皮膜異常の非破壊的検出のための方法及びシステム
本発明は、少なくとも１つの電気絶縁性カバー層（５）に覆われた導電性基材層（４）の皮膜異常を非破壊的に検出するための方法及び測定装置（１）に関する。信号入力装置（４）よって、導電性基材層（４）に入力信号が誘導式に又は静電容量式に入力される。信号出力装置（３）によって、基材層（４）からカバー層（５）を介して測定信号が出力される。評価ユニット（６）を用いて、出力された測定信号が評価される。このとき、出力された測定信号の信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な閾値を越えたときに皮膜異常が検出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの電気絶縁性カバー層で覆われた導電性基材層の皮膜異常を非破壊的に検出する方法及びそのための測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、金属又は炭素繊維強化プラスチック材料からなる導電性基材層は、例えば腐食からこれを保護するために電気絶縁性カバー層で覆われる。この場合、カバー層は受動的防食を形成しており、これにより、腐食性材料が基材層に到達してそこで化学反応又は電気化学反応を引き起こすことが防止される。この電気絶縁性カバー層には、例えば、気孔、割れ、気泡などの様々な欠陥がある可能性がある。これらの皮膜の欠陥が発見されないままであると、その下の導電性基材が腐食する可能性がある。これが非金属基材であると、そこで電気化学反応が起こり、これにより、卑金属と接触した場合には接触腐食が誘発されることもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、誘導式及び静電容量式の測定方法が用いられるが、これは、測定ヘッドの間隔が開くにつれて、その誘導性又は静電容量が変化することに基づいている。この誘導性又は静電容量の変化は、その後、間隔値又は層厚値に変換される。しかしながら、このような従来の誘導式及び静電容量式の方法は、十分に小さい検出器又は測定ヘッドを用いたとしても、皮膜又はカバー層の表面のより小さい欠陥の検出には適していない。これらの従来の検出方法において用いられる検出器ヘッドには、カバー層上に平らに置かれなければならず、測定ヘッドのごく僅かな傾きでさえも、深刻な信号の変化につながるという欠点がある。したがって、例えば約数マイクロメートルの大きさの欠陥を検出するために、例えば１００μｍの大きさの小型化された検出器ヘッドを採用したとしても、これらの既知の誘導式及び静電容量式の測定方法を用いることはできない。
【０００４】
層厚を測定する別の従来の方法では、カバー層の試験に高電圧を使用する。高電圧が印加されるので、損傷点又は欠陥においてアークが発生する。この方法の欠点は、高電圧を印加する際に、導電性基材層を高電圧源に導電的に接続しなければならない点である。この従来の測定方法のさらなる欠点は、非破壊的に機能しない点である。電気絶縁性カバー層に弱点又は欠陥がある場合、測定することによってこの欠陥の程度がさらに大きくなったり、被測定絶縁性カバー層が完全に破断したりする。
【０００５】
したがって、最小の皮膜異常でも、安全・確実に且つ非破壊的に検出されるようにする方法及び測定装置の提供が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に開示された特徴を有する方法により、本発明に従って達成される。
【０００７】
本発明は、少なくとも１つの電気絶縁性カバー層で覆われた導電性基材層の皮膜異常を非破壊的に検出する方法であって、
ａ）前記基材層に入力信号を入力することと、
ｂ）前記基材層から前記カバー層を介して測定信号を出力することと、
ｃ）前記出力された測定信号の信号パラメータの信号パラメータ変化が、調節可能な閾値を越えたときに皮膜異常を検出すること
からなる方法を提供する。
【０００８】
本発明にかかる方法は非破壊的に機能する、即ち、電気絶縁性カバー層の既存の弱点又は前記カバー層の欠陥において、この皮膜異常がそれ以上拡大することがない。このことは、測定の結果として未臨界状態の皮膜異常が臨界皮膜異常に変わることがないことも意味している。
【０００９】
本発明にかかる測定方法のさらなる利点は、導電性基材層との直接接触は必要ない点である。このことは、皮膜又は電気絶縁性カバー層が被測定要素を完全に取り囲んでおり、カバー層への機械的損傷があって初めて導電性基材層の直接接触が可能である場合に特に重要である。この時、この機械的損傷は修復する必要があろう。
【００１０】
本発明にかかる測定方法により、前記カバー層又は皮膜を通して入力信号を入力することが可能となり、前記皮膜又はカバー層が損なわれることなく、前記要素のあらゆる点で入力信号を加えることができる。
【００１１】
本発明にかかる方法の一実施形態では、前記測定信号は、前記絶縁性カバー層の表面全体を案内される柔軟な導電性ブリッスルを用いて出力される。
【００１２】
この場合、前記柔軟な導電性ブリッスルは、電解液又は補助電解質で湿らせてあることが好ましい。
【００１３】
本発明にかかる方法の一実施形態では、前記入力信号は、静電容量式に又は誘導式に前記導電性基材層に入力される。
【００１４】
本発明にかかる方法のさらなる実施形態では、前記入力信号は、パルス直流電圧信号で形成される。
【００１５】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、前記入力信号は、周波数の調節が可能な交流電圧信号で形成される。
【００１６】
この交流電圧信号は、例えば、信号周波数の調節が可能な正弦波交流電圧信号である。
【００１７】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、検出された皮膜異常の座標が検出される。
【００１８】
本発明にかかる方法のさらなる実施形態では、皮膜異常タイプが判定される。
【００１９】
本発明にかかる方法の実施形態では、皮膜異常が、前記基材層まで貫通している穴で形成されているか、前記基材層まで貫通していない前記カバー層の穴で形成されているか、前記カバー層の隆起で形成されているかが検出される。
【００２０】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、各皮膜異常は、その後、検出された皮膜異常タイプに応じて自動的に修復される。
【００２１】
本発明にかかる方法の一実施形態では、修復のために、検出されたカバー層の穴は塞がれ、認識されたカバー層の隆起は取り除かれる。
【００２２】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、前記電解液は脱イオン水である。
【００２３】
脱イオン水には、依然として十分に高い導電性を有する一方、蒸発後、カバー層又は皮膜に目に見える残留物を残さないという利点がある。
【００２４】
電解液又は補助電解質として脱イオン水を用いるさらなる利点は、蒸留水は保全技術者が簡単に用いることができ、さらに、保全技術者に対して健康上のリスクをもたらさない点である。
【００２５】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、前記柔軟な導電性ブリッスルは、前記電気絶縁性カバー層の表面をブラッシングするブラシに取り付けられる。
【００２６】
本発明にかかる方法の一実施形態では、前記柔軟な導電性ブリッスルは、導電性ポリマー、金属繊維又は天然のブリッスルからなり、天然のブリッスルについては、補助電解質を用いて、例えば、脱イオン水を用いてその導電性を得る。
【００２７】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、前記出力される測定信号の時間的な振幅変動が検出され、振幅変化が調節可能な振幅閾値を越えたときに皮膜異常が認識される。
【００２８】
本発明にかかる方法のさらなる実施形態では、前記出力される測定信号の電流と電圧との位相ずれが検出され、位相変化が調節可能な位相閾値を越えたときに皮膜異常が認識される。
【００２９】
本発明にかかる方法のさらなる実施形態では、静電容量が前記カバー層の層厚に影響されるコンデンサを備えたＲＣ部材の充電及び／又は放電時間が検出され、充電及び／又は放電時間の変化が調節可能な時間閾値を越えたときに皮膜異常が認識される。
【００３０】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、前記導電性基材層は、炭素繊維強化プラスチック材料、金属又は半導体材料からなる。
【００３１】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、前記電気絶縁性カバー層は保護ラッカーを備える。
【００３２】
本発明にかかる方法のさらなる実施形態では、前記カバー層の厚さ及び皮膜異常の大きさが信号パラメータ変化に応じて算出される。
【００３３】
本発明は、さらに、少なくとも１つの電気絶縁性カバー層で覆われた導電性基材層の皮膜異常を非破壊的に検出する測定装置であって、
ａ）前記基材層に入力信号を入力する信号入力装置と、
ｂ）前記基材層から前記カバー層を介して測定信号を出力する信号出力装置と、
ｃ）前記出力された測定信号を評価する評価ユニットであって、前記出力された測定信号の信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な閾値を越えたときに皮膜異常を検出する評価ユニット
からなる測定装置を提供する。
【００３４】
本発明にかかる測定装置の可能な実施形態では、前記信号入力装置は、前記入力信号を、前記基材層に誘導式に又は静電容量式に入力する。
【００３５】
本発明にかかる測定装置の可能な実施形態では、前記信号出力装置は、前記出力信号を、前記基材層から前記カバー層を介して誘導式に又は静電容量式に出力する。
【００３６】
本発明にかかる測定装置の可能な実施形態では、前記信号出力装置は、柔軟な導電性ブリッスルを有する。
【００３７】
本発明にかかる測定装置の一実施形態では、前記信号出力装置は、前記ブリッスルを湿らせるために設けられる、電解液を受ける貯留槽を有する。
【００３８】
本発明にかかる測定装置の一実施形態では、前記電解液は、蒸留水又は脱イオン水からなる。
【００３９】
本発明にかかる測定装置の一実施形態では、前記信号出力装置はモータを備えており、このモータは、皮膜異常検出のために前記カバー層を走査するため、当該カバー層の表面全体にわたって当該信号出力装置を移動させる。
【００４０】
本発明にかかる測定装置の一実施形態では、前記移動可能な信号出力装置の空間座標が、前記測定信号の信号パラメータと共にメモリに格納され、評価される。
【００４１】
本発明にかかる測定装置の可能な実施形態では、最後者はマイクロプロセッサを備える。
【００４２】
本発明にかかる測定装置の可能な実施形態では、前記信号入力装置は、導電性吸盤、伝導性フォームラバー、伝導性ロール又は伝導性ローラを備える。
【００４３】
本発明にかかる測定装置の可能な実施形態では、前記信号入力装置は、測定のために、絶縁される前記カバー層、又は、前記導電性基材層に取り付けられる。
【００４４】
本発明は、さらに、少なくとも１つの電気絶縁性カバー層に覆われた導電性基材層の皮膜異常を非破壊的に検出する方法を実施するプログラム指令を有するコンピュータプログラムであって、
ａ）前記基材層に入力信号を入力することと、
ｂ）前記基材層から前記カバー層を介して測定信号を出力することと、
ｃ）前記出力された測定信号の信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な閾値を越えたときに皮膜異常を検出すること
からなるコンピュータプログラムを提供する。
【００４５】
本発明は、さらに、このようなコンピュータプログラムを格納するデータキャリアを提供する。
【００４６】
本発明は、さらに、本発明にかかる方法によって得られる測定結果を格納するデータキャリアを提供する。
【００４７】
皮膜異常の非破壊的検出のための本発明にかかる方法及び本発明にかかる測定装置の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】図１Ａは、皮膜異常の非破壊的検出のための本発明にかかる測定装置の実施形態を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、皮膜異常の非破壊的検出のための本発明にかかる測定装置の実施形態を示す。
【図２】図２は、本発明にかかる測定方法を説明するための様々なタイプの検出可能な皮膜異常を示す。
【図３】図３は、本発明にかかる測定装置のさらなる図を示す。
【図４】図４は、本発明にかかる測定装置のさらなる実施形態を示すさらなるブロック図を示す。
【図５】図５は、本発明にかかる測定装置の実施形態を示す。
【図６】図６は、本発明にかかる測定装置のさらなる実施形態を示す。
【図７】図７は、皮膜異常の非破壊的検出のための本発明にかかる方法の実施形態の簡単なフローチャートを示す。
【図８】図８は、本発明にかかる方法の代表的な測定結果を説明するグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１Ａ及び図１Ｂでわかるように、皮膜異常ＢＦを非破壊的に検出するための本発明にかかる測定装置１は、信号入力装置２と信号出力装置３とを有する。前記測定装置１は、少なくとも１つの電気絶縁性カバー層５で覆われた導電性基材層４の皮膜異常を検出する。前記導電性基材層４は炭素繊維強化プラスチック材料で構成されていてもよい。他の実施形態では、前記導電性基材層４は金属又は半導体材料で構成される。前記電気絶縁性カバー層５は、例えば、保護ラッカーで構成される。可能な実施形態では、この保護ラッカーは腐食抑制剤である。
【００５０】
図１Ａ及び図１Ｂでわかるように、前記基材層４に入力信号を入力する前記信号入力装置２及び、前記基材層４から測定信号を出力する前記信号出力装置３は、ユニット６に接続されており、このユニット６は、前記入力信号を生成する一方で、前記信号出力装置３により供給される測定信号を評価するために設けられる。
【００５１】
前記信号入力装置２は、前記ユニット６により生成された入力信号を、前記導電性基材層４に誘導式に又は静電容量式に入力する。図１Ａに示す実施形態では、前記導電性基材層４への静電容量式入力が前記電気絶縁性カバー層５を通して行われる。一方、図１Ｂに示す実施形態では、前記入力信号の入力は前記基材層４に対して直接的に行われる。図１Ａに示した、前記カバー層５を介した入力信号の静電容量式入力の実施形態には、前記導電性基材層４に直接接触させる必要がないという利点がある。これは、前記導電性層４が絶縁性カバー層５に完全に取り囲まれており、当該電気絶縁性カバー層５に損傷を与えずに前記基材層４に直接電気的接触を行うことができない場合に特に有利である。
【００５２】
可能な実施形態では、前記信号入力装置２は導電性吸盤を備え、この吸盤は、図１Ａに示すように、前記電気絶縁性カバー層５上に置かれるか、又は、図１Ｂに示すように、前記導電性層４に直接取り付けられる。
【００５３】
他の実施形態では、前記信号入力装置２は、例えば、伝導性フォームラバーである。さらなる実施形態では、前記信号入力装置２は、伝導性ロール又は伝導性ローラからなる。
【００５４】
図１Ａ及び図１Ｂに示す電気絶縁性カバー層５には皮膜異常ＢＦがある。図示例では、皮膜異常ＢＦは穴であり、これは前記基材層４まで貫通している。図２Ａ、図２Ｂ及び図３Ｃと併せて説明しているように、別のタイプの皮膜異常も起こり得る。前記信号出力装置３を用いて皮膜異常ＢＦを検出するために、前記導電性基材層４に入力された測定信号が出力され、その後前記評価ユニット６により評価される。前記測定信号は、同様に、誘導式に又は静電容量式に出力することができる。
【００５５】
図１Ａ及び図１Ｂに示す実施形態では、前記信号出力装置３は柔軟な導電性ブリッスル７を備えており、これはブラシに取り付けられてもよい。このブラシは、図１Ａ及び図１Ｂに概略的に示すように、前記電気絶縁性カバー層５の表面全体をブラッシングする。前記入力された測定信号は、この柔軟な導電性ブリッスルを用いて出力され、前記評価ユニット６に供給される。この評価ユニット６は、前記出力された測定信号を評価し、前記出力された測定信号の少なくとも１つの信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な桁の値を超えたときに皮膜異常ＢＦが検出される。図１Ａ及び１Ｂに示すように、前記信号出力装置３の柔軟な導電性ブリッスル７又は前記カバー層５の表面を電解液８で湿らせる。この電解液８は、導電性の補助電解質を形成する。可能な実施形態では、前記電解液は、脱イオン水で形成されており、又は蒸留水で形成されても構わない。可能な実行手順は、まず、前記信号出力装置３の前記ブリッスル７を前記補助電解質又は電解液で湿らせ、その後、この湿らせたブリッスル７を備えたブラシ又は出力装置３を、前記カバー層５の表面全体にわたって案内する。１又はそれ以上のブリッスル７が皮膜異常上を移動するとすぐに、出力される測定信号の信号パラメータ変化が生じ、前記評価ユニット６がこれを検出する。さらに、可能な実施形態では、前記信号パラメータ変化を基に皮膜異常ＢＦのタイプを推定することもできる。
【００５６】
可能な実施形態では、出力される測定信号の時間的な振幅変動が検出され、振幅変化ΔＡが調節可能な振幅閾値を越えたときに皮膜異常ＢＦが認識される。
【００５７】
他の実施形態では、出力される測定信号の電流と電圧信号との位相ずれが前記評価ユニット６によって検出され、位相変化Δφが調節可能な位相閾値を越えたときに皮膜異常ＢＦが認識される。
【００５８】
さらなる実施形態では、静電容量が前記カバー層５の層厚に影響されるコンデンサを備えたＲＣ部材の充電及び／又は放電時間が前記評価ユニット６によって検出され、充電及び／又は放電時間変化が調節可能な時間閾値を越えたときに皮膜異常ＢＦが認識される。
【００５９】
前記信号パラメータ変化により、皮膜異常ＢＦのタイプ及び広がりを認識することが可能になる。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、様々な検出可能な皮膜異常のタイプを示している。図２Ａに示す皮膜異常のタイプは、前記カバー層５に存在し、前記導電性基材層４まで貫通している穴である。図２Ａに概略的に示す穴は、ごく小さな穴又は割れであってもよく、このような穴又は割れの空間的広がりは、ブリッスル７の直径より大きくても小さくても。
【００６０】
図２Ｂに示す皮膜異常ＢＦは、前記カバー層５の穴であり、これは前記基材層４まで貫通していない。この皮膜異常ＢＦの点で静電容量が著しく増加するので、このような皮膜異常も本発明にかかる測定方法によって検出することができる。これは、前記湿らせたブリッスル７の前記導電性基材層４との間隔が皮膜異常の点においてそれ以外の点よりも小さくなるためである。コンデンサの静電容量Ｃはその板間の間隔ｄに反比例するので、静電容量Ｃは図２Ｂに示す皮膜異常ＢＦの点で著しく増加する：
【００６１】
図２Ｃは、別のタイプの皮膜異常を示しており、前記カバー層５は、皮膜異常として、望ましくない隆起を有している。図２Ｃに示す例では、前記静電容量Ｃは皮膜異常ＢＦの点で減少する。
【００６２】
図３Ａは、本発明にかかる測定装置１の実施形態を概略的に示している。前記導電性ブリッスル７が取り付けられた信号出力装置３が、評価のために、前記信号入力装置２によって前記導電性基材層４に入力された測定信号を読み出す。
【００６３】
図３Ａに示す実施形態では、前記信号出力装置３は、複数の湿らせたブリッスル７を備えたブラシと一体化されている。このブラシは、カバー層５の皮膜異常ＢＦを検出するために、前記カバー層５の表面全体を手動でブラッシングしてもコンピュータ制御によりブラッシングしてもよい。出力される測定信号の信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な閾値を越えるとすぐに、皮膜異常ＢＦがその座標と共に出力されるか、又は、メモリ９に格納される。図３Ｂは、一例として、様々な検出された皮膜異常ＢＦを、関連する座標と検出された皮膜異常の詳細又は情報と共に示した表を示している。これらの記述的データは、例えば、皮膜異常ＢＦのタイプ、即ち、皮膜異常が穴（Ｌ）であるか隆起（Ｅ）であるかを開示していてもよい。さらに、検出された信号パラメータ変化を基に皮膜異常の寸法の詳細を算出して格納することができる。
【００６４】
図３Ａに示すブラシは保全技術者により手動でカバー層５全体を案内され、他の実施形態においては、当該ブラシの座標ｘ，ｙが無線インターフェース及び三角測量を用いて決定される。
【００６５】
図３Ａは、単純な構成要素、つまり導電性基材層４及びカバー層５を備えた板を示している。このような板は、ｘ方向とｙ方向の両方において数メートル広がっていてもよい。本発明にかかる測定方法は、単純な表面を有する単純な板に全く限定されず、他の表面、とりわけ円筒状中空体にも適している。可能な実施形態では、図３Ａに示すブラシは、付加的に、前記ブリッスル７を湿らすための電解液を受ける貯留槽を備える。前記柔軟な導電性ブリッスル７は、導電性ポリマー、金属繊維又は天然のブリッスルで構成されていてもよい。天然のブリッスルについては、補助電解質を用いてその導電性を得る。
【００６６】
本発明にかかる測定方法の可能な実施形態では、皮膜異常ＢＦは、検出されるだけでなく、その後自動的に修復される。
【００６７】
図４に示す実施形態では、ユニット６が入力信号を生成し、この入力信号が、信号入力装置２、例えば導電性吸盤を用いて、前記導電性基材層４にカバー層を介して静電容量式に入力される。この静電容量式に入力された測定信号は、前記導電性層４に広がり、信号評価のために前記出力装置３により前記ユニット６に供給される。図４に概略的に示す皮膜異常ＢＦは、ブリッスル７が当該皮膜異常ＢＦ上をブラッシングしたときに著しく大きい信号パラメータ変化を基に認識される。前記入力信号は、例えば、パルス直流電圧信号であってもよい。他の実施形態では、前記入力信号は、周波数の調節が可能な交流電圧信号であってもよい。図４に示す実施形態では、ブラシと一体化された信号出力装置は、制御式モータ１０によって前記カバー層５上を案内され、皮膜異常ＢＦを検出する。モータ１０は、前記ユニット６内のモータ制御装置により駆動される。例えば、前記ブラシは前記カバー層５の表面全体を曲がりくねるように案内されて、皮膜異常ＢＦを検出する。図４に示す実施形態では、前記モータ１０により駆動されるブラシに、検出点において認識された皮膜異常ＢＦを自動的に修復する修復ユニット１１が設けられている。この場合、この修復ユニット１１によって、カバー層５において検出された穴は塞がれ、カバー層５において検出された隆起は取り除かれる。
【００６８】
図５は、本発明にかかる測定装置１のさらなる実施形態を示している。図５に示す実施形態では、静電容量がカバー層５の層厚に影響されるコンデンサを備えたＲＣ部材の充電又は放電時間が検出される。充電及び／又は放電時間の変化が調節可能な時間閾値を越えたときに皮膜異常ＢＦが認識される。例えば５Ｖの直流電圧が、制御式スイッチ１２を用いて、複素抵抗Ｚを有する被測定要素に印加される。前記スイッチ１２を定期的に切り替えることにより、パルス直流電圧信号が生成され、ＲＣ部材の充電又は放電が行われる。例えば、前記スイッチ１２は１秒当たり１０００回切り替えられる。前記カバー層５が損傷しておらず、十分に絶縁している場合、前記複素抵抗Ｚは非常に大きい。前記ＲＣ部材の時間挙動は抵抗Ｒ１及び静電容量Ｃ１に依存している。例えば、抵抗Ｒ１は１Ｍｏｈｍの抵抗を有し、コンデンサＣ１は６８ｐＦの静電容量を有する。被測定表面に皮膜異常BFがある場合、前記複素抵抗Ｚが変化する。連続的な穴の場合、信号入力装置と信号出力装置との間に短い回路が生じ、図５に示すコンデンサＣ２がＲＣ部材に対して並列に接続される。前記コンデンサＣ２は、例えば、１００ｎＦの静電容量を有する。前記コンデンサＣ２の並列接続により、前記ＲＣ部材の充電及び放電時間が極端に増加する。この充電及び放電時間の変化が評価ユニット６のマイクロプロセッサにより検出される。
【００６９】
図６は、本発明にかかる測定装置１のさらなる実施形態を示している。この場合、前記ユニット６内の信号生成装置を用いて、被覆された要素において信号周波数の調節が可能な交流電圧信号が信号入力装置を介して静電容量式に入力され、その後、今度は信号出力装置を介して静電容量式に出力され、評価される。前記信号入力装置は、例えば、静電容量Ｃ１の導電性吸盤からなる。前記信号出力装置は、例えば、静電容量Ｃ２の濡れたブラシ又は湿らせたブラシからなる。前記交流電圧信号は、例えば、正弦波交流電圧信号である。濡れたブラシで形成することができる測定信号センサ又は信号出力装置は、損傷していない表面と共に、例えば、約１００ｐＦの静電容量を有する。被覆されたモジュールが損傷している場合、抵抗Ｚが低下し、前記交流電圧信号の測定される振幅の増加につながる。この増加が前記評価ユニット６により検出される。さらなる測定の変形例が可能である。例えば、損傷していない状態の、即ち、皮膜異常がない被検査表面は、ほとんど理想的なコンデンサであり、測定される電流と測定される電圧信号との間の最大９０°の位相変位を供給する。カバー層が局所的な欠陥を有する場合、静電容量が減少するか、又は、静電容量が全く無くなる。この結果、位相角の変化が０になる。この位相角変化Δφを評価ユニット６により検出することができる。
【００７０】
図７は、本発明にかかる測定方法の可能な実施形態の簡単なフローチャートを示している。
【００７１】
第１工程Ｓ１では、入力信号が直接的又は間接的に導電性基材層４に入力される。入力は、例えば、静電容量式に又は誘導式に行うことができる。可能な実施形態では、前記入力信号はパルス直流電圧信号である。他の実施形態では、前記入力信号は周波数の調節が可能な交流電圧信号である。
【００７２】
次の工程Ｓ２では、前記基材層４からカバー層５を介して測定信号が出力される。この測定信号は、同様に誘導式に又は静電容量式に出力することができる。
【００７３】
さらに次の工程Ｓ３では、前記出力された測定信号が評価される。この場合、この出力された測定信号の少なくとも１つの信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な閾値を越えたときに前記カバー層５における皮膜異常が検出される。この調節可能な閾値は、例えば、前記カバー層５の層厚を考慮していてもよい。前記測定信号は、場所的に可変の点で、工程Ｓ２において出力されるが、この測定信号を受信するために、湿らせたブラシ又は導電性ブリッスルを備えるブラシが、例えば、前記カバー層５の表面全体を移動せしめられる。
【００７４】
図８は、本発明にかかる測定装置１の測定結果を概略的に示している。前記カバー層５の厚さは、例えば、高さプロファイルとして格納される。図示した実施形態では、カバー層は、点Ｘ１，Ｙ１において、貫通して前記基材層４まで到達する凹みを有する。
【００７５】
本発明にかかる方法及び本発明にかかる測定装置１は、様々な方法で用いることができる。例えば、ラッカー層で覆われた炭素繊維強化プラスチック材料の皮膜異常を、本発明にかかる測定装置１を用いて判定することができる。このような炭素繊維強化プラスチック材料は、例えば、航空機製造又は車両製造に用いられる。本発明にかかる測定方法によって、どのように形成された表面でも、用いる信号電圧を小さくして、皮膜異常を非破壊的に検出することが可能になる。この小さい信号電圧は保全技術者を危険にさらすことがない。一方、調査対象のカバー層の損傷もない。誘導式又は静電容量式に入力を行うので、導電性基材層４との直接伝導的な電気的接触の必要がない。
【００７６】
本発明にかかる測定装置１のさらなる変形例では、前記信号出力装置３が前記カバー層５上を移動せしめられるのではなく、被測定要素が、定置された信号出力装置３上を移動せしめられる。
【００７７】
本発明にかかる測定装置１のさらなる実施形態の変形例では、前記評価ユニット６からの／への信号伝達は、無線インターフェースを介して、信号入出力装置を介して行われる。さらに、前記評価ユニット６は、ネットワークを介して、リモートサーバ及び関連するデータベースに接続されていてもよい。
【００７８】
本発明にかかる測定装置１のさらなる実施形態の変形例では、受信した信号の１つの信号パラメータだけではなく、複数の信号パラメータ、例えば、信号振幅及び位相変化が評価される。複数の信号パラメータを評価することにより、皮膜異常のタイプ及び大きさの両方について皮膜異常ＢＦの測定の精度を上げることができる。
【００７９】
可能な実施形態の変形例では、特性／目標値がユーザインタフェースを介して入力される。例えば、保全技術者によって前記カバー層５の所望の層厚が入力され、これを基に信号パラメータの目標値が算出される。測定される信号パラメータと期待される目標値との差が入力することができる閾値よりも大きい場合に皮膜異常ＢＦが検出される。
【００８０】
本発明にかかる測定装置１は、例えば、品質保証に用いることができる。この場合、限界値、例えば、長期的な保護を保証する目標値を入力して確かめることができる。その結果、特に、腐食損傷の危険性及びリスクが最小となる。このような品質保証基準を規定して管理することができる。さらに、測定装置１は、部品サプライヤにより予め設置することができる。本発明にかかる測定方法は、電気絶縁性カバー層５に覆われたどのような導電性基材層４の皮膜異常の検出にも適している。本発明にかかる測定装置１は、特に、航空宇宙部門及び自動車産業において適している。
【符号の説明】
【００８１】
１ 測定装置
２ 信号入力装置
３ 信号出力装置
４ 基材層
５ カバー層
６ 評価ユニット
７ ブリッスル
８ 電解液
９ メモリ
１０ モータ
１１ 修復ユニット
１２ スイッチ
ＢＦ 皮膜異常
Ｃ 静電容量
Ｃ１−Ｃ２ コンデンサ
Δφ 位相角変化
Ｅ 隆起
Ｌ 穴
Ｓ１ 入力
Ｓ２ 出力
Ｓ３ 検出
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの電気絶縁性カバー層で覆われた導電性基材層の皮膜異常を非破壊的に検出する方法及びそのための測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、金属又は炭素繊維強化プラスチック材料からなる導電性基材層は、例えば腐食からこれを保護するために電気絶縁性カバー層で覆われる。この場合、カバー層は受動的防食を形成しており、これにより、腐食性材料が基材層に到達してそこで化学反応又は電気化学反応を引き起こすことが防止される。この電気絶縁性カバー層には、例えば、気孔、割れ、気泡などの様々な欠陥がある可能性がある。これらの皮膜の欠陥が発見されないままであると、その下の導電性基材が腐食する可能性がある。これが非金属基材であると、そこで電気化学反応が起こり、これにより、卑金属と接触した場合には接触腐食が誘発されることもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、誘導式及び静電容量式の測定方法が用いられるが、これは、測定ヘッドの間隔が開くにつれて、その誘導性又は静電容量が変化することに基づいている。この誘導性又は静電容量の変化は、その後、間隔値又は層厚値に変換される。しかしながら、このような従来の誘導式及び静電容量式の方法は、十分に小さい検出器又は測定ヘッドを用いたとしても、皮膜又はカバー層の表面のより小さい欠陥の検出には適していない。これらの従来の検出方法において用いられる検出器ヘッドには、カバー層上に平らに置かれなければならず、測定ヘッドのごく僅かな傾きでさえも、深刻な信号の変化につながるという欠点がある。したがって、例えば約数マイクロメートルの大きさの欠陥を検出するために、例えば１００μｍの大きさの小型化された検出器ヘッドを採用したとしても、これらの既知の誘導式及び静電容量式の測定方法を用いることはできない。
【０００４】
層厚を測定する別の従来の方法では、カバー層の試験に高電圧を使用する。高電圧が印加されるので、損傷点又は欠陥においてアークが発生する。この方法の欠点は、高電圧を印加する際に、導電性基材層を高電圧源に導電的に接続しなければならない点である。この従来の測定方法のさらなる欠点は、非破壊的に機能しない点である。電気絶縁性カバー層に弱点又は欠陥がある場合、測定することによってこの欠陥の程度がさらに大きくなったり、被測定絶縁性カバー層が完全に破断したりする。
【０００５】
したがって、最小の皮膜異常でも、安全・確実に且つ非破壊的に検出されるようにする方法及び測定装置の提供が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に開示された特徴を有する方法により、本発明に従って達成される。
【０００７】
本発明は、少なくとも１つの電気絶縁性カバー層で覆われた導電性基材層の皮膜異常を非破壊的に検出する方法であって、
ａ）前記基材層に入力信号を入力することと、
ｂ）前記基材層から前記カバー層を介して測定信号を出力することと、
ｃ）前記出力された測定信号の信号パラメータの信号パラメータ変化が、調節可能な閾値を越えたときに皮膜異常を検出すること
からなる方法を提供する。
【０００８】
本発明にかかる方法は非破壊的に機能する、即ち、電気絶縁性カバー層の既存の弱点又は前記カバー層の欠陥において、この皮膜異常がそれ以上拡大することがない。このことは、測定の結果として未臨界状態の皮膜異常が臨界皮膜異常に変わることがないことも意味している。
【０００９】
本発明にかかる測定方法のさらなる利点は、導電性基材層との直接接触は必要ない点である。このことは、皮膜又は電気絶縁性カバー層が被測定要素を完全に取り囲んでおり、カバー層への機械的損傷があって初めて導電性基材層の直接接触が可能である場合に特に重要である。この時、この機械的損傷は修復する必要があろう。
【００１０】
本発明にかかる測定方法により、前記カバー層又は皮膜を通して入力信号を入力することが可能となり、前記皮膜又はカバー層が損なわれることなく、前記要素のあらゆる点で入力信号を加えることができる。
【００１１】
本発明にかかる方法の一実施形態では、前記測定信号は、前記絶縁性カバー層の表面全体を案内される柔軟な導電性ブリッスルを用いて出力される。
【００１２】
この場合、前記柔軟な導電性ブリッスルは、電解液又は補助電解質で湿らせてあることが好ましい。
【００１３】
本発明にかかる方法の一実施形態では、前記入力信号は、静電容量式に又は誘導式に前記導電性基材層に入力される。
【００１４】
本発明にかかる方法のさらなる実施形態では、前記入力信号は、パルス直流電圧信号で形成される。
【００１５】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、前記入力信号は、周波数の調節が可能な交流電圧信号で形成される。
【００１６】
この交流電圧信号は、例えば、信号周波数の調節が可能な正弦波交流電圧信号である。
【００１７】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、検出された皮膜異常の座標が検出される。
【００１８】
本発明にかかる方法のさらなる実施形態では、皮膜異常タイプが判定される。
【００１９】
本発明にかかる方法の実施形態では、皮膜異常が、前記基材層まで貫通している穴で形成されているか、前記基材層まで貫通していない前記カバー層の穴で形成されているか、前記カバー層の隆起で形成されているかが検出される。
【００２０】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、各皮膜異常は、その後、検出された皮膜異常タイプに応じて自動的に修復される。
【００２１】
本発明にかかる方法の一実施形態では、修復のために、検出されたカバー層の穴は塞がれ、認識されたカバー層の隆起は取り除かれる。
【００２２】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、前記電解液は脱イオン水である。
【００２３】
脱イオン水には、依然として十分に高い導電性を有する一方、蒸発後、カバー層又は皮膜に目に見える残留物を残さないという利点がある。
【００２４】
電解液又は補助電解質として脱イオン水を用いるさらなる利点は、蒸留水は保全技術者が簡単に用いることができ、さらに、保全技術者に対して健康上のリスクをもたらさない点である。
【００２５】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、前記柔軟な導電性ブリッスルは、前記電気絶縁性カバー層の表面をブラッシングするブラシに取り付けられる。
【００２６】
本発明にかかる方法の一実施形態では、前記柔軟な導電性ブリッスルは、導電性ポリマー、金属繊維又は天然のブリッスルからなり、天然のブリッスルについては、補助電解質を用いて、例えば、脱イオン水を用いてその導電性を得る。
【００２７】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、前記出力される測定信号の時間的な振幅変動が検出され、振幅変化が調節可能な振幅閾値を越えたときに皮膜異常が認識される。
【００２８】
本発明にかかる方法のさらなる実施形態では、前記出力される測定信号の電流と電圧との位相ずれが検出され、位相変化が調節可能な位相閾値を越えたときに皮膜異常が認識される。
【００２９】
本発明にかかる方法のさらなる実施形態では、静電容量が前記カバー層の層厚に影響されるコンデンサを備えたＲＣ部材の充電及び／又は放電時間が検出され、充電及び／又は放電時間の変化が調節可能な時間閾値を越えたときに皮膜異常が認識される。
【００３０】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、前記導電性基材層は、炭素繊維強化プラスチック材料、金属又は半導体材料からなる。
【００３１】
本発明にかかる方法の可能な実施形態では、前記電気絶縁性カバー層は保護ラッカーを備える。
【００３２】
本発明にかかる方法のさらなる実施形態では、前記カバー層の厚さ及び皮膜異常の大きさが信号パラメータ変化に応じて算出される。
【００３３】
本発明は、さらに、少なくとも１つの電気絶縁性カバー層で覆われた導電性基材層の皮膜異常を非破壊的に検出する測定装置であって、
ａ）前記基材層に入力信号を入力する信号入力装置と、
ｂ）前記基材層から前記カバー層を介して測定信号を出力する信号出力装置と、
ｃ）前記出力された測定信号を評価する評価ユニットであって、前記出力された測定信号の信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な閾値を越えたときに皮膜異常を検出する評価ユニット
からなる測定装置を提供する。
【００３４】
本発明にかかる測定装置の可能な実施形態では、前記信号入力装置は、前記入力信号を、前記基材層に誘導式に又は静電容量式に入力する。
【００３５】
本発明にかかる測定装置の可能な実施形態では、前記信号出力装置は、前記出力信号を、前記基材層から前記カバー層を介して誘導式に又は静電容量式に出力する。
【００３６】
本発明にかかる測定装置の可能な実施形態では、前記信号出力装置は、柔軟な導電性ブリッスルを有する。
【００３７】
本発明にかかる測定装置の一実施形態では、前記信号出力装置は、前記ブリッスルを湿らせるために設けられる、電解液を受ける貯留槽を有する。
【００３８】
本発明にかかる測定装置の一実施形態では、前記電解液は、蒸留水又は脱イオン水からなる。
【００３９】
本発明にかかる測定装置の一実施形態では、前記信号出力装置はモータを備えており、このモータは、皮膜異常検出のために前記カバー層を走査するため、当該カバー層の表面全体にわたって当該信号出力装置を移動させる。
【００４０】
本発明にかかる測定装置の一実施形態では、前記移動可能な信号出力装置の空間座標が、前記測定信号の信号パラメータと共にメモリに格納され、評価される。
【００４１】
本発明にかかる測定装置の可能な実施形態では、最後者はマイクロプロセッサを備える。
【００４２】
本発明にかかる測定装置の可能な実施形態では、前記信号入力装置は、導電性吸盤、伝導性フォームラバー、伝導性ロール又は伝導性ローラを備える。
【００４３】
本発明にかかる測定装置の可能な実施形態では、前記信号入力装置は、測定のために、絶縁される前記カバー層、又は、前記導電性基材層に取り付けられる。
【００４４】
本発明は、さらに、少なくとも１つの電気絶縁性カバー層に覆われた導電性基材層の皮膜異常を非破壊的に検出する方法を実施するプログラム指令を有するコンピュータプログラムであって、
ａ）前記基材層に入力信号を入力することと、
ｂ）前記基材層から前記カバー層を介して測定信号を出力することと、
ｃ）前記出力された測定信号の信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な閾値を越えたときに皮膜異常を検出すること
からなるコンピュータプログラムを提供する。
【００４５】
本発明は、さらに、このようなコンピュータプログラムを格納するデータキャリアを提供する。
【００４６】
本発明は、さらに、本発明にかかる方法によって得られる測定結果を格納するデータキャリアを提供する。
【００４７】
皮膜異常の非破壊的検出のための本発明にかかる方法及び本発明にかかる測定装置の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】図１Ａは、皮膜異常の非破壊的検出のための本発明にかかる測定装置の実施形態を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、皮膜異常の非破壊的検出のための本発明にかかる測定装置の実施形態を示す。
【図２】図２は、本発明にかかる測定方法を説明するための様々なタイプの検出可能な皮膜異常を示す。
【図３】図３は、本発明にかかる測定装置のさらなる図を示す。
【図４】図４は、本発明にかかる測定装置のさらなる実施形態を示すさらなるブロック図を示す。
【図５】図５は、本発明にかかる測定装置の実施形態を示す。
【図６】図６は、本発明にかかる測定装置のさらなる実施形態を示す。
【図７】図７は、皮膜異常の非破壊的検出のための本発明にかかる方法の実施形態の簡単なフローチャートを示す。
【図８】図８は、本発明にかかる方法の代表的な測定結果を説明するグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１Ａ及び図１Ｂでわかるように、皮膜異常ＢＦを非破壊的に検出するための本発明にかかる測定装置１は、信号入力装置２と信号出力装置３とを有する。前記測定装置１は、少なくとも１つの電気絶縁性カバー層５で覆われた導電性基材層４の皮膜異常を検出する。前記導電性基材層４は炭素繊維強化プラスチック材料で構成されていてもよい。他の実施形態では、前記導電性基材層４は金属又は半導体材料で構成される。前記電気絶縁性カバー層５は、例えば、保護ラッカーで構成される。可能な実施形態では、この保護ラッカーは腐食抑制剤である。
【００５０】
図１Ａ及び図１Ｂでわかるように、前記基材層４に入力信号を入力する前記信号入力装置２及び、前記基材層４から測定信号を出力する前記信号出力装置３は、ユニット６に接続されており、このユニット６は、前記入力信号を生成する一方で、前記信号出力装置３により供給される測定信号を評価するために設けられる。
【００５１】
前記信号入力装置２は、前記ユニット６により生成された入力信号を、前記導電性基材層４に誘導式に又は静電容量式に入力する。図１Ａに示す実施形態では、前記導電性基材層４への静電容量式入力が前記電気絶縁性カバー層５を通して行われる。一方、図１Ｂに示す実施形態では、前記入力信号の入力は前記基材層４に対して直接的に行われる。図１Ａに示した、前記カバー層５を介した入力信号の静電容量式入力の実施形態には、前記導電性基材層４に直接接触させる必要がないという利点がある。これは、前記導電性層４が絶縁性カバー層５に完全に取り囲まれており、当該電気絶縁性カバー層５に損傷を与えずに前記基材層４に直接電気的接触を行うことができない場合に特に有利である。
【００５２】
可能な実施形態では、前記信号入力装置２は導電性吸盤を備え、この吸盤は、図１Ａに示すように、前記電気絶縁性カバー層５上に置かれるか、又は、図１Ｂに示すように、前記導電性層４に直接取り付けられる。
【００５３】
他の実施形態では、前記信号入力装置２は、例えば、伝導性フォームラバーである。さらなる実施形態では、前記信号入力装置２は、伝導性ロール又は伝導性ローラからなる。
【００５４】
図１Ａ及び図１Ｂに示す電気絶縁性カバー層５には皮膜異常ＢＦがある。図示例では、皮膜異常ＢＦは穴であり、これは前記基材層４まで貫通している。図２Ａ、図２Ｂ及び図３Ｃと併せて説明しているように、別のタイプの皮膜異常も起こり得る。前記信号出力装置３を用いて皮膜異常ＢＦを検出するために、前記導電性基材層４に入力された測定信号が出力され、その後前記評価ユニット６により評価される。前記測定信号は、同様に、誘導式に又は静電容量式に出力することができる。
【００５５】
図１Ａ及び図１Ｂに示す実施形態では、前記信号出力装置３は柔軟な導電性ブリッスル７を備えており、これはブラシに取り付けられてもよい。このブラシは、図１Ａ及び図１Ｂに概略的に示すように、前記電気絶縁性カバー層５の表面全体をブラッシングする。前記入力された測定信号は、この柔軟な導電性ブリッスルを用いて出力され、前記評価ユニット６に供給される。この評価ユニット６は、前記出力された測定信号を評価し、前記出力された測定信号の少なくとも１つの信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な桁の値を超えたときに皮膜異常ＢＦが検出される。図１Ａ及び１Ｂに示すように、前記信号出力装置３の柔軟な導電性ブリッスル７又は前記カバー層５の表面を電解液８で湿らせる。この電解液８は、導電性の補助電解質を形成する。可能な実施形態では、前記電解液は、脱イオン水で形成されており、又は蒸留水で形成されても構わない。可能な実行手順は、まず、前記信号出力装置３の前記ブリッスル７を前記補助電解質又は電解液で湿らせ、その後、この湿らせたブリッスル７を備えたブラシ又は出力装置３を、前記カバー層５の表面全体にわたって案内する。１又はそれ以上のブリッスル７が皮膜異常上を移動するとすぐに、出力される測定信号の信号パラメータ変化が生じ、前記評価ユニット６がこれを検出する。さらに、可能な実施形態では、前記信号パラメータ変化を基に皮膜異常ＢＦのタイプを推定することもできる。
【００５６】
可能な実施形態では、出力される測定信号の時間的な振幅変動が検出され、振幅変化ΔＡが調節可能な振幅閾値を越えたときに皮膜異常ＢＦが認識される。
【００５７】
他の実施形態では、出力される測定信号の電流と電圧信号との位相ずれが前記評価ユニット６によって検出され、位相変化Δφが調節可能な位相閾値を越えたときに皮膜異常ＢＦが認識される。
【００５８】
さらなる実施形態では、静電容量が前記カバー層５の層厚に影響されるコンデンサを備えたＲＣ部材の充電及び／又は放電時間が前記評価ユニット６によって検出され、充電及び／又は放電時間変化が調節可能な時間閾値を越えたときに皮膜異常ＢＦが認識される。
【００５９】
前記信号パラメータ変化により、皮膜異常ＢＦのタイプ及び広がりを認識することが可能になる。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、様々な検出可能な皮膜異常のタイプを示している。図２Ａに示す皮膜異常のタイプは、前記カバー層５に存在し、前記導電性基材層４まで貫通している穴である。図２Ａに概略的に示す穴は、ごく小さな穴又は割れであってもよく、このような穴又は割れの空間的広がりは、ブリッスル７の直径より大きくても小さくても。
【００６０】
図２Ｂに示す皮膜異常ＢＦは、前記カバー層５の穴であり、これは前記基材層４まで貫通していない。この皮膜異常ＢＦの点で静電容量が著しく増加するので、このような皮膜異常も本発明にかかる測定方法によって検出することができる。これは、前記湿らせたブリッスル７の前記導電性基材層４との間隔が皮膜異常の点においてそれ以外の点よりも小さくなるためである。コンデンサの静電容量Ｃはその板間の間隔ｄに反比例するので、静電容量Ｃは図２Ｂに示す皮膜異常ＢＦの点で著しく増加する：
【００６１】
図２Ｃは、別のタイプの皮膜異常を示しており、前記カバー層５は、皮膜異常として、望ましくない隆起を有している。図２Ｃに示す例では、前記静電容量Ｃは皮膜異常ＢＦの点で減少する。
【００６２】
図３Ａは、本発明にかかる測定装置１の実施形態を概略的に示している。前記導電性ブリッスル７が取り付けられた信号出力装置３が、評価のために、前記信号入力装置２によって前記導電性基材層４に入力された測定信号を読み出す。
【００６３】
図３Ａに示す実施形態では、前記信号出力装置３は、複数の湿らせたブリッスル７を備えたブラシと一体化されている。このブラシは、カバー層５の皮膜異常ＢＦを検出するために、前記カバー層５の表面全体を手動でブラッシングしてもコンピュータ制御によりブラッシングしてもよい。出力される測定信号の信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な閾値を越えるとすぐに、皮膜異常ＢＦがその座標と共に出力されるか、又は、メモリ９に格納される。図３Ｂは、一例として、様々な検出された皮膜異常ＢＦを、関連する座標と検出された皮膜異常の詳細又は情報と共に示した表を示している。これらの記述的データは、例えば、皮膜異常ＢＦのタイプ、即ち、皮膜異常が穴（Ｌ）であるか隆起（Ｅ）であるかを開示していてもよい。さらに、検出された信号パラメータ変化を基に皮膜異常の寸法の詳細を算出して格納することができる。
【００６４】
図３Ａに示すブラシは保全技術者により手動でカバー層５全体を案内され、他の実施形態においては、当該ブラシの座標ｘ，ｙが無線インターフェース及び三角測量を用いて決定される。
【００６５】
図３Ａは、単純な構成要素、つまり導電性基材層４及びカバー層５を備えた板を示している。このような板は、ｘ方向とｙ方向の両方において数メートル広がっていてもよい。本発明にかかる測定方法は、単純な表面を有する単純な板に全く限定されず、他の表面、とりわけ円筒状中空体にも適している。可能な実施形態では、図３Ａに示すブラシは、付加的に、前記ブリッスル７を湿らすための電解液を受ける貯留槽を備える。前記柔軟な導電性ブリッスル７は、導電性ポリマー、金属繊維又は天然のブリッスルで構成されていてもよい。天然のブリッスルについては、補助電解質を用いてその導電性を得る。
【００６６】
本発明にかかる測定方法の可能な実施形態では、皮膜異常ＢＦは、検出されるだけでなく、その後自動的に修復される。
【００６７】
図４に示す実施形態では、ユニット６が入力信号を生成し、この入力信号が、信号入力装置２、例えば導電性吸盤を用いて、前記導電性基材層４にカバー層を介して静電容量式に入力される。この静電容量式に入力された測定信号は、前記導電性層４に広がり、信号評価のために前記出力装置３により前記ユニット６に供給される。図４に概略的に示す皮膜異常ＢＦは、ブリッスル７が当該皮膜異常ＢＦ上をブラッシングしたときに著しく大きい信号パラメータ変化を基に認識される。前記入力信号は、例えば、パルス直流電圧信号であってもよい。他の実施形態では、前記入力信号は、周波数の調節が可能な交流電圧信号であってもよい。図４に示す実施形態では、ブラシと一体化された信号出力装置は、制御式モータ１０によって前記カバー層５上を案内され、皮膜異常ＢＦを検出する。モータ１０は、前記ユニット６内のモータ制御装置により駆動される。例えば、前記ブラシは前記カバー層５の表面全体を曲がりくねるように案内されて、皮膜異常ＢＦを検出する。図４に示す実施形態では、前記モータ１０により駆動されるブラシに、検出点において認識された皮膜異常ＢＦを自動的に修復する修復ユニット１１が設けられている。この場合、この修復ユニット１１によって、カバー層５において検出された穴は塞がれ、カバー層５において検出された隆起は取り除かれる。
【００６８】
図５は、本発明にかかる測定装置１のさらなる実施形態を示している。図５に示す実施形態では、静電容量がカバー層５の層厚に影響されるコンデンサを備えたＲＣ部材の充電又は放電時間が検出される。充電及び／又は放電時間の変化が調節可能な時間閾値を越えたときに皮膜異常ＢＦが認識される。例えば５Ｖの直流電圧が、制御式スイッチ１２を用いて、複素抵抗Ｚを有する被測定要素に印加される。前記スイッチ１２を定期的に切り替えることにより、パルス直流電圧信号が生成され、ＲＣ部材の充電又は放電が行われる。例えば、前記スイッチ１２は１秒当たり１０００回切り替えられる。前記カバー層５が損傷しておらず、十分に絶縁している場合、前記複素抵抗Ｚは非常に大きい。前記ＲＣ部材の時間挙動は抵抗Ｒ１及び静電容量Ｃ１に依存している。例えば、抵抗Ｒ１は１Ｍｏｈｍの抵抗を有し、コンデンサＣ１は６８ｐＦの静電容量を有する。被測定表面に皮膜異常BFがある場合、前記複素抵抗Ｚが変化する。連続的な穴の場合、信号入力装置と信号出力装置との間に短い回路が生じ、図５に示すコンデンサＣ２がＲＣ部材に対して並列に接続される。前記コンデンサＣ２は、例えば、１００ｎＦの静電容量を有する。前記コンデンサＣ２の並列接続により、前記ＲＣ部材の充電及び放電時間が極端に増加する。この充電及び放電時間の変化が評価ユニット６のマイクロプロセッサにより検出される。
【００６９】
図６は、本発明にかかる測定装置１のさらなる実施形態を示している。この場合、前記ユニット６内の信号生成装置を用いて、被覆された要素において信号周波数の調節が可能な交流電圧信号が信号入力装置を介して静電容量式に入力され、その後、今度は信号出力装置を介して静電容量式に出力され、評価される。前記信号入力装置は、例えば、静電容量Ｃ１の導電性吸盤からなる。前記信号出力装置は、例えば、静電容量Ｃ２の濡れたブラシ又は湿らせたブラシからなる。前記交流電圧信号は、例えば、正弦波交流電圧信号である。濡れたブラシで形成することができる測定信号センサ又は信号出力装置は、損傷していない表面と共に、例えば、約１００ｐＦの静電容量を有する。被覆されたモジュールが損傷している場合、抵抗Ｚが低下し、前記交流電圧信号の測定される振幅の増加につながる。この増加が前記評価ユニット６により検出される。さらなる測定の変形例が可能である。例えば、損傷していない状態の、即ち、皮膜異常がない被検査表面は、ほとんど理想的なコンデンサであり、測定される電流と測定される電圧信号との間の最大９０°の位相変位を供給する。カバー層が局所的な欠陥を有する場合、静電容量が減少するか、又は、静電容量が全く無くなる。この結果、位相角の変化が０になる。この位相角変化Δφを評価ユニット６により検出することができる。
【００７０】
図７は、本発明にかかる測定方法の可能な実施形態の簡単なフローチャートを示している。
【００７１】
第１工程Ｓ１では、入力信号が直接的又は間接的に導電性基材層４に入力される。入力は、例えば、静電容量式に又は誘導式に行うことができる。可能な実施形態では、前記入力信号はパルス直流電圧信号である。他の実施形態では、前記入力信号は周波数の調節が可能な交流電圧信号である。
【００７２】
次の工程Ｓ２では、前記基材層４からカバー層５を介して測定信号が出力される。この測定信号は、同様に誘導式に又は静電容量式に出力することができる。
【００７３】
さらに次の工程Ｓ３では、前記出力された測定信号が評価される。この場合、この出力された測定信号の少なくとも１つの信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な閾値を越えたときに前記カバー層５における皮膜異常が検出される。この調節可能な閾値は、例えば、前記カバー層５の層厚を考慮していてもよい。前記測定信号は、場所的に可変の点で、工程Ｓ２において出力されるが、この測定信号を受信するために、湿らせたブラシ又は導電性ブリッスルを備えるブラシが、例えば、前記カバー層５の表面全体を移動せしめられる。
【００７４】
図８は、本発明にかかる測定装置１の測定結果を概略的に示している。前記カバー層５の厚さは、例えば、高さプロファイルとして格納される。図示した実施形態では、カバー層は、点Ｘ１，Ｙ１において、貫通して前記基材層４まで到達する凹みを有する。
【００７５】
本発明にかかる方法及び本発明にかかる測定装置１は、様々な方法で用いることができる。例えば、ラッカー層で覆われた炭素繊維強化プラスチック材料の皮膜異常を、本発明にかかる測定装置１を用いて判定することができる。このような炭素繊維強化プラスチック材料は、例えば、航空機製造又は車両製造に用いられる。本発明にかかる測定方法によって、どのように形成された表面でも、用いる信号電圧を小さくして、皮膜異常を非破壊的に検出することが可能になる。この小さい信号電圧は保全技術者を危険にさらすことがない。一方、調査対象のカバー層の損傷もない。誘導式又は静電容量式に入力を行うので、導電性基材層４との直接伝導的な電気的接触の必要がない。
【００７６】
本発明にかかる測定装置１のさらなる変形例では、前記信号出力装置３が前記カバー層５上を移動せしめられるのではなく、被測定要素が、定置された信号出力装置３上を移動せしめられる。
【００７７】
本発明にかかる測定装置１のさらなる実施形態の変形例では、前記評価ユニット６からの／への信号伝達は、無線インターフェースを介して、信号入出力装置を介して行われる。さらに、前記評価ユニット６は、ネットワークを介して、リモートサーバ及び関連するデータベースに接続されていてもよい。
【００７８】
本発明にかかる測定装置１のさらなる実施形態の変形例では、受信した信号の１つの信号パラメータだけではなく、複数の信号パラメータ、例えば、信号振幅及び位相変化が評価される。複数の信号パラメータを評価することにより、皮膜異常のタイプ及び大きさの両方について皮膜異常ＢＦの測定の精度を上げることができる。
【００７９】
可能な実施形態の変形例では、特性／目標値がユーザインタフェースを介して入力される。例えば、保全技術者によって前記カバー層５の所望の層厚が入力され、これを基に信号パラメータの目標値が算出される。測定される信号パラメータと期待される目標値との差が入力することができる閾値よりも大きい場合に皮膜異常ＢＦが検出される。
【００８０】
本発明にかかる測定装置１は、例えば、品質保証に用いることができる。この場合、限界値、例えば、長期的な保護を保証する目標値を入力して確かめることができる。その結果、特に、腐食損傷の危険性及びリスクが最小となる。このような品質保証基準を規定して管理することができる。さらに、測定装置１は、部品サプライヤにより予め設置することができる。本発明にかかる測定方法は、電気絶縁性カバー層５に覆われたどのような導電性基材層４の皮膜異常の検出にも適している。本発明にかかる測定装置１は、特に、航空宇宙部門及び自動車産業において適している。
【符号の説明】
【００８１】
１ 測定装置
２ 信号入力装置
３ 信号出力装置
４ 基材層
５ カバー層
６ 評価ユニット
７ ブリッスル
８ 電解液
９ メモリ
１０ モータ
１１ 修復ユニット
１２ スイッチ
ＢＦ 皮膜異常
Ｃ 静電容量
Ｃ１−Ｃ２ コンデンサ
Δφ 位相角変化
Ｅ 隆起
Ｌ 穴
Ｓ１ 入力
Ｓ２ 出力
Ｓ３ 検出
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基材（４）を覆う電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）を非破壊的に検出する測定装置（１）であって、
ａ）前記導電性基材（４）に前記電気絶縁性層（５）を介して入力信号を入力する信号入力装置（２）と、
ｂ）柔軟な導電性ブリッスル（７）を有し、前記導電性基材（４）から前記電気絶縁性層（５）を介して測定信号を出力する移動可能な信号出力装置（３）と、
ｃ）前記出力された測定信号を評価する評価ユニット（６）であって、前記出力された測定信号の信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な閾値を越えたときに前記電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）を検出する評価ユニット（６）
からなる測定装置（１）。
【請求項２】
前記信号出力装置（３）は、前記ブリッスル（７）を湿らせるために設けられる、電解液を受ける貯留槽を有する請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記電解液は水又は脱イオン水からなる請求項２記載の測定装置。
【請求項４】
前記信号入力装置（２）は、導電性吸盤、伝導性フォームラバー、伝導性ロール又は伝導性ローラを備える請求項１乃至３記載の測定装置。
【請求項５】
前記信号入力装置（２）は、測定のために、絶縁される前記層（５）に取り付けられる請求項４記載の測定装置。
【請求項６】
前記信号入力装置（２）は、前記入力信号を、前記導電性基材（４）に誘導式に又は静電容量式に入力する請求項１記載の測定装置。
【請求項７】
前記信号出力装置（３）は、前記測定信号を、前記基材（４）から前記電気絶縁性層（５）を介して誘導式に又は静電容量式に出力する請求項６記載の測定装置。
【請求項８】
前記移動可能な信号出力装置（３）は、皮膜異常（ＢＦ）の認識のために前記電気絶縁性層（５）を走査するため、当該電気絶縁性層（５）の表面全体にわたって当該信号出力装置（３）を移動させるモータ（１０）を備える請求項１乃至７記載の測定装置。
【請求項９】
前記移動可能な信号出力装置（３）の空間座標（ｘ，ｙ）が前記検出信号の信号パラメータと共にメモリに格納され、評価される請求項８記載の測定装置。
【請求項１０】
導電性基材（４）を覆う少なくとも１つの電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）を非破壊的に検出する方法であって、
ａ）前記基材（４）に前記電気絶縁性層（５）を介して入力信号を入力すること（Ｓ１）と、
ｂ）前記基材層（４）から前記電気絶縁性層（５）及び柔軟な導電性ブリッスル（７）を介して測定信号を出力すること（Ｓ２）と、
ｃ）前記出力された測定信号の信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な閾値を越えたときに前記電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）を検出すること（Ｓ３）
からなる方法。
【請求項１１】
前記入力信号は、静電容量式に又は誘導式に前記導電性基材（４）に入力される請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記入力信号は、パルス直流電圧信号で、又は、周波数の調節が可能な交流電圧信号で形成される請求項１０又は１１記載の方法。
【請求項１３】
検出された皮膜異常（ＢＦ）の座標及び皮膜異常タイプが確立される請求項１０乃至１２記載の方法。
【請求項１４】
各皮膜異常は、その後、認識された皮膜異常（ＢＦ）のタイプに応じて自動的に修復される請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記出力された測定信号の時間的な振幅変動が検出され、振幅変化（ΔＡ）が調節可能な振幅閾値を越えたときに前記電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）が認識される請求項１０乃至１４記載の方法。
【請求項１６】
前記出力された測定信号の電流と電圧との位相ずれが検出され、位相変化（Δφ）が調節可能な位相閾値を越えたときに前記電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）が認識される請求項１０乃至１４記載の方法。
【請求項１７】
静電容量が前記電気絶縁性層（５）の層厚に影響されるコンデンサを備えたＲＣ部材の充電及び／又は放電時間が検出され、充電及び／又は放電時間変化（Δｔ）が調節可能な時間閾値を越えたときに前記電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）が認識される請求項１０乃至１４記載の方法。
【請求項１８】
前記電気絶縁性層（５）の厚さ及び皮膜異常（ＢＦ）の大きさが信号パラメータ変化に応じて算出される請求項１０乃至１７記載の方法。
【請求項１】
導電性基材（４）を覆う電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）を非破壊的に検出する測定装置（１）であって、
ａ）前記導電性基材（４）に前記電気絶縁性層（５）を介して入力信号を入力する信号入力装置（２）と、
ｂ）柔軟な導電性ブリッスル（７）を有し、前記導電性基材（４）から前記電気絶縁性層（５）を介して測定信号を出力する移動可能な信号出力装置（３）と、
ｃ）前記出力された測定信号を評価する評価ユニット（６）であって、前記出力された測定信号の信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な閾値を越えたときに前記電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）を検出する評価ユニット（６）
からなる測定装置（１）。
【請求項２】
前記信号出力装置（３）は、前記ブリッスル（７）を湿らせるために設けられる、電解液を受ける貯留槽を有する請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記電解液は水又は脱イオン水からなる請求項２記載の測定装置。
【請求項４】
前記信号入力装置（２）は、導電性吸盤、伝導性フォームラバー、伝導性ロール又は伝導性ローラを備える請求項１乃至３記載の測定装置。
【請求項５】
前記信号入力装置（２）は、測定のために、絶縁される前記層（５）に取り付けられる請求項４記載の測定装置。
【請求項６】
前記信号入力装置（２）は、前記入力信号を、前記導電性基材（４）に誘導式に又は静電容量式に入力する請求項１記載の測定装置。
【請求項７】
前記信号出力装置（３）は、前記測定信号を、前記基材（４）から前記電気絶縁性層（５）を介して誘導式に又は静電容量式に出力する請求項６記載の測定装置。
【請求項８】
前記移動可能な信号出力装置（３）は、皮膜異常（ＢＦ）の認識のために前記電気絶縁性層（５）を走査するため、当該電気絶縁性層（５）の表面全体にわたって当該信号出力装置（３）を移動させるモータ（１０）を備える請求項１乃至７記載の測定装置。
【請求項９】
前記移動可能な信号出力装置（３）の空間座標（ｘ，ｙ）が前記検出信号の信号パラメータと共にメモリに格納され、評価される請求項８記載の測定装置。
【請求項１０】
導電性基材（４）を覆う少なくとも１つの電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）を非破壊的に検出する方法であって、
ａ）前記基材（４）に前記電気絶縁性層（５）を介して入力信号を入力すること（Ｓ１）と、
ｂ）前記基材層（４）から前記電気絶縁性層（５）及び柔軟な導電性ブリッスル（７）を介して測定信号を出力すること（Ｓ２）と、
ｃ）前記出力された測定信号の信号パラメータの信号パラメータ変化が調節可能な閾値を越えたときに前記電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）を検出すること（Ｓ３）
からなる方法。
【請求項１１】
前記入力信号は、静電容量式に又は誘導式に前記導電性基材（４）に入力される請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記入力信号は、パルス直流電圧信号で、又は、周波数の調節が可能な交流電圧信号で形成される請求項１０又は１１記載の方法。
【請求項１３】
検出された皮膜異常（ＢＦ）の座標及び皮膜異常タイプが確立される請求項１０乃至１２記載の方法。
【請求項１４】
各皮膜異常は、その後、認識された皮膜異常（ＢＦ）のタイプに応じて自動的に修復される請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記出力された測定信号の時間的な振幅変動が検出され、振幅変化（ΔＡ）が調節可能な振幅閾値を越えたときに前記電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）が認識される請求項１０乃至１４記載の方法。
【請求項１６】
前記出力された測定信号の電流と電圧との位相ずれが検出され、位相変化（Δφ）が調節可能な位相閾値を越えたときに前記電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）が認識される請求項１０乃至１４記載の方法。
【請求項１７】
静電容量が前記電気絶縁性層（５）の層厚に影響されるコンデンサを備えたＲＣ部材の充電及び／又は放電時間が検出され、充電及び／又は放電時間変化（Δｔ）が調節可能な時間閾値を越えたときに前記電気絶縁性層（５）の皮膜異常（ＢＦ）が認識される請求項１０乃至１４記載の方法。
【請求項１８】
前記電気絶縁性層（５）の厚さ及び皮膜異常（ＢＦ）の大きさが信号パラメータ変化に応じて算出される請求項１０乃至１７記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１２−５０４７５４（Ｐ２０１２−５０４７５４Ａ）
【公表日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２９５３９（Ｐ２０１１−５２９５３９）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６２６５３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０３７７６１
【国際公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【出願人】（３１１０１４９５６）エアバス オペレーションズ ゲーエムベーハー (54)
【氏名又は名称原語表記】Ａｉｒｂｕｓ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｋｒｅｅｔｓｌａｇ １０，２１１２９ Ｈａｍｂｕｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６２６５３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０３７７６１
【国際公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【出願人】（３１１０１４９５６）エアバス オペレーションズ ゲーエムベーハー (54)
【氏名又は名称原語表記】Ａｉｒｂｕｓ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｋｒｅｅｔｓｌａｇ １０，２１１２９ Ｈａｍｂｕｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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