JP7298922B2 - 非破壊試験用打撃装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート等の構造物内部に生じたひび割れ、空洞などの内部欠損個所（変状部）や内部の物性について、弾性波・超音波等の検出装置を構造物表面に接触させ、構造物を破壊することなく試験する技術に係り、特に試験装置の上向き、水平、下向きの方向による打撃力が変化しないよう制御されている非破壊試験用打撃装置及びその制御方法に関する。

コンクリート構造物は、トンネル、橋梁などの大型構造物が多い。コンクリート構造物の欠陥に関しては、建設時の施工不良、建設後の静的な外力や、疲労、鉄筋腐食に伴う膨張圧などによるコンクリート内部のひび割れ、ＰＣグラウト（プレストレストコンクリート注入材）の充填度等が評価対象となる。このような欠陥の存在はコンクリート構造物の耐荷重性能、耐久性に大きな影響を与えるものであり、内部のひび割れ等の検出はコンクリート構造物の維持に重要なことである。

コンクリート構造物の物性に関しては、コンクリート構造物を部分的に破壊して検査されることが多い。コンクリートの強度、密実さ、塩分などの有害物質の存在量等、非破壊試験により外部から調査できるものが多い。これらの情報はコンクリート構造物の現在の耐荷重性能を評価するのみならず、将来の劣化状態を推定するために重要なことである。

コンクリートの非破壊試験装置の加振源として、ソレノイド電磁ハンマーを用いている。このソレノイド電磁ハンマー（打撃装置）は、電磁ソレノイド装置により可動させることが多い。図１２に示すように、非破壊試験装置に組み込まれた打撃装置５１（電磁ソレノイド装置）は、筒状の電磁路ヨーク５２内に、電磁コイル５３を備えたボビン５４が設けられ、このボビン５４の内側に可動プランジャー（可動鉄心）５５が可動自在に挿通されている。可動プランジャー５５の先端部に打撃ハンマー５６が取り付けられている。更に、この可動プランジャー５５を引き戻す引き戻しバネ５７を備えた装置である。電磁コイル５３に通電すると電磁力により可動プランジャー５５が吸引されて可動するようになる。

この引き戻しバネ５７の一端に可動プランジャー５５を、他端にこの引き戻しバネ５７を固定する固定部として機能する止ネジ５８を有する。打撃ハンマー５６は、可動プランジャー５５の一端に取り付けられている。打撃ハンマー５６は、ハンマー保護カウリング５９から出没するようになっている。

可動プランジャーを往復動させる電磁ソレノイド装置に関する技術として、例えば特許文献１の特開２００９－２９５７１１公報「電磁ソレノイド装置」のように、コイルを巻回した筒状のボビンと、一端面部と前記一端面部の両側から略直角方向に延出して形成された外側面部を一体的に有し、内部に前記ボビンを収容するヨークと、前記ヨークの前記一端面部と対向する側に設けられて透孔部を形成したプレート部材と、前記ヨークの前記一端面部に一体成形により膨出状に形成されて前記ボビンの中空部に同軸的に対向する突状のコアステータと、前記プレート部材の前記透孔部から前記ボビンの前記中空部を介して軸方向に往復移動可能に挿通されて前記コイルへの通電時に生じる電磁力により前記コアステータに吸引される可動プランジャーとを備えた電磁ソレノイド装置が提案されている。

このような打撃装置は、非破壊試験装置などに搭載して使用される。トンネルの非破壊試験では、図１３に示すように、この打撃装置５１を上向きにして使用する場合が多い。更に、水平、下向きのあらゆる方向に向けて使用しているため、打撃装置５１は入力方向による打撃力が変化しないよう制御する必要がある。

特開２００９－２９５７１１公報

このような打撃装置５１による非破壊試験は、試験装置の上向き、水平、下向きの方向の変化により打撃力が変化しないように試験が実施されている。しかし、打撃面のコンクリートの凹凸により、打撃ハンマー５６の打撃距離が変化し加振力が変化しやすい。この加振力が変化すると正確な測定ができないという問題を有していた。

また、従来の打撃装置５１は、可動プランジャー５５が前後動する構成であるため、内部に埃等を吸い込みやすい。この打撃装置５１の内部に侵入した埃は打撃装置５１又は可動プランジャー５５の故障の原因になりやすい。打撃によるコンクリートの破片粉塵などが、打撃ハンマー５６のシリンダ、可動プランジャー５５間に詰まり、作動不能の事態となることがあった。

打撃装置５１を、非破壊試験装置などのロボットなどに搭載し、トンネルなどの広範囲な場所について無人で連続計測を行う場合に、破片粉塵などが打撃ハンマー５６のシリンダ、可動プランジャー５５間に詰まり、作動不能の事態になると、その非破壊試験作業を中断して復旧作業をする必要があった。その復旧にはロボットを含むシステムの総てを停止するため、重大な問題であった。

更に、コンクリート面とソレノイド電磁ハンマーとの間に、走行用のローラを設けた打撃装置も提案されている。このローラを設けた打撃装置は、ローラを支持するブラケットを打撃する構成である。このブラケットを打撃する方式ではベアリングを介して弾性波が伝播するため伝播損失が大きくなり、大きな押し付け力を必要とした。そのために、コンクリートに衝撃弾性波を安定的に与えることができないという問題を有していた。

本発明の発明者は、エネルギーが物体から物体へ移動し、又は形態が変化するときに、その総量は変化しないという「エネルギー保存の法則」に着目した。打撃ハンマーを大きく移動させなければ不具合が生じないことに着目した。打撃装置を構成する打撃ハンマーは、金属製の素材から成り、しかも重量の重いものを使用している。これを上下方向に加振していると位置が変化する。また、隙間から埃等が侵入しやすい。そこで、コンクリートの打撃部分と加振機構を分離し、加振機構を気密状態内に収納することに着目した。

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、加振方向が上向き、水平、下向きの方向による変化に対応でき、コンクリートの凹凸面に影響を受けることなく一定の加振力をコンクリートに与えることができ、コンクリートの破片粉塵などの侵入を防止して、再現性が高く安定して計測することができる非破壊試験用打撃装置及びその制御方法を提供することにある。

本発明の非破壊試験用打撃装置は、構造物（Ｃ）と常に接触しながら該構造物（Ｃ）内部の欠陥を非破壊試験する際に、該構造物（Ｃ）に弾性波を入力する非破壊試験用打撃装置（１）であって、
コイルを巻回した電磁コイル（８）と、該電磁コイル（８）を収容する、略筒形状の電磁路ヨーク（６）とを具備した電磁ソレノイド部（２）と、
前記電磁ソレノイド部（２）内に往復動自在に取り付けられた、磁性を有する筒形状のハンマープランジャー（９）の一端に打撃部（３ａ）を、他端に該打撃部（３ａ）を引き戻す引き戻しバネ（１１）を具備した可動プランジャー部（３）と、
前記電磁ソレノイド部（２）に軸方向に隣接して取り付けられた、構造物（Ｃ）に当てるローラ（１４）と、該ローラ（１４）を打撃するために、伝振ロッド用貫通孔（１５）内に摺動自在になる伝振ロッド（１６）を具備したハンマーヘッド部（４）と、を備え、
前記電磁ソレノイド部（２）とハンマーヘッド部（４）内に略気密状に取り付けられた前記可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の打撃部（３ａ）が、前記伝振ロッド（１６）を打撃すると、該伝振ロッド（１６）の打撃を受けた前記ローラ（１４）から構造物（Ｃ）に弾性波が伝播され、
前記ハンマープランジャー（９）の打撃部（３ａ）が伝振ロッド（１６）を打撃したときに、打撃部（３ａ）から伝振ロッド（１６）へ流れる電流をセンサが検知し、この検知した電気信号を測定開始信号とするように構成された、ことを特徴とする。

前記伝振ロッド（１６）は、
前記伝振ロッド用貫通孔（１５）に取り付けられた、略円形状の平板に開けられた円形孔（１７ａ）に、該円形孔（１７ａ）の円周から該円形孔（１７ａ）の中心方向に向けて複数本形成された爪（１７ｂ）から成る板バネ（１７）が取り付けられ、
該伝振ロッド（１６）の先端部（１６ａ）が、前記ローラ（１４）から常時離れないように保持されている。
前記電磁ソレノイド部（２）に軸方向に隣接して、有底円筒形状の調整部（５）を取り付け、
該調整部（５）に、前記ハンマーヘッド部（４）の打撃方向が、上下方向、水平状態、傾斜方向で変化する際に、該可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の自重による位置変化を確認するために、該ハンマープランジャー（９）の変位位置を測定する位置センサ（２１）を設けることができる。
前記調整部（５）に、前記ハンマープランジャー（９）が往復動する際に、前記電磁路ヨーク（６）とハンマーヘッド部（４）内において変化する内圧を調整する、一方向のみに開くリード弁（３１）を設けることができる。

本発明の制御方法は、構造物（Ｃ）に弾性波を発生させる際に用いる打撃装置を制御する、非破壊試験用打撃装置（１）の制御方法であって、
コイルを巻回した電磁コイル（８）と、該電磁コイル（８）を収容する、略筒形状の電磁路ヨーク（６）とを具備した電磁ソレノイド部（２）と、前記電磁ソレノイド部（２）内に往復動自在に取り付けられた、磁性を有する筒形状のハンマープランジャー（９）の一端に打撃部（３ａ）を、他端に該打撃部（３ａ）を引き戻す引き戻しバネ（１１）を具備した可動プランジャー部（３）と、前記電磁ソレノイド部（２）に軸方向に隣接して取り付けられた、構造物（Ｃ）に当てるローラ（１４）と、該ローラ（１４）を打撃するために、伝振ロッド用貫通孔（１５）内に摺動自在になる伝振ロッド（１６）を具備したハンマーヘッド部（４）と、を備えた非破壊試験用打撃装置（１）を用いて非破壊試験する際に、
前記電磁路ヨーク（６）とハンマーヘッド部（４）内に略気密状に取り付けられた前記可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の打撃部（３ａ）が、前記伝振ロッド（１６）を打撃すると、該伝振ロッド（１６）の打撃を受けた前記ローラ（１４）から構造物（Ｃ）に弾性波を伝播させ、
前記可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の自重による位置変化を測定する位置センサ（２１）により、該ハンマープランジャー（９）の上下方向、水平状態、傾斜方向への変位位置を確認し、該ハンマープランジャー（９）の打ち出し強度を調整し、
前記ハンマープランジャー（９）の打撃部（３ａ）が伝振ロッド（１６）を打撃したときに、打撃部（３ａ）から伝振ロッド（１６）へ流れる電流をセンサが検知し、この検知した電気信号を測定開始信号とする、ことを特徴とする。

前記位置センサ（２１）は発光部（２３）と受光部（２４）とから成り、該位置センサ（２１）が前記可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の変位位置の認識範囲量を測定し、
前記非破壊試験用打撃装置（１）が上下方向、水平状態、傾斜方向の状態の何れかであると判定し、前記電磁コイル（８）の励磁力を調整し、該可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の打ち出し強度を調整する。
前記電磁ソレノイド部（２）は、前記位置センサ（２１）が前記打撃装置の姿勢を測定し、その姿勢に応じて該電磁ソレノイド部（２）に流れる電流時間（加速時間）を自動的に補正する。
前記ハンマープランジャー（９）の打撃部（３ａ）が伝振ロッド（１６）を打撃したときに、流れる電流をセンサーが検知し、この検知した電気信号を測定開始信号とする。

上記構成の非破壊試験用打撃装置（１）では、可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の打撃部（３ａ）が、ハンマーヘッド部（４）の伝振ロッド（１６）を打撃すると、この伝振ロッド（１６）はローラ（１４）を打撃し、加振されたローラ（１４）から構造物（Ｃ）に弾性波が伝播される。非破壊試験用打撃装置（１）として弾性波を構造物（Ｃ）に入力させることができる。コンクリート等の構造物（Ｃ）の凹凸面に影響を受けることなく、一定の弾性波を構造物（Ｃ）に極めて安定して与えることができる。弾性波発生点の情報を出力し、受信装置（４１）からの情報処理の基準時点とすることができる。

この可振する可動プランジャー部（３）が電磁ソレノイド部（２）とハンマーヘッド部（４）内に略気密状に取り付けられているので、可動プランジャー部（３）が外部から埃等を吸い込むことがない。そこで、非破壊試験用打撃装置（１）が埃等の吸い込みよる作動不能になることを回避することができる。極めて再現性の高い安定した衝撃弾性波の発生が可能となる。

なお、伝振ロッド（１６）は板バネ（１７）により、この伝振ロッド（１６）の先端部（１６ａ）がローラ（１４）に触れるように保持されているが、この板バネ（１７）の弾性力は弱いので、ローラ（１４）の回転を阻害することはない。
また、加振する際も伝振ロッド（１６）の先端部（１６ａ）がローラ（１４）に打撃する時間は瞬時のため、ローラ（１４）の回転を阻害しない。

位置センサ（２１）は、可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の変位位置を測定することにより、非破壊試験用打撃装置（１）が下向き状態か上向き状態か傾斜状態かの別を判定でき、更にハンマープランジャー（９）の変位位置の認識範囲量を測定することができる。その判定結果に基づき、電磁コイル（８）への電力の強弱を調整することで、非破壊試験用打撃装置（１）の下向き又は上向きのいずれの状態でも正確に試験をすることができる。

電磁コイル（８）の通電時に可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）が往復動する際に、調整部（５）のリード弁（３１）により、電磁ソレノイド部（２）（電磁コイル（８））内の空気が逃げ出さず、その空気抵抗によりエアダンパー効果を生じる。そこで、可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）を引き戻す際に、電磁ソレノイド部（２）内部に埃を引き込みづらくなる。

上記構成の制御方法では、調整部（５）(位置センサ（２１））によりハンマーヘッド部（４）のローラ（１４）が上向きか下向きか傾斜状態かの別を判定し、その向きに応じて電磁コイル（８）の励磁力を調整する。そこで、ハンマーヘッド部（４）が下向き又は上向きのいずれの状態でも、コンクリート構造物などの壁面（Ｗ）に対してハンマーヘッド部（４）のローラ（１４）の押圧力を均一にして非破壊試験用打撃装置（１）を作動させることができる。

コンクリート等の構造物（Ｃ）面を試験移動する走行中のローラ（１４）は、伝振ロッド（１６）を介して可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の打撃部（３ａ）が当たる構成になる。このハンマープランジャー（９）の打撃部（３ａ）が伝振ロッド（１６）に打撃する衝突速度が、作業方向（上向き、水平、下向き）によらず、一定の衝撃弾性波生成となるよう自動制御することができる。

本発明の非破壊試験用打撃装置を示す側断面図である。 本発明の非破壊試験用打撃装置を示す正断面図である。 本発明の打撃装置を示す正断面図であり、（ａ）は可動プランジャーの打撃部が伝振ロッドを打撃する前の状態、（ｂ）は可動プランジャーの打撃部が伝振ロッドを打撃した状態である。 板バネの一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 位置センサを示す概略説明平断面図である。 位置センサとハンマープランジャーとの位置関係を示す断面図であり、（ａ）はハンマーヘッド部が下向き状態、（ｂ）はハンマーヘッド部が水平状態、（ｃ）はハンマーヘッド部が上向き状態である。 ハンマ指令とハンマ作動時間との関係を示すグラフであり、（ａ）はハンマーヘッド部が下向きのハンマ作動時間、（ｂ）はハンマーヘッド部が水平状態のハンマ作動時間、（ｃ）はハンマーヘッド部が上向きのハンマ作動時間である。 調整部のリード弁の一例を示し、（ａ）は拡大断面図、（ｂ）は拡大正面図である。 リード弁の動作状態を示し、（ａ）はハンマープランジャーの動作で電磁ソレノイド部内が負圧状態、（ｂ）は加圧状態である。 本発明の打撃装置を動作させるシステムの一例を示す系統図である。 本発明の打撃装置の動作状態を示す動作フロー図である。 従来の打撃装置を示す正断面図である。 従来の打撃装置を示す正断面図である。

本発明の非破壊試験用打撃装置は、コンクリート等の構造物と常に接触しながら構造物に弾性波を入力する打撃装置であり、コイルを巻回した電磁コイルと、この電磁コイルを収容する、略筒形状の電磁路ヨークとを具備した電磁ソレノイド部と、この電磁ソレノイド部内に往復動自在に取り付けられた、磁性を有する筒形状のハンマープランジャー内の一端に打撃部を、他端に打撃部を引き戻す引き戻しバネを具備した可動プランジャー部と、電磁ソレノイド部に隣接して取り付けられた、構造物に当てるローラと、このローラを打撃する、往復動自在になる伝振ロッドを具備したハンマーヘッド部と、を備えた打撃装置である。
電磁ソレノイド部とハンマーヘッド部内に略気密状に取り付けられたハンマープランジャーの打撃部が、伝振ロッドを打撃すると、同時にこの伝振ロッドの打撃を受けたローラから構造物に弾性波が伝播される。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の非破壊試験用打撃装置を示す側断面図である。図２は本発明の非破壊試験用打撃装置を示す正断面図である。
本発明の非破壊試験用打撃装置１は、鉄道のトンネル、高速道路のトンネル、コンクリート等の建造物などのコンクリート等の構造物Ｃの壁面Ｗに生じたひび割れ、気泡などの劣化を検査する際に用いる試験装置である。この非破壊試験用打撃装置１は、弾性波の入力装置として用いられ、非破壊試験装置に取り付けられる。この非破壊試験装置をコンクリート等の壁面Ｗに沿って走行させながら広範囲に非破壊試験を行う。

本発明の非破壊試験用打撃装置１の打撃により検査対象物のコンクリート等の構造物Ｃ内で伝播した弾性波は、受信装置４１が受信する。受信装置としては加速度センサが用いられる。この受信した弾性波について、反射エコーや波の周波数、位相などを分析し、構造物内部の欠陥ＣＲ、背面空洞Ｓの有無、その欠陥の位置までの距離を測定する。なお、これらの実施例では、コンクリート製の構造物Ｃについて説明しているが、本発明の検査対象物はこのコンクリート製の構造物に限定されない。鋼橋の金属製構造物についても検査対象物となる。

本発明の非破壊試験用打撃装置１は、主に電磁ソレノイド部２、可動プランジャー部３、ハンマーヘッド部４と調整部５とから構成されている。このハンマーヘッド部４のローラ１４をコンクリート壁面ｗに当て、その打撃による振動を捉えてコンクリート壁面Ｗ内部の不具合、欠損か所を試験する。

＜電磁ソレノイド部の構成＞
電磁ソレノイド部２は、円筒形状の電磁路ヨーク６の内部に、ボビン７にコイルを巻回した電磁コイル８を備えた部材である。電磁路ヨーク６は、磁性体である筒状の鋼材で形成され、一端面部に調整部５が着脱自在に取り付けられ、他端面部に電磁路ヨークフランジを介在させて、ハンマーヘッド部４が取り付けられる。

本発明の非破壊試験用打撃装置１を他の部材又は部品に取り付けるときは、例えば電磁路ヨーク６の外周に、固定用フランジを形成する。この固定用フランジにはネジ用挿通孔を開ける。

電磁ソレノイド部２には、電磁コイル８の内径より短い外径を有し、ハンマープランジャー９の外径より長い内径を有するプランジャーシリンダ１０が備えられている。このプランジャーシリンダ１０内において可動プランジャー部３（ハンマープランジャー９）を円滑に往復動させるようになっている。円筒形のプランジャーシリンダ１０には、位置センサ２１の発光部２３と受光部２４の受発光を遮断しないように透光窓１８が２カ所開けられている。

＜可動プランジャー部の構成＞
可動プランジャー部３は、両底に開口を有する円筒形状のプランジャーシリンダ１０の内部に、引き戻し用のコイルスプリング等の引き戻しバネ１１を備えた部材である。この引き戻しバネ１１の一端にハンマーヘッド部４の伝振ロッド１６の後端部１６ｂに打撃する打撃部３ａを、他端にこの引き戻しバネ１１を固定する固定部として機能するバネ固定ネジ１２を有する。打撃部３ａは、ハンマープランジャー９の一方の開口（図１と図２では下部）に固定されている。図示例ではネジ止めするようになっている。これでハンマープランジャー９と打撃部３ａとは一体で動作するようになる。

ハンマープランジャー９は、電磁ソレノイド部２の電磁コイル８内に同心的で軸方向に往復動自在に挿通されている。電磁コイル８の通電時に電磁路ヨーク６及びハンマープランジャー９等の磁気関連部材に磁気回路が生じ、ハンマープランジャー９が励磁力により電磁コイル８内に吸引されて移動する。この繰り返しで非破壊試験用打撃装置１の打撃ハンマーとして機能する。

一方、引き戻しバネ１１のバネ固定ネジ１２は調整部５に固定される。この引き戻しバネ１１は、ハンマープランジャー９の他方の開口には固定されていない。打撃部３ａと同時にハンマープランジャー９が移動動作できるように、引き戻しバネ１１で伸縮する動作を干渉しないようにするためである。図示例では、ハンマープランジャー９は打撃部３ａに固定されている。

可動プランジャー部３のハンマープランジャー９の周囲に滑動リング１３が２個取り付けられている。この滑動リング１３は、プランジャーシリンダ１０内においてハンマープランジャー９を円滑に往復動させる機能を有する。図示例では２個の滑動リング１３が示されているが、この個数に限定されないことは勿論である。

＜ハンマーヘッド部の構成＞
図３は本発明の打撃装置を示す正断面図であり、（ａ）は可動プランジャーの打撃部が伝振ロッドを打撃する前の状態、（ｂ）は可動プランジャーの打撃部が伝振ロッドを打撃し、そのエネルギーがローラに伝播した状態である。
本発明の非破壊試験用打撃装置１のハンマーヘッド部４は、構造物を打撃し、構造物に弾性波を伝播させる部材である。ハンマーヘッド部４は、例えば電磁路ヨーク６の他端面部に電磁路ヨークフランジを介在させて取り付けられている。

このハンマーヘッド部４は、加振部分となるローラ１４が回動自在に取り付けられている。本発明の非破壊試験用打撃装置１を備えた非破壊試験装置は、コンクリート構造物Ｃ、例えばトンネル、鉄道用、自動車道路用の何れの場合にも使用される。試験対象が広範囲に及ぶので、非破壊試験用打撃装置１を移動させながら打撃する場合が多い、そこで、ハンマーヘッド部４が移動しながらでも正確かつ円滑に打撃できるように、打撃部としてローラ１４が取り付けられている。このローラ１４の回転軸のベアリングは、ボールベアリングより、ニードルベアリングが好ましい。回転軸に「点接触」ではなく「線接触」の方が弾性波を確実に伝播しやすいからである。

このハンマーヘッド部４には、その軸方向に伝振ロッド用貫通孔１５がローラ１４に向けて開けられている。この伝振ロッド用貫通孔１５内に伝振ロッド１６が往復動自在に取り付けられている。伝振ロッド１６は略円柱状の部材であり、その一端に先端部１６ａが、他端に後端部１６ｂが形成されている。伝振ロッド１６の後端部１６ｂは可動プランジャー部３のハンマープランジャー９の打撃部３ａにより打撃される部分であり、先端部１６ａはローラ１４を打撃して加振する部分である。本発明では、コンクリート面Ｃに接触したローラ１４を伝振ロッド１６で直接打撃するため弾性波の伝搬損失は軽微となる。従来のようにローラのベアリングを介在して間接的に打撃する打撃装置に比較して、大きな押し付け力を必要としない。極めて安定した衝撃弾性波をコンクリートに与えることができる。

また、伝振ロッド１６には、周囲にリング状に溝が形成されている。この溝に滑動リング１６ｃが２個取り付けられている。この滑動リング１６ｃは、伝振ロッド用貫通孔１５内において。伝振ロッド１６を円滑に往復動させる機能を有する。滑動リング１６ｃ又はダイアフラムによる隔壁を設けることにより、外気を遮断しコンクリートの破片、粉塵の侵入を防止することができる。図示例では２個の滑動リング１６ｃが示されているが、この個数に限定されないことは勿論である。

図４は板バネの一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
伝振ロッド１６は、その先端部１６ａがローラ１４から常時離れないように付勢する板バネ１７で保持されている。板バネ１７は、図示するように、略円形状の平板に円形の孔１７ａが開けられ、この円形孔１７ａの円周に、中心方向に向けて複数本の爪１７ｂが形成されている。各爪１７ｂの先端は同一方向に傾斜して形成されている。各爪１７ｂは、図４（ａ）に示すように、やや上向きに曲げられ、伝振ロッド１６を引き戻すようになっている。図示例に示される複数の円形の孔はネジ止め用の挿通孔である。

この板バネ１７は、例えば、ハンマーヘッド部４に開けた伝振ロッド用貫通孔１５の一端（図１と図２では上部）に、ネジ止めで取り付けられている。伝振ロッド１６は、複数本の爪１７ｂの先端に挟まれるように保持されている。

この非破壊試験用打撃装置１の試験中にローラ１４は回転するが、伝振ロッド１６の先端部１６ａは、板バネ１７の付勢力により軽くローラ１４に接しているので、ローラ１４の回転を阻害することがない。また、加振する際も伝振ロッド１６の先端部１６ａがローラ１４に触れる（打撃する）時間は瞬時のため、ローラ１４の回転を阻害しない。

伝振ロッド１６の先端部１６ａは金属材質が望ましい。金属製のローラ１４を打撃し、この伝振ロッド１６の打撃エネルギーをローラ１４に損失なく移動させるためである。エネルギーを保存させるべく、伝振ロッド１６の先端部１６ａの金属材質は、ローラ１４の金属材質と同じものが良い。

なお、伝振ロッド１６の後端部１６ｂは、その一部に打撃部３ａが当たる位置に、金属以外の他の素材で構成することができる。これは打撃部３ａが金属同士であると、一方又は両方が摩耗、あるいは火花を発しやすいからである。但し、弾性波をコンクリート等の構造物Ｃに伝播しやすいようにある程度の硬度は必要である。

このように本発明の非破壊試験用打撃装置１は、構造物Ｃの面とソレノイド電磁ハンマ間に、走行用のローラ１４を設け、このローラ１４により構造物Ｃと接触部の背面を伝振ロッド１６の後端部１６ｂを、可動プランジャー部３のハンマープランジャー９の打撃部３ａで打撃して加振する構成である。従来の車輪ブラケットの打撃方式では、ローラのベアリングを介し弾性波が伝搬するため伝搬損失と大きな押し付け力を必要とせず、安定性が向上する。

ハンマープランジャー９の打撃部３ａと伝振ロッド１６とを電気的に絶縁された状態にしておき、この打撃部３ａが伝振ロッド１６を打撃したとき、即ち打撃部３ａと伝振ロッド１６が接触したときに、電流が流れる構成にすることができる。このように打撃部３ａが伝振ロッド１６を打撃したときに、流れる電流をセンサ（図示せず）が検知し、このセンサからの電気信号を測定開始信号とすることで、極めて安定した計測ができる。

＜位置センサの構成＞
図５は位置センサを示す概略説明平断面図である。図６は位置センサとハンマープランジャーとの位置関係を示す断面図であり、（ａ）はハンマーヘッド部が下向き状態、（ｂ）はハンマーヘッド部が水平状態、（ｃ）はハンマーヘッド部が上向き状態である。
位置センサ２１は、図示するように、可動プランジャー部３のハンマープランジャー９の位置を確認する位置計測窓１８がプランジャーシリンダ１０に２か所設けられている。非破壊試験ではハンマーヘッド部４（ローラ１４）を常に下向き状態で検査するのではなく、ハンマーヘッド部４（ローラ１４）を上向き状態、更には水平状態、傾斜状態で試験することが多い。このとき重量がある可動プランジャー部３のハンマープランジャー９（打撃部３ａ）は引き戻しバネ１１で支持されているために、可動プランジャー部３（ハンマープランジャー９の打撃部３ａ）の位置が異なる。このとき電磁コイル８への電力量を調整することで、非破壊試験用打撃装置１の下向き又は上向き、又は水平状態、傾斜状態のいずれの状態でも打撃して正確に弾性波を構造物Ｃに入力することができる。

位置センサ２１は、例えば発光部２３の赤外線ＬＥＤを発光し、これを受光部２４で受光し、受光センサが感知することで、可動プランジャー部３（ハンマープランジャー９）が存在しないことを意味する。逆に受光部２４で受光しないときは、発光が可動プランジャー部３で遮断されたことを意味する。これにより、可動プランジャー部３の位置を確認することができる。なお、図５の平断面図に示すように、発光部２３と受光部２４の発光線を、円形の中心を通らない位置に配置したのは、この部分に引き戻しバネ１１が存在するからである。この引き戻しバネ１１の構成に対応して発光部２３と受光部２４の配置状態が決められる。

なお、受光部２４に代えて反射部（図示していない）を用いてもよい。このときは位置計測窓２２に位置センサ２１（発光部２３）から発光し、これを反射部で反射すれば、可動プランジャー部３のハンマープランジャー９が存在しないことを意味する。逆に反射部で反射しないときは、発光がハンマープランジャー９で遮断されたことを意味する。これにより、ハンマープランジャー９の位置を確認することができる。

例えば、ハンマーヘッド部４（ローラ１４）が下向き状態のときは、図６（ａ）に示すように、位置センサ２１を用いてハンマープランジャー９の位置を確認する。このときは、ハンマープランジャー９はその自重で引き戻しバネ１１が伸長する状態になり、位置センサ２１からこれを視認したときに、ハンマープランジャー９の変位位置を確認する。この図示例ではハンマープランジャー９が下端まできた状態を示している。

位置センサ２１がハンマープランジャー９の変位位置を認識しないときは、非破壊試験用打撃装置１が下向きの状態にあると判定し、電磁ソレノイド部２の励磁力を調整する。可動プランジャー部３（ハンマープランジャー９）打ち出し強度を調整する。

一方、ハンマーヘッド部４（ローラ１４）が上向き状態のときは、図６（ｃ）に示すように、位置センサ２１を用いてハンマープランジャー９の位置を確認する。このときは、ハンマープランジャー９はその自重で引き戻しバネ１１が収縮する状態になり、位置センサ２１から視認したときに、ハンマープランジャー９の変位位置を確認する。また、ハンマーヘッド部４（ローラ１４）が水平状態又は傾斜状態のときも、図６（ｂ）に示すように、位置センサ２１はハンマープランジャー９を視認しやすい。

位置センサ２１がハンマープランジャー９の変位位置を認識しないときは、非破壊試験用打撃装置１が下向きの状態にあると判定し、電磁ソレノイド部２の励磁力を調整して可動プランジャー部３の打ち出し強度を調整する。

このように、本発明の非破壊試験用打撃装置１は調整部５(位置センサ２１)を有するので、打撃操作でハンマーヘッド部４が上向き、又は下向きと向きが異なるときに、電磁コイル８への励磁力を調整する。そこで、非破壊試験用打撃装置１の下向き又は上向きのいずれの状態でも正確に振動検出（打音検査）をすることができる。

更に、非破壊試験用打撃装置１の水平状態、傾斜状態についても、この位置センサ２１が可動プランジャー部３（ハンマープランジャー９）の変位位置の認識範囲量を測定することにより、変位状態を確認することができる。このときも非破壊試験用打撃装置１が傾斜した状態にあると判定し、電磁コイル８の励磁力を調整し、可動プランジャー部３（ハンマープランジャー９）の打ち出し強度を調整する。

図７はハンマ指令とハンマ作動時間との関係を示すグラフであり、（ａ）はハンマーヘッド部が下向きのハンマ作動時間、（ｂ）はハンマーヘッド部が水平状態のハンマ作動時間、（ｃ）はハンマーヘッド部が上向きのハンマ作動時間である。
図６（ａ）に示すようにハンマーヘッド部４が下向きの場合は、既にハンマープランジャー９の自重が加わるため、これを吸引する電磁ソレノイド部２の通電時間は自重分を考慮して調整する（ｔ１）。そこで、下向きハンマ作動時間は、図７（ａ）に示すような時間で通電するように電磁ソレノイド部２の励磁力を調整する。

図６（ｂ）に示すようにハンマーヘッド部４が水平状態の場合は、ハンマープランジャー９の自重と関係なく、これを吸引する電磁ソレノイド部２の通電時間は、下向きの場合と比べて長く調整する（ｔ２）。水平状態のハンマ作動時間は、図７（ｂ）に示すような時間で通電するように電磁ソレノイド部２の励磁力を調整する。

図６（ｃ）に示すハンマーヘッド部４が上向きの場合は、ハンマープランジャー９の自重により、下向きの荷重がかかり、これを吸引する電磁ソレノイド部２の通電時間は、下向きの場合と比べて更に長く調整する（ｔ３）。水平状態のハンマ作動時間は、図７（ｃ）に示すような時間で通電するように電磁ソレノイド部２の励磁力を調整する。
ここでハンマ指令とはハンマ制御からの打撃指令パルスで、ハンマープランジャー９が伝振ロッド１６と打撃部３ａを打撃する指令パルスである。ハンマープランジャー９が伝振ロッド１６を打撃する最長作動時間より長い。
ハンマ作動時間とは、ハンマーヘッド部４の姿勢により位置センサ２１が作動するまでの時間をいう、ハンマーヘッド部４の姿勢による加速時間が自動的に変化し、衝突時の速度が一定となるように制御する。そこで、位置センサ２１の作動位置と、伝振ロッド１６と打撃部３ａとの間距離は一定になる。吸引トルクが一定になる。

＜リード弁（逆止弁）の構成＞
図８は調整部のリード弁の一例を示し、（ａ）は拡大断面図、（ｂ）は拡大正面図である。図９はリード弁の動作状態を示し、（ａ）はハンマープランジャーの動作で電磁ソレノイド部内が負圧状態、（ｂ）は加圧状態である。
調整部５には、可動プランジャー部３（ハンマープランジャー９）が電磁コイル８内で往復動する際に変化する内圧を調整するために、一方向のみに開くリード弁（逆止弁）３１が設けられている。このリード弁３１は、有底筒状の調整部５の一部に円周方向の周囲に軸方向に対して垂直に開けられた貫通孔３２に取り付けられている。リード弁３１は、この貫通孔３２と、透孔３３を有する弁座３４の間に挟まれた状態にある。

リード弁３１は図示するように、可撓性を有するシート材の一部に通気孔３５が数か所開けられた部材である。各通気孔３５は、調整部５の貫通孔３２側では通気可能な位置にあるが、弁座３４側では透孔３３の周囲に配置されるようになり、所定の圧力が掛かり、撓んだ状態にならないと、外部の空気がこのリード弁３１を通過しないようになっている。

図９（ａ）に示すように、弁座３４側からの空気は吸入するが、逆に図９（ｂ）に示すように、調整部５内からの空気は通気できない。但し、このシート材から成るリード弁３１は、ある程度の可撓性を有するので、電磁ソレノイド部２内での可動プランジャー部３が往復動することに支障はない。

このリード弁３１により、電磁コイル８の通電時にハンマープランジャー９が往復動する際に、電磁ソレノイド部２（電磁コイル８）内の空気が逃げ出さず、その空気抵抗によりエアダンパー効果を生じる。そこで、ハンマープランジャー９を緩慢に引き戻すことができ、電磁ソレノイド部２内部に埃を引き込みづらくなる。更に非破壊試験用打撃装置１自身による衝突音の発生を低減することができる。

＜システムの構成＞
図１０は本発明の非破壊試験用打撃装置を動作させるシステムの一例を示す系統図である。図１１は本発明の打撃装置の動作状態を示す動作フロー図である。
コンクリート壁面Ｗに、本発明の非破壊試験用打撃装置１のハンマーヘッド部４の打撃部となるローラ１４をコンクリート壁面Ｗに接触させる。このローラ１４でコンクリート壁面Ｗを打撃する。この打撃により構造物Ｃに弾性波を入力する。この弾性波は構造物Ｃに伝播し、加速度センサなどの受信装置４１が受信する。受信装置４１で受信した弾性波を電気信号に変換する。この電気信号から所定の周波数成分を取り出し、取り出した波形をパソコン４２に表示して解析する。その波形の解析の結果で変状部の有無と、その大小を判断する。コンクリート内のひび割れ、空洞、劣化等の変状部Ａについて、弾性波の波長の変化で発見する。

本発明の非破壊試験用打撃装置１による試験方法では、弾性波を入力するローラ１４を伝振ロッド１６で直接打撃するため弾性波の伝搬損失は軽微となる。ハンマープランジャー９と伝振ロッド１６は電気的に絶縁しており、打撃による伝振ロッド１６とローラ１４が接触した瞬間をセンサ（図示せず）が電気信号として検知することができる（符号２５、２６）。このセンサからの電気信号を測定開始信号とすることで、極めて安定した計測ができる。

図１０に示すように、非破壊試験用打撃装置１と受信装置４１は一般的に規定距離に配置する。静止時の受信装置４１（センサ）の出力と移動時の受信装置４１（センサ）の出力に差異が生じる問題がある。弾性波は単発波で反射しながら受信装置４１（センサ）に到達する拡散形減衰波形である、従って非破壊試験用打撃装置１が移動することでビームの中心から外れることにより、受信装置４１（センサ）の出力の低下が発生する。例えば、ＭＡＸ４００ｍｍ/ｓｅｃの場合４ｍｍ/１０ｍｓｅｃ中心から外れる反射距離が短いほど影響が大きい。その解決の方法として接触信号時の移動速度で増幅器４３の利得を自動的に制御する方法、これは手動で移動する速度変化が激しい場合に有効である。また、ロボット等で移動する場合にも同様に接触瞬時のロボットからの速度情報で、増幅の利得を制御することで解決できる。

更に、位置センサ２１では、ハンマーヘッド部４（ローラ１４）について下向き、上向き、水平状態又は傾斜状態の別を感知し、これを電気信号に変換する。この電気信号を増幅器４３で増幅し、増幅器４３で増幅された信号を整流器４４で直流に変換する。この電気信号から必要な電力量を解析して非破壊試験用打撃装置１の向きに応じて電磁コイル８への電力の強弱を調整する。これにより、打撃装置の下向き、上向き又は傾斜状態のいずれの状態でも正確に非破壊試験をすることができる。

なお、本発明は、水平、下向きの方向による変化に対応でき、コンクリート等の構造物Ｃの凹凸面に影響を受けることなく一定の加振力をコンクリート等の構造物Ｃに与えることができ、コンクリートの破片粉塵などの侵入を防止して、再現性が高く安定して計測することができれば、上述した発明の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明は、高速道路、鉄道のトンネル、建造物に限定されず、コンクリートその他の非破壊検査に利用することができる。

１ 非破壊試験用打撃装置
２ 電磁ソレノイド部
３ 可動プランジャー部
３ａ 打撃部
４ ハンマーヘッド部
５ 調整部
６ 電磁路ヨーク
８ 電磁コイル
９ ハンマープランジャー
１１ 引き戻しバネ
１２ バネ固定ネジ
１４ ローラ
１５ 伝振ロッド用貫通孔
１６ 伝振ロッド
１６ａ 伝振ロッドの先端部
１６ｂ 伝振ロッドの後端部
１７ 板バネ
１７ａ 円形孔
１７ｂ 爪
２１ 位置センサ
２３ 発光部
２４ 受光部
３１ リード弁
Ｃ 構造物

Claims (7)

1. 構造物（Ｃ）と常に接触しながら該構造物（Ｃ）内部の欠陥を非破壊試験する際に、該構造物（Ｃ）に弾性波を入力する非破壊試験用打撃装置（１）であって、
   コイルを巻回した電磁コイル（８）と、該電磁コイル（８）を収容する、略筒形状の電磁路ヨーク（６）とを具備した電磁ソレノイド部（２）と、
   前記電磁ソレノイド部（２）内に往復動自在に取り付けられた、磁性を有する筒形状のハンマープランジャー（９）の一端に打撃部（３ａ）を、他端に該打撃部（３ａ）を引き戻す引き戻しバネ（１１）を具備した可動プランジャー部（３）と、
   前記電磁ソレノイド部（２）に軸方向に隣接して取り付けられた、構造物（Ｃ）に当てるローラ（１４）と、該ローラ（１４）を打撃するために、伝振ロッド用貫通孔（１５）内に摺動自在になる伝振ロッド（１６）を具備したハンマーヘッド部（４）と、を備え、
   前記電磁ソレノイド部（２）とハンマーヘッド部（４）内に略気密状に取り付けられた前記可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の打撃部（３ａ）が、前記伝振ロッド（１６）を打撃すると、該伝振ロッド（１６）の打撃を受けた前記ローラ（１４）から構造物（Ｃ）に弾性波が伝播され、
   前記ハンマープランジャー（９）の打撃部（３ａ）が伝振ロッド（１６）を打撃したときに、打撃部（３ａ）から伝振ロッド（１６）へ流れる電流をセンサが検知し、この検知した電気信号を測定開始信号とするように構成された、ことを特徴とする非破壊試験用打撃装置。
2. 前記伝振ロッド（１６）は、
   前記伝振ロッド用貫通孔（１５）に取り付けられた、略円形状の平板に開けられた円形孔（１７ａ）に、該円形孔（１７ａ）の円周から該円形孔（１７ａ）の中心方向に向けて複数本形成された爪（１７ｂ）から成る板バネ（１７）が取り付けられ、
   該伝振ロッド（１６）の先端部（１６ａ）が、前記ローラ（１４）から常時離れないように保持されている、ことを特徴とする請求項１に記載の非破壊試験用打撃装置。
3. 前記電磁ソレノイド部（２）に軸方向に隣接して、有底円筒形状の調整部（５）を取り付け、
   該調整部（５）に、前記ハンマーヘッド部（４）の打撃方向が、上下方向、水平状態、傾斜方向で変化する際に、該可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の自重による位置変化を確認するために、該ハンマープランジャー（９）の変位位置を測定する発光部（２３）と受光部（２４）とから成る位置センサ（２１）を設けた、ことを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の非破壊試験用打撃装置。
4. 前記調整部（５）に、前記ハンマープランジャー（９）が往復動する際に、前記電磁路ヨーク（６）とハンマーヘッド部（４）内において変化する内圧を調整する、一方向のみに開くリード弁（３１）を設けた、ことを特徴とする請求項３に記載の非破壊試験用打撃装置。
5. 構造物（Ｃ）に弾性波を発生させる際に用いる打撃装置を制御する、非破壊試験用打撃装置（１）の制御方法であって、
   コイルを巻回した電磁コイル（８）と、該電磁コイル（８）を収容する、略筒形状の電磁路ヨーク（６）とを具備した電磁ソレノイド部（２）と、前記電磁ソレノイド部（２）内に往復動自在に取り付けられた、磁性を有する筒形状のハンマープランジャー（９）の一端に打撃部（３ａ）を、他端に該打撃部（３ａ）を引き戻す引き戻しバネ（１１）を具備した可動プランジャー部（３）と、前記電磁ソレノイド部（２）に軸方向に隣接して取り付けられた、構造物（Ｃ）に当てるローラ（１４）と、該ローラ（１４）を打撃するために、伝振ロッド用貫通孔（１５）内に摺動自在になる伝振ロッド（１６）を具備したハンマーヘッド部（４）と、を備えた非破壊試験用打撃装置（１）を用いて非破壊試験する際に、
   前記電磁路ヨーク（６）とハンマーヘッド部（４）内に略気密状に取り付けられた前記可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の打撃部（３ａ）が、前記伝振ロッド（１６）を打撃すると、該伝振ロッド（１６）の打撃を受けた前記ローラ（１４）から構造物（Ｃ）に弾性波を伝播させ、
   前記可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の自重による位置変化を測定する位置センサ（２１）により、該ハンマープランジャー（９）の上下方向、水平状態、傾斜方向への変位位置を確認し、該ハンマープランジャー（９）の打ち出し強度を調整し、
   前記ハンマープランジャー（９）の打撃部（３ａ）が伝振ロッド（１６）を打撃したときに、打撃部（３ａ）から伝振ロッド（１６）へ流れる電流をセンサが検知し、この検知した電気信号を測定開始信号とする、ことを特徴とする非破壊試験用打撃装置の制御方法。
6. 前記位置センサ（２１）は発光部（２３）と受光部（２４）とから成り、該位置センサ（２１）が前記可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の変位位置の認識範囲量を測定し、
   前記非破壊試験用打撃装置（１）が上下方向、水平状態、傾斜方向の状態の何れかであると判定し、前記電磁コイル（８）の励磁力を調整し、該可動プランジャー部（３）のハンマープランジャー（９）の打ち出し強度を調整する、ことを特徴とする請求項５に記載の非破壊試験用打撃装置の制御方法。
7. 前記電磁ソレノイド部（２）は、前記位置センサ（２１）が前記打撃装置の姿勢を測定し、その姿勢に応じて該電磁ソレノイド部（２）に流れる電流時間（加速時間）を自動的に補正する、ことを特徴とする請求項６に記載の非破壊試験用打撃装置の制御方法。

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