JPS61234346A - 構造体の欠陥形状検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 一般に、構造物の寿命は構造物の疵等の初期欠陥から知
ることができるようになっている。そのため構造物の正
確な寿命を推定するためには初期欠陥である疵の形状を
正確に把握することが必要である。構造物の欠陥を検出
する手段の１つに非破壊検査があり、本発明はこの非破
壊検査に用いる装置に係り、特に大型構造物に生じた疵
などの欠陥の形状を正確に測定することのできる装置に
関する。

〔従来技術〕

電位差法とは、良導体からなる構造物の表面に出ている
疵に対して直角に電流を流し、疵の前後における電位の
変化から疵の深さを求める方法であるが、構造物の形状
により電位と疵の大きさとの関係が異なるため、構造体
の形状に合わせた校正曲線を求めておく必要がある。一
般には、構造物を二次元モデル化し、有限要素法を用い
て電場解析して校正曲線を求めることが多い。しかし、
二次元モデルでは正確な校正曲線を求めることが難しく
、特に構造体が複雑な形状である場合には、三次元の電
場解析を行わないと正確な校正曲線を、　得ることがで
きない。第８図は有限要素法を用いて構造体の二次元モ
デルと三次元モデルの電場解析を行って求めた校正曲線
を示す図である。第８図において破線は二次元モデルの
場合を、一点鎖線は三次元モデルの場合をそれぞれ示し
ている。

この図かられかるようにに次元モデルの校正−正確に把
握できな込ということがわかる。

そこで、「亀裂深さ測定への応用（Ａｄｖａｎｃｅｓｉ
ｎ　Ｃｒａｃｋ　Ｌｅｎｇｔｈ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎ
ｔ　）　Ｊ第１５９頁〜第１７４頁に示されるように、
構造物を水に、欠陥を水中に挿入した絶縁物にそれぞれ
置き換えて、構造物の構成曲線を簡易な方法で求める技
術が開示されている。これは、第９図に示されるように
、絶縁性材料によって構成した水槽２内に構造物の板厚
に相当する深さの水４を入れ、水面に絶縁物６を配置す
るとともに、絶縁物６を挾んで、それぞれ一対の給電端
子７．７と測定端子８．８を配置し、絶縁物６を水中に
徐々に挿入させ、このときの電位の変化をもって構造物
の校正曲線を得るものである。なお、第９図において符
号７Ａは電源、符号８Ａは電圧計である。

〔問題点〕

前記した従来技術において、数値解析による三次元の電
場解析は精度が悪いうえに時間がかかり、そのためコス
トが嵩むという問題点があった。また第９図に示すよう
に、構造物、欠陥をそれぞれ水４、絶縁物６に置き換え
て校正曲線を求める方法では、構造物が第９図に示す直
方体のような単純な形状である場合には可能であるが、
構造物が複雑な形状である場合にはこの方法を用いるこ
とは困難である。さらにまた、給電端子７と水４との接
触部において分極作用が生じ、あるいは風圧、振動など
の外乱てより、正確な電位測定ができず、このため正確
な校正曲線を得ることもできないという問題点もあった
。

本発明は前記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、
その目的は、構造物の欠陥の正確な三次元形状を測定す
ることのできる装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

実際の構造物および欠陥検出用センサ部の同一縮尺模型
をそれぞれ作り、電位差法によって構造物の欠陥の呈す
る電位分布と、相似模型に挿入された絶縁物の呈する電
位分布を測定した場合に、欠陥と絶縁物の大きさが互い
に相似しておれば、両者の呈する電位分布も相似形と々
る。す々わち電位は電流の通電される材質、入力電流な
どで異なるが、基準となる基準電位差Ｖ。で電位分布Ｖ
ｉを正規化（ハ）すれば、欠陥と絶縁物の大きさが相似
状態にあれば両者は向−の分布形状となる。このような
見解に基づいて、発明者らは本発明をなすに至ったもの
である。

前記問題点を達成するための手段として、本発明に係る
構造体の欠陥形状検出装置は、欠陥を含む構造体表面に
電流を流して欠陥の呈する電位分布を測定する第１の電
位分布測定手段と、導電性を有する可塑性材料によって
作製した前記構造体と、前記相似模型表面に電流を流し
て絶縁板体の呈する電位分布を測定する第２の電位分布
測定手段と、を備えてなり、前記絶縁板体の呈する電位
分布が欠陥の呈する電位分布に一致するように前記絶縁
板体挿入量を調整し、この絶縁板体挿入量をして構造体
の欠陥形状を知ることを特徴とするものである。

〔作　用〕

本発明によれば、第１の電位分布測定手段によって測定
された欠陥の呈する電位分布Ｖ　ｉ　／　Ｖ　。

と第２の電位分布測定手段によって測定された絶縁体の
呈する電位分布Ｖ’　ｔ　／　Ｖ’　ｏが比較され、絶
縁体の挿入量を調整して両者を一致させるようになって
おり、両者が一致した時点での絶縁体挿入量が欠陥の大
きさに等しいので、この絶縁体挿入量から正確な欠陥形
状を知ることができる。また、模型は導電性を有する可
塑性材料で作成されるので、構造体が複雑な形状であっ
てもその模型の作製は容易であり、欠陥の形状検出に何
ら問題はない。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の装置の全体を示す図であり、この図に
おいて、符号１２は欠陥１４のある大型パイプ継手であ
る。パイプ継手１２の欠陥１４近傍には、走査駆動装置
１６によって走査駆動されるセンサ部１８が配置されて
いる。センサ部１８は、絶縁材料によって構成された治
具１９によってそれぞれ対向して突出する一対の給電端
子２０Ａ、２０Ａ、測定端子２０Ｂ、２０Ｂが固定され
ており、センサ部Ｉ８は、第２図の破線で示されるよう
に、所定ピッチで欠陥１４を横切るように走査駆動装置
１６によって駆動されるようになっている。給電端子２
ＯＡは、直流電源または高周波交流電源２２に接続され
、測定端子２０Ｂは微少電圧計２４に接続されており、
センサ部１８が欠陥１４を横切るたびに高まる電圧がこ
の電圧計２４で検出されるようになっている。微少電圧
計２４は、インターフェイスを介してコンピュータ２６
に接続され、微少電圧計２４に表われる電位ｖ１を基準
電位Ｖｏで割った電位差比分布が外部表示装置２８に表
示されるようになっている。

符号３２は、欠陥１４の存在する場所を含むパイプ継手
１２の縮小モデルで、粘土にカーボンや銅などの良導体
金属の粉体を均一に混入させた導電性を有する可塑性材
料で作製しである。モデール３２の欠陥１４延在位置に
対応する位置には、アーム３４Ａで支持された薄い絶縁
板体３４が配置されており、モータ３５の駆動によりこ
の絶縁板体３４がモデル３２内に挿入されるようになっ
ている。この絶縁板体３４の近傍には、走査駆動装置３
６により走査駆動されるセンサ部３８が配置されている
。センナ部３８は、モデル３２と同じ縮尺で構成されて
おり、治具３９．給電端子４０Ａ、測定端子４０Ｂも全
て同一縮尺で構成されている。給電端子４０Ａは、電源
４２１７Ｃ接続され、測定端子４０Ｂは、微少電圧計４
４に接続されており、走査駆動装置３６によってセンサ
部３８は、測定端子４０Ｂ、４０Ｂ間に絶縁板体３４を
位置させた状態で絶縁板体３４に沿って走査駆動され、
このセンサ部３８の走査によって、挿入された絶縁板体
３４の呈する電位が電圧計４４で検出されるように々つ
ている。電圧計４４は、インターフェイスを介してコン
ピュータ２６に接続され、電圧計４４に表われる電位Ｖ
’　ｉを基準電位Ｖ’ａで割った電位差比分布が外部表
示装置４８に表示されるようになっている、。センサ部
１８．３８の測定位置け、駆動装置１６．３６によりそ
れぞれコンピュータに読み込まれており、表示装置２８
．４８には横軸にセンサ部１８，３８の位置Ｐが、縦軸
には電位を基準電位で割った電位差比が表わされる。コ
ンビエータ２６は、外部表示装置５０に絶縁板体３４の
モデル３２内への挿入量ａを表示するようになってお９
、この表示装置５０を見ることによって、−目で絶縁板
体３４の挿入量を確認することができる。またコンピュ
ータ２６は、走査駆動装置１６．３６をしてセンサ部１
８．３８の走査駆動方向を制御するようになっている。

さらにコンピュータ２６は、表示装置２８．４８によっ
て表示されるそれぞれの電位差比を比較し、ドライバユ
ニット６４をしてモータ３５を駆動させて、絶縁板体３
４の挿入量も制御するようになたときに絶縁板体３４の
挿入が停止するようになっている。

モデル３２は、粘土にカーボンや銅などの金属粉体を均
一に混合した組成となっているが、金属粉体の含有量は
、第３図斜線で示す領域である３０〜５０チが望ましい
。第３図は導電線粉体含有量と電気伝導度および粘度の
関係を示す図である力ζ金属粉体の含有量が３０％を越
えると、その含有量に依存して電気伝導度も増加する。

しかし、金属粉体の含有量が５０チを越えると、粘度が
失われ、所定の形状を維持することができなくなること
がわかる。

次に、本実施例に係る装置の操作手順を第４図に基づＡ
て説明する。

第４図において、まずステップ１００ＩＣおいてセンサ
部１８を第２図に示すように駆動させて欠陥】４付近の
電位分布Ｖｔおよび電位差比分布Ｖｓ　／　Ｖ　ｏを測
定する。これによってステップ１１０に示す欠陥１４の
位置および延在方向が推定される。次に、ステップ１２
０によって欠陥１４付近の構造体１２のモデル３２およ
び縮少センサ部３８を作製し、ステップ１３０に移って
、このモデル３２に絶縁板体３４を挿入する位置を決定
し、ステップ１４０に移って、その位置に絶縁板体３４
を配置する。そしてステップ１５０に移り、絶縁板体３
４を所定量Δａだけ挿入する。次にステップ１６０に移
って、センサ部３８を絶縁板体３４に沿って走査駆動さ
せて、モデル内に挿入された絶縁板体３４の呈する電位
差比分布Ｖ’　ｔ　／　Ｖ’　ｏを測定する。次にステ
ップ１７０に移抄、欠陥１４の呈する電位差比分布Ｖ　
ｉ　／　Ｖ　ｏが挿入絶縁板３４の呈する電位差比分布
Ｖ’　ｉ　／　Ｖ’　ａにほぼ等しいか否かの判別を行
う。このステップ１７０においてＹＥＳと判別されれば
、ステップ１８０に移り絶縁板体挿入量が欠陥１４の形
状と判断する。一方、ステップ１７０においてＮＯと判
別されれば、ステップ１９０に移って、Ｖ　ｉ　／　Ｖ
　ｏ　＝　Ｖ’　ｉ　／　Ｖ’　。

となるように絶縁板３４の挿入量を調整する。すなわち
、コンピュータ２６が、■（／ｖＯ＝ｖ′ｉ／　Ｖ’　
ｏとなるようにドライバユニット６４を介しでモータ３
５を駆動上せ、絶縁板３４の挿入量を制御するようにな
っている。このステップ１９０を経ると、ステップ１６
０に移り、センナ部３８が走査駆動されて、挿入された
絶縁板体３４の呈する電位差比分布が測定される。そし
て再びステップ１７０に移り、Ｖイ／　Ｖ　ｏ〜Ｖ’　
ｔ　／　Ｖ’　ｏか否か判別される。このステップ１７
０においてＮＯと判別された場合は、何度でもステップ
１９０に示す絶縁板体３４の挿入量調節が行われ、遂に
はＶ　ｉ　／　Ｖ　ｏ　＝　Ｖ’　ｉ　／　Ｖ’　ｏと
なって、このときの絶縁板体３４のモデル３２内への挿
入量が欠陥の形状と判断されることに々る。絶縁板体３
４の挿入量は外部表示装置５０によって表示されている
ので、その大きさは一目で確認することがで、きる。

第５図は、第９図に示す従来の装置に代えて、本実施例
を適用して求めた較正曲線を示しており、第５図におい
て、実線は、本実施例に係る測定結果を示しておし、一
点鎖線は第９図に示す従来の装置を用いた三次元モデル
の有限要素法による校正曲線を示している。この図から
れかるように、本実施例の測定結果は、三次元モデルの
有限要素法≦よって示した校正曲線とほぼ一致しており
、本実施例によれば、構造物の欠陥形状を明確に把握す
ることができることがわかる。

このように、本実施例によれば、構造物の形状に合わせ
た校正曲線を用意することも、また三次元モデルに基づ
く電場解析をすることも必要としないため、簡単な形状
の構造物についてはもちろんのこと、複雑な形状の構造
物についても、欠陥の正確な形状を検出することが可能
となる。

第６図は、本発明の第２の実施例の要部を示す図である
。この図において、符号７０は、構造体の模型３２に挿
入される絶縁板体で、短冊形状に形成された複数の板部
材？ＯＡ、７０Ｂ、７０Ｃ・・・・・・から構成されて
おり、各板部材は第７図に示されるように互いにその連
結部におｒて揺動かつ板部材長手方向に摺動可能になっ
ている。各板部材７０Ａ〜７０Ｆはそれぞれのアームを
介して、それぞれのモータ４０Ａ〜４０Ｆによって独自
に駆動されるようになっている。そのため、構造物に生
じる欠陥が直線では力＜、屈折あるいは分岐して延びて
いるような場合にも適用することが可能となる。その他
は前記第１の実施例と同様であるため、同一の符号を付
すことによりその説明は省略する。

本実施例によれば、彎曲したり、複雑に枝分かれしてい
る欠陥に対して特に有効であり、また絶縁板体７０の挿
入量も各板部材７０Ａ〜７０Ｆ毎に調整できるので、前
記第１の実施例よりも一層正確な欠陥形状を検出するこ
とができる。

なお、前記実施例では、構造物１２０そデル３２を粘土
に金属粉体を均一に混入させた材料によって作成してい
るが、金属粉体の含有量をそれぞれ異ならしめた複数の
可塑性材料を用いたり、電気伝導度の異なる金属粉体を
それぞれ混合させた複数の可塑性材料を組み合わせて用
いることにより。

異種金属の積層構造物についても、本発明を適用するこ
とが可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、簡単
な作業で構造物の欠陥形状を正確に検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の全体概要図、第２図はセ
ンサ部の走査駆動状態を示す平面図、第３図は好ましい
モデル構成材料の成分範囲を示す図、第４図は本発明の
第１実施例の操作手頴を示すフローチャート、第５図は
本実施例を用いた測定結果と従来の三次元モデルを用い
た有限要素法による解析結果を比較した図、第６図は本
発明の第２の実施例の要部を示す図、第７図はその絶縁
板体の横断面図、第８図は第９図に示す装置によって求
めた校正曲線図、第９図は従来の校正曲線を求める装置
概要図である。 １２・・・大型パイプ継手、　　１４・・・欠陥。 １６．３６・・・走査駆動状態、　　　１８．３８・・
・センサ部。 ２０Ａ、４０Ａ・・・給電端子、　　２０Ｂ、４０Ｂ・
・・測定端子、　　２４・・・電圧計、　　２６・・・
コンピュータ、　　　２８．４８．５０・・・外部表示
装置、　　３２・・・パイプ継手の縮少モデル、　　　
３４．７０・・・絶縁板体。 ６４・・・ドライバユニット。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）欠陥を含む構造体表面に電流を流して欠陥の呈す
   る電位分布を測定する第１の電位分布測定手段と、導電
   性を有する可塑性材料によつて作成した前記構造体の相
   似模型と、前記欠陥の延在位置に対応させた模型表面位
   置に配置し模型内に押圧挿入する絶縁板体と、前記相似
   模型表面に電流を流して絶縁板体の呈する電位分布を測
   定する第２の電位分布測定手段と、を備えてなり、前記
   絶縁板体の呈する電位分布が前記欠陥の呈する電位分布
   に一致するように前記絶縁板体挿入量を調整し、この絶
   縁板体挿入量をして構造体の欠陥形状を知ることを特徴
   とする構造体の欠陥形状検出装置。
2. （２）前記絶縁板体は長手方向に互に相対摺動できるよ
   うに連結された複数の短冊状板体で構成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の構造体の欠陥
   形状検出装置。