特許 7125712 構造物における非破壊試験装置及びその非破壊試験方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-17

(45)【発行日】2022-08-25

(54)【発明の名称】構造物における非破壊試験装置及びその非破壊試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/04 20060101AFI20220818BHJP

   G01B 17/00 20060101ALI20220818BHJP

   G01M 99/00 20110101ALI20220818BHJP

【ＦＩ】

G01N29/04

G01B17/00 B

G01M99/00 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018187652

(22)【出願日】2018-10-02

(65)【公開番号】P2020056688

(43)【公開日】2020-04-09

【審査請求日】2021-07-14

(73)【特許権者】

【識別番号】390021577

【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】596102528

【氏名又は名称】株式会社オンガエンジニアリング

(73)【特許権者】

【識別番号】000172813

【氏名又は名称】佐藤工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001335

【氏名又は名称】弁理士法人 武政国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】阪本 泰士

(72)【発明者】

【氏名】川合 良治

(72)【発明者】

【氏名】田川 謙一

(72)【発明者】

【氏名】松橋 貫次

(72)【発明者】

【氏名】栗原 秀夫

(72)【発明者】

【氏名】栗原 陽一

(72)【発明者】

【氏名】歌川 紀之

【審査官】嶋田 行志

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３００８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８３３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９０３５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－Ｇ０１Ｎ ２９／５２

Ｇ０１Ｂ １７／００－Ｇ０１Ｂ １７／０８

Ｇ０１Ｍ １３／００－Ｇ０１Ｍ １３／０４５

Ｇ０１Ｍ ９９／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造物（Ｃ）について、弾性波を利用して非破壊試験をする構造物における非破壊試験装置（１，４１）であって、
前記構造物（Ｃ）内に弾性波を入力する入力装置（２）と、
前記構造物（Ｃ）で伝播した弾性波を受信する受信装置（４）と、
前記構造物（Ｃ）の表面において、前記入力装置（２）と受信装置（４）が、所定の押圧力に達しているかを測定する押圧力センサ（５）と、
前記押圧力センサ（５）の測定結果に応じて、前記入力装置（２）と受信装置（４）の押圧力を調節する押圧力制御機構（６）と、を備え、
前記入力装置（２）を前記構造物（Ｃ）の表面に当て、前記押圧力制御機構（６）により、前記入力装置（２）と受信装置（４）が所定の押圧力に維持された状態で、該入力装置（２）から弾性波を該構造物（Ｃ）内に入力し、該受信装置（４）が該構造物（Ｃ）内で伝播した弾性波を受信することにより、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（Ｃ）内部の欠陥、背面空洞の有無、その欠陥の位置までの距離を測定するように構成し、
前記押圧力センサ（５）は、前記入力装置（２）の周囲において前記構造物（Ｃ）に先端部分が接触可能に複数の箇所に設けられ、前記構造物（Ｃ）の表面に凹凸がある場合又は前記構造物（Ｃ）の表面が傾斜している場合に対応した測定値を採取可能に構成され、
複数の箇所に設けられる前記押圧力センサ（５）で採取した測定値を用いて前記押圧力制御機構（６）による押圧力の調節が行われる、ことを特徴とする構造物における非破壊試験装置。

【請求項2】

前記入力装置（２）と受信装置（４）は、一体化したものである、ことを特徴とする請求項１の構造物における非破壊試験装置。

【請求項3】

構造物（Ｃ）について、弾性波を利用して非破壊試験をする構造物における非破壊試験方法であって、
前記構造物（Ｃ）の表面に、弾性波を入力する入力装置（２）を当接させ、
前記入力装置（２）が、該構造物（Ｃ）に所定の押圧力で接しているかどうかを測定し、
前記入力装置（２）の該構造物（Ｃ）への押圧力が所定の値のときに、弾性波を発生させて該入力装置（２）から該構造物（Ｃ）内に入力し、
前記構造物（Ｃ）の表面に当てた受信装置（４）で、該構造物（Ｃ）で伝播した弾性波を受信し、
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、前記構造物（Ｃ）内部の欠陥、背面空洞の有無、その欠陥の位置までの距離を測定するものであり、
前記所定の押圧力で前記構造物（Ｃ）の表面に前記入力装置（２）が接しているかどうかを測定するための押圧力センサ（５）が測定に用いられ、
前記押圧力センサ（５）は、前記入力装置（２）の周囲において前記構造物（Ｃ）に先端部分が接触可能に複数の箇所に設けられ、前記構造物（Ｃ）の表面に凹凸がある場合又は前記構造物（Ｃ）の表面が傾斜している場合に対応した測定値を採取可能に構成され、
複数の箇所に設けられる前記押圧力センサ（５）で採取した測定値を用いて押圧力制御機構（６）による押圧力の調節が行われる、ことを特徴とする構造物における非破壊試験方法。

【請求項4】

構造物（Ｃ）について、弾性波を利用して非破壊試験をする構造物における非破壊試験方法であって、
前記構造物（Ｃ）の表面に、入力装置（２）から弾性波を入力する際に、該入力装置（２）を作動させる非破壊試験装置（１）が、該構造物（Ｃ）の表面における所定の押圧力に達したときに、該入力装置（２）で弾性波を入力し、
受信装置（４）で前記構造物（Ｃ）に伝播する弾性波を受信し、かつ収集した弾性波のデータを記録し、
弾性波に異常があるときに、該当箇所（変状部）にマーキング装置（２８）でマーキングし、
更に、弾性波に異常がある該当箇所（変状部）を、カメラ（２６）で撮影し、
前記データとマーキング個所について解析することにより、該構造物（Ｃ）に生じたひび割れ、空洞、劣化などの欠陥個所（変状部）について修理・補修する個所と判定するものであり、
前記所定の押圧力で前記構造物（Ｃ）の表面に前記入力装置（２）が接しているかどうかを測定するための押圧力センサ（５）が測定に用いられ、
前記押圧力センサ（５）は、前記入力装置（２）の周囲において前記構造物（Ｃ）に先端部分が接触可能に複数の箇所に設けられ、前記構造物（Ｃ）の表面に凹凸がある場合又は前記構造物（Ｃ）の表面が傾斜している場合に対応した測定値を採取可能に構成され、
複数の箇所に設けられる前記押圧力センサ（５）で採取した測定値を用いて押圧力制御機構（６）による押圧力の調節が行われる、ことを特徴とする構造物における非破壊試験方法。

【請求項5】

前記弾性波を利用して非破壊試験をした変状部の深さと範囲を、データベース（３２）の変状部情報データベース（３４）にデータとして記録する、ことを特徴とする請求項４の構造物における非破壊試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリート等の構造物に生じたひび割れ、空洞、劣化、及び鉄橋のようなコンクリートと一体になった金属製構造物に生じた内部欠陥などの欠陥個所（変状部）について、弾性波などを用いて非破壊試験により点検する技術に係り、特に試験装置を構造物に確実に押し当てて点検することができる構造物における非破壊試験装置及びその非破壊試験方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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。コンクリートの欠陥に関しては、曲げ・ひび割れ深さ及び注入材の充填度、疲労によるコンクリート内部のひび割れ、鉄筋腐食に伴う鉄筋コンクリート界面の状況、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。更に、長期間にコンクリート構造物には各種要因により空洞が発生することがある。このような空洞の存在はコンクリート構造物の強度劣化に大きな影響を与えるものであり、空洞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。

【0003】

鋼橋やコンクリート橋のような橋梁についても、その維持管理のために各種の検査が行われている。鋼橋の金属製構造物について様々な非破壊試験により点検されている。例えば金属製構造物の異常、表面疵及び内部欠陥の試験には超音波探傷試験（垂直、斜角、ＳＨ波等）、超音波厚さ測定、磁粉探傷試験、浸透探傷試験、亀裂深度計による亀裂深さ検査、ＡＥ検査、塗膜劣化センサによる塗膜性能検査が実施されている。

【0004】

コンクリートに関する物性及び欠陥については、種々の試験方法で試験又は点検されている。コンクリートの物性及び欠陥評価において、評価指標としての弾性波伝播特性（伝播速度、振幅及び周波数スペクトル）の特徴とその役割を明確にする必要がある。このコンクリートの物性に関してはセメントの凝結硬化性状が評価対象となる。

【0005】

セメントの凝結硬化性状、曲げ、ひび割れ、深さについて種々の非破壊試験方法がある。更に、注入材の充填度、疲労によるコンクリート内部のひび割れ、鉄筋腐食に伴う鉄筋コンクリート界面の状況について種々の非破壊試験方法がある。例えば、弾性波を利用した非破壊試験には、衝撃弾性波法、超音波法等がある。その他に、打音によりコンクリート中に弾性波を発生させ、この弾性波がコンクリート表面から空気中に放射されたものを測定する打音法がある。この打音法はコンクリートのひび割れ及び剥離、内部空隙範囲の検出に利用されている。更に、コンクリートのひび割れに伴って発生し伝搬する弾性波を検出し、コンクリート表面にＡＥ変換子（センサ）を設置して検出するアコースティック・エミッション（ＡＥ Acoustic Emission)法がある。このＡＥ法はコンクリートのひび割れの発生・進展位置の検出に利用されている。

【0006】

衝撃弾性波法は、入力装置としてハンマ、鋼球等が用いられる。この入力装置は主に人の作業により駆動される。受信装置は加速度センサ、ＡＥセンサ等が用いられる。この試験方法の弾性波は、波長が長く、エネルギーが大きいという性質がある。この試験方法は、再現性のある弾性波を入力することが困難であるが、実構造物での実績が多い。

【0007】

一方、超音波法は、入力装置として探触子、ＡＥセンサ等が用いられる。この入力装置は電圧の制御で駆動される。受信装置は探触子、ＡＥセンサ等が用いられる。この試験方法の弾性波は、波長が短く、エネルギーが小さいという性質がある。この試験方法は、再現性のある弾性波を入力することが可能であるが、実構造物での実績が少ない。

【0008】

衝撃弾性波法によるコンクリートの物性及び欠陥についての非破壊試験に関する技術として、例えば特許文献１の特開２０００－１３１２９０公報「コンクリートの非破壊検査装置」のように、外力を加えられたコンクリートから発生する振動を振動信号として検出する信号検出手段と、上記振動信号を複数の所定の周波数帯域毎の時系列信号に変換する変換手段と、上記時系列信号の最大値を上記周波数帯域毎に抽出する抽出手段と、上記各最大値をあらかじめ設定された上記周波数帯域毎の振動基準値と比較する比較手段とを備えたコンクリートの非破壊検査装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２０００－１３１２９０公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

このように衝撃弾性波法は、測定が容易であり、入力する弾性波の波長が長く、エネルギーが大きいため減衰しにくく、コンクリートの実構造物での計測においてよく利用されている。しかし、弾性波の入力にハンマや鋼球を使用するため、打撃する人によりその打撃力が均一になりにくく、測定誤差が生じやすいという問題を有していた。

【0011】

図８に示すように、非破壊試験装置５１は、衝撃弾性波法では機械式の打撃ハンマが使用されるようになり、広範囲の点検が可能になった。非破壊試験装置５１は支持装置５２で支えられ、トンネルＣの縦壁面、更には天井面において試験しながら移動させる。このとき支持装置５２は、台車に設けられた昇降装置、アームなどがある。

【0012】

しかし、トンネル内では平坦な面より湾曲面が多い、更には凹凸面も有する。このような湾曲面又は凹凸面がある個所では、入力装置としての打撃ハンマ、鋼球を機械的に作動させる非破壊試験装置５１が正確に測定できない場合がある。例えば、コンクリート構造物Ｃの湾曲面では入力装置との間隔が相違すると、非破壊試験装置５１の押圧力が異なるために均一に弾性波を入力できなくなる。同様にコンクリート構造物Ｃ内を伝播した弾性波を正確に受信できなくなり、測定に誤差が生じやすいという問題を有していた。

【0013】

また、衝撃弾性波法は、コンクリート構造物の表面が打撃により塑性変形、場合によっては表面の一部が破壊することがあった。そのため、打撃による入力波形や得られる弾性波の指標にばらつきが生じやすいという問題を有していた。

【0014】

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、弾性波を入力、受信する試験装置の押圧力を測定することで、コンクリート等の構造物内に弾性波を入力する際に、入力装置から適正な押圧力で弾性波を入力すると共に、構造物の表面において、受信装置から適正な押圧力で弾性波を受信することにより、精度の高い非破壊試験ができる構造物における非破壊試験装置及びその非破壊試験方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

第１の本発明の非破壊試験装置は、構造物（Ｃ）について、弾性波を利用して非破壊試験をする構造物における非破壊試験装置（１，４１）であって、
前記構造物（Ｃ）内に弾性波を入力する入力装置（２）と、
前記構造物（Ｃ）で伝播した弾性波を受信する受信装置（４）と、
前記構造物（Ｃ）の表面において、前記入力装置（２）と受信装置（４）が、所定の押圧力に達しているかを測定する押圧力センサ（５）と、
前記押圧力センサ（５）の測定結果に応じて、前記入力装置（２）と受信装置（４）の押圧力を調節する押圧力制御機構（６）と、を備え、
前記入力装置（２）を前記構造物（Ｃ）の表面に当て、前記押圧力制御機構（６）により、前記入力装置（２）と受信装置（４）が所定の押圧力に維持された状態で、該入力装置（２）から弾性波を該構造物（Ｃ）内に入力し、該受信装置（４）が該構造物（Ｃ）内で伝播した弾性波を受信することにより、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（Ｃ）内部の欠陥、背面空洞の有無、その欠陥の位置までの距離を測定するように構成し、
前記押圧力センサ（５）は、前記入力装置（２）の周囲において前記構造物（Ｃ）に先端部分が接触可能に複数の箇所に設けられ、前記構造物（Ｃ）の表面に凹凸がある場合又は前記構造物（Ｃ）の表面が傾斜している場合に対応した測定値を採取可能に構成され、
複数の箇所に設けられる前記押圧力センサ（５）で採取した測定値を用いて前記押圧力制御機構（６）による押圧力の調節が行われる、ことを特徴とする。
前記入力装置（２）と受信装置（４）は、一体化したものにすることができる。

【0016】

第２の本発明の非破壊試験方法は、構造物（Ｃ）について、弾性波を利用して非破壊試験をする構造物における非破壊試験方法であって、
前記構造物（Ｃ）の表面に、弾性波を入力する入力装置（２）を当接させ、
前記入力装置（２）が、構造物（Ｃ）に所定の押圧力で接しているかどうかを測定し、
前記入力装置（２）の構造物（Ｃ）への押圧力が所定の値のときに、弾性波を発生させて該入力装置（２）から該構造物（Ｃ）内に入力し、
前記構造物（Ｃ）の表面に当てた受信装置（４）で、該構造物（Ｃ）で伝播した弾性波を受信し、
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（Ｃ）内部の欠陥、背面空洞の有無、その欠陥の位置までの距離を測定するものであり、
前記所定の押圧力で前記構造物（Ｃ）の表面に前記入力装置（２）が接しているかどうかを測定するための押圧力センサ（５）が測定に用いられ、
前記押圧力センサ（５）は、前記入力装置（２）の周囲において前記構造物（Ｃ）に先端部分が接触可能に複数の箇所に設けられ、前記構造物（Ｃ）の表面に凹凸がある場合又は前記構造物（Ｃ）の表面が傾斜している場合に対応した測定値を採取可能に構成され、
複数の箇所に設けられる前記押圧力センサ（５）で採取した測定値を用いて押圧力制御機構（６）による押圧力の調節が行われる、ことを特徴とする。

【0017】

第３の本発明の非破壊試験方法は、構造物（Ｃ）について、弾性波を利用して非破壊試験をする構造物における非破壊試験方法であって、
前記構造物（Ｃ）の表面に、入力装置（２）から弾性波を入力する際に、該入力装置（２）を作動させる非破壊試験装置（１）が、該構造物（Ｃ）の表面における所定の押圧力に達したときに、該入力装置（２）で弾性波を入力し、
受信装置（４）で前記構造物（Ｃ）に伝播する弾性波を受信し、かつ収集した弾性波のデータを記録し、
弾性波に異常があるときに、該当箇所（変状部）にマーキング装置（２８）でマーキングし、
更に、弾性波に異常がある該当箇所（変状部）を、カメラ（２６）で撮影し、
前記データとマーキング個所について解析することにより、該構造物（Ｃ）に生じたひび割れ、空洞、劣化などの欠陥個所（変状部）について修理・補修する個所と判定するものであり、
前記所定の押圧力で前記構造物（Ｃ）の表面に前記入力装置（２）が接しているかどうかを測定するための押圧力センサ（５）が測定に用いられ、
前記押圧力センサ（５）は、前記入力装置（２）の周囲において前記構造物（Ｃ）に先端部分が接触可能に複数の箇所に設けられ、前記構造物（Ｃ）の表面に凹凸がある場合又は前記構造物（Ｃ）の表面が傾斜している場合に対応した測定値を採取可能に構成され、
複数の箇所に設けられる前記押圧力センサ（５）で採取した測定値を用いて押圧力制御機構（６）による押圧力の調節が行われる、ことを特徴とする。
前記弾性波を利用して非破壊試験をした変状部の深さと範囲を、データベース（３２）の変状部情報データベース（３４）にデータとして記録する、ことができる。

【発明の効果】

【0018】

第１の本発明の非破壊試験装置と第２の本発明の非破壊試験方法の構成では、検査対象物の構造物（Ｃ）の表面において、弾性波を構造物（Ｃ）内に入力する際に、押圧力制御機構（６）により入力装置（２）（打撃ハンマ（３））は適正な押圧力で弾性波を入力することができる。
構造物（Ｃ）の表面において、入力装置（２）により入力する弾性波が常に一定に維持され、精度の高い非破壊試験ができる。

【0019】

衝撃弾性波法による非破壊試験装置と非破壊試験方法の構成では、衝撃波エネルギーの減衰が少ないため、遠くまで弾性波を伝搬させることができる。この弾性波は超音波より周波数が低いため、厚い構造物（Ｃ）の探査、大規模なコンクリート等の構造物（Ｃ）の試験、点検が可能である。

【0020】

また、超音波法による非破壊試験装置と非破壊試験方法の構成では、構造物（Ｃ）内部のひび割れの測定に適している。この測定方法は、コンクリート等の構造物（Ｃ）の測定の形状・寸法にあまり制約がない。

【0021】

第３の本発明の非破壊試験方法の構成では、過去の非破壊試験データを蓄積し、その解析を実施することにより精度の高い非破壊試験を実施することができる。
また、過去の弾性波を利用した非破壊試験データを変状部の深さと範囲といった詳細なデータに基づいて、非破壊試験の結果について解析することにより、その後の点検、修繕対策における信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施例１の構造物における非破壊試験装置を示す概略構成図である。

【図2】打撃ハンマを示す拡大正面図である。

【図3】非破壊試験装置を制御する制御装置を示すブロック図である。

【図4】実施例１の非破壊試験装置を用いて衝撃弾性波法による試験方法を示すフロー図である。

【図5】実施例２の構造物における非破壊試験装置を示す概略構成図である。

【図6】実施例２の非破壊試験装置を制御する制御装置を示すブロック図である。

【図7】実施例２の非破壊試験装置を用いて衝撃弾性波法による試験方法とデータ収集法を示すフロー図である。

【図8】トンネルについて従来の非破壊試験装置で点検する状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明の構造物における非破壊試験装置は、コンクリート等の構造物の検査対象物内に弾性波を入力する入力装置と、この構造物で伝播した弾性波を受信する受信装置と、これらの入力装置と受信装置が所定の押圧力に達しているかを測定する押圧力センサと、押圧力センサの測定結果に応じて、入力装置と受信装置の押圧力を調節する押圧力制御機構と、を備え、弾性波を利用して非破壊試験をする装置である。

【実施例1】

【0024】

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
＜非破壊試験装置の構成＞
図１は実施例１の構造物における非破壊試験装置を示す概略構成図である。図２は打撃ハンマを示す拡大正面図である。
実施例１の非破壊試験装置１は、衝撃弾性波法による試験装置であり、入力装置２として打撃ハンマ３が用いられ、受信装置４として加速度センサが用いられたものである。この打撃ハンマ３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を、受信装置４が受信する。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Ｃ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Ｃに限定されないことは勿論である。鋼橋の金属製構造物についても検査対象物となる。

【0025】

この非破壊試験装置１には、構造物Ｃの表面において、これらの入力装置２（打撃ハンマ３）と受信装置４（加速度センサ）が、所定の押圧力に達しているかを測定する押圧力センサ５と、この押圧力センサ５の測定結果に応じて入力装置２（打撃ハンマ３）と受信装置４の押圧力を調節する押圧力制御機構６とを備えている。押圧力制御機構６は、例えばエアシリンダーのような空気圧を制御する構成のものである。なお、打撃ハンマ３と受信装置４（加速度センサ）とを一体化した装置でもよい。このように打撃ハンマ３と受信装置４（加速度センサ）とを一体化することで、非破壊試験装置１をコンパクトにすることができる。即ち、１台の非破壊試験装置１に多くの試験装置（打撃ハンマ３と受信装置４）を搭載することが可能になる。広範囲な点検箇所について迅速に試験することができる。

【0026】

なお、非破壊試験装置が超音波法による試験装置の場合は、図示しないが、入力装置として探触子、ＡＥセンサ等が用いられる。この入力装置は電圧の制御で駆動される。受信装置は探触子、ＡＥセンサ等が用いられる。

【0027】

入力装置２として機能する打撃ハンマ３は、図２に示すように、構造物Ｃを打撃し、発生した弾性波を構造物Ｃ内に入力させる装置である。打撃ハンマ３は、筒体７内において摺動自在になるハンマヘッド８と、このハンマヘッド８を引き戻し、又は押圧するように取り付けられたコイルバネ等の弾性部材（図示せず）を収納し、この筒体７にソレノイド（図示せず）を設けたものである。このソレノイドを作動させ、ハンマヘッド８を往復動させる。

【0028】

図示例の打撃ハンマ３には、ハンマヘッド８にローラ９が取り付けられている。本発明の非破壊試験装置１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、打撃ハンマ３を移動させながら打撃する場合が多い、そこで、打撃ハンマ３のハンマヘッド８が移動しながらでも正確かつ円滑に打撃できるように、ハンマヘッド８にローラ９が取り付けられている。勿論ローラ９が取り付けられていないハンマヘッド８でも、打撃試験することができる。

【0029】

＜押圧力センサと押圧力制御機構の構成＞
本発明の非破壊試験装置１には、押圧力センサ５と押圧力制御機構６が備えられている。この押圧力センサ５は、構造物Ｃ表面において、入力装置２の打撃ハンマ３（ハンマヘッド８）が、所定の押圧力に達しているかを測定する装置である。打撃ハンマ３のハンマヘッド８が打撃し、その振動による弾性波を構造物Ｃ内に入力する。この弾性波を入力する際に、構造物Ｃの表面とハンマヘッド８の打撃面は一定の間隔であることが望ましい。構造物Ｃとハンマヘッド８の打撃面との距離が、近すぎたり、逆に遠すぎたりすると、一定の衝撃を加えられない。このような状態であると、同一条件で弾性波を構造物Ｃに入力することができない。

【0030】

本発明の非破壊試験装置１には、打撃ハンマ３が構造物Ｃの表面に所定の押圧力で接するように押圧力制御機構６を備えた。この押圧力制御機構６は、押圧力センサ５で測定される押圧力が所定値になるように制御する機構である。この押圧力制御機構６は、打撃ハンマ３と非破壊試験装置１の筐体との間に取り付けられ、押圧力センサ５で取得した測定信号により、ギヤ等の機械式又は電磁式で打撃ハンマ３の位置を調節する機構である（図１参照）。
この押圧力センサ５は、１か所に限定されず、入力装置２に隣接して複数設けることができる。押圧力についてより精緻に測定するためである。複数の押圧力センサ５を設けることで、コンクリートの構造物Ｃの表面に凹凸がある場合、又は傾斜している場合にも正確な測定が期待できる。例えば、数か所の押圧力センサ５で採取した測定値から、その平均値を用いるようにすることができる。

【0031】

この押圧力制御機構６により打撃ハンマ３を構造物Ｃの表面に所定の押圧力で接した状態で、打撃ハンマ３のハンマヘッド８で打撃を加えて振動させ、構造物Ｃに弾性波を入力する。これにより、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４が受信する。

【0032】

＜システムの構成＞
図３は非破壊試験装置を制御する制御装置を示すブロック図である。
実施例１の非破壊試験方法を実施する制御装置２１の入力側には、押圧力センサ５、増幅処理部２２（ＡＭＰ）、押圧力センサ５の押圧力設定入力部２３及び制御信号入力部２４が接続されている。増幅処理部２２（ＡＭＰ）は押圧力センサ５が測定した検知信号を増幅処理する。増幅処理部２２（ＡＭＰ）は、受信装置４（加速度センサ）が受信した弾性波の検知信号を増幅処理する。

【0033】

制御装置２１の出力側には、入力装置２である打撃ハンマ３を作動させる打撃ハンマ動作信号出力部２５及び表示処理部３０が接続されている。表示処理部３０にはＬＥＤ等が接続されている。現在の動作状態を知らせるものである。信号処理部３１が、入力側の押圧力センサ５の検知信号を増幅処理する増幅処理部２２（ＡＭＰ）で処理して、これらの出力側の各動作を行わせる。信号処理部３１は、受信装置４（加速度センサ）の検知信号を増幅処理する増幅処理部２２（ＡＭＰ）で処理して、これらの出力側の各動作を行わせる。

【0034】

＜非破壊試験装置の衝撃弾性波法としての試験方法の説明＞
図４は実施例１の非破壊試験装置を用いて衝撃弾性波法による試験方法を示すフロー図である。
先ず、検査対象物である構造物Ｃの表面に、非破壊試験装置１を設置する。トンネルの場合は、非破壊試験装置１を支持装置で支え、トンネルの縦壁面、更には天井面において試験しながら移動させる（図８参照）。このとき支持装置は、台車に設けられた昇降装置、アームなどがある。更には吸盤状の装置によりトンネル内壁面を自由に走行させる方式のものでもよい。

【0035】

非破壊試験装置１を構造物Ｃの表面に設置する。弾性波を入力する入力装置２である打撃ハンマ３のハンマヘッド８を構造物Ｃの表面に当接させる。これと同時に押圧力センサ５も構造物Ｃの表面に当接させる。この押圧力センサ５は、入力装置２（ハンマヘッド８）が、構造物Ｃに所定の押圧力で接しているかどうかを測定する。これらの測定は制御装置２１が行う。

【0036】

押圧力センサ５が、ハンマヘッド８が構造物Ｃの表面に所定値の押圧力が接していると測定したときは、打撃ハンマ３を作動させる。一方、押圧力センサ５が、ハンマヘッド８が構造物Ｃの表面への押圧力が所定値より低いと測定した場合、例えば、その試験する個所が凹んでいるような個所のときは、打撃ハンマ３を作動させない。逆に、押圧力が所定値より高い場合も、その試験する個所が膨らんでいるような個所のときも、打撃ハンマ３を作動させない。

【0037】

このような場合には、押圧力制御機構６により、ハンマヘッド８と構造物Ｃの表面との間隔、即ち打撃ハンマ３の間隔を調節する。更に、押圧力センサ５が、ハンマヘッド８が構造物Ｃの表面への押圧力が所定値と判断したときは、打撃ハンマ３を作動させる。
本発明の非破壊試験装置１では、入力装置２（打撃ハンマ３）の構造物Ｃへの押圧力が所定の値のときのみ、打撃して弾性波を発生させて入力するようになっている。

【0038】

このように構造物Ｃに入力された弾性波は、構造物Ｃ内において伝播する。この伝播した弾性波を受信装置４（加速度センサ）で受信する。受信した弾性波について、反射エコーや波の周波数、位相などを分析する。その分析の結果、構造物Ｃ内部の欠陥、背面空洞の有無、その欠陥の位置までの距離を測定する。

【実施例2】

【0039】

図５は実施例２の構造物における非破壊試験装置を示す概略構成図である。図６は実施例２の非破壊試験装置を制御する制御装置を示すブロック図である。
実施例２の非破壊試験装置４１は、カメラ２６とマーキング装置２８を更に備えている。また、制御装置２１にデータベース３２も備えている、その他の構成は実施例１と略同様である。
実施例２の非破壊試験装置４１は、衝撃弾性波法による試験装置であり、入力装置２として打撃ハンマ３が用いられ、受信装置４として加速度センサが用いられたものである。この打撃ハンマ３の打撃により検査対象物の構造物Ｃ内で伝播した弾性波を、受信装置４が受信する。更にこの非破壊試験装置４１は、構造物Ｃの表面において、これらの入力装置２（打撃ハンマ３）と受信装置４（加速度センサ）が、所定の押圧力に達しているかを測定する押圧力センサ５と、この押圧力センサ５の測定結果に応じて入力装置２（打撃ハンマ３）と受信装置４の押圧力を調節する押圧力制御機構６とを備えている。

【0040】

＜非破壊試験装置の衝撃弾性波法としての試験方法のシステム構成＞
実施例２の非破壊試験装置４１を制御する制御装置２１の入力側には、押圧力センサ５、増幅処理部２２（ＡＭＰ）、押圧力センサ５の押圧力設定入力部２３及び制御信号入力部２４が接続されている。増幅処理部２２（ＡＭＰ）は押圧力センサ（５）が測定した検知信号を増幅処理する。増幅処理部２２（ＡＭＰ）は、受信装置（加速度センサ）４が受信した弾性波の検知信号を増幅処理する。

【0041】

制御装置２１の出力側には、入力装置２である打撃ハンマ３を作動させる打撃ハンマ動作信号出力部２５及び表示処理部３０が接続されている。更に実施例２では、カメラ２６で撮影するカメラ撮影動作信号出力部２７とマーキングするマーキング装置２８を作動させるマーキング動作信号出力部２９が接続されている。表示処理部３０にはＬＥＤ等が接続されている。現在の動作状態を知らせるものである。信号処理部３１が、入力側の押圧力センサ５の検知信号を増幅処理する増幅処理部２２（ＡＭＰ）を処理して、これらの出力側の各動作を行わせる。信号処理部３１は、受信装置４（加速度センサ）の検知信号を増幅処理する増幅処理部２２（ＡＭＰ）を処理して、これらの出力側の各動作を行わせる。

【0042】

実施例２の非破壊試験装置４１では、更に衝撃弾性波法による試験と同時にデータをデータベース３２に収集するようになっている。このデータベース３２には、弾性波情報データベース３３と変状部情報データベース３４が格納される。これらのデータを解析して、コンクリート構造物Ｃ内部の欠陥、背面空洞の有無、その欠陥の位置までの距離を測定する。

【0043】

更に、これらのデータと合わせて、カメラ２６とカメラ撮影動作信号出力部２７により構造物Ｃの表面を撮影し、この撮影した画像を解析する。実際の構造物Ｃ表面とその内部の状況を併せて点検することができる。コンクリートの構造物Ｃの場合では、目に見えない微小なひび割れであっても、イオンや水分の移動経路となり、耐久性を低下させるおそれがある。このような画像解析法としては、直接相互相関法、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform、「高速フーリエ変換」）相互相関法などの画像相関法がある。更に二値化相関法、カルマンフィルタ法などの粒子追跡法がある。特に、コンクリートの構造物Ｃに生じるひび割れ進展挙動を計測・可視化することで、より試験精度の向上が図れる。

【0044】

図７は実施例２の非破壊試験装置を用いて衝撃弾性波法による試験方法とデータ収集法を示すフロー図である。
実施例２の非破壊試験装置４１による非破壊試験方法は、衝撃弾性波法による試験と同時にデータを収集するようになっている。先ず、コンクリート等の構造物Ｃの表面に、入力装置２（打撃ハンマ３）で弾性波を入力する。このときに打撃ハンマ３を作動させる非破壊試験装置４１が、構造物Ｃの表面における所定の押圧力に達したときに、打撃ハンマ３を作動させて弾性波を入力する。加速度センサ等の受信装置４は、構造物Ｃに伝播した弾性波を受信する。

【0045】

実施例２の非破壊試験装置４１でも、弾性波を入力する入力装置２である打撃ハンマ３のハンマヘッド８を構造物Ｃの表面に当接させると同時に押圧力センサ５も構造物Ｃの表面に当接させる。押圧力センサ５が所定の押圧力に達しないと判断したときは、その点検箇所にひび割れ、重大な変状箇所であると推測される。逆に、所定値より高いときもその点検箇所に膨らんだ変状箇所であると推測される。実施例２の非破壊試験装置４１では、必要に応じてカメラ２６で写真撮影をすることもできる。その後、撮影した画像は、画像解析などにより補修、その他の対策を検討する材料となる。

【0046】

実施例２の非破壊試験装置４１では、収集した弾性波のデータを記録する。収集した弾性波に異常があるときに、該当箇所（変状部）にマーキング装置２８でマーキングする。弾性波を利用して非破壊試験をした変状部の深さと範囲を、データとして記録する。または弾性波を利用して非破壊試験をした変状部の深さと範囲を、データとマーキング個所についてデータベース３２（弾性波情報データベース３３と変状部情報データベース３４）に記録する。
このデータとマーキング個所について解析することにより、コンクリート構造物Ｃに生じたひび割れ、空洞、劣化などの欠陥個所（変状部）について修理・補修する個所と判定する。

【0047】

また、超音波法による非破壊試験装置と非破壊試験方法の構成では、コンクリート構造物Ｃ内部のひび割れの測定に適している。この試験方法は、コンクリート構造物Ｃの測定の形状・寸法にあまり制約がない。

【0048】

このように、非破壊試験による測定結果をデータベース化することで、試験対象の構造物Ｃ毎の比較分析作業が容易になる。例えば、トンネル毎に異なる試験結果の対比が容易になる。また、対前年比較などの分析作業が容易になる。更に、トンネル毎の非破壊試験装置１の試験結果データを汎用形式データとして出力でき、否定形なデータの統計分析も容易になる。集計、分析された試験結果は、他の試験対象の構造物Ｃの非破壊試験での活用も容易になる。

【0049】

なお、本発明は、弾性波を入力、受信する試験装置２，４の押圧力を測定することで、コンクリート構造物Ｃ内に弾性波を入力する際に、入力装置２から適正な押圧力で弾性波を入力すると共に、コンクリート構造物Ｃの表面において、受信装置４から適正な押圧力で弾性波を受信することにより、精度の高い非破壊試験ができれば、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。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明は、鉄道のトンネル、高速道路、建造物等の構造物に限定されず、更にコンクリート以外の金属製、合成樹脂製の構造物の非破壊検査に利用することができる。

【符号の説明】

【0051】

１，４１ 非破壊試験装置
２ 入力装置
３ 打撃ハンマ
４ 受信装置
５ 押圧力センサ
６ 押圧力制御機構
２６ カメラ
２８ マーキング装置
３２ データベース
３４ 変状部情報データベース
Ｃ 構造物（コンクリート構造物）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】