JPS62293151A

JPS62293151A - 物品の劣化診断方法およびその装置

Info

Publication number: JPS62293151A
Application number: JP61135007A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Honjo; 克彦本庄; Keiichi Sudo; 佳一須藤; Chiharu Nagano; 長野　千治; Junichi Masuda; 順一増田; Kishio Arita; 紀史雄有田; Koichi Kuratani; 倉谷　光一; Masaki Takei; 武井　雅樹
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-06-12
Filing date: 1986-06-12
Publication date: 1987-12-19
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPH0616030B2

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】３、発明の詳細な説明〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、物品の材質、亀裂量よび寿命等を含む劣化
特性を打撃による振動特性から測定し、物品の劣化状態
を診断する物品の劣化診断方法およびその装置に関する
。

（従来の技術）物品の劣化状態を診断する方法は種々あるが、第８図を
参照して従来の劣化診断方法を説明する。

この方法は一例としてマンホールの鉄蓋の劣化状態を診
断する方法について図示している。

第８図（ａ　＞は目視点検によってマンホール鉄蓋１の
劣化状態を診断しているものである。この方法は診断を
行なう点検者の肉眼２によってマンホール鉄蓋１の外観
を観察して行なうもので、マンホール鉄蓋１の表面側だ
けでなく、マンホール鉄蓋１を反対に引つ繰り返して裏
面側を観察することも必要である。また、マンホール鉄
Ｍ１に泥や塗装等がある場合には、これらを取り除いて
点検することが必要である。この方法は目に見えるよう
な亀裂がマンホール鉄蓋１に観察される程、亀裂が進ん
でいる場合に劣化状態を診断することができるが、外観
的に亀裂が現れていない場合には劣化状態を診断できな
い。また、亀裂状態から診断できたとしてもその精度は
非常に低く、寿命の推定は困難である。

第８図（ｂ）は浸透探傷法によつ：Ｃ診断する方法であ
り、浸透液３をマンホール鉄蓋１の表面に塗布し、この
浸透１３の浸透状態から劣化状態を点検者の目２によっ
て診断するものである。この方法もまたマンぜ−ル鉄蓋
１を反対に引っ繰り返したり、泥や塗装等を除去して行
なうことが必要である。また、浸透液を塗布する作業も
比較的長時間を必要とする。亀裂量の足固的検知および
寿命の推定は困難である。

第８図＜Ｃ＞は過電流探傷法によって診断する方法であ
り、過電流センサ４をマンホール鉄Ｍ１の全面に走査さ
せ、その検知信号を過電流検知器５によって検知し、過
電流の大きさから劣化状態を診断するものである。この
方法もまたマンホール鉄蓋１を反対に引っ繰り返して裏
面側も過電流センサで操作して診断することが必要であ
り、この操作のために作業時間が比較的長くかかるとと
もに、複雑な鍵穴等の近傍では診断はできない程、粘度
が低く、寿命の推定も困難である。

第８図（（１’）はマンホール鉄蓋１にハンマ６で打撃
を与え、その振動音を点検者が聴き、この振動音の具合
からマンホール鉄蓋１の劣化状態を点検者の聴覚によっ
て診断するものである。このような方法はマンホール鉄
蓋１のような単品でなく、例えば構造物等の欠陥や不良
を検査するのにも広く使用されているが、この方法も診
断の定量化が困難であるとともに、再現性、汎用性に劣
り、また寿命の推定は困難である。

（発明が解決しようとする問題点ａ上述した従来の物品の劣化診断方法は、比較的長（の労
力を必要とし、かつ作業時間も比較的長い上、精度が悪
く、亀裂量等の劣化特性の定量化や寿命の推定が困難で
あるという問題がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、打撃による振動特性の中の共振周波数お
よび減衰係数から物品の材質、亀裂量および寿命等の劣
化特性を適確に且つ高精度に検知する物品の劣化診断方
法およびその装置を提供することにある。

（発明の構成〕（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決するため、この発明の物品の劣化診断
方法は、被測定物に打撃を与え、この打撃により発生す
る被測定物の振動の共振周波数および減衰係数を測定し
、この測定した被測定物の共振周波数および減衰係数の
関係から被測定物の材質、亀裂量および寿命を含む劣化
特性を求めることを要旨とする。

また、この発明の物品の劣化診断装置は、予め形状、材
質、特性が判別されている基準物の打撃振動の共振周波
数および減衰係数の関係に対して基準物の材質、亀裂Ｗ
および寿命を含む劣化特性に関するデータを記憶してい
るデータベース手段と、被測定物を打撃する打撃手段と
、該打撃により発生する被測定物の振動の共振周波数お
よび減衰係数を測定する振動測定手段と、この測定した
被測定物の共振周波数および減衰係数の関係に対応する
前記データベース手段の前記データから被測定物の材質
、亀裂口および寿命を含む劣化特性を求める劣化演算手
段とを有することを要旨とする。

（作用）この発明の物品の劣化診断方法においては、被測定物に
打撃を与えて発生する振動の共振周波数および減衰係数
から被測定物の材質、亀裂量および寿命等の劣化特性を
求めている。

また、この発明の物品の劣化診断装置においては、被測
定物に打撃を与えて発生する振動の共振周波数および減
衰係数の関係に対応するデータベース手段のデータから
被測定物の材質、亀裂量および寿命等を求めている。

（実施例〉以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の一実施例にかかる物品の劣化診断装
置の構成を示すブロック図である。この実施例において
は、被測定物としてマンホール鉄蓋１の劣化状態を診断
する場合について説明している。マンホール鉄蓋１は例
えば小型の場合には半径３８．５０１ｎ、大型の場合に
は半径４６ＣＩ１１程度のものであるが、診断に当って
は防振材として礪能している厚さ２０−５０ｃｍ程度の
スポンジ８の上に設置される。スポンジ８上に設置され
たマンホール鉄Ｍ１はハンマ６−によって打撃、すなわ
ちインパルス打撃を与えられ、これによりマンホール鉄
蓋１から振動を発生させている。

マンホール鉄蓋１の中央には退勤センサ７が取りつけら
れている。この振動センサ７はハンマ６−によってマン
ホール鉄蓋１に打撃を与えてマンホール鉄蓋１から発生
する振動を検知し、電気信号に変換する。この電気信号
は増幅器９によって増幅されて、測定部１ｏに供給され
る。測定部１０はこの振動信号に対して後述するような
演算を行へって、該振動信号の共振周波数および減衰係
数を算出する。

測定部１０で舜出された共振周波数および減衰係数は劣
化演算部１１に供給される。この劣化演算部１１は後述
するように測定部１０から供給された共振周波数および
減衰係数に基づいて被測定物であるマンホール鉄Ｍ１の
材質を特定するとともに、マンホール鉄蓋１の亀裂量お
よび寿命を算出している。

更に詳細には、この劣化演算部１１においては、マンホ
ール鉄蓋１のような種々の被測定物を形状、種類別に分
類し、この分類毎において予め材質、特性等が判別して
いる被測定物を基準物とし、この基準物に対する共振周
波数および減衰係数に関するデータを作成し、これをデ
ータベース化して記憶している。そして、この基準物の
データベースと被測定物から測定したデータとを比較す
るとともに、そこから情報を作成して被測定物の材質、
亀裂け、寿命等を求めている。

このデータベースについて説明すると、上述したように
材質、特性等が判別している基準物に対して打撃振動試
験を予め行なって、この振動に対する共振周波数および
減衰係数のデータを求め、このデータに基づいて共振周
波数および減衰係数に対する材質、劣化、寿命の関係を
第５図に示すようなグラフとして作成しておき、これを
データベース化して記憶している。この振動試験では上
記基準物を新品から劣化が進んだものまでの種々のもの
について共振周波数および減衰係数に関するデータを求
め、このデータから未使用の新品と使用中のものとの境
界に相当する新品線Ｎおよび使用した結果取替が必要に
なったものと使用中だが取替の必要がまだないものとの
境界に相当する要取替線りを決定し、この新品線Ｎおよ
び要取替線りを第５図の示す、ようにグラフ中にプロッ
トしている。すなわち、このグラフにおいて、新品線Ｎ
より下の領域は新品域であり、要取替線りより上の領域
は劣化が進んでいろため取替を必要とする要取替域であ
る。また、新品線Ｎと要取替線りとの間は使用中のもの
で、まだ取替を必要としないものであるが、このグラフ
においては検査した基準物の材質をその引張強さＦＣで
示している。

なお、この新品線Ｎと要取替え線りとの門の領域を材質
判別域とする。

なお、第５図の新品線Ｎおよび要取替線りは共振周波数
ｆおよび減衰係数αから次式により表される。

新品線Ｎに対しては、 α＝Ａ／ｆ　＋３要取替線りに対しては、 α＝Ａ′／ｆ　＋３− 但し、Ａ、Ｂ、Ａ−，８−は定数である。

また、第５図のグラフには、新品線Ｎと要取替！ｉｉＤ
との間にわたって傾斜した実線が示されているが、これ
は物品の使用中における劣化状態を示す劣化傾き線であ
る。この劣化傾き線はある特定の物品の使用につれて、
この共振周波数および減衰係数の関係がこの劣化傾き線
に沿って新品線Ｎ側から要取替線り側へ移動することを
示しているものである。すなわち、物品は使用し劣化し
、亀裂量が増大するにつれて、共振周波数は低くなり、
また減衰係数は高くなるようにこの劣化傾き線に沿って
変化するのである。この劣化傾き線は物品によって固有
のものであり、この劣化傾き線もデータから作成され、
データベース化され、グラフに作成されるようになって
いる。

以上のように、本実施例においては、第５図に示す共振
周波数および減衰係数の関係に対する基準物品の各種特
性が予め求められ、これがデータベース化されているも
のである。

そして、被測定物からその材質や劣化状態等を得たい場
合には、この被測定物の打撃振動からその共振周波数お
よび減衰係数を求め、この共振周波数および減衰係数を
第５図のグラフに対応させることにより被測定物の材質
を特定化できるとともに、更に演算を行なうことにより
亀裂口や寿命等を算出することができるのである。例え
ば、被測定物の共振周波数ｆおよび減衰係数αを求めた
結果、その共振周波数ｆおよび減衰係数αが第５図にお
いて実線で示す劣化傾き線の中程の点Ｐ（ｆ、α）に位
はしたとすると、この点Ｐ　（ｆ　。

α）は劣化状態の進行程度を示すことになる。すなわち
、この点Ｐ　（ｆ　、α）から要取替線りに交わる点ま
での長さが寿Ｑに比例し、点Ｐ　（ｆ　、α）から新品
線Ｎに交わる点までの長さが亀裂量に比例するのである
。従って、この長さをこのグラフからそれぞれ算出する
ことにより正確な亀裂口および寿命を算出することがで
きるのである。なお、この劣化傾き線が第５図において
共振周波数を示す横軸に対して形成する角度をθとする
と、このθが劣化傾きを示すものである。

今、第５図において実線で示す劣化傾き線が新品線Ｎに
交わる点をＮｐおよび要取替ＩＤに交わる点をＤｏとし
、更に点Ｄｐと点Ｎｐとの長さをＸ　（Ｘ＝Ｄｐ　Ｎｌ
）　）　、点Ｐ　（ｆ　、α）と点Ｎｐとの長さをｘ　
　（ｘ　＝ＰＮｐ　）　、点Ｐ　（ｆ　、　ａ）と点Ｄ
ｐとの長さをｙ　　（ｙ　＝ＰＤｐ　）とし、まず亀裂
量の算出について説明する。

この場合には、ＡＥ（アコスティック・エミッション）
測定によって、ＡＥ発生数に対する亀裂１（Ｓ）を例え
ば被測定物としてマンホール鉄蓋について説明すると、
このマンボール鉄蓋が破壊に至るまでの亀裂量（亀裂面
積）を１００％として規格する（すなわら、第５図の劣
化傾ぎ線で点Ｎｐと点Ｄｐとの間の長さのＸ）とともに
、また亀裂Ｍ（Ｓ）は劣化傾き線において点Ｎｐと点Ｐ
（ｒ、α）との間の長さＸに比例するものであるので、
このＸを規格し、両者から劣化パラメータとして（ｘ／
Ｘ）を求め、この劣化パラメータ（ｘ　／Ｘ）に対する
亀裂ｆｆｉ　（Ｓ）を第６図に示すようなグラフとして
作成しておく。そして、この第６図のグラフから求めた
劣化パラメータ（ＸイＸ）に対する亀裂！（Ｓ）を求め
ることができるのである。

寿命の算出について説明する。寿命は第５図の劣化傾き
線において点Ｐ　（ｆ　、α）と点Ｄｐとの間の長さｙ
に比例するので、新品の寿命を１とすると、寿命は（Ｘ
−Ｘ）／Ｘから締出することができる。

以上のように、劣化演算部１１においては、予め求めて
第５図のように表されるデータベースおよび第６図に示
す劣化パラメータ（Ｘ／Ｘ）に対する亀裂！（Ｓ）の関
係に対して、被測定物から測定した共振周波数ｆおよび
減衰係数αの関係を対応させ、更に上述した演算を行な
うことにより被測定物の材質を特定し得るとともに、そ
の亀裂ｆｆ１（Ｓ）および寿命を算出することができる
のである。

第１図に戻って、このように劣化演算部１１で求められ
た材質、亀裂量（Ｓ）、寿命等のデータは、劣化演算部
１１からプリンタ１２に供給され、印字記録されるとと
もに、フロッピーディスク、磁気−ブ等からなるメモリ
１３に記憶されるのである。

第１図に示す一実施例の物品の劣化診断装置は以上よう
に構成されている。次に第２図および第３図のフローチ
ャートを参照して作用を説明する。

第２図において、まず、劣化状態を測定するための被測
定物であるマンホール鉄蓋１をスポンジ８の上に設置す
るとともに、マンホール鉄Ｍ１のほぼ中央に第４図に示
すように振動センサ７を取り付ける（ステップ１００）
。それから、ハンマ６′によってマンホール鉄蓋１に打
撃を与えるが、この打撃は第４図において点Ｐ１−Ｐ４
で示すようにマンボール鉄蓋１の中心と周縁部の間を均
等に４箇所、すなわちマンホール鉄蓋１の中点の鍵穴を
結ぶ線上の２点とこの線に直交する線上の２点の４囚所
を各１回ずつインパルス打撃するように一定の時間間隔
以上あけて行なう（ステップ１１０）。

この打撃によってマンホール鉄蓋１から発生する振動を
振動センサ７で検知し、振幅変位等を含む電気信号に変
換し、増幅器９に供給する（ステップ１２０）。増幅器
９で増幅された振動信号は測定部１０に供給され、こ−
の測定部１０において振動信号から共振周波数ｆおよび
減衰係数αを算出する。（ステップ１３０）。

ステップ１３０における共振波数ｆおよび減衰係数αの
算出方法について説明する。まず、測定部１０は増幅器
９から入力された例えば第７図に示すような減衰振動波
形を有する振動信号を−Ｈディジタル化して記憶する。

（ステップ１３１）。

このディジタル化された振動信号をＦＦＴ（高速フーリ
エ変換法）によりフーリエ変換し、オートパワーを求め
る（ステップ１３２）。この動作を前述した４つの打撃
に対する振動信号について求めて平均化して、共振周波
数ｆを求めるのである。

（ステップ１３３）。

また、ステップ１３１でディジタル化されて記憶された
振動信号はステップ１３４において同様にＦＦＴにより
波形スペクトル算出され、そのピークスペクトルのみが
抽出され、ピークスペクトル成分のみの波形を再現する
（ステップ１３５゜１３６）。そして、この再現波形か
ら振幅を絶対値化し、時間に対する振幅の包絡線を算出
する（ステップ１３７）。今、第７図に示すように、振
動信号の時刻ｔｉ（ｉ　＝１．２．３．・・・）におけ
る振幅をＩｉ　とすると、減衰係数αは次式のよう但し
、時刻ｔｉは時刻ｔｏより一定時間後を走査するもので
あり、ｎは走査点である。また、この場合、走査の時間
幅は１Ｏ−２００ｎｓであり、走査点数は２−９とする
。

上述したように、求めた振幅の包絡線から各時刻ｔｉに
おける振幅１ｉを算出し、これらの値を上式に代入する
ことにより減衰係数αが算出されるのである（ステップ
１３８）。

以上のように測定部１０で算出された共振周波数ｆおよ
び減衰係数αは劣化演算部１１に供給され、前述したよ
うにこの共振周波数ｆおよび減衰係数αの関係を前記デ
ータベースに対応させて、被測定物であるマンホール鉄
蓋１の材質を特定するとともに、その亀裂１ｉｔ（Ｓ）
および寿命を口出できるのである（ステップ１４０）。

劣化演算部１１におけるこの算出処理を第３図のフロー
チャートを参照して更に詳細に説明する。

劣化演算部１１は共振周波数ｆおよび減衰係数αを入力
されると、まず被測定物をその形状別に分類する（ステ
ップ２００．２１０＞。今、この分類の結果、被測定物
が当社、すなわらＮＴＴ保有の小型旧型マンホール鉄Ｍ
１であったとすると、この小型旧型マンホール鉄蓋１に
対して予め求めて記憶さ机ているデータベースから第５
図に示すようにグラフ化されたデータを読み出し、この
グラフ上に測定部１０から供給された共振周波数ｆおよ
び減衰係数αに対応する点Ｐ（ｆ、ｔα）を求める。そ
して、この点Ｐ　（ｆ　、α）から引張強さＦＣで丞さ
れる被測定物の材質を判別する（ステップ２２０）。

また、この被測定物である小型旧型マンボール鉄器１１
．：よって一意的に定まる固有の劣化傾きθを決定しく
ステップ２２５．２３０＞、劣化傾き線を第５図のグラ
フ上にプロットするとともに、前述した型取替線りおよ
び新品線Ｎを前述したステップ２３３．２３７に示す式
によりグラフ上にプロットする。この型取替線りおよび
新品線Ｎに対して劣化傾き線が交差する点Ｄｐおよび点
Ｎｐ、更に上記点Ｐ　（ｆ　、α）から前述したＸおよ
びＸを求め（ステップ２４０）、この値から劣化パラメ
ータ（Ｘ／Ｘ）を算出し、第６図に示すグラフからこの
劣化パラメータ（ｘ／Ｘ）に対する亀裂ω（Ｓ）を求め
る（ステップ２５０）。

また、同様に第５図において点Ｐ　（ｆ　、α）の劣化
傾き線に対する型取替線りおよび新品線Ｎとの交点、す
なわち点ＤＤおよび点Ｎｏから前述したｙ、すなわち（
Ｘ−Ｘ　’）を算出しくステップ２６０）、このｙ＠Ｘ
で割って、すなわちｙ／Ｘ＝（Ｘ−ｘ　）／Ｘを計算し
、寿命を算出するのである（ステップ２７０）。

以上のように劣化演算部１１の作用により被測定物であ
る小型旧型マンホール鉄蓋１の材質、亀裂ｆｆ１（Ｓ）
、寿命が算出されると、第２図のステップ１５０に戻り
、これらの値は劣化演算部１１からプリンタ１２に供給
されて、印字出力されるとともに、メモリ１３に記憶さ
れるのである。なお、プリンタ１２により印字出力され
る代りに例えばＣＲＴディスプレイに表示されてもよい
。

上記実施例においては、被測定物として小型旧型マンホ
ール鉄蓋１をあげて説明しているが、これに限定されず
、ハンドボール蓋、その他の金属材料物品、構造物の付
属金物、更には単品として取り外し可能な部品、構造物
、装置の劣化を推定するのに有効である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、被測定物に打
撃を与えて発生する振動の共振周波数および減衰係数の
関係から被測定物の材質、亀裂量および寿命等の劣化特
性を定釘的に求めているので、これらの劣化特性を高精
度かつ短時間で得ることができる。特に、被測定物に打
撃を与えるだけであるので、被測定物は破壊されること
もないし、また被測定物を反対に引っ繰り返したり、泥
や塗装等を取り除く必要もないため、作業性も優れてい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る劣化診断装置のブロ
ック図、第２図および第３図は第１図の装置の作用を示
すフローチャート、第４図は第１図の装置において被測
定物であるマンホール鉄蓋の打撃点を示す図、第５図は
第１図の装置の作用を説明するための共振周波数ｒおよ
び減衰係数αの関係を示すグラフ、第６図は第１図の装
置の作用を説明するための劣化パラメータ（Ｘ／Ｘ）と
亀裂ｆｆｉ　（Ｓ）の関係を示すグラフ、第７図は第１
図の装置で得られる振動波形を示す図、第８図は従来の
物品の劣化診断方法を種々示す図である。１・・・マンホール鉄蓋６・・・ハンマ７・・・振動センサ８・・・スポンジ１０・・・測定部１１・・・劣化演算部代理人　　弁理士　　　三　好　　保　男Ｏカ　　　　
　　　　　１００第６図ＩＩＩ　、ｔ（ｍｓ）（ｔＯ：ピーク振巾ａｍ）第８図（ａ）目視点検第　８図（ｃ）ｌ電ｙｌ探傷法第８図（ｂ）＋！透探傷法第８因（ｄ＞打撃法

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被測定物に打撃を与え、この打撃により発生する
被測定物の振動の共振周波数および減衰係数を測定し、
この測定した被測定物の共振周波数および減衰係数の関
係から被測定物の材質、亀裂量および寿命を含む劣化特
性を求めることを特徴とする物品の劣化診断方法。
（２）前記劣化特性を求める工程は、予め形状、材質、
特性が判別されている基準物に打撃を与えて基準物から
発生する振動の共振周波数および減衰係数の関係に対し
て新品域、要取替域、材質判別域を領域化し、該領域に
おける基準となる共振周波数および減衰係数の関係に対
して基準物に固有の劣化傾き特性を設定する工程と、上
記測定した被測定物の共振周波数および減衰係数の関係
の上記領域化された材質判別域における関係から被測定
物の材質を特定する工程と、上記測定した被測定物の共
振周波数および減衰係数の関係に対して対応する上記基
準劣化傾き特性を特定する工程と、該特定された劣化傾
き特性に対する上記新品域の関係からおよび上記劣化傾
き特性に対する上記要取替域の関係からそれぞれ被測定
物の亀裂量および被測定物の寿命を算出する工程とを有
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の物品
の劣化診断方法。
（３）予め形状、材質、特性が判別されている基準物の
打撃振動の共振周波数および減衰係数の関係に対して基
準物の材質、亀裂量および寿命を含む劣化特性に関する
データを記憶しているデータベース手段と、被測定物に
打撃を与える打撃手段と、該打撃により発生する被測定
物の振動の共振周波数および減衰係数を測定する振動測
定手段と、この測定した被測定物の共振周波数および減
衰係数の関係に対応する前記データベース手段の前記デ
ータから被測定物の材質、亀裂量および寿命を含む劣化
特性を求める劣化演算手段とを有することを特徴とする
物品の劣化診断装置。