JP6931139B2 - 構造物用検査装置及び構造物用検査方法 - Google Patents

構造物用検査装置及び構造物用検査方法 Download PDF

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Description

本発明は、構造物用検査装置及び構造物用検査方法に関する。
過去に建造された道路や鉄道の橋梁及びトンネルなどの土木構造物、並びにビルやマンションなどの大型構造物の外壁は、経年劣化や老朽化が進行してきており、これらの構造物の維持管理が急務となってきている。従来から、これら大型構造物の点検は、構造物のコンクリートの表面をハンマーなどで叩き、発生する打音の変化を作業者が聞き取って健全であるか否かを判定していた。例えば特許文献1には、操作棹の先端に回転自在な転動部材を取付け、この転動部材を構造物の表面に押圧しながら転動させ、この際に発生する衝撃音をマイクロフォンで拾い健全であるか否かを分析するという構造物用検査具が開示されている。
また、特許文献2には、構造物の表面を摺動する接触部材を支持する棹状の支持体にマイクロフォンを取付け、接触部材が構造物の表面を摺動する際に発生する摺動音の変化をマイクロフォンで拾い健全であるか否かを判定する構造物用検査具が開示されている。
上記特許文献1及び特許文献2による構造物検査具は共に、作業者が構造物検査具を手に持って構造物の表面に押し付けつつ転動させたり、摺動させたりするものであることから検査可能範囲は限られている。一方、特許文献3には、構造物の壁面などに吸着しつつ走行可能な移動体本体に、検査具を搭載して構造物が健全か否かを判定する構造物用検査装置が開示されている。
特開2007−132720号公報 特開2015−232454号公報 特開2016−107893号公報
特許文献1及び特許文献2に記載の構造物用検査具は共に、構造物用検査具を作業者が手に持って操作するものであり、検査可能範囲が限定されることと、構造物の表面に検査具を押し当てる際の押圧力がばらつくことがあり、その結果、集音される衝撃音や摺動音がばらつくことにより信頼性のある検査を行うことが困難であるという課題を有している。
また、特許文献3に記載の構造物用検査装置は、移動体本体が構造物の表面に吸着しつつ移動可能であるから大型構造物にも対応可能である。しかしながら、搭載する検査具に対して移動体本体の吸着力が不足しているために、移動体本体を吸着停止したうえで、移動体本体に備えた吸着アームを伸ばして壁面に吸着し、検査具を展開して点検作業を行う。移動する際には、検査具を収納した後、吸着アームによる吸着を解除しなければ走行できないことから、作業効率が悪いという課題を有している。
そこで、本発明は、このような課題の少なくとも一つを解決するためになされたもので、信頼性の高い検査を可能にし、大型の構造物の点検を高い作業効率で行うことを可能にする構造物用検査装置及び構造物用検査方法を提供しようとするものである。
[1]本発明の構造物用検査装置は、構造物の検査を行う構造物用検査装置であって、前記構造物に吸着しつつ移動する移動体本体と、前記移動体本体の一部に設置される検査具と、を有し、前記検査具には前記構造物の面部を転動する転動部材が取り付けられており、前記構造物に対する前記転動部材の押圧力を、前記移動体本体の前記構造物に対する吸着力の1/3以下とし、前記転動部材が回転する際の押圧力の最小値を1N以上とすることを特徴とする。
本発明の構造物用検査装置は、構造物の面部に転動部材を転動させて発生する衝撃音を分析して建造物が健全であるか否かを点検、判定するものである。このような構造物用検査装置によれば、転動部材の構造物に対する押圧力を、移動体本体の構造物に対する吸着力の1/3以下とすることにより、移動体本体に検査具を装備しても、前述した特許文献3に記載の構造物用検査装置のように吸着アームを装備せずに移動体本体が十分な吸着力を有して走行できることから大型の構造物の点検を高い作業効率で行うことが可能となる。また、転動部材が回転する際の押圧力の最小値を1N以上にすることにより、転動部材を構造物の面部に対して安定して転動させ、分析可能な衝撃音を拾うことができ、信頼性の高い検査を行うことが可能となる。
[2]本発明の構造物用検査装置においては、前記移動体本体は、前記転動部材が前記構造物の面部を転動する際に生ずる衝撃音を拾う音入力部を有し、前記音入力部と、前記転動部材が前記構造物の面部を転動する際に生ずる衝撃音の発生位置と、の距離を2cm以上、かつ、200cm未満とすることが好ましい。
ここで、音入力部は、例えばマイクロフォンなどであって、音入力部と衝撃音の発生位置との距離を2cm以上、かつ、200cm未満にすれば、衝撃音を音入力部で分析可能な音として拾うことが可能となる。
[3]本発明の構造物用検査装置においては、前記音入力部で拾う衝撃音の最大値と最小値の差を10db以上、かつ、50db未満にすることが好ましい。
衝撃音の音圧の差をこのようにすれば、転動部材が構造物の面部を転動する際に生ずる衝撃音を分析可能な音として音入力部によって拾うことが可能となり、構造物が健全であるか否かを判定することが可能となる。
[4]本発明の構造物用検査装置においては、前記転動部材が回転する際の前記構造物に対する押圧力の最大値を20N未満とすることが好ましい。
すなわち、構造物用検査装置においては、構造物に対する転動部材の押圧力を1N以上で、20N未満とすることになり、構造物の面部に対して転動部材の滑りや跳ね返りを抑えつつ回転させることが可能となり、衝撃音を分析可能な音として拾うことが可能となる。
[5]本発明の構造物用検査装置は、構造物の検査を行う構造物用検査装置であって、前記構造物に吸着しつつ移動する移動体本体と、前記移動体本体の一部に設置される検査具と、を有し、前記検査具は、前記構造物の面部に衝撃力を与える錘部材を有し、前記衝撃力を、前記移動体本体の前記構造物に対する吸着力の1/3以下とし、前記衝撃力の最小値を1N以上とすることを特徴とする。
本発明の構造物用検査装置は、構造物の面部に錘部材を衝突させて発生する衝撃音を分析して建造物が健全であるか否かを点検、判定するものである。このような構造物用検査装置によれば、錘部材の構造物に対する衝撃力を、移動体本体の構造物に対する吸着力の1/3以下とすることにより、移動体本体に検査具を装備しても、前述した特許文献3に記載の構造物用検査装置のように吸着アームを装備せずに移動体本体が十分な吸着力を有して走行できることから大型の構造物の点検を高い作業効率で行うことが可能となる。また、錘部材が衝突する際の衝撃力の最小値を1N以上にすることにより分析可能な衝撃音として拾うことができ、信頼性の高い検査を行うことが可能となる。
なお、本発明の構造物用検査装置においては、[2]及び[3]の項で説明した衝撃音発生源である転動部材と同じように、衝撃音を拾う音入力部を有する場合においては、音入力部と、錘部材による衝撃音の発生位置との距離を2cm以上、かつ、200cm未満とすることが好ましい。又、音入力部で拾う衝撃音の最大値と最小値の差を10db以上、かつ、50db未満にすることが好ましい。このようにすれば、錘部材による衝撃音を分析可能な音として拾うことが可能となる。
さらに、本発明の構造物用検査装置においては、[4]の項で説明した転動部材が回転する際の構造物に対する押圧力と同じように、錘部材による衝撃力の最大値を20N未満とすることが好ましい。このようにすれば、構造物に損傷を与えることなく検査を行うことが可能となる。
[6]本発明の構造物用検査装置においては、前記錘部材の重量を100g以上、かつ、500g以下とすることが好ましい。
錘部材は、旧来から作業者が手に持って構造物の打音検査に使用してきたハンマーに相当するものであり、錘部材の重量を100g以上500gの範囲にすれば、従来からの打音検査の経験を生かして打音、すなわち衝撃音によって構造物が健全か否かを判定することが可能となる。
[7]本発明の構造物用検査装置においては、前記検査具は、前記錘部材が前記構造物の面部に衝突して跳ね返った際に前記面部との間に隙間を保持する保持手段を有していることが好ましい。
構造物の面部に錘部材を押し当てたままにすると、面部側が振動せずに衝撃音が減衰したり、振動が拡がらなかったりすることで面部の状態を正確に診断することができない。そこで、衝突直後に錘部材を構造物の面部から離れた位置に保持することによって構造物の正確な診断を行うことが可能となる。
[8]本発明の構造物用検査方法は、構造物の検査を行う構造物用検査方法であって、前記構造物に吸着しつつ移動する移動体本体と、前記移動体本体の一部に設置される検査具と、を有する構造物用検査装置を使用し、前記検査具に取付けられ、前記構造物の面部を転動する転動部材の前記構造物に対する押圧力を、前記移動体本体の前記構造物に対する吸着力の1/3以下とし、前記転動部材が回転する際の押圧力の最小値を1N以上とした状態で前記移動体本体を稼働することを特徴とする。
本発明の構造物用検査方法は、構造物の面部に転動部材を転動させて発生する衝撃音を分析し、建造物が健全であるか否かを判定する検査方法である。このような構造物用検査方法では、転動部材の構造物に対する押圧力を、移動体本体の構造物に対する吸着力の1/3以下とすることにより、移動体本体に検査具を装備しても、特許文献3に記載の構造物用検査装置のように吸着アームを装備せずに移動体本体は十分な吸着力を有して走行できることから大型の構造物の点検を高い作業効率で行うことが可能となる。また、転動部材の回転する際の押圧力の最小値を1N以上とすれば、転動部材を安定して回転させ、分析可能な衝撃音を拾うことができ、信頼性の高い検査を行うことが可能となる。
[9]本発明の構造物用検査方法においては、前記移動体本体は、前記転動部材が前記構造物の面部を転動する際に生ずる衝撃音を拾う音入力部を有し、前記音入力部と、前記転動部材が前記構造物の面部を転動する際に生ずる衝撃音の発生位置と、の距離を2cm以上、かつ、200cm未満とした状態で前記移動体本体を稼働することが好ましい。
移動体本体が稼働中であっても音入力部と衝撃音の発生位置との距離を2cm以上、かつ、200cm未満にすれば、音入力部で衝撃音を分析可能な音として拾うことが可能となる。ここで、音入力部は、例えばマイクロフォンなどである。
[10]本発明の構造物用検査方法においては、前記音入力部で拾う前記衝撃音の音量の最大値と最小値の差を10db以上、かつ、50db未満にして音を分析することが好ましい。
衝撃音の音量の最大値と最小値の差をこのようにすれば、転動部材が構造物の面部を転動する際に生ずる衝撃音を分析可能な音として音入力部によって拾うことが可能となり、構造物が健全であるか否かを判定することが可能となる。
[11]本発明の構造物用検査方法においては、前記構造物に対する前記転動部材が回転する際の押圧力の最大値を20N未満とすることが好ましい。
すなわち、このような構造物用検査方法では、構造物に対する転動部材の押圧力を、1N以上で、20N未満とすることになり、構造物の面部に対して転動部材を滑りや跳ね返りを抑えつつ回転させることが可能となり、衝撃音を分析可能な音として拾うことが可能となる。
[12]本発明の構造物用検査方法においては、前記転動部材が前記構造物の面部を転動しつつ搖動する前記転動部材の移動速度を、10cm/秒以上、かつ、200cm/秒以下とすることが好ましい。
構造物に対する転動部材の速度をこのようにすれば、構造物の面部に対して転動部材を滑りや跳ね返りを抑えつつ回転させることが可能となり、音入力部は衝撃音を分析可能な音として拾うことが可能となる。
[13]本発明の構造物用検査方法は、構造物の検査を行う構造物用検査方法であって、前記構造物に吸着しつつ移動する移動体本体と、前記移動体本体の一部に設置される検査具と、を有する構造物用検査装置を使用し、前記検査具に取付けられて前記構造物の面部に衝突させる錘部材の前記構造物に対する衝撃力を、前記移動体本体の前記構造物に対する吸着力の1/3以下とし、前記衝撃力の最小値を1N以上とした状態で前記移動体本体を稼働することを特徴とする。
本発明の構造物用検査方法は、構造物の面部に錘部材を衝突させて発生する衝撃音を分析し、建造物が健全であるか否かを判定する検査方法である。このような構造物用検査方法では、錘部材の構造物に対する衝撃力を、移動体本体の構造物に対する吸着力の1/3以下とすることにより、移動体本体に検査具を装備しても、特許文献3に記載の構造物用検査装置のように吸着アームを装備せずに移動体本体は十分な吸着力を有して走行できることから大型の構造物の点検を高い作業効率で行うことが可能となる。また、衝撃力の最小値を1N以上とすれば、分析可能な衝撃音として拾うことができ、信頼性の高い検査を行うことが可能となる。
なお、本発明の構造物用検査方法においては、[9]、[10]の項で説明した衝撃音発生源である転動部材と同じように、衝撃音を拾う音入力部を有する場合においては、音入力部と、錘部材による衝撃音の発生位置との距離を2cm以上、かつ、200cm未満とすることが好ましい。又、音入力部で拾う衝撃音の最大値と最小値の差を10db以上、かつ、50db未満にすることが好ましい。このようにすれば、錘部材による衝撃音を分析可能な音として拾うことが可能となる。
さらに、本発明の構造物用検査方法においては、[11]の項で説明した転動部材が回転する際の構造物に対する押圧力と同じように、錘部材による衝撃力の最大値を20N未満とすることが好ましい。このようにすれば、構造物に損傷を与えることなく検査を行うことが可能となる。
実施の形態に係る構造物用検査装置1の構成の1実施例を示す斜視図である。 図1に示す検査具11の動作を模式的に示す説明図である。 図1に示す移動体本体10の吸着力に対する転動部材27の押圧力の比(押圧力/吸着力)と、その評価を表す表である。 図1に示す転動部材27の押圧力と衝撃音の発生に関する評価を表す表である。 図1に示す音入力部48と衝撃音の発生位置との距離Lと、距離Lによって衝撃音が分析可能な音として拾えるか、否かの評価を表す表である。 実施の形態に係る構造物用検査装置1における衝撃音の最大値と最小値の差Sと、音分析の可否に関係について表す表である。 図1に示す転動部材27の動作を模式的に示す説明図である。 図1に示す移動体本体10の走行方向と転動部材27の動作の関係を模式的に示す説明図である。 他の実施の形態に係る構造物用検査装置60の構成の1実施例を示す正面図である。 構造物用検査装置60の構成の1実施例を示す平面図である。
以下、本発明の実施形態に係る構造物検査用装置1及び構造物用検査装置1を使用した構造物用検査方法について図を参照しながら説明する。構造物検査用装置1及び構造物用検査方法は、構造物2が劣化したり異物が混入したりしていることなどの異常の有無を非破壊で検査する検査装置及び検査方法である。構造物2は、例えば、道路や鉄道の橋梁及びトンネルなどの土木構造物、並びにビルやマンションなどの大型構造物の外壁などである。
[構造物用検査装置1の構成]
図1は、実施形態に係る構造物用検査装置1の構成の1実施例を示す斜視図である。構造物用検査装置1は、構造物2の傾斜面や垂直面、或いは天井面などに吸着しつつ走行する移動体本体10と、移動体本体10の一部に設置される検査具11と、を有している。移動体本体10は、本体ユニット12を挟んで配置される軟弾性体を素材とする一対の無端走行帯13,13を有している。本体ユニット12は、本体駆動部14と、吸着駆動部15と、を有している。本体駆動部14は、二つのモータ16(図1では上方側のモータ16のみを図示)を有し、上方側のモータ16は移動体本体10の走行方向に対して左側の駆動輪17(不図示)を駆動し、他方のモータ16(不図示)は右方の駆動輪17を駆動する。移動体本体10の走行方向に対し後方側には一対の従動輪18、18(左方側は図示を省略)が配置されている。無端走行帯13,13は、駆動輪17,17および従動輪18,18に懸架されて駆動される。
二つのモータ16は、各々独立して自在に駆動制御することが可能となっているので、無端走行帯13,13を独立して駆動することが可能であり、移動体本体10を前進させたり後進させたり、あるいは、進行方向を変化させたり、旋回させたりすることができる。
無端走行帯13、13には、長辺方向に複数の吸着孔19が配設されている。吸着孔19は、無端走行帯13,13の全周に亘って同じ大きさで等間隔に形成され、厚み方向に貫通し、吸着駆動部15の減圧室部20に連通している。
吸着駆動部15は、図示は省略するが減圧室部20内の空気を吸引するブロワポンプとブロワポンプを駆動するブロワモータとを有し、減圧室部20内から吸引した空気を外部に排出する。ブロワポンプは、傘型ターボファンを有し減圧室部20内から空気を吸引して減圧室部20を減圧するものである。すなわち、吸着駆動部15は、無端走行帯13,13に設けられた複数の吸着孔19から空気を減圧室部20を介して吸引することによって、構造物2の面部2a(壁面など)に強力に吸着することが可能となっており、構造物2の面部2aに吸着しつつ走行することが可能である。なお、この種の移動体は、特開2106−84118、特開2016−97955、米国特許公開2015−375814などで知られている。
検査具11は、移動体本体10の一部に取付けられている。検査具11は、吸着駆動部15を挟んで本体駆動部14の反対側に配置される検査具取付け用フレーム25上に配設されている。検査具11は、移動体本体10に検査具11を取り付けるための取付け板26と、構造物2の面部2aを転動しつつ搖動する転動部材27と、転動部材27を回転可能に保持すると共に転動部材27と一体的に搖動する支持軸28と、支持軸28を保持すると共に転動部材27と一体的に搖動する支持軸固定板29とを有している。支持軸固定板29と取付け板26とは、ヒンジ30によって連結されており、転動部材27と、支持軸28と、支持軸固定板29とは、構造物2の面部2aに対して鉛直方向に移動可能となっている。転動部材27は、球形のもの、又は回転方向の断面が円形のものや側面形状が楕円形のもの、あるいは多角形のものなどであり、いずれの形状においても回転外周に一定ピッチの稜線又は角部が突設されている。
取付け板26には、加圧用フレーム31が取り付けられている。加圧フレーム31は、取付け板26に対して直交するように固定されるフレーム32と、転動部材27の配置方向に延在されるフレーム33と、その両者を連結する連結具34とによって構成されている。加圧用フレーム31は、連結具34によってフレーム32とフレーム33とのなす角度が変更可能であり、角度決定後はその状態を維持するように固定される。なお、加圧用フレーム31は、フレーム32とフレーム33とを一体化した一つの部材で構成するようにしてもよい。フレーム33の先端と支持軸固定板29の間には加圧ばね35が介在されている。加圧ばね35は、いわゆる圧縮ばねであって転動部材27を構造物2の面部2aに所定の押圧力で押圧する。
検査具11は、取付け板26によって検査具取付け用フレーム25に搖動可能に取付けられる。詳しくは、取付け板26の吸着駆動部15側の端部を回転軸36に勘合させることにより、回転軸36を回転軸として検査具11を搖動可能とするとともに、検査具11の浮き上がりを防止している。検査具11(転動部材27)は、リンク機構40によって搖動される。リンク機構40は、リンク用モータ41と、リンク用モータ41と同軸で回転するリンク駆動輪42と、リンク駆動輪42によって作動する従動アーム43とを有している。従動アーム43の一端は、リンク駆動輪42の外側周縁部にピンなどで回転可能に軸支されており、他端は取付け板26に回転可能に軸支されている。この取付け板26と従動アーム43の連結部はリンク機構40におけるスライドジョイント部44である。
リンク駆動輪42の回転とリンク作用によって、取付け板26は回転軸36を回転中心として検査具取付け用フレーム25上を搖動する。すなわち、転動部材27を搖動する。なお、リンク駆動輪42を一方向に回転させるようにしてもよく、右回りと左回りとを交互に繰り返すようにしてもよい。
移動体本体10は、転動部材27が構造物2の面部2aを転動する際に生ずる衝撃音を拾う音入力部48を有している。音入力部48は、いわゆるマイクロフォンなどであって、位置調整アーム49の先端部に取付けられている。位置調整アーム49は、第1アーム50と第2アーム51と、第1アーム50と第2アーム51とを連結するアーム連結具52とから構成されている。第1アーム51の元部は、検査具取付け用フレーム25に自在継手53によって連結されている。
位置調整アーム49は、自在継手53によって検査具取付けフレーム25に連結されているので軸回りに回転したり、検査具取付け用フレーム25に対して傾けたりすることが可能となっている。また、第1アーム50と第2アーム51とは、アーム連結具52に連結され両者のなす角度を自在に変えることが可能となっている。
[検査具11の動作]
図2は、図1に示す検査具11の動作を模式的に示す説明図である。取り付け板26と支持軸固定板29とはヒンジ30で連結されているので、支持軸固定板29、支持軸28及び転動部材27は、リンク用モータ41を回転させると、リンク用モータ41と同軸のリンク駆動輪42が回転し、従動アーム43が往復運動する(二点鎖線の矢印で示す)。従動アーム43が往復運動することによって転動部材27は回転軸36を回転中心にして揺動する。支持固定板29に支持された転動部材27は、ヒンジ30によって構造物2の面部2aに対して鉛直方向(点線の矢印で示す)に揺動可能な構成となっているが、加圧ばね35によって所定の押圧力で構造物2の面部2aを押し付ける。転動部材27は、構造物2の面部2aを転動しつつ回転し、転動部材27の稜線又は角部が面部2aを叩いたときに発生する衝撃音を音入力部48(図1参照)で拾う。
音入力部48で拾った衝撃音には、移動体本体10が発生源となる音が含まれるが、構造物に異常がある場合、ない場合の所定の周波数帯域における音圧変化などから音分析装置(不図示)によって分析される。通常、構造物2に異常がある場合には、異常がない場合に比較して音圧が低く現れる傾向がある。その音圧の差(音圧の変化)によって異常のあるなし(健全か否か)を判定することが可能である。音分析装置は、構造物用検査装置1の内部に配置してもよい。また、通信装置を介して別の場所に配置するようにしてもよい。
転動部材27が面部2aに加える押圧力は、移動体本体10の吸着力に対しては反力となる。すなわち、吸着力に対する押圧力は、適切な範囲に規制されるべきものである。このことについて、図3を参照して説明する。
図3は、構造物用検査装置1における移動体本体10の吸着力に対する転動部材27の押圧力の比(押圧力/吸着力)と、その評価を表す表である。図3に示す表において、縦列欄に吸着力に対する押圧力の比(押圧力/吸着力)を表し、横列欄に評価とコメントを表す。図3において、◎が最も好ましい範囲、○は好ましい範囲、×又は△は避けたい範囲を表している。押圧力/吸着力が1/3超の範囲においては、吸着できなくなる可能性があり、押圧力/吸着力を1/3以下にすれば、吸着できなくなる可能性はかなり低くなる。ここで、吸着できるとは、検査具を使用中において、移動体本体が十分な吸着力を有して走行可能であることであり、吸着できないとは、移動体本体10が構造物用検査装置1を支えきれない状態をいう。
転動部材27を転動することによって発生する衝撃音を分析可能な音として拾うには、適切な押圧力で転動部材27を面部2aに押し付けなければならない。このことについて図4を参照して説明する。
図4は、転動部材27の押圧力と衝撃音の発生に関する評価を表す表である。なお、この表は、吸着力に対する押圧力の比を1/3以下にするという条件下において、加圧ばね35による転動部材27の面部2aに対する押圧力を変化させたものである。図4に示す表では、縦列欄には押圧力の大きさ、横列欄に評価とコメントを表している。図4において、○が好ましい押圧力、△又は×は押圧力が不十分であることを表している。図4に示すように、押圧力が1N以上で、20N未満においては、転動部材27は良好に回転し衝撃音を分析に十分な音として拾うことが可能であり、1N未満においては十分な衝撃音が得られない。また、押圧力が20N以上になると、転動部材27は滑らかに回転しにくくなり、分析可能な衝撃音は発生しない。
押圧力を1N以上、かつ20N未満とし、分析可能な衝撃音を得るための方法としては、加圧ばね35のばね定数を変更したり、フレーム33と支持軸固定板29との距離を調整したりすることで可能となる。なお、図示は省略するが、支持軸固定板29とフレーム33とは共に対向する位置に加圧ばね35の位置がずれないようにする突起部または凹部を設けることが好ましい。
図示は省略するが、転動部材27を構造物2の面部2aに押圧する手段としては、加圧ばね35に替えて加圧アクチュエータ(一種のリニアアクチュエータ)を使用することが可能である。加圧アクチュエータには圧力センサを内蔵するものがより好ましいが、加圧アクチュエータと支持軸固定板29の間に圧力センサを配設するようにしてもよい。あるいは、圧力センサを転動部材27と支持軸28の間に配設するようにしてもよい。
移動体本体10は、転動部材27が構造物2の面部2aを転動する際に生ずる衝撃音を拾う音入力部48を有している。音入力部48は、位置調整用アーム49によって転動部材27に対する音入力部48の位置を衝撃音が拾える最適位置に配置し維持することが求められる。このことについて図5を参照して説明する。
図5は、音入力部48と衝撃音の発生位置との距離Lと、距離Lによって衝撃音が分析可能な音として拾えるか、否かの評価を表す表である。図5に示す表において、縦列欄に音入力部48と衝撃音の発生位置との距離Lを表し、横列欄に評価とコメントを表している。図5においては、◎は衝撃音を分析可能な音として十分拾える範囲、○は衝撃音を分析可能な音として拾える範囲、×又は△は衝撃音を分析可能な音として拾えない範囲を表している。距離Lが2cm未満においては、衝撃音は拾うことは可能であるが、衝撃音以外に転動部材27の振動などを雑音として拾ってしまい分析ができない場合がある。また、距離Lが2cm以上、かつ、200cm未満の範囲においては、衝撃音を分析可能な音として十分拾うことが可能であるが、距離Lが2cm〜5cmの範囲においては、衝撃音以外に転動部材27の振動などを拾う場合があり、距離Lが5cm〜200cm未満の範囲がより好ましい。また、Lが200cm〜400cm未満の範囲においては、衝撃音を分析可能な音として拾うことが困難となる。
なお、転動部材27と音入力部48の距離を、2cm以上、かつ、200cm未満とする範囲内において、転動部材27に対する音入力部48の空間位置には自由度がある。このような場合には、音入力部27が向く方向を適切に調整することが好ましい。また、音入力部27を指向性マイクロフォンとすることが望ましい。位置調整アーム49は、アーム連結具52及び自在継手53によって音入力部48を転動部材27に対して適切位置に調整可能であるが、構造物用検査装置1が稼働中に位置ずれがないように固定される。
図1に示す構造物用検査装置1においては、位置調整アーム49は、移動体本体10(検査具取付けフレーム25)に取付けられているが、検査具11側の取付け板26に取付けることが可能である。このようにすれば、転動部材27を搖動する際に、音入力部48が連動して搖動することになるため、転動部材27と音入力部48の相対的位置が変わらないので、転動部材27と音入力部48の相対的な位置変化による音圧の変化を抑制することが可能となる。
なお、構造物用検査装置1を稼働する際に音入力部48が拾う音は、転動部材27が構造物2の面部2aを回転しながら転動する際に生ずる衝撃音である。音圧の変化で構造物2が健全か否かを判断する検査方法においては、転動部材27が転動している間に発生する音圧の差(最大値と最小値の差)を適切な範囲に抑えておくことが求められる。そのことについて図6を参照して説明する。
図6は、衝撃音の最大値と最小値の差Sと、音分析の可否について表す表である。図6において、縦列欄に衝撃音の最大値と最小値の差Sを表し、横列欄に評価とコメントを表している。図6においては、○は分析が十分できる範囲、△は可能性を有するが不安定な範囲、×は分析不可能な範囲を表している。図6に示すように、差Sが10db未満になる場合においては分析不可能であり、差Sが10db〜50db未満では分析可能である。しかし、差Sが10db〜20db未満、40db〜50db未満では分析は可能であるが不安定になる恐れがあり、差Sが50db以上では、分析が不可能になる恐れがある。従って、最大値と最小値の差Sを20db〜40dbにすることがより好ましい。
音入力部48が拾った音を分析する際に、移動体本体10(本体駆動部14及び吸着駆動部15)から発生する音の周波数帯を排除し、衝撃音の音圧変化などから構造物2が健全であるか否かを判定しうることが可能となる。このような検査を一般的に打音検査と呼ぶことがある。
図7は、図1に示す転動部材27の動作を模式的に示す説明図である。前述したように、移動体本体10は、構造物2の面部2aに吸着しつつ走行し、転動部材27は、面部2aを所定の押圧力を加えながら転動する。図7では、移動体本体10の走行方向の逆側において転動部材27が動作する例を表しているが、移動体本10の走行方向は自在に変更可能なので、図7の図示とは逆方向に移動体本体10が走行することもある。図7では、転動部材27が面部2aを転動する際の転動部材27軌跡をTで表し、転動部材27が転動せず移動体本体10と同じ方向に移動する際の転動部材27の軌跡をtで表している。
図7(a)は、移動体本体10が所定位置に走行し、そこで転動部材27を動作させる例を示している。つまり、移動体本体10が所定位置において転動部材27を図の左方から右方へ転動させ、所定の距離を移動した後にその転動を止め、その状態で移動体本体10を所定位置まで走行し、転動部材27を図示右方から左方へ転動させるという動作であり、このような動作を繰り返すことによって無駄のない動作が可能となる。
図7(b)は、移動体本体10を所定位置に走行し、転動部材27を図の左右に往復させ、転動部材27が図の左方に戻った状態とし、次の点検位置に移動体本体10を走行させた後、再び転動部材27を左右に往復させる動作である。このようにすれば、転動部材27を同じ軌跡上で2回転動させる、すなわち同じ部分を2回検査することになるので、検査の信頼性を高めることが可能となる。
図7(c)は、移動体本体10を走行させながら転動部材27を図の左方から右方に、右方から左方にというように転動させる動作を表している。このようにすれば、移動体本体10を停止させることなく検査を継続できるので、大型の構造物の点検をより高い作業効率で行うことが可能となる。なお、転動部材27が左方から右方に転動する軌跡、あるいは右方から左方に転動する軌跡のピッチ(又は勾配)は、移動体本体10の走行速度と転動部材27の搖動速度によって密にしたり疎にしたり調整することが可能である。
構造物2に、移動体本体10又は転動部材27の動作を妨げるような段部や終端など動作不適部2b(図8参照)がある場合などには、移動体本体10の走行方向を切り替えることによって対応可能となる。そのことについて図8を参照して説明する。
図8は、図1に示す移動体本体10の走行方向と転動部材27の動作の関係を模式的に示す説明図である。図8では、構造物2の面部2aが地面に対して垂直な壁であることを例として説明する。なお、図中、矢印が移動体本体10の走行方向を示している。図8(a)は、移動体本体10の下方側に動作不適部2bがある例を表し、図8(b)は、移動体本地10の左方に動作不適部2bがある例を表し、図8(c)は、移動体本体10の上方に動作不適部2bがある例を表し、図8(d)は、移動体本体10の右方に動作不適部2bがある例を表している。移動体本10は、無端走行帯13,13を使用した、いわゆる無限軌道走行体であるため、前進、後退及び旋回等自在に走行方向を変換できる。
図8(a)に示す例においては、下方側の動作不適部2bに転動部材27を近づけてから移動体本体10を上方に走行させて転動部材27を搖動し点検を行う例である。逆に、上方側から下方側に転動部材27を動作不適部2bに近づくまで移動体本体10を走行させるようにしてもよい。図8(b)に示す例においては、左方側の動作不適部2bに転動部材27を右方から近づけてから移動体本体10を右方に走行させつつ転動部材27を搖動し点検を行う例である。逆に右方側から左方向に転動部材27が動作不適部2bに近づくまで移動体本体10を走行させるようにしてもよい。
図8(c)に示す例においては、上方側の動作不適部2bに転動部材27を近づけてから移動体本体10を下方に走行させて転動部材27を搖動し点検を行う例である。逆に、下方側から上方側に転動部材27を動作不適部2bに近づくまで移動体本体10を走行させるようにしてもよい。図8(d)に示す例においては、右方側の動作不適部2bに転動部材27を近づけてから移動体本体10を左方に走行させて転動部材27を搖動し点検を行う。逆に、左方側から右方側に転動部材27を動作不適部2bに近づくまで移動体本体10を走行させるようにしてもよい。転動部材27の動作は、図7で説明した各動作例を適用できる。このようにすれば、動作不適部2bの近傍の点検を行うことが可能となる。
転動部材27を転動させ、その回転による衝撃音を分析可能な音として拾うためには、転動部材27を搖動する際の移動速度を適切に制御する必要がある。転動部材27が構造物2の面部2aを押圧しながら搖動する際の移動速度は、転動部材27が面部2aを押し付ける押圧力を1N以上、かつ、20N未満とする条件下で、10cm/秒以上、かつ、200cm/秒未満とすることが好ましい。転動部材27の移動速度を10cm/秒未満、又は200cm/秒以上にすると、転動部材27が、面部2aを滑ったり、跳ねたりすることがあり、分析可能な衝撃音が拾えないことがある。
以上説明した構造物用検査装置1及び構造物用検査方法によれば、構造物2に吸着しつつ移動する移動体本体10と、移動体本体10の一部に設置される検査具11と、を有し、検査具11には構造物2の面部2aを転動する転動部材27が取り付けられており、構造物2に対する転動部材27の押圧力を、移動体本体10の構造物に対する吸着力の1/3以下で、転動部材27の回転する際の押圧力の最小値を1N以上とした状態で移動体本体10を稼働する。
このような構造物用検査装置1及び構造物用検査方法によれば、転動部材の構造物に対する押圧力を、移動体本体の構造物に対する吸着力の1/3以下とすることにより、移動体本体10に検査具11を装備しても、前述した特許文献3に記載の構造物用検査装置のように吸着アームを装備せずに移動体本体が十分な吸着力を有して走行できることから大型の構造物の点検を高い作業効率で行うことが可能となる。また、転動部材が回転する際の押圧力の最小値を1N以上にすることにより、転動部材を構造物の面部に対して安定して転動させ、分析可能な衝撃音を拾うことができ、信頼性の高い検査を行うことが可能となる。
また、移動体本体10は、転動部材27が構造物2の面部2aを転動する際に生ずる衝撃音を拾う音入力部48を有し、音入力部48と、転動部材27が構造物2の面部2aを転動する際に生ずる衝撃音の発生位置と、の距離を2cm以上、かつ、200cm未満としている。このようにすれば、音入力部48で衝撃音を分析可能な音として確実に拾うことが可能となる。なお、音入力部48の衝撃音の発生位置に対する距離及び位置は、位置調整アーム49によって最適に調整可能であり、その状態を維持することが可能である。
実施形態に係る構造物用検査装置1及び構造物用検査方法においては、音入力部48で拾う衝撃音の最大値と最小値の差を10db以上、かつ、50db未満としている。このようにすれば、転動部材27が構造物2の面部2aを転動する際に生ずる衝撃音を分析可能な音として音入力部48によって拾うことが可能となり、構造物2が健全であるか否かを判定することが可能となる。
また、実施の形態に係る構造物用検査装置1及び構造物用検査補法においては、転動部材27が回転する際の構造物2に対する押圧力の最大値を20N未満にしている。すなわち、構造物2に対する転動部材27の押圧力の最小値を1N以上で、最大値を20N未満とすることになり、転動部材27を構造物2の面部2aに対して滑りや跳ね返りを抑えつつ回転させることが可能となり、衝撃音を分析可能な音として拾うことが可能となる。
また、以上説明した構造物用検査方法においては、転動部材27が構造物2の面部2aを転動しつつ搖動する転動部材の移動速度を、10cm/秒以上で、200cm/秒未満とする。前述したような押圧力の範囲内で、このような移動速度にすれば、転動部材27が構造物2の面部2aに対して滑ることや跳ねることなどを抑えつつ回転させることが可能となり、音入力部48は衝撃音を分析可能な音として拾うことが可能となる。
なお、構造物用検査装置1においては、転動部材27を転動させて衝撃音を音入力部48で拾って構造物の面部2aが健全か否かを判定するというものである。しかし、転動部材27に替えて錘部材を構造物の面部2aに衝突させて分析可能な衝撃音を発生させることが可能であり、これを他の実施の形態として構造物用検査装置60及びこの構造物用検査装置60を使用する構造物用検査方法について以下に説明する。
[構造物用検査装置60の構成]
図9は、他の実施の形態に係る構造物用検査装置60の構成の1実施例を示す正面図であり、検査具61を図10のA−A切断線で切断した断面を表している。図10は、構造物用検査装置60の構成の1実施例を示す平面図である。なお、図9及び図10は、各部の形状を簡略化して表す模式図である。
図9及び図10に示すように、構造物用検査装置60は、移動体本体10の進行方向(太い矢印で示す)に対して後部側に検査具61が配設されている。移動体本体10は、図1に示したものと同じ構成であり詳しい説明は省略する。図9及び図10においては、図1と同じ部分には図1と同じ符号を付している。検査具61は、検査具取付け用フレーム62によって移動体本体10に連結される。検査具61は、構造物の面部2aに衝突して衝撃音を発生させる錘部材63と、錘部材63を構造物の面部2aに衝突させる電磁ソレノイド64と、錘部材63を構造物の面部2aから離れた位置に保持する保持手段としてのばね65を有している。
錘部材63は、柄部材66の一方の先端部に固定されている。錘部材63と柄部材66の構成は1種のハンマーと言い換えることができる。柄部材66の他方側は軸受け部材67に接続されている。この軸受部材67に錘回転軸68が挿通され、錘部材63は柄部材66を介して錘回転軸68の回りに軸部材67を介して回動可能な構成である。錘回転軸68は、検査具取付け用フレーム62の図示左右両端の側壁部62aに固定されている(図10参照)。錘部材63の重量は、100g以上、かつ500g以下に設定される。図9において、点線で表す錘部材63は面部2aに衝突する前を表し、実線で表す錘部材63は衝突時を表している。柄部材66は、錘回転軸68から移動体本体10側に延長されている。ばね65は、検査具取付け用フレーム62と柄部材66との間に懸架されている。ばね65は、錘部材63が面部2aから常に離れる方向に引っ張り力を与えている。なお、図9に例示する錘部材63は球体であるが、球体に限らず、いわゆるハンマー型でもよく、或いは盤状であってもよい。
錘部材は、旧来から作業者が手に持って構造物の打音検査に使用してきたハンマーに相当するものであり、錘部材の重量を100g以上500gの範囲にすれば、従来からの打音検査の経験を生かして打音、すなわち衝撃音によって構造物が健全か否かを判定することが可能となる。
図9に示すように、電磁ソレノイド64は、ソレノイドフレーム69の錘部材63側に向かって伸びる突出部70に装着されている。ソレノイドフレーム69は検査具取付け用フレーム62に固定される。又、図10に示すように、ソレノイドフレーム69は錘回転軸68の延長方向に一対の柱部69aを有し、一対の柱部69aの間の空間69b内において、柄部材66が錘回転軸68の回りに回動するように構成されている。電磁ソレノイド64の押し力、スピード及び駆動ストロークは、ばね65の弾性力を考慮したうえで錘部材63の面部2aに対する衝撃力が1N以上となるように設定される。さらに、電磁ソレノイド64の駆動ストロークは、錘部材63が衝突する前に柄部材66から離れる程度とする。
錘部材63、ソレノイドフレーム69、電磁ソレノイド64及びばね65などを含んでハンマーユニット71と称する。図10に示す例においては、ハンマーユニット71は、錘回転軸68の軸方向に6セット配設されている。なお、ハンマーユニット71の数は6セットよりも多くても少なくてもよく、構造物の面部2aにおいて検査対象の広さに対応して設置することが可能である。各ハンマーユニットは、1セットずつ衝撃音がかぶらない程度にタイミングをずらして駆動される。なお、図9及び図10に例示した検査具61は、移動体本体10の進行方向に対して後端部側に配置されているが、進行方向の先端部側に配置してもよい。
検査具61は、錘部材63が構造物の面部2aに衝突する際に発生する衝撃音を拾う音入力部48を有している。音入力部48は、いわゆるマイクロフォンなどであって、位置調整アーム49の先端部に取付けられている。図9に示すように、位置調整アーム49は、第1アーム50と第2アーム51及び第1アーム50と第2アーム51とを連結するアーム連結具52とから構成されている。アーム連結具52は、音入力部48を任意位置に移動させることが可能な自在継手にすることが好ましい。音入力部48は、衝撃音の発生位置との距離を、2cm以上、かつ200cm以下の範囲で適切な位置に調整される。
なお、以上説明した構造物用検査装置60は、錘部材63を構造物の面部2aに衝突させる駆動部として電磁ソレノイド64を使用し、保持手段としてばね65を使用する構成を例示して説明したが、駆動部及び保持手段の両機能を有するカム機構などで構成することが可能である。
[検査具61の動作及び検査方法]
次に検査具61の動作及び検査具61を使用した検査方法について図9、図10を参照しながら説明する。錘部材63は、錘回転軸68回りに回動可能であるが、ばね65によって構造物の面部2aから離れた位置、すなわち、図9において点線で表す位置に保持される。電磁ソレノイド64を駆動すると錘部材63は面部2aに向かって回動し面部2aに衝突して衝撃音を発生する。この衝撃音を音入力部48で拾って、その衝撃音の差から構造物2に損傷があるか健全であるかを判定する。
例えば、構造物2がコンクリート構造物であるときには、衝撃音がキンキン又はコンコンといった清音の場合には健全と判定する。ドン或いはドスといった鈍い音の場合は面部2aの劣化や面部2aの表面近くに空洞があると判定することが可能である。又、ボコ、ペコぺコといった薄さを感じさせる濁音の場合には面部2aが剥離していると判定することが可能である。これらのような音の判定は、聴覚によって経験的に判定可能であるが、構造物に異常がある場合又は異常がない場合において所定の周波数帯域における音圧変化などから音分析装置(不図示)によって分析することが可能である。なお、前述した転動部材27による衝撃音による判定結果と、錘部材63による衝撃音の判定結果とには差異がないことが確認されている。
錘部材63は、面部2aに衝突した直後に、ばね65によって面部2aから離れた位置、すなわち、図9において点線で表される位置に引き戻される。このようにすれば、錘部材63が面部2aに接触していることによって面部2aの振動が減衰してしまうことや面部2aの振動の拡がりが抑制されることを防止できる。
錘部材63が面部2aに加える衝撃力は、前述した転動部材27が面部2aに加える押圧力と同じように、移動体本体10の吸着力に対しては反力となる。すなわち、吸着力に対する衝撃力は、適切な範囲に規制されるべきものである。このことについては、図3を参照して説明する。
構造物用検査装置60においては、図3に記載の押圧力を衝撃力に置き換えで説明できる。図3において、衝撃力と吸着力の比が1/3超の範囲においては、吸着できなくなる可能性があり、衝撃力と吸着力の比を1/3以下にすれば、吸着できなくなる可能性はかなり低くなることを示している。
錘部材63を面部2aに衝突させることによって発生する衝撃音を分析可能な音として拾うには、適切な衝撃力を面部2aに与えなければならない。このことについて図4を参照して説明する。構造物用検査装置60においては、図4に記載の押圧力を衝撃力に置き換えることで説明できる。図4に示すように、衝撃力が1N以上、かつ、20N未満においては、衝撃音を分析に十分な音として拾うことが可能である。例えば、構造物2がコンクリート構造物の場合には、衝撃力を20N以上にすると錘部材63の衝突部周囲に損傷を与える恐れがあることから避けるべきである。衝撃力を1N以上で、20N未満とし、分析可能な衝撃音を得る方法としては、電磁ソレノイド64の押し力及び電磁ソレノイド64の駆動ストローク、又は錘部材63と面部2aとの距離を調整することによって可能である。
また、音入力部48は、錘部材63が面部2aに衝突する際に発生する衝撃音を拾う最適位置に配置し維持することが求められる。このことについて図5を参照して説明する。構造物用検査装置60における衝撃音の発生位置との適切な距離Lは、検査具の構成に関わらず構造物用検査装置1と同じように説明できる。図5に示すように、距離Lが2cm以上、かつ、200cm未満の範囲においては、衝撃音を分析可能な音として拾うことが可能である。音入力48の位置は任意に調整可能であるが、構造物用検査装置60を稼働中に位置ずれがないように固定される。
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、構造物用検査方法は、構造物用検査装置1又は構造物用検査装置60を使用しないで、他の検査装置を使用して行ってもよい。
また、前述の実施の形態の検査具11は、転動部材27を構造物2の面部2aに転動しながら回転し、その際に発生する衝撃音を拾って分析しているが、転動部材27を回転させずに構造物2の面部2aに摺動し、その際に発生する摺動音を拾うようにしてもよい。
また、前述の実施の形態においては、構造物用検査装置1は検査具11を有し、構造物用検査装置60は検査具61を有しているが、構造物2の種類や面部2aの状態によって検査具11と検査具61とを交換するようにしてもよく、移動体本体10に検査具11と検査具61の両方を設置するようにしてもよい。
1,60…構造物用検査装置、2…構造物、2a…構造物の面部、2b…動作不適部、10…移動体本体、11,61…検査具、12…本体ユニット、13…無端走行帯、14…本体駆動部、15…吸着駆動部、19…吸着孔、25,62…検査具取付け用フレーム、26…取付け板、27…転動部材、35…加圧ばね、36…回転軸、40…リンク機構、41…リンク用モータ、42…リンク駆動輪、43…従動アーム、44…スライドジョイント部、48…音入力部、49…位置調整アーム、53…自在継手、63…錘部材、64…電磁ソレノイド、65…ばね

Claims (8)

  1. コンクリート構造物の検査を行う構造物用検査装置であって、
    前記コンクリート構造物に吸着しつつ移動する移動体本体と、
    前記移動体本体の一部に設置される検査具と、を有し、
    前記検査具は、前記コンクリート構造物の面部に衝撃力を与える錘部材を有し、
    前記移動体本体は、前記錘部材が前記コンクリート構造物の面部に衝突する際に生ずる衝撃音を拾う音入力部を有し、
    前記音入力部と、前記錘部材が前記コンクリート構造物の面部に衝突する際に生ずる衝撃音の発生位置と、の距離を2cm以上、かつ、200cm未満とすることを特徴とする構造物用検査装置。
  2. コンクリート構造物の検査を行う構造物用検査装置であって、
    前記コンクリート構造物に吸着しつつ移動する移動体本体と、
    前記移動体本体の一部に設置される検査具と、を有し、
    前記検査具は、前記コンクリート構造物の面部に衝撃力を与える錘部材を有し、
    前記移動体本体は、前記錘部材が前記コンクリート構造物の面部に衝突する際に生ずる衝撃音を拾う音入力部を有し、
    前記音入力部で拾う衝撃音の最大値と最小値の差を10db以上、かつ、50db未満にすることを特徴とする構造物用検査装置。
  3. コンクリート構造物の検査を行う構造物用検査装置であって、
    前記コンクリート構造物に吸着しつつ移動する移動体本体と、
    前記移動体本体の一部に設置される検査具と、を有し、
    前記検査具は、前記コンクリート構造物の面部に衝撃力を与える錘部材と、
    前記錘部材を構造物の面部に衝突させる電磁ソレノイドと、
    前記錘部材が前記構造物の面部に衝突して跳ね返った際に前記面部との間に隙間を保持する保持手段とを有していることを特徴とする構造物用検査装置。
  4. 請求項3に記載の構造物用検査装置において、
    前記移動体本体に固定され、前記電磁ソレノイドを設置するソレノイドフレームをさらに有し、
    前記錘部材、前記ソレノイドフレーム、前記電磁ソレノイド及び前記保持手段はハンマーユニットを構成し、
    前記ハンマーユニットは、前記移動体本体の移動方向と垂直な方向に複数配設されていることを特徴とする構造物用検査装置。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の構造物用検査装置において、
    前記錘部材は、柄部材の一方の先端部に固定され、
    前記柄部材の他方側に設けられた軸受け部材に挿通された錘回転軸を中心に回動可能に構成されていることを特徴とする構造物用検査装置。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の構造物用検査装置において
    前記錘部材の重量を100g以上、かつ、500g以下とすることを特徴とする構造物用検査装置。
  7. コンクリート構造物の検査を行う構造物用検査方法であって、
    前記コンクリート構造物に吸着しつつ移動する移動体本体と、前記移動体本体の一部に設置される検査具と、を有し、前記検査具は、前記コンクリート構造物の面部に衝撃力を与える錘部材を有し、前記移動体本体は、前記錘部材が前記コンクリート構造物の面部に衝突する際に生ずる衝撃音を拾う音入力部を有する構造物用検査装置を使用し、
    前記音入力部と、前記錘部材が前記コンクリート構造物の面部に衝突する際に生ずる衝撃音の発生位置と、の距離を2cm以上、かつ、200cm未満とした状態で前記移動体本体を稼働することを特徴とする構造物用検査方法。
  8. コンクリート構造物の検査を行う構造物用検査方法であって、
    前記コンクリート構造物に吸着しつつ移動する移動体本体と、前記移動体本体の一部に設置される検査具と、を有し、前記検査具は、前記コンクリート構造物の面部に衝撃力を与える錘部材を有し、前記移動体本体は、前記錘部材が前記コンクリート構造物の面部に衝突する際に生ずる衝撃音を拾う音入力部を有する構造物用検査装置を使用し、
    前記音入力部で拾う衝撃音の最大値と最小値の差を10db以上、かつ、50db未満とした状態で前記移動体本体を稼働することを特徴とする構造物用検査方法。
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