(57)【要約】【課題】本発明は腐食した鋼板の残存板厚を計測する方法に関し、腐食部位の事前除去なしに被測定部位との直接接触により残存板厚の計測を可能とすることを目的とする。【解決手段】鋼板Ｍに対向して測定ピンＰを配置し、測定ピンＰと鋼板Ｍとの間の電気抵抗値を測定しつつ、測定ピンＰを回転させながら前進させることで、測定ピンＰの先端Ｐａを鋼板Ｍの表面の腐食部分Ｍａに食い込ませ、電気抵抗値が測定ピンの突端の電気的接触状態に応じた所定値に減少するに至るまでの測定ピンＰの変位量より鋼板の残存板厚を計測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板における残存板厚の測定方法であって、鋼板に対向して測定ピンを配置し、前記測定ピンと鋼板の残存肉厚部位との間の電気抵抗値を計測しつつ測定ピンの突端を鋼板表面における腐食部位に貫入するように変位させ、その電気抵抗値が測鋼板の残存肉厚部位に対する測定ピンの突端の電気的接触状態に応じた所定値に減少するに至るまでの変位量より鋼板における残存板厚を計測する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、鋼板に向けての測定ピンの変位は測定ピンを回転させつつ行う方法。
【請求項３】
請求項２に記載の発明において、測定ピンの突端の貫入は回転により腐食部位を切削しつつ行う方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの方法の実施のための計測装置であって、鋼板を両側より挟む本体と、本体の両端の各々に測定ピンを回転支持するように設けられ、かつ本体に対して電気絶縁された測定ピン支持部材と、測定ピン支持部材の一方を鋼板表面に直交変位させる送り機構と、変位量の計測を行う計測手段とを備えた計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は腐食した鋼板や塗装された鋼板の残存板厚を計測する方法及びその実施のための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
橋梁等鋼板による構造物の安全評価のため、鋼板における表面の腐食部位を除いた残存板厚の計測が必要である。板厚測定のための高精度でかつ簡便な一般的な方法としてはキャリパー型変位計や超音波板厚計を用いた接触方式ものがある。キャリパー型変位計や超音波板厚計を用いた方法では腐食部位を除いた残存板厚を計測するためには、検出端を鋼板における非腐食部分に当接させる必要があり、そのためには事前処理として要測定箇所毎に鋼材表面の錆層をグラインダ等により完全に除去する工程が必要となり、橋梁などの構造物の安全評価のように極めて多数の要測定箇所がある場合において工程上のネックとなっていた。そのため、鋼材表面の腐食部位の事前除去が不要な方法として、電磁誘導によるものもが提案されている（特許文献１及び２）。
【特許文献１】特開２００１−５６２０２号公報
【特許文献２】特開２００３−５６２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特特許文献１及び２によるものは非接触であるため腐食部位の事前除去は不要であるが検査対象である鋼板に励磁コイルを近接配置し、励磁コイルに対する非腐食部位の位置関係により電磁特性が変化することからその関係より非腐食部位の板厚を言わば間接的に計測するものである。即ち、励磁コイルに対する非腐食部位との間隔と電磁特性とに一定の関係があるので、この電磁特性の検出値に対応する非腐食部位の板厚の値をその関係より計算するものである。被計測部位に直接的に接触させた計測でないため必ずしも精度の高い検出が可能とはならない問題があった。また、キャリパー型変位計や超音波板厚計と比較してコスト的にも有利とはいえなかった。
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、腐食部位の事前除去なしに被測定部位との直接接触により残存板厚の計測を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明の鋼板における残存板厚の測定方法にあっては、鋼板に対向して測定ピンを配置し、前記測定ピンと鋼板の残存肉厚部位との間の電気抵抗値を計測しつつ測定ピンの突端を鋼板表面における腐食部位に貫入するように変位させ、その電気抵抗値が鋼板の残存肉厚部位に対する測定ピンの突端の電気的接触状態に応じた所定値に減少するに至るまでの変位量より鋼板における残存板厚を計測する。
【０００５】
鋼板に向けての測定ピンの変位は測定ピンを回転させつつ行うことができる。
【０００６】
測定ピンの突端の貫入は回転により腐食部位を切削しつつ行うことができる。
【０００７】
この発明の方法の実施のための計測装置は、鋼板を両側より挟む本体と、本体の両端の各々に測定ピンを回転支持するように設けられ、かつ本体に対して電気絶縁された測定ピン支持部材と、測定ピン支持部材の一方を鋼板表面に直交変位させる送り機構と、変位量の計測を行う計測手段とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば測定ピンと測定対象物である鋼板の電気抵抗値の計測を行うことにより測定ピンと鋼板の非腐食部分とを直接接触を検知し、鋼板の残存板厚を計測している。直接接触のため高精度を得ることができる。
【０００９】
また測定ピンを回転させることで腐食部分への貫入が確実となり、更に回転切削により腐食部分を切除して計測ピンと鋼板の非腐食部分との接触がより確実となる。
【００１０】
また、鋼板を両側より挟む本体の一対の測定ピンを設けた測定装置により両面から腐食する鋼板にあってもその残存板厚の測定を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１はこの発明による鋼板の残存板厚の測定原理を説明する概略図である。
【図２】図２は図１の装置による測定ピンの変位量（板厚指示値）に対する電気抵抗値の測定結果を示すグラフである。
【図３】図３は図１の原理に従い構造物における鋼板の残存板厚を測定するための測定具の概略構成図である。
【図４】図４は図３のIV−IV線に沿って表されるスライド機構の模式的断面図である。
【図５】図５は上側測定ピン回転駆動モータの支持構造及び同モータと上側測定ピンの回転連結を示す断面図である。
【図６】図６は上下の測定ピンの先端部の拡大図である。
【図７】図７は図３の装置による上下測定ピンの変位量からの残存板厚の計測を説明する概略図である。
【図８】図８は図３の装置による残存板厚を計測するための制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１はこの発明による残存板厚の計測方法を原理的に示しており、電気導電性の測定ピンＰと測定対象である鋼材Ｍとは電圧Ｖの電池に接続され、電流Ｉを電流計により計測する。鋼材Ｍの表面は錆等で腐食しており、腐食した表面部分Ｍａを除いた鋼材部分Ｍｂの厚みが残存肉厚となる。腐食部分Ｍａの電気抵抗値は非腐食部分Ｍｂより相当大きいことから測定ピンＰの先端Ｐａが腐食部分Ｍａの表面に接触した実線の状態の電気抵抗値に対し、測定ピンＰの先端Ｐａが腐食部分Ｍａを貫入し、非腐食部分Ｍｂに接触した想像線Ｐ´の状態の電気抵抗値は実質的に不連続に減少し、電気抵抗値のこのような変化に至るまでの測定ピンＰの変位量Ｘ＝腐食部分Ｍａの厚みを知り、鋼材の残存板厚を知ることができる。そして、測定ピンＰの変位の際に測定ピンＰは矢印ａのように回転され、他方測定ピンＰの先端Ｐａは後述（図６）のように穿孔ドリル様の回転方向の切刃を備えており、測定ピンＰの回転により腐食した表面部分の肉が切除され、測定ピンＰの先端Ｐａの、腐食部分Ｍａへの貫入がスムースに行われる。
【００１３】
図２（イ）（ロ）は現実の橋梁において表面が腐食している鋼板についての測定結果をその異なる２箇所の夫々について示したものである。測定ピンＰの先端Ｐａが鋼板表面（腐食部分Ｍの表面）に接触した図１の実線状態を初期位置とし、横軸は板厚指示値、縦軸は電気抵抗値である。本テストでは初期状態において測定ピンＰの先端Ｐａは鋼板の腐食部分Ｍａの表面に丁度接触させていることから、原点における横軸は図１において腐食部分Ｍａも含めた鋼板の全板厚に対応し、原点からの横軸の位置が初期状態からの測定ピンＰの先端Ｐａの変位量（貫入深さ）に対応する。変位増大とともに測定ピンＰの先端Ｐａは鋼板の腐食部分Ｍａに貫入してゆく。測定ピンＰの先端Ｐａは腐食部分Ｍａへ貫入しても最初は腐食部分Ｍａ中に位置しており、電気抵抗値の変化は実質的にないが、変位を増大させてゆくと抵抗値が急減（実質的に不連続に減少）する領域Ｚがあり、これをもって、図１の想像線P´に示すように測定ピンＰの先端Ｐａが腐食部分Ｍａへの貫入を完了し、非腐食部分Ｍｂ（金属部分）との接触に至ったと判断することができる。このときの測定ピンＰの変位量（図２の横軸の値）を、腐食部分も含めた鋼板の全板厚から引くことにより鋼板の非腐食部分の厚み（図１のＸ）を逆算することができる。測定ピンＰの先端Ｐａの腐食部分への接触時点の判断の閾値は図２（イ）（ロ）のいずれの箇所の測定の場合でも１ｋΩ（矢印ｓにて示す）程度とすることができる。抵抗値急減ゾーンＺにおける抵抗値の低下は非常に急峻であるため、この程度の大きさの閾値で実用上問題ない精度は得ることができ、他方、閾値が過小となることによる電流増大に伴う電池の急速消耗を防止することができる。
【００１４】
また、被検査対象である橋梁等の鋼板は屋外設置であり、表面の腐食部分が水分を帯び、これが抵抗値に及ぼす影響（抵抗値を低下させる影響）が懸念されるが、テスト用に腐食した鋼板を用意し、この表面に蒸留水を塗布したサンプルと、１０％の塩化ナトリウム水溶液を塗布したサンプルとを準備し、これらサンプルについて表面部分（腐食部位）の電気抵抗値を測定したところ、表面に蒸留水を塗布したサンプルの電気抵抗値は下限が１．５ＭΩ、１０％の塩化ナトリウム水溶液を塗布したサンプルのサンプルの電気抵抗値は下限が２０ｋΩであった。これらのテスト結果からも図２の実測結果から得られる１ｋΩ程度の閾値は妥当と結論した。
【００１５】
図３はこの発明を橋梁等において鋼板の残存肉厚の測定を行う計測具（計測装置）を示すものであり、10, 12は測定ピンであり、測定ピン10, 12及びその回転駆動モータ14, 16は測定具本体１８に支持される。測定具本体１８は基本的にはＨ型断面の鋼材をＵ字形状に曲折して構成される。測定具本体１８は測定対象物である鋼板２０（Ｈ型鋼板）の被計測部位を挟むように上下の端部が延びており、その各延出端部に上下の測定ピン10, 12が電気的絶縁状態にて支持され、かつ上側の測定ピン１０についてはラック−ピニオン式等の送り機構により鋼板２０の被計測部位に対して直交方向に変位可能になっている。この送り機構について説明すると、測定具本体１８の上端部は、鋼板２０の被計測面（図３の紙面と直交）に平行に離間した一対の壁部18-1（図４）を備えており、この一対の壁部18-1の対向内面に鋼板２０の被計測面に直交方向（図４の紙面に直交する方向）に延設されるスライド溝２２が形成され、このスライド溝２２にスライダ２４が収容され、スライド溝２２に対してスライダ２４は摺動可能であり、この摺動方向は図３の矢印ｂのように上下方向（図４の紙面直交方向）である。スライダ２４の裏面側には図４の紙面に直交する方向にラック２６が形成され、ラック２６にはピニオン２８が噛合している。図４において、ピニオン２８は回転軸２９を備え、回転軸２９は測定ピン送りモータ３０の回転軸に連結され、モータ３０の回転軸２９の回転はピニオン２８とこれに噛合するラック２６とによりスライダ２４の直線運動に変換され、上側測定ピン１０の昇降変位（矢印ｂ）を得ることができる。
【００１６】
図３において、３２は変位計測器を示しており、周知のデジタルノギスと同様構造のものであり、変位検出棒３４と、変位検出棒３４の直線変位をデジタル式で計測するデジタル計測部３６とから構成され、変位検出棒３４はスライダ２４の一体延長部方向に固定されており、他方デジタル計測部３６は測定具本体１８に取り付けられており、変位検出棒３４の矢印ｂ方向の変位、換言すれば上側測定ピン１０の上下変位に応じたデジタル信号を固定計測部３６において得ることができる。
【００１７】
次に上下の測定ピン10, 12 の支持構造について説明すると、上下の測定ピン10, 12（後述のように切削用のドリルと似た切刃を先端10A, 12Aに備えている）は、電気的には接地される測定対象としての鋼板２０との間の電気抵抗値を計測し得るように支持されている。この支持構造は図３には模式的に示されるが、詳細構造の一例を上側測定ピン１０について図５によって説明する。上側の測定ピンフレーム４０がスライダの下端に固定されている（図３も参照）。測定ピンフレーム４０は電気絶縁性であるが、上側測定ピン１０及びその駆動モータ１４を支持するために十分な剛性を持つべく硬質プラスチック等を素材としている。金属製の素材とプラスチックとの強固な連結のため鋳込み構造をとることができる。図５において、鋳込み部分を40-1にて示す。上側測定ピン駆動モータ１４はフレーム４０上に取り付けられており、スライダ２４側に対して電気的に絶縁されている。上側測定ピン１０は金属製内側スリーブ４２に先端が突出するように固定され、内側スリーブ４２は金属製外側スリーブ４４に螺合される。外側スリーブ４４は一対の軸受46, 48によって軸受保持スリーブ５０に保持され、金属製の軸受保持スリーブ５０は測定ピンフレーム４０に圧嵌等により固定されている。これにより、測定ピン１０はスリーブ42, 44と共に軸受46, 48によって測定ピンフレーム４０に対し回転可能となっている。そして、測定ピンフレーム４０が硬質プラスチック製であることから、測定ピン１０は鋼材より成るスライダ２４に対して電気的に絶縁されている。次に、上側測定ピン１０と回転モータ１４との回転連結について説明すると、外側スリーブ４４の上端には、回転モータ１４の回転軸14-1の回転を測定ピン１０に伝え得る剛性を備え、かつ電気的絶縁性の素材、例えば硬質プラスチックよりなる筒状継手５２が嵌合され、筒状継手５２には上端から回転モータ１４の回転軸14-1が図示しないキー等を介して嵌挿固定され、他方、測定ピン１０を保持する金属製内側スリーブ４２の上端42-1は筒状継手５２に下端から図示しないキー等を介して嵌挿固定される。そして、回転軸14-1と内側スリーブ４２との間には電気的絶縁のため適当な隙間５３が残され、そして、回転モータ１４はその全体が合成樹脂製の測定ピンフレーム４０上に固定される。以上より、回転モータ１４はその回転軸14-2を含めて測定ピン１０及び測定ピン１０を支持するスライダ２４に対して電気的絶縁状態にあり、これにより測定ピン１０を回転させかつスライダ２４を変位させつつ、測定ピン１０と測定対象物である鋼板２０との間に通電し、上側表面腐食層の電気抵抗を計測することが可能となる。測定ピン１０への通電構造であるが、外側スリーブ４４に回転接触する周知の接触子を設けてもよいし、外側スリーブ４４がスライダ２４及びモータ１４に対して電気絶縁されていることから、より簡便には外側スリーブ４４又は軸受保持スリーブ５０に直接電池をつないでも測定ピン１０への通電は可能となる。
【００１８】
下側測定ピン１２のための硬質樹脂製のフレーム５４はＵ形状の測定具本体１８の下部にフレーム４０と同様な手法で固定され、フレーム５４に下側測定ピン駆動モータ１６が取り付けられる。そして、駆動モータ１６と下側測定ピン１２との回転連結は図５で説明した回転モータ１４と測定ピン１０とのそれと同様である。これにより、同様に、測定ピン１２と鋼板２０との間に通電し、下側表面腐食層の電気抵抗を計測することが可能となる。
【００１９】
橋梁などの鋼板の残存板厚計測は極めて多数の箇所を迅速に行う必要があり、測定具本体１８は手持ちにより行うことが便利である。測定ピン10, 12の駆動モータ14, 16は測定ピンの回転により鋼板の腐食部分の切削を行うものであり、また、最大駆動力は非腐食部分（金属部分）への貫入を生じせしめ得ない軽微なものであり、超小型に構成し得る。また、測定ピン送りモータ３０についても鋼板の腐食部分への貫入を行い得るが非腐食部分（金属部分）への貫入は生じせしめない同等に小型のものであり、モータ14, 16, 30は総重量は取るに足らないため、測定具本体１８による手持ち計測が可能である。
【００２０】
図６（イ）は測定ピン10, 12の先端部10A, 12Aを拡大して示しており、先端部10A, 12Aは穿孔に使用されるドリルと同様の回転方向に離間した複数の切歯６０を備えている。測定ピン10, 12の回転により切歯６０は鋼材表面の腐食部分（図１のＭａ）を切除し、腐食部分への測定ピン10, 12の貫入が容易かつ確実となる。測定ピン10, 12は（ロ）に示す如きドリル様のものでもよい。
【００２１】
図３において、７０は残存肉厚の測定のためのコントローラ７０を概略的に示しており、上下の測定ピン10, 12の駆動モータ14, 16及び測定ピン送り制御モータ３０へ接続され（信号線ｌ１，ｌ２，ｌ３）、これらのモータ14, 16, 30の制御を行う。また、コントローラ７０には各モータ14, 16, 30の操作スイッチ72, 74, 76が接続され（信号線ｌ４，ｌ５，ｌ６）、各モータ14, 16, 30の操作を行うことができる。更に、変位計測器３２のデジタル計測部３６はコントローラ７０に接続され（信号線ｌ７）、測定ピン10, 12の送り量信号が入力される。また、コントローラ７０に接続（信号線ｌ８）されたディスプレイ７８（変位計測器３２に設置することができる）により送り量のデジタル表示が行われる。更に、コントローラ７０は電池８０と上下の測定ピン10, 12との通電制御を行い（信号線ｌ９，ｌ１０）、 内部に備えた電圧及び電流の計測部により計測される電気抵抗値より腐食部分への測定ピン10, 12の貫入の検知を行う。コントローラ７０はマイクロコンピュータ式に構成することで測定具本体１８の重量に影響しないように超小型化可能であるが、電池８０はある程度は重量が嵩むので電池８０と共に別設することができる。また、操作スイッチ72, 74, 76については測定具本体１８に設けることが可能である。
【００２２】
図８はコントローラ７０による鋼板２０の残存肉厚の測定の制御ダイアグラム（模式的フローチャート）を示す。測定開始時に測定ピン10, 12はその間に鋼板２０の被測定部を適当な余裕をもって位置させ得る間隔ＤＩ（図７（イ））にある（初期状態）。測定具本体１８はそのＵ形状部を手持ちにて保持し、測定ピン10, 12間に被検査対象物である鋼板２０の残存肉厚測定部が配置されるように測定具本体１８は位置される。制御がスタートされるとステップ１００にてスイッチ72, 74により測定ピン回転モータ14, 16が起動され、上下の測定ピン10, 12は回転される。ステップ１０２では上下の測定ピン10, 12が電池８０に通電される。ステップ１０４ではスイッチ７６により測定ピン送り制御モータ３０が通電され、ピニオン２８が回転することによりこれに噛合するラック２６を介してスライダ２４は下降を開始する。ステップ１０６では上側の測定ピン１０と鋼板２０との間の電気抵抗値Ｒ１が算出される。ステップ１０８では上側測定ピン１０と鋼板２０との間の電気抵抗値Ｒ１が閾値（図２に関し説明のようにゾーンＺにおける１ｋΩ程度の電気抵抗値）より小さいか否か判別され、上側の測定ピン１０が鋼板２０に非接触であればステップ１０８でＮＯ（抵抗値Ｒ１が閾値より大きい）であり、上側の測定ピン１０の通電は維持される。スライダ２４の下降により上側測定ピン１０と鋼板２０との間の電気抵抗値Ｒ１が閾値より小さくなると（上側測定ピン１０が鋼板２０の上面における腐食部分20a-1を貫入し、非腐食部分２０ｂに接触若しくは殆ど接触と判断されると）、ステップ１０８でＹＥＳとなり、ステップ１１２で上側測定ピン１０への電池８０との通電がOFFされ、ステップ１１４で上側測定ピン回転モータ１４が停止される。ステップ１１６では下側の測定ピン１２と鋼板２０との間の電気抵抗値Ｒ２が算出され、ステップ１１８では下側測定ピン１２と鋼板２０との間の電気抵抗値Ｒ２が閾値より小さいか否か判別され、下側測定ピン１２が鋼板２０に非接触であればステップ１１８でＮＯ（抵抗値Ｒ２が閾値より大きい）であり、下側測定ピン１２の通電は維持される。スライダ２４の下降により下側測定ピン１２と鋼板２０との間の電気抵抗値Ｒ２が閾値より小さくなると（下側測定ピン１２が鋼板２０の下面における腐食部分20a-2を貫入し、非腐食部分２０ｂに接触若しくは殆ど接触と判断されると）、ステップ１１８でＹＥＳとなり、ステップ１２０で下側測定ピン１２への電池８０との通電がOFFされ、ステップ１２２で下側測定ピン回転モータ１６が停止される。そして、ステップ１２４で測定ピン送りモータ３０がオフされる。図７（ロ）はこの状態での上下の測定ピン10, 12を示しており、上下の測定ピン10, 12が鋼板２０の上下の腐食部分20a-1, 20a-2を貫入し、鋼板２０の非腐食部分２０ｂに接触している。この状態に至るまでのスライダ２４の下降量は初期状態（上下の測定ピン10, 12間の間隔ＤＩ）から上下の測定ピン10, 12が鋼板２０の非腐食部分に接触する状態に至るまでの上側測定ピン１０の変位量Ｄ１＋下側測定ピン１２の変位量Ｄ２に等しい。この場合、上側測定ピン１０の変位量Ｄ１及び下側測定ピン１２の変位量Ｄ２の個別的な値は知ることはできないが初期状態における上下の測定ピン10, 12間の間隔ＤＩ−（Ｄ１＋Ｄ２）より鋼板の残存板厚ＴＦ（腐食部分も入れた鋼板の板厚Ｔ０−腐食部分の板厚(Ｄ１＋Ｄ２)）を知ることができる。ステップ１２６は残存板厚ＴＦの算出及びディスプレイ７８による表示を示す。
【００２３】
この測定において、上下の測定ピン10, 12のうちいずれかが対向腐食部分20a-1, 20a-2の貫入を完了し、非腐食部分２０ｂに接触するに至ると、その測定ピンは非腐食部分２０ｂに接触した状態を維持され、この際、測定ピン送りモータ３０の回転は維持され、スライダ２４の送りは継続される（測定具本体１８自体が幾分動く）ため、他方の測定ピンは対向腐食部分の貫入を継続し、最終的に非腐食部分２０ｂに接触に至らしめられ、残存板厚ＴＦの計測を行うことができる。
以上は腐食した鋼板の残存板厚の計測方法及び装置を説明したが、本発明は塗装された鋼板から塗膜を除いた残存板厚の計測も行うことができる。
【符号の説明】
【００２４】
10, 12…測定ピン
14, 16…回転駆動モータ
１８…測定具本体
２０…鋼板（Ｈ型鋼板）
20a-1, 20a-2…鋼板の腐食部分
２４…スライダ
３０…測定ピン送りモータ
３２…変位計測器
３４…変位検出棒
３６…デジタル計測部
４０…上側の測定ピンフレーム
40-1…鋳込み部分
４２…金属製内側スリーブ
４４…金属製外側スリーブ
46, 48…軸受
７０…コントローラ
72, 74, 76…操作スイッチ
７８…ディスプレイ
８０…電池
Ｍ…鋼材
Ｍａ…鋼材の腐食した表面部分
Ｍｂ…鋼材の非腐食部分
Ｐ…測定ピン
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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