JPH0733990B2 - 打撃検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被検査物に衝撃力を加えて被検査物の構造変
化状態を検査する打撃検査装置に関する。

〔従来の技術〕

物の表面を叩くと、その物の厚さが変化したり内部に支
柱があるなど、物の内部構造の変化のより音色が変わる
ことが知られている。これは、被検査物が打撃力を受け
て振動して音を発生するが、被検査物の内部構造が変化
すると、音の周波数、波形が変化するためである。この
現象は、物の内部に剥離やクラックが存在している場合
にも生じる。このため、この現象を利用して被検査物に
打撃力を加え、打撃音から被検査物の内部欠陥を検査す
ることがよく行われている。

このような打撃検査は、熟練者が一般にテストハンマと
かコインタップハンマとか呼ばれる小型の打撃専用ハン
マを用いて被検査物を打撃し、その人の耳によって音色
の変化を検知するもので、ハニカム板の剥離検査、タイ
ルの剥離検査、材料内のクラック発生検査、さらに壁板
内の根太の有無の検査など、広範囲に利用されている。

ところが、上記した従来の打撃検査方法は、熟練者で
ないと欠陥の有無を判別できない大きな面について検
査する場合には検査が長時間となる人間の神経が疲れ
てくると判別ができなくなったり、正常部と異常部とが
離れていると、前に聞いた音色を忘れて判断できなくな
る被測定物が危険な場所にある場合、人が行くことが
できず検査をすることができない自動化ができない、
騒音の中では判別が困難などの欠点がある。

そこで、人手による検査を機械化することが考えられ、
ハンマの打撃によって被検査物から生ずる音をマイクク
ロフォンによって電気信号に変換し、この電気信号を周
波数分析したり、音色認識の手法によって音色を判別
し、被測定物の異常の有無を検査する打撃検査装置が提
案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来の打撃検査装置は、正常部と異常部との判
別を周波数分析や音声認識の手法による音色によって行
っているため、判別方法が複雑であり、被測定物が変わ
るたびに判別方法の基準を変える必要がある。特に、従
来の打撃検査装置においては、非検査物を作業者が手に
ハンマを持って打撃するため、ハンマの打撃力が一定に
ならず、また検出信号の判別装置をハンマとは別に設置
しなければならず、装置構成が大型化してしまう問題が
あった。

本発明は、前記従来問題点に着目してなされたもので、
ハンマによる打撃力を一定にし、かつ計測信号のばらつ
きがなく、装置構造も小型で検査位置が狭小でも充分検
査できるようにした打撃検査装置を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る打撃検査装置
は、握り柄を有するケースの先端部に被検査物表面に向
けて往復駆動されるプランジャを備えた駆動手段を設
け、前記プランジャの下端部には圧電素子からなるセン
サを備えた打撃用ハンマを取り付け、前記ケースには前
記ハンマと被検査物とを定間隔に保持して対向させる間
隔保持脚を前記ハンマと同列に一対配置し、当該同列配
置された間隔保持脚の先端をハンマ先端面と側面視同一
の円弧形状とするとともに、同列配置された間隔保持脚
の先端頂点部を結ぶ直線上に前記ハンマの打撃点を位置
設定したものである。

〔作用〕

上記構成によれば、駆動手段を作動しプランジャを連続
して定間隔で往復動させると、このプランジャに取り付
けられたハンマが連動して往復動することとなる。した
がって、ハンマを被検査物に向けて打撃を行わせること
により所定の打撃力で一定間隔でセンサからの検出信号
を取り込むことができる。この信号は被検査物の構造状
態によって異なるパルス幅や波形を持つので、これを判
別することにより構造変化を検出することができる。ま
た、これらの手段はケース内に装備しているので、検査
位置が狭小でも充分検査することができる。特に、ハン
マはケースに設けた間隔保持脚により打撃距離が一定に
保持されるとともに、一対の間隔保持脚の先端頂点を連
結する線上でハンマが打撃する構成であるため、ハンマ
を保持するケースが傾いても打撃距離が一定に保持さ
れ、したがってケースをハンディタイプとした場合に操
作ゆらぎがあったり、装置を隙間から入れて検査しなけ
ればならない場合でも正確な検査を行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明に係る打撃検査装置の好ましい実施例を、
図面を参照して詳細に説明する。

第１図に本発明の実施例に係る打撃検査装置を示す。図
示のように、実施例に係る打撃検査装置10は本体ケース
12とこれに一体的に設けられた握り柄14を有して片手で
持つことができるハンディケースを備え、このハンディ
ケース内に検査のための主要機器を内蔵した構造となっ
ている。前記本体ケース12の先端部内にはハンマ駆動手
段を構成するソレノイド機構16が設けられており、これ
は一対のコイル18、20とこれらの中心部に配置されたプ
ランジャ22から構成されている。プランジャ22は前記コ
イル18、20の一方に通電することにより図中下方に押し
下げられ、他方に切り換え通電することにより上方に引
き上げられて復帰するものとなっている。したがって、
一方のコイル18は打撃コイルとなり、他方のコイル20は
復帰コイルとなる。前記プランジャ22の下端には、図示
しない被検査物を打撃するための先端ハンマ部24が取り
付けられており、プランジャ22の動作に連動して往復動
し、連続的な打撃を被検査物に与えるようにしている。
また、先端ハンマ部24は質量調整用のウェイト26および
センサとしての圧電素子28を介して接着剤でプランジャ
22に一体的に取り付けられている。したがって、この実
施例では、打撃用ハンマ30はプランジャ22、ウェイト2
6、圧電素子28、および先端ハンマ部24で構成されてい
る。前記圧電素子28は被検査物の打撃による先端ハンマ
部24の応力変化を感知して、これを電圧変化として検出
する打撃センサであり、先端ハンマ部24が被検査物に接
触している時間を検出する。

ここで、前記ハンマ30はその先端ハンマ部24を本体ケー
ス12から出入りさせて被検査物を打撃するが、本体ケー
ス12と被検査物との間の距離を一定に保ち間隔保持をな
すために、本体ケース12にはハンマ30を挟んで一対の間
隔保持脚12Aを形成している。この間隔保持脚12Aは先細
の三角平板形状とされて平行に本体ケース12から突出さ
れ、両脚12Aの先端頂点を結ぶ直線上に前記ハンマ30の
先端ハンマ部24による打撃点が位置するように設定され
ている。この間隔保持脚12A,12Bは本体ケース12の構成
材を延設したもので、弾道形をなすハンマ30の先端部と
側面視（図１参照）において同一形状となるように、先
端にハンマ先端形状と同一のアールが付されて同一円弧
形状となるように形成している。先端部は被検査物に接
触されるため、耐摩耗性があるポリカーボネイト等の樹
脂により形成することも可能であり、必要に応じてキャ
スタ構造や回転ボール構造としてもよい。

また、本体ケース12の内部には前記ハンマ30の駆動制御
をなす回路を具備するとともに、圧電素子28からの検出
信号を取り込んで被検査物の構造変化があるか否かの異
常判別をなす回路をもつ制御部32が内蔵されている。

まず、制御部32を構成している駆動制御回路34は圧電素
子28の検出信号に基づいてコイル18、20への通電切り換
えを行わせるようにしており、第３図に示すように、圧
電素子28からの検出信号を増幅器36、比較器38を介して
入力し、各コイル18、20へ励起信号を出力する二つのフ
リップフロップ40、42を備えている。具体的には比較器
38の出力側をフリップフロップ40のリセット端子R₁に接
続し、また同時にNOT回路44を介してフリップフロップ4
2のセット端子S₂に接続している。この駆動制御回路34
には発振器46が設けられ、この発振器46はカウンタ48の
入力側に接続してあり、カウンタ48の出力が基準設定器
50からの出力とともに比較器52に入力するようにしてい
る。比較器52の出力は、リセット信号として前記カウン
タ48に入力するようになっているとともに、前述した一
方のフリップフロップ40のセット端子S₁と、他方のフリ
ップフロップ42のリセット端子R₂に入力させている。

フリップフロップ40、42の出力端子Q₁、Q₂は、それぞれ
コイル18、20への通電制御回路54、56に接続してある。

このような駆動制御回路30は、電源の投入によりコイル
18、20が起動状態となり、プランジャ22は圧電素子28の
信号に基づいてフリップフロップ40、42の作用によりハ
ンマ30と被検査物との接触時間の開始時点と終了時点で
各コイル18、20への通電切り換えが行われ、ハンマ30と
被検査物との接触時間に駆動力の影響が出ず、正確な接
触時間を測定検出できるようにしている。

一方、制御部32を構成し、圧電素子28の検出信号から被
検査物の異常判別をなす異常判別回路58は次のように構
成されている。すなわち、この異常判別回路58は圧電素
子28の出力信号を入力する比較器38からハンマ30と被検
査物との接触時間に応じたパルス幅の出力信号を入力す
るカウンタ60を備えている。このカウンタ60には更に発
振器62が接続され、前記比較器38の出力した信号パルス
幅を発振器62が発するパルス数でカウントし、これを比
較器64に出力するようにしている。この比較器64には基
準信号を入力するコントローラ66が接続され、前記比較
器64は圧電素子28側からの計測信号をコントローラ66か
らの基準信号と比較し、計測信号が基準信号より大また
は小のときに異常として表示部68に出力するようにして
いる。表示部68は本体ケース12の背面部に設けた発光表
示体を用いており、比較器64からの出力信号の大きさに
応じて発光点灯数を変え、あるいは発光色を変えるよう
にすればよく、コントローラ66により制御される。また
異常を検知した場合には聴覚確認ができるようにブザー
70にも出力するようにしている。なお、コントローラ66
には設定ツマミ72が付加され、平均値を算出するための
ハンマ30打点数の設定ができるようにされている。

上記の如く構成した実施例の打撃検査装置の作用は次の
ように行われる。

まず、打撃検査装置10の握り柄14を手に持ち、間隔保持
脚12Aを被検査物に押し当て、電源スイッチを投入す
る。これにより駆動制御回路34は起動し、最初ハンマ30
を下降動作させ、以後ハンマ30の打撃を圧電素子28で検
知しつつ、この検出信号の立ち上がり、立ち下がりがコ
イル18、20への通電切り換え信号となってハンマ30は連
続的に往復し、被検査物を打撃する。この打撃速度は駆
動制御回路34の基準設定器50による設定信号で調整で
き、設定ツマミ72により簡単に調整が可能となってい
る。したがって、この装置の被検査物に対するスキャニ
ング速度を簡単に調整することができる。また、コイル
18、20と接続されている電源回路の設定電圧を変えるこ
とによりハンマ30の打撃力も調整可能となっている。

ハンマ30が被検査物に衝突して被検査物に打撃力を与え
ると、打撃センサたる圧電素子28は、ウエイト26とプラ
ンジャ22との慣性力および被検査物からの反力により押
圧さる。そして、圧電素子28は、ハンマ30が被検査物に
接触を開始し、被検査物の反力により跳ね返されて被検
査物から離れるまでの時間を検出し、この接触時間Ｔに
等しいパルス幅の信号を出力する。

比較器38の出力信号は、駆動制御回路34に入力されると
ともに、異常判別回路58にも入力され、駆動制御回路34
では圧電素子28の検出パルスの立ち上がりと立ち下がり
時点でコイル18、20への通電切り換えをなし、ハンマ30
の質量以外の不要な力が加わらないようにしている。ま
た、異常判別回路58では圧電素子28からのパルス信号の
パルス幅が被検査物の欠陥によって変化することを利用
し、被検査物の表面を予め打撃してこれを基準パルス幅
として取り込む。この基準パルス幅と異なるパルスが検
出され、これが許容値を越えている場合に異常として出
力し、被検査物が例えば剥離状態にある等として表示部
に出力表示するものである。

なお、上記実施例において、異常判別はセンサ検出信号
のパルス幅を比較することで行う例を示したが、検出信
号の波形から検出するようにしてもよい。これは被検査
物の剛性により検出パルス波形が非対称になることを利
用し、パルスピーク値の前後の比により判別すればよ
い。

次に第４〜５図には第二実施例に係る打撃検査装置を示
す。これはハンマ30の打撃距離の一定化を図ったもので
ある。ハンマ30は本体ケース12から出入りして被検査物
を連続的に打撃するが、本体ケース12と被検査物との間
を一定に保ち間隔保持をなすために、本体ケース12に三
脚構造の間隔保持脚72を介して取り付けられている。こ
の間隔保持脚72は三脚72A,72B,72Cを有するもので、一
対の脚72A,72Bの接地点ａ、ｂを結ぶ直線と平行な線に
沿って配設した枢着軸74を介して本体ケース12に取り付
けられている。すなわち、間隔保持脚72は二枚の板材の
一端を重合わせるとともに、他端側を開脚状に拡開させ
て形成されたもので、各板材の下縁の両端には三角形状
の爪部を設けてこれを脚72A,72B,72Cとしている。各脚7
2A,72B,72Cの接地点ａ、ｂ、ｃは三角形の頂点に対応し
ている。開脚側にはソレノイド機構16が挟み込まれるよ
うに取り付けられ、このソレノイド機構16のプランジャ
22とともに上下運動する先端ハンマ部24が一対の脚72A,
72Bの接地点a,bを結ぶ線の中点を打点位置ｄとするよう
に取り付けられている。そして、前記間隔保持脚72は接
地点a,bを結ぶ線と平行に間隔保持脚72の側面を貫通し
ている枢着軸74によって、本体ケース12に軸支されてい
る。この結果、間隔保持脚72はソレノイド機構16ととも
に本体ケース12に対して枢着軸74回りに揺動可能に取り
付けられることになる。

この第二実施例では、ハンマ30が取り付けられたソレノ
イド機構16は間隔保持脚72を介して本体ケース12に取り
付けられている。このため、打撃検査装置10が被検査物
の表面と傾いた状態でスキャニングしても、間隔保持脚
72が枢着軸74を中心として揺動し、常に被検査面に追従
して脚72A,72B,72Cを接地した状態を保持することがで
きる。したがって、ハンマ30は間隔保持脚72により被検
査面との間の打撃距離を一定に保った状態で打撃するこ
とができる。特にハンマ30の打点位置が脚72A,72Bの接
地点a,bを結ぶ線上にあるため、被検査面に凹凸があっ
てハンマ30を挟む脚72A,72Bが接触していれば検出に弊
害が生じることはない。また、この脚72A,72Bの間隔を
より小さくすることにより、当該脚72A,72B間の検査面
の形状変化に伴う検出誤差を無視できる程度に小さくす
ることも可能である。

なお、上記第二実施例では間隔保持脚72を三点支持脚構
成としてが、四点支持脚あるいはそれ以上の脚数の構成
としてもよい。更に間隔保持脚72は枢着軸74により本体
ケース12に取り付けたが、これは玉軸受け構造によって
支持するものとしてもよい。この場合には間隔保持脚72
の挙動は球面運動となり、より円滑な追従運動を行わせ
ることができる。

次に第６図には第三実施例に係る打撃検査装置のハンマ
駆動手段を示す。これは単コイル構造のソレノイド機構
としたもので、復帰用コイル20を省略して代わりに復帰
用ばね76を設けた構成としている点が先の第一実施例と
異なる。このため、ハンマ駆動制御回路には復帰用コイ
ル20の動作用フリップフロップの構成が不要となってい
る。この実施例によれば、ハンマ30の駆動は被検査物に
向けてコイル18を励磁することによりハンマ30が衝突
し、衝突と同時にコイル18への通電が遮断して復帰用ば
ね76の作用で被検査物から離れ、これを繰り返して連像
的にハンマ30が打撃作用を行う。この実施例によっても
ハンマ30の連続的な打撃作用と打撃力の一定化を図るこ
とができる。

第７図は第四実施例に係る打撃検査装置のハンマ駆動手
段を示す。これはソレノイド機構を利用したものではな
く、圧縮空気を用いてハンマ30を駆動する構成例を示
す。これはエアシリンダ78の内部にピストン80を内蔵
し、ピストン80にロッドプランジャ82を連結してハンマ
30を取り付けたもので、エア配管84に介在した回転バル
ブ86を回転駆動することで打撃方向にハンマ30を押し下
げ、ピストン80を弾圧するように配置した復帰ばね88に
よって、原位置に復帰させるようにしている。もちろん
エアシリンダ78には排気口90を形成してピストン80の動
作を阻害しないようになっている。この実施例では回転
バルブ86をモータ駆動で回転させることにより断続的に
空気を供給し、ハンマ30の接触タイミングに合わせて供
給遮断を行うようにすればよい。

更に第８図には第五実施例に係るハンマ駆動手段を示
す。これはハンマ30を板ばね92で片持ち支持し、板ばね
92の先端をモータ94により回転駆動されるクランクアー
ム96によって断続的に上下運動させるようにした構成と
している。この実施例でも回転タイミングによりハンマ
30の打撃開始時点にて板ばね92からクランクアーム96が
外れるように設定することで先の実施例と同様な効果が
得られる。

第９図は第六実施例に係るハンマ駆動手段である。これ
は支持板98に電磁石100を搭載し、この電磁石100に吸引
可能な上下可動板102をばね104によって支持板98に取り
付けたもので、上下可動板102にハンマ30を設けて断続
的に打撃作用を行わせるようにした構成とされている。
上下運動の切り換えは可動板102に可動接点106を取り付
け、この可動接点106に対向して上下に固定接点108、11
0を設置することにより、接点106,108,110の接続状態に
より、電磁石100の切り換えを行わせるようにしてい
る。かかる実施例によっても円滑なハンマ30の連続的打
撃を一定打撃力で行わせることができる。

なお、上記いずれの実施例でもハンマ30は上下可動なプ
ランジャに取り付けられているが、ウェイト26を任意に
変更できるものとなっており、被検査物の剛性に応じて
ハンマ30の質量を変更調整できるようにしている。ま
た、打撃センサとして圧電素子28を用いて構成例を示し
たが、これは応力変換素子であればよく、したがってピ
エゾ抵抗素子、歪みゲージ等適宜利用することができる
のはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ハンマを機械的
に連続して往復させ、一定の打撃力でかつ一定の打撃距
離を保ちながら被検査物を打撃することができ、しかも
小型のハンディケース内に装置構成を内蔵し、特にハン
マ駆動手段を収納して打撃検査を行えるように構成しつ
つ、ハンマを挟んで一対の間隔保持脚が先端先細りとし
検査面への接触点とハンマ打点が一直線上に配列されて
いるのでケースの傾斜等があっても安定した高精度の打
撃検査装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係る打撃検査装置の部分断面側面図、
第２図はハンマ駆動手段の断面図、第３図はハンマの制
御回路構成図、第４図は第二実施例に係る打撃検査装置
の部分断面側面図、第５図は第二実施例のハンマ駆動手
段の断面図、第６図は第三実施例に係る打撃検査装置の
ハンマ駆動手段の断面図、第７図は同第四実施例に係る
断面図、第８図（１）、（２）は同第五実施例に係る側
面図と平面図、第９図は同第五実施例に係る断面図であ
る。 10……打撃検査装置、12……本体ケース、14……握り
柄、22……プランジャ、28……圧電素子、30……打撃用
ハンマ、34……駆動制御回路、58……異常判別回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭56−43044（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−70540（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】握り柄を有するケースの先端部に被検査物
   表面に向けて往復駆動されるプランジャを備えた駆動手
   段を設け、前記プランジャの下端部には圧電素子からな
   るセンサを備えた打撃用ハンマを取り付け、前記ケース
   には前記ハンマと被検査物とを定間隔に保持して対向さ
   せる間隔保持脚を前記ハンマと同列に一対配置し、当該
   同列配置された間隔保持脚の先端をハンマ先端面と側面
   視同一の円弧形状とするとともに、同列配置された間隔
   保持脚の先端頂点部を結ぶ直線上に前記ハンマの打撃点
   を位置設定したことを特徴とする打撃検査装置。