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技術 部材の健全性診断方法

出願人 原子燃料工業株式会社
発明者 松永嵩小川良太匂坂充行礒部仁博
出願日 2017年1月16日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2017-004956
公開日 2017年12月14日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2017-219534
状態 特許登録済
技術分野 超音波による材料の調査、分析
主要キーワード 字アングル FEM解析モデル 幾何分布 診断回数 込金物 製造状態 ガンマ分布 モックアップ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年12月14日)のものです。
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図面 (7)

課題

計測位置によって得られる振動にばらつきがある部材を診断対象とした場合であっても、誤診断が生じることを抑制することができる部材の健全性診断方法を提供する。

解決手段

健全か否かが既知の部材に対して複数回の振動計測を行いデータベース構築するステップ診断に使用する振動計測結果の個数に基づいて評価値演算するステップ、評価値に基づいて健全および不健全な部材のヒストグラムを作成するステップ、ヒストグラムに基づいて診断の基準値を決定するステップ、基準値と各ヒストグラムとの比較から健全誤判定確率および不健全誤判定確率を求めるステップを、健全誤判定確率および不健全誤判定確率が閾値以下となるまで振動計測結果の個数を変化させ、得られた振動計測結果の個数と基準値に基づいて、部材について健全性を診断する部材の健全性診断方法。

概要

背景

従来より、プラント配管構造物などのコンクリート建屋機器を固定するなどのために設置された埋込金物や後打ち金物などの部材について、製造状態施工状態修理改造状態、経時変化などによって、部材に腐食や破損などが発生して不健全な状態となっていないかを診断することが行なわれている。

例えば、このような部材の健全性診断方法(以下、単に「診断方法」ともいう)の一つとして、部材の一箇所に打撃を加えることにより生じた振動波形センサで取得し、取得した振動の波形に高速フーリエ変換を用いて周波数解析を行って周波数分布を取得した後、この周波数分布に基づいて評価する方法がある(例えば特許文献1、2参照)。

上記した診断方法では、アンカーボルトなどの棒状の部材の頭部にセンサを取り付けて打撃を加えることにより振動波形を取得しており、この振動波形から得られる周波数分布のピーク周波数分布形状により示される面積などに基づいて部材の健全性について診断を行っている。

概要

計測位置によって得られる振動にばらつきがある部材を診断対象とした場合であっても、誤診断が生じることを抑制することができる部材の健全性診断方法を提供する。健全か否かが既知の部材に対して複数回の振動計測を行いデータベース構築するステップ、診断に使用する振動計測結果の個数に基づいて評価値演算するステップ、評価値に基づいて健全および不健全な部材のヒストグラムを作成するステップ、ヒストグラムに基づいて診断の基準値を決定するステップ、基準値と各ヒストグラムとの比較から健全誤判定確率および不健全誤判定確率を求めるステップを、健全誤判定確率および不健全誤判定確率が閾値以下となるまで振動計測結果の個数を変化させ、得られた振動計測結果の個数と基準値に基づいて、部材について健全性を診断する部材の健全性診断方法。なし

目的

本発明は、計測位置によって得られる振動にばらつきがある部材を診断対象とした場合であっても、誤診断が生じることを抑制することができる部材の健全性診断方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

部材の状態を打撃により生じた振動計測結果に基づいて、前記部材の健全性診断する部材の健全性診断方法であって、健全か不健全かが既知の複数の部材の各々に対して複数回の振動計測を行い、振動計測結果をデータベースに格納するデータベース構築ステップと、前記データベースに格納された複数の振動計測結果の内、使用する振動計測結果の個数初期値nに設定する初期値設定テップと、設定された個数の振動計測結果から所定の演算方法に基づいて評価値演算する評価値演算ステップと、演算された前記評価値に基づいて、健全な部材のヒストグラムと、不健全な部材のヒストグラムを作成するヒストグラム作成ステップと、前記健全な部材のヒストグラムと前記不健全な部材のヒストグラムとに基づいて、前記診断対象が健全であるか否かを診断するための基準値を決定する基準値決定ステップと、前記基準値と前記健全ヒストグラムとを比較して不健全と誤判定された健全誤判定確率を求めると共に、前記基準値と前記不健全ヒストグラムとを比較して健全と誤判定された不健全誤判定確率を求める確率算出ステップと、前記健全誤判定確率および前記不健全誤判定確率が予め定めた閾値以下の場合、使用した前記振動計測結果の個数と前記基準値を記憶させて終了する終了判定ステップとを備え、前記終了判定ステップにおいて、前記健全誤判定確率または前記不健全誤判定確率が、予め定めた前記閾値を上回った場合、前記健全誤判定確率および前記不健全誤判定確率が予め定めた閾値以下となるまで、使用する前記振動計測結果の個数を所定の数繰り上げて前記評価値演算ステップ以降のステップを実施し、前記終了判定ステップにおいて記憶した前記振動計測結果の個数と前記基準値を用いて、診断対象の部材の診断を、前記診断対象の部材の振動計測結果に基づいて行うことを特徴とする部材の健全性診断方法。

請求項2

前記振動計測結果が、振動波形から求められたピーク周波数であることを特徴とする請求項1に記載の部材の健全性診断方法。

請求項3

前記振動計測結果が、振動波形をウェーブレット解析した結果であることを特徴とする請求項1に記載の部材の健全性診断方法。

請求項4

前記評価値が、複数の前記振動計測結果の平均値中央値最低値最大値最頻値標準偏差、一定の閾値を下回った振動計測結果の個数、一定の閾値を上回った振動計測結果の個数のいずれかであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の部材の健全性診断方法。

請求項5

前記ヒストグラム作成ステップにおいて、統計モデルを用いることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の部材の健全性診断方法。

請求項6

前記統計モデルが、正規分布ポアソン分布二項分布ワイブル分布超幾何分布のいずれかであることを特徴とする請求項5に記載の部材の健全性診断方法。

請求項7

前記終了判定ステップにおいて、前記健全誤判定確率または前記不健全誤判定確率が、予め定めた前記閾値を上回った場合、使用する前記振動計測結果の個数を1ずつ繰り上げることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の部材の健全性診断方法。

請求項8

前記終了判定ステップにおいて前記不健全誤判定確率が予め定めた前記閾値以下となるように、前記基準値決定ステップにおいて前記基準値を決定することを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の部材の健全性診断方法。

請求項9

前記終了判定ステップにおいて前記健全誤判定確率が予め定めた前記閾値以下となるように、前記基準値決定ステップにおいて前記基準値を決定することを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の部材の健全性診断方法。

技術分野

0001

本発明は、打撃により生じた振動計測結果に基づいて、部材の健全性診断する部材の健全性診断方法に関するものである。

背景技術

0002

従来より、プラント配管構造物などのコンクリート建屋機器を固定するなどのために設置された埋込金物や後打ち金物などの部材について、製造状態施工状態修理改造状態、経時変化などによって、部材に腐食や破損などが発生して不健全な状態となっていないかを診断することが行なわれている。

0003

例えば、このような部材の健全性診断方法(以下、単に「診断方法」ともいう)の一つとして、部材の一箇所に打撃を加えることにより生じた振動の波形センサで取得し、取得した振動の波形に高速フーリエ変換を用いて周波数解析を行って周波数分布を取得した後、この周波数分布に基づいて評価する方法がある(例えば特許文献1、2参照)。

0004

上記した診断方法では、アンカーボルトなどの棒状の部材の頭部にセンサを取り付けて打撃を加えることにより振動波形を取得しており、この振動波形から得られる周波数分布のピーク周波数分布形状により示される面積などに基づいて部材の健全性について診断を行っている。

先行技術

0005

特開2015−45637号公報
特開2016−24069号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、上記した診断方法は、基礎ボルト後施工アンカー締付ボルトなどの鋼棒、あるいは配管やポールなどの鋼管柱などのシンプルな形状の部材の場合には一定の精度で健全性を診断することができるが、部材が図1に示すような複雑な形状の埋込金物1である場合には、この埋込金物1がコンクリートと複雑に接触しており、計測位置によって得られる振動にばらつきがあったため、誤った診断が下される可能性が高かった。

0007

具体的には、図1に示す埋込金物1は、プレート11に4本の鋼棒(スタッドジベル)12が取り付けられており、プレート11が露出するように鋼棒12がコンクリートに埋設されて複雑な状態で接触しているため、コンクリートと埋込金物1の接触状態、埋込金物1の形状、また、埋込金物1に溶接された架台拘束条件などが健全性の診断結果に影響する。

0008

即ち、この埋込金物1の診断を行う際には、プレート11にセンサを取り付けてプレート11に打撃を加えるが、このときのセンサの位置、打撃の位置、打撃の強さなどの計測条件が異なると、取得された振動波形にばらつきが生じる恐れがある。例えば、センサの設置位置をS1、打撃位置をD1に設定した場合の計測結果は、センサの設置位置をS2、打撃位置をD2に設定した場合の計測結果と大きく異なってしまう。

0009

このため、棒状の部材の頭部にセンサを取り付けて一箇所のみに打撃を行う従来の方法と同様の手順で、図1のような埋込金物1の診断を行うと健全性について誤診断を生じる可能性が高くなる。

0010

そこで、本発明は、計測位置によって得られる振動にばらつきがある部材を診断対象とした場合であっても、誤診断が生じることを抑制することができる部材の健全性診断方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0011

本発明者は、計測位置によって得られる振動にばらつきがある部材における誤判断の発生を抑制するために、図1に示すような埋込金物1において、センサの設置位置と打撃の位置とを変更して測定を複数回行い、測定結果がどの程度ばらつくのかについて調べた。

0012

具体的には、健全な埋込金物(診断対象1〜20)と、不良が生じている不健全な埋込金物(診断対象21〜40)をそれぞれ20個ずつ用意し、各々の診断対象についてセンサと打撃の位置を変更しながら振動波形を10回計測した。そして、診断対象1〜40の各々について、計測した振動波形のピーク周波数の各々をプロットし、図2に示す分布図を得た。

0013

この図2より、同じ診断対象であっても、センサや打撃の位置によってピーク周波数に大きなばらつきが生じており、得られるピーク周波数の範囲が健全な埋込金物と不健全な埋込金物との間で重複しているため、単純な基準値を設けて、取得したピーク周波数と基準値とを比較するのみでは、診断対象が健全であるか否かを診断することは困難であることが分かる。

0014

一方で、本発明者は、図2に示す診断対象1〜40のピーク周波数を全体的に観察した結果、不健全な診断対象21〜40の方が健全な診断対象1〜20よりもピーク周波数が低くなる傾向にあることに気付いた。そこで、この傾向が明確になるような値を複数のピーク周波数に基づいて求めることができれば複雑な埋込金物であっても、誤診断の発生を抑制できると考えた。

0015

また、振動波形に対してウェーブレット解析を行って得られる振動特性によっても、誤診断の発生を抑制できると考えた。

0016

そして、具体的には、測定結果の平均値最低値中央値、ばらつき、予め定めた閾値を下回った測定結果の個数、予め定めた閾値を上回った測定結果の個数などを求めて、これらを診断対象の健全性を評価するための評価値として用いることを考えた。

0017

しかし、上記した処理によって得られた評価値を用いて誤判断の発生を適切に抑制するには、1つの診断対象に対して、一定以上の個数の測定値が必要であるが、現場において測定回数を必要以上に多くすることは診断に要する時間を大幅に延長させてしまうため効率的ではない。

0018

そこで、本発明者は、埋込金物などの複雑な部材の健全性を精度高く診断するために、上記した平均値などの評価値を求めるにあたって、精度の高い診断ができ、かつ、診断時間を必要以上に延長させないような計測回数を適切に設定できる方法について検討をし、本発明を完成させるに至った。

0019

請求項1ないし請求項4に記載の発明は上記の知見に基づくものであり、請求項1に記載の発明は、
部材の状態を打撃により生じた振動の計測結果に基づいて、前記部材の健全性を診断する部材の健全性診断方法であって、
健全か不健全かが既知の複数の部材の各々に対して複数回の振動計測を行い、振動計測結果をデータベースに格納するデータベース構築ステップと、
前記データベースに格納された複数の振動計測結果の内、使用する振動計測結果の個数を初期値nに設定する初期値設定テップと、
設定された個数の振動計測結果から所定の演算方法に基づいて評価値を演算する評価値演算ステップと、
演算された前記評価値に基づいて、健全な部材のヒストグラムと、不健全な部材のヒストグラムを作成するヒストグラム作成ステップと、
前記健全な部材のヒストグラムと前記不健全な部材のヒストグラムとに基づいて、前記診断対象が健全であるか否かを診断するための基準値を決定する基準値決定ステップと、
前記基準値と前記健全ヒストグラムとを比較して不健全と誤判定された健全誤判定確率を求めると共に、前記基準値と前記不健全ヒストグラムとを比較して健全と誤判定された不健全誤判定確率を求める確率算出ステップと、
前記健全誤判定確率および前記不健全誤判定確率が予め定めた閾値以下の場合、使用した前記振動計測結果の個数と前記基準値を記憶させて終了する終了判定ステップとを備え、
前記終了判定ステップにおいて、前記健全誤判定確率または前記不健全誤判定確率が、予め定めた前記閾値を上回った場合、前記健全誤判定確率および前記不健全誤判定確率が予め定めた閾値以下となるまで、使用する前記振動計測結果の個数を所定の数繰り上げて前記評価値演算ステップ以降のステップを実施し、
前記終了判定ステップにおいて記憶した前記振動計測結果の個数と前記基準値を用いて、診断対象の部材の診断を、前記診断対象の部材の振動計測結果に基づいて行うことを特徴とする部材の健全性診断方法である。

0020

また、請求項2に記載の発明は、
前記振動計測結果が、振動波形から求められたピーク周波数であることを特徴とする請求項1に記載の部材の健全性診断方法である。

0021

また、請求項3に記載の発明は、
前記振動計測結果が、振動波形をウェーブレット解析した結果であることを特徴とする請求項1に記載の部材の健全性診断方法である。

0022

また、請求項4に記載の発明は、
前記評価値が、複数の前記振動計測結果の平均値、中央値、最低値、最大値最頻値標準偏差、一定の閾値を下回った振動計測結果の個数、一定の閾値を上回った振動計測結果の個数のいずれかであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の部材の健全性診断方法である。

0023

そして、上記したヒストグラム作成ステップにおいては、統計モデルを用いることが好ましい。上記した基準値決定ステップにおいては、ヒストグラムの端の領域に診断基準を設定することが一般的であり、その際にデータベースに格納された振動計測結果の個数が少ないと、頻度が少ないヒストグラムの端の領域にバラツキが生じて診断基準の設定が難しくなる恐れがある。このような場合に統計モデルを用いると、頻度が少ないヒストグラムの端の領域における診断基準の設定が容易になる。また、このときの統計モデルとしては、正規分布ポアソン分布二項分布ワイブル分布超幾何分布のいずれかを用いることができる。

0024

請求項5および請求項6に記載の発明は上記の知見に基づくものであり、請求項5に記載の発明は、
前記ヒストグラム作成ステップにおいて、統計モデルを用いることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の部材の健全性診断方法である。

0025

また、請求項6に記載の発明は、
前記統計モデルが、正規分布、ポアソン分布、二項分布、ワイブル分布、超幾何分布のいずれかであることを特徴とする請求項5に記載の部材の健全性診断方法である。

0026

また、上記した終了判定ステップでは、健全誤判定確率または不健全誤判定確率が閾値を上回った場合に、振動計測結果の個数を所定の数繰り上げるが、最小の測定結果の個数を確実に求める場合には、振動計測結果の個数を1ずつ繰り上げることが好ましい。

0027

請求項7に記載の発明は、
前記終了判定ステップにおいて、前記健全誤判定確率または前記不健全誤判定確率が、予め定めた前記閾値を上回った場合、使用する前記振動計測結果の個数を1ずつ繰り上げることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の部材の健全性診断方法である。

0028

基準値決定ステップにおいて決定する基準値は、その後の終了判定ステップにおいて、不健全誤判定確率が閾値以下の所望の値となるように設定することが好ましい。これにより、不健全誤判定確率について一定の安定性が確実に求められるようになり、終了判定ステップにおける判定を健全誤判定確率のみに絞ることができる。

0029

基準値は状況に応じて健全誤判定確率が閾値以下の所望の値となるように設定してもよい。この場合には、終了判定ステップにおける判定を不健全誤判定確率のみに絞ることができる。

0030

請求項8または請求項9に記載の発明は、上記の知見に基づいたものであり、請求項8に記載の発明は、
前記終了判定ステップにおいて前記不健全誤判定確率が予め定めた前記閾値以下となるように、前記基準値決定ステップにおいて前記基準値を決定することを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の部材の健全性診断方法である。

0031

また、請求項9に記載の発明は、
前記終了判定ステップにおいて前記健全誤判定確率が予め定めた前記閾値以下となるように、前記基準値決定ステップにおいて前記基準値を決定することを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の部材の健全性診断方法である。

発明の効果

0032

本発明によれば、計測位置によって得られる振動にばらつきがある部材を診断対象とした場合であっても、誤診断が生じることを抑制することができる部材の健全性診断方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0033

診断対象の部材の一例である埋込金物を模式的に示す斜視図である。
40個の埋込金物のピーク周波数を示す分布図である。
実験により計測された振動波形の一例を示す図である。
図3に示す振動波形の周波数分布を示す図である。
ウェーブレット解析結果を示す図である。
実験において得られた振動計測結果の個数が1個の場合のヒストグラムである。
実験において得られた振動計測結果の個数が10個の場合のヒストグラムである。

実施例

0034

以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を用いて説明する。

0035

1.本発明の概要
上記したように、本発明者は、従来のようにセンサの設置位置と打撃位置を特定の箇所に固定した1つの測定結果のみに基づいて健全性を診断するのではなく、複数の測定結果から平均値などの評価値を算出し、この評価値に基づいて健全性を診断することにより、コンクリートと複雑に接触しているような計測位置によって得られる振動にばらつきがある部材であっても、精度高く診断して誤診断の発生を抑制することができると考えた。

0036

そして、現場における診断時間と診断の精度との関係を考慮し、複数の測定結果に基づいて診断を行う際に、統計処理に基づいて測定結果の個数と誤診断の発生率との関係を予め数値化することができれば、測定に必要以上の時間を要しない適正な診断回数を決定して、誤診断を適切に抑制でき、精度が高い診断をすることができると考え、本発明に思い至った。

0037

2.本実施の形態に係る診断方法の診断手順
以下、本実施の形態における統計処理に基づく診断方法について説明する。

0038

本実施の形態に係る部材の健全性診断方法は、部材に打撃を加え、生じた振動波形の計測結果を統計処理することにより部材が健全であるか否かを診断する方法であり、以下に記載する手順に従って実施される。

0039

(手順1)データベース構築ステップ
本ステップでは、本実施の形態に係る診断方法に使用するデータを予め取得する。具体的には、先ず、状態が健全か不健全か既知である部材を複数用意する。この用意する部材については、実物の部材には限らず、モックアップ模型)を用いてもよいし、FEM解析モデルなどのPC上の解析モデルを用いることができる。

0040

そして、本手順では、用意した複数の部材の各々に対して、センサの位置や打撃を加える位置を変更させながら複数回の振動計測を行い、計側された振動波形の各々を解析して振動特性を取得し、取得した振動特性を記憶させてデータベースを構築する。このとき、データベースには、モデル設置条件やタイプ、打撃位置やセンサの設置位置などの諸条件を併せて記憶させることもできる。

0041

なお、振動特性は、診断対象の状態を把握し易いパラメータを、振動モードから選択することができる。例えば、センサで計測された振動波形に高速フーリエ変換を用いて周波数分布を作成し、この周波数分布に基づいて取得されたピーク周波数や周波数分布の分布形状の面積などを用いることができる。また、振動波形に対してウェーブレット解析を行って、その結果から振動特性を取得してもよい。

0042

(手順2)初期値設定ステップ
次に、対象となる部材の診断に必要な振動計測結果の個数として初期値nを設定する。ここでいう振動計測結果の個数とは、センサの設置位置や打撃位置などの計測条件を変化させて取得した複数の振動計測結果の内、適正な評価値の算出のために必要と思われる計測結果の個数を意味する。

0043

例えば、上記したデータベース構築ステップにおいて、計測条件の異なる10個の振動計測結果でデータベースを構築した場合、適正な振動計測結果を正確に取得するという観点から通常は初期値nを1個に選択することが好ましいが、n=1では正確な診断ができないことが明確な場合には初期値nを1以上にして、初回の評価から計測条件が異なる複数の評価用のパラメータを用いてもよい。

0044

(手順3)評価値演算ステップ
次に、診断対象の部材の診断に使用する評価値の種類を決定し、上記した手順2で採用した振動計測結果に基づいて評価値の演算を行う。

0045

この評価値は、健全な診断対象(もしくは不健全な診断対象)の振動特性が有する所定の傾向を数値として捉えることができるように選択されるものであり、具体的には、上記したピーク周波数や面積の平均値、中央値、最低値、最大値、最頻値、標準偏差、一定の閾値を下回ったピーク周波数の個数、一定の閾値を上回ったピーク周波数の個数などを用いることができる。

0046

(手順4)ヒストグラム作成ステップ
次に、演算された評価値に基づいて、健全な部材のヒストグラムと、不健全な部材のヒストグラムを作成する。このようなヒストグラムを作成することにより、健全な診断対象と不健全な診断対象の各々の評価値がどのような分布を示しているかを容易に知ることができる。

0047

(手順5)基準値決定ステップ
次に、健全ヒストグラムと不健全ヒストグラムに基づいて基準値を決定する。この基準値は、実際に部材の診断を行うに際して、診断対象の部材が健全であるか否かを判定する基準となる値である。

0048

なお、この基準値は任意の値に決定することができる。例えば、不健全な部材を健全と誤判定してしまう確率である不健全誤判定確率が所定の閾値以下になるように基準値を設定すると好ましい。このような値に基準値を設定すると、不健全誤判定確率について一定の安定性が確実に求められるようになり、健全誤判定確率のみを対象として以降の手順を進めることができる。

0049

また、状況に応じては、基準値を健全誤判定確率が所定の閾値以下になるように設定してもよい。この場合には、不健全誤判定確率のみを対象として以降の手順を進めることができる。

0050

また、本ステップにおいては統計モデルを用いることが好ましい。上記した基準値決定ステップにおいては、ヒストグラムの端の領域に診断基準を設定することが一般的であり、その際にデータベースに格納された振動計測結果の個数が少ないと、頻度が少ないヒストグラムの端の領域にバラツキが生じて診断基準の設定が難しくなる恐れがある。このような場合に統計モデルを用いると、頻度が少ないヒストグラムの端の領域における診断基準の設定が容易になる。

0051

なお、統計モデルとしては、正規分布、ポアソン分布、二項分布、ワイブル分布、超幾何分布、幾何分布対数正規分布指数分布アーラン分布ガンマ分布など)を用いることもできる。

0052

(手順6)確率算出ステップ
次に、求めた基準値に基づいて、健全誤判定確率と不健全誤判定確率を求める。上記したように、健全誤判定確率とは基準値と健全ヒストグラムの評価値とを比較して不健全と判定された健全な部材の確率を指し、不健全誤判定確率とは基準値と不健全ヒストグラムの評価値を比較して健全と判定された不健全な部材の確率を指す。

0053

本実施の形態においては、この健全誤判定確率と不健全誤判定確率に基づいて、手順2の初期値設定ステップで設定した振動計測結果の個数が適正なものであるか否かについて次の手順7で判断する。

0054

(手順7)終了判定ステップ
次に、手順6で得られた健全誤判定確率と不健全誤判定確率を、予め定めた閾値と比較して、健全誤判定確率と不健全誤判定確率の各々が許容できる範囲であるか否かを判定する。

0055

そして、閾値との関係で健全誤判定確率と不健全誤判定確率の両方が許容範囲であった場合には、設定した振動計測結果の個数が適正なものと判断して、手順2で設定した「振動計測結果の個数」と、手順5で求めた「基準値」を記憶させて、実際の診断を実施する手順9に進む。

0056

一方、健全誤判定確率、不健全誤判定確率のいずれかが許容範囲でない場合には、設定した振動計測結果の個数が不足していると判断して、次の手順8に進む。

0057

なお、健全誤判定確率と不健全誤判定確率のそれぞれに対する閾値は、実際の診断において要求される信頼度に応じて適宜設定することができる。即ち、各々の閾値を低い値に設定するほど、実際の診断において誤診断を抑制できる一方で、必要な振動計測回数が多くなる。一方、閾値を高い値に設定するほど必要な振動計測回数が少なくなるが、誤診断が発生しやすくなる。

0058

(手順8)振動計測結果の個数の追加
本手順においては、上記した通り、上記した手順7において、現在の振動計測結果の個数が不足していると判断された場合に、振動計測結果の個数を追加して再度の検討を行う。

0059

具体的には、上記した手順7において、健全誤判定確率と不健全誤判定確率が、予め定めた閾値を上回った場合に、振動計測結果の個数を初期値nから所定の個数繰り上げて手順3の評価値演算ステップ以降の手順を再び実施する。そして、健全誤判定確率と不健全誤判定確率が、予め定めた閾値以下になるまで手順3〜手順8の各ステップを繰り返す。

0060

この手順8において初期値nから繰り上げる個数は、特に限定されず、1以上の任意の数を設定することができる。しかし、最小の測定結果の個数を確実に求めるという観点から、初期値nから繰り上げる個数は1とすることが好ましい。

0061

なお、振動計測結果の個数を増やして各ステップを繰り返しても、健全誤判定確率と不健全誤判定確率が低下しない場合には、診断対象の種類や計測条件を細分化して再び手順1から繰り返す。この場合、例えば、診断対象を設置状態やタイプに基づいて分類する、あるいは特定の計測条件を除外するなどの方法を適用することができる。

0062

(手順9)実際の診断対象の診断
次に、上記した各手順を経て得られた基準値と、必要な振動計測結果の個数を用いて、診断対象である部材の状態を診断する。これにより、実際の診断において、誤診断を適切に抑制できるような基準値を得ることができると共に、診断対象の振動計測回数を必要最小限に抑えることができる。

0063

3.実験
次に、上記した実施の形態に係る診断方法を用いた実験について説明する。

0064

A.データベース構築ステップ(手順1)
(1)診断対象
本実験においては、診断対象の部材として、図1に示す埋込金物1のモックアップを用いた。この埋込金物1は、プラントの配管や構造物をコンクリートの建屋に固定するために用いられており、プレート11に4本の鋼棒(スタッドジベル)12が設けられている。

0065

なお、プレート11は、長さ250mm、幅250mm、厚み16mmの正方形のプレートであり、スタッドジベル12は、長さ120mm、頭部の径29mm、胴体部の径16mmの棒状の部材である。

0066

そして、健全な埋込金物のモックアップを20個用意すると共に、不健全な埋込金物のモックアップを20個用意した。具体的には、不健全な押込金物のモックアップとして、スタットジベル12が切断されたもの、スタッドジベル12とプレート11とで溶接不良が生じているもの、スタットジベル12が曲げられているもの、割れたコンクリートに施工されているもの、プレート11がコンクリート面から浮くように施工されているものを用意した。

0067

また、実際の施工状態を反映するために、全ての押込金物においてプレートへの架台の溶接を行った。なお、架台の種類については、L字アングル、C字のチャンネル角形円筒型の鋼管柱、H鋼鋼板などを用いた。

0068

(2)センサによる計測方法
上記した複数の押込金物の各々について、センサの設置位置や打撃位置を変更しながら10か所の振動波形を取得した。得られた振動波形の一例を図3に示す。なお、本実験において使用したセンサはAEセンサであり、押込金物の打撃には打音点検ハンマーを用いた。

0069

そして、得られた各々の振動波形に高速フーリエ変換を行って周波数分布を取得した。取得した周波数分布の例を図4に示す。そして、本実験では、得られた周波数分布の強度(Magnitude)に対して閾値を設け、この閾値を超えたピークの内、最も低周波側の周波数をピーク周波数とし、このピーク周波数を振動特性として記憶させてデータベースを構築した。なお、上記した閾値としては、周波数分布のうち最大強度の0.3倍の強度を設定した。

0070

なお、上記の高速フーリエ変換に替えて、得られた各々の振動波形に対してウェーブレット解析を行って振動特性を得ることもできる。

0071

具体的には、ウェーブレット解析では高速フーリエ変換と異なり、時間と周波数の両方の成分を有しているため、各時間ごとに予め設定されている閾値に基づいて低周波側の端部を算出し、その平均値を評価指標として記憶させてデータベースを構築した。ウェーブレット解析結果の一例を図5に示す。なお、図5においては、閾値として、周波数分布のうち最大強度の0.2倍の強度を設定しており、評価値である低周波側の端部の周波数(2717Hz)を併せて記載している。

0072

B.初期値設定ステップ(手順2)
次に、本実験では、診断に使用する振動計測結果の個数の初期値nを1とした。

0073

C.評価値演算ステップ(手順3)
次に、評価対象の健全性を評価するための評価値として、上記した手順1で取得した振動特性(ピーク周波数)の平均値を採用した。

0074

D.ヒストグラム作成ステップ(手順4)
(1)ヒストグラムの作成
次に、初期値n(n=1)における健全ヒストグラムと、不健全ヒストグラムを作成した。作成したヒストグラムを図6に示す。なお、図6においては、縦軸が診断対象個数を示しており、横軸が評価値(ピーク周波数:Hz)を示している。また、図6中の実線は健全ヒストグラムを示しており、点線は不健全ヒストグラムを示している。

0075

この図6より、実線で示す健全な診断対象の方が、点線の不健全な診断対象よりも高い評価値が得られる傾向はあるが、評価値が高い不健全な診断対象や、評価値が低い健全な診断対象の数も一定以上あるため、単純に診断基準を定めることが容易でないことが分かる。

0076

例えば、仮に評価値が1500Hz以下の場合に不健全という基準を設けた場合、ほぼ全ての健全な診断対象が健全と判定される一方で、不健全な診断対象の半数以上が健全と判定されてしまうリスクがあり、図1に示す埋込金物1では、従来の診断方法のように振動計測結果の個数を1つにすると正確な診断ができなくなることが分かる。

0077

(2)統計モデルの適用
次に、図6の結果より、本実験では、得られたヒストグラムの形状より、統計モデルとして正規分布が適用できると判断して正規分布を適用した。この結果、健全な診断対象の周波数ピークの平均が2331Hz、標準偏差が439Hzで有ることが分かり、不健全な診断対象では周波数ピークの平均が1863Hz、標準偏差が719Hzの正規分布として統計モデルを決定した。

0078

E.基準値決定ステップ(手順5)
次に、不健全誤判定確率が20%以下になるような基準値を予め設定し、設定した基準値において健全誤判定確率も20%以下になるように、手順3〜8を繰り返した。

0079

具体的には、基準値を統計モデルを用いて算出した。このときの統計モデルは、上記した通り、健全な検査対象の平均が2331Hz、標準偏差が439Hzであり、不健全な検査対象の平均が1863Hz、標準偏差が719Hzの正規分布として決定した。

0080

そして、この統計モデルを用いて基準値を算出する際に、不健全な診断対象では1863Hz、標準偏差が719Hzの正規分布に従うという上記の決定に基づき、正規分布の累積分布関数逆関数を用いて算出した結果、不健全誤判定確率が20%となる基準値が2783Hzとなった。

0081

F.確率算出ステップ(手順6)
次に、手順5で設定した基準値を用いた場合の健全誤判定確率を上記した統計モデルを用いて算出した。健全の診断対象は平均が2331Hz、標準偏差が439Hzの正規分布に従うという決定に基づいた場合、正規分布の累積分布関数による健全誤判定確率が85%となった。

0082

G.終了判定ステップ(手順7)
以上の結果より、振動計測結果の個数が1つの場合には、健全誤判定確率が85%となり、手順5で定めた20%以下という目標値が得られなかったため、振動計測結果の個数を2個に増やして手順3〜8を繰り返し実施した。

0083

そして、手順3〜8を10回繰り返して振動計測結果の個数が10個になった時点で、図7に示すヒストグラムが得られた。このヒストグラムは縦軸が診断対象個数を示しており、横軸が評価値の平均値(ピーク周波数:Hz)を示している。

0084

図7のヒストグラムに正規分布の統計モデルを適用し、健全な診断対象の平均を2287Hz、標準偏差を202Hzと仮定する一方、不健全な診断対象の平均を1822Hz、標準偏差を316Hzと仮定すると、不健全誤判定確率が20%となる基準値は2089Hzとなった。

0085

そして、この場合の健全誤判定確率は16%となり、閾値である20%を下回った。このことから、本実験で用いた埋込金物の健全性を診断する場合には、振動計測結果の個数を10個としてその平均値を求め、基準値を2089Hzに設定することにより、不健全誤判定確率と健全誤判定確率の両方を20%以下に抑制できることが分かった。

0086

上より、本実施の形態に係る診断方法を用いることにより、埋込金物などの計測位置によって得られる振動にばらつきがある部材を診断対象とした場合であっても誤診断の発生を十分に抑制することができると共に、このような誤判断の抑制に要する最小限のデータの個数を求めることができることが確認できた。

0087

4.まとめ
上記した通り、本発明においては以下の手順1〜手順9に従って部材の健全性を診断する。
(手順1)健全か不健全かが既知の複数の部材の各々に対して複数回の振動計測を行い、振動計測結果をデータベースに格納する(データベース構築ステップ)。
(手順2)データベースに格納された複数の振動計測結果の内、使用する振動計測結果の個数を初期値nに設定する(初期値設定ステップ)。
(手順3)設定された個数の振動計測結果から所定の演算方法に基づいて評価値を演算する(評価値演算ステップ)。
(手順4)演算された前記評価値に基づいて、健全な部材のヒストグラムと、不健全な部材のヒストグラムを作成する(ヒストグラム作成ステップ)。
(手順5)健全な部材のヒストグラムと不健全な部材のヒストグラムとに基づいて、診断対象が健全であるか否かを診断するための基準値を決定する(基準値決定ステップ)。
(手順6)基準値と健全ヒストグラムとを比較して不健全と誤判定された健全誤判定確率を求めると共に、基準値と不健全ヒストグラムとを比較して健全と誤判定された不健全誤判定確率を求める(確率算出ステップ)。
(手順7)健全誤判定確率および不健全誤判定確率が予め定めた閾値以下の場合、使用した振動計測結果の個数と基準値を記憶させて終了する(終了判定ステップ)。
(手順8)上記手順7において、健全誤判定確率または不健全誤判定確率が、予め定めた閾値を上回った場合、健全誤判定確率および不健全誤判定確率が予め定めた閾値以下となるまで、使用する振動計測結果の個数を所定の数繰り上げて上記した手順3以降の手順を実施する(振動計測結果の個数の追加)。
(手順9)上記手順7において記憶した振動計測結果の個数と基準値を用いて、診断対象の部材の診断を、診断対象の部材の振動計測結果に基づいて行う(実際の診断対象の診断)。

0088

本発明の診断方法は、上記した手順1において健全な診断対象と不健全な診断対象をそれぞれ複数用意し、診断対象の各々について複数の測定結果を取得した後、使用する測定結果の個数の初期値nを手順2で設定する。そして、健全な診断対象と不健全な診断対象の各々の測定結果の傾向を明確にするために、手順3において複数の測定結果から平均値などの評価値を算出する。

0089

そして、この評価値の算出に使用した測定結果の個数が適正なものであるか否かを検討するために手順4〜手順9を実施する。

0090

具体的には、上記において得られた評価値を手順4において統計処理することにより健全な診断対象と不健全な診断対象の各々のヒストグラムを作成した後、手順5において設定された基準値とヒストグラムとを比較することにより、評価値の算出に使用した測定結果の個数と誤診断の発生率との関係を数値化する(手順6)。

0091

そして、数値化された測定結果の個数と誤診断の発生率との関係が許容できるものであるか否かを手順7において検討し、許容できないものであれば、手順8に示すように測定結果の個数を増やして許容できる値になるまでと誤診断の発生率との関係の数値化を行う。

0092

このようにして得られた適正な個数の測定結果から評価値を算出して基準値と比較することにより、コンクリートと複雑に接触した部材であっても、精度高く診断して誤診断を適切に抑制できる。さらに、必要以上のデータを要しないため、現場において必要以上の測定を行って診断時間を延長させるようなことがない。

0093

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

0094

1 埋込金物
11プレート
12スタッドジベル
D1、D2打撃位置
S1、S2センサの設置位置

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