JP3448101B2 - 微小電位差計測装置及びその方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微小電位差計測装置及び
その方法に係り、特に大形構造物に生じた亀裂などの表
面欠陥が破壊に発展する危険度を定量的に計測する微小
電位差計測装置及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】大形構造物等の構造物の表面から表面欠
陥を皆無にするのは容易ではなく、構造物を使用中に表
面に亀裂が生じることがある。これらの亀裂によって
は、構造物の破壊に発展する危険がある。

【０００３】従来、構造物の表面欠陥の有無を検査する
場合、平均的な応力状態はストレインゲージやロードセ
ルを用いて監視されており、亀裂の局部的危険度の定量
計測は困難であった。

【０００４】最近、亀裂部分の応力拡大係数を計測する
技術が東北大学のグループによって「応力拡大係数評価
への交流電位差法の適用」という論文で発表された（日
本機械学会論文集（Ａ編）、５６巻５２８号（１９９０
−８）、論文Ｎ０．８９−０５６６Ａ、）。この論文に
記載されている基礎実験においては、計測電圧が数μＶ
と微小なため計測接触子を被計測物に溶接して外乱を防
止するようにされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】実際の構造物では計測
場所が多数あるため、接触子を被計測物に溶接せずに接
触子を被計測物表面に押し付けるだけで、亀裂を挟む電
位差を計測できる必要がある。

【０００６】構造物の計測面の亀裂には凹凸が多くある
場合が多い。このため、全ての接触子を均一な力で試料
面に押し付け接触抵抗を微小に揃えた上で、電位差を計
測する必要がある。

【０００７】しかし、通常、接触子は小さく構成されて
おり、また接触子の数も多いため、駆動機構を用いて直
接、各接触子を計測面の凹凸に位置合わせしたり押し付
け量を制御したりすることは困難であるという問題点が
あった。

【０００８】例えば数μＶの微小な電位差を計測するの
に必要な各接触子の押し付け力の大きさは、実験によれ
ば、１ピン当たり７５ｇｆ以上の相当高い値が必要な時
もある。直径１ｍｍ以下の接触子をエアバッグなどで柔
軟に直接押し付ける場合、接触子１本を押す力＝直径１
ｍｍ以下の頂上面積×空気圧でありごく小さい値とな
り、ゴム材質に圧力限度があるため必要な押し付け力を
得られない。

【０００９】また、微小な電位差を計測するためには、
個々の接触子の電気特性を事前に計測し、装置が正常で
ある事を確認出来る機構が望まれる。

【００１０】また、実際の構造物の亀裂は例えば、幅は
０．５ｍｍ以下と狭く、長さは数ｃｍと細長く、しかも
蛇行していることもある。このため、従来の接触子を試
料面に溶接する方法では、任意の位置に接触子を移動で
きないことや、蛇行している亀裂に位置合わせをし難い
ことなどの問題点があった。

【００１１】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
有する問題を解消し、実際の構造部において生じる細長
く蛇行する亀裂等に対しても任意の位置で計測接触子の
位置決めが可能であり、接触子を被計測物表面に押し付
けるだけで亀裂を挟む電位差を計測可能にし、構造物表
面の凹凸に関わらず全ての接触子を所定の力で押し付け
可能にし、必要に応じて計測に先立ち接触子ごとの電位
差計測試験を可能にする微小電位差計測装置を提供する
ことである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の微小電位差計測装置は、被測定物の表面に
高周波電流を流し、検出される微小電位差から被測定物
の表面に生じる亀裂を検出する微小電位差計測装置にお
いて、被測定物の表面に高周波電流を流すために前記表
面に設置される少なくとも一対の電極と、検出しようと
する亀裂を跨ぐように前記表面に接触し電位を検出可能
な複数の接触子と、前記複数の接触子を所定の配列関係
で挿通支持する可撓性ある挿通支持基板と、各々の前記
接触子の先端部が略均等な強さで前記表面へ押しつけら
れるようにする力均等化手段と、前記複数の接触子を前
記挿通支持基板に対して一括して押しつけ可能な一括押
し付け手段と、前記接触子間の電位差を検出する電位差
検出手段と、前記接触子の先端部と前記亀裂との位置関
係を見るための監視手段と、前記電極、前記接触子、お
よび前記監視手段を所望の位置へ移動するための移動手
段と、を備え、前記力均等化手段は、各々の前記接触子
の上端部を前記表面へ向かって付勢する付勢手段と、前
記付勢手段による伸縮動作を案内する案内部と、前記一
括押し付け手段による押し付けの力を前記付勢手段に対
して一括して伝達するための天板と、を有し、前記付勢
手段は外部から前記案内部へ導入する操作部材によって
試験的に前記接触子を付勢可能であるとともに、前記接
触子の先端部と前記表面との間の接触抵抗等の電気的特
性は試験的に測定可能であることを特徴とする。

【００１３】

【００１４】また、前記付勢手段はバネ部材であること
を特徴とする。

【００１５】また、前記付勢手段は緩衝材質からなる緩
衝板であることを特徴とする。

【００１６】また、前記一括押し付け手段は、エアバッ
グ、あるいはエアシリンダなどの直動形駆動機構を有す
ることを特徴とする。

【００１７】

【００１８】本発明による微小電位差計測方法は、被測
定物の表面に高周波電流を流し、検出される微小電位差
から被測定物の表面に生じる亀裂を検出する微小電位差
計測方法において、複数の接触子を所定の配列関係で可
撓性ある挿通支持基板に挿通支持し、操作部材によって
試験的に前記接触子を付勢するとともに、前記接触子の
先端部と前記表面との間の接触抵抗等の電気的特性を試
験的に測定し、前記複数の接触子を前記挿通支持基板に
対して一括して押しつけるとともに、前記接触子の先端
部が略均等な強さで前記表面へ押しつけられるようにす
ることを特徴とする。

【００１９】

【作用】一括押し付け手段により複数の接触子を挿通支
持基板に対して一括して押しつけると、挿通支持基板は
可撓性があるので被測定物の表面にある凹凸に応じて撓
み、一方、力均等化手段により各々の接触子の先端部を
略均等な強さで被測定物の表面へ押しつけるので、構造
物表面の凹凸に関わらず全ての接触子を所定の力で押し
付けることができる。

【００２０】また、力均等化手段において、バネ等の付
勢手段による伸縮動作は案内部より案内されるので、被
測定物の表面に凹凸があっても、バネ等の付勢手段は安
定して各々の接触子の上端部を被測定物の表面へ向かっ
て付勢することが可能である。天板は、例えばバネの上
端部を一括して押し付けることにより、一括押し付け手
段による押し付けの力を各々の接触子に対応するバネ等
の付勢手段に対して一括して伝達する。

【００２１】また、外部から案内部へ導入する操作部材
によってバネ等の付勢手段を動作させ、試験的に接触子
を付勢するとともに、接触子の先端部と前記表面との間
の接触抵抗等の電気的特性は試験的に測定することによ
り、必要に応じて計測に先立ち接触子ごとの電位差計測
試験を行うことができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明による微小電位差計測装置の実
施例を図面を参照して説明する。

【００２３】図１において、符号１は被測定物としての
被測定物１を示し、被測定物１の表面には測定の対象で
ある亀裂２が示されている。微小電位差計測装置は、被
測定物１上に設置された微小電位差計測装置本体１０と
その操作のペンダント３０と、微小電位差計測装置本体
１０に接続された計測器４０と、制御部５０とを備えて
いる。

【００２４】微小電位差計測装置本体１０は、被測定物
１の表面上の微小電位差を検出するためのセンサ部２０
と、検出位置等の観察するためにセンサ部２０の付近に
取付けられた撮像部２２と、撮像部２２を取り付けるた
めの取付板２３と、センサ部２０および撮像部２２を取
付板２３ごと被測定物１の表面上で移動させるためのｘ
ｙθテーブル２４と、センサ部２０および撮像部２２の
位置を変更する方向に走りしかも取付板２３とｘｙθテ
ーブル２４の間に設置されたガイドレール２５と、ｘｙ
θテーブル２４に対し取付板２３をガイドレール２５に
沿って駆動しセンサ部２０および撮像部２２の位置を変
更するエアシリンダ機構２６と、ｘｙθテーブル２３の
上部でセンサ部２０を支持するように門形で構成された
支持部２７と、取付板２３に取り付けられセンサ部２０
およびこの関連部品を被測定物１の面上で上下移動させ
る上下移動機構２８と、センサ部２０を着地させた時に
被測定物１の面から反力を取る吸着機構２９と、センサ
部２０全体を被測定物１面に押し付ける上下動エアシリ
ンダ機構２９−１とから構成される。

【００２５】次に、微小電位差計測装置本体１０におけ
るセンサ部２０を以下に説明する。

【００２６】図４に示すように、センサ部２０は、高電
位接触子２０１（２０１−１〜２０１−ｎ）と低電位側
接触子２０２（２０２−１〜２０２−ｎ）とから構成さ
れるｎペアの接触子を備えている。１個の接触子は１個
の高電位接触子と１個の低電位側接触子とのペアで構成
されている。

【００２７】また、センサ部２０は、各接触子２０１、
２０２の上下摺動を案内するガイド板２０３と、ガイド
板２０３を支えるフレーム２０４と、全ての接触子２０
１、２０２が挿通支持され中間部で一部接合された可撓
性のある信号基板２０５と、フレーム２０４の内部に設
置された取り付けブロック２０６と、ブロック２０６に
取り付けられた板２０７と板２０７に取付けられたエア
バック２０８とを有する一括押し付け手段と、任意接触
子２０１、２０２を被測定物１に押し付けるバネ機構２
０９と、全てバネ機構２０９および全ての接触子２０
１、２０２の伸縮動作を案内する図１１、図１２に示す
案内部２１０と、案内部２１０のエアバック２０８の伸
縮による上下動を案内する図８乃至図１０に示すホルダ
２１１と、ホルダ２１１の中央に開けられた案内部２１
０を勘合させるための穴２１１−１と、案内部２１０の
上端に取り付けられエアバック２０８の力を受けると共
にバネ機構２０９の押さえとなる天板２１２と、被測定
物１に計測のため１Ａ１０ＫＨＺ程度の高周波電流を通
電する電極２１３と、電極２１３とフレーム２０４の間
に設置され絶縁材で構成された絶縁板２１４と、電極２
１３が被測定物１表面上に優先的に接触するよう接触子
２０１、２０２両端に電極２１３と絶縁板２１４を合わ
せた厚さより若干薄い足２１５とを備えている。

【００２８】操作ペンダント３０の画面３１は、接触子
２０１、２０２の列を上下に分けるｘ軸カーソル３２
と、亀裂２の中心線上を示すｙ軸カーソル３３と、亀裂
２の撮像部２２中心位置マーク３４で構成される。

【００２９】力均等化手段は、各々の接触子２０１、２
０２の上端部を被測定物１の表面へ向かって付勢するバ
ネ機構２０９と、バネ機構２０９による伸縮動作を案内
するために各々の接触子２０１、２０２およびバネ機構
２０９に対応する孔を有する案内部２１０と、天板２１
２とを備えている。

【００３０】一括押し付け手段はエアバック２０８で構
成されるが、エアバック２０８の代わりにエアシリンダ
などの直動形駆動機構を用いてもよい。

【００３１】天板２１２は一括押し付け手段による押し
付けの力を全てのバネ機構２０９に対して一括して伝達
する。

【００３２】挿通支持基板として本実施例では、接触子
２０１、２０２を所定の配列関係で挿通支持する可撓性
ある信号基板２０５が用いられている。信号基板２０５
は、接触子２０１、２０２の先端部と被測定物１の表面
との接触により生じる電気信号を信号処理系へ送る機能
も有している。

【００３３】次に本実施例の作用について説明する。装
置本体１０を被測定物１に載せ、吸着機構２９を縮め、
支持部２７で支持し、ＣＣＤカメラ２２０で亀裂２を撮
像し、ｘｙθテーブル２４を操作して図１３のｙ軸上に
つ亀裂２を合わせ、エアシリンダ機構２６を短めてＣＣ
Ｄカメラ２２０に代わりセンサ部２０を亀裂の真上に移
動する。

【００３４】次に上下移動機構２８を伸ばし、装置本体
１０を支持していた支持部２７に代わり吸着機構２９を
被測定物１面上に吸着させた状態でセンサ部２０全体を
支持固定する。

【００３５】次に上下動エアシリンダ機構２９−１を伸
ばしてセンサ部２０全体を被測定物１面に押し付ける
と、電極２１３は足部２１５より小距離だけ長く作られ
ているので、確実に被測定物１に接触し、参照電流が供
給される。

【００３６】エアバック２０８を膨張させると、その全
膨張荷重は天板２１２を介して任意接触子２０１、２０
２に作用する。。被測定物１の凹凸による各接触子の当
たりの差は力均等化手段のバネ機構２０９で均等化され
るため、全接触子は面に直角にしっかり食い込み、接触
抵抗を無視できる程小さく出来る。

【００３７】また、センサ部２０は、支持部２７から外
し被測定物１上に単独で設置し、力均等化手段の天板２
１２とバネ機構２０９を除去し、センサ部２０の外から
任意の力均等化手段の案内部２１０の任意の孔に押し付
け力を計測するロードセルの先に付けた操作部材として
の棒を差し込み、任意の接触子を押し付けてその電気特
性を試験する作用を有する。

【００３８】本実施例の構成によれば、接触子２０１、
２０２は、被測定物１面に凹凸があってても、各教示点
をはさんで正確に位置決めでき、また上記作用のため接
触抵抗は無視できるので、正確な微小電位差を計測する
ことができる。

【００３９】エアバック２０８により天板２１２を介し
てバネ機構２０９により接触子２０１、２０２を信号基
板２０５に対して一括して押しつけると、信号基板２０
５は可撓性があるので被測定物１の表面にある凹凸に応
じて撓み、一方、バネ機構２０９により各々の接触子２
０１、２０２の先端部を略均等な強さで被測定物１の表
面へ押しつけるので、被測定物１の表面の凹凸に関わら
ず全ての接触子を所定の力で押し付けることができる。

【００４０】また、バネ機構２０９による伸縮動作は、
各々の接触子２０１、２０２およびバネ機構２０９に対
応する孔を有する案内部２１０により案内されるので、
被測定物１の表面に凹凸があっても、バネ機構２０９は
安定して各々の接触子２０１、２０２の上端部を被測定
物１の表面へ向かって付勢することが可能である。

【００４１】また、センサ部２０を支持部２７から外し
被測定物１上に単独で設置し、天板２１２とバネ機構２
０９を除去し、押し付け力を計測するロードセルの先に
操作部材としての棒を付け、センサ部２０の外から案内
部２１０の任意の孔にその棒を差し込み、任意の接触子
を押し付けてその電気特性を試験することができる。こ
の結果、接触子２０１、２０２の先端部と被測定部１の
表面との間の接触抵抗等の電気的特性を試験的に測定す
ることにより、必要に応じて計測に先立ち接触子２０
１、２０２ごとの電位差計測試験を行うことができる。

【００４２】なお、被測定物１面の凹凸が極小さい場合
は、力均等化手段の構成をバネ機構２０９の代わりに一
括押し付け手段の力を受ける天板２１２と天板２１２と
全接触子の間に天板２１２と同程度の広さで厚さ数ｍｍ
のゴム板使用することが可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、一括押し付け手段により複数の接触子を挿通支持
基板に対して一括して押しつけると、挿通支持基板は可
撓性があるので被測定物の表面にある凹凸に応じて撓
み、一方、力均等化手段により各々の接触子の先端部を
略均等な強さで被測定物の表面へ押しつけるので、構造
物表面の凹凸に関わらず全ての接触子を所定の力で押し
付けることができる。

【００４４】また、外部から案内部へ導入する操作部材
によってバネ等の付勢手段を動作させ、試験的に接触子
を付勢するとともに、接触子の先端部と前記表面との間
の接触抵抗等の電気的特性は試験的に測定することによ
り、必要に応じて計測に先立ち接触子ごとの電位差計測
試験を行うことができる。

【００４５】この結果、接触子は被測定物の表面に凹凸
があっても、接触子と被測定物の表面との接触抵抗を無
視できるようにでき、正確な微小電位差計測を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微小電位差計測装置の一実施例を示す
立体説明図。

【図２】図１のＩＩから見た説明図。

【図３】図１のＩＩＩから見た説明図。

【図４】センサ部の立体説明図。

【図５】図４の横断面図。

【図６】図４の縦断面図。

【図７】図６のVII −VII に示す断面図。

【図８】ホルダ２１１を説明する平面図。

【図９】図８のIXから見た平面図。

【図１０】図８のＸから見た平面図。

【図１１】案内部を説明する平面図。

【図１２】案内部の切り欠き平面図。

【図１３】画面３１の説明図。

【符号の説明】

１ 被測定物 ２ 亀裂 １０ 微小電位差計測装置本体 ２０ センサ部２０ ２２ 撮像部 ２３ 取付板 ２４ ｘｙθテーブル ２５ ガイドレール ２６ エアシリンダ機構 ２７ 支持部 ２８ 上下動機構 ２９ 吸着機構 ２９−１ 上下動エアシリンダ機構 ３０ 操作ペンダント ３１ 画面 ３２ ｘ軸カーソル ３３ ｙ軸カーソル ３４ 撮像中心位置マーク ４０ 計測器 ５０ 制御部 ２０１（２０１−１〜２０１−ｎ） 高電位側接触子 ２０２（２０２−１〜２０２−ｎ） 低電位側接触子 ２０３ ガイド板 ２０４ フレーム ２０５ 信号基板（挿通支持基板） ２０６ ブロック ２０７ 板 ２０８ エアバック ２０９ バネ機構 ２１０ 案内部 ２１１ ホルダ ２１１−１ 穴 ２１２ 天板 ２１３ 電極 ２１４ 絶縁板 ２１５ 足

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/24

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物の表面に高周波電流を流し、検出
   される微小電位差から被測定物の表面に生じる亀裂を検
   出する微小電位差計測装置において、 被測定物の表面に高周波電流を流すために前記表面に設
   置される少なくとも一対の電極と、 検出しようとする亀裂を跨ぐように前記表面に接触し電
   位を検出可能な複数の接触子と、 前記複数の接触子を所定の配列関係で挿通支持する可撓
   性ある挿通支持基板と、 各々の前記接触子の先端部が略均等な強さで前記表面へ
   押しつけられるようにする力均等化手段と、 前記複数の接触子を前記挿通支持基板に対して一括して
   押しつけ可能な一括押し付け手段と、 前記接触子間の電位差を検出する電位差検出手段と、 前記接触子の先端部と前記亀裂との位置関係を見るため
   の監視手段と、 前記電極、前記接触子、および前記監視手段を所望の位
   置へ移動するための移動手段と、を備え、 前記力均等化手段は、各々の前記接触子の上端部を前記
   表面へ向かって付勢する付勢手段と、前記付勢手段によ
   る伸縮動作を案内する案内部と、前記一括押し付け手段
   による押し付けの力を前記付勢手段に対して一括して伝
   達するための天板と、を有し、 前記付勢手段は外部から前記案内部へ導入する操作部材
   によって試験的に前記接触子を付勢可能であるととも
   に、前記接触子の先端部と前記表面との間の接触抵抗等
   の電気的特性は試験的に測定可能である ことを特徴とす
   る微小電位差計測装置。
2. 【請求項２】前記付勢手段はバネ部材であることを特徴
   とする請求項１記載の微小電位差計測装置。
3. 【請求項３】前記付勢手段は緩衝材質からなる緩衝板で
   あることを特徴とする請求項１に記載の微小電位差計測
   装置。
4. 【請求項４】前記一括押し付け手段は、エアバッグ、あ
   るいはエアシリンダなどの直動形駆動機構を有すること
   を特徴とする請求項１に記載の微小電位差計測装置。
5. 【請求項５】被測定物の表面に高周波電流を流し、検出
   される微小電位差から被測定物の表面に生じる亀裂を検
   出する微小電位差計測方法において、 複数の接触子を所定の配列関係で可撓性ある挿通支持基
   板に挿通支持し、操作部材によって試験的に前記接触子を付勢するととも
   に、前記接触子の先端部と前記表面との間の接触抵抗等
   の電気的特性を試験的に測定し、 前記複数の接触子を前記挿通支持基板に対して一括して
   押しつけるとともに、前記接触子の先端部が略均等な強
   さで前記表面へ押しつけられるようにすることを特徴と
   する微小電位差計測方法。