JP6836289B2 - ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属疲労亀裂の修復分野に属し、具体的には、ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する方法及び装置に関する。

金属構造は、繰り返し荷重により疲労して表面に亀裂が発生しやすく、ひいては構造の耐力には大きな影響を与えるので、工学構造物及び機械の安全性に問題が生じる恐れがある。実際には、金属疲労はすでに非常に一般的な現象となっている。１５０年以上の統計によると、金属部品の損傷の８０％以上は疲労によるものである。

金属疲労亀裂によるさらなる損傷を防ぐために、中国特許ＣＮ１０３９５２９８５Ａには、エアハンマーを用いて金属における疲労亀裂が発生した部位にハンマーピーニング荷重を与えることにより、疲労亀裂開口を閉合させ、疲労亀裂修復の目的を達成するハンマーピーニングによる鋼橋疲労亀裂の閉合修復方法が開示されている。

現在、ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する方法及び装置がないため、ハンマーピーニングによる閉合品質を評価することができない。そのため、ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する方法及び装置を開発することにより、ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合の効果がより良好に評価され、ハンマーピーニング閉合品質の評価方法の技術ギャップが埋められ、ハンマーピーニングによる金属亀裂閉合技術の普及及び応用に対する切望が満たされる。

本発明は、従来技術の不足に対して、ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する装置を提供し、この装置に基づいてハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する方法を提供する。これによって、ハンマーピーニングによる閉合品質の評価方法の技術ギャップが埋められ、ハンマーピーニングによる金属亀裂閉合技術の普及及び応用に対する切望が満たされる。

上記技術目的を達成するために、本発明は、以下の技術手段を使用する。
外殻、給電装置、電位検知装置を含むハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する装置であって、
前記給電装置は、外殻内に設けられた電池ボックス、外殻の底端に固定された給電端子を含み、電池ボックスは、ワイヤーを介して外殻の底端に固定された給電端子に接続され、
前記電位検知装置は、マイクロポテンショメータ、チップ、電圧入力端子、スプリング線を含み、マイクロポテンショメータ、チップは、いずれも外殻内に設けられ、電圧入力端子は、外殻の底端に設けられ、
前記マイクロポテンショメータは、スプリング線を介して電圧入力端子に接続され、前記チップには制御素子が設けられ、前記チップはマイクロポテンショメータに接続される、装置。

さらに、前記電圧入力端子は、端子伸縮装置に接続され、
前記端子伸縮装置は、付帯筒を備える仕切り板、スプリング及びスリーブベアリングを含み、
仕切り板は、外殻の内壁に固定され、付帯筒は、外殻の底部に向かって設けられ、且つ付帯筒には付帯筒に対して移動可能にスリーブベアリングが挿接され、
スプリングは、付帯筒の外周に套設され、且つスプリングの両端は、それぞれ仕切り板及びスリーブベアリングに接触し、
電圧入力端子は、スリーブベアリングに固定され、外殻の底部は、電圧入力端子が配置された位置には電圧入力端子が通過するための孔があり、
スプリング線は、順に仕切り板、付帯筒及びスリーブベアリングを通過して電圧入力端子に接続される。

さらに、電圧入力端子が２つあり、スリーブベアリングが２つあり、電圧入力端子は、スリーブベアリングと一対一対応し、
仕切り板は、２つの付帯筒を有し、各付帯筒には１つのスリーブベアリングが挿接され、且つ各付帯筒の外周には１つのスプリングが套設される。

さらに、仕切り板において、電圧入力端子に対応する位置には貫通孔ａが開設され、給電端子に対応する位置には貫通孔ｂが開設され、貫通孔ａは仕切り板の内側に位置し、貫通孔ｂは仕切り板の外側に位置し、付帯筒は貫通孔ａに連通し、且つ付帯筒の内径が貫通孔ａの孔径に一致する。

さらに、給電端子が２つあり、２つの給電端子及び２つの電圧入力端子は同一直線に配置される。

さらに、前記チップは、制御スイッチによりパイロットランプに接続され、制御素子は、マイクロポテンショメータからフィードバックされた電位差の数値に基づいて、制御スイッチを開閉することにより対応するパイロットランプのオン／オフを制御する。

本発明の別の態様は、前記ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する装置による方法を提供することを目的とする。この方法は、
電池ボックス内に電池を取り付け、スイッチをオンにするステップ１と、
電圧入力端子を金属における疲労亀裂がない部位に配置し、安定した後に、制御素子により電位差Ｕ_１を記録するステップ２と、
２つの電圧入力端子が位置する直線が亀裂の縦方向に沿う直線に直交するように電圧入力端子を亀裂開口に配置し、安定した後に、制御素子により電位差Ｕ_２を記録するステップ３と、
電圧入力端子をハンマーピーニングにより閉合した亀裂の部位に配置し、安定した後に、制御素子により電位差Ｕ_３を記録するステップ４と、
制御素子により電位差がＵ_１〜Ｕ_２の範囲内であるか否かを判断し、Ｕ_１〜Ｕ_２の範囲内であると判断した場合、パイロットランプが緑色に点灯し、亀裂がハンマーピーニングにより修復されて閉合したことを示す一方、Ｕ_１〜Ｕ_２の範囲内ではないと判断した場合、赤色に点灯するステップ５と、
スイッチをオフにし、判断が終了するステップ６と、を含む。

さらに、前記ステップ２において、電位差Ｕ_１は、Ｕ_１＝Ｉ・Ｒ_１を満たし、ここで、Ｉは給電端子が提供する定電流であり、Ｒ_１は金属に疲労亀裂が発生していない場合の電気抵抗であり、
前記ステップ３において、電位差Ｕ_２は、Ｕ_２＝Ｉ・Ｒ_２を満たし、ここで、Ｒ_２は金属に疲労亀裂が発生した場合の電気抵抗であり、
前記ステップ４において、電位差Ｕ_３は、Ｕ_３＝Ｉ・Ｒ_３を満たし、ここで、Ｒ_３は金属疲労亀裂がハンマーピーニングにより閉合した後の電気抵抗であり、
金属に疲労亀裂が発生した後、金属の導電面の断面積は、疲労亀裂が発生する前よりも小さくなり、ハンマーピーニングにより亀裂が閉合した後、導電面の断面積は再び大きくなることで、Ｒ_１＜Ｒ_３＜Ｒ_２であり、
従って、金属亀裂開口に流れる電流が一定である条件下で、一般式Ｕ＝Ｉ・Ｒに基づいて、電位差Ｕ_１、電位差Ｕ_２及び電位差Ｕ_３は、Ｕ_１＜Ｕ_３＜Ｕ_２を満たす。

本発明は、ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する方法及び装置を提供することにより、ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合の効果がより良好に評価され、ハンマーピーニング閉合品質の評価方法の技術ギャップが埋められ、ハンマーピーニングによる金属亀裂閉合技術の普及及び応用に対する切望が満たされる。

前記装置は、構造が簡単で、全ての部分が組み立てられてなり、大規模生産に有利であり、数値が見やすく、ハンマーピーニングによる閉合品質の評価効率を向上させ、使用範囲が広く、測定される金属の属性に応じて電池及びマイクロポテンショメータの型番を調整することで使用範囲を広くすることができ、使用の見通しが非常に良好である。

ハンマーピーニングによる鋼橋亀裂の閉合技術の実施例である。 本発明に係るハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する方法のフローチャートである。 金属に亀裂がないときの装置動作の電流分布図である。 金属に亀裂が発生したときの装置動作の電流分布図である。 金属亀裂がハンマーピーニングにより閉合した後の装置動作の電流分布図である。 上記３つの状況での金属の回路変化の模式図である。 上記３つの状況での金属の電位差のヒストグラムである。 ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する装置（作動時）の模式図である。 ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する装置の正面図である。 ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する装置の背面図である。 ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する装置の底面図である。 装置のＡ−Ａの断面図である。 外殻の仕切り板の模式図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態、構造、特徴及びその効果を詳しく説明する。

図８から１３に示すように、本発明に記載のハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する装置は、外殻、給電装置及び電位検知装置を含み、
前記給電装置は、外殻内に設けられた電池ボックス、外殻の底端に固定された給電端子を含み、電池ボックスは、ワイヤーを介して外殻の底端に固定された給電端子に接続され、
前記電位検知装置は、マイクロポテンショメータ、チップ、電圧入力端子、スプリング線を含み、マイクロポテンショメータ、チップは、いずれも外殻内に設けられ、電圧入力端子は、外殻の底端に設けられ、
前記マイクロポテンショメータは、スプリング線を介して電圧入力端子に接続され、前記チップには制御素子が設けられ、前記チップはマイクロポテンショメータに接続される。

さらに、前記電圧入力端子は、端子伸縮装置に接続され、
前記端子伸縮装置は、付帯筒を備える仕切り板、スプリング及びスリーブベアリングを含み、
仕切り板は、外殻の内壁に固定され、付帯筒は、外殻の底部に向かって設けられ、且つ付帯筒には付帯筒に対して移動可能にスリーブベアリングが挿接され、
スプリングは、付帯筒の外周に套設され、且つスプリングの両端は、それぞれ仕切り板及びスリーブベアリングに接触し、
電圧入力端子は、スリーブベアリングに固定され、外殻の底部は、電圧入力端子が配置された位置には電圧入力端子が通過するための孔があり、
スプリング線は、順に仕切り板、付帯筒及びスリーブベアリングを通過して電圧入力端子に接続される。

さらに、電圧入力端子が２つあり、スリーブベアリングが２つあり、電圧入力端子は、スリーブベアリングと一対一対応し、
仕切り板は、２つの付帯筒を有し、各付帯筒には１つのスリーブベアリングが挿接され、且つ各付帯筒の外周には１つのスプリングが套設される。

さらに、仕切り板において、電圧入力端子に対応する位置には貫通孔ａが開設され、給電端子に対応する位置には貫通孔ｂが開設され、貫通孔ａは仕切り板の内側に位置し、貫通孔ｂは仕切り板の外側に位置し、付帯筒は貫通孔ａに連通し、且つ付帯筒の内径が貫通孔ａの孔径に一致する。

さらに、給電端子が２つあり、２つの給電端子及び２つの電圧入力端子は同一直線に配置される。

さらに、前記チップは、制御スイッチによりパイロットランプに接続され、制御素子は、マイクロポテンショメータからフィードバックされた電位差の数値に基づいて、制御スイッチを開閉することにより対応するパイロットランプのオン／オフを制御する。

以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施例を説明する。

本実施例に記載のハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する装置は、給電装置及び電位検知装置から構成される。給電装置は、電池ボックス及び給電端子を含み、電位検知装置は、マイクロポテンショメータ、チップ、電圧入力端子、端子伸縮装置及びスプリング線を含む。給電装置及び電位検知装置は、筆状の外殻によって包まれる。前記電池ボックスは、ワイヤーを介して外殻の底端に固定された給電端子に接続される。前記マイクロポテンショメータは、スプリング線を介して電圧入力端子に接続される。前記チップには制御素子が制御され、マイクロポテンショメータに接続される。前記端子伸縮装置は、付帯筒を有する仕切り板、スプリング及びスリーブベアリングを含み、スプリングは、仕切り板の付帯筒に套設され、スリーブベアリングの上部が外殻の中下部の仕切り板の付帯筒と挿接する。前記４つの端子の中には、２つの給電端子は外殻の底端に固定され、２つの電圧入力端子はスリーブベアリングの底部中心に固定され、外殻の底端の孔を通過する。

好ましくは、前記端子伸縮装置において、スプリングは、一定のプリロードを保持したままで仕切り板の付帯筒に套設され、弾力をスリーブベアリングに伝達することにより、電圧入力端子が金属表面に十分に接触することが保証され、金属表面の不平坦による接触不良が回避される。

好ましくは、前記スプリング線は、マイクロポテンショメータと電圧入力端子を接続する。これによって、電圧入力端子が上下に移動するときのワイヤーの自由伸縮が保証され、他の部品に対する干渉が回避される。

好ましくは、前記付帯筒の仕切り板は、外殻内の中下部に取り付けられ、仕切り板には、４つの端子が位置する直線と平行な方向に沿って４つの孔が開設されており、内側の２つの孔の下部にはサイズが孔径と同じ筒が接続され、スリーブベアリングと併用されることにより、スプリングが直線運動を保持することができる。

好ましくは、前記マイクロポテンショメータは、電池によって提供可能な電流に応じて精度が調節できることにより、異なる種類の金属に適用可能である。

好ましくは、前記チップの内部に設けられた制御素子は、電位差の数値に基づいて対応するパイロットランプの色を制御することができる。これによって、金属疲労亀裂がハンマーピーニングにより閉合したか否かを直観的に観察することができる。

好ましくは、前記スリーブベアリングは、その長さが電圧入力端子の伸縮量に応じて調整できることにより、異なる構造の金属に適用可能である。

前記装置に基づいて、本発明は、ハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する方法をさらに提供する。図２に示すように、前記方法は、以下のステップを含む。

（ステップ１０１）
電池ボックスの後蓋３８を開き、電池を取り付ける。本実施例では、金属板の遠端に１Ａの電流を加える場合を例とする。

（ステップ１０２）
装置の底蓋３２を取り外し、装置を金属における疲労亀裂がない部位に配置し、スイッチボタン３４を押し、さらに記録ボタン３５を押して制御素子に電位差Ｕ_１を記録させる。

（ステップ１０３）
装置の電圧入力端子２６を、４つ端子（１４及び２６）で形成された直線が亀裂の縦方向に沿う直線に直交するように亀裂開口に配置し、記録ボタン３５を押して、制御素子に電位差Ｕ_２を記録させる。

（ステップ１０４）
装置の電圧入力端子２６をハンマーピーニングにより閉合した亀裂の部位に配置し、記録ボタン３５を押して制御素子にこの時点の電位差Ｕ_３を記録させる。

（ステップ１０５）
比較ボタン３６を押すと、チップ２１内の制御素子は、Ｕ_１〜Ｕ_２の範囲内であるか否かを自動的に判断する。Ｕ_１〜Ｕ_２の範囲内であると判断した場合、パイロットランプ３７が緑色に点灯し、Ｕ_１〜Ｕ_２の範囲内ではないと判断した場合、赤色に点灯する。

図６の回路の概略図から分かるように、金属に疲労亀裂が発生した後、金属の接触面積が小さくなり、ハンマーピーニングにより亀裂が閉合した後、接触面積が再び大きくなるため、電気抵抗の関係は以下のように変化する。
Ｒ_１＜Ｒ_３＜Ｒ_２
金属亀裂開口に流れる電流が一定である条件下で、一般式Ｕ＝Ｉ・Ｒ及び図７から、電圧の関係は以下のように変化することが分かる。
Ｕ_１＜Ｕ_３＜Ｕ_２

電位差Ｕ_１は、Ｕ_１＝Ｉ・Ｒ_１を満たし、ここで、Ｉは給電端子が提供する定電流であり、Ｒ_１は金属に疲労亀裂が発生していない場合の電気抵抗である。
電位差Ｕ_２は、Ｕ_２＝Ｉ・Ｒ_２を満たし、ここで、Ｒ_２は金属に疲労亀裂が発生した場合の電気抵抗である。
電位差Ｕ_３は、Ｕ_３＝Ｉ・Ｒ_３を満たし、ここで、Ｒ_３は金属疲労亀裂がハンマーピーニングにより閉合した後の電気抵抗である。

金属の電気抵抗の計算式は、Ｒ＝ρＬ／Ｓであり、ここで、ρは電気抵抗率であり、Ｌは材料の長さであり、Ｓは面積である。

金属に疲労亀裂が発生した後、金属の導電面の断面積は、疲労亀裂が発生する前よりも小さくなり、ハンマーピーニングにより亀裂が閉合した後、導電面の断面積は再び大きくなることで、Ｒ_１＜Ｒ_３＜Ｒ_２である。
従って、金属亀裂開口に流れる電流が一定である条件下で、一般式Ｕ＝Ｉ・Ｒに基づいて、電位差Ｕ_１、電位差Ｕ_２及び電位差Ｕ_３は、Ｕ_１＜Ｕ_３＜Ｕ_２を満たす。

（ステップ１０６）
スイッチボタン３４を押して判断を終了させる。

前記測定に偏差が生じた場合、設備をオフにし、測定された電位差の数値をクリアして再度測定を開始することができる。

本明細書で詳しく説明されていない内容は、当業者に周知されている理論及び技術に属する。上記の実施例は、本発明の技術思想を説明するためのものに過ぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の技術思想に基づいて行われた変更は、全て本発明の保護範囲に含まれる。

１ 給電装置、
２ 電位検知装置、
３ 外殻、
４ 金属板、
１１ 電池ボックス、
１２ ワイヤー、
１３ 可動スイッチ、
１４ 給電端子、
２１ チップ、
２２ マイクロポテンショメータ、
２３ スプリング線、
２４ スプリング、
２５ スリーブベアリング、
２６ 電圧入力端子、
３１ 仕切り板、
３２ 底蓋、
３３ 電位表示スクリーン、
３４ スイッチボタン、
３５ 記録ボタン、
３６ 比較ボタン、
３７ パイロットランプ、
３８ 電池ボックス蓋、
４１ 亀裂のない金属板、
４２ 亀裂のある金属板、
４３ ハンマーピーニングにより亀裂が閉合した後の金属板。

Claims (8)

1. 外殻、給電装置、電位検知装置を含むハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する装置であって、
   前記給電装置は、前記外殻内に設けられた電池ボックス、前記外殻の底端に固定された給電端子を含み、前記電池ボックスは、ワイヤーを介して前記外殻の底端に固定された前記給電端子に接続され、
   前記電位検知装置は、マイクロポテンショメータ、チップ、電圧入力端子、スプリング線を含み、前記マイクロポテンショメータ及び前記チップは、いずれも前記外殻内に設けられ、前記電圧入力端子は、前記外殻の底端に設けられ、
   前記マイクロポテンショメータは、前記スプリング線を介して前記電圧入力端子に接続され、前記チップには制御素子が設けられ、前記チップは前記マイクロポテンショメータに接続されることを特徴とする、装置。
2. 前記電圧入力端子は、端子伸縮装置に接続され、
   前記端子伸縮装置は、付帯筒を備える仕切り板、スプリング及びスリーブベアリングを含み、
   前記仕切り板は、前記外殻の内壁に固定され、前記付帯筒は、前記外殻の底部に向かって設けられ、且つ前記付帯筒には、前記付帯筒に対して移動可能に前記スリーブベアリングが挿接され、
   前記スプリングは、前記付帯筒の外周に套設され、且つ前記スプリングの両端は、それぞれ前記仕切り板及び前記スリーブベアリングに接触し、
   前記電圧入力端子は、前記スリーブベアリングに固定され、前記外殻の底部は、前記電圧入力端子が配置された位置には、前記電圧入力端子が通過するための孔が開設され、
   前記スプリング線は、順に前記仕切り板、前記付帯筒及び前記スリーブベアリングを通過して前記電圧入力端子に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記電圧入力端子が２つあり、前記スリーブベアリングが２つあり、前記電圧入力端子は、前記スリーブベアリングと一対一対応し、
   前記仕切り板は、２つの前記付帯筒を有し、各前記付帯筒には１つの前記スリーブベアリングが挿接され、且つ前記各付帯筒の外周には１つの前記スプリングが套設されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記仕切り板において、前記電圧入力端子に対応する位置には貫通孔ａが開設され、前記給電端子に対応する位置には貫通孔ｂが開設され、前記貫通孔ａは前記仕切り板の内側に位置し、前記貫通孔ｂは前記仕切り板の外側に位置し、前記付帯筒は前記貫通孔ａに連通し、且つ付帯筒の内径は前記貫通孔ａの孔径に一致することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記給電端子が２つあり、２つの前記給電端子及び２つの前記電圧入力端子は同一直線に配置されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
6. 前記チップは、制御スイッチにより前記パイロットランプに接続され、前記制御素子は、前記マイクロポテンショメータからフィードバックされた電位差の数値に基づいて、前記制御スイッチを開閉することにより対応する前記パイロットランプのオン／オフを制御することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 請求項１に記載のハンマーピーニングによる金属疲労亀裂閉合を判断する装置による方法であって、
   電池ボックス内に電池を取り付け、スイッチをオンにするステップ１と、
   電圧入力端子を金属における疲労亀裂がない部位に配置し、安定した後に、制御素子により電位差Ｕ_１を記録するステップ２と、
   ２つの電圧入力端子が位置する直線が亀裂の縦方向に沿う直線に直交するように電圧入力端子を亀裂開口に配置し、安定した後に、制御素子により電位差Ｕ_２を記録するステップ３と、
   電圧入力端子をハンマーピーニングにより閉合した亀裂の部位に配置し、安定した後に、制御素子により電位差Ｕ_３を記録するステップ４と、
   制御素子により電位差がＵ_１〜Ｕ_２の範囲内であるか否かを判断し、Ｕ_１〜Ｕ_２の範囲内であると判断した場合、パイロットランプが緑色に点灯し、亀裂がハンマーピーニングにより修復されて閉合したことを示す一方、Ｕ_１〜Ｕ_２の範囲内ではないと判断した場合、赤色に点灯するステップ５と、
   スイッチをオフにし、判断を終了させるステップ６と、
   を含むことを特徴とする、方法。
8. 前記ステップ２において、電位差Ｕ_１は、Ｕ_１＝Ｉ・Ｒ_１を満たし、ここで、Ｉは給電端子が提供する定電流であり、Ｒ_１は金属に疲労亀裂が発生していない場合の電気抵抗であり、
   前記ステップ３において、電位差Ｕ_２は、Ｕ_２＝Ｉ・Ｒ_２を満たし、ここで、Ｒ_２は金属に疲労亀裂が発生した場合の電気抵抗であり、
   前記ステップ４において、電位差Ｕ_３は、Ｕ_３＝Ｉ・Ｒ_３を満たし、ここで、Ｒ_３は金属疲労亀裂がハンマーピーニングにより閉合した後の電気抵抗であり、
   金属に疲労亀裂が発生した後、金属の導電面の断面積は、疲労亀裂が発生する前よりも小さくなり、ハンマーピーニングにより亀裂が閉合した後、導電面の断面積は再び大きくなることで、Ｒ_１＜Ｒ_３＜Ｒ_２であり、
   従って、金属亀裂開口に流れる電流が一定である条件下で、一般式Ｕ＝Ｉ・Ｒに基づいて、電位差Ｕ_１、電位差Ｕ_２及び電位差Ｕ_３は、Ｕ_１＜Ｕ_３＜Ｕ_２を満たすことを特徴とする、請求項７に記載の方法。