JPH04198736A - 構造物の欠陥検出方法およびその検出装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は炭素繊維等の新素材の構造物或いは新建材の複
合材等（以下、これらをまとめて構造物という。）の剥
離、空洞等の欠陥を検出する構造物の欠陥検出方法およ
びその検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、構造物の欠陥を非破壊で検出するには、例えば超
音波探傷方式、渦電流探傷方式や打音検査方式がある。

すなわち、超音波探傷方式は超音波を送受信する探触子
を用い、被検査材に超音波を投入すると、被検査材に欠
陥があれば、その大きさと形状に応じて超音波が反射散
乱する。その反射波の一部が上記探触子に受信され、画
像表示装置に表示されることによって、欠陥の位置と大
きさが検出される。

また、渦電流探傷方式は金属管等の導体中をコイルで交
流磁界が貫くようにすると、導体に渦電流が流れる。そ
して、導体からなる被検査材が欠陥のない良品である場
合には、渦電流が変化せず一定であって、被検査材に欠
陥がある場合には、渦電流が変化することとなる。これ
により、被検査材の欠陥の有無と位置が検出される。

さらに、打音検査方式は被検査材を叩いて振動を与え、
その音色を検査者が聞いて音色の変化に基づいて欠陥を
検出している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術にあっては次のような問題
点があった。すなわち、 超音波探傷方式では、探触子と被検査材との間にオイル
等の流体を介在させるため、被検査材を汚損させる。ま
た、被検査材の構造が超音波の伝達性能と大きく異なる
場合には、境界面からの反射が大きく、接着面付近の剥
離や空洞の有無が測定不可能である。そして、超音波は
その性質から指向性が強く、−点の測定範囲が狭い。こ
れは小さな欠陥を測定する場合には利点となるものの、
広い範囲の測定では正確なスキャンニング機構が必要と
なり、構造を複雑化させてしまう問題点がある。

また、渦電流探傷方式では、被検査材に対する電磁作用
を測定するため、金属等の導体にしか対応できないため
、非金属等の絶縁体からなる被検査材の検査が不可能で
あり、汎用性に欠ける問題点がある。

さらに、打音検査方式では検査者が叩いた音色を聞いて
欠陥を判断しなければならないため、検査者の感性と経
験が要求され、画一的に判断できないという問題点があ
る。これを解決するために、マイクロホンを通して音色
の変化を測定する方式もあるが、この方式では被検査材
を叩いた振動音以外の不要な雑音も入力されることとな
り、望ましい検出精度が得られない問題点か新たに発生
する。

そこで、本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、オイル等の流体を介在させる
ことなく、測定範囲が広く画一的に欠陥を検出でき、汎
用性を高めた構造物の欠陥検出方法を提供することにあ
る。

また、本発明の他の目的とするところは、構造を簡略化
するとともに、雑音の影響を低減し検出精度を向上させ
た構造物の欠陥検出装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明に係る構造物の欠
陥検出方法にあっては、音響発生器に少なくとも１つの
音波信号を与え、上記音響発生器を被検出構造物の表面
に密着するように一定の圧力で押圧したとき、上記被検
出構造物の構造変化による音響インピーダンスの変化を
測定し、被検出構造物の構造変化を検出することにある
。

また、本発明に係る構造物の欠陥検出装置にあっては、
少なくとも１つの音波信号を発信する発信器と、被検出
構造物の表面に密着し上記発信器の音波信号を得て被検
出構造物の構造変化による音響インピーダンスの変化を
測定する音響発生器と、この音響発生器のインピーダン
ス変化信号を上記発信器と同一周波数にて位相検波する
手段と、上記音響インピーダンスの変化を記録・表示す
る手段とを備えたことにある。そして、音響発生器の開
口縁には弾性体よりなる緩衝幅を設けることか好ましい
。

〔作　　用〕

上記の構成を有する本発明においては、音響発生器に少
なくとも１つの音波信号を与え音響発生器を振動させ、
音響発生器を被検出構造物の表面に密着するように一定
の圧力で押圧すると、音響波が被検出構造物を振動させ
る。この振動状態によって音響発生器の可動コイル・イ
ンピーダンスが変化し、このインピーダンス変化を発信
器と同一周波数にて位相検波することにより、検出が困
難な被検出構造物の構造変化を検出することができる。

また、音響発生器の開口縁に設けた弾性体よりなる緩衝
幅は、音響発生器を被検出構造物に押圧したときの気密
性を高めるように作用する。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図および第２図に本発明に係る構造物の欠陥検出装置の
一実施例を示す。第１図に示すように、欠陥検出装置は
検出装置本体１０と音響発生器（スピーカ）２０とから
大略的に構成され、第２図に示す被検出構造物３０の剥
離、空洞等の欠陥を検出するものである。

検出装置本体１０は少なくとも１つの音波信号を発信す
る発信器１１と、発信器１１から音響発生器２０に送出
した音波信号で被検出構造物３０からの音響変化信号を
位相検波する位相検波器１２と、位相検波器１２で位相
検波した信号を増幅する増幅器１３と、上記音響変化信
号以外の雑音による信号を消去するための信号処理器１
４と、音響変化信号を記録・表示する手段としてのＸ−
Ｙレコーダ１５とを備えている。

発信器１１は３０Ｈｚ〜２０ＫＨ２の周波数範囲で発信
し、欠陥を検出するための被検出構造物３０の材質、構
造に基づいて周波数が選定される。被検出構造物３０が
第２図に示すような複合材のパネルであって、剥ｌｖ部
分の欠陥を検出するには約ＩＫＨ７に周波数を設定する
。

音響発生器２０は発信器１１の音波信号を得て被検出構
造物３０の構造変化による音響インピーダンスの変化を
測定するものであって、第３図（Ａ）、（Ｂ）に示すよ
うに被検出構造物３０の凹凸による影響を可及的に吸収
するため振動板（コーン）２１の開口縁に防振ゴム等の
弾性体よりなる緩衝輪（バッファリング）２２を設け、
−定の圧力で被検出構造物３０に押圧される。なお、緩
衝輪２２としては防振ゴムに限定されることなく、例え
ば合成樹脂からなる弾性体であってもよい。

また、音響発生器２０は被検出構造物３０の表面形状に
対応して緩衝輪（バッファリング）２２の形状を変化さ
せることが望ましい。すなわち、音響発生器２０の振動
板２１と被検出構造物３０の表面との距離が必要な場合
、緩衝輪２２は被検出構造物３０が平面であるとき２〜
３龍厚で、数■■幅のリング状でよいが、被検出構造物
３０に凹凸部が形成されている場合には、第４図（Ａ）
。

（Ｂ）に示すようにラッパ状の補助部材２３に２０ｍｍ
以上の幅で緩衝輪２４を取付けることにより、被検出構
造物３０に対して高い気密性を保持できる。

次に、本実施例の作用について説明する。

発信器１１より音響発生器２０に音波信号を与え音響発
生器２０の振動板２１を振動させる。次いで、第２図に
示すように音響発生器２０を一定の圧力で被検出構造物
３０に押圧してその表面に密着させる。すると、音響波
が被検出構造物３０を振動させ、この振動状態によって
音響発生器２０の可動コイルφインピーダンスが変化す
る。

このとき、被検出構造物３０は金属、非金属に関係なく
材質や構造による影響で変化する。ここで、被検出構造
物３０と音響発生器２０との気密を一定に保持すれば、
同じ被検出構造物では同じ変化が検出される。

このインピーダンス変化を位相検波器１２が発信器１１
と同一周波数にて位相検波した後、増幅器１３で増幅し
信号処理器１４にて音響変化信号以外の雑音による信号
を消去し、さらにｘ−Ｙレコーダ１５に表示することに
よって、検出が困難な被検出構造物３０の空洞部３１の
位置と大きさを検出することができる。

さらに、本実施例を適用した具体的な実験例について説
明する。

実験例１ 第５図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すようにゴルフクラ
ブのカーボンヘッドの製造過程でのカーボン材の空洞部
の検出を以下の条件の下で行った。

音響発生器２０：開口径５ｃｍ、円形スピーカ、インピ
ーダンス８Ω 緩衝輪２２：２ＩＩＩ１１厚、内径３３關、外径４３ｍ
１１周波数：　１．ｌＫＨ２，相対増幅度：　２０ｄＢ
同図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す被検出構造物として
のカーボンヘッド３２．３３．３４に音響発生器２０を
押圧してその表面に密着させ、Ｘ−Ｙレコーダ１５の出
力波形を第６図（Ａ）。

（Ｂ）、（Ｃ）に示す。したがって、これらの相対的な
出力レベルをみれば、カーボンヘッド３２゜３４は出力
レベルが高く、良品であることが検出され、カーボンヘ
ッド３３は出力レベルがカーボンヘッド３２．３４より
低いため、不良品であることが検出された。この実験例
において、信号処理器１４により良品のときの増幅出力
信号を疑似的にゼロ値化すると、以後増幅出力は良品と
の比較信号となり、良品、不良品の比較検出が正確且つ
容易に行うことができる。

実験例２ 第７図（Ａ）、（Ｂ）に示すような被検出構造物として
の複合材３５の空洞部３６および剥離部３７の検出を以
下の条件の下で行った。

音響発生器２０：開口径５ｃｍ、円形スピーカ、インピ
ーダンス８Ω 周波数：　１．４ＫＩＩＺ、相対増幅度＋　２６ｄＢ複
合材３５の表面に音響発生器２０を押圧して密着しつつ
、８１〜Ｓ５の順に走査したＸ、Ｙ出力の内、ＳｌとＳ
５のＸ、Ｙ出力波形を第８図（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ
示す。同図（Ａ）と比較して同図（Ｂ）の出力波形では
、出力レベルが大幅に低下している部分と、やや低下し
ている部分を見出だした。この出力レベルが大幅に低下
している部分が空洞部３６の存在を、やや低下している
部分が剥離部３７の存在をそれぞれ表していることで、
それらを充分に検出できた。

ここで、実験例２においては発信器１１から上記周波数
と異なる第２の信号周波数を同時に送出することによっ
て、音響発生器２０の接触面で生じる雑音（ドリフト雑
音）や気密の漏れ等による信号出力変化を相殺し、測定
精度を一段と高めることができる。これは、渦電流探傷
方式で使用される多重周波数方式と同様である。

なお、上記実施例では被検出構造物としてゴルフクラブ
のカーボンヘッドや或いは新建材の複合材５０を適用し
たか、本発明はこれに限定されることなく、その他いか
なる構造物にも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る構造物の欠陥検出方
法によれば、以下の効果を奏する。

（ａ）音響発生器を被検出構造物に密着させて欠陥を検
出するので、オイル等の流体を介在させることなく、被
検出構造物を汚損させることがない。

（ｂ）音波周波数を使用することにより、被検出構造物
の深層まで、−点の測定面を広くして欠陥の検出が可能
である。

（Ｃ）振動による音響インピーダンスの変化を測定する
ため、被検出構造物は金属、非金属を問わず良品、不良
品の比較が容易に行うことができ、汎用性が著しく向上
する。

また、本発明に係る構造物の欠陥検出装置によれば、以
下の効果を奏する。

■音響発生器に送出した音波信号で、被検出構造物から
の音響変化信号を位相検波することにより、雑音等の影
響を低減し検出精度を高めることができる。

■広い面の欠陥検出に際して、正確なスキャンニング機
構は不要となり、構造を簡略化させることができる。

さらに、音響発生器の開口縁に弾性体よりなる緩衝輪を
設けたので、音響発生器を一定の圧力で押圧したとき、
被検出構造物との気密性が高く保持され、測定条件が一
定となり検出精度を一段と向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る欠陥検出装置の一実施例を示すブ
ロック図、 第２図は第１図の装置による被検出構造物の欠陥検出状
態を示す説明図、 第３図（Ａ）、（Ｂ）は第１図の音響発生器を示す斜視
図９分解斜視図、 第４図（Ａ）、（Ｂ）は音響発生器の変更例を示す斜視
図９分解斜視図、 第５図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実験例１で使用したゴ
ルフクラブのカーボンヘッドを示す斜視図、 第６図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実験例１による実験結
果を示す出力波形図、 第７図（Ａ）、（Ｂ）は実験例２において被検出構造物
としての複合材を示す正面図、断面図、第８図（Ａ）、
（Ｂ）は実験例２による実験結果を示す出力波形図であ
る。 １０・・・検出装置本体、１１・・・発信器、１２・・
・位相検波器、１３・・・増幅器、１４・・・信号処理
器、 １５・・・Ｘ−Ｙレコーダ（記録・表示する手段）、２
０・・・音響発生器、２１・・・振動板、２２・・・緩
衝幅、３０・・・被検出構造物。 出願人代理人　　藤　　本　　博　　光（Ａ）（Ｂ） 第３図 第４図 ３６　　　　　（Ａ）　　　３．７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、音響発生器に少なくとも１つの音波信号を与え、上
   記音響発生器を被検出構造物の表面に密着するように一
   定の圧力で押圧したとき、上記被検出構造物の構造変化
   による音響インピーダンスの変化を測定し、被検出構造
   物の構造変化を検出することを特徴とする構造物の欠陥
   検出方法。 ２、少なくとも１つの音波信号を発信する発信器と、被
   検出構造物の表面に密着し上記発信器の音波信号を得て
   被検出構造物の構造変化による音響インピーダンスの変
   化を測定する音響発生器と、この音響発生器のインピー
   ダンス変化信号を上記発信器と同一周波数にて位相検波
   する手段と、上記音響インピーダンスの変化を記録・表
   示する手段とを備えたことを特徴とする構造物の欠陥検
   出装置。 ３、音響発生器の開口縁に弾性体よりなる緩衝輪を設け
   た請求項２記載の構造物の欠陥検出装置。