JPH03211443A - 建築材料の表面硬さ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は測定時に試験表面に載せた撃針にばね力でもっ
て衝突させる撃鉄と、その衝突後に該撃鉄の反発行程を
測定するための測定手段とを具備した建築材料例えばコ
ンクリートの表面硬さ測定装置に関する。

〔従来の技術〕

このような表面硬さ測定装置は所謂シュミットハンマー
として知られしかも多用されている。その基本原理は例
えばＣＨ−ＰＳ　２８３０９９に開示されている。冒頭
に述べたように、測定のために、コンクリート表面に載
せられた撃針に撃鉄がはね作用でもって衝突させられる
。撃鉄の打撃により、前方を球状に成形された撃針はコ
ンクリートに浅く貫入させられ、これにより打撃エネル
ギの一部が消費される。その後、残留エネルギにより撃
鉄は再びばね作用に抗して反発する。撃鉄の前進行程（
ばね作用開始時から撃針への衝突時までの行程）の百分
率で表わせられる反発行程を反発値Ｒと一般的に呼ばれ
る。この反発値Ｒはコンクリートの表面近傍での弾性お
よび塑性の特性を示す。

このような反発値Ｒから、特定の前提のもとてコンクリ
ートの圧縮強度が推測される。これは、特定の特定の反
発値Ｒに特定の圧縮強度を対応させた経験的な変換曲線
あるいは校正曲線を用いて行われる。

周知のシュミットハンマーでは、反発する撃鉄か追従指
針を伴い、これにより機械的な測定が行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

追従指針の上方終端位置において、撃鉄ケーシングに付
した目盛りによって反発行程を読み取ることかできる。

指針ロッドに案内される追従指針は移動時に所定の摩擦
抵抗を受けることになる。

一方では、追従指針が反発行程以上には進まず、他方で
は、撃鉄が追従指針によって過しく、に制動されないよ
うに、その摩擦抵抗は例えば５０ないし８０グラム程度
される。とりわけ、指針ロッドが汚れ易いので、所定の
摩擦抵抗を頻繁に検査して、その再調整を行うことが必
要とされる。その他の短所として、目盛りの読取易さを
考慮して、４０目盛り付けが比較的粗であるので、測定
精度はかなり低い。追従指針が読取り前にずれるのを防
止するために、測定値の読取りおよび記録は打撃直後に
撃鉄がまだ試験箇所に固く押し付けられてる間に行わな
ければならない。これは少なくとも不便てあり、成る打
撃位置ではきわめて困難である。

また、従来では、測定値の自動処理は不可能である。

かかる背景に鑑みて、本発明の課題は、特性値として導
入した反発値Ｒを撃鉄反発の無接触測定により自動的に
求め得る建築材料の表面硬さ測定装置であって、上述し
たような問題点を排除し得る建築材料の表面硬さ測定装
置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

かかる課題の解決手段は特許請求の範囲の各請求項に記
載されている通りである。

〔実施例〕

次に、添付図面を参照して、本発明による実施例につい
て説明する。

先ず、第１図ないし第３図を参照して、表面硬さ装置の
機械的構造について説明する。これらの図面にはそれぞ
れ表面硬さ測定装置の作動段階が示されている。すなわ
ち、第１図では初期状態が、第２図では測定開始直前の
緊張状態が、第３図では測定終了後の状態が示されてい
る。

表面硬さ測定装置は撃鉄５を具備し、この撃鉄５は引張
りばねとして形成された撃鉄ばね１１の作用により撃針
３に向かって発射される。撃針３は表面硬さ装置のケー
シング１の前方に設けられた案内筒１３内に移動自在に
保持される。撃針３の後方側には撃鉄５を移動自在に案
内する案内ロッド４が設けられる。案内ロッド４には捩
じれ阻止部材として案内板６が支持され、また撃鉄ばね
１１の引張りのために撃鉄５と係合するようになったレ
バー７も支持され、かかる係合はレバー７がケーシング
Ｍ２との衝合によって解放されて測定打撃が開始される
まで維持される（第２図）。

更に、案内板６とケーシング蓋２との間には圧縮ばねと
して形成された装填ばね１０が設けられ、この装填ばね
１０によりレバー７は案内板４および案内ロッド３と共
に各測定毎後に前方初期位置に押し留められ（第１１Ｎ
）、この位置でレバー７は次の撃鉄ばね１１の引張りの
ために再び撃鉄５と係合させられる。以上に述べた構成
は従来周知のコンクリート試験用表面硬さ測定装置と同
様であり、これ以上詳細な説明については省くことにす
る。

本発明によれば、従来の表面硬さ測定装置とは異なり、
撃鉄５の円筒形外面にはその全長に亘って光学的パター
ン８が設けられる。

このような光学的パターン８は主として交互に連続した
等しい幅の反射帯域と非反射帯域とから形成される。図
示の実施例においては、非反射帯域として吸光性筐料を
塗布した凹部帯域９と反射帯域として反射層から形成さ
れた外面帯域１６とが相前後して配置される。実際には
、凹部帯域９の溝幅あるいは外面帯域１６の帯幅は例え
ば０．４０−と著し小さく、合計約２９個の凹部帯域９
あるいは外面帯域１６が設けられる。光学的パターン８
に汚れがあってもその光学的検出を完全に保証するため
には、該光学的パターン８をあまり細かく形成しない方
が有利である。なお、以下に説明するように、測定精度
については、補間処理の導入により光学的パターンの微
細度以上に高められる。

ケーシングｌには光学走査ユニットとして赤外線発生器
／センサ１２が設けられる。光学走査ユニッ１−１２に
は矢印２１で示す箇所に撃鉄５の移動方向に対して直角
なスリット絞りが形成され、その位置が測定零点を表す
。このスリット絞りを通して、光学的パターン８は赤外
線ダイオードにより所定の入射角度で照射され、その反
射角度位置には該スリット絞りを通して反射された赤外
線を電気信号に変換する赤外線センサが設けられる。

光学的パターン８を持つ撃鉄５が光学走査ユニット１２
の前を通過すると、赤外線センサは明と暗を交互に検出
し、これにより光学走査ユニット１２に対する光学的パ
ターン８の通過時にその帯域数が数えられることになる
。

撃鉄５が撃針３を打撃した後に第３図に示す位置から反
発した際に検出される信号に基づいて、撃鉄５の反発行
程を以下に詳述するように把握することができる。

信号の検出時、単に光学的パターンの帯域数を数えるだ
けでなく、各帯域からスリット絞りを通して受光される
受光時間（または非受光時間）に概ね対応する時間を計
測すれば遥かに有利である。

この目的のために赤外線センサが“明″を検出すると、
直ちに作動するようになった時カウンタが設けられ、こ
の時間カウンタは光センサが明”を検出している間は作
動し続ける。時間カウンタが“暗”を検出すると、時間
カウンタは直ちに停止し、はぼ同時に再び始動する。要
するに、時間カウンタは（最初の始動時を除き）常にそ
れぞれの明るい帯域と暗い帯域との終わりに停止して再
び始動する。時間カウンタの作動のためにシュミット−
トリガ２２が用いられ、このシュミット−トリガ２２は
センサ２１に接続され、その動作点はほぼ波形センサ信
号の零点通過時にある。このような構成により、光学的
パターンの各々の帯域について固有の計測時間が得られ
て記憶される。

かくして、次の評価の基礎となる一連の計測時間か測定
結果として得られることになる。

第６図に示すように、センサ２１はカウンタとして機能
するマイクロコンピュータ２３にシュミット−トリガ２
２を介して接続され、該マイクロコンピュータ２３はま
た一連の計測時間の記憶および評価も行う。その結果と
して得られる反発値Ｒは表示装置２４に出力される。

以上のような時間測定によれば、測定結果を有利に評価
することが可能となる。これについて以下に詳述するが
、先ず第４図を参照して、測定手順を説明する。同図に
はそれぞれ（左から右へ）打撃作動の開始時、打撃時お
よび反発終了時での撃鉄５および撃針３が図示され、ま
たｈＡは撃鉄５の前進行程を示し、ｈ８はその反発行程
を示す。

なお、反発値Ｒは以下の通りである。

Ｒ＝　１００　Ｘ　（ｈａ　／ｈＡ　）また、第４図に
おいて、矢印はセンサ２１の位置を示し、ｈア、はセン
サ２１によって測定された撃鉄５の反発行程である。し
かしながら、実際の反発行程は値ｈＲ３に校正値ａを加
算することによって得られる。校正値ａはケーシング１
に対するセンサ２１の取付位置に拘わりなく、以下の測
定時間によって校正される。

第１図および第４図に示すように、撃鉄５に付された光
学的パターン８は両側でそれぞれ大きな幅の反射帯域１
４．１５で囲まれる。これらの反射帯域の幅は光学的パ
ターン８を形成する帯域の約３倍とされ、これにより撃
鉄５を保守のために繰り返し着脱した際にその一部が破
損したり、意図せず汚れたりした場合でも、撃鉄５の始
点あるいは終点での停止／始動カウンタの確実な作動が
保証される。

打撃作動開始後、撃鉄５は最初に下方に位置したセンサ
２Ｉを通過し、このとき連続した３０個の“明”信号と
２９個の“暗“信号（時間計測値）からなる信号パター
ンが得られる。この場合、最小の“明”信号と最後の“
暗”信号は互いに隣接する他の信号よりも著しく長い。

測定の初期段階、すなわち衝突段階でかかる信号パター
ンが認識されなければ、光学的パターン等に欠陥かあり
、このため反発行程の正確な測定が不可能であることが
分かる。したがって、そのような場合には、当該測定は
評価回路によって拒絶されるか、さもなければ次の反発
行程の測定が採用される。

光学的パターンの個々の帯域の長さが既知である場合、
打撃時に近い打撃段階の部分計測時間に基づいて、打撃
時での撃鉄５の速度、すなわち打撃エネルギを測定して
連続的に監視でき、これにより標準化された衝突エネル
ギの範囲内で測定を行うことが保証される。もしそうで
なければ、表面硬さ装置（特に撃鉄ばね１１）を検査し
なげればならない。

第４図の中央の図面から明らかなように、センサ２１は
打撃直前と打撃直後にも撃鉄５をまったく検出しない。

最後の長い“明”信号の終了から反転方向における同じ
“明”信号までの時間は反転時間Ｔ、とじて測定される
。これは評価において反発の開始を表し、かつ校正値ａ
の尺度となる。

したがって、校正値ａはその都度測定された反転時間Ｔ
、に基づいて評価時に計算により修正されるので、ケー
シング１内のセンサ２１の機械的校正は省かれる。

反発段階で最初の長い“明″信号が検出されると、“明
”信号と“暗”信号との測定が開始され、これは撃鉄５
か反発行程の終わりでの反転時に（きわめて短時間）停
止するまで続く。反発行程の終点近傍および反転直後に
最大の計測時間が検出され、その後再び短い計測時間が
検出される。

したがって、計測時間の最大値は反発行程終了時での上
方反転位置に概ね対応する。このとき反発行程時に検出
された一連の計測時間信号のどこで最大値が得られるか
を求めれば、連続信号に光学的パターン８の適当な位置
を正確に対応させることが可能となり、これにより撃鉄
５の反発行程り１．が得られる。

先に述べたように、光学的走査が汚れに対して過敏にな
らなように光学的パターン８の帯域は過度に細分化され
ていない。したがって、測定時間に基づく補間処理によ
り反発行程の終点となる反転位置が正確に求められ、こ
れにより適当な分割幅例えば０．４０ｍｍの分割幅より
も高い測定精度が得られることになる。

かかる補間処理を説明するために、第５図の５つのグラ
フには最大測定時間が概ね帯域番号７となるような５つ
の仮想打撃試験の計測時間が示されている。各グラフの
縦軸はその横軸に示した各帯域番号に対応する計測時間
を示す。

−格上のグラフでは、帯域番号７まで到達していない場
合が示され、それ以下のグラフでは帯域番号７の計測時
間が次第に増大し、最下位のグラフでは全帯域幅、すな
わち０．４０ｕ＋＋幅がセンサによって検出された場合
が示されている。帯域番号７での計測時間とそれに隣接
する計測時間の比較により補間処理が可能となる。補間
尺度として、例えば補間すべき帯域（７番）とその隣接
帯域（例えば８番）の計測時間の比が適当である。この
比Ｑに基づいて、記憶された経験的補間曲線からセンサ
でもって検出された反発行程の終わりでの帯域幅の分数
を求めることができる。なお、他の数量的補間法を用い
られ得ることは言うまでもない。

このような補間処理により、撃鉄５上の光学的パターン
８０分割幅以上の高い精度でもってその反発行程の測定
を行うことが可能となる。

光学的パターン８の個々の明るい帯域と暗い帯域とによ
って時間を計測する上述の方法の利点としては、光学的
パターン８の明暗コントラストを明るい帯域の計測時間
と暗い帯域の計測時間との比Ｔ　ＨＥＬＬ／　Ｔ　ＤＬ
ＩＮＫＥＬでもって監視し得る点が挙げられる。すなわ
ち、この比か約１である場合には、光学的パターン８の
明暗コントラストは良好である。暗い帯域の計測時間が
増えると、つまりかかる比カ月よりも著しく小さくなっ
て、明暗コントラストが低下すると、光学的パターン８
が汚れていると推測され得る。上記比が所定値以下とな
った場合には、光学的パターン８を清掃することが必要
となる。

〔発明の効果〕

以上の記載から明らかなように、本発明によれば、過酷
な使用条件下でも反発値Ｒを適切かつ正確に測定するこ
とが可能となる。特に、打撃時の強い機械的振動や衝撃
か無接触測定に不利な影響を及ぼさない。また、コンク
リート粉塵による汚れの影響や装置の磨耗による問題も
克服し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は表面硬さ測定装置を打撃作動開始状態で示す縦
断面図、第２図は第１図と同様な縦断面図であって、撃
鉄ばねを緊張状態で示す図、第３図は第１図と同様な縦
断面図であって、撃鉄を図打撃位置で示す図、第４図は
撃鉄の３つの代表的な位置を光学走査ユニットとの関係
で示した説明第６図は評価回路のブロック図である。 １・・・ケーシング ２・・・ケーシング蓋 ３・・・撃針 ４・・・案内ロッド ５・・・撃鉄 ６・・・案内板 ７・・・レバー ８・・・光学的パターン ９・・・凹部帯域 ｌＯ・・・装填ばね 】１・・・撃鉄ばね １２・・・赤外線発生器／センサ １３・・・案内筒 １６・・・外面帯域 ｚ　ｊ４’＋ｂ’／８９＋０１１１２１３勺」 手 続 補 正 書（方式） ％式％ 事件の表示 平成２年特許願第３３３４７１号 ２゜ 発明の名称 建築材料の表面硬さ測定装置 ３゜ 補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、測定時に試験表面に載せた撃針（３）にばね作用で
   もって衝突させる撃鉄（５）を内蔵し、その衝突後に該
   撃鉄の反発行程を測定するための測定手段（１２）を設
   けたケーシング（１）を具備する建築材料の表面硬さ測
   定装置において、前記撃鉄の少なくとも全長および外周
   の一部には光学的パターン（８）が形成され、前記ケー
   シングには光学走査ユニット（２１）が設けられ、少な
   くとも前記撃鉄の反発時に前記光学的パターンが前記光
   学走査ユニットでもって走査され、これにより前記撃鉄
   の反発行程の終わりでの該撃鉄の反転位置が求められる
   ことを特徴とする建築材料の表面硬さ測定装置。 ２、請求項１に記載の建築材料の表面硬さ測定装置にお
   いて、前記光学走査ユニット（２１）が発光器と隣接し
   て配置されたセンサからなり、前記光学的パターン（８
   ）が前記発光器の光を前記センサに反射させる反射帯域
   （１６）と、該発光器の光を実質的に該センサに反射さ
   せない非反射帯域（９）とからなることを特徴とする建
   築材料の表面硬さ測定装置。 ３、請求項２に記載の建築材料の表面硬さ測定装置にお
   いて、前記非反射帯域が細溝状の吸光性凹部（９）とし
   て前記撃鉄の表面に設けられることを特徴とする建築材
   料の表面硬さ測定装置。 ４、請求項２に記載の建築材料の表面硬さ測定装置にお
   いて、前記発光器および前記センサが赤外線波長領域で
   作動し、前記撃鉄（５）が前記反射帯域（１６）で赤外
   線反射層を備えていることを特徴とする建築材料の表面
   硬さ測定装置。 ５、請求項１から４までのいずれかに記載の建築材料の
   表面硬さ測定装置において、前記光学走査ユニット（２
   １）が評価回路（２２、２３）と接続され、この評価回
   路では時間カウンタが前記反射帯域（１６）から前記非
   反射帯域（９）への移行およびその逆の移行に停止され
   かつその直後に始動させられ、前記評価回路が測定され
   ら計測時間を記憶する記憶手段と、測定／記憶された計
   測時間を評価するための処理手段とを具備することを特
   徴とする建築材料の表面硬さ測定装置。 ６、請求項５に記載の建築材料の表面硬さ測定装置にお
   いて、前記評価回路（２２）が計測時間に基づく補間処
   理でもって前記撃鉄の反転位置を前記反射帯域および前
   記非反射帯域の個々の配置間隔以上の精度で求める処理
   手段（２３）を具備することを特徴とする建築材料の表
   面硬さ測定装置。 ７、請求項５に記載の建築材料の表面硬さ測定装置にお
   いて、前記撃鉄（５）を基準として、該撃鉄が衝突位置
   で前記光学走査ユニット（２１）の下方に達するように
   該光学走査ユニットが位置決めされて前記ケーシング（
   １）に配置され、その対応距離（ａ）が衝突時の撃鉄の
   反転計測時間から検出され得る前記撃鉄の反発行程の始
   点位置を求めるべく前記走査ユニットの位置が校正され
   ることを特徴とする建築材料の表面硬さ測定装置。 ８、請求項２から７までのいずれかに記載の建築材料の
   表面硬さ測定装置において、前記光学的パターン（８）
   が前記光学走査ユニット（２１）を確実に作動させ得る
   ようにするために少なくとも前記撃針（３）との反対側
   端部で通常の帯域ひょりも大きい幅の帯域（１５）を具
   備することを特徴とする建築材料の表面硬さ測定装置。 ９、請求項８に記載の建築材料の表面硬さ測定装置にお
   いて、前記光学的パターン（８）がその両端側でそれぞ
   れ大きい幅の帯域（１４、１５）を具備することを特徴
   とする建築材料の表面硬さ測定装置。 １０、請求項１から９までのいずれかに記載の建築材料
   の表面硬さ測定装置において、前記撃鉄（５）が一度目
   に前記撃針（３）の方向に移動する際にその衝突前に前
   記光学的パターン（８）が完全に走査され、前記撃鉄の
   反発行程で前記光学的パターンの一部の二度目の走査が
   行われるように前記光学走査ユニット（２１）が前記ケ
   ーシング（１）に配置され、前記光学的パターンが一度
   目の走査で完全に検出された場合だけ二度目の走査につ
   いて評価が行われることを特徴とする建築材料の表面硬
   さ測定装置。 １１、請求項５から７までのいずれかに記載の建築材料
   の表面硬さ測定装置において、前記撃鉄（５）を基準と
   して、前記光学的パターン（８）が前記撃針（３）に衝
   突する直前まで走査可能であるように前記光学走査ユニ
   ット（２１）が位置決めされて前記ケーシング（１）に
   配置され、測定時間から衝突時での前記撃鉄の速度が前
   記評価回路（２２、２３）でもって求められ、基準速度
   からの誤差が過大である場合には測定が拒絶され得るこ
   とを特徴とする建築材料の表面硬さ測定装置。 １２、請求項５から７までのいずれかに記載の建築材料
   の表面硬さ測定装置において、前記評価回路（２２、２
   ３）では前記反射帯域（１６）で測定された計測時間と
   前記非反射帯域（９）で測定された計測時間とが比較さ
   れ、誤差が大きい場合に誤差メッセージが発せられるこ
   とを特徴とする建築材料の表面硬さ測定装置。