特許 7151030 非破壊検査方法及び検査システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-03

(45)【発行日】2022-10-12

(54)【発明の名称】非破壊検査方法及び検査システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/12 20060101AFI20221004BHJP

   G01N 29/04 20060101ALI20221004BHJP

   G01N 29/46 20060101ALI20221004BHJP

【ＦＩ】

G01N29/12

G01N29/04

G01N29/46

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021075025

(22)【出願日】2021-04-27

【審査請求日】2022-02-09

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】504159235

【氏名又は名称】国立大学法人 熊本大学

(73)【特許権者】

【識別番号】520320538

【氏名又は名称】株式会社熊本機械

(74)【代理人】

【識別番号】100136180

【弁理士】

【氏名又は名称】羽立 章二

(72)【発明者】

【氏名】森 和也

(72)【発明者】

【氏名】大嶋 康敬

(72)【発明者】

【氏名】徳臣 佐衣子

【審査官】田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０２０－００８６４３８（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２４６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５３６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９６９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２４０７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】森和也，ウォータジェットを用いた構造物の遠隔打音試験法の開発，科学研究費助成事業 研究成果報告書，2019年，pp.1-6，https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-16K06471/

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造物に水撃を与えることにより生じた音響を利用して非破壊検査を行う検査システムにおける非破壊検査方法であって、
前記検査システムは、
前記構造物の検出位置へ水流を衝突させて前記水撃を与える放水装置と、
前記音響を録音する録音部と、
情報処理装置を備え、
前記検査システムは、さらに、照射装置と、録画部を備え、
前記情報処理装置は、検出処理部と、表示処理部を備え、
前記検出処理部は、検出制御部を備え、
前記表示処理部は、表示制御部を備え、
前記放水装置は、前記検出位置を移動させつつ水撃を与え、
前記照射装置は、前記放水装置が水撃を与えるときの前記検出位置に光を照射し、
前記録音部は、前記音響を録音し、
前記録画部は、前記放水装置が水撃を与えるときの前記検出位置を録画し、
前記検出制御部が、前記録画された画像を利用して、録画された水撃及び前記照射装置から照射された光が録画された位置を参照して水撃が与えられた検出位置及び放水が行われたタイミングを特定するとともに、録音された音響を処理して周波数領域の成分を求める検出ステップと、
前記表示制御部が、前記録画部が録画した画像に重ねて、特定された検出位置に対応させて、周波数領域の成分の値に応じて表示態様を異にして表示する表示ステップを含む非破壊検査方法。

【請求項2】

前記表示ステップにおいて、前記表示処理部が備える表示設定部が、利用者の指示により及び／又は複数の検出位置での周波数領域の成分の値により表示基準値を特定し、
前記表示制御部が、前記表示基準値によって周波数領域の成分の値に応じて表示態様を異にして表示する、請求項１記載の非破壊検査方法。

【請求項3】

構造物に水撃を与えることにより生じた音響を利用して非破壊検査を行う検査システムであって、
前記構造物の検出位置へ水流を衝突させて前記水撃を与える放水装置と、
前記音響を録音する録音部と、
情報処理装置と、
照射装置と、
録画部を備え、
前記情報処理装置は、検出処理部と、表示処理部を備え、
前記検出処理部は、検出制御部を備え、
前記表示処理部は、表示制御部を備え、
前記放水装置は、前記検出位置を移動させつつ水撃を与え、
前記照射装置は、前記放水装置が水撃を与えるときの前記検出位置に光を照射し、
前記録音部は、前記音響を録音し、
前記録画部は、前記放水装置が水撃を与えるときの前記検出位置を録画し、
前記検出制御部は、前記録画された画像を利用して、録画された水撃及び前記照射装置から照射された光が録画された位置を参照して水撃が与えられた検出位置及び放水が行われたタイミングを特定するとともに、録音された音響を処理して周波数領域の成分を求め、
前記表示制御部は、前記録画部が録画した画像に重ねて、特定された検出位置に対応させて、周波数領域の成分の値に応じて表示態様を異にして表示する、検査システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非破壊検査方法及び検査システムに関し、特に、検査システムにおいて、構造物への水撃により生じた音響を利用して非破壊検査を行う非破壊検査方法等に関する。

【背景技術】

【0002】

出願人は、構造物に水撃を与えることにより生じた音響を利用する非破壊検査を提案した（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６６２８０７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、構造物の所定箇所に水撃を与えて得られた結果に対して、事前に閾値を定めて、これによって欠陥の有無を判断していた。しかしながら、閾値を事前に定めることは困難な場合も多い。

【0005】

よって、本発明は、検査対象物に水撃を与えることにより生じた音響によって非破壊検査を利用して平面的・立体的な検査を実現して検査対象物の性状を表示することに適した非破壊検査方法等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】

【0006】

本願発明の第１の側面は、構造物に水撃を与えることにより生じた音響を利用して非破壊検査を行う検査システムにおける非破壊検査方法であって、前記検査システムは、前記構造物の検出位置へ水流を衝突させて前記水撃を与える放水装置と、前記音響を録音する録音部と、情報処理装置を備え、前記検査システムは、さらに、録画部を備え、前記情報処理装置は、検出処理部と、表示処理部を備え、前記検出処理部は、検出制御部を備え、前記表示処理部は、表示制御部を備え、前記放水装置は、前記検出位置を移動させつつ水撃を与え、前記録音部は、前記音響を録音し、前記録画部は、前記検出位置を録画し、前記検出制御部が、水撃が与えられた検出位置を特定するとともに、録音された音響を処理して周波数領域の成分を求める検出ステップと、前記表示制御部が、特定された検出位置に対応させて、周波数領域の成分の値に応じて表示態様を異にして表示する表示ステップを含む。

【0007】

本願発明の第２の側面は、第１の側面の非破壊検査方法であって、前記検査システムは、さらに、照射装置を備え、前記照射装置は、前記放水装置が水撃を与えるときの前記検出位置に光を照射し、前記録画部は、前記放水装置が水撃を与えるときの前記照射位置を録画し、前記検出ステップにおいて、前記検出制御部が、前記照射装置から照射された光が録画された位置を利用して水撃が与えられた検出位置を特定する。

【0008】

本願発明の第３の側面は、第１又は第２の側面の非破壊検査方法であって、前記表示ステップにおいて、前記表示処理部が備える表示設定部が、利用者の指示により及び／又は複数の検出位置での周波数領域の成分の値により表示基準値を特定し、前記表示制御部が、前記表示基準値によって周波数領域の成分の値に応じて表示態様を異にして表示する。

【0009】

本願発明の第４の側面は、構造物に水撃を与えることにより生じた音響を利用して非破壊検査を行う検査システムであって、前記構造物の検出位置へ水流を衝突させて前記水撃を与える放水装置と、前記音響を録音する録音部と、情報処理装置と、録画部を備え、前記情報処理装置は、検出処理部と、表示処理部を備え、前記検出処理部は、検出制御部を備え、前記表示処理部は、表示制御部を備え、前記放水装置は、前記検出位置を移動させつつ水撃を与え、前記録音部は、前記音響を録音し、前記録画部は、前記検出位置を録画し、前記検出制御部は、水撃が与えられた検出位置を特定するとともに、録音された音響を処理して周波数領域の成分を求め、前記表示制御部は、特定された検出位置に対応させて、周波数領域の成分の値に応じて表示態様を異にして表示する。

【発明の効果】

【0010】

本願発明の各側面によれば、水撃を与える位置を移動させても検査が可能であることに着目して、水撃を与える位置を移動させることにより平面的・立体的な検出を可能にするとともに、水撃により生じた音響の周波数領域の成分の値に応じて、事後にも調整しつつ表示態様を異にして表示できることにより、事前に閾値を定める必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本願発明の実施の形態に係る検査システムの構成の一例を示すブロック図である。

【図2】図１の検出システム１の具体例を説明するための図である。

【図3】周波数領域の成分に関する処理の一例を示す第１図である。

【図4】周波数領域の成分に関する処理の一例を示す第２図である。

【図5】発明者による実験を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、本願発明の実施例について述べる。なお、本願発明の実施の形態は、以下の実施例に限定されるものではない。

【実施例】

【0013】

図１は、本願発明の実施の形態に係る検査システムの構成の一例を示すブロック図である。図１を参照して検査システム１の構成を説明する。

【0014】

図１の検査システム１は、検査対象物３（例えばビルなどの建造物、道路や橋梁、トンネルなどの土木構造物などの大型コンクリート構造物であり、コンクリートやタイルを張ったもの、など。）の検出位置４に対して水流を衝突させ、その打撃によって振動を与え、水流が衝突したことにより生じる音響から検査対象物３の検出位置４の性状（例えば、しっかりと固定されているか、浮いているなどの欠陥があるか、など）を判定するものである。

【0015】

図１の検査システム１は、特許文献１と同様に、情報処理装置２と、検査対象物３の検出位置４に対して水流を衝突させる放水装置５と、水流が検出位置４に衝突することにより生じた音響を録音する録音部９を備える。

【0016】

図１の検査システム１は、さらに、検出位置４にレーザーを照射する照射装置７と、検出位置４を含む検査対象物３を撮影して録画する録画部１１を備える。なお、照射装置７は、光を照射して検出位置４を特定する位置情報が録画されるようにするものであり、本願発明では、レーザー光に限らず、例えば可視光などを照射するものであってもよい。また、スポットレーザーで衝撃点を照射してもよく、また、しぶきで隠れる可能性を考慮してクロスラインレーザーにより交点の位置で特定してもよい。

【0017】

情報処理装置２は、検出処理部２１と、表示処理部２３を備える。検出処理部２１は、位置設定部３１と、検出制御部３３と、放水制御部３５を備える。検出制御部３３は、音処理部３７と、画像処理部３９を備える。表示処理部２３は、表示設定部４１と、検出結果記憶部４３と、表示制御部４５と、表示部４７を備える。情報処理装置２は、例えば、コンピュータとプログラムなどによって実現することができる。

【0018】

図１（ｂ）及び（ｃ）を参照して、検査システム１の動作の一例を説明する。

【0019】

図１（ｂ）は、検出処理部２１に関する処理の一例を示すフロー図である。

【0020】

図１（ｂ）を参照して、位置設定部３１は、検査対象物３において検出位置４が位置する図形を設定する（ステップＳＴＡ１）。検出位置４が位置する図形は、検査対象物３の表面において平面的又は空間的な広がりのあるものである。例えば、らせん状でもよく、幾何学的な形状を位置を変えつつ繰り返したものでもよく、ランダムに生成されたものであってもよい。通常、一筆書きのように、連続して途切れずに描かれる線図形である。この図形は、検出位置４の軌跡である。

【0021】

検出制御部３３は、位置設定部３１が設定した図形において、水流を衝突させる検出位置４を決定する（ステップＳＴＡ２）。

【0022】

放水制御部３５は、検出制御部３３が決定した検出位置４に対して、照射装置７を制御してレーザーを照射しつつ、放水装置５を制御して水流を衝突させる（ステップＳＴＡ３）。

【0023】

録音部９は、水流が衝突したことにより生じた音響を録音する。録画部１１は、照射装置７によりレーザーが照射された検査対象物３を録画する。録音部９による録音と録画部１１による録画は、同期して行われる（ステップＳＴＡ４）。

【0024】

音処理部３７は、録音部９により録音された音響に対して、所定の時間間隔で分割し、所定の時間間隔ごとの周波数スペクトルを算出する。時間間隔は、一定間隔でも、可変の間隔でもよい。画像処理部３９は、録画部１１により録画された画像を処理して修正して検出位置４を特定する（ステップＳＴＡ５）。検出位置は、例えば、レーザーが照射された位置を基準にして検出することができる。ここで、検出制御部３３は、放水制御部３５の制御の下での検出位置４及び放水が行われたタイミングを把握することができる。検出制御部３３は、放水制御部３５により行われた制御に関する情報を利用してもよい。また、画像処理によって水流が実際に衝突した位置が特定できるならば、この情報を利用してもよい。検出制御部３３は、検出結果記憶部４３に対して、音処理部３７の処理結果である検出音情報及び画像処理部３９の処理結果である検出位置情報を関連させて記憶する（ステップＳＴＡ６）。

【0025】

検出処理部２１は、すべての検出位置４に対して検出処理が行われたか否かを判断する（ステップＳＴＡ７）。すべての検出位置４に対して検出処理が終わったならば、処理を終了する。検出処理が行われていない検出位置４が存在するならば、ステップＳＴＡ２に戻り、検出制御部３３は、検出処理が行われていない新たな検出位置４に対して検出処理を行う。

【0026】

図１（ｃ）は、表示処理部２３に関する処理の一例を示すフロー図である。表示処理部２３は、検出結果記憶部４３に記憶された検出結果について、特定された検出位置に対応させて、周波数領域の成分に応じて、表示設定部４１により設定された表示基準値に応じて表示態様を異にして表示部４７に表示する処理を行う。

【0027】

図１（ｃ）を参照して、表示設定部４１は、表示態様（例えば、色、太さ、濃淡など）を異にして表示する表示基準値を設定する（ステップＳＴＢ１）。表示基準値は、利用者による指示に従ってもよく、検出結果記憶部４３に記憶された検出結果から生成してもよい。一般に、正常箇所で得られる周波数領域の成分と、異常箇所で得られる周波数領域の成分とは、大きな違いが生じる。そのため、表示設定部４１は、例えば、検出結果記憶部４３における周波数領域の成分を複数のグループに分け、これらを分けて表示するように表示基準値を設定してもよい。

【0028】

表示制御部４５は、検出結果記憶部４３から、検出音情報及び検出位置情報を読み出す（ステップＳＴＢ２）。この処理は、検出処理部２１による処理が行われている状態で並行して行ってもよく、検出処理部２１による処理が行なわれた後に行ってもよい。

【0029】

表示制御部４５は、表示設定部４１が設定した表示基準値を用いて、周波数領域の成分に応じて、検出音情報の表示態様を決定する（ステップＳＴＢ３）。

【0030】

表示制御部４５は、表示部４７（ディスプレイなど）に対して、検出位置情報により特定される位置に、検出音情報の表示態様にて表示を行う（ステップＳＴＢ４）。

【0031】

表示設定部４１は、表示基準振幅を調整するか否かを判定する（ステップＳＴＢ５）。調整するならば、ステップＳＴＢ１に戻る。調整しないならばステップＳＴＢ６に戻る。

【0032】

表示制御部４５は、すべての検出結果が表示されたか否かを判定する（ステップＳＴＢ６）。表示されていない検出結果があるならば、ステップＳＴＢ２に戻る。すべての検出結果が表示されたならば処理を終了する。

【0033】

図２は、図１の検出システム１の具体例を説明するための図である。図２（ａ）は、構成の具体例を示す。検出対象物５１はコンクリート壁であり、検出対象範囲５３において、検出位置４が位置する図形を設定する。情報処理装置６１により制御機器６３を制御して、照射装置５７により検出位置５５をレーザー照射しつつ、ウォーターガン５９により検出位置５５にウォータージェットを衝突させて、ビデオカメラ６５により検出対象範囲５３を録画しつつマイクロフォンで録音レベルを固定して衝突により生じた音響を録音する。

【0034】

図２（ｂ）は、情報処理装置６１のディスプレイにおける表示例を示す。検出結果において周波数領域の成分によって濃淡を生じさせて表示している。このとき、薄く表示される部分７１と、濃く表示される部分７３が生じる。作業者は、この表示の違いによって、欠陥範囲７５を把握することができる。この濃淡の表示は、検出後に調整することができる。そのため、事前に閾値を決定する必要はない。

【0035】

図３及び図４は、周波数領域の成分に関する処理の一例を示す。

【0036】

図３（ａ）は、検出する図形を示す。図の左側のｔ_Sの側からスタートしてらせん状に検出処理を行い、図の右側のｔ_Eで終了する。これを所定の時間間隔で分割する。区間８１は、時間間隔の一つである。

【0037】

図３（ｂ）は、時間に沿って録音された音の振幅を示すグラフである。図３（ａ）の区間８１は、区間８３に対応するとする。

【0038】

図３（ｃ）は、図３（ｂ）の区間８３に対して算出した周波数スペクトルを示す。横軸は周波数であり、縦軸は振幅を示す。Ｓは、図３（ｃ）の周波数スペクトルにおいて、第１周波数ｆ₁と第２周波数ｆ₂の間の振幅の大きさを積算した値である。これを他の区間でも同様に計算する。これにより、Ｓは、時間の関数Ｓ（ｔ）として計算することができる。打撃点の軌跡は線を描く。ディスプレイでは、打撃点の軌跡に沿って、それぞれの打撃点でのＳ（ｔ）の大きさに応じて、線の色、濃さなどを変化させて表示する。

【0039】

図４（ａ）は、図３（ｂ）の各区間に対して得られたＳの値を示す。区間９１と区間９３で大きな値となり、他の区間では比較的小さな値となる。表示設定部４１は、表示基準値Ｓ_Cを、区間９１と区間９３におけるＳの値よりも小さく、他の領域よりも大きく設定する。表示基準値Ｓ_Cは、新たなＳの値に応じてリアルタイムに変更してもよい。

【0040】

図４（ｂ）は、Ｓ_Cを利用した表示例を示す。ＳがＳ_Cよりも大きな値である位置９９を、ＳがＳ_Cよりも小さな値である位置９５とは区別して表示することにより、ＳがＳ_Cよりも大きな値である領域９７を把握することができる。このように、欠陥部分では、正常部分とは異なる態様で表示され、作業者は、特定の欠陥領域を推定することができる。これは、ビデオモニター上でリアルタイムに行うことが可能であるため、欠陥が疑われる個所を集中して検査することができる。

【0041】

図４（ｃ）は、図形をランダムな点の集合によって検出位置の図形を生成した場合を示す。撮影された映像１０１に重ねて検出結果を表示している。ＳがＳ_Cよりも大きな値である位置１０５を、ＳがＳ_Cよりも小さな値である位置１０３とは区別して表示することにより、ＳがＳ_Cよりも大きな値である領域１０７を把握して、対象物の性状が異なる箇所を特定することができる。例えば、検査範囲において欠陥のない一つ又は複数の場所を予め調査して、基準となる音の分析結果Ｓ₀を得ておく。そして、位置を変えつつ水撃を与えて発生した音に対してリアルタイムにＳの値を分析して、事前の分析結果Ｓ₀に対する違いによって色や濃淡などの結果表示を変えることにより、欠陥が疑われる個所をリアルタイムに表示することができる。

【0042】

出願人は、水撃に対する音響を使って遠隔非破壊検査を行うことを提案した（特許文献１参照）。発明者は、水撃音響法において打撃点を移動させることにより平面的・空間的に拡張するとともに、これによって把握される性状の異なる箇所を適切に表示できるように工夫した。

【0043】

なお、他のコンクリート構造物の遠隔非破壊検査法として、レーザー法、赤外線サーモグラフィー法、などが知られている。

【0044】

レーザー法は、強力なレーザービームのパルスを検査面に照射し、検査面及び近接した空気の熱膨張によって壁面を加振する。しかしながら、振動計測にレーザー・ドップラー振動計を用いる。レーザー・ドップラー振動計はドップラー効果を用いているため、安定した反射光が必要である。移動計測では、安定した反射光を得ることができない。そのため、移動しながらの検査が困難である。よって、レーザー法は、照射点を移動させて検査を行うことは困難である。

【0045】

また、赤外線サーモグラフィー法は、欠陥部分が熱的に欠陥背後と分離していることを利用する。太陽光などで検査面が加熱されると、欠陥部分の温度が周囲よりも上昇し、その温度変化を赤外線サーモグラフィーで測定して、欠陥部分を同定する。この手法は、太陽光などの熱源が必要であるため、太陽光が当たらない、トンネルや橋梁の床板の下面などは適用できない。本願発明は加熱が不要であり、検査対象に対する平面的・立体的な全体的な検査が可能になる。

【0046】

図５は、発明者による実験を説明するための図である。図５（ａ）を参照して、位置１１１は、照射装置によるレーザー光の照射位置の初期位置を示す。複数のタイルを貼った壁の検査を行う。ここで、枠１１３内のタイルは浮いており、枠１１３外のタイルは固定されている。図５（ｂ）にあるように、らせん状に右に移動させながらウォーターガンで水撃を与えつつ、水撃を与えた位置及び発生した音を分析して、水撃を与えた位置に、音の分析結果に応じて色を変更させてリアルタイムに表示している。図５（ｃ）は、時間が経過した後の状態であり、図５（ｄ）は実験が終了した段階での表示を示す。枠１１３内では音が変化しており、タイルの浮いた範囲を把握することができる。欠陥領域をリアルタイムに特定できるため、欠陥が疑われる個所を集中して検査することができる。図５（ｅ）は、２色で表現したものであり、同様に、枠１１３内で音が変化した結果を得た。

【符号の説明】

【0047】

１ 検査システム、２ 情報処理装置、３ 検査対象物、４ 検出位置、５ 放水装置、７ 照射装置、８ 録音録画装置、９ 録音部、１１ 録画部、２１ 検出処理部、２３ 表示処理部、３１ 位置設定部、３３ 検出制御部、３５ 放水制御部、３７ 音処理部、３９ 画像処理部、４１ 表示設定部、４３ 検出結果記憶部、４５ 表示制御部、４７ 表示部、５１ 検出対象物、５３ 検出対象範囲、５５ 検出位置、５７ 照射装置、５９ ウォーターガン、６１ 情報処理装置、６３ 制御機器、６５ ビデオカメラ、７１ 薄く表示される部分、７３ 濃く表示される部分、７５ 欠陥範囲、８１，８３，９１，９３ 区間、９５，１０３ ＳがＳ_Cよりも小さな値である位置、９７，１０７ ＳがＳ_Cよりも大きな値である領域、９９，１０５ ＳがＳ_Cよりも大きな値である位置、１０１ 撮影された映像，１１１ 照射位置、１１３ 枠

【要約】

【課題】 検査対象物に水撃を与えることにより生じた音響によって非破壊検査を利用して平面的・立体的な検査を実現して検査対象物の性状を表示することに適した非破壊検査方法等を提供する。
【解決手段】 本願発明は、水撃音響法による非破壊検査を、打撃点を移動させることにより平面的・立体的に拡張するとともに、打撃点に光を照射しつつ録画することにより打撃点を特定して、平面的・立体的に拡張して把握される対象物の性状について、水流の衝突によって得られる音響の周波数領域の成分によって異なる表示態様で表示することができる。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】