JPH0786451B2

JPH0786451B2 - 打撃検査方法および装置

Info

Publication number: JPH0786451B2
Application number: JP2136299A
Authority: JP
Inventors: 秀利西川
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1989-08-29
Filing date: 1990-05-24
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPH03162644A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は打撃検査方法および装置に係り、特に構造物を
打撃することによって生じる反力変化を検出して構造物
の内部クラックや複合構造物の剥離状態を検出するのに
好適な打撃検査方法および装置に関する。

【従来の技術】

従来、構造物に発生しているクラック、あるいはハニカ
ム構造物の表面材とコアとの剥離のような複合材の内部
異常を検査する場合、構造物の表面をハンマによって打
撃し、この打撃音によって構造物にクラックや剥離があ
るか否かを検査することが行われている。このような検
査方法は、打撃音で判別するので、高い熟練度を要する
ものとなっている。したがって、最近では、ハンマにセ
ンサを取り付け、このセンサによって打撃時の反力変化
を捉えて、構造物に異常があるか否かを検査する方法も
提案されている。このようなセンサを利用した検査手段としてのタッピン
グハンマは、構造物を直接打撃するハンマヘッドに圧電
素子等のセンサを取り付け、連続的に検査面を打撃しつ
つセンサにより打撃反力を検出し、この検出信号により
構造異常の判別を行うものである。この場合、打撃力を
一定に保ちつつ広い検査面を走査する必要があるため、
タッピングハンマフレームに検査面に当接する脚を形成
して、ハンマヘッドと検査面の間隔を一定に保持するよ
うにし、かつハンマヘッドをソレノイド機構により連続
往復動作させつつ速い速度で検査面を走査させるように
している。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、上記従来のタッピングハンマでは、連続打撃
しつつ高速走査すると、打撃方向と走査方向が異なるた
めハンマに滑り摩擦力が加わってセンサの出力に雑音が
混入する問題があった。このため、走査速度に限界を生
じ、ある一定以上の高速走査ができない欠点があった。
また、検査面を直接ハンマヘッドにより打撃しながら走
査するため、ハンマヘッド自体が摩耗するという問題が
あった。しかも、センサが往復駆動されるハンマヘッド
に直接付帯されているため、センサ自体も高速に往復駆
動されてしまい、センサの出力リードワイヤが屈曲によ
って疲労し、疲労破損に至る問題も生じている。本発明は、上記従来の問題点に着目し、高速走行におい
ても雑音による出力劣化がなくて高い精度の検査能力を
もち、摩耗劣化の不具合がなく、およびセンサの出力リ
ードワイヤの疲労のないタッピングハンマを用い、検査
対象構造物の異常の程度を具体的に判定出力させること
のできる打撃検査方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本発明に係る打撃検査方法
は、検査構造物の表面を打撃して構造物の剥離等を検査
する打撃検査方法において、前記構造物に当接される接
触子を媒介にして当該接触子の頭部をハンマヘッドによ
り打撃して間接タッピングを行わせ、前記ハンマヘッド
または接触子の一方に設けた反力検出センサにより接触
子および構造物のバネ系の反力パルスを検出し、この複
合パルスの波形間隔により異常状態の判定をなす構成と
した。また、本発明に係る打撃検査装置は、往復駆動されるハ
ンマヘッドと同軸配置され検査面に直接接触される接触
子を設け、この接触子の頭部を前記ハンマヘッドの打撃
面とするタッピングハンマと、前記ハンマヘッドまたは
接触子の一方に設けた反力検出センサと、この反力検出
センサからの検出信号を入力し前記タッピングハンマに
よる打撃操作により生成され前記センサにより検出され
る複合パルスの波形間隔を演算するパルス間隔計算回路
と、予め基準パルス波形時間間隔を入力し検出演算され
た複合パルスの波形時間間隔とを比較して異常判定をな
す比較回路とを有する構成としたものである。

【作用】

本発明によれば、ハンマヘッドによる打撃は接触子を介
して検査面を間接的に行なわれるので、バネ定数の異な
る部材を打撃することになる。接触子のバネ定数は一定
と見做すことができるが、検査構造物は剥離等の内部異
常によりバネ定数が変化するとみなせる。したがって打
撃により検出されるセンサからの検出信号には二つの成
分が含まれ、検出パルスは複合パルスとなる。検査対象
物に構造異常がなければ両者剛体として複合パルスはほ
ぼ同時に検出され、異常があれば構造物側のパルス信号
は接触子側のパルス信号から時間的遅れを生じて検出さ
れる。この遅れは構造物の異常の程度によって相違する
ので、この時間遅れによって剥離の程度等を判別検出す
ることができるのである。したがって、間接タッピング
法によれば異常検出の有無のみならず、その程度をも同
時に検出することができるのである。

【実施例】

以下に、本発明に係る打撃検査方法および装置の具体的
実施例を図面を参照して詳細に説明する。第１図は第一実施例に係るタッピングハンマの断面図で
ある。図に示すように、このタッピングハンマ10はソレ
ノイドコイル12と鉄芯軸14からなる電磁ソレノイド機構
16を備えている。このソレノイド機構16は、図示のよう
に単動型でもよいが、双極型ソレノイド機構とすること
もできる。鉄芯軸14はその一端をスプリング18によって
一方向に弾圧付勢されているとともに、他端をソレノイ
ドコイル12から突出させ、これにハンマヘッド20を一体
的に取り付けている。このためハンマヘッド20は、電磁
ソレノイド機構16の鉄心軸14の駆動に伴い、軸方向に往
復動作されるものである。ハンマヘッド20は、駆動方向
と直交する断面内に圧電素子を積層したセンサ22を途中
に設けたサンドイッチ構造となっており、ハンマヘッド
20に生じる反力変化を検出し、出力リードワイヤ24を介
して後述する計測手段に出力するようにしている。前記
センサ22としては、圧力センサの他、力センサ、加速度
センサ、あるいは歪ゲージを用いることもできる。一方、電磁ソレノイド機構16の被覆ケース26には、上記
ハンマヘッド20を取囲むように、密閉カバー28が取り付
けられている。この密閉カバー28には前記ハンマヘッド
20と同軸的に配置された棒状の接触子30が装着され、そ
の頭部32を前記ハンマヘッド20に対面させるとともに、
先端を密閉カバー28から突出させている。密閉カバー28
における接触子30の貫通部は、当該接触子30の軸方向移
動を許容するようにガイド筒34とされ、かつ回転ができ
ないようにキー溝による嵌合状態とされている。密閉カ
バー28の内部にはハンマヘッド20や接触子頭部32と干渉
しないように内フランジ36が形成され、またこれに対向
して接触子30には外フランジ38が設けられている。そし
て、両フランジ36、38間に弾圧スプリング40を介装し
て、接触子30の外フランジ38が前記ガイド筒34に当接す
る方向に付勢させている。これにより接触子30は密閉カ
バーに対し略一定の位置を保持するようになっている。密閉カバー28から突出する接触子30の先端は構造物の検
査面42に当接することになるが、この実施例では接触摩
擦を抑制するために、当該先頭部にローラ44を設けてい
る。このため接触子30の先端に二股ブラケット46を設
け、これにローラ44を軸支させている。このように構成されたタッピングハンマ10を用いた検査
は、接触子30の先頭ローラ44を検査面に当接し、電磁ソ
レノイド機構16を駆動する。ローラ44を当接した状態で
は接触子30の外フランジ38がガイド筒34から若干離反し
て浮遊し、検査面42を仮想的に接触子頭部32と見做すこ
とができる。この状態で電磁ソレノイド機構16を起動す
ることによってハンマヘッド20が往復駆動し、密閉カバ
ー28の内部にて接触子頭部32を連続的に打撃する。ロー
ラ44を転がしながら検査面42を走査しつつセンサ22から
の出力を取込めば、各打撃によって生じた反力変化を検
出し、構造物の異常を検査することができるのである。このタッピングハンマによれば、接触子30を検査面42に
当て、ハンマヘッド20は接触子30を媒介にして打撃する
ため、ハンマヘッド20自体を検査面に走査させることが
なく、ハンマヘッド20の走査摩滅を防止することができ
る。また、ローラ44を介しての打撃であるため、ハンマ
ヘッド20と接触子頭部32は相対移動しないので、ローラ
44の許容する限り走査速度を上げてもセンサ22に不平衡
力は加わらず、高速走査が可能になる。また、打撃部分
を密閉カバー28によって覆う構成としているので、打撃
音が外に漏れることを抑制でき、もって騒音の少ないタ
ッピングハンマ10とすることができる。次に、第２図には第二実施例に係るタッピングハンマ10
Aを示す。これは前記センサ22を接触子30側に取り付け
たものである。このようにすることによって、センサ22
が直接往復動作することが防止される。この結果、出力
リードワイヤ24に打撃に伴う屈曲運動が発生しなくな
り、出力リードワイヤ24の屈曲疲労の発生を防止するこ
とができる。その他の構成は第一実施例と同様であるの
で、同一番号を付して説明を省略する。更に、第３図には第三実施例に係るタッピングハンマ10
Bを示す。これは前記第二実施例におけるローラ44に代
えて接触子30の先端にボール48を埋め込み、このボール
48の転がりによる転動を行なわせるようにしたものであ
る。この例ではローラ構造より遊びが少なくなり、検査
精度を向上させることができる。第４図は第四実施例のタッピングハンマ10Cを示す。前
記実施例においては接触子30をガイド筒34に挿通して上
下往復動作を行なわせるようにしているが、この実施例
では接触子30をゴム板50によって密閉カバー28の下端に
保持させた構造とした。これは円盤状のゴム板50によっ
て密閉カバー28の下端開口を密閉し、この中央に接触子
30を貫通させて弾性保持したもので、ゴム板50をダイヤ
フラム状に撓み運動できるようにして接触子30の軸方向
の往復動作ができるようにしている。この構成では接触
子30が軸方向以外に遊び運動することが防止され、ガイ
ド筒34の場合のような軸嵌合による摺動抵抗も低減され
る。そして、打撃力をダイレクトに検査面42に伝達する
ことができ、検出精度も向上させることができる。また、第５図は第五実施例に係るタッピングハンマ10D
を示している。これは第四実施例の変形例であり、前記
接触子30を保持するゴム板50に代えて板バネ52を用いた
例である。この場合も板バネ52は密閉カバー28の下端開
口を塞ぐように取り付けられ、板バネ52の中央部に接触
子30を貫通した状態にして保持している。これによりゴ
ム板50の場合と同様にダイヤフラム運動により接触子30
の軸方向の移動を許容しているのである。なお、上記実施例ではいずれも接触子30の先端に転動体
を設けた構成としたが、単なる棒状先端として滑り接触
させるようにしてもよい。上述のような各種構造例によって示したタッピングハン
マからの出力信号は、計測手段に取込むようにしている
が、まず、間接タッピングによる計測原理を説明する。上記接触子30を媒介にした間接タッピングでは、第６図
（１）に示すように、ハンマヘッド20の１打撃サイクル
において、二つのパスルＡ、Ｂ（Ｂ′）が検出される。
正常部の構造物を打撃する場合においては、パルスＡ、
Ｂ′の山がほぼ接近して重なり、ピークが二箇所の複合
パルスＣが検出される。これに対し、剥離のあるハニカ
ム構造物の欠陥部を打撃した場合には、第一のパルスＡ
と第二のパルスＢの如く、二つのパルスＡ、Ｂの検出時
間間隔が長くなり、独立した二つのパルスが並んだ波形
が検出される。このような検出波形を生じる間接タッピングハンマを数
学モデルとして示すと、第６図（２）に示すように、バ
ネ定数の異なった二つのバネ（K₁、K₂）をハンマヘッド
20からなるマス（質量）が落下して衝突したものに置換
される。下方のバネK₂が欠陥を有する構造物であり、上
方のバネK₁がローラ44、接触子30、ハンマヘッド20を含
めた硬いバネとなる。マスに関してはM₁、M₂が対応す
る。斯かる二種のバネ・マス系では、第６図（１）に示
すようなハンマの二度当りが発生することが実験により
確認されている。したがって、打撃を開始すると、最初
は第一のバネK₁が圧縮され、これが第二のバネK₂に伝達
される（同図ａ、ｂ、ｃ）。正常であれば第一のバネK₁
の圧縮過程（ｃ）から第二のバネK₂の圧縮反力が返り
（ａ、ｂ、ｃ、ｇ、ｈ）、パルスＢ′のように第二の山
が直ぐ立上がるが、構造物側のバネ定数K₂が低いと反力
が直ぐ返されずにバネK₂の収縮が継続する（ｄ、ｅ）。
そして第二のバネの定数K₂に応じた時間遅れの後、再接
触して反力が第一のバネK₁に伝達され、第二のパルスＢ
が検出される（ｆ、ｇ、ｈ）。このようなことから、検
査対象の構造物の打撃表面部のバネ定数によって検出パ
ルスＡ、Ｂ（Ｂ′）の検出時間間隔が異なる。バネ定数
は結局構造物の剥離等の欠陥が大きい程小さくなるの
で、パルスＡ、Ｂの間隔が大きいほど欠陥が大きいと判
断できる。上記モデルの解析から判別できるように、第一のパルス
Ａの立上がりと第二のパルスＢの立下がりの時間Ｔがハ
ンマヘッド20の１サイクルの正味打撃時間となり、正常
部では下のバネ定数K₂が硬くなるので、打撃時間はT₀の
ように短くなる。したがって、この打撃時間を比較して
ハニカム構造物等の複合材の欠陥や剛性を判定すること
ができる。そこで、上述した原理に基づいて行なわれる検査方法を
実現するために、センサ22からの検出信号を計測手段に
取込むようにしている。これは、第７図に示すように、
センサ22からの信号を入力するパルス間隔計算回路54を
備え、ここで１打撃サイクルにおけるパルス時間間隔を
演算し、計測されたパルス時間Ｔを比較回路56に出力す
るようになっている。また、パルス間隔計算回路54には
スイッチ58を介して基準パルス間隔T₀を入力する記憶部
60が接続され、打撃検査の開始に際して予め正常な構造
物を打撃して得られたパルス信号を基準信号として取込
み、記憶格納するようにしている。前記比較回路56は基
準パルス間隔記憶部60からの信号T₀とパルス間隔計算回
路54からの計測信号Ｔとを入力し、両データに基づき、
例えば基準値との偏差Ｒを次式、Ｒ＝（Ｔ−T₀）/T₀ ……（１）によって演算するようにしている。そしてこの結果を表
示装置62に出力させるようにしている。この表示装置62
としては、発光ダイオード表示等を用い、偏差の値Ｒの
大きさによって段階的に設定された閾値との比較をなし
て点灯数が異なるようにし、あるいは点灯色が変化する
ようにして表示させるようにしている。もちろんブザー
等による音声出力表示を行なわせることも可能である。
更に、必要に応じて外部デジタル出力装置64に偏差信号
を出力し、具体的な値として表示させることもできる。なお、この計測手段にはセンサ22の信号が入力されるハ
ンマ制御回路66が設けられ、センサ22の出力の値によっ
てハンマ駆動部68を介して電磁ソレノイド機構16に停止
あるいは打撃等のハンマ打撃制御信号を出力するように
している。前述の例では第一のパルスＡの立上がりから第二のパル
スＢの立下がりまでの時間Ｔを計測するようにしている
が、物理的意味を無視して欠陥等の度合いのみを判定す
るのであれば、両パルスＡ、Ｂの相対間隔、例えば両パ
ルスＡ、Ｂの立上がり時間間隔やピーク間隔、あるいは
両パルスＡ、Ｂによって囲まれる面積の比較等の相対性
の比較をなすようにすることも可能である。このような打撃検査方法では、検査処理を高速かつ連続
的に行ない、ハニカム構造物やウレタン充填に係る複合
材等の未充填検査等に利用し、欠陥の有無およびその程
度を的確に検査することができる。

【発明の効果】

以上説明したように、本発明によれば、構造物に当接さ
れる接触子を媒介にして当該接触子の頭部をハンマヘッ
ドにより打撃して間接タッピングを行なわせ、前記ハン
マヘッドまたは接触子の一方に設けた反力検出センサに
より接触子および構造物のバネ系の反力パルスを検出
し、この複合パルスのパルス間隔により異常状態の判定
をなすようにしたので、検査対象構造物の異常の程度を
具体的に判定出力させることができるという優れた効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一実施例に係るタッピングハンマの断面図、
第２図は第二実施例に係る同断面図、第３図は第三実施
例に係る同断面図、第４図は第四実施例に係る同断面
図、第５図は第五実施例に係る同断面図、第６図（１）
は間接タッピングによる検出波形の説明図、同図（２）
はその数学モデルの説明図、第７図は計測手段の構成図
である。 10、10A、10B、10C、10D……タッピングハンマ、16……
電磁ソレノイド機構、20……ハンマヘッド、22……セン
サ、28……密閉カバー、30……接触子、44……ローラ、
48……ボール。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査構造物の表面を打撃して構造物の剥離
等を検査する打撃検査方法において、前記構造物に当接
される接触子を媒介にして当該接触子の頭部をハンマヘ
ッドにより打撃して間接タッピングを行わせ、前記ハン
マヘッドまたは接触子の一方に設けた反力検出センサに
より接触子および構造物のバネ系の反力パルスを検出
し、この複合パルスの波形間隔により異常状態の判定を
なすことを特徴とする打撃検査方法。
【請求項２】往復駆動されるハンマヘッドと同軸配置さ
れ検査面に直接接触される接触子を設け、この接触子の
頭部を前記ハンマヘッドの打撃面とするタッピングハン
マと、前記ハンマヘッドまたは接触子の一方に設けた反
力検出センサと、この反力検出センサからの検出信号を
入力し前記タッピングハンマによる打撃操作により生成
され前記センサにより検出される複合パルスの波形間隔
を演算するパルス間隔計算回路と、予め基準パルス波形
時間間隔を入力し検出演算された複合パルスの波形時間
間隔とを比較して異常判定をなす比較回路とを有するこ
とを特徴とする打撃検査装置。