JP2004093573A - Small potential difference measuring device - Google Patents
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Abstract
【課題】 電位差計測に先立って個々の接触子の試料面との接触状態の良否を事前に計測して微小電位差を正確に計測できるようにした微少電位差計測装置を提供する。
【解決手段】 試料面に押付けて高周波電流を通電する電極と、試料面方向にのみ進退可能で、試料面の任意位置の表面欠陥を挟んだ近傍の測定点に接触して測定点間の微小電位を検出する少なくとも一対の接触子と、この接触子に回路接続する柔軟性を有する材質によって構成された回路基板と、接触子から回路基板を介して入力された検出信号に基づいて上記測定点間に生じる微小電位差を計測する計測手段と、各接触子と試料面との間の接触状態の良否を判別するための接触良否判別手段と、各接触子の先端を均等な力で測定点に押付ける押圧機構とから構成される。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a minute potential difference measuring device capable of accurately measuring a minute potential difference by measuring in advance whether a contact state of an individual contact with a sample surface is good or not prior to a potential difference measurement.
SOLUTION: An electrode that is pressed against a sample surface to supply a high-frequency current, and an electrode that can advance and retreat only in the direction of the sample surface and contacts a measurement point near a surface defect at an arbitrary position on the sample surface and has a minute distance between the measurement points. At least a pair of contacts for detecting a potential, a circuit board made of a material having flexibility to be connected to the contacts, and a measuring point based on a detection signal input from the contacts via the circuit board. Measuring means for measuring a minute potential difference occurring between them, contact quality determining means for determining the quality of a contact state between each contact and a sample surface, and a tip of each contact at a measuring point with an equal force. And a pressing mechanism for pressing.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、大形構造物に生じた亀裂等の表面欠陥が破壊に発展する危険度を定量的に計測できる微小電位差計測装置に関する。 {Circle over (1)} The present invention relates to a minute potential difference measuring device capable of quantitatively measuring a risk of a surface defect such as a crack generated in a large structure developing into a fracture.
一般に、構造物はその表面に表面欠陥が生じないように使用することは困難であり、使用中に小さな亀裂が生じることがあり、この亀裂は、その状態によっては破壊に発展する可能性がある。 In general, structures are difficult to use so that surface defects do not occur on their surface, and small cracks may occur during use, and this crack may develop into fracture depending on the condition .
従来、この破壊に発展することを事前に防止するため、平均的な応力状態等をストレインゲージ又はロードセル等によって監視することが行われているが、亀裂そのものの局部的危険度の定量計測は困難であり、この危険度の検出までは行われていなかった。 Conventionally, in order to prevent the development of this fracture in advance, the average stress state has been monitored using a strain gauge or load cell, but it is difficult to quantitatively measure the local risk of the crack itself. And it was not performed until the detection of this risk.
最近、使用する電流量、電流の周波数、電流入出力端子や電位差計測端子の位置、及び対象にする部材の材質が同一であれば、負荷の変化に伴う電位差の変化量と応力拡大係数の変化量との間に或る比例関係があることが見出され、亀裂部分の応力拡大係数を計測する技術が提案されている(日本機械学会論文集56巻528号、論文No.89−0566A)。この計測にあたっては、計測信号がμVと微小であるため、ノイズ防止上、計測用電極を構造物の表面に溶接する必要があり、任意の位置で電位差計測できなかった。 If the amount of current used, the frequency of the current, the position of the current input / output terminal and the potential difference measuring terminal, and the material of the target member are the same, the amount of change in the potential difference and the change in the stress intensity factor due to the load change It has been found that there is a certain proportional relationship with the amount, and a technique for measuring the stress intensity factor of the crack portion has been proposed (Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Vol. 56, No. 528, Paper No. 89-0566A). . In this measurement, since the measurement signal is as small as μV, it was necessary to weld the measurement electrode to the surface of the structure in order to prevent noise, and the potential difference could not be measured at an arbitrary position.
しかしながら、実用面では、電位差計測の場所が多数あるため、接触子を被計測物に溶接せず、被計測物の表面に接触子を押し付けるだけで、亀裂を挟む微小電位差を計測できるようにすることが要望されている。更に加えて、このような亀裂を挟む微小電位差計測は、全ての接触子を均一な力で試料面に押し付け、接触抵抗を小さく揃えた上で電位差を計測できるようにすることが要望されている。 However, on the practical side, since there are many places for measuring the potential difference, it is possible to measure the minute potential difference sandwiching the cracks by simply pressing the contact against the surface of the object without welding the contact to the object to be measured. It is desired. In addition, in the measurement of the minute potential difference sandwiching such a crack, there is a demand that all the contacts are pressed against the sample surface with a uniform force so that the potential difference can be measured with a uniform contact resistance. .
ところが、計測面には、傾斜や凹凸があり、計測面が傾斜している場合には、接触子先端のなす面と計測面とが平行でなくなり、一部が浮き上がり、一部が強く接触することになり、全ての接触子の接触抵抗を小さく均一にできないこと、即ち、全ての接触子を試料面に均一に加圧することが困難である。また、計測面に凹凸がある場合にも、各接触子のストロークの関係で、一部が浮き上がり一部が強く接触することになり、傾斜の場合と同様に、全ての接触子を試料面に均一に加圧することが困難であった。 However, the measurement surface has slopes and irregularities, and when the measurement surface is inclined, the surface formed by the tip of the contact and the measurement surface are not parallel, some rise, and some make strong contact As a result, it is difficult to make the contact resistance of all the contacts small and uniform, that is, it is difficult to uniformly press all the contacts on the sample surface. Also, even when the measurement surface has irregularities, due to the stroke of each contact, a part will rise and a part will come into strong contact. It was difficult to apply pressure uniformly.
このような場合、微小電位差計測の中心となるロックインアンプは、交流参照電流を使用する電圧計であるため、接触子の間に生じた微小な間隔は、空気コンデンサと見なす電圧として計測されることがあることから、電位差の計測が不正確な計測値になる可能性があった。このような事情から、電位差計測に先立ち、個々の接触子の試料面との接触状態を事前に計測して計測可能な接触子を識別できる機構の出現が待望されており、または、これに代えて、接触子先端のなす面と計測面とを平行に修正できる機構の出現が待望されている。 In such a case, since the lock-in amplifier that is the center of the measurement of the minute potential difference is a voltmeter that uses an AC reference current, a minute interval generated between the contacts is measured as a voltage regarded as an air capacitor. In some cases, the measurement of the potential difference may be an incorrect measurement value. Under such circumstances, prior to the potential difference measurement, there is a long-awaited need for a mechanism capable of identifying a measurable contact by measuring the contact state of each contact with the sample surface in advance, or in place of this. Therefore, the appearance of a mechanism capable of correcting the surface formed by the contact tip and the measurement surface in parallel has been expected.
また、試料面の亀裂が計測装置のセンサ部の下方に隠れることから、この亀裂を挟む測定点の位置決めを正確に行うことが困難であるといった問題もある。さらに、ロックインアンプを使用して微小電位差計測を行う場合には、試料表面に参照電流を流す必要があることから、誘導磁界が発生し、接触子等がノイズを拾い易いといった問題もある。 (4) In addition, since the crack on the sample surface is hidden below the sensor unit of the measuring device, there is a problem that it is difficult to accurately position the measurement point sandwiching the crack. Furthermore, when a minute potential difference is measured using a lock-in amplifier, it is necessary to supply a reference current to the surface of the sample, so that there is a problem that an induced magnetic field is generated and a contact or the like easily picks up noise.
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、電位差計測に先立って個々の接触子の試料面との接触状態の良否を事前に計測して微小電位差を正確に計測でき、加えて、撮像カメラとセンサ部との交換を可能にすることにより測定点の位置決めを正確に行えるようにした微小電位差計測装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, and can accurately measure a minute potential difference by measuring in advance whether or not a contact state of an individual contact with a sample surface is good before measuring a potential difference. In addition, it is an object of the present invention to provide a minute potential difference measuring device that enables the measurement camera to be accurately positioned by enabling exchange of an imaging camera and a sensor unit.
また、他の本発明に係る微小電位差計測装置は、
試料面に押付けて高周波電流を通電する電極と、
上記試料面方向にのみ進退可能で、試料面の任意位置の表面欠陥を挟んだ近傍の測定点に接触して測定点間の微小電位を検出する少なくとも一対の接触子と、
この接触子に回路接続する柔軟性を有する材質によって構成された回路基板と、
上記接触子から回路基板を介して入力された検出信号に基づいて上記測定点間に生じる微小電位差を計測する計測手段と、
各接触子と試料面との間の接触状態の良否を判別するための接触良否判別手段と、
各接触子の先端を均等な力で測定点に押付ける押圧機構と、を具備することを特徴としている。
Further, another minute potential difference measuring device according to the present invention,
An electrode that is pressed against the sample surface to pass a high-frequency current;
At least one pair of contacts that can advance and retreat only in the sample surface direction, contact a measurement point near a surface defect at an arbitrary position on the sample surface and detect a minute potential between the measurement points,
A circuit board made of a material having flexibility to connect a circuit to the contact,
Measuring means for measuring a small potential difference generated between the measurement points based on a detection signal input from the contact via a circuit board,
Contact quality determination means for determining the quality of the contact state between each contact and the sample surface,
And a pressing mechanism for pressing the tip of each contact to a measurement point with an equal force.
従来ロックインアンプの計測値のみでは、接触子と試料面との間の接触状態の良否を判別することはできず、ロックインアンプの計測値が測定点間の微小電位差を正確に表示しているか否か確認することは困難であった。これに対して、本発明では、上述したような接触状態の判別を行えるため、この接触状態の情報を取り込むことにより、ロックインアンプの計測値が測定点間の微小電位差を正確に表示していることを確認することができ、ひいては、微小電位差計測の精度を上げることができる。 The measurement of the lock-in amplifier alone cannot determine the quality of the contact between the contact and the sample surface, and the measurement of the lock-in amplifier accurately displays the minute potential difference between the measurement points. It was difficult to confirm whether or not. On the other hand, in the present invention, since the contact state can be determined as described above, by reading the information on the contact state, the measured value of the lock-in amplifier accurately displays the minute potential difference between the measurement points. Can be confirmed, and the accuracy of the measurement of the minute potential difference can be improved.
また、他の本発明に係る微小電位差計測装置では、従来ロックインアンプの計測値のみでは、接触子と試料面との間の接触状態の良否を判別することはできず、ロックインアンプの計測値が測定点間の微小電位差を正確に表示しているか否か確認することは困難であった。これに対して、本発明では、上述したような接触状態の判別を行えるため、この接触状態の情報を取り込むことにより、ロックインアンプの計測値が測定点間の微小電位差を正確に表示していることを確認することができ、ひいては、微小電位差計測の精度を上げることができる。 Further, in the minute potential difference measuring device according to the present invention, it is not possible to determine whether the contact state between the contactor and the sample surface is good or not using only the measured value of the conventional lock-in amplifier, It was difficult to confirm whether the value accurately displayed the minute potential difference between the measurement points. On the other hand, in the present invention, since the contact state can be determined as described above, by reading the information on the contact state, the measured value of the lock-in amplifier accurately displays the minute potential difference between the measurement points. Can be confirmed, and the accuracy of the measurement of the minute potential difference can be improved.
以下、本発明の実施形態に係る微小電位差計測装置を図面を参照しつつ説明する。
第1実施形態に係る微小電位差計測装置を図1乃至図14に示す。図1は、第1実施形態に係る微小電位差計測装置の模式的斜視図である。この図1に示すように、被測定物1の試料面には、亀裂2が生じている。この亀裂2の近傍位置に、微小電位差計測装置本体3が載置装着されており、この計測装置本体3には、操作ペンダント4、計測器5、及び制御ボックス6が接続されている。
Hereinafter, a minute potential difference measuring device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 14 show a minute potential difference measuring device according to the first embodiment. FIG. 1 is a schematic perspective view of the minute potential difference measuring device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, a
計測装置本体3には、大略的には、この計測装置本体3を支持する門型の支持部材11が設けられ、この門型の支持部材11の下方に、被測定物1の試料面の測定点間の微小電位を検出するセンサ部10及び測定点の位置を特定するための撮像部15を有する取付板12が配置されている。この取付板12は、門型の支持部材11から吊持された移動・傾動機構13により移動・傾動されるように構成され、さらに、取付板12は、取付板12の下側に設けられたエアシリンダ機構14によって移動されるように構成されている。
The measuring device
さらに、図2及び図3に示すように、取付板12から下方に脚16aが延出されており、各脚16aの下端には、電位差の計測の際にセンサ部10が被測定物1を押圧する時にこの押圧の反力を吸収するように、被測定物1に吸着する吸着機構16が設けられている。さらに、取付板12には、各脚16aを昇降させるための昇降機構17が設けられている。さらに、図3に良く示されるように、電位差の計測の際にセンサ部10を被測定物1に押圧するための押圧用エアシリンダ機構18が取付板12の下面に設けられている。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, legs 16a extend downward from the
また、移動・傾動機構13には、門型の支持部材17に対して取付板12を水平方向に移動させるためのxyθテーブル19と、取付板12を被測定物1の試料面に平行にするように取付板12を傾動するための傾斜修正機構20とが設けられている。
The moving /
さらに、エアシリンダ機構14は、図3に良く示すように、取付板12の下面に固定された取付部材21に支持されている。取付板12の上面には、第1ガイドレール22が固定されており、移動・傾動機構13の下部に、エアシリンダ機構14のピストンロッド14aに連結された第2ガイドレール23が固定されており、これら第1及び第2ガイドレール22,23は、相互に摺動されるように構成されている。このような構成により、エアシリンダ機構14のピストンロッド14aが伸縮されると、静止されている第2ガイドレール23及び移動・傾動機構13に対して、第1ガイドレール22及び取付板12が水平方向に移動される。
さらに、撮像部15では、取付板12の下面から吊持された取付部材25に、測定点の位置を特定するために測定点及びその近傍を撮像するCCDカメラ24と、このCCDカメラ24に入力される画像を反射する反射ミラー26とが設けられている。
Further, the
Further, in the
次に、図4乃至図6を参照して、センサ部10を説明する。
先ず、図4に示すように、センサ部10には、断面矩形状の筐体31を有し、この筐体31の試料面側には、前面板32が固着されている。この前面板32には、複数の対をなす開口33a1,33a2……33an,33b1,33b2……33bnが所定の間隔をもって2列穿設されており、これらの開口33a1,33a2……33an,33b1,33b2……33bnには、微小電位差を計測するための接触子34a1,34a2……34an,34b1,34b2……34bnがそれぞれ軸線方向に摺動可能に貫挿されている。
Next, the
First, as shown in FIG. 4, the
上記各接触子34a1,34a2……34an,34b1,34b2……34bnは、柔軟な材料で構成された回路基板35に電気的に接触されながら上方に通挿されている。この回路基板35は、図5に示すように、この回路基板35が固定された支持部材36にソケットを介して接続された信号ケーブル37によって図14に示す回路に接続されている。この図14の回路については、後述する。
The contacts 34 a1 , 34 a2 ... 34 an , 34 b1 , 34 b2 ... 34 bn are inserted upward while being in electrical contact with a
次に、センサ部10の筐体31内には、大略的には、接触子34a1…34an,34b1,…34bnの先端を測定点に押付ける押圧機構が設けられている。この押圧機構は、概略的に、エアーバッグ41と、このエアーバッグ41の膨張により下方に移動する天板42と、この天板42により下方に移動すると共に各接触子を弾性的に保持する案内ブロック43とから構成されており、この案内ブロック43が下方に移動されると、各接触子34a1…34an,34b1,…34bnの先端が試料面1の測定点に押圧される。
Then, in the
この押圧機構の案内ブロック43は、図5及び図6に示すように、枠部材44の開口44aに通挿されて案内されている。この枠部材44は、上記支持部材に固定されていると共に、筐体31内に設けられた固定ブロック45に固定されている。なお、この固定ブロック45は、エアーバッグ41の上方に配置された蓋板46に固定されている。上記枠部材44は、図8、図9、及び図10に示すように、長手方向に延出され且つ案内ブロック43を通挿する開口44aを有している。また、案内ブロック43は、図11及び図12に示すように、上記枠部材44の開口44aに通挿されるように長手方向に細長く形成されており、接触子34a1…34an,34b1,…34bnを案内する案内孔43a1…43an,43b1,…43bnを有している。これら案内孔43a1…43an,43b1,…43bn内には、図6に示すように、接触子34a1…34an,34b1,…34bnを試料面方向に付勢するバネ48が介装されている。試料面1の凹凸による各接触子34a1…34an,34b1,…34bnの当たりの差は、バネ48(力均等化手段)により均等化されて、全接触子34a1…34an,34b1,…34bnは面に直角に確実に食い込む。さらに、図6に示すように、この案内ブロック43の下面には、回路基板35の端部が固定されていると共に、天板42が案内ブロック43に一体的に移動するように固定されて、この天板42は、バネ48の押さえとしての役割を果たしている。さらに、エアーバッグ41には、空気を供給するための供給管47が接続されている。図4及び図5に示すように、前面板32の端部には、試料面1に1A(100kHz)程度の高周波電流を通電するための電極50が絶縁板49を介して設けられている。さらに、図4及び図6に示すように、前面板32の端部には、電極50が試料面1に優先的に接触するように、電極50及び絶縁板49の高さより若干低い脚51が設けられている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
さらに、操作ペンダント4には、図1に示すように、亀裂2を表示するための画面52が設けられている。この画面52は、図13に示すように、接触子34a1…34an,34b1,…34bnの列を上下に分けるx軸カーソル53と、亀裂2の中心線上を示すy軸カーソル54と、亀裂2の撮像中心位置マーク55とから構成されている。
Further, the
次いで、図14に示すように、微小電位差計測装置本体3のセンサ部10の柔軟な回路基板35から、各接触子34a1…34an,34b1,…34bnに対応して、複数の信号線56が計測器5に接続されている。この計測器5は、全ての信号線56から任意の接触子の信号線を選択する信号選択回路60と、この信号選択回路60で選択された信号回路について接触状態の良否を計測する接触良否判別回路70と、微小電位差計測の中心となるロックインアンプ80とから構成されている。
Next, as shown in FIG. 14, a plurality of signals corresponding to the contacts 34 a1 to 34 an , 34 b1 ,.
信号選択回路60は、より詳細には、全ての信号線56が接続されたマルチプレクサ61を有しており、このマルチプレクサ61内の計測信号回路の開閉の指示信号が制御信号62を介して制御部6の制御コンピュータ91に伝えられる。マルチプレクサ61内の開かれた回路から信号が信号線63及びゲート部71を介してロックインアンプ80に伝えられるように構成されている。
More specifically, the
接触良否判別回路70は、より詳細には、マルチプレクサ61からの信号線63を、後述する直流抵抗計72への信号線78とロックインアンプ80への信号線75とのいずれかに切り替えるゲート部71を有している。直流抵抗計72は、信号線78からの信号を信号線76を介して接触良否判定部73に伝えるように構成されている。この接触良否判定部73での判定結果は、信号線77を介して制御部6に伝達され、表示部92に表示される。また、ゲート部71は信号線74を介して制御部6の制御コンピュータ91に接続されている。
More specifically, the contact
次に、第1実施形態に係る微小電位差計測装置の作用を説明する。 Next, the operation of the minute potential difference measuring device according to the first embodiment will be described.
図1乃至図3に示すように、計測装置本体3が被測定物1の試料面に載置され、吸着機構16が収縮されて計測装置本体3が門型の支持部材11により支持される。次いで、CCDカメラ24により亀裂2が撮像され、図13に示すy軸カーソル54に亀裂2が整合するように移動・傾動機構13が操作される。エアシリンダ機構14が収縮されて、CCDカメラ24に代えてセンサ部20が亀裂2の真上に移動される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the measuring device
次いで、昇降機構17が伸長されて、図2に示すように、装置本体3を支持していた支持部材11に代わって、吸着機構16が試料面に吸着された状態で吸着機構16により装置本体3が支持固定される。その後、図3に示すように、押圧用エアシリンダ機構18が伸長されて、センサ部10が試料面に押圧され、これにより、電極50が試料面に当接されて、参照電流が供給される。
Then, the elevating
次いで、図5及び図6に示すように、供給管47を介してエアーバッグ41に圧搾空気が供給されて、エアーバッグ41が膨張されると、その全膨張荷重は天板42を介して任意の接触子34a1…34an,34b1,…34bnに作用する。試料面1の凹凸による各接触子34a1…34an,34b1,…34bnの当たりの差は、力均等化手段のバネ48により均等化されて、全接触子34a1…34an,34b1,…34bnは面に直角に確実に食い込む。
Next, as shown in FIGS. 5 and 6, when compressed air is supplied to the
任意の接触子34a1…34an,34b1,…34bnの接触良否の判別は、図14に示すように、ゲート部71で計測用のロックインアンプ80から接触良否判別回路70に切替えられて、柔軟な回路基板35からの信号に基づいて直流抵抗計72で接触子34a1…34an,34b1,…34bnと試料面との接触抵抗を計測し、接触良否判別部73で所定のしきい値に対する計測抵抗値との大小が判別される。これにより、計測抵抗値が所定のしきい値より小さければ、接触良好と判定される。
Any contacts 34 a1 ... 34 an, 34 b1 , ... 34 determines the contact quality of bn, as shown in FIG. 14, is switched from the lock-in
この計測抵抗値が所定しきい値より大きい場合には、接触不良と判定されるが、この場合には、表示部92の良否表示が観察されながら、移動・傾動機構13の傾斜修正機構20によりセンサ部10の姿勢が調整されて、接触子34a1…34an,34b1,…34bnの先端のなす面と計測面とが平行に修正される。また、接触不良の場合には、押圧用エアシリンダ機構18によるセンサ部10から試料面への押圧力が制御されて、接触子34a1…34an,34b1,…34bnの先端のなす面と計測面と接触力が調整されてもよい。
If the measured resistance value is larger than the predetermined threshold value, it is determined that the contact is poor. In this case, while observing the quality indication on the
以上のように、本実施形態では、試料面1が傾斜している場合等に、接触子34a1…34an,34b1,…34bnの試料面1に対する接触が不良であっても、傾斜修正機構20により、接触子34a1…34an,34b1,…34bnの先端のなす面の傾斜角度を修正して、接触子34a1…34an,34b1,…34bnの試料接触状態を改善し、測定点間の微小電位差を精度よく測定できる。
As described above, in the present embodiment, when the sample surface 1 is inclined or the like, even if the contacts 34 a1 to 34 an , 34 b1 ,. the correcting
さらに、従来ロックインアンプの計測値のみでは、接触子と試料面との間の接触状態の良否を判別することはできず、ロックインアンプの計測値が測定点間の微小電位差を正確に表示しているか否か確認することは困難であった。これに対して、本実施形態では、上述したような接触状態の判別を行えるため、この接触状態の情報を取り込むことにより、ロックインアンプ80の計測値が測定点間の微小電位差を正確に表示していることを確認することができ、ひいては、微小電位差計測の精度を上げることができる。
Furthermore, it is not possible to judge the quality of the contact state between the contact and the sample surface using only the measured values of the conventional lock-in amplifier, and the measured values of the lock-in amplifier accurately display the minute potential difference between the measurement points. It was difficult to confirm whether or not. On the other hand, in the present embodiment, since the contact state can be determined as described above, by reading the information on the contact state, the measurement value of the lock-in
さらに、第1実施形態の変形例として、センサ部10の内部に柔軟な回路基板35の直後にチップICを使用して、信号をアンプし、センサ部10から出て信号線56に載るノイズ等と信号とを識別し易くすることもできる。また、マルチプレクサ61から出た位置に絶縁アンプを設置することもできる。さらに、第1実施形態では、案内ブロック43は、枠部材44の開口44a内に通挿されているが、この枠部材44が案内ブロック43の上下動を制限して接触子34a1…34an,34b1,…34bnが案内ブロック43から脱落する虞れがある。そのため、枠部材44が省略されて、案内ブロック43が柔軟な回路基板35にねじ止め等により支持されていてもよい。
Further, as a modified example of the first embodiment, a signal is amplified using a chip IC immediately after the
次に、図15乃至図26を参照して、第2実施形態に係る微小電位差計測装置を説明する。なお、第1実施形態と同じ部材については同じ符号を付す。 Next, a small potential difference measuring device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
図15は、第2実施形態に係る微小電位差計測装置の模式的斜視図である。計測装置本体3には、第1実施形態と同様に、操作ペンダント4、計測器5、及び制御ボックス6が接続されている。計測装置本体3には、大略的には、この計測装置本体3を支持する門型の支持部材11が設けられ、この門型の支持部材11の下方に、移動・傾動機構13が吊持されており、この移動・傾動機構13の下側に、センサ部交換ユニット150又は撮像カメラ交換ユニット200を取付けるための共通ベース100が固定されている。
FIG. 15 is a schematic perspective view of a minute potential difference measuring device according to the second embodiment. The
第1実施形態と同様に、その詳しい説明は省略するが、移動・傾動機構13には、xyθテーブル19と傾斜修正機構20とが設けられ、門型の支持部材11には、吸着機構16と昇降機構17とが設けられている。
As in the first embodiment, the detailed description is omitted, but the moving /
本第2実施形態では、上述したように、センサ部交換ユニット150と撮像カメラ交換ユニット200とが共通ベース100に着脱自在に交換可能に構成されている。先ず、図15乃至図19を参照して、共通ベース100とセンサ部交換ユニット150とを説明する。
In the second embodiment, as described above, the sensor
共通ベース100は図19に示すように、平板状に形成されてxyθテーブル19に固定されており、その一方の端部にフレーム101を有している。共通ベース100の他方の端部には、後述する交換板151の蝶ネジ152に螺合する雌ネジ穴102が形成されており、フレーム101には、交換板151の位置決めピン153を嵌入するための凹所103が形成されている。
As shown in FIG. 19, the
一方、センサ部交換ユニット150では、共通ベース100の下側に整合される交換板151が設けられ、この交換板151の一方の端部には、フレーム199が設けられ、このフレーム199に、共通ベース100の雌ネジ穴102に螺合する蝶ネジ152が設けられている。交換板151の他方の端部には、凹所103に嵌入するための位置決めピン153が設けられている。
On the other hand, in the sensor
この交換板151の下側には、昇降機構154が取付けられており、この昇降機構154にセンサ部10が支持されいる。センサ部10は、この昇降機構154により昇降されると共に、計測時には試料面に押圧される。
昇 A
また、図20に示すように、撮像カメラ交換ユニット200には、センサ部交換ユニット150と同様に、蝶ネジ152及び位置決めピン153を有する交換板151が設けられている。この交換板151の下側に設けられた取付部材201に、CCDカメラ24及び反射ミラー26が取付けられている。
As shown in FIG. 20, the imaging
次に、図21乃至図26を参照して、センサ部10の構造を説明する。なお、第1実施形態と同じ部材については同じ符号を付し、その説明を省略する。
Next, the structure of the
先ず、本実施形態では、センサ部10の筐体は、各部品を収納し金属製の箱部31aと、この箱部31aのカバー31bとから構成されている。このように構成されているため、誘導磁場を原因とするノイズが遮断され、正確な微小電位差計測が実行される。
First, in the present embodiment, the housing of the
さらに、図21及び図22に示すように、電極の構造として、筐体31の側部に、絶縁ブロック155が設けられ、この絶縁ブロック155内に、金属製の筒状部材156が収納されている。この筒状部材156の下方に電極棒157が摺動自在に収納されており、この電極棒157は、筒状部材156の上方に介装されたバネ158により試料面を押圧するように付勢されている。さらに、電極棒157は、これに接続された電源ケーブル159により通電されるように構成され、この電源ケーブル159は、金属帯螺旋巻きチューブ160により巻回されている。
Furthermore, as shown in FIGS. 21 and 22, an insulating
さらに、柔軟な回路基板35に接続される信号ケーブル161は、回路基板35に固定された信号コネクタ162と、この信号コネクタ162に接続された信号ケーブル本体163とから構成されている。信号コネクタ162は、誘導磁界に対し密閉構造の金属製のコネクタカバー164により被覆され、信号ケーブル本体163は、金属帯螺旋巻きチューブ165により被覆されている。そのため、信号ケーブル161を流れる信号の周波数により生じる誘導磁場を原因とするノイズが遮断される。
The
図25に示すように、天板42に案内ブロック43が固着され、この案内ブロック43内に、接触子34a1…34an,34b1,…34bnがバネ48により付勢されて収納されていると共に、この案内ブロック43の底部には、ビス168により回路基板35の端部が取付けられている。また、接触子34a1…34an,34b1,…34bnは、板状部材166を貫通し、箱部31aの底部の開口167を貫通して突出されている。この箱部31aの開口167には、絶縁部材169が設けられ、接触子34a1…34an,34b1,…34bnはこの絶縁部材160内に摺動自在に設けられている。さらに、箱部31aの底部及び側部の外側には、絶縁シート171が張り付けられており、箱部31aの底部の内側にも、絶縁シート172が張り付けられている。なお、脚51も絶縁性の部材により被覆されている。
As shown in FIG. 25, the
次に、第2実施形態に係る微小電位差計測装置の作用を説明する。 Next, the operation of the minute potential difference measuring device according to the second embodiment will be described.
先ず、撮像カメラ15により亀裂2の位置が撮像される。装置本体3が被測定物1の上に載置され、吸着機構16が駆動されて昇降機構17が収縮されて、門型の支持部材11により装置本体3が支持される。撮像カメラ交換ユニット200の交換板151が共通ベース100に装着され、位置決めピン153により位置決めが行われると共に、蝶ネジ152が締め付けられて、撮像カメラ交換ユニット200が固定される。
First, the position of the
次いで、撮像カメラ15による亀裂2の撮像と心出しとは、CCDカメラ24により第1実施形態と同様に行われる。
この撮像カメラ15を用いて、亀裂2の位置がxyzテーブル20により表示部52に正確に位置合わせされた後、撮像カメラ交換ユニット200が取り外されて、センサ部交換ユニット150が共通ベース100に装着される。即ち、交換板151が共通ベース100に装着され、位置決めピン153により位置決めが行われると共に、蝶ネジ152が締め付けられて、センサ部交換ユニット100が固定される。その後、第1実施形態と同様に、亀裂2を挟む測定点間の微小電位差が測定される。
Next, the imaging and centering of the
After the position of the
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されないのは勿論であり、種々変形可能である。例えば、接触子は、一体的に均一に押圧されればよく、エアーバッグ41に代えて、直動エアシリンダであってもよい。また、信号ケーブルは、上述した実施形態では、計測部5に直接接続されているが、センサ部10にできるだけ近い位置で絶縁トランスが介装されて、ノイズが遮断されてもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified. For example, the contact element only needs to be pressed uniformly and uniformly, and instead of the
さらに、センサ部は、金属製の筐体により被覆されており、各接触子は、その軸方向移動可能なように絶縁部材を介して筐体に支持されており、筐体と被測定物の試料面との間には、絶縁部材が設けられている。このように構成されているため、接触子等を流れる計測参照電流の周波数により生じる誘導磁場を原因とするノイズが遮断され、正確な微小電位差計測が実行される。 Further, the sensor unit is covered with a metal housing, and each contact is supported by the housing via an insulating member so as to be movable in the axial direction. An insulating member is provided between the sample and the sample surface. With this configuration, noise caused by the induced magnetic field generated by the frequency of the measurement reference current flowing through the contact or the like is cut off, and accurate minute potential difference measurement is performed.
1 被測定物
2 亀裂
3 微小電位差計測装置本体
4 操作ペンダント
5 計測部(計測手段)
6 制御部(制御手段)
10 センサ部
20 傾斜修正機構
31 筐体
31a 筐体の箱部(金属製)
31b 筐体のカバー(金属製)
34a1…34n1,34b1…34n1 接触子
35 回路基板
41 エアーバッグ(押圧機構)
48 バネ(押圧機構)
50 電極
60 信号選択回路(切替手段)
70 接触良否判別回路(接触良否判別手段)
71 ゲート部(切替手段)
72 抵抗計(接触抵抗計測手段)
100 共通ベース(交換手段)
150 センサ部交換ユニット(交換手段)
156 筒状部材
157 電極棒
158 バネ
169 絶縁部材
171 絶縁シート
172 絶縁シート
200 撮像カメラ交換ユニット(交換手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
6 control part (control means)
31b Case cover (metal)
34 a1 ... 34 n1 , 34 b1 ... 34 n1
48 spring (pressing mechanism)
50
70 Contact quality judgment circuit (contact quality judgment means)
71 Gate section (switching means)
72 Resistance meter (contact resistance measuring means)
100 common base (exchange means)
150 Sensor unit exchange unit (exchange means)
156
Claims (4)
上記試料面方向にのみ進退可能で、試料面の任意位置の表面欠陥を挟んだ近傍の測定点に接触して測定点間の微小電位を検出する少なくとも一対の接触子と、
この接触子に回路接続する柔軟性を有する材質によって構成された回路基板と、
上記接触子から回路基板を介して入力された検出信号に基づいて上記測定点間に生じる微小電位差を計測する計測手段と、
各接触子と試料面との間の接触状態の良否を判別するための接触良否判別手段と、
各接触子の先端を均等な力で測定点に押付ける押圧機構と、を具備することを特徴とする微小電位差計測装置。 An electrode that is pressed against the sample surface to pass a high-frequency current;
At least one pair of contacts that can advance and retreat only in the sample surface direction, contact a measurement point near a surface defect at an arbitrary position on the sample surface and detect a minute potential between the measurement points,
A circuit board made of a material having flexibility to connect a circuit to the contact,
Measuring means for measuring a small potential difference generated between the measurement points based on a detection signal input from the contact via a circuit board,
Contact quality determination means for determining the quality of the contact state between each contact and the sample surface,
A pressure mechanism that presses the tip of each contact to a measurement point with a uniform force.
上記接触良否判別手段は、上記接触抵抗計測手段により計測された接触抵抗値に基づいて、各接触子と試料面との間の接触状態の良否を判別することを特徴とする請求項1に記載の微小電位差計測装置。 The measuring means has a contact resistance measuring means for measuring the contact resistance between the contact and the sample surface, and a switching means for switching between the potential difference measuring means and the contact resistance measuring means,
2. The contact quality determination unit according to claim 1, wherein the quality of the contact state between each contact and the sample surface is determined based on the contact resistance value measured by the contact resistance measurement unit. 3. Small potential difference measuring device.
上記接触良否判別手段は、上記接触抵抗計測手段により計測された接触抵抗値に基づいて、傾斜修正機構における各接触子の先端のなす面を制御する制御手段を有していることを特徴とする請求項2に記載の微小電位差計測装置。 It further comprises an inclination correction mechanism for correcting the surface formed by the tips of the contacts in parallel with the sample surface,
The contact quality determining means has a control means for controlling a surface formed by the tip of each contact in the inclination correcting mechanism based on the contact resistance value measured by the contact resistance measuring means. The minute potential difference measuring device according to claim 2.
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