(57)【要約】【課題】塗膜インピーダンス測定用センサを塗装膜上に装着してから本測定が可能になるまでの時間中の余分な待ち時間を無くす。測定作業の無駄時間を無くす。センサと劣化診断用解析装置間のケーブルを無くす。【解決手段】塗膜インピーダンス測定用センサを塗装膜上に装着してから、一定時間間隔で塗膜電流を測定し、測定値の時間変化量が一定値以下になったことを検出後、直ちに本測定の電流測定に移行する。本測定の電流測定が完了し、劣化診断用測定値が準備できたことを表示器で測定者に知らせる。センサと劣化診断用解析装置間の通信に赤外線通信を使用する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗装膜の表面に装着した電極と、下地金属との間に電圧を印加して流れる電流を測定し、測定電流と印加電圧とから塗膜インピーダンスを算出して塗装膜の劣化状態を診断する塗膜劣化診断装置に用いる塗膜インピーダンス測定用センサであって、
塗装膜への印加電圧発生手段と電圧印加用電極と電流検出記憶手段と下地金属への接触端子とを備え、塗装膜へ装着後に前記印加電圧発生手段より一定時間間隔で電圧を発生して塗装膜に流れる電流を前記電流検出記憶手段にて検出、記憶し、その検出値の時間変化量が一定値以下になった後に電流の本測定を開始することを特徴とする塗膜インピーダンス測定用センサ。
【請求項２】
前記電流の本測定は、一定時間間隔で自動的に複数回実施し、その平均値を本測定の電流値とすることを特徴とする請求項１に記載の塗膜インピーダンス測定用センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の塗膜インピーダンス測定用センサであって、更に該センサの電源入り状態を表示する表示器を備え、前記電流の本測定の終了により該電源を自動遮断することを特徴とする塗膜インピーダンス測定用センサ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の塗膜インピーダンス測定用センサと、
塗膜インピーダンス算出手段と塗膜劣化度判定手段を備えた解析装置と、
を備えて構成され、前記センサと前記解析装置とは赤外線通信手段にて通信できるように構成されていることを特徴とする塗膜劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗装膜のインピーダンスを測定することによって、その塗装膜の劣化度を診断する塗膜劣化診断技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
屋外に設置される橋梁やプラントなどの鋼構造物あるいは変圧器、配電盤などの電気機器には、防食および美観のために塗装がなされる。その塗装膜は太陽光や風雨、腐食性ガスの作用を受けて次第に劣化し、やがて塗装膜の剥離や下地金属の腐食などの欠陥を生じる。この劣化現象は時間と共に進行し、そのまま放置すれば機器の損傷、機能阻害に至るため一般には塗装後、ある期間の経過後ないしは一定期間間隔で塗装の塗り替えが行われている。
【０００３】
この塗装膜の劣化度及び塗り替え時期の評価技術については種々提案されており、その中に塗装膜のインピーダンスが膜の劣化に伴って変化することに着目し、塗装膜のインピーダンスを測定して劣化度を評価する交流インピーダンス法と呼ばれる技術（例えば、特開昭６２−１０２１４８公報、雑誌「防錆管理」、第３４巻、第４号、第１２３〜１２９頁（平成２年４月１日発行）参照）がある。
【０００４】
この交流インピーダンス法は、被測定塗装膜上にアルミ等の導電性板を導電性ゲルを介して接触させて一方の電極とし、他方、下地金属をもう一方の電極としてこの間に交流電圧を印加する。そして、このとき塗装膜に流れる電流を検出して塗膜インピーダンスを算出し、その値あるいはその値の経時変化より塗装膜の劣化度を解析診断するものである。
【０００５】
図５は、このような従来の交流インピーダンス法による塗膜劣化診断装置の代表的構成を機能ブロック図で表したものである。図中の波形データ発生手段１００は、塗装膜１０１に印加する電圧波形データを発生させるためのもので、印加する電圧波形を短いサンプリング時間でサンプリングして各時間の波高値をディジタル値として事前にメモリに記憶しておく。そして測定時には記憶していた波高値を順次読み出し、時分割でＤ／Ａ変換器１０２に次々と出力してアナログの交流電圧を発生させる。
【０００６】
発生した交流電圧は、塗装膜１０１の表面に接触させた電極１０３と下地金属１０４に接触させた接触端子１０５との間に印加される。電圧の印加により塗装膜のインピーダンスにより決まる微小電流が電極１０３を通して流れる。この電流が電流検出手段１０６で検出され、内部でＡ／Ｄ変換されてインピーダンス算出手段１０７に送られる。
【０００７】
インピーダンス算出手段１０７では、測定された電流波形と印加電圧波形とから高速フーリェ変換演算（ＦＦＴ）により印加電圧波形に含まれる周波数に対応する塗膜インピーダンスが算出される。そしてこの値が劣化度診断手段１０８に送られて塗装膜の劣化状況が解析診断されるというものである。
【０００８】
このような塗膜劣化診断においては、塗膜インピーダンスを正確に測定するために電極１０３を塗装膜１０１に密着させる必要がある。このため電極１０３の下面は、導電性ゲルを含浸させたスポンジ状部材で形成され（例えば、特許第２６７０３７１号公報参照）、塗装膜１０１の表面の凸凹を吸収するように変形して塗装膜１０１に密着するようになっている。また、塗装膜１０１の表面に装着する直前には、電極１０１の下面に電解液を塗布して密着性を更に向上させるようにしている。
【０００９】
しかし、塗装膜１０１の表面には微細な凹凸が多数存在するため、電解液が塗装膜１０１の表面に浸透して塗膜インピーダンス測定値が安定し、本測定を開始できるまでには待ち時間を必要とする。図４は、電極１０３を塗装膜１０１の表面に装着してからの、塗膜インピーダンス測定値の経時変化の一例である。この例の場合、測定インピーダンスが安定するまでに１時間以上の時間を要している。塗膜インピーダンスの測定作業では、この塗膜インピーダンスの安定待ちの時間が、作業時間の大半を占めている。またこの待ち時間は、塗料や周囲環境、塗装膜の劣化状態などに影響される。このため従来は、もっとも浸透しにくい場合の浸透時間を基準に、更に余裕時間をプラスして標準待ち時間としていた。そのため実際には余分な時間待ちをしている場合も多く、作業能率を下げる一因となっていた。
【００１０】
また、従来の塗膜劣化診断装置は、塗膜電流を検出するセンサ１０９と塗膜インピーダンスの算出／劣化診断を行なう解析装置１１０とがケーブルで接続されていた。このため、解析装置１１０を持ちながらセンサを装着することになり、測定場所によってはセンサの装着や測定作業が困難で、作業能率を低下させる一因になっていた。更には、ケーブルの断線という問題も生じていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その第１の目的は、塗膜インピーダンスの本測定が可能になる時期を正確に把握して余分な待ち時間を無くし、作業能率が向上する塗膜インピーダンス測定用センサを提供することにある。
【００１２】
また、第２の目的は、センサ１０９と解析装置１１０とを接続するケーブルを無くして測定作業を容易にし、もって作業能率を向上させるとともに、ケーブル断線事故を起こさない塗膜劣化診断装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため請求項１に記載の発明に従った塗膜インピーダンス測定用センサは、塗装膜への印加電圧発生手段と電圧印加用電極と塗膜電流検出記憶手段と下地金属への接触端子とを備える。測定の際には、センサを塗装膜へ装着後、測定開始とともに印加電圧発生手段より一定時間間隔で電圧を発生して塗装膜に流れる電流を塗膜電流検出記憶手段にて検出、記憶する。そして検出値の時間変化量が一定値以下になった後に塗膜電流の本測定を開始するものである。
【００１４】
上記センサによれば、塗膜電流検出値の時間変化量が一定値以下になったこと、即ち、電解液が塗装膜表面によく浸透し、塗膜インピーダンス測定値が安定したことが自動検知される。自動検地後、直ちに本測定に移ることで、余分な待ち時間が無くなり作業能率が向上する効果が得られる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の塗膜インピーダンス測定用センサにおいて、塗膜電流の本測定を、一定時間間隔で自動的に複数回実施し、その平均値を本測定の電流値とすることを特徴とするものである。
【００１６】
本センサによれば、本測定が自動で行なわれて効率的であり、また複数回の測定値の平均値が測定結果として使用されることとなるため、塗膜電流の測定精度が向上する効果が得られる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の塗膜インピーダンス測定用センサにおいて、更にセンサの電源入り状態を示す表示器を備えるとともに、前記電流の本測定の終了によりセンサ電源を自動遮断することを特徴とするものである。
【００１８】
本センサによれば、センサの測定終了を一目で確認できるため、センサの測定終了後、測定者は直ちに劣化診断作業に着手でき、無駄な待ち時間を無くして作業能率を向上させることができる。また、本測定終了でセンサ電源が自動遮断されるためセンサ電源の不必要な消耗を防ぐことができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明に従った塗膜劣化診断装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の塗膜インピーダンス測定用センサと、塗膜インピーダンス算出手段と塗膜劣化度判定手段を備えた解析装置とを備える。前記センサと解析装置とは赤外線通信手段にて通信できるように構成されている。
【００２０】
本塗膜劣化診断装置によれは、センサと解析装置とを結ぶ接続ケーブルを必要としないため、センサの装着や測定作業が容易となり作業能率が向上する。またケーブル断線の問題も生じない効果がある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の塗膜劣化診断装置および同装置用センサの一実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を繰り返さない。図１は、塗膜劣化診断装置のハードウェア構成をブロック図で表したもの、図２は同じ装置を機能ブロック図で表したものである。
【００２２】
本塗膜劣化診断装置１は、センサ２と解析装置３の二つの部分から構成されている。センサ２は、塗装膜に印加する電圧の発生、塗膜電流の検出、塗膜電流又は塗膜インピーダンスの安定度判定、測定データの解析装置への伝送等を行なう部分である。このセンサ２は、マイクロコンピュータを使用して構成されておりおり、ＣＰＵ３、メモリ４、Ｄ／Ａ変換器５、Ａ／Ｄ変換器６、赤外線通信装置７、表示器８、抵抗Ｒ、電極９、接触端子１０、図示しないセンサ用電源装置、電源スイッチ等で構成されている。
【００２３】
電極９は、「従来の技術」の項で説明した従来と同様の電極で、内部が白金電極で覆われた電極容器に導電性ゲルを含浸させたスポンジ状部材を詰め込んだ構造で、電極下面は下方に僅かに凸になるように形成されている。接触端子１０は、塗装膜１５の下地金属１６の電位を取り出すための端子である。また、抵抗Ｒは、塗装膜１５に流れる電流を電圧に変換するためのものである。
【００２４】
解析装置２は、塗膜インピーダンスの算出、塗膜劣化度の判定、センサとの通信を行なう部分である。この解析装置２も、マイクロコンピュータを用いて構成されており、ＣＰＵ１１、メモリ１２、赤外線通信装置１３、マンマシンインターフェイス１４、図示しない電源装置等で構成されている。
センサ２と解析装置３とは、赤外線通信装置７、１３を介して、双方向通信できるように構成されている。
【００２５】
次に本装置およびセンサの動作、作用、操作等について図１、図２を参照して説明する。
測定者は、前準備としてセンサ２の電極９を測定する塗装膜１５の表面に装着する。この際、電極９と塗装膜１５との密着性を高めるために、電極９の下面に電解液を塗布して装着する。それとともに接触端子１０を下地金属１６に固定する。
【００２６】
前準備完了後、センサ２の電源スイッチを“入　”にしてセンサ用電源装置よりセンサ２全体に電源を供給する。電源が供給されると表示手段１７である表示器８に、電源が“入　”状態にあることが表示される。表示器８としては、例えばＬＥＤを用いる。
【００２７】
本装置では、センサ２に電源が供給されると、塗膜インピーダンスの測定が自動的に開始される。塗膜インピーダンスの測定は、まず塗装膜１５への印加電圧の発生から始まる。印加電圧は、印加電圧発生手段１８によって生成される。印加電圧波形としては、最初は低周波の正弦波を用いる。この正弦波電圧の発生のために、印加する正弦波電圧波形を短いサンプリング時間で区切り、各サンプリングタイミングの波高値を、前もってメモリ４に記憶させておく。そして電圧発生時にＣＰＵ３がメモリ４からその波高値を読み出し、時分割でＤ／Ａ変換器５に次々と出力してアナログの正弦波電圧を発生させる。即ち、印加電圧発生手段１８は、波形データ記憶再生手段１９とＤ／Ａ変換手段２０から成り、ハードウェア的には、ＣＰＵ３、メモリ４、Ｄ／Ａ変換器５により実現されている。
【００２８】
発生した正弦波のアナログ電圧は、電極９と下地金属１６の間に加えられることにより、塗装膜１５に電圧が印加される。下地金属１６へは、抵抗Ｒ、接触端子１０を介して電圧が導かれる。
塗装膜１５に電圧が印加されると、電極９と下地金属１６に挟まれた部分の塗装膜１５のインピーダンスの大きさと、印加された電圧の大きさとで決まる電流（以下、塗膜電流という）が塗装膜１５を通って流れる。この塗膜電流は抵抗Ｒにより電圧に変換され、Ａ／Ｄ変換器６にてサンプリングされると同時にディジタル値に変換され、電流波形がディジタル値の集まりとしてメモリ４に記憶される。即ち、電流検出記憶手段２１は、Ａ／Ｄ変換器６、抵抗Ｒ、ＣＰＵ３、メモリ４により実現されている。
【００２９】
この塗膜電流の測定は、予め決められた一定時間間隔（例えば、２分間隔）で繰り返し行なわれる。そして、その測定電流値から塗膜インピーダンスの安定度の判定を行なう。この塗膜インピーダンスの安定度の判定とは、電極９の下面に塗布した電解液が塗装膜１５の表面に十分に浸透して塗膜インピーダンス測定値が安定し、塗膜インピーダンスの本測定に移ってよいか否かの判定をいう。この安定度の判定は、塗膜インピーダンス安定度判定手段２２で行なわれる。
【００３０】
安定度の判定には、まず塗装膜１５に印加した正弦波電圧の実効値を、測定された電流波形の実効値で割ることにより塗膜インピーダンスの絶対値を計算する。そして求めた塗膜インピーダンスの値を、前回（例えば、２分前）の測定値と比較し、その時間変化量（単位時間当たりの変化量）が一定値以下であれば、塗膜インピーダンスが安定したと判定する。この場合、塗膜インピーダンスの測定値には、誤差が含まれるため、測定値の比較対象を前々回の測定値、更にはそれ以前の測定値と比較し、時間変化量が一定値以下であることをもって、安定化したと判断してもよい。この方が、判定に少し余分の時間を必要とするが、測定誤差の影響が少なく判定精度が向上する。
【００３１】
また、この判定は電解液が塗装膜１５によく浸透したか否かのみを判定することを目的とするものである。従って、必ずしも塗膜インピーダンスを求めて、その値で判定する必要はない。例えば、塗装膜１５に印加する電圧波形は、毎回同じであるので、測定した電流値の実効値、あるいは波高値の時間変化量に基づいて判定してもよい。即ち、測定電流の波高値の単位時間当たりの変化量が一定値以下になったことをもって、安定したと判断する。この方が、判定のための計算処理が簡単になる効果がある。
この塗膜インピーダンス安定度判定手段２２は、ＣＰＵ３、メモリ４と、上記ロジックによるソフトウェア処理により実現されている。
【００３２】
塗膜インピーダンスが安定したと判定されたら、次に塗膜インピーダンスの本測定に移る。この塗膜インピーダンスの本測定も、測定の方法は、上記安定度判定のための測定と殆ど同じである。異なるのは、塗膜１５に印加する電圧波形である。本測定でも、単一周波数の低周波正弦波を使用してもよいが、後述する塗膜劣化度判定の信頼性を高めるためには、複数の周波数に対する塗膜インピーダンスを測定することが好ましい。
【００３３】
この複数の周波数に対する塗膜インピーダンスの測定を迅速に行なうため、塗装膜１５には、複数の周波数成分を含む合成電圧波形を使用する。合成に使用する正弦波交流波形の周波数は０．１〜５０Ｈｚの範囲にする。このような周波数範囲を選ぶのは、塗膜インピーダンスの経年変化がこの範囲の周波数のインピーダンスに対して顕著に現れるからである。また、波形の合成に当たっては、ピーク電圧を一定範囲内に抑えるために、各波形の位相をランダム化して合成する。その合成電圧波形の一例を図３に示す。この合成電圧波形は、前もってメモリ４に記憶させておく。
【００３４】
この合成電圧波形が印加電圧として塗装膜１５に印加され、その時の塗膜電流の電流波形が前と同様にして検出される。この電流波形の測定は一定時間間隔で複数回実施し、その平均値をとることが測定精度を高める上で好ましい。測定された電流波形データは、メモリ４に格納されて塗膜電流の本測定が終了する。終了するとセンサ２の電源が自動的に“切　”状態となり、表示器８が消灯する。測定者は、表示器８が消灯したことで、塗膜電流の本測定が完了したことを知ることができる。
【００３５】
次に測定者は、解析装置３を準備し、解析装置３の赤外線通信装置１３が、センサ２の赤外線通信装置７と通信できる位置に設置する。そして、センサ２と解析装置３の電源を“入　”状態にする。
【００３６】
次いで、測定者は解析装置３のマンマシンインターフェイス１４を操作し、解析装置３に塗膜劣化度の判定を指示する。解析装置３は、ＣＰＵ１１がメモリ１２に記憶されている制御プログラムを実行し、センサ２のメモリ４に記憶されている塗膜電流の測定波形データ及び印加した合成電圧波形データを、解析装置２のメモリ１２に読み込む。
【００３７】
読込みが完了すると、塗膜インピーダンスの計算が開始される。塗膜インピーダンスの計算は、印加した電圧波形と測定電流波形から高速フーリェ変換（ＦＦＴ）演算により、印加電圧波形中に含まれる各周波数に対応したインピーダンス（絶対値、抵抗分、リアクタンス分）を計算する方法で行なう。この方法によれば、印加電圧波形中に含まれる多数の周波数に対するインピーダンスを短時間で求めることができる。
【００３８】
こうして塗膜インピーダンスが求まると、その値に基づいて塗装膜１５の劣化度の判定が行なわれる。メモリ１２には、塗料毎に、塗装直後の塗膜インピーダンスの値、再塗装を必要とする時期の塗膜インピーダンスの値等の塗料データが予め記憶させてある。ＣＰＵ１１は、計算された塗膜インピーダンスの値を、それらの数値と比較して、塗装膜１５の劣化度を判定する。
【００３９】
この劣化度の判定は、このように測定した塗膜インピーダンスの値のみを基に判定してもよいが、過去の測定値（例えば、半年前の測定値）を予めメモリ１２に記憶させておき、その値と比較して判定する方法によってもよい（塗膜インピーダンスは、塗装膜が劣化すると低下する）。また、判定は、測定された複数の周波数に対する塗膜インピーダンスを使用し、各周波数の値について判定し、それらを総合して評価を下すのが、判定結果の信頼性を高める上で好ましい。
【００４０】
このようにして下された判定結果は、塗膜インピーダンスの計算値とともに、マンマシンインターフェイス１４上に表示して測定者に知らされる。測定者は結果を確認後、解析装置３とセンサ２の電源を“切　”状態にして測定を終了する。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の塗膜劣化診断装置及び同装置用センサによれば、以下に述べる優れた効果を得ることができる。
【００４２】
請求項１に記載の発明によれば、電解液が塗装膜表面によく浸透し、塗膜電流値が安定したことが自動検知された後、直ちに本測定に移ることができるので、余分な待ち時間が無くなり作業能率が向上する効果が得られる。
【００４３】
請求項２に記載の発明によれば、塗膜電流の本測定を、一定時間間隔で自動的に複数回実施し、その平均値を本測定の電流値とするので、作業が効率的であり、また複数回の測定値の平均値が測定結果として使用されるので塗膜電流の測定精度が向上する効果が得られる。
【００４４】
請求項３に記載の発明によれば、センサの測定終了を一目で確認できるため、測定終了から劣化診断作業開始までの無駄時間を無くすことができる。また、塗膜電流の本測定終了でセンサ電源が自動遮断されるためセンサ電源の不必要な消耗を防ぐことができる。
【００４５】
請求項４に記載の発明によれば、塗膜インピーダンス測定用センサと、塗膜インピーダンス算出手段と塗膜劣化度判定手段を備えた解析装置とが赤外線通信手段にて通信できるように構成されているので、センサと解析装置とを結ぶ接続ケーブルを必要としない。従って、センサの装着や測定作業が容易となり作業能率が向上する。またケーブル断線の問題も生じない効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の塗膜劣化診断装置のハードウェア構成のブロック図である。
【図２】本発明の塗膜劣化診断装置の機能ブロック図である。
【図３】合成電圧波形の一例を示す図である。
【図４】塗膜インピーダンス測定用センサを塗装膜に装着した後の塗膜インピーダンスの時間経過の一例を示す図である。
【図５】従来技術を示す図２相当図である。
【符号の説明】
図中、１は塗膜劣化診断装置、２は塗膜インピーダンス測定用センサ、３は解析装置、８は表示器、９は電極、１０は接触端子、１５は塗装膜、１６は下地金属、１８は印加電圧発生手段、２１は電流検出記憶手段、２２、２３は赤外線通信手段、２４は塗膜インピーダンス算出手段、２５は塗膜劣化度判定手段を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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