(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の被検査体の表面に接触して前記被検査体に電流を供給する一対の電流供給端子と、
前記被検査体の表面に接触して前記一対の電流供給端子から供給された電流に起因して発生する前記被検査体の電位差を取り込むための一対の電圧測定端子と、
一対の電流供給端子および一対の電圧測定端子の配置位置が変化しないようにそれらを保持し前記被検査体の表面形状に合わせてその表面に接触して変形する柔軟性は有するが伸縮性を有しない保持部と、
前記保持部の背面部に設けられ前記被検査体の表面形状に合わせて前記保持部が前記被検査体の表面に接触するように変形する伸縮性を有した本体部とを備えたことを特徴とするき裂深さ測定器用センサ。
【請求項２】
請求項１のき裂深さ測定器用センサと、
前記き裂深さ測定器用センサの一対の電流供給端子に電流を供給する電流電源部と、
前記き裂深さ測定器用センサの一対の電圧測定端子に発生する電位差を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部で検出された電位差に基いてき裂深さを評価する演算制御部とを備えたことを特徴とするき裂深さ測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性材料のき裂深さを非破壊的に測定するき裂深さ測定器用センサおよびき裂深さ測定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラントの構成機器、飛行機や列車などの機体の健全性を評価するために、非破壊検査が実施されている。例えば、表面き裂に対する非破壊検査としては、浸透探傷検査や磁粉探傷検査が多用されている。これらの探傷検査ではきず指示長さを測定することはできるが、きずの深さを評価することができない。きずの深さを評価するためには、超音波探傷検査や電位差法が有効である。
【０００３】
き裂深さ測定器は電位差法を用いた測定装置であり、被検査体の健全部での基準電位差Ｖ０を予め測定しておき、被検査体のき裂部位の電位差Ｖ１を測定し、その電位差比（Ｖ１／Ｖ０）を用いて、き裂深さを評価するものである。
【０００４】
図４は、電位差法を用いたき裂深さ測定器でのき裂深さの測定の原理説明図であり、図４（ａ）は被検査体１１の健全部での基準電位差Ｖ０の測定の説明図、図４（ｂ）は被検査体１１のき裂部位の電位差Ｖ１の測定の説明図である。図４（ａ）に示すように、被検査体１１の健全部に一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂを接触させ、電流電源部１２から一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂ間に所定値の電流を供給する。これにより、点線で示すように被検査体１１の健全部には所定の拡がりを持って電流が流れる。そして、一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂに発生する電位差を電圧検出部１５で検出し、その電位差を被検査体１１の健全部での基準電位差Ｖ０として予め測定しておく。
【０００５】
次に、被検査体のき裂部位に一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂを接触させ、電流電源部１２から一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂ間に所定値の電流を供給する。図４（ｂ）に示すように、き裂１６がある場合には被検査体１１内の電流はき裂１６を迂回して流れるので、き裂１６の両側には電圧降下による電位差Ｖ１が生じる。き裂１６の深さが増加すると電位差Ｖ１の大きさも増加する。つまり、被検査体のき裂部位の電位差Ｖ１を測定して、基準電位差Ｖ０との電位差比（Ｖ１／Ｖ０）を用いてき裂深さを評価する。被検査体１１の表面が平面である場合には測定は容易に行える。
【０００６】
ここで、電位差法を用いたき裂深さ測定器用センサとして、一次元近接端子がき裂と直交するように跨いでいること、及び一次元近接端子の端子間中心がき裂長さの中間位置と一致することを確認できる位置決め用印を設け、その操作性を高め出来るだけ誤差のない正確な測定ができるようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００７】
また、緊張ロッドのような螺旋状の凹凸構造を有する検体のき裂の有無、位置、大きさ、深さ等を全面にわたって連続し検出することができるようにしたものがある（特許文献２参照）。さらに、様々な曲率を有した被検査体に対して容易に超音波検査を行うことができるようにしたものもある（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２０００−１５５００６号公報
【特許文献２】特開平８−３３４４８７号公報
【特許文献３】国際公開第２００４／０７７０４５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１のものでは被検査体は平面的なものを対象としており、また、特許文献２のものでは形が決まった螺旋状の凹凸構造を有する検体を対象としているので、様々な曲率を有した被検査体に対して容易に検査をすることができない。
【０００９】
例えば、図５に示すように、被検査体１１の表面の一部が半径ｒの凹部１７を有する場合を考える。き裂深さ測定器用センサ１９の一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂおよび一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂは、押圧力が加わったときにはき裂深さ測定器用センサ１９の本体内に引っ込む機構を有している。従って、被検査体１１の表面に凹凸がある場合であっても、各々の電流供給端子１３ａ、１３ｂおよび電圧測定端子１４ａ、１４ｂは、き裂深さ測定器用センサ１９の本体に引っ込む長さを調節して、被検査体１１の表面にそれぞれ接触することになる。
【００１０】
図５に示すように、一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂが被検査体１１の平面部に位置し、一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂがその凹部１７に位置している場合を考える。いま、凹部１７の中心点がＯ点であり、電圧測定端子１４ａが凹部１７のＡ点（中心線ＯＢとなす角度θ）、電圧測定端子１４ｂが凹部１７のＤ点（中心線ＯＢとなす角度θ）で接触しているとする。この場合、一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂ間の距離（２ｒsinθ）に対し、実際の被検査体１１の測定面上での距離は（２ｒθ）となり、（２ｒθ−２ｒsinθ）の差分が生じる。
【００１１】
例えば、一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂ間の距離を２０ｍｍ、一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂ間の距離を６ｍｍ、半径ｒを５ｍｍ、角度θをπ／５[rad]、とすると、（２ｒθ）／（２ｒsinθ）≒１．０５となり、Ｒ５の曲率を有した被検査体に対し、き裂深さ測定器用センサの一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂの間隔に対して、実際の被検査体１１の測定面上での距離に約５％の誤差が生じることになる。
【００１２】
電位差法を用いたき裂深さ測定器では、一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂ間における被検査体１１の測定面が平面であることを前提に、その距離もき裂深さの測定基準の一つとしているので、一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂ間の距離と、実際の被検査体１１の測定面の距離とに誤差を生じると、き裂深さの測定精度が低下することになる。
【００１３】
機械構造物では単純な凹凸形状だけではなく、例えば、フィンのような櫛型の多くの凹凸形状を有した幾何学的な形状が多く存在する。このことから、一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂ間の距離と、実際の被検査体１１の測定面の距離との誤差が大きくなる傾向にあり、き裂深さの測定精度が低下する傾向にある。また、幾何学的な形状部分で、き裂は発生し進展もし易いので、幾何学的な形状部分で測定精度が低下することは好ましいことではない。このように、従来の電位差法は幾何学的な形状によっては、測定誤差が大きく検査が困難になる場合がある。
【００１４】
このように、従来のき裂深さ測定器用センサでは、電流供給端子１３ａ、１３ｂおよび電圧測定端子１４ａ、１４ｂに押圧力が加わったときに、その伸縮により被検査体の曲率に追従させるようにしているが、被検査体が多くの凹凸形状を有した幾何的な形状である場合には充分に追従できない。つまり、き裂深さ測定器用センサは、被検査体を平滑な面あるいは曲率が大きい箇所を前提にしており、曲率が小さい凹凸を有した幾何的な形状の箇所になると、き裂深さ測定器用センサで測定したデータに補正を加える必要がある。
【００１５】
本発明の目的は、幾何的な形状を有した被検査体表面のき裂に対しても、電位差法を用いてき裂深さを高精度に測定できるき裂深さ測定器用センサおよびき裂深さ測定器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１の発明に係わるき裂深さ測定器用センサは、導電性の被検査体の表面に接触して前記被検査体に電流を供給する一対の電流供給端子と、前記被検査体の表面に接触して前記一対の電流供給端子から供給された電流に起因して発生する前記被検査体の電位差を取り込むための一対の電圧測定端子と、一対の電流供給端子および一対の電圧測定端子の配置位置が変化しないようにそれらを保持し前記被検査体の表面形状に合わせてその表面に接触して変形する柔軟性は有するが伸縮性を有しない保持部と、前記保持部の背面部に設けられ前記被検査体の表面形状に合わせて前記保持部が前記被検査体の表面に接触するように変形する伸縮性を有した本体部とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明に係わるき裂深さ測定器は、請求項１のき裂深さ測定器用センサと、前記き裂深さ測定器用センサの一対の電流供給端子に電流を供給する電流電源部と、前記き裂深さ測定器用センサの一対の電圧測定端子に発生する電位差を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部で検出された電位差に基いてき裂深さを評価する演算制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被検査体の表面形状に合わせて、柔軟性を有した保持部で一対の電流供給端子および一対の電圧測定端子の配置位置が変化しないように、被検査体の表面に接触するように本体部は変形伸縮するので、曲率が小さい幾何的な形状を有した被検査体の表面き裂に対して、電位差法を用いてき裂深さを高精度に測定することが可能である。これにより設備診断精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わるき裂深さ測定器用センサ１９の説明図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は底面図である。
【００２０】
き裂深さ測定器用センサ１９の本体部２０は伸縮性を有した材料で形成され、被検査体側には保持部２１が取り付けられている。そして、保持部２１の被検査体に接触する面には、一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂおよび一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂが所定の間隔を保って配置されている。保持部２１のセンターラインＣＬを中心位置にして、左右対称の距離ｂ位置に一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂが設けられ、同様に、距離ａ位置に一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂが設けられている。
【００２１】
保持部２１は柔軟性を有し、被検査体の表面形状に合わせてその表面に接触して変形するが、一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂおよび一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂの配置位置は変化しないようにそれらを保持する。つまり、柔軟性は有するが伸縮性を有しないので、一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂ間の距離２ａおよび一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂ間の距離２ｂは、被検査体の表面形状に合わせて変形しても変化しない。
【００２２】
一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂには電線２２ａ、２２ｂが接続され図示省略の電流電源部に接続されている。また、一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂにも電線２３ａ、２３ｂが接続され図示省略の電圧検出部に接続されている。これら電線２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂは纏められてケーブル２４として本体部２０から引き出されている。
【００２３】
被検査体の測定を行うにあたっては、被検査体の健全部位の表面に一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂを接触させ、一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂ間に所定値の電流を供給する。この状態で、一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂに発生する電位差を電圧検出部１５で検出し、その電位差を被検査体の健全部での基準電位差Ｖ０として予め測定しておく。
【００２４】
そして、被検査体のき裂部位にセンターラインを合わせ、一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂを被検査体の表面に接触させ、一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂ間に所定値の電流を供給する。この状態で一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂ間の電位差Ｖ１を測定して、基準電位差Ｖ０との電位差比（Ｖ１／Ｖ０）を用いてき裂深さを評価する。
【００２５】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係わるき裂深さ測定器用センサ１９を用いて表面の一部に凹部を有する被検査体を検査する場合の説明図であり、図２（ａ）はき裂深さ測定器用センサ１９に押圧力を加える前の状態を示す断面図、図２（ｂ）はき裂深さ測定器用センサ１９に押圧力を加え被検査体の凹部表面にき裂深さ測定器用センサ１９の保持部２１を接触させた状態を示す断面図である。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、いま、被検査体１１は、その表面の一部に半径ａの凹部１７を有するとする。すなわち、き裂深さ測定器用センサ１９の一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂ間の距離２ａと同じ長さの直径の凹部１７を有するとする。この場合、被検査体１１の表面での凹部１７の両端部の距離はπａとなり、き裂深さ測定器用センサ１９の一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂ間の距離２ａより長くなる。
【００２７】
次に、被検査体１１の測定を行うにあたっては、図２（ｂ）に示すように、き裂深さ測定器用センサ１９の本体部２０に押圧力Ｆを加え、保持部２１を被検査体１１の凹部１７の表面に接触させる。本体部２０の被検査体１１の凹部１７部分に押圧力Ｆを加えると、本体部２０は伸縮性を有するので、図２（ｂ）に示すように、本体部２０は伸縮して被検査体１１の凹部１７に入り込む。
【００２８】
保持部２１は柔軟性を有し、被検査体の表面形状に合わせてその表面に接触して変形するが、伸縮性を有しないので、一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂ間の距離２ａおよび一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂ間の距離２ｂは、被検査体１１の表面形状に合わせて変形しても変化しない。
【００２９】
従って、保持部２１は伸縮することなく被検査体１１の凹部１７に入り込むので、本体部２０が被検査体１１の凹部１７に入り込んだ状態であっても保持部２１の一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂ間の距離２ａは変化しない。このことから、実際の測定面での距離と一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂとの間の距離２ａとが一致するので検出精度が向上する。
【００３０】
第１の実施の形態によれば、被検査体の表面形状に合わせて一対の電流供給端子１４ａ、１４ｂの配置位置を一定に保って被検査体の表面に接触するので、曲率が小さい幾何的な形状を有した被検査体の表面き裂に対しても、き裂深さを高精度に測定することができる。
【００３１】
例えば、Ｒ５の曲率を有した被検査体に対し、従来のき裂深さ測定器用センサ（電流供給端子の間隔２０ｍｍ、電位測定端子の間隔６ｍｍ）では、き裂深さ測定器用センサの端子の間隔に対して、実際の端子の間隔に５％の誤差が生じていたが、第１の実施の形態では間隔の誤差を小さくすることが可能であり、間隔の誤差０％にすることにより、装置本体側での計算式の補正が不要になる。また、曲率が一様な幾何的な形状ではなく、段差部や凹凸のある被検査体に対しても適用できる。
【００３２】
図３は本発明の第２の実施の形態に係わるき裂深さ測定器のブロック構成図である。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態のき裂深さ測定器用センサ１９を用いてき裂深さ測定器を構成したものである。
【００３３】
電流電源部１２はき裂深さ測定器用センサ１９の一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂに電流を供給するものであり、電圧検出部１５はき裂深さ測定器用センサ１９の一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂに発生する電位差を検出するものである。
【００３４】
前述したように、被検査体１１の健全部に一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂを接触させ、電流電源部１２から一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂ間に所定値の電流を供給する。そして、一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂに発生する電位差を電圧検出部１５で検出する。演算制御部２５は、電圧検出部１５で検出した電位差を被検査体１１の健全部での基準電位差Ｖ０として予め記憶部２６に記憶しておく。
【００３５】
次に、被検査体１１に段差部や凹凸がある場合には、き裂深さセンサ１９の本体部２０に押圧力を加えて、一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂおよび一対の電圧測定端子１４ａ、１４ｂを被検査体１１の測定面に接触させる。この状態で、電流電源部１２から一対の電流供給端子１３ａ、１３ｂ間に所定値の電流を供給し、電圧測定端子１４ａ、１４ｂ間の電位差Ｖ１を電圧検出部１５で検出する。演算制御部２５は電圧検出部１５で検出された電位差Ｖ１を記憶部２６に記憶する。また、演算制御部２５は、電圧検出部で検出され記憶部２６に記憶された電位差Ｖ１および基準電位差Ｖ０に基いてき裂深さを評価し、その評価結果を記憶部２６に記憶すると共に必要に応じて操作表示部２７に表示する。
【００３６】
第２の実施の形態によれば、曲率が小さい幾何的な形状を有した被検査体の表面き裂に対して、電位差法を用いた高精度な測定が可能なき裂深さ測定器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるき裂深さ測定器用センサ１９の説明図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は底面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わるき裂深さ測定器用センサを用いて表面の一部に凹部を有する被検査体を検査する場合の説明図であり、図２（ａ）はき裂深さ測定器用センサに押圧力を加える前の状態を示す断面図、図２（ｂ）はき裂深さ測定器用センサに押圧力を加え被検査体の凹部表面にき裂深さ測定器用センサの保持部を接触させた状態を示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わるき裂深さ測定器のブロック構成図。
【図４】電位差法を用いたき裂深さ測定器用センサでのき裂深さの測定の原理説明図。
【図５】従来のき裂深さ測定器用センサを用いて表面の一部に半径ｒの凹部を有する被検査体の検査状態の説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１１…被検査体、１２…電流電源部、１３…電流供給端子、１４…電圧測定端子、１５…電圧検出部、１６…き裂、１７…凹部、１９…き裂深さ測定器用センサ、２０…本体部、２１…保持部、２２、２３…電線、２４…ケーブル、２５…演算制御部、２６…記憶部、２７…操作表示部
【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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