JP2016080592A - Surface inspection method and surface inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造物の表面を検査し、その健全度を判定する表面検査方法および表面検査装置に関する。 The present invention relates to a surface inspection method and a surface inspection apparatus for inspecting the surface of a structure and determining the degree of soundness thereof.
近年、家屋、ビル、橋梁、トンネル等の構造物において、タイル、モルタル、コンクリート等の浮き、剥離等により、その一部が剥落する問題が発生している。これに伴い、タイル、モルタル、コンクリート等の外壁材の健全度を的確に検査し得る非破壊検査方法の確立が求められている。そのような非破壊検査方法として、特許文献１にタイル貼り付け面の剥離診断方法が開示されている。 In recent years, there has been a problem that a part of a structure such as a house, a building, a bridge, or a tunnel is peeled off due to floating, peeling, or the like of tile, mortar, concrete, or the like. In connection with this, establishment of the nondestructive inspection method which can test | inspect accurately the soundness of outer wall materials, such as a tile, mortar, and concrete, is calculated | required. As such a non-destructive inspection method, Patent Document 1 discloses a method for diagnosing peeling of a tile attachment surface.
特許文献１のタイル貼り付け面の剥離診断方法では、タイル貼り付け面の打撃音が測定信号として取得され、測定信号に対してウェーブレット変換が行なわれ、ウェーブレット変換された結果の時間波形の音圧レベルおよび減衰時間、周波数のピークに基づき、タイル剥離の有無および剥離状態が判定される。 In the method for diagnosing a tiled surface of Patent Document 1, the impact sound of the tiled surface is acquired as a measurement signal, wavelet transform is performed on the measurement signal, and the sound pressure of the time waveform resulting from the wavelet transform is obtained. Based on the level, the decay time, and the frequency peak, the presence / absence of the tile peeling and the peeling state are determined.
特許文献１のタイル貼り付け面の剥離診断方法では、タイルの中の１点のみの打撃音からそのタイルの剥離の有無および剥離状態が判定される。しかし、現実的には、一枚のタイル内に健全部と不健全部とが存在するケースが極めて多く、タイルの中の１点のみの打撃音からタイル剥離の有無および剥離状態を判定することは難しい。たとえば、タイル内のわずかな領域のみが不健全であって剥離していないタイルであっても、その不健全部の１点のみの測定結果からタイル剥離が生じていると誤って判定されてしまうことがある。したがって、特許文献１のタイル貼り付け面の剥離診断方法では、同一タイル内に健全部と不健全部とが存在する場合に誤って判定されることがあり、高い精度での判定ができない。 In the method for diagnosing peeling of a tile attachment surface of Patent Document 1, the presence / absence of peeling of the tile and the peeled state are determined from the impact sound of only one point in the tile. However, in reality, there are very many cases where a healthy part and an unhealthy part exist in one tile, and it is determined whether or not the tile is peeled off and the peeled state from the impact sound of only one point in the tile. Is difficult. For example, even if only a small area in the tile is unhealthy and does not peel off, it is erroneously determined that tile peeling has occurred from the measurement result of only one point of the unhealthy part. Sometimes. Therefore, in the method for diagnosing peeling of the tile attachment surface of Patent Document 1, when a healthy part and an unhealthy part exist in the same tile, the determination may be erroneously performed, and determination with high accuracy cannot be performed.
本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、構造物の表面の健全度を高い精度で判定するための表面検査方法および表面検査装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problem, and an object thereof is to provide a surface inspection method and a surface inspection apparatus for determining the soundness of the surface of a structure with high accuracy.
本発明の表面検査方法は、構造物の表面において区分けされた複数の領域の健全度を判定する表面検査方法であって、前記複数の領域のそれぞれにおいて、複数の測定位置で打撃音の音圧波形を取得する工程と、前記複数の測定位置から取得された前記音圧波形のそれぞれの波形面積を算出する工程と、前記複数の領域のそれぞれに対して、それぞれの前記領域内で得られた前記波形面積の中から、それぞれの前記領域内で得られた前記波形面積の平均値から所定値以上乖離した前記波形面積を除いて、それぞれの前記領域内で得られた前記波形面積の平均値を算出して領域平均値を得る工程と、前記複数の領域で得られた前記領域平均値の平均値を算出して、前記表面全体の表面平均値を得る工程と、前記領域平均値と前記表面平均値とを対比することにより、対応する前記領域の健全度を判定する工程とを備えることを特徴とする。 The surface inspection method of the present invention is a surface inspection method for determining the soundness of a plurality of regions divided on the surface of a structure, and in each of the plurality of regions, the sound pressure of the impact sound at a plurality of measurement positions. Obtaining a waveform, calculating a waveform area of each of the sound pressure waveforms acquired from the plurality of measurement positions, and each of the plurality of regions, obtained in each of the regions The average value of the waveform areas obtained in each of the regions excluding the waveform area deviated by a predetermined value or more from the average value of the waveform areas obtained in each of the regions from the waveform area. Calculating a region average value by calculating the average value of the region average value obtained in the plurality of regions, obtaining a surface average value of the entire surface, the region average value and the region The surface average By Hisuru, characterized by comprising a step of determining the health of the corresponding said regions.
本発明の表面検査装置は、構造物の表面において区分けされた複数の領域の健全度を判定する表面検査装置であって、前記構造物の表面を打撃して打撃音を生じさせる打撃部と、前記打撃音を集音する集音部と、前記集音部により集音された前記打撃音の音圧波形を取得する音圧波形取得部と、前記音圧波形取得部により取得された音圧波形を演算処理する演算処理部とを備え、前記複数の領域のそれぞれにおいて、複数の測定位置で打撃音の音圧波形を前記音圧波形取得部により取得し、前記演算処理部において、前記複数の測定位置から取得された前記音圧波形のそれぞれの波形面積を算出し、前記複数の領域のそれぞれに対して、それぞれの前記領域内で得られた前記波形面積の中から、それぞれの前記領域内で得られた前記波形面積の平均値から所定値以上乖離した前記波形面積を除いて、それぞれの前記領域内で得られた前記波形面積の平均値を算出して領域平均値を得て、前記複数の領域で得られた前記領域平均値の平均値を算出して、前記表面全体の表面平均値を得て、前記領域平均値と前記表面平均値とを対比することにより、対応する前記領域の健全度を判定することを特徴とする。 The surface inspection apparatus of the present invention is a surface inspection apparatus that determines the soundness of a plurality of regions divided on the surface of a structure, and a striking unit that strikes the surface of the structure to generate a striking sound; A sound collection unit that collects the percussion sound, a sound pressure waveform acquisition unit that acquires a sound pressure waveform of the percussion sound collected by the sound collection unit, and a sound pressure acquired by the sound pressure waveform acquisition unit An arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on a waveform, and in each of the plurality of regions, a sound pressure waveform of an impact sound is acquired by the sound pressure waveform acquiring unit at a plurality of measurement positions, and the arithmetic processing unit Calculating the waveform area of each of the sound pressure waveforms acquired from the measurement position, and for each of the plurality of regions, from among the waveform areas obtained in each of the regions, each of the regions The waveform area obtained within Excluding the waveform area deviating from the average value by a predetermined value or more, calculating the average value of the waveform area obtained in each of the regions to obtain a region average value, the obtained in the plurality of regions Calculating the average value of the region average value, obtaining the surface average value of the entire surface, and comparing the region average value and the surface average value to determine the soundness of the corresponding region; Features.
本発明によれば、構造物の表面の健全度を高い精度で判定するための表面検査方法および表面検査装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the surface inspection method and surface inspection apparatus for determining the soundness of the surface of a structure with high precision can be provided.
以下、添付図面を参照して、本発明の表面検査方法および表面検査装置を説明する。 Hereinafter, a surface inspection method and a surface inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明の表面検査方法および表面検査装置は、家屋、ビル、橋梁、トンネル等の構造物の表面において区分けされた複数の領域の健全度を判定するために用いられる。本発明の表面検査方法および表面検査装置の検査対象となる構造物の表面としては、健全度の判定が必要な構造物の表面であればいかなるものであってもよく、たとえばタイルが設けられた構造物の表面やコンクリート構造物の表面が挙げられる。また、構造物の表面において複数に区分けされた領域は、健全度を判定する単位領域であり、または健全度の検査の必要に応じて定められた面積に区切られた領域であって、たとえばタイルが設けられた構造物の表面の場合にはタイル１枚１枚とすることもできるし、見かけ上区切りのないコンクリート構造物の表面の場合には検査に際して必要に応じて所定の面積に区切られた領域とすることもできる。健全度とは、欠陥の有無を示す指標または一定の目安であるが、たとえばタイルが設けられた構造物の表面であればタイルおよび／またはモルタルの剥離が生じているか否かを示す指標であり、たとえばコンクリート構造物の表面であれば内部に空隙が生じているか否かを示す指標である。以下、本発明の表面検査方法および表面検査装置をタイルが設けられた構造物の表面の検査に適用した例について説明する。 The surface inspection method and the surface inspection apparatus of the present invention are used to determine the soundness of a plurality of regions divided on the surface of a structure such as a house, building, bridge, or tunnel. The surface of the structure to be inspected by the surface inspection method and the surface inspection apparatus of the present invention may be any surface as long as the surface of the structure needs to be judged for soundness. For example, a tile is provided. Examples include the surface of a structure and the surface of a concrete structure. Further, the region divided into a plurality on the surface of the structure is a unit region for determining the soundness level, or is an area divided into areas determined according to the need for the soundness inspection, for example, tiles. In the case of the surface of a structure provided with a tile, it can be made one tile at a time, or in the case of a surface of a concrete structure with no apparent separation, it can be divided into a predetermined area when necessary for inspection. It can also be an area. The soundness level is an index indicating the presence or absence of a defect or a certain standard. For example, if the surface of a structure provided with a tile is used, it is an index indicating whether the tile and / or mortar is peeled off. For example, if it is the surface of a concrete structure, it is an index indicating whether or not voids are generated inside. Hereinafter, an example in which the surface inspection method and the surface inspection apparatus of the present invention are applied to the inspection of the surface of a structure provided with tiles will be described.
本実施形態の表面検査装置１は、図１に示されるように、構造物Ｃの表面ＣＳを打撃して打撃音を生じさせる打撃部２と、打撃音を集音する集音部３と、集音部３からの出力信号を処理する信号処理部４とを備えている。表面検査装置１は、打撃部２によって表面ＣＳを打撃して生じた打撃音を集音部３により集音して、集音部３からの出力信号を信号処理部４が処理することによって、構造物Ｃの表面ＣＳの検査を行なう。 As shown in FIG. 1, the surface inspection apparatus 1 according to the present embodiment hits the surface CS of the structure C to generate a hitting sound, a sound collecting part 3 that collects the hitting sound, And a signal processing unit 4 for processing an output signal from the sound collecting unit 3. The surface inspection apparatus 1 collects the hitting sound generated by hitting the surface CS by the hitting unit 2 by the sound collecting unit 3 and the signal processing unit 4 processes the output signal from the sound collecting unit 3. The surface CS of the structure C is inspected.
打撃部２としては、表面ＣＳを打撃して打撃音を生じさせることができればよく、たとえばロボット等により自動操作される機械式打撃装置等を用いることができる。また、集音部３は、打撃部２の打撃によって生じた打撃音を集音できるものであればよく、公知のマイクを用いることができる。 The striking unit 2 only needs to be able to strike the surface CS and generate a striking sound. For example, a mechanical striking device that is automatically operated by a robot or the like can be used. Moreover, the sound collection part 3 should just be a thing which can collect the striking sound produced by the hit | damage of the striking part 2, and can use a well-known microphone.
信号処理部４は、図１に示されるように、集音部３により集音された打撃音の音圧波形を増幅部４１およびＡ／Ｄ変換部４２を介して取得する音圧波形取得部４３と、音圧波形取得部４３により取得された音圧波形を演算処理する演算処理部４４とを備えている。音圧波形取得部４３により取得された音圧波形および演算処理部４４により演算処理された結果は情報処理部４のメモリ４５に記憶される。 As shown in FIG. 1, the signal processing unit 4 acquires a sound pressure waveform of the hitting sound collected by the sound collecting unit 3 via the amplification unit 41 and the A / D conversion unit 42. 43 and an arithmetic processing unit 44 that performs arithmetic processing on the sound pressure waveform acquired by the sound pressure waveform acquiring unit 43. The sound pressure waveform acquired by the sound pressure waveform acquisition unit 43 and the result of calculation processing by the calculation processing unit 44 are stored in the memory 45 of the information processing unit 4.
本実施形態の音圧波形取得部４３によって取得された音圧波形および周波数解析結果の例を図３および図４に示す。図３の上段は、剥離していないタイルＴから得られた音圧波形を示しており、図４の上段は、剥離しているタイルＴから得られた音圧波形を示している。剥離しているタイルＴから得られた音圧波形は、剥離していないタイルＴから得られた音圧波形と比べて、音圧レベルが高く、減衰が遅いことがわかる。このように、音圧波形取得部４３によって取得される音圧波形には、表面ＣＳの健全度に応じた特徴が現れる。 Examples of sound pressure waveforms and frequency analysis results acquired by the sound pressure waveform acquisition unit 43 of this embodiment are shown in FIGS. The upper part of FIG. 3 shows the sound pressure waveform obtained from the tile T that has not been peeled off, and the upper part of FIG. 4 shows the sound pressure waveform obtained from the tile T that has been peeled off. It can be seen that the sound pressure waveform obtained from the peeled tile T has a higher sound pressure level and slower decay than the sound pressure waveform obtained from the tile T not peeled. As described above, the sound pressure waveform acquired by the sound pressure waveform acquisition unit 43 has a characteristic corresponding to the soundness level of the surface CS.
演算処理部４４は、音圧波形取得部４３により取得された音圧波形の波形面積を算出する。得られる波形面積は、健全部よりも剥離部（不健全部）の方が大きな値を有する。本実施形態では、波形面積として、図５に示されるように、波形の立ち上がりから２５６点（約１．３ｍｓｅｃ）までの波形の面積（図中、斜線で示された部分の面積）が求められる。ただし、この積分区間は、比較対象とする測定点毎に一定であればよく、検査対象となる表面ＣＳの種類や状態に応じて適宜設定することができる。たとえば、波形面積は、表面ＣＳの健全度に応じた特徴が現れる所定の時間内における音圧波形を積分することによって求めることができ、これによって得られる波形面積は、表面ＣＳの健全度がより大きく反映されたものとなる。 The arithmetic processing unit 44 calculates the waveform area of the sound pressure waveform acquired by the sound pressure waveform acquisition unit 43. The obtained waveform area has a larger value in the peeled portion (unhealthy portion) than in the healthy portion. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the area of the waveform from the rising edge of the waveform to 256 points (about 1.3 msec) (the area of the portion indicated by hatching in the figure) is obtained as the waveform area. . However, this integration interval only needs to be constant for each measurement point to be compared, and can be appropriately set according to the type and state of the surface CS to be inspected. For example, the waveform area can be obtained by integrating the sound pressure waveform within a predetermined time in which a characteristic corresponding to the soundness level of the surface CS appears, and the waveform area obtained thereby is more than the soundness level of the surface CS. It will be greatly reflected.
演算処理部４４はさらに、複数の測定位置から取得された音圧波形の波形面積の平均値を算出する。このとき、複数の領域（タイルＴ）毎にその平均値を算出して、領域毎の領域平均値を得ることができる。演算処理部４４は、平均値を求める複数の波形面積の中から、波形面積の平均値から所定値以上乖離した波形面積を除いて、複数の波形面積の平均値を算出してもよい。より具体的には、演算処理部４４は、平均値を求める複数の波形面積の中から、波形面積の平均値の１５０％を超える波形面積を除いたのち、残りの波形面積の平均値の７０％未満の波形面積を除いて、最終的に残った波形面積の平均値を算出してもよい。これにより、表面ＣＳの領域（タイルＴ）の健全度を評価する場合に、計測機器に起因したノイズを含む波形面積など、健全度を必ずしも反映していない波形面積を除去することができるので、評価対象とする領域の評価精度が向上する。そのため、深さの異なる位置の欠陥（剥離だけでなく空洞も）の有無を判定することもできる。 The arithmetic processing unit 44 further calculates an average value of the waveform areas of the sound pressure waveforms acquired from a plurality of measurement positions. At this time, the average value can be calculated for each of the plurality of regions (tiles T) to obtain the region average value for each region. The arithmetic processing unit 44 may calculate an average value of a plurality of waveform areas by excluding a waveform area that deviates from the average value of the waveform areas by a predetermined value or more from a plurality of waveform areas for which an average value is obtained. More specifically, the arithmetic processing unit 44 removes a waveform area that exceeds 150% of the average value of the waveform areas from a plurality of waveform areas for which the average value is obtained, and then calculates the average value 70 of the remaining waveform areas. The average value of the remaining waveform area may be calculated except for the waveform area of less than%. Thereby, when evaluating the soundness of the region of the surface CS (tile T), it is possible to remove a waveform area that does not necessarily reflect the soundness, such as a waveform area including noise caused by the measurement device, The evaluation accuracy of the area to be evaluated is improved. Therefore, it is possible to determine the presence / absence of defects (not only peeling but also cavities) at different depths.
演算処理部４４はさらに、複数の領域（タイルＴ）から得られた領域平均値の平均値を算出して、表面ＣＳ全体の表面平均値を得る。このとき得られた表面平均値を表面ＣＳの領域の健全度評価の基準とすることができ、それぞれの領域の健全度を評価することができる。その目的のために、演算処理部４４は、それぞれの領域から得られた領域平均値と表面平均値とを対比する。たとえば、演算処理部４４は、限定されることなく、領域平均値を表面平均値で除したり、領域平均値と表面平均値との差を算出したりして、領域平均値と表面平均値とを定量的に対比することができる。さらに、領域平均値と表面平均値とを定量的に対比した対比結果と所定の判定基準とを対比することによって、表面ＣＳの領域の健全度を定量的に判定することができる。このようにして表面平均値を健全度評価の基準とすることにより、わざわざ健全部を探し出して、その健全部から取得される音圧波形を利用する必要がないので、表面ＣＳ全体を全自動で評価することも可能であり、簡便に表面ＣＳにおける領域の健全度を評価することができる。 The arithmetic processing unit 44 further calculates the average value of the area average values obtained from the plurality of areas (tiles T), and obtains the surface average value of the entire surface CS. The surface average value obtained at this time can be used as a criterion for the soundness evaluation of the area of the surface CS, and the soundness of each area can be evaluated. For that purpose, the arithmetic processing unit 44 compares the area average value obtained from each area with the surface average value. For example, the arithmetic processing unit 44 is not limited, and the area average value is divided by the surface average value, or the difference between the area average value and the surface average value is calculated. Can be compared quantitatively. Furthermore, the degree of soundness of the area of the surface CS can be quantitatively determined by comparing a comparison result obtained by quantitatively comparing the area average value and the surface average value with a predetermined determination criterion. In this way, by using the surface average value as a criterion for soundness evaluation, it is not necessary to bother to find a sound part and use the sound pressure waveform acquired from the sound part. It is also possible to evaluate, and the degree of soundness of the region on the surface CS can be easily evaluated.
表面検査装置１はさらに、図１に示されるように、音圧波形、波形面積分布、領域平均値分布、複数の領域の健全度の判定結果などを表示するための表示装置５を備えている。表示装置５は、たとえば図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、各領域（タイルＴ）内において、測定点に対する波形面積分布を表示することができる。また、表示装置５は、図７に示されるように、複数の領域（タイルＴ）の位置に対応させて、領域平均値を表面平均値で除した値に応じて色分けして表示することもできる。これによって、表面ＣＳ内のタイルＴの剥離状況を視覚的に認識しやすくなる。 As shown in FIG. 1, the surface inspection apparatus 1 further includes a display device 5 for displaying a sound pressure waveform, a waveform area distribution, a region average value distribution, a soundness determination result of a plurality of regions, and the like. . For example, as shown in FIGS. 6A to 6C, the display device 5 can display the waveform area distribution for the measurement points in each region (tile T). Further, as shown in FIG. 7, the display device 5 may display by color-coding according to the value obtained by dividing the area average value by the surface average value in correspondence with the positions of a plurality of areas (tiles T). it can. This makes it easy to visually recognize the peeling state of the tile T in the surface CS.
つぎに、図２に示されるフローチャートを参照して、本発明の表面検査方法を説明する。 Next, the surface inspection method of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
本発明の表面検査方法では、まず複数の領域のそれぞれにおいて、複数の測定位置で打撃音の音圧波形を取得する工程Ｓ１が実施される。具体的には、図１に示される複数の領域のそれぞれに対応するタイルＴ表面において、複数の測定点が設定されて、打撃部２によってそれぞれの測定点が打撃されて、生じた打撃音の音圧波形が測定点毎に音圧波形取得部４３により取得される。複数の測定点は、領域内の略全域にわたって分散されて設定されることが好ましく、さらに所定の間隔をもって分散されて設定されることがより好ましい。なお、「略全域にわたって」という用語は、二次元的に各領域の表面の略全域にわたっていることを意味するだけでなく、一次元的に略全域にわたっていること、具体的には一方の端部から他方の端部に直線的に略全域にわたっていることをも意味する。後者の場合には、その直線が各領域の表面の略中央を通っていることが好ましい。 In the surface inspection method of the present invention, first, step S1 of acquiring sound pressure waveforms of impact sounds at a plurality of measurement positions is performed in each of a plurality of regions. Specifically, a plurality of measurement points are set on the surface of the tile T corresponding to each of the plurality of regions shown in FIG. 1, and each measurement point is hit by the hitting unit 2. A sound pressure waveform is acquired by the sound pressure waveform acquisition unit 43 for each measurement point. The plurality of measurement points are preferably set to be distributed over substantially the entire region, and more preferably set to be distributed at a predetermined interval. Note that the term “substantially over the entire area” does not only mean that the surface of each region extends over the entire area in a two-dimensional manner; It also means that it extends over almost the whole area in a straight line from one end to the other end. In the latter case, it is preferable that the straight line passes through the approximate center of the surface of each region.
表面検査方法では、つぎに複数の測定位置から取得された音圧波形のそれぞれの波形面積を算出する工程Ｓ２が実施される。具体的には、音圧波形取得部４３により取得された音圧波形が演算処理部４４で受け取られ、演算処理部４４によって音圧波形の波形面積が算出される。この工程Ｓ２により、測定点毎の波形面積が求められる。ここで、すべての測定点に対して工程Ｓ１を実施した後に工程Ｓ２を実施してもよいし、測定点毎に工程Ｓ１および工程Ｓ２を実施してもよい。 In the surface inspection method, step S2 of calculating the waveform area of each of the sound pressure waveforms acquired from a plurality of measurement positions is performed. Specifically, the sound pressure waveform acquired by the sound pressure waveform acquisition unit 43 is received by the arithmetic processing unit 44, and the waveform area of the sound pressure waveform is calculated by the arithmetic processing unit 44. By this step S2, the waveform area for each measurement point is obtained. Here, step S2 may be performed after performing step S1 for all measurement points, or step S1 and step S2 may be performed for each measurement point.
表面検査方法では、つぎに複数の領域のそれぞれに対して、それぞれの領域内で得られた波形面積の中から、それぞれの領域内で得られた波形面積の平均値から所定値以上乖離した波形面積を除いて、それぞれの領域内で得られた波形面積の平均値を算出して領域平均値を得る工程Ｓ３が実施される。具体的には、上記工程Ｓ２により得られた波形面積から、演算処理部４４によって、領域（タイルＴ）毎の領域平均値が求められる。このとき、上述したように、各領域内で得られた波形面積から、各領域内で得られた波形面積の平均値の１５０％を超える波形面積を除去し、除去して残った波形面積から、各領域内で得られた波形面積の平均値の７０％未満の波形面積を除去し、最終的に残った波形面積の平均値を算出し、領域平均値を得ることもできる。ここで、すべての領域に対して工程Ｓ１および工程Ｓ２を実施した後に工程Ｓ３を実施してもよいし、領域毎に工程Ｓ１、工程Ｓ２および工程Ｓ３を実施してもよい。 In the surface inspection method, for each of a plurality of regions, a waveform that deviates from the average value of the waveform areas obtained in each region by a predetermined value or more from the waveform areas obtained in each region. Except for the area, step S3 is performed in which the average value of the waveform areas obtained in each region is calculated to obtain the region average value. Specifically, the region average value for each region (tile T) is obtained by the arithmetic processing unit 44 from the waveform area obtained in the step S2. At this time, as described above, the waveform area exceeding 150% of the average value of the waveform area obtained in each region is removed from the waveform area obtained in each region, and the waveform area remaining after the removal is removed. The waveform area less than 70% of the average value of the waveform areas obtained in each region can be removed, and the average value of the remaining waveform areas can be calculated to obtain the region average value. Here, step S3 may be performed after performing step S1 and step S2 for all regions, or step S1, step S2, and step S3 may be performed for each region.
表面検査方法では、つぎに複数の領域で得られた領域平均値の平均値を算出して、表面全体の表面平均値を得る工程Ｓ４が実施される。具体的には、演算処理部４４によって、上記工程Ｓ３により得られたすべての領域の領域平均値の平均値が算出される。そして、領域平均値と表面平均値とを対比することにより、対応する領域の健全度を判定する工程Ｓ５が実施される。具体的には、演算処理部４４によって領域平均値と表面平均値とが対比されるが、その対比は、たとえば領域平均値を表面平均値で除したり、領域平均値と表面平均値との差を求めたりして、領域平均値と表面平均値とを定量的に対比してもよい。領域平均値と表面平均値とを定量的に対比した対比結果に対して、健全度を判定するための判定基準値が定められ、その判定基準値と対比結果との対比によって各領域の健全度が判定される。 In the surface inspection method, step S4 is then performed in which the average value of the region average values obtained in a plurality of regions is calculated to obtain the surface average value of the entire surface. Specifically, the arithmetic processing unit 44 calculates the average value of the region average values of all the regions obtained in the step S3. And the process S5 which determines the soundness level of a corresponding area | region by contrasting an area | region average value and a surface average value is implemented. Specifically, the area average value and the surface average value are compared by the arithmetic processing unit 44. For example, the area average value is divided by the surface average value, or the area average value and the surface average value are compared. A difference may be calculated | required, and you may contrast an area | region average value and a surface average value quantitatively. Judgment standard values for determining soundness are determined for the comparison results obtained by quantitatively comparing the area average value and the surface average value, and the soundness level of each area is determined by comparing the determination reference value with the comparison result. Is determined.
表面検査方法では、最後に複数の領域のそれぞれの位置に対応させて、領域平均値と表面平均値とを対比した対比結果を表示装置５に表示する工程Ｓ６が実施される。本実施形態では、図７に示されるように、複数のタイルＴのそれぞれの位置に対応させて、領域平均値を表面平均値で除した値が、その値に応じて色分けして表示装置５に表示される。これによって、表面ＣＳ内のタイルＴの剥離状況を視覚的に認識しやすくなる。 In the surface inspection method, finally, step S6 is performed in which the comparison result obtained by comparing the region average value and the surface average value is displayed on the display device 5 in correspondence with the respective positions of the plurality of regions. In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the value obtained by dividing the area average value by the surface average value corresponding to each position of the plurality of tiles T is color-coded according to the value and the display device 5. Is displayed. This makes it easy to visually recognize the peeling state of the tile T in the surface CS.
つぎに、本発明の表面検査装置および表面検査方法を用いて、人工的に作製したタイル仕上げ壁の表面を検査した結果について説明する。このとき用いたタイルは、寸法が４５ｍｍ×９５ｍｍで、圧着貼りとした。 Next, the results of inspecting the surface of an artificially manufactured tile finish wall using the surface inspection apparatus and the surface inspection method of the present invention will be described. The tile used at this time had dimensions of 45 mm × 95 mm and was bonded by pressure bonding.
今回の計測では、打撃装置を用いて、図８に示されるように、タイル高さの中央付近を左から右に移動しながら十数回打撃した。これを表面の左上隅から、１回の測定あたり５列×１０段で行った。ただし、表面最下部は５列×５段、右端部は２列×１０段で、合計２７列×４５段＝１２１５枚のタイルについて、音圧波形を計測した。なお、データは２４ビット・１９２ｋＨｚでサンプリング収録している。図３および図４は、それぞれ典型的な健全部と剥離部の音圧波形と周波数解析結果である。 In the measurement this time, as shown in FIG. 8, the hitting device was used to hit a dozen times while moving around the center of the tile height from the left to the right. This was performed in 5 rows × 10 stages per measurement from the upper left corner of the surface. However, the sound pressure waveform was measured for a total of 27 rows × 45 steps = 1215 tiles with 5 rows × 5 steps at the bottom of the surface and 2 rows × 10 steps at the right end. The data is recorded by sampling at 24 bits and 192 kHz. FIG. 3 and FIG. 4 are typical sound pressure waveforms and frequency analysis results of the healthy part and the peeled part, respectively.
今回計測に使用したシステムでは、実際の打撃音がパソコン上にＷＡＶＥフォーマット音声データファイルとして記録されるまでの間に、マイク素子駆動電圧・マイクプリアンプ部増幅率・Ａ／Ｄコンバーター入力ゲイン調整ボリューム・録音ソフトの入力ゲインボリュームの４段階で、音圧レベルに直接影響する処理が行われている。 In the system used for the measurement this time, the actual impact sound is recorded as a WAVE format audio data file on the personal computer until the microphone element drive voltage, microphone preamplifier gain, A / D converter input gain adjustment volume, Processing that directly affects the sound pressure level is performed in four stages of the input gain volume of the recording software.
したがって、記録された打撃音データの音圧レベルは絶対値ではなく、更に上記の４段階の設定が変更されると、計測毎の相対関係が解らなくなる欠点があった。そこで、まず毎回同じ音圧を発生するキャリブレーション用音源（図９にキャリブレーション音源の音圧波形を示す。）と打撃装置のマイク部との距離を１ｃｍとした時の基準ＷＡＶＥフォーマットデータを作成した。そして、ＷＡＶＥフォーマットデータに記録された波形振幅が基準ＷＡＶＥフォーマットデータの波形振幅と同じになるように入力ボリュームを調整した。なお、この処理のために、音圧キャリブレーション補助ソフトを作成した。この方法により、過去の計測データと音圧値を比較するときの誤差を約１％以内にできた。 Therefore, the sound pressure level of the recorded hitting sound data is not an absolute value, and if the above four steps are changed, there is a disadvantage that the relative relationship for each measurement cannot be understood. Therefore, reference WAVE format data is created when the distance between the calibration sound source (sound pressure waveform of the calibration sound source is shown in FIG. 9) that generates the same sound pressure every time and the microphone portion of the impacting device is 1 cm. did. Then, the input volume was adjusted so that the waveform amplitude recorded in the WAVE format data was the same as the waveform amplitude of the reference WAVE format data. For this process, sound pressure calibration assistance software was created. By this method, the error when comparing the past measurement data and the sound pressure value was made within about 1%.
収録したタイル１２１５枚分のデータ容量は約１．７ＧＢであり、この時点では３０個のファイルに分かれている。タイル打撃音を収録したデータファイルの大部分は打撃音と打撃音との間の無音部分であるので、これを今回開発した打撃音間の無音部を除去するソフトを使用して、打撃音だけを残したデータに圧縮した（図１０）。この処理によりデータ容量は１／１４の約１２０ＭＢに圧縮された。全てのデータを圧縮後に既存のＷＡＶＥデータ編集ソフトを用いて、３０個のファイルを１つに連結した。 The data capacity for 1215 tiles recorded is about 1.7 GB, and at this point, the data is divided into 30 files. Most of the data files that record the tile hitting sound are silent parts between the hitting sounds, so this software was developed to remove the silent part between the hitting sounds, and only the hitting sound The data was compressed into data that remained (FIG. 10). By this processing, the data capacity was compressed to about 120 MB of 1/14. After compressing all the data, 30 files were concatenated into one using existing WAVE data editing software.
次に今回開発した「打撃音解析ソフト」（図１１）を用いて、タイル１枚毎の音圧積分値（領域平均値）を算出し、市販ソフトのＭｉｃｒｏｓｏｆｔ(R) Ｅｘｃｅｌ(R)で読み込める形式で出力した。 Next, using the newly developed “battering sound analysis software” (FIG. 11), the sound pressure integral value (region average value) for each tile is calculated, and can be read with Microsoft (R) Excel (R) , a commercially available software. Output in format.
音圧波形の面積算出にあたっては、まず対象にする範囲を図５に示すように波形の立ち上がりから２５６点として１枚のタイル内での全ての測定点における打撃音の面積を算出し、次に極外値とすべきデータを除去する処理を行った。 In calculating the area of the sound pressure waveform, first, the target range is 256 points from the rising edge of the waveform as shown in FIG. 5, and the area of the impact sound at all the measurement points in one tile is calculated. Processing to remove data that should be extreme values was performed.
図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ１枚のタイル内での十数個の打撃音の音圧積分値（波形面積）のばらつきを示している。図６（ａ）は健全タイル、図６（ｂ）は一部に剥離を生じているほぼ健全なタイル、図６（ｃ）は一部が付着しているモルタル剥離部である。 FIGS. 6A to 6C show variations in sound pressure integrated values (waveform areas) of dozens of impact sounds in each tile. FIG. 6A shows a healthy tile, FIG. 6B shows a nearly healthy tile that is partially peeled, and FIG. 6C shows a mortar peeling portion that is partially attached.
図６（ａ）は各打撃音間のばらつきが少なく、単純平均をこのタイルの音圧積分値と扱って問題ないと思われる。 In FIG. 6A, there is little variation between the hitting sounds, and it seems that there is no problem in treating the simple average as the integrated sound pressure value of this tile.
それに対し、図６（ｂ）では最後の３測定点が異常に大きな値を示しており、このタイルは右端部に剥離が生じていることが窺える。このケースで単純に平均値をこのタイルの音圧積分値とすると、このタイルは「剥離部」と判定される可能性が高い。実際には、一部のみに剥離が発生し、大部分は健全であるタイルが剥落する可能性は小さいので、このタイルは「健全部」と判定すべきである。 On the other hand, in FIG. 6 (b), the last three measurement points show an abnormally large value, and it can be seen that this tile is peeled off at the right end. In this case, if the average value is simply the integrated sound pressure value of the tile, there is a high possibility that the tile is determined as a “peeling portion”. In practice, peeling occurs only in a part, and a tile that is mostly healthy is unlikely to come off, so this tile should be determined as a “healthy part”.
図６（ｃ）はどちらに判断すべきか非常に難しいレベルであるが、単純平均を取ったとしても判定結果は剥離となる可能性が高く、特に特別な処理は不要と考える。 FIG. 6 (c) is a very difficult level as to which judgment should be made, but even if a simple average is taken, there is a high possibility that the judgment result is peeling, and no special processing is considered necessary.
これらの処理基準として、今回は次のように扱って極外値データの除去を行った。
（１）まず、タイル内全打音の音圧積分値（波形面積）の平均を求める。
（２）平均値の１５０％を超えるものを除いた平均値を求める。
（３）再度求めた平均値の７０％未満のものを除いた平均値を求め、それをこのタイルの音圧積分値（領域平均値）とする。
As these processing standards, extremal value data was removed this time as follows.
(1) First, an average of sound pressure integrated values (waveform areas) of all the hit sounds in the tile is obtained.
(2) Obtain an average value excluding those exceeding 150% of the average value.
(3) An average value excluding less than 70% of the average value obtained again is obtained, and this is used as the sound pressure integrated value (region average value) of this tile.
この方法により算出した全タイル１２１５枚の面積積分値（領域平均値）をＭｉｃｒｏｓｏｆｔ(R) Ｅｘｃｅｌ(R)で読込み、散布図にした結果を図１２に示す。この図１２から、面積積分値（領域平均値）が２０前後に集中しているのが健全部であり、それを超えているのが剥離部であることが容易に想像出来る。 Shows read all the tiles 1215 sheets of area integral value calculated by this method (the area average value) in Microsoft (R) Excel (R), the results of the scatter plot in Figure 12. From this FIG. 12, it can be easily imagined that the area integral value (region average value) is concentrated around 20 is the healthy part, and that it exceeds the peeled part.
全タイルの音圧積分値（領域平均値）の平均を求め、その値を剥離判定の基準値とし、基準値を超えて基準値の３倍以上の値をもつ場合に緑から赤の５０段階で色付けした丸印を、２５列×４５段の表面イメージの表に書き込む様にした。（基準値の３倍を超える場合は全て赤色） Obtain the average of the sound pressure integral values (region average values) of all tiles, and use that value as the reference value for peeling judgment. If the value exceeds the reference value and is more than three times the reference value, 50 levels from green to red The circles colored in (1) were written on the surface image table of 25 columns × 45 rows. (If it exceeds 3 times the standard value, all red)
判定結果を図７に示す。同図では実際に存在する剥離部を、剥離の種類により色分けしている。その中で一番薄い青色は、本来は正常部であるが人手による打診を細かく行うと、タイル内に剥離部の音がする部分が存在する箇所である。この図から、剥離部と判定したタイルのほとんどが実際に剥離しており、解析結果による判定と、人手による打診の結果がほぼ整合していることがわかる。表１に判定の正誤の集計結果を示すが、非常に高い適合率といえる。 The determination result is shown in FIG. In the figure, the actually existing peeling portions are color-coded according to the type of peeling. The lightest blue color is the normal part, but the part where the sound of the peeling part is present in the tile when the manual percussion is performed finely. From this figure, it can be seen that most of the tiles determined to be peeled portions are actually peeled off, and the judgment based on the analysis result and the result of manual percussion are almost consistent. Table 1 shows the results of the correctness / incorrectness of the judgment, which can be said to be a very high precision rate.
今回行った実験の最も大きな要素は次の３点である。
（１）機械式打撃装置による打撃力の一定化。
（２）機械式打撃装置により連続打撃し、タイル１枚内で打点位置を変化させた複数打撃音データを採用。
（３）打撃音の音圧値として、音圧波形の積分値を採用。
The most important elements of this experiment are the following three points.
(1) Stabilization of impact force by a mechanical impact device.
(2) Continuous hitting with a mechanical hitting device and adopting multiple hitting sound data with different hitting positions within one tile.
(3) The integrated value of the sound pressure waveform is used as the sound pressure value of the impact sound.
これによって、次の成果が得られた。
（１）音圧面積（領域平均値）の違いから、タイル剥離等の表面近くの剥離と、モルタル浮き等の深い部分の浮きを区別できる。
（２）剥離の判定基準値として、その壁全体の平均値を使用しているので、壁ごとにタイルの材質や施工法が異なっていても、その影響を受けにくい。
（３）既往の研究では、剥離部の判定精度を上げると正常部の判定精度は下がるのが通常であるが、この手法では、剥離部の判定精度が高いにも関わらず、正常部を剥離部と誤判定するケースが極めて少ない。
このことから、今回行った３つの要素は外壁ロボットによる仕上げ浮き自動判別を実現する上で、正しい方向性の一つであると考えることが出来る。
As a result, the following results were obtained.
(1) From the difference in sound pressure area (region average value), separation near the surface such as tile separation can be distinguished from deep floating such as mortar floating.
(2) Since the average value of the entire wall is used as the judgment criterion value for peeling, even if the tile material and construction method are different for each wall, it is not easily affected.
(3) In past studies, it is normal for the accuracy of the normal part to decrease when the accuracy of determination of the exfoliated part increases, but with this method, the normal part is exfoliated despite the high accuracy of determination of the exfoliated part. There are very few cases of misjudging as part.
From this, it can be considered that the three elements performed this time are one of the correct directions in realizing automatic finishing float discrimination by the outer wall robot.
１ 表面検査装置
２ 打撃部
３ 集音部
４ 情報処理部
４１ 増幅部
４２ Ａ／Ｄ変換部
４３ 音圧波形取得部
４４ 演算処理部
４５ メモリ
５ 表示装置
Ｍ モルタル
Ｔ タイル
Ｃ 構造物
ＣＳ 表面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface inspection apparatus 2 Striking part 3 Sound collection part 4 Information processing part 41 Amplification part 42 A / D conversion part 43 Sound pressure waveform acquisition part 44 Operation processing part 45 Memory 5 Display apparatus M Mortar T Tile C Structure CS Surface
Claims (2)
前記複数の領域のそれぞれにおいて、複数の測定位置で打撃音の音圧波形を取得する工程と、
前記複数の測定位置から取得された前記音圧波形のそれぞれの波形面積を算出する工程と、
前記複数の領域のそれぞれに対して、それぞれの前記領域内で得られた前記波形面積の中から、それぞれの前記領域内で得られた前記波形面積の平均値から所定値以上乖離した前記波形面積を除いて、それぞれの前記領域内で得られた前記波形面積の平均値を算出して領域平均値を得る工程と、
前記複数の領域で得られた前記領域平均値の平均値を算出して、前記表面全体の表面平均値を得る工程と、
前記領域平均値と前記表面平均値とを対比することにより、対応する前記領域の健全度を判定する工程と
を備える表面検査方法。 A surface inspection method for determining the soundness of a plurality of regions divided on the surface of a structure,
In each of the plurality of regions, obtaining a sound pressure waveform of the hitting sound at a plurality of measurement positions;
Calculating a waveform area of each of the sound pressure waveforms acquired from the plurality of measurement positions;
For each of the plurality of regions, out of the waveform areas obtained in each of the regions, the waveform area deviated by a predetermined value or more from an average value of the waveform areas obtained in each of the regions Excluding the step of calculating the average value of the waveform area obtained in each of the regions to obtain a region average value,
Calculating an average value of the region average values obtained in the plurality of regions to obtain a surface average value of the entire surface;
A surface inspection method comprising: comparing the region average value and the surface average value to determine the degree of soundness of the corresponding region.
前記構造物の表面を打撃して打撃音を生じさせる打撃部と、
前記打撃音を集音する集音部と、
前記集音部により集音された前記打撃音の音圧波形を取得する音圧波形取得部と、
前記音圧波形取得部により取得された音圧波形を演算処理する演算処理部とを備え、
前記複数の領域のそれぞれにおいて、複数の測定位置で打撃音の音圧波形を前記音圧波形取得部により取得し、
前記演算処理部において、
前記複数の測定位置から取得された前記音圧波形のそれぞれの波形面積を算出し、
前記複数の領域のそれぞれに対して、それぞれの前記領域内で得られた前記波形面積の中から、それぞれの前記領域内で得られた前記波形面積の平均値から所定値以上乖離した前記波形面積を除いて、それぞれの前記領域内で得られた前記波形面積の平均値を算出して領域平均値を得て、
前記複数の領域で得られた前記領域平均値の平均値を算出して、前記表面全体の表面平均値を得て、
前記領域平均値と前記表面平均値とを対比することにより、対応する前記領域の健全度を判定する
表面検査装置。 A surface inspection apparatus for determining the soundness of a plurality of regions divided on the surface of a structure,
A striking portion that strikes the surface of the structure to generate a striking sound;
A sound collection unit for collecting the hitting sound;
A sound pressure waveform acquisition unit that acquires a sound pressure waveform of the percussion sound collected by the sound collection unit;
An arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on the sound pressure waveform acquired by the sound pressure waveform acquiring unit,
In each of the plurality of regions, the sound pressure waveform acquisition unit obtains the sound pressure waveform of the striking sound at a plurality of measurement positions,
In the arithmetic processing unit,
Calculating a waveform area of each of the sound pressure waveforms acquired from the plurality of measurement positions;
For each of the plurality of regions, out of the waveform areas obtained in each of the regions, the waveform area deviated by a predetermined value or more from an average value of the waveform areas obtained in each of the regions Except to calculate the average value of the waveform area obtained in each of the regions to obtain a region average value,
Calculate the average value of the region average value obtained in the plurality of regions, obtain the surface average value of the entire surface,
The surface inspection apparatus which determines the soundness of the said area | region corresponding by contrasting the said area | region average value and the said surface average value.
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