｓ）であり、縦軸は周波数（ｋＨｚ）である。この例では、図４（ｃ）では、重り４１によって打撃を与えた場合と、他の部位によって打撃を与えた場合とで、明らかな差は生じていない。

図５は、図３の重り４１を設けたストリングによって、異常なタイル４５（壁などに十分に固定されていない状態（浮きがある状態）のもの）に打撃を与えた場合の実験結果を示す。図５（ａ）は、タイル４５に打撃を与えた状況を示す。図５（ｂ）は、タイル４５の打撃音響を収集して得られた音響信号を示す。横軸は時間（ｓ）であり、縦軸は振幅（電圧）を示す。図５（ｃ）は、図５（ｂ）の音響信号のスペクトルを分析した結果を示す。図５（ｃ）は、図５（ｂ）の音響信号を２０ｍｓの区間に分割し、各区間の周波数スペクトルを求めて、縦軸に周波数、各周波数における振幅の強度を濃淡で表したスペクトログラムを示す。横軸は時間（ｓ）であり、縦軸は周波数（ｋＨｚ）である。この例では、図５（ｃ）では、重り４１によって打撃を与えた場合と、他の部位によって打撃を与えた場合とで、明らかな違いが生じている。すなわち、重り４１によって打撃を与えることによって、他の部位と異なり、０．５ｋＨｚから１ｋＨｚの音が生じている。

図４（ｃ）と図５（ｃ）を比較すると、正常なタイル４３のスペクトログラムでは、０．３ｋＨｚ以上の周波数域に音響はほとんどないが、異常なタイル４５のスペクトログラムでは、０．２６ｓ、０．５６ｓ、０．８６ｓの時刻に、０．５ｋＨｚから１．０ｋＨｚの周波数範囲に音響が発生していることがわかる。この音響は、異常なタイル４５を重り４１が打撃して発生した音響で、この音響から異常なタイル４５を検出することができる。

図６及び図７は、長いストリングによって打撃を与えることができる実験結果を示すものである。

図６（ａ）を参照して、打撃付与装置５１は、第１ローラ５２と、第２ローラ５３と、誘導部５４を備える。ストリング５５には、重り５６を設けている。第１ローラ５２と第２ローラ５３は、ストリング５５を挟んで回転することにより、ストリング５５によって対象物の部位５７に打撃を与える。ストリング５５が十分な速度になると、ストリング５５は、ほぼ水平に保持される。

図６（ｂ）は、図６（ａ）に続く図であり、重り５６が打撃付与装置５１から対象物の部位５７に向けて移動している。

図７（ａ）は、図６（ｂ）に続く図であり、重り５６が打撃付与装置５１から対象物の部位５７に向けてさらに移動している。

図７（ｂ）は、図７（ａ）に続く図であり、重り５６が対象物の部位５７に打撃を与えている。

図６及び図７にあるように、十分に長いストリングでも、対象物に打撃を与えることができる。

図８は、打撃付与装置と対象物との間の距離が比較的近い場合の動作の一例を説明するための図である。

図８（ａ）にあるように、打撃付与装置と対象物との間の距離が近くても、第１ローラ６１及び第２ローラ６３が、重り６７を設けたストリング６５を挟んで対象物６９に向けて放つならば、ストリング６５は、放たれたときに与えられた勢いに従って対象物６９に向かって移動する。そのため、ストリング６５は、対象物６９の適切な位置に当たる。ただし、ストリング６５の勢いは、対象物６９に当たることによって弱まる。第１ローラ６１及び第２ローラ６３の回転は、ストリング６５を回収することにも寄与するが、回収するための力は、対象物６９の近くが最も弱い。そのため、対象物６９の付近でストリング６５は下に落ち、その後に、第１ローラ６１及び第２ローラ６３の回転によって第１ローラ６１及び第２ローラ６３に向けて移動する。

本願発明は、距離に対してロバスト性があり、所定の値とする必要がない。距離が近くなってもストリング６５は打撃を与えることができる。ただし、距離の変動が大きいなどの場合には、対象物６９の近くで落ちる現象が悪い影響を与えるリスクが想定される。

図８（ｂ）にあるように、打撃付与装置と対象物との間の距離を測定する測定機８１と、ストリング７５の内側にある第３ローラ８３を設ける。第１ローラ７１及び第２ローラ７３は、重り７７を設けたストリング７５を挟んで対象物７９に向けて放つ。第３ローラ８３は、ストリング７５のうち、対象物７９に打撃を与えてから、第１ローラ７１及び第２ローラ７３に戻るまでの部分の内側に位置する。第３ローラ８３は、第１ローラ７１及び第２ローラ７３よりも低い位置にある。第３ローラ８３は、測定機８１が測定した距離が遠いならば、図の右上に移動して第２ローラの高さに近づき、ストリング７５の軌道が横に長くなるようにする。第３ローラ８３は、測定機８１が測定した距離が近いならば、図の左下に移動して低くなり、ストリング７５の軌道が縦に長くなるようにする。これにより、打撃付与装置と対象物との間の距離の変動が大きくても、たわみを減少させて、滑らかなストリング７５の移動を実現することができる。

特許文献１に記載されているような水撃などにより衝撃を与える場合には、水が重く、また、継続して水を供給する必要があるため、例えばドローンなどの飛行装置に組み込むことに難しさがあった。それに対し、本願発明は、環状のストリングを利用するため、水の供給などが不要であり、飛行装置などへの組み込みが容易である。

１ 打撃システム
３ 壁
４ 対象物
５ 打撃付与装置
７ ストリング
９ 重り
１１ 測定部
１３ シューター部
１４ 軌道調整部
１５ 調整部
１７ 第３ローラ
１９ 第１ローラ
２１ 第２ローラ
２３ 駆動部
２５ 検査装置
２７ 録音部
２９ 処理部
３１ 第１ローラ
３３ 第２ローラ
３５ ストリング
３７ 重り
３９ 対象物
４１ 重り
４３ 正常なタイル
４５ 異常なタイル
５１ 打撃付与装置
５２ 第１ローラ
５３ 第２ローラ
５４ 誘導部
５５ ストリング
５６ 重り
５７ 部位
６１ 第１ローラ
６３ 第２ローラ
６５ ストリング
６７ 重り
６９ 対象物
７１ 第１ローラ
７３ 第２ローラ
７５ ストリング
７７ 重り
７９ 対象物
８１ 測定機
８３ 第３ローラ

Claims (3)

1. 対象物の打音検査のために前記対象物に打撃を与える打撃システムであって、
   ストリングと、前記ストリングを前記対象物に向けて放つシューター部を備える打撃付与装置を備え、
   前記ストリングは、環状のものであり、
   前記シューター部により放たれた前記ストリングの部位は、前記対象物に打撃を与えた後、前記シューター部に戻って、前記シューター部によって前記対象物に向けて放たれる、打撃システム。
2. 前記ストリングは、一つ又は複数の箇所で重さが異なり及び／又は前記対象物を打撃する面の形状が異なる、請求項１記載の打撃システム。
3. 前記打撃付与装置は、前記ストリングの軌道を変える軌道調整部を備える、請求項１記載の打撃システム。

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