JPH10221307A - 表面探傷装置及び表面探傷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、大気圧の下でも測定でき、装置の
小型化、簡単化をはかることが可能な表面探傷装置及び
表面探傷方法を提供することにある。 【解決手段】 本発明は、被検試料表面と一定間隔で電
極を相対的に移動させ、前記被検試料の表面と前記電極
間にコロナ放電を印加させ、前記被検試料表面の傷部分
より放出されるエキソ電子によるコロナ放電の変化量を
検出することにより表面の探傷を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属表面に生じた
傷の探傷を行う表面探傷装置及び表面探傷方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、金属表面に生じた探傷法とし
ては、磁粉探傷法や浸透探傷法が広く用いられている。
ところが前者は、磁性の材料しか使用できず、またいず
れも磁粉、浸透液等の消耗品を必要とし、こえらは検査
者の身体に有害なものである。近年、磁粉、浸透液を全
く使用せずに、金属表面に生じた傷からエキソ電子の検
出による探傷法が提案されている。１９４０年代にこの
現象を発見したＪｏｈａｎｎｅｓ Ｋｒａｍｅｒの名を
取り、Ｋｒａｍｅｒ効果とも呼ばれているが、この基本
現象は、材料の破壊が始まり、新しい表面が形成される
と、そこから電子が放出されるのもである。そして、エ
キソ電子放射は、新しく発生した表面の酸化に伴って観
測される。エキソ電子の検出技術を応用した探傷法の一
例として、特開昭５４−１３６３８５号公報に記載の技
術がある。この技術は、元来表面から放出されるエキソ
電子は、少ないためこれを検知し、表面の探傷に利用す
るには、実用的ではなかったが、紫外光束を表面に照射
することにより、表面を活性化させ、エキソ放射電子を
高感度に検出するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の特開
昭５４−１３６３８５号公報に記載の技術は、その構成
が試料ごと真空容器中に入れ、紫外光束を照射し、エキ
ソ電子を直接検電子増倍管などの電子検出器で測定し、
材料の破壊状況を把握するものである。ところが、金属
表面の傷から放出されたエキソ電子は、金属表面近傍に
ある気体分子等に衝突し多くの電子が金属表面に吸収さ
れる。従って、前述従来技術では、放出されたエキソ電
子を効率的に回収するためには、真空容器内で測定する
事が、必要となり、検査部分を真空にする必要があるた
めに、装置の大型化、複雑化となり、広い条件下での測
定は困難である。また、この技術は、エキソ電子を直接
検出するものであり、検出装置の高精度が要求され、高
価になる問題がある。そこで、本発明は、大気圧の下で
も測定でき、装置の小型化、簡単化をはかることが可能
な表面探傷装置及び表面探傷方法を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決することを目的になされたものであり、請求項１記載
の発明は、被検試料と、前記被検試料の表面と一定間隔
で相対的に移動する電極と、前記被検試料の表面と前記
電極間に発生せさせるコロナ放電電源と、前記被検試料
表面の傷部分より放出されるエキソ電子によるコロナ放
電の変化量を検出する検出器よりなる表面探傷装置であ
る。

【０００５】また、請求項２に記載の発明は、被検試料
表面と一定間隔で電極を相対的に移動させ、前記被検試
料の表面と前記電極間にコロナ放電を印加させ、前記被
検試料表面の傷部分より放出されるエキソ電子によるコ
ロナ放電の変化量を検出することを特徴とする表面探傷
方法である。

【０００６】本発明は、上述のように構成し、被検試料
の表面上に配置する電極は、一定間隔で相対的に移動可
能となっている。そして、電極を移動させながら前記被
検試料の表面と前記電極間にコロナ放電を発生させる。
このコロナ放電に伴って、被検試料の表面と電極間にコ
ロナ電流が流れる。そして、傷のない平滑な試料表面の
場合には、コロナは、極めて安定した状態でコロナ電流
も変化がない。ところが、電極が傷のある被検試料の表
面に位置すると、持続していたコロナ放電内にエキソ電
子が放出されることとなり、放電状態に変化が起きる。
この変化量を検出器で検知することが出来、被試料表面
の傷の検知が可能になる。

【０００７】なお、本発明は、上述のように構成作用す
るが、コロナ放電の出来る場面で使用するものであれ
ば、大気圧下に限らない大気圧より低い真空状態で使用
しても良いことはいうまでもない。また、被検試料表面
と一定間隔で電極を相対的に移動さるのであることよ
り、被検試料、電極のいずれを動かしても良い。更に、
被検試料と電極間に加える印加電圧際に、被検試料側を
アース電位とすれば、広範囲な部材に使用できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳述する。図１は、本発明の基本概略図であ
る。被検試料１を載置した基体２に前記被検試料１表面
に対し平行に移動可能な移動機構３が設けられ、移動機
構３により移動可能な電極保持体４に垂設している針電
極５先端を前記被検試料１表面に向けて配置している。
針電極５には、電源６及び検出器７に接続している。

【０００９】移動機構３は、特に公知の機構を用いるこ
とが出来る。一例を示すと、モータ３０の回転でスクリ
ュー３１が回動し、スクリュー３１に噛合している支持
体３２は進退移動する。この時、支持体３２は、スクリ
ュー３１に平行に設けている案内杆３３に案内支持され
ている支持体３４との間に架設しているスクリュー３５
及び案内杆３６と一体的に形成されており、全体的に前
後に進退移動する。一方支持体３２に設けられているモ
ータ３７を回転させ、スクリュー３５が回転し、スクリ
ュー３５及び案内杆３６に案内支持されている電極保持
体４の噛合位置が移動し、電極保持体４は左右に移動可
能となる。

【００１０】また、電極保持体４の先端部分の保持部４
０に保持されている針電極５の先端は、特に図示はしな
いがサーボモータ等適宜手段で上下に移動可能な構成と
している。この移動させる部分は針電極５のみの構成で
も良いが、絶縁等の観点より保持部４０全体を移動させ
る方が移動機構が簡易となり有利である。

【００１１】被検試料１と針電極５間のコロナ放電の変
化量を検出する検出器７は、直接電流値の測定のほか、
エキソ電子がコロナ放電内に放出されたことによるパル
スの発生を、図２（ｂ）に示すごとくパルスカウンター
７０でカウントすることにより検知しても良い。図中８
は、針電極５の先端と被検試料１との間隔を測定する距
離センサーであり、９は針電極５と対向する部分を照射
する照射灯である。

【００１２】本発明は上述のように構成し、針電極５、
被検試料１間に電圧を印加し、針電極５及び被検試料１
の表面間にはコロナ放電を発生させる。この状態で、移
動機構３により針電極５を被検試料１表面に対し平行に
移動させる。コロナ放電の変化量を検知器７で検知す
る。被検試料１の表面に傷があった場合に、コロナ放電
にエキソ電子が放出され、コロナ電流に影響を及ぼす。
そして、これを被検試料全面を針電極５を介し検知器７
で検知し、検知した信号の位置大きさに基づいて、傷の
位置大きさを把握する。なお、この検知信号の表示等
は、例えば、特開昭５４−１３６３８５号公報に記載の
技術等と同様に、検知器７のパルス信号をデータ解析７
１、画像処理７２を経て表示装置７３に表示することも
できる。

【００１３】本発明は上述のように構成作用するのであ
るが、被検試料表面の探傷を行う上で、エキソ電子のコ
ロナ放電による検知が有効である点を、図２（ａ）に示
した例で更に詳述する。表面傷αについて調べる被検試
料１を平板電極とみなし、これと対向して針電極５を配
置し、正の直流電圧を印加して正コロナギャップとして
いる。針電極５は、ｘｙｚの三軸方向に自由度をもつ顕
微鏡微動装置上にテフロンを介して固定し、針電極５の
移動は手動とした。また、針電極５には直列抵抗１００
ＭΩを入れて直流安定化電源に接続し、電源６より、２
〜１６（ｋＶ）の安定した直流電圧を加えている。ま
た、コロナ電流は、１００ｋΩの検出抵抗の両端に生ず
る電圧信号を利用している。

【００１４】電流−電圧特性の測定は、印加電圧をＸ−
ＹレコーダのＸ軸に、コロナ電流をＹ軸に入力してレコ
ーダ上に直接描かせた。又、後で述べるように、針電極
５を試料表面に近い位置で電極間隔を一定に保ちながら
Ｘ、Ｙ方向に掃引を行い、Ｘ方向の変位をペンレコーダ
のＸ軸に入力し、２次元像を描かせた。針電極は当初直
径１．２ｍｍのステンレス鋼製の針金をサンドペーパー
で研磨し、先端の曲率半径を０．３ｍｍ程度に仕上げて
用いた。

【００１５】被検試料１である平板電極は、アルミニウ
ム、マグネシウム、銅、黄銅、ステンレス鋼などを用い
た。しかし、アルミニウムとマグネシウムを使用した場
合に大きな電流信号が得られたので、主としてアルミニ
ウム板についてデータ収集を行った。試料は０．５ｍｍ
の厚さのアルミニウム板を４ｃｍ角に切断した後、少な
くとも２４時間以上放置した後で測定を行った。また、
針電極５の直下に位置する試料面からの放出電流を増す
目的で、試料面に可視光や紫外光の照射も併せて行っ
た。

【００１６】上述の被検電極１の試料面に傷をつけた場
合とつけない場合の結果に分け、それぞれ試料面に光照
射をしない場合を図３に示し、また試料面に光照射した
場合、図４とについて示した。これらの図中で、いずれ
も傷をつけた場合の方が放射されたエキソ電子が源とな
って針電極先端の強電界部で電離増倍をひき起こす機会
が多くなり、コロナ電流の立ち上がり電圧は低く、更に
光照射をした場合に一層コロナ電流の立ち上がり電圧が
低くなっている。この光照射効果は、Ｇｏｓｈｏらの報
告を再現したものとなっている。このコロナ開始電圧の
傷の有無による違いが大きい程、エキソ電子の検出が容
易で高感度な測定が行えることを意味する。また、全体
的に被検試料１に光照射した場合の方が、図３、図４に
示すごとく電流は大きくなっていることがわかる。

【００１７】なお、特にデータには示さないが、正コロ
ナギャップの試料面に紫外光を照射し、コロナ放電電流
に与える影響については、これらは電極面の傷のつけ方
の違いによるためもあり、上記図３，４との整合性につ
いては必ずしも良いとは言えなかったが、紫外光照射に
より、コロナ開始電圧の低下させることが出来、紫外光
照射も有効な方法である。

【００１８】次に、具体的に被検試料１の表面の探傷に
ついて述べる。試料面にドライバーによる引っかき傷α
をつけた直後から、被検試料１面上を針電極５で掃引し
ながら電流測定した結果の例を図５に示す。図５（ａ）
は、傷の状態を示した斜視図で、直線の部分のＸ−Ｘ’
で示したのが引っかき傷である。傷を横切る形で電極間
距離ｄ＝３ｍｍにおいて１−１’〜５−５’の５箇所に
おいて、この１→１’の方向に針電極を掃引して電流分
布を測定した。同図（ｂ）は測定した電流分布である。
Ｘ−Ｘ’で印した傷に沿ってエキソ電子に基くコロナ電
流がピークを連ねる形で描かれている。電流分布曲線が
多少不自然な形をしているが、これは、ｘ方向への針電
極５の移動を手動で行ったため、十分滑らかな移動がで
きなかったためである。

【００１９】また、図６は、試料面にＸ字状の傷αをつ
けた場合の結果である。１−１’から５−５’の順で掃
引して測定したもので、５−５’での電流は１−１’上
の値より数分の１に減少している。このように測定する
順序が遅くなる場合ほど電流が小さくなるのは、エキソ
電子放射の時間的減衰特性によるものと考えられる。

【００２０】図５，６とも傷αのパターンは電流分布の
パターンによってほぼ再現されていることがわかる。し
かし、傷の幅に比べて、電流分布の裾の幅は傷よりも約
４倍大きく再現されている。これは、傷αから放出され
たエキソ電子は針電極が真上にある時にだけ検出される
のではなく、針電極が横方向にある時にも強電界部に突
入し検出されているためであると考えられる。

【００２１】このように、傷の実像とは異なる「ぼやけ
た像」でないようにするために、ビーム状に絞った可視
光を針電極の真下の試料面に照射し測定した結果が図７
に示してある。Ｘ−Ｘ’は傷の位置であるが、電流の裾
の幅は実物より１．５倍程度であり、かなり改善されて
いる。可視光の僅かな光子のエネルギーを併用すること
により、傷の部分からのエキソ電子放出を促進させると
いう増感作用で傷のパターンをより忠実に再現できる可
能性を示しており、被検試料の探傷を確実に行うことが
出来る。

【００２２】

【発明の効果】本発明は上述のようにエキソ電子を、コ
ロナ放電を利用することによって、大気圧下でも検知す
ることが出来るため、金属表面の探傷に極めて有利な有
効である。そして発明の構成も簡易に製作でき、装置の
小型化、簡単化をはかることが可能である等優れた効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる概略斜視図である。

【図２】本発明のかかる概略斜視図であって、（ａ）
は、検知器にＸ−Ｙレコーダを使用した説明図、（ｂ）
検知器にパルスカウンターを使用した説明図である。

【図３】図２（ａ）の装置で得たコロナギャップの電流
−電圧特性を示す説明図である。

【図４】図２（ａ）の装置で可視光を照射した状態で得
たコロナギャップの電流−電圧特性を示す説明図であ
る。

【図５】本発明にかかる表面傷からのエキソ電子放射電
流を示す説明図で、（ａ）は被検試料表面の直線状表面
傷の状態図、（ｂ）は（ａ）からのエキソ電子放射電流
を示す電流説明図である。

【図６】本発明にかかる表面傷からのエキソ電子放射電
流を示す説明図で、（ａ）は被検試料表面のＸ形状表面
傷の状態図、（ｂ）は（ａ）からのエキソ電子放射電流
を示す電流説明図である。

【図７】本発明にかかる表面傷可視光を照射したエキソ
電子放射電流を示す説明図で、（ａ）は被検試料表面の
直線状表面傷の状態図、（ｂ）は（ａ）からのエキソ電
子放射電流を示す電流説明図である。

【符号の説明】

１ 被検試料 ２ 基体 ３ 移動機構 ３０ モータ ３１ スクリュー ３２ 支持体 ３３ 案内杆 ３４ 支持体 ３５ スクリュー ３６ 案内杆 ３７ モータ ４ 電極保持体 ４０ 保持部 ５ 針電極 ６ 電源 ７ 検出器 ７０ パルスカウンター ７１ データ解析 ７２ 画像処理 ７３ 表示装置 ８ 距離センサー ９ 照射灯 α 傷

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検試料と、 前記被検試料の表面と一定間隔で相対的に移動する電極
   と、 前記被検試料の表面と前記電極間に発生せさせるコロナ
   放電電源と、 前記被検試料表面の傷部分より放出されるエキソ電子に
   よるコロナ放電の変化量を検出する検出器と、 よりなることを特徴とする表面探傷装置。
2. 【請求項２】被検試料表面と一定間隔で電極を相対的に
   移動させ、 前記被検試料の表面と前記電極間にコロナ放電を印加さ
   せ、 前記被検試料表面の傷部分より放出されるエキソ電子に
   よるコロナ放電の変化量を検出することを特徴とする表
   面探傷方法。