特許 7571966 非破壊検査システム，非破壊検査方法及び非破壊検査プログラム

(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】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】非破壊検査システム，非破壊検査方法及び非破壊検査プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/11 20060101AFI20241016BHJP

   G01N 29/30 20060101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

G01N29/11

G01N29/30

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020160523

(22)【出願日】2020-09-25

(65)【公開番号】P2022053728

(43)【公開日】2022-04-06

【審査請求日】2023-09-21

(73)【特許権者】

【識別番号】519429989

【氏名又は名称】株式会社テクノコンサルタント

(73)【特許権者】

【識別番号】591107230

【氏名又は名称】株式会社デンケン

(73)【特許権者】

【識別番号】504237050

【氏名又は名称】独立行政法人国立高等専門学校機構

(74)【代理人】

【識別番号】100189865

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 正寛

(74)【代理人】

【識別番号】100094215

【弁理士】

【氏名又は名称】安倍 逸郎

(74)【代理人】

【識別番号】100179165

【弁理士】

【氏名又は名称】宇都宮 将之

(72)【発明者】

【氏名】伊東 修

(72)【発明者】

【氏名】首藤 孝司

(72)【発明者】

【氏名】南 晃央

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 浩和

(72)【発明者】

【氏名】十時 優介

(72)【発明者】

【氏名】柴 健司

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 聖次

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０３８４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４０５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】Ying Zhang, Zhenhua Xie，Ensemble empirical mode decomposition of impact-echo data for testing concretestructures，NDT&E International，Elsevier B.V.，2012年06月08日，Vol.51，PP.74-84

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－Ｇ０１Ｎ ２９／５２

Ｇ０１Ｂ １７／００－Ｇ０１Ｂ １７／０８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定対象の一部に設けるための自動打撃装置と、
前記被測定対象の他の一部に設けるための前記自動打撃装置が発生した弾性波の反射波を検出する検出器と、
前記検出器に接続され、前記検出器が出力する波形の一部を選択する波形選択器と、
前記波形選択器に接続され、前記波形選択器が出力する信号に対して、経験的モード分解の手法により特徴量を選択し、前記被測定対象を検査するための解析を、前記特徴量を用いて行う解析装置と、
を備え、
前記解析装置は、
前記経験的モード分解の手法により、前記波形選択器が出力した校正用試料中を伝搬して戻ってきた健全な反射波の特徴を抽出する反射波特徴抽出論理回路と、
前記経験的モード分解の手法により、前記被測定対象中を伝搬して戻ってきた反射波の特徴量を選択する特徴量選択論理回路と、
前記反射波特徴抽出論理回路が抽出した特徴と、前記特徴量選択論理回路によって選択された前記被測定対象の特徴量を用いて、前記被測定対象中の欠陥を判定する判定論理回路と、
前記被測定対象の特徴量を前記被測定対象の設計情報を用いて変換し、該変換された特徴量から前記被測定対象の反射波強調フィルタ係数を算出する反射波強調フィルタ係数算出回路と、
複数のフィルタを用意し、該複数のフィルタのそれぞれの時間軸を伸張又は圧縮する時間軸伸張圧縮回路と、
前記反射波強調フィルタ係数を用いて、前記複数のフィルタを並列に処理するフィルタバンク処理論理回路と、
を含むことを特徴とする非破壊検査システム。

【請求項2】

前記非破壊検査システムにおいて、
前記解析装置に接続され、校正用試料の設計情報データを記憶しておくための設計情報記憶装置、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建造物の基礎杭等の被測定対象の長さや断面積の変化の測定、損傷・欠損等有無や健全性を検査する非破壊検査システム、この非破壊検査システムを用いた非破壊検査方法及びこの非破壊検査方法をコンピュータシステムに実行させる非破壊検査プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

地震等による損傷、疲労亀裂や人為的な問題に起因する基礎杭等のコンクリート構造物の安全性に対し、被測定対象となるコンクリート構造物の健全性を診断する非破壊調査技術は重要性を増している。従来は、被測定対象の表面をインパクトハンマーで打撃して被測定対象の内部に衝撃弾性波を伝搬させ、被測定対象の内部で反射した衝撃弾性波を加速度計で捉え、反射波の伝播時間と伝播速度から、被測定対象の内部に発生した亀裂や拡径部、杭先端等の位置を求めていた（特許文献１参照。）。

【0003】

特許文献１に記載の検査方法では、基礎杭を伝播する衝撃弾性波がインピーダンスの異なる境界で反射する現象を利用して、杭長、杭断面の変化、損傷・欠損等の状態を診断している。特許文献１に記載の検査方法の場合は、被測定対象に対するインパクトハンマーの叩き方でも衝撃弾性波の波形が異なる為、1測点当たり数百回の打撃回数と豊富な経験が必要になる。衝撃弾性波の反射波の波形により、被測定対象の先端、亀裂、形状変化等を検知することを目的とするものであるが、亀裂等の欠陥の識別は、測定被測定対象や周囲の状況、複数の測定結果から判断しており、豊富な経験と知識を要する。

【0004】

又、基礎杭のような長尺のコンクリート構造物の場合、衝撃弾性波の走行時間からコンクリート構造物の先端の位置等を求めるには衝撃弾性波の伝播速度が必要であるが、被測定対象の材質や拘束状態により異なる。被測定対象の材質や拘束状態が不明な場合、衝撃弾性波の伝播速度を正確に求められず、判定誤差となり、精度低下につながる問題点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１４－２２４７５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、豊富な経験と知識を必要とせず、高精度に被測定対象を検査することが可能な非破壊検査システム、この非破壊検査システムを用いた非破壊検査方法及びこの非破壊検査方法をコンピュータシステムに実行させる非破壊検査プログラム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】

【0007】

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、被測定対象の一部に設けるための自動打撃装置と、前記被測定対象の他の一部に設けるための前記自動打撃装置が発生した弾性波の反射波を検出する検出器と、前記検出器に接続され、前記検出器が出力する波形の一部を選択する波形選択器と、前記波形選択器に接続され、前記波形選択器が出力する信号に対して、経験的モード分解の手法により特徴量を選択し、前記被測定対象を検査するための解析を、前記特徴量を用いて行う解析装置と、を備え、前記解析装置は、前記経験的モード分解の手法により、前記波形選択器が出力した校正用試料中を伝搬して戻ってきた健全な反射波の特徴を抽出する反射波特徴抽出論理回路と、前記経験的モード分解の手法により、前記被測定対象中を伝搬して戻ってきた反射波の特徴量を選択する特徴量選択論理回路と、前記反射波特徴抽出論理回路が抽出した特徴と、前記特徴量選択論理回路によって選択された前記被測定対象の特徴量を用いて、前記被測定対象中の欠陥を判定する判定論理回路と、前記被測定対象の特徴量を前記被測定対象の設計情報を用いて変換し、該変換された特徴量から前記被測定対象の反射波強調フィルタ係数を算出する反射波強調フィルタ係数算出回路と、複数のフィルタを用意し、該複数のフィルタのそれぞれの時間軸を伸張又は圧縮する時間軸伸張圧縮回路と、前記反射波強調フィルタ係数を用いて、前記複数のフィルタを並列に処理するフィルタバンク処理論理回路と、を含むことを特徴とする非破壊検査システムであることを要旨とする。

【0008】

また、請求項２に記載の発明は、前記非破壊検査システムにおいて、前記解析装置に接続され、校正用試料の設計情報データを記憶しておくための設計情報記憶装置、を備えることを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査システムであることを要旨とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の例によれば、豊富な経験と知識を必要とせず、高精度に被測定対象を検査することが可能な非破壊検査システム、この非破壊検査システムを用いた非破壊検査方法及びこの非破壊検査方法をコンピュータシステムに実行させる非破壊検査プログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１実施形態に係る非破壊検査システムの概要を示す図である。

【図2】図１の解析装置を構成するハードウェア資源を、論理的な構造として説明する模式図である。

【図3】第１実施形態に係る非破壊検査方法の処理手順を説明する概略的なフローチャートである。

【図4】第１実施形態に係る非破壊検査システムに用いる自動打撃装置の構造の一例を説明する模式図である。

【図5】第１実施形態に係る非破壊検査システムに用いる自動打撃装置の構造の他の例を説明する模式図である。

【図6】第１実施形態に係る非破壊検査システムに用いる自動打撃装置の構造の更に他の例を説明する模式図である。

【図7】第１実施形態に係る非破壊検査システムに用いる波形選択器の一例を説明する回路図である。

【図8】図８（ａ）は図７に示す波形選択器に入力される信号の波形を示す図で、図８（ｂ）は図７の波形選択器から出力される信号の波形を示す図である。

【図9】健全なコンクリート構造物からの反射波を入力信号とする場合において、経験的モード分解(Empirical Mode Decomposition)の手法により入力信号を１０個の固有モード関数ＩＭＦ(Intrinsic Mode Function)に分解する場合の３つの固有モード関数ＩＭＦを説明する図である。

【図10】亀裂、傷やひび等の存在が推定されるコンクリート構造物を被測定対象とする場合において、被測定対象からの反射波を入力信号として、経験的モード分解の手法により入力信号を１０個の固有モード関数ＩＭＦに分解する場合の３つの固有モード関数ＩＭＦを説明する図である。

【図11】図１０に示した第３の固有モード関数ＩＭＦ3に含まれる特徴量を説明する図である。

【図12】第１実施形態に係る非破壊検査方法に用いるフィルタバンクの処理の概略を説明する図である。

【図13】第１実施形態に係る非破壊検査方法において、連続ウェーブレットの手法を用いて、並列にフィルタ処理するフィルタバンクの処理を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下において、図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る非破壊検査システムを例示的に説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部材の大きさの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚み、寸法、大きさ等は以下の説明から理解できる技術的思想の趣旨を参酌してより多様に判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【0013】

又、以下に示す第１実施形態に係る非破壊検査システムは、本発明の技術的思想を具体化するための方法及びその方法に用いる装置等を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等、方法の手順等を下記のものに特定するものではない。特に以下の第１実施形態に係る非破壊検査システムでは被測定対象が細長い棒状の基礎杭である場合を例示するが、第１実施形態に係る非破壊検査システムの被測定対象は基礎杭に限定するものではなく、ビルの内壁若しくは外壁、橋桁等の種々のコンクリート構造物が被測定対象である。被測定対象はこれらの例示に限定されるものではない。本発明の技術的思想は、第１実施形態に係る非破壊検査システムで記載された内容に限定されず、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0014】

（第１実施形態）
≪装置構成について≫
図１に示すように、第１実施形態に係る非破壊検査システムは、被測定対象１１の一部に設けられた自動打撃装置２１ａ、被測定対象１１の他の一部に設けられた弾性波の検出器３１、検出器３１に接続され、検出器３１が出力する波形の一部を選択する波形選択器３２と、波形選択器３２に接続され、波形選択器３２が出力する波形を表示する波形表示装置３４と、波形表示装置３４に接続され、波形表示装置３４が出力する信号を用いて被測定対象１１の健全性を検査するための解析を行う解析装置３５と、波形表示装置３４に接続され波形データを記憶する波形データ記憶装置３６を有している。解析装置３５は、波形選択器３２が出力する信号に対して、経験的モード分解の手法により特徴量を選択し、被測定対象１１の健全性を検査するための解析を、特徴量を用いて行う。自動打撃装置２１ａには、自動打撃装置２１ａが行う自動打撃の動作を制御する打撃制御装置２２が接続され、打撃制御装置２２は解析装置３５からのデータにより、自動打撃装置２１ａの動作の命令を制御することができる。

【0015】

被測定対象１１は、第１実施形態に係る非破壊検査システムが実施する非破壊検査の対象物であり、例えば、細長い棒状の基礎杭等の弾性体である。以下の第１実施形態に係る非破壊検査システムの説明では、被測定対象１１は既存の基礎杭であると仮定し、被測定対象１１の杭頭部側の部位は地上に露出しており、他の部位は地中に埋設されているとして説明する。なお、第１実施形態において、被測定対象１１は中空のコンクリート製の杭であってもよい。自動打撃装置２１ａは、被測定対象１１の杭頭部を自動打撃することにより、被測定対象１１に弾性波を発生させるものである。

【0016】

検出器３１は、被測定対象１１の杭頭部に設けられており、自動打撃装置２１ａで杭頭部を打撃したときの被測定対象１１中を伝搬して戻ってくる反射波を検出する音響センサ等である。本実施形態においては、被測定対象１１の杭頭部に自動打撃装置２１ａおよび検出器３１を同一面上に設けたが、何らそれに限定されるものではなく、検査現場の状況や被測定対象の構造等に応じて杭の横部等に設けてもよく、自動打撃装置２１ａと検出器３１を異なる面に設けることも可能である。なお、検査の正確性等を考慮すると本実施形態のような配置で測定を行うことが好ましい。波形選択器３２は、検出器３１の出力に基づいて解析装置３５が被測定対象１１の杭長の推定や被測定対象１１の非破壊検査に必要な解析を行うために、検出器３１が出力した波形の一部を選択するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）等が好適ではあるが、ＨＰＦに限定されるものでなくバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）等でも構わない。或いは、自動打撃装置２１ａが正弦波等の周期的弾性波を発生する場合であれば、波形選択器にはロックイン増幅器等を採用することも可能である。図７では、波形選択器３２の一例としてのＨＰＦの構成を示す回路を示している。波形選択器３２がオペアンプ等を用いたアクティブなＨＰＦの場合は図１に示すように、波形選択器３２には安定化電源３３が接続される。波形データ記憶装置３６は、波形データ（アナログデータ）をデジタルデータにＡ／Ｄ変換して記憶するための半導体メモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープなどの二次メモリである。第１実施形態の波形データ記憶装置３６は複数の波形データを記憶することができる。

【0017】

解析装置３５には更に、波形データ記憶装置３６、設計情報記憶装置４１、欠陥データ記憶装置４３、特徴量記憶装置４４、解析データ記憶装置３８、出力装置３７及び入力装置４２が接続されている。特徴量記憶装置４４は、特徴量のデータ（デジタルデータ）を記憶するための二次メモリである。設計情報記憶装置４１は、校正用試料の設計情報のデータ（デジタルデータ）を記憶するための二次メモリである。
欠陥データ記憶装置４３は、欠陥データ（デジタルデータ）を記憶するための二次メモリである。プログラム記憶装置３９は、解析装置３５の処理手続を規定したコンピュータ・ソフトウェア・プログラムを記憶するためのＲＯＭ等の二次メモリである。プログラム記憶装置３９には、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード、フレキシブルディスク、ＳＳＤ、ＣＤ－ＲＯＭ，ＭＯディスク、カセットテープ、オープンリールテープなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記録されたプログラムを格納することが可能である。

【0018】

或いは、インターネット等の情報処理ネットワークを介して、解析装置３５の処理手続に必要なコンピュータ・ソフトウェア・プログラムをプログラム記憶装置３９に格納することが可能である。波形データ記憶装置３６、設計情報記憶装置４１、欠陥データ記憶装置４３、特徴量記憶装置４４の一部又は全部は共通のハードウェア資源である記憶装置の一部のファイルとして存在できるし、それぞれ個別のハードウェア資源として存在することも可能である。解析データ記憶装置３８は、解析データ（デジタルデータ）を記憶するためのＳＲＡＭ等の一次メモリや、レジスタ、キャッシュメモリである。第１実施形態の解析データ記憶装置３８は解析データ記憶装置３８の処理段階で逐次出力される中間データを必要に応じて一時的に記憶し、読み出すことができる。解析装置３５は、波形データ記憶装置３６、設計情報記憶装置４１、欠陥データ記憶装置４３、特徴量記憶装置４４及び解析データ記憶装置３８に記憶されたデータを用いて被測定対象１１の波動理論解析の演算を行う。

【0019】

出力装置３７は、解析データ記憶装置３８に記憶された波形や解析装置３５の演算結果を出力するものであり、第１実施形態では、これらを画面に表示するディスプレイを有している。なお、出力装置３７はディスプレイには限られない。例えば、演算結果を測定結果とともに記録するデータレコーダーや、波形や演算結果を印刷するプロッターやプリンターであってもよい。入力装置４２はキーボード、マウス、ライトペン又はフレキシブルディスク装置やＵＳＢメモリ等の読取装置などで構成される。入力装置４２より解析実行者は、入出力データを指定したり、解析に必要な演算子、多項式の次数、周波数値、許容誤差の値及び誤差の程度等を設定したりできる。更に、入力装置４２より出力データの形態等の解析パラメータを設定することも可能で、また、演算の実行や中止等の指示の入力も可能である。

【0020】

図１に示すコンピュータシステムを構成する解析装置３５の論理的なハードウェア資源の構成は、図２のように表現される。第１実施形態に係る非破壊検査システムを構成する解析装置３５は、図２に示すようにシークエンス回路３５２を有する制御部３５１、反射波特徴抽出論理回路３５３、特徴量選択論理回路３５４、反射波強調フィルタ係数算出回路３５５、時間軸伸張圧縮回路３５６、フィルタバンク処理論理回路３５７及び判定論理回路３５８を含み、被測定対象１１の長さや断面積の変化の測定の他、損傷・欠損等有無や健全性を検査することができる。解析装置３５を構成する反射波特徴抽出論理回路３５３は、経験的モード分解(ＥＭＤ)の手法により、波形表示装置３４が出力した校正用の健全な試料中を伝搬して戻ってきた反射波の特徴を抽出し、特徴量記憶装置４４に保存する論理回路である。

【0021】

特徴量選択論理回路３５４は、経験的モード分解の手法により、被測定対象１１中を伝搬して戻ってきた反射波の特徴量を選択する論理回路である。反射波強調フィルタ係数算出回路３５５は、被測定対象１１の特徴量を被測定対象１１の設計情報を用いて変換し、この変換された特徴量から被測定対象１１の反射波強調フィルタ係数を算出する論理回路である。時間軸伸張圧縮回路３５６は、弾性波の伝搬速度のばらつきを考慮し、フィルタの時間軸の伸長を複数用意し、時間軸を伸張又は圧縮する論理回路である。フィルタバンク処理論理回路３５７は、反射波強調フィルタ係数を用いて、複数のフィルタを並列に処理する論理回路である。即ち、フィルタバンク処理論理回路３５７は、マザー関数が予め決定できるため連続ウェーブレットの手法を用いて、並列にフィルタ処理するフィルタバンク処理を実行する。判定論理回路３５８は、反射波特徴抽出論理回路３５３が抽出した特徴と、特徴量選択論理回路３５４によって選択された被測定対象の特徴量を用いて、被測定対象１１中の欠陥を判定する論理回路である。即ち、判定論理回路３５８は、被測定対象１１中の傷や被測定対象１１の先端からの反射であるか否か等を判定する。

【0022】

解析装置３５には、マイクロチップとして実装されたマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等を使用してコンピュータシステムを構成することが可能である。又、コンピュータシステムを構成する解析装置３５として、算術演算機能を強化し信号処理に特化したデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）や、メモリや周辺回路を搭載し組込み機器制御を目的としたマイクロコントローラ（マイコン）等を用いてもよい。或いは、現在の汎用コンピュータのメインＣＰＵを解析装置３５に用いてもよい。更に、解析装置３５の一部の構成又はすべての構成をフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）のようなプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）で構成してもよい。

【0023】

ＰＬＤによって、解析装置３５の一部又はすべてを構成した場合は、波形データ記憶装置３６、設計情報記憶装置４１、欠陥データ記憶装置４３、特徴量記憶装置４４及び解析データ記憶装置３８は、ＰＬＤを構成する論理ブロックの一部に含まれるメモリブロック等のメモリ要素として構成することができる。更に、解析装置３５は、ＣＰＵコア風のアレイとＰＬＤ風のプログラム可能なコアを同じチップに搭載した構造でもよい。このＣＰＵコア風のアレイは、あらかじめＰＬＤ内部に搭載されたハードマクロＣＰＵと、ＰＬＤの論理ブロックを用いて構成したソフトマクロＣＰＵを含む。つまりＰＬＤの内部においてソフトウェア処理とハードウェア処理を混在させた構成でもよい。

【0024】

制御部３５１、反射波特徴抽出論理回路３５３、特徴量選択論理回路３５４、反射波強調フィルタ係数算出回路３５５、時間軸伸張圧縮回路３５６、フィルタバンク処理論理回路３５７及び判定論理回路３５８はＡバス３５９ａ及びＢバス３５９ｂを介して互いに接続されている。シークエンス回路３５２は、制御部３５１、反射波特徴抽出論理回路３５３、特徴量選択論理回路３５４、反射波強調フィルタ係数算出回路３５５、時間軸伸張圧縮回路３５６、フィルタバンク処理論理回路３５７及び判定論理回路３５８のそれぞれの処理手順をコンピュータ・ソフトウェア・プログラムに従って、制御する。図２では、Ａバス３５９ａに、打撃制御装置２２、波形データ記憶装置３６、波形表示装置３４、設計情報記憶装置４１及び欠陥データ記憶装置４３が接続されている構成が例示されている。一方、Ｂバス３５９ｂには、特徴量記憶装置４４、解析データ記憶装置３８、プログラム記憶装置３９、出力装置３７及び入力装置４２が接続されている構成が例示されているが、図２に示す構成に限定されるものではない。

【0025】

図２に示す解析装置３５を構成するハードウェア資源としての反射波特徴抽出論理回路３５３、特徴量選択論理回路３５４、反射波強調フィルタ係数算出回路３５５、時間軸伸張圧縮回路３５６、フィルタバンク処理論理回路３５７及び判定論理回路３５８等は、論理的な機能に着目したハードウェア資源を形式的に表現しているのであって、必ずしも、半導体チップ上に物理的な領域としてそれぞれ独立して存在する機能ブロックを意味するものではないが、ＰＬＤの「論理ブロック」のような半導体チップ上に実装されたプログラム可能な論理コンポーネント等の現実に存在する構成を否定するものでもない。解析装置３５の一部の構成又はすべての構成をＦＰＧＡのようなＰＬＤで構成した場合は、図２に示したシークエンス回路３５２のプログラムカウンタやＡバス３５９ａ及びＢバス３５９ｂ等のデータバスは省略可能である。

【0026】

図４に示すように、第１実施形態に係る非破壊検査システムに用いる自動打撃装置２１ａは、プランジャー２１１を電磁ソレノイド２１２で駆動するソレノイド式の装置である。図４に示すソレノイド式の自動打撃装置２１ａは、電磁ソレノイド２１２で駆動されたプランジャー２１１が打撃部２１３を下方に移動させ、打撃部２１３の先端が被測定対象１１の一部を打撃する。

【0027】

電磁ソレノイド２１２は電磁ソレノイド２１２を収納するソレノイド容器２１６の内部に格納されている。打撃部２１３は図４に示すように２段の円柱状をなし、上段の円柱の外径がハンマー部となる下段の円柱の外径よりも太い。上段の円柱の上部には穴が掘られ、この穴中にプランジャー２１１の先端部が挿入される。打撃部２１３の周囲は、被測定対象１１の表面に、下面が接合部２１５を介して固定されるガイド部２１７で囲まれている。ガイド部２１７の中央には段付きの貫通孔が開孔され、上段側の貫通孔の内径が下段側の貫通孔の内径よりも太い。

【0028】

貫通孔の段差部と打撃部２１３の上段の円柱の下面と間にはスプリング２１４が、下段の円柱を囲むように収納されている。ガイド部２１７の上面の外周に近い箇所とソレノイド容器２１６の側面の一部はＬ字型の連結板２１９で連結されている。連結板２１９のＬ字に曲がった下端部は、ガイド部２１７の上面と平行になり、ボルト２２０ｃによって、ガイド部２１７の上面の外周に近い箇所に固定されている。ソレノイド容器２１６の側面と連結板２１９の立ち上がり部との間には緩衝材２１８が挿入されている。この緩衝材２１８を介して、連結板２１９の立ち上がり部はボルト２２０ａ及びボルト２２０ｂによって、ソレノイド容器２１６の側面の一部に固定されている。スプリング２１４の弾性力と電磁ソレノイド２１２の駆動力を調整することにより、所望の任意の打撃力を得ることができる。

【0029】

図４に示す自動打撃装置２１ａによれば、単発の打撃により、パルス状またはインパルス状の弾性波を被測定対象１１に発生させるだけでなく、周期的な打撃により正弦波状の弾性波を被測定対象１１に発生させることも可能である。よって、２～４ＫＨｚ程度の正弦波状の弾性波を発生させれば、低周波の弾性波を用いたインテグリティ試験や、１ＭＨｚ程度までの様々な周波数の弾性波を利用した高周波衝撃弾性波法等の検査も可能となる。

【0030】

第１実施形態に係る非破壊検査システムに用いる自動打撃装置は、図４に示すソレノイド式の自動打撃装置２１ａに限定されるものではない。例えば、図５に示すような振り子式の自動打撃装置２１ｂでも構わない。図５に示す振り子式の自動打撃装置２１ｂにおいては、アーム２２２ａの一方の端部に設けた打撃部２２１が被測定対象１１の一部を打撃して、パルス状またはインパルス状の弾性波を被測定対象１１に発生させることができる。アーム２２２ａの他方の端部には、アーム２２２ａに直交する方向に結合したスプリング駆動部２２２ｂが設けられている。アーム２２２ａとスプリング駆動部２２２ｂでＬ字型の構造をなしている。スプリング駆動部２２２ｂに一端が固定されたスプリング２２３の他端はスプリング固定部２２４に固定されている。

【0031】

アーム２２２ａとスプリング駆動部２２２ｂが連結しているＬ字の角部には、アーム２２２ａとスプリング駆動部２２２ｂがなす面に垂直方向に回転軸が設けられている。この回転軸は、台座２２７に固定された回転軸支持部２２５によって、回転自在に固定されている。台座２２７の端部には台座２２７の主面に垂直方向に棒状の支柱２２９が設けられ、支柱２２９の一部に、打撃部２２１の高さを規定するフック２２８が設けられている。又、支柱２２９の根元付近の台座２２７の上面には棒状のストッパー２２６が固定されている。フック２２８とストッパー２２６の間の距離を調整することにより、打撃部２２１の打撃速度を変更できる。

【0032】

第１実施形態に係る非破壊検査システムに用いる自動打撃装置は、図６に示すようなモータ式の自動打撃装置２１ｃでも構わない。図６に示すモータ式の自動打撃装置２１ｃにおいては、モータ２３４で駆動されるベルト２３６の回転移動に連結した打撃部２３１が鉛直方向に直線移動し、打撃部２３１の先端が被測定対象１１の一部を打撃して、パルス状またはインパルス状の弾性波を被測定対象１１に発生させることができる。ベルト２３６の回転移動を可能にするためにモータ２３４に直結した下部プーリ２３５ａと、下部プーリ２３５ａに対向する上部プーリ２３５ｂが下部プーリ２３５ａから離間して設けられている。ベルト２３６の回転移動に打撃部２３１を連結させるため、ガイドレール２３３に設けられたリンク部２３２の下側に棒状の打撃部２３１が先端を鉛直方向に向けて固定されている。なお、リンク部２３２とベルト２３６を固定せずに支えるだけで、落下方向に自由運動できる構造とし、打撃部２３１よりベルト２３６が先に下方に移動することで打撃部２３１を自由落下させて打撃部２３１の先端が被測定対象１１の一部を打撃する構成にすることも可能である。

【0033】

図７は、第１実施形態に係る非破壊検査システムに用いる波形選択器の例としてのオペアンプ帰還型のＨＰＦを示す回路図である。図７に示すように電圧ソース型（ＶＣＶＳ）型の２次ＨＰＦが２段直列接続されている。１段目の２次ＨＰＦは、入力端子ＩＮ側に位置する第１交流結合コンデンサＣ４に第２交流結合コンデンサＣ５が直列接続され、第２交流結合コンデンサＣ５が第１のオペアンプのプラス端子に接続されている。第１のオペアンプのプラス端子は第１のバイアス抵抗Ｒ５を介して接地されている。第１交流結合コンデンサＣ４と第２交流結合コンデンサＣ５との接続ノードに、第１入力抵抗Ｒ２の一方の端子が接続され、第１入力抵抗Ｒ２の他方の端子は、第１のオペアンプのマイナス端子に接続されている。第１のオペアンプの高位電源側は第１のバイパスコンデンサＣ２を介して接地され、第１のオペアンプの低位電源側は第２のバイパスコンデンサＣ９を介して接地されている。第１のオペアンプの高位電源は図１に示した安定化電源３３から供給できる。第１のバイパスコンデンサＣ２と第２のバイパスコンデンサＣ９は安定化電源３３によるノイズの低減と、安定化電源３３の電源ラインのインピーダンスの低減を目的としている。

【0034】

２段目の２次ＨＰＦも図７に示すように、第１のオペアンプの出力端子側に位置する第３交流結合コンデンサＣ６に第４交流結合コンデンサＣ７が直列接続され、第４交流結合コンデンサＣ７が第２のオペアンプのプラス端子に接続されている。第２のオペアンプのプラス端子は第２のバイアス抵抗Ｒ６を介して接地されている。第３交流結合コンデンサＣ６と第４交流結合コンデンサＣ７との接続ノードに、第２入力抵抗Ｒ３の一方の端子が接続され、第２入力抵抗Ｒ３の他方の端子は、第２のオペアンプのマイナス端子に接続されている。図示を省略しているが、第１のオペアンプと同様に第２のオペアンプの高位電源側は第３のバイパスコンデンサを介して接地され、第２のオペアンプの低位電源側は第４のバイパスコンデンサを介して接地されている。第２のオペアンプの高位電源も、図１に示した安定化電源３３から供給できる。第３のバイパスコンデンサと第４のバイパスコンデンサは安定化電源３３によるノイズの低減と、安定化電源３３の電源ラインのインピーダンスの低減を目的としている。

【0035】

≪非破壊検査方法について≫
図３に示すフローチャートを用いて、第１実施形態に係る非破壊検査の処理手順を説明する。先ず、ステップＳ１１において、第１実施形態に係る非破壊検査システムの入力装置４２を介して校正用試料の設計情報を入力し、非破壊検査システムの設計情報記憶装置４１に保存する。第１実施形態に係る非破壊検査方法において、自動打撃装置２１ａによる印加される弾性波は、短時間のパルス状またはインパルス状であると考えられる。弾性波の反射は、弾性波が印加された時の特性と反射面の特性による。とくに境界面のインピーダンスの比に応じて大きさが変化し、自由端と同様の反射をする。校正用試料に用いる健全なコンクリート構造物においては、基本的に校正用試料の先端からの反射が反射波の信号の主たる要因を示すことになる。

【0036】

校正用試料となる健全なコンクリート構造物の場合、設計により長さ、大きさ、形状に加え、体積弾性率や密度などは決定しているので、校正用試料の設計情報は、設計情報記憶装置４１に保存しておく。次にステップＳ１２において、自動打撃装置２１ａが校正用試料の杭頭部を自動打撃することにより、校正用試料中を伝搬して戻ってくる健全な弾性波を検出器３１が検出する。検出器３１が検出した図８（ａ）に示すような弾性波の波形は、図７に示す波形選択器３２でその一部がフィルタリングされ、選択後に図８（ｂ）に示すような波形になる。波形選択器３２から出力された健全な弾性波の波形は、図１に示した波形表示装置２４で観察することができる。

【0037】

その後、ステップＳ１３において、非破壊検査システムの解析装置３５を構成する反射波特徴抽出論理回路３５３が、以下のような経験的モード分解の手順に従い、健全な弾性波（反射波）の特徴の抽出をする：
(a) ステップＳ１２で図７に示す波形選択器３２によって反射波の波形の一部が選択された入力信号x(t)のデータを波形データ記憶装置３６に格納する。健全な弾性波の入力信号x(t)の振動の山と谷は交互に現れる。そこで、ステップＳ１３において、反射波特徴抽出論理回路３５３は、入力信号x(t)のデータを波形データ記憶装置３６から読み出し、健全な弾性波の入力信号x(t)のすべての極値を検出し、すべての極値のデータをそれぞれ解析データ記憶装置３８に格納する。
(b) 反射波特徴抽出論理回路３５３は、極大点と極小点のデータをそれぞれ解析データ記憶装置３８から読み出し、極大点と極小点をそれぞれ補間し、山の包絡線（上側包絡線）e_max(t)と谷の包絡線（下側包絡線）e_min(t)を得て、山の包絡線e_max(t)と谷の包絡線e_min(t)のデータをそれぞれ解析データ記憶装置３８に格納する。

【0038】

(c) 反射波特徴抽出論理回路３５３は、山の包絡線と谷の包絡線のデータをそれぞれ解析データ記憶装置３８から読み出し、山の包絡線と谷の包絡線の局所平均m(t) = ( e_min(t) + e_max(t) ) / 2 を算出して、局所平均m(t)のデータをそれぞれ解析データ記憶装置３８に格納する。
(d) 入力信号x(t)のデータを波形データ記憶装置３６から、局所平均m(t)のデータを解析データ記憶装置３８からそれぞれ読み出し、入力信号x(t)と局所平均の差分y(t) = x(t) - m(t)を入力とみなして、反射波特徴抽出論理回路３５３はステップ(a)～(d)の手順を繰り返す。
(e) 局所平均の標準偏差が閾値以下になった時点で、反射波特徴抽出論理回路３５３は力と局所平均の差分y(t)を固有モード関数ＩＭＦとみなし,ループを終了する。このように、反射波特徴抽出論理回路３５３は、山の包絡線と谷の包絡線を近似し，その間を通る線を第１の固有モード関数ＩＭＦ１＝y(t)として抽出し、第１の固有モード関数ＩＭＦ１のデータを解析データ記憶装置３８に格納する。

【0039】

(f) 反射波特徴抽出論理回路３５３は、健全な弾性波の入力信号x(t)と固有モード関数ＩＭＦの残差ｒ₁(t) = x(t) - y(t)を新たな入力信号x(t)としてステップ(a)～(f)の手順を繰り返す。即ち、反射波特徴抽出論理回路３５３は、即ち、y₁(t)＋y₂(t)＋y₃(t)＋……＋y_k(t)を基の入力信号x(t) から引き，収束するまで複数回繰り返す．
(g) 反射波特徴抽出論理回路３５３が第１の固有モード関数ＩＭＦ1～第ｋの固有モード関数ＩＭＦｋ（すべての固有モード関数ＩＭＦ）を抽出し、x(t)の極値が1つになったら終了する。最終的な残差をｒ_final(t)とすると、

x(t) =y₁(t)＋y₂(t)＋y₃(t)＋……＋y_k(t)＋ｒ_final(t) ……（１）

ｋは固有モード関数ＩＭＦのチャネル数になる。式（１）によって，反射波特徴抽出論理回路３５３は、振動を分解できる。

【0040】

図９（ａ）は、経験的モード分解に用いられる健全なコンクリート構造物からの反射波を入力信号して示す図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示した健全なコンクリート構造物からの入力信号を、経験的モード分解の手法により１０個の固有モード関数ＩＭＦに分解した場合の第１の固有モード関数ＩＭＦ１を説明する図である。図９（ｃ）は図９（ａ）に示した入力信号を経験的モード分解の手法により１０個の固有モード関数ＩＭＦに分解した場合の第２の固有モード関数ＩＭＦ２を説明する図である。同様に、図９（ｄ）は、図９（ａ）に示した入力信号を経験的モード分解の手法により１０個の固有モード関数ＩＭＦに分解した場合の第３の固有モード関数ＩＭＦ３を説明する図である。図９に示したような経験的モード分解の手法による分解において，反射波特徴抽出論理回路３５３は、山のみの信号のエネルギーと谷のエネルギーの比が１に近く相対許容誤差が大きいものを固有モードとして，採用する．そのうち設計上の距離とほぼ等しいと思われる前後を反射波特徴抽出論理回路３５３は、ステップＳ１３において、特徴量として選択する。ステップＳ１４において、反射波特徴抽出論理回路３５３が抽出した健全な弾性波（反射波）の特徴量を特徴量記憶装置４４に保存する。

【0041】

次に、ステップＳ１５において、被測定対象１１の設計情報が既知の場合は、入力装置４２を介して被測定対象１１の設計情報を入力し、第１実施形態に係る非破壊検査システムの設計情報記憶装置４１に保存する。ステップＳ１６において、反射波特徴抽出論理回路３５３は被測定対象１１の経験的モード分解の特徴量を選択し、第１実施形態に係る非破壊検査システムの特徴量記憶装置４４に保存する。被測定対象１１に亀裂、傷やひび等の欠陥が存在する場合、欠陥からの反射波は、反射波の大きさや形状は、健全なコンクリート構造の場合から変化するものの、健全な構造物の先端からの反射と類似な特性をもつと仮定できる。そこで、反射波特徴抽出論理回路３５３は被測定対象１１の欠陥部からの反射波が、健全な構造物からの反射波と同じ特性を示すものとして、固有モードを抽出し、解析データ記憶装置３８に保存する。

【0042】

図１０（ａ）は、亀裂、傷やひび等の欠陥を含む被測定対象１１からの反射波を入力信号して示す図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した欠陥を含む被測定対象１１からの入力信号を、経験的モード分解の手法により１０個の固有モード関数ＩＭＦに分解した場合の第１の固有モード関数ＩＭＦ１を説明する図である。図１０（ｃ）は図１０（ａ）に示した入力信号を経験的モード分解の手法により１０個の固有モード関数ＩＭＦに分解した場合の第２の固有モード関数ＩＭＦ２を説明する図である。同様に、図１０（ｄ）は、図１０（ａ）に示した入力信号を経験的モード分解の手法により１０個の固有モード関数ＩＭＦに分解した場合の第３の固有モード関数ＩＭＦ３を説明する図である。

【0043】

図１１に拡大図を示すように、図１０（ｄ）に示した第３の固有モード関数ＩＭＦ３には、符号Ａを付した円で囲んだような特徴量が発見される。そこで、ステップＳ１７において、解析装置３５を構成する反射波強調フィルタ係数算出回路３５５は、特徴量記憶装置４４から健全な構造物の特徴量を読み出し、読み出した特徴量を選択フィルタに採用して、図１２の上段に示すように、被測定対象１１の反射波強調フィルタ係数を算出する。ステップＳ１８において、解析装置３５を構成する時間軸伸張圧縮回路３５６が、弾性波の伝搬速度のばらつきを考慮し、フィルタの時間軸の伸長を複数用意し、図１２の下段に示すように、時間軸を伸張又は圧縮する。

【0044】

その後、ステップＳ１９において、第１実施形態に係る非破壊検査システムの自動打撃装置２１ａが被測定対象１１の杭頭部を自動打撃することにより、被測定対象１１中を伝搬して戻ってくる反射波を検出器３１が検出する。検出器３１が検出した、亀裂、傷やひび等の欠陥からの反射を含む反射波の波形は、波形選択器３２で波形の一部を選択した後、被測定対象１１からの弾性波を波形表示装置３４で観察した後、波形の一部が選択されたデータを波形データ記憶装置３６に格納する。ステップＳ２０において、波形データ記憶装置３６から波形のデータを読み出し、読み出した波形のデータに対し、解析装置３５を構成するフィルタバンク処理論理回路３５７が図１３に示すようなフィルタバンク処理をする。

【0045】

図１３から分かるように、フィルタバンク処理においては、単一の入力ｘ（ｔ）に対し、フィルタの並列処理を施すことによって、複数の出力y(t)を得る。フィルタの並列処理は処理時間を要するが、マザー関数が予め決定できるため図１３に示すように、連続ウェーブレットの手法を用いて実現する。ステップＳ２１において、解析装置３５を構成する判定論理回路３５８が、被測定対象１１中の傷や被測定対象１１の先端からの反射であるか否か等を判定する。被測定対象１１中の傷や被測定対象１１の先端からの反射であるか否か等の判定に際しては、設計情報記憶装置４１及び欠陥データ記憶装置４３に格納されたデータを、フィルタバンク処理によって得られた複数の出力y(t)との比較をする深層学習の手法を用いる。判定論理回路３５８は、被測定対象１１の長さや断面積の変化の測定結果や損傷・欠損等有無や健全性の検査結果を、出力装置３７によって表示させる。更に判定論理回路３５８は、判定した損傷・欠損等有無や健全性の検査データを、被測定対象１１の長さや断面積の変化の測定結果と共に、欠陥データ記憶装置４３に格納して欠陥データを蓄積する。

【0046】

第１実施形態に係る非破壊検査システム及び非破壊検査方法によれば、健全なコンクリート構造物から得られた固有モードを、亀裂、傷やひび等の欠陥を有する被測定対象１１からの反射波の抽出フィルタとして用いているので、反射波の基本的な特性を強調することができ、反射波以外の他の成分を抑圧することができる。又、第１実施形態に係る非破壊検査システム及び非破壊検査方法によれば、フィルタの時間軸の伸長を複数用意し、並列にフィルタ処理することができるので、経年劣化などによる伝搬速度のばらつきを吸収することができ、構造物ごとの特性の変動を吸収することができる。

【0047】

（その他の実施形態）
本発明は第１実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当と解釈しうる、特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。例えば、非破壊検査システム、非破壊検査方法、非破壊検査プログラムは文言上非破壊を特定するものであるが、検査時の打撃等により一部の細かい粒子や破片等などが欠落する可能性は否定できないが、定義的に非破壊検査という文言を使用しているにすぎないため、このようなケースを非破壊検査システム、非破壊検査方法、非破壊検査プログラムが許容されることは当然のことと言える。

【符号の説明】

【0048】

１１…被測定対象
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…自動打撃装置
２２…打撃制御装置
２４…波形表示装置
３１…検出器
３２…波形選択器
３３…安定化電源
３４…波形表示装置
３５…解析装置
３６…波形データ記憶装置
３７…出力装置
３８…解析データ記憶装置
３９…プログラム記憶装置
４１…設計情報記憶装置
４２…入力装置
４３…欠陥データ記憶装置
４４…特徴量記憶装置
２１１…プランジャー
２１２…電磁ソレノイド
２１３…打撃部
２１４…スプリング
２１５…接合部
２１６…ソレノイド容器
２１７…ガイド部
２１８…緩衝材
２１９…連結板
２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ…ボルト
２２１…打撃部
２２２ａ…アーム
２２２ｂ…スプリング駆動部
２２３…スプリング
２２４…スプリング固定部
２２５…回転軸支持部
２２６…ストッパー
２２７…台座
２２８…フック
２２９…支柱
２３１…打撃部
２３２…リンク部
２３３…ガイドレール
２３４…モータ
２３５ａ…下部プーリ
２３５ｂ…上部プーリ
２３６…ベルト
３５１…制御部
３５２…シークエンス回路
３５３…反射波特徴抽出論理回路
３５４…特徴量選択論理回路
３５５…反射波強調フィルタ係数算出回路
３５６…時間軸伸張圧縮回路
３５７…フィルタバンク処理論理回路
３５８…判定論理回路
３５９ａ…Ａバス
３５９ｂ…Ｂバス，

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】