JP2001174440A - Method and apparatus for diagnosing defect - Google Patents

Method and apparatus for diagnosing defect

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JP2001174440A
JP2001174440A JP35985299A JP35985299A JP2001174440A JP 2001174440 A JP2001174440 A JP 2001174440A JP 35985299 A JP35985299 A JP 35985299A JP 35985299 A JP35985299 A JP 35985299A JP 2001174440 A JP2001174440 A JP 2001174440A
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JP
Japan
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magnetic
work
defect
magnetic field
magnetic sensor
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JP35985299A
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Japanese (ja)
Inventor
Akio Ota
昭男 太田
Kenji Kono
健二 河野
Daigo Sugiyama
大吾 杉山
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Topy Industries Ltd
Original Assignee
Topy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for statically, non-destructively, simply, accurately diagnosing a defect or the remaining life of a work made of a magnetic material or a material made magnetic by working or by a magnetic material exposed, covered with a nonmagnetic material or embedded in the nonmagnetic material by using a magnetic sensor. SOLUTION: A method for obtaining an isomagnetic diagram comprises the steps of giving an external magnetic field to a work 20 made of a magnetic material exposed or covered with a nonmagnetic material or made magnetic by working, stopping the giving of the magnetic field, moving the magnetic sensor 10 along the surface of the work 20 in a state in which the field remains applied while the remains magnetism exists in the work 20, detecting the magnetic flux density of the work, and image analyzing the obtained detection signal. The method for diagnosing the fault of the work 20 comprises the step of diagnosing the fault from the diagram. An apparatus for obtaining the diagram image analyzes the magnetic flux density of the work. The apparatus for diagnosing the defect of the work 20 compares the obtained diagram with a previously stored reference isomagnetic diagram and diagnoses the defect.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電流磁気電界効果
または電磁誘導作用を利用して磁界を検出する磁気セン
サを用いて、露出されたまたは非磁性材料により被覆さ
れたり非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料または加
工によって磁性を帯びる材料からなるワークの欠陥を、
コイル等で外部磁場を付与しその残留磁気が存在してい
る間に、または外部磁場がかかったままの状態で、検出
し、塑性変形の度合、疲労の度合、余寿命の判定等を行
う欠陥診断方法とその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic sensor that detects a magnetic field by utilizing a current magnetic field effect or an electromagnetic induction effect, and is covered with an exposed or nonmagnetic material or embedded in a nonmagnetic material. Defects of a workpiece made of a magnetic material or a material that becomes magnetic by processing,
Defects that detect and determine the degree of plastic deformation, the degree of fatigue, the degree of remaining life, etc. while an external magnetic field is applied by a coil or the like while the remanence exists or while the external magnetic field is applied. The present invention relates to a diagnostic method and an apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在実施あるいは考案されている金属材
料の非破壊検査技術としては、単に亀裂発生状態やその
位置を簡易に知るための技術として、超音波や放射線を
使用する方法、発生渦流や電位差あるいは磁気ヒステリ
ヒス、バルクハウゼンノイズ等応答を利用する方法が一
般に知られている。金属材料の疲労破壊を例に取れば、
それは初期の微視的組織変化、微小亀裂の発生、
亀裂進展、最終破壊の4ステップで進行する。このう
ち、は、亀裂長さが進展度合いを決定する要因とな
り、では材料の破壊靱性値が破壊を決定する要因とな
る。、については現在まで比較的データが蓄積さ
れ、上述の技術もこの段階の亀裂検出に適用されるが、
、の微小亀裂発生までの過程については、それを決
定する要因に関する明確なデータが存在せず、亀裂の発
生を定量的に判断する技術は少ない。
2. Description of the Related Art Non-destructive inspection techniques for metal materials currently being implemented or devised include techniques using ultrasonic waves or radiation, eddy currents, and the like simply as a technique for simply knowing the state of crack occurrence and its position. A method using a response such as a potential difference, magnetic hysteresis, or Barkhausen noise is generally known. Taking the fatigue fracture of metal materials as an example,
It is the initial microstructural change, the occurrence of microcracks,
It progresses in four steps: crack propagation and final fracture. Of these, the crack length is a factor that determines the degree of propagation, and the fracture toughness value of the material is a factor that determines the fracture. , Data has been relatively accumulated up to now, and the above-mentioned technique is also applied to crack detection at this stage,
However, there is no clear data on the factors that determine the process up to the occurrence of microcracks, and there are few techniques for quantitatively determining the occurrence of cracks.

【0003】数少ない、、の診断技術として、SQ
UID(超伝導量子干渉素子。絶対零度近くで起きるジ
ョセフソン効果を利用して微小磁場を検出)を用いた特
開平7−120558が提案されている。特開平7−1
20558号の「SQUIDセンサを利用した鉄筋探査
方法」は、SQUIDセンサを利用してコンクリート中
の深い位置にある鉄筋の位置、深さを測定する方法と装
置に関する技術を開示している。塑性変形により誘起さ
れる磁気異方性に起因する微小磁場を検出して塑性化の
有無や位置を判別する方法であるが、センサを絶対零度
の近傍まで冷却して超伝導状態にする必要がある。
As one of the few diagnostic techniques, SQ
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-120558 has proposed a UID (superconducting quantum interference device, which detects a minute magnetic field using the Josephson effect occurring near absolute zero). JP-A-7-1
No. 20558, “Method of searching for a reinforcing bar using a SQUID sensor” discloses a technique relating to a method and an apparatus for measuring the position and depth of a reinforcing bar located deep in concrete using a SQUID sensor. This is a method to detect the presence or position of plasticization by detecting a small magnetic field caused by magnetic anisotropy induced by plastic deformation.However, it is necessary to cool the sensor to near absolute zero to bring it into a superconducting state. is there.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】この従来技術には以下
の問題がある。 a、この技術による測定には、原理上センサを極低温に
保持するため冷媒として液体ヘリウムが不可欠であり、
センサと磁性材料の表面の間に冷媒と断熱材を介在させ
るので、これらの間が少なくとも6mm程度離れざるを
得ない。磁束密度は磁気モーメントからの距離の3乗に
反比例することは広く知られており、マイクロ磁気セン
サの分解検出能はセンサと磁性材料の距離に著しい影響
を受けるため、該方法ではSQUIDセンサの性能が充
分に発揮できない。 b、磁気材料の磁場は、微小な磁区構造で構成され、こ
れらの磁区は最長部が数μmから数十μmの大きさであ
る。現時点では、SQUIDセンサは直径1mmの大き
さを有し感磁面積が非常に大きい。感磁面積が磁区構造
の大きさに近いほど分解能が優れ信頼性の高くなること
を考慮すれば、現時点では本法の精度には限界がある。
This prior art has the following problems. a, In measurement by this technology, liquid helium is indispensable as a refrigerant in order to keep the sensor at extremely low temperature in principle,
Since the coolant and the heat insulating material are interposed between the sensor and the surface of the magnetic material, the distance between them must be at least about 6 mm. It is widely known that the magnetic flux density is inversely proportional to the cube of the distance from the magnetic moment, and the resolution of a micro magnetic sensor is significantly affected by the distance between the sensor and the magnetic material. Cannot be fully demonstrated. b. The magnetic field of the magnetic material is composed of a fine magnetic domain structure, and the longest length of these magnetic domains is several μm to several tens μm. At present, the SQUID sensor has a size of 1 mm in diameter and a very large magneto-sensitive area. At present, there is a limit to the accuracy of the present method, considering that the closer the magnetosensitive area is to the size of the magnetic domain structure, the higher the resolution and the higher the reliability.

【0005】c、特殊な冷媒を使用するため、装置が大
型化し、診断作業もそれに伴い制約を受ける。高価な冷
媒の使用によるコストプッシュも問題となる。診断は極
低温と常温の繰り返しで行なわれるため、高価なセンサ
は熱疲労により劣化損傷しセンサを頻繁に交換すること
が必要であり、不経済である。 d、冷媒として使用される液体ヘリウムは、有限な資源
であって採取できる地域も限られている。診断のため
に、このような資源を費消しなければならないことは環
境保全の点から考えても好ましいとは言えない。 e、そのほかの鋼材の塑性化を判別する従来技術鋼材の
塑性化を判別する従来技術として、鋼材の組織観察によ
り塑性化に伴って生じる転位やすべり線を観察する方法
や鋼材表面を酸化処理(エッチング)して歪み効果領域
を目視観察する方法がある。このためには鋼材からサン
プルを採取して表面を研摩する必要があり、またエッチ
ングによる観察の場合には腐食液による酸化処理の必要
がある。したがって、実験室等での小さな試験片に対す
る診断には適用できるが、大型構造物への適用は困難で
ある。
C) Since a special refrigerant is used, the size of the apparatus is increased, and the diagnostic work is also restricted accordingly. There is also a problem of cost push by using expensive refrigerant. Since the diagnosis is performed repeatedly at extremely low temperature and normal temperature, an expensive sensor is deteriorated and damaged by thermal fatigue, requiring frequent replacement of the sensor, which is uneconomical. d. Liquid helium used as a refrigerant is a finite resource and the area where it can be collected is limited. It is not preferable from the viewpoint of environmental protection to consume such resources for diagnosis. e, Conventional technology for determining plasticization of other steel materials As a conventional technology for determining plasticity of steel materials, a method of observing dislocations and slip lines accompanying plasticization by observing the structure of steel materials and an oxidation treatment of the steel surface ( (Etching) and visually observing the strain effect area. For this purpose, it is necessary to take a sample from a steel material and polish the surface, and in the case of observation by etching, it is necessary to perform oxidation treatment with a corrosive liquid. Therefore, it can be applied to diagnosis of small test pieces in a laboratory or the like, but is difficult to apply to large structures.

【0006】本発明の目的は、従来技術の問題を克服、
解決するために、露出されたまたは非磁性材料により被
覆されまたは非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料ま
たは加工によって磁性を帯びる材料の欠陥(磁性材料ま
たは加工によって磁性を帯びる材料の表面にある亀裂や
傷等)を、静的に非破壊で簡便かつ安全、高精度に診断
する方法ならびにその装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to overcome the problems of the prior art,
To solve, defects in the magnetic material or the material that becomes magnetic by processing (exposed on the surface of the magnetic material or the material that becomes magnetic by processing) that are exposed or covered by or embedded in the nonmagnetic material It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for diagnosing cracks, scratches, etc. statically, nondestructively, easily, safely and with high accuracy.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。 (1) 露出されたまたは非磁性材料により被覆されま
たは非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料または加工
によって磁性を帯びる材料からなるワークに外部磁場を
付与し、該外部磁場の付与を停止し前記ワークに残留磁
気が存在する間に、または前記外部磁場がかかったまま
の状態で、前記ワークの表面に沿って電流磁気電界効果
または電磁誘導作用を利用して磁界を検出する磁気セン
サを移動させ、該磁気センサにより所定ピッチで前記ワ
ークの磁束密度を検出する検出工程と、前記磁気センサ
の出力をコンピュータに入力し、該コンピュータにより
前記ワークの磁束密度の二次元または三次元の濃淡また
は多色の等磁気線を作成する等磁線図作成工程と、を有
する欠陥診断方法。 (2) 前記等磁線図から前記ワークの欠陥の有無を判
定する判定工程を、さらに有する(1)記載の欠陥診断
方法。 (3) 少なくとも欠陥の無いワークを用いて基準等磁
線図を予め作成しデータベースに格納する工程を有し、
前記判定工程で前記等磁線図を前記基準等磁線図と比較
して前記ワークの欠陥の有無を判定する、(2)記載の
欠陥診断方法。 (4) 前記磁気センサが半導体磁気センサである、
(1)記載の欠陥診断方法。 (5) 前記半導体磁気センサがホール効果素子であ
る、(4)記載の欠陥診断方法。 (6) 電流磁気電界効果または電磁誘導作用を利用し
て磁界を検出する磁気センサと、露出されたまたは非磁
性材料により被覆されまたは非磁性材料中に埋め込まれ
た、磁性材料または加工によって磁性を帯びる材料から
なるワークに外部磁場を付与、付与停止させる外部磁場
発生装置と、前記ワークの表面に沿って前記磁気センサ
を移動させる駆動装置と、前記磁気センサに接続され、
前記磁気センサが検出した所定ピッチでのワークの磁束
密度の出力からワークの磁束密度の二次元または三次元
の濃淡または多色の等磁気線を作成する等磁線図作成プ
ログラムをインストールされたコンピュータと、からな
る欠陥診断装置。 (7) 前記コンピュータには、前記等磁線図を、少な
くとも欠陥のないワークを用いて予め作成しておいた基
準等磁線図とを比較して、ワークの欠陥の有無を判定す
る判定プログラムがさらにインストールされている、
(6)記載の欠陥診断装置。 (8) 前記磁気センサが半導体磁気センサである、
(6)記載の欠陥診断装置。 (9) 前記半導体磁気センサがホール効果素子であ
る、(8)記載の欠陥診断装置。
The present invention to achieve the above object is as follows. (1) An external magnetic field is applied to a workpiece made of a magnetic material or a material which becomes magnetic by processing, which is exposed or covered with a non-magnetic material or embedded in the non-magnetic material, and the application of the external magnetic field is stopped. While the residual magnetism is present in the work, or in a state where the external magnetic field is applied, a magnetic sensor that detects a magnetic field using a current magnetic field effect or an electromagnetic induction action is moved along the surface of the work. Detecting the magnetic flux density of the work at a predetermined pitch by the magnetic sensor, and inputting the output of the magnetic sensor to a computer, and the computer performs two-dimensional or three-dimensional shading or multiplication of the magnetic flux density of the work. A defect diagnosis method, comprising: a step of preparing a magnetic isomagnetic line for generating color magnetic lines. (2) The defect diagnosis method according to (1), further including a determining step of determining whether there is a defect in the workpiece from the isomagnetic diagram. (3) a step of preparing a reference isomagnetic map in advance using at least a work having no defect and storing the map in a database;
The defect diagnosis method according to (2), wherein in the determining step, the presence or absence of a defect in the workpiece is determined by comparing the isomagnetic diagram with the reference isomagnetic diagram. (4) the magnetic sensor is a semiconductor magnetic sensor;
(1) The defect diagnosis method according to (1). (5) The defect diagnosis method according to (4), wherein the semiconductor magnetic sensor is a Hall effect element. (6) A magnetic sensor that detects a magnetic field using a current magnetic field effect or an electromagnetic induction effect, and a magnetic material that is exposed or coated with a non-magnetic material or embedded in a non-magnetic material. Applying an external magnetic field to a work made of a borne material, an external magnetic field generating device for stopping the application, a driving device for moving the magnetic sensor along the surface of the work, and connected to the magnetic sensor,
A computer installed with an isomagnetic diagram creation program for creating two-dimensional or three-dimensional shading or multicolored isomagnetic lines of the magnetic flux density of the workpiece from the output of the magnetic flux density of the workpiece at a predetermined pitch detected by the magnetic sensor. And a defect diagnosis device comprising: (7) The computer has a determination program for comparing the isomagnetic diagram with at least a reference isomagnetic diagram created in advance using a work having no defect to determine whether there is a defect in the work. Is further installed,
(6) The defect diagnosis apparatus described in (6). (8) the magnetic sensor is a semiconductor magnetic sensor;
(6) The defect diagnosis apparatus according to (1). (9) The defect diagnosis device according to (8), wherein the semiconductor magnetic sensor is a Hall effect element.

【0008】磁性材料において、欠陥が無い状態では微
小磁区の磁束密度は小さく、その向きは不規則でサメー
ションすると磁束密度は0となるが、亀裂など発生時に
塑性歪を伴なう欠陥では欠陥発生時に欠陥の周囲の微小
磁区の磁束密度の向きに方向性が生じて局部的に磁束密
度が大きくなるので、この磁束密度を検出することによ
り、欠陥の有無を判定することができる。加工によって
磁性を帯びる材料に関しては、磁性を持たない組織(例
えばオーステナイト)が、疲労、加工等の外的応力によ
り、磁性を持った組織(例えばマルテンサイト)に変態
することにより、当該部分が磁性を帯びる現象を利用し
て診断が可能である。非磁性材料により被覆されまたは
非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料または加工によ
って磁性を帯びる材料の診断についても、この現象を利
用できる。ワークを外部磁場中に置いた場合、亀裂など
塑性歪を伴う欠陥部で磁束密度が乱れ、外部磁場の付与
を停止しても、その残留磁気が存在している間は磁束密
度の乱れも残っている。その磁束密度の強さは、外部磁
場をかけない場合に欠陥部位で検出される磁束密度の強
さよりはるかに大きい。したがって、外部磁場の残留磁
気とその分布を磁気センサにより測定することにより、
外部磁場を利用しない場合に比べて、より容易に欠陥を
検出、診断することができる。
[0008] In a magnetic material, when there is no defect, the magnetic flux density of the small magnetic domain is small, the direction is irregular, and the magnetic flux density becomes 0 when it is summed. At the time of occurrence, a directionality occurs in the direction of the magnetic flux density of the minute magnetic domain around the defect, and the magnetic flux density locally increases. Therefore, by detecting the magnetic flux density, the presence or absence of the defect can be determined. For a material that becomes magnetic due to processing, the non-magnetic structure (eg, austenite) is transformed into a magnetic structure (eg, martensite) by external stress such as fatigue and processing, so that the portion becomes magnetic. Diagnosis is possible by using the phenomenon of carrying. This phenomenon can also be used for the diagnosis of magnetic materials or materials that are magnetic by processing, which are coated with or embedded in a non-magnetic material. When the workpiece is placed in an external magnetic field, the magnetic flux density is disturbed at a defect with plastic strain such as a crack, and even if the application of the external magnetic field is stopped, the magnetic flux density remains disturbed as long as the remanence exists. ing. The strength of the magnetic flux density is much larger than the strength of the magnetic flux density detected at the defective portion when no external magnetic field is applied. Therefore, by measuring the remanence of the external magnetic field and its distribution with a magnetic sensor,
Defects can be detected and diagnosed more easily than when no external magnetic field is used.

【0009】上記(1)の方法では、露出されたまたは
非磁性材料により被覆されまたは非磁性材料中に埋め込
まれた、磁性材料または加工によって磁性を帯びる材料
からなるワークの、外部磁場を付与した磁束密度または
付与停止後の残留磁束密度を、電流磁気電界効果または
電磁誘導作用を利用して磁界を検出する磁気センサを、
ワークに非接触に移動させて検出し、得られた検出信号
をコンピュータに入力する。その入力からワークの等磁
線図を作成することにより、X線、超音波、電流等をワ
ークに付加せずに、非接触かつ非破壊で、簡便かつ安全
に、精度良くワークの状態を把握する。上記(2)の方
法では、ワークの等磁線図を作成し、ワークの欠陥の有
無を判定する工程を経ることによって、X線、超音波、
電流等をワークに付加せずに非接触かつ非破壊で、簡便
かつ安全に、精度良くワークの状態を判定する。
In the above-mentioned method (1), an external magnetic field is applied to a workpiece made of a magnetic material or a material which becomes magnetic by processing, which is exposed or covered with a non-magnetic material or embedded in the non-magnetic material. A magnetic sensor that detects the magnetic flux density or the residual magnetic flux density after the application is stopped using a current magnetic field effect or an electromagnetic induction effect,
The workpiece is moved in a non-contact manner and detected, and the obtained detection signal is input to a computer. By creating isomagnetic maps of the work from the input, non-contact, non-destructive, simple, safe, and accurate grasp of the state of the work without adding X-rays, ultrasonic waves, currents, etc. to the work I do. In the above method (2), X-rays, ultrasonic waves,
A non-contact, non-destructive, simple, safe and accurate determination of the state of a work without applying a current or the like to the work.

【0010】上記(3)の方法では、ワークの等磁線図
を作成し、この等磁線図を、予め作成し格納してある基
準等磁線図と比較して、ワークの欠陥の有無を判定する
ことによって、X線、超音波、電流等をワークに付加せ
ずに非接触かつ非破壊で、簡便かつ安全に、精度良くワ
ークの欠陥の有無を判定する。上記(4)、(5)の方
法では、半導体磁気センサ(ホール効果素子)を、ワー
クに非接触に移動させて検出し、得られた検出信号から
ワークの等磁線図を作成する。半導体磁気センサとして
ホール効果素子を用いると、感磁面積が極めて小さく、
ワークの磁性材料、または加工によって磁性を帯びる材
料の磁区とほぼ同じ大きさであるため、精度が極めて高
く、X線、超音波、電流等をワークに付加せずに非接触
かつ非破壊で、簡便かつ安全に、ワークの状態を把握す
る。
In the method (3), an isomagnetic diagram of the work is created, and the isomagnetic diagram is compared with a reference isomagnetic diagram created and stored in advance to determine whether there is any defect in the work. , The presence / absence of a defect in the work can be determined easily, safely and accurately without contact, non-destruction, and without applying X-rays, ultrasonic waves, electric current, etc. to the work. In the methods (4) and (5), the semiconductor magnetic sensor (Hall effect element) is detected by moving the workpiece in a non-contact manner with the work, and an isomagnetic diagram of the work is created from the obtained detection signal. When a Hall effect element is used as a semiconductor magnetic sensor, the magnetically sensitive area is extremely small,
Since it is almost the same size as the magnetic domain of the magnetic material of the work or the material that is magnetized by processing, the accuracy is extremely high, non-contact and non-destructive without applying X-ray, ultrasonic wave, current etc. to the work, Grasp the state of the work easily and safely.

【0011】上記(6)の装置では、露出されたまたは
非磁性材料により被覆されまたは非磁性材料中に埋め込
まれた、磁性材料または加工によって磁性を帯びる材料
からなるワークの、外部磁場を付与した磁束密度または
付与停止後の残留磁束密度を、電流磁気電界効果または
電磁誘導作用を利用して磁界を検出する磁気センサをワ
ークに非接触に移動させて検出し、検出したワークの磁
束密度からワークの等磁線図を作成する。その入力から
ワークの等磁線図を作成することにより、X線、超音
波、電流等をワークに付加せずに、非接触、かつ非破壊
で、簡便かつ安全に、精度良くワークの状態を把握す
る。上記(7)の装置では、等磁線図と、予め作成して
ある基準等磁線図と比較してワークの欠陥の有無を判定
することにより、X線、超音波、電流等をワークに付加
せずに非接触かつ非破壊で、簡便かつ安全に、精度良く
ワークの欠陥の有無を判定する。
[0011] In the apparatus of the above (6), an external magnetic field is applied to a workpiece made of a magnetic material or a material which becomes magnetic by processing, which is exposed or covered with a non-magnetic material or embedded in the non-magnetic material. The magnetic flux density or the residual magnetic flux density after the application is stopped is detected by moving the magnetic sensor that detects the magnetic field using the current magnetic field effect or the electromagnetic induction action to the workpiece in a non-contact manner. Create an isomagnetic map of. By creating an isomagnetic map of the work from the input, the state of the work can be accurately, non-contactly, non-destructively, easily, safely and accurately added to the work without applying X-rays, ultrasonic waves, currents, etc. Figure out. In the apparatus of the above (7), X-rays, ultrasonic waves, electric current, etc. are applied to the work by comparing the isomagnetic map with the reference isomagnetic map prepared in advance to determine whether there is a defect in the work. Non-contact, non-destructive, simple, safe and accurate determination of work defects without adding.

【0012】上記(8)、(9)の装置では、半導体磁
気センサとしてホール効果素子を用いると、感磁面積が
極めて小さく、ワークの磁性材料、または加工によって
磁性を帯びる材料の磁区とほぼ同じ大きさであるため、
精度が極めて高く、X線、超音波、電流等をワークに付
加せずに非接触かつ非破壊で、簡便かつ安全に、ワーク
の状態を把握する。
In the above devices (8) and (9), when the Hall effect element is used as the semiconductor magnetic sensor, the magnetically sensitive area is extremely small, and is almost the same as the magnetic domain of a magnetic material of a work or a material which is magnetized by processing. Because of the size,
The accuracy of the work is extremely high, and the state of the work is grasped simply and safely without contact and non-destruction without applying X-rays, ultrasonic waves, electric current, etc. to the work.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明において、外部磁場をかけ
ない時のワークの欠陥の磁束密度の大きさは10-1〜1
2 G程度であり、外部磁場を付与しその後外部磁場の
付与を止めた場合に欠陥近傍に残存する磁束密度の大き
さは3×102 G程度である。その大きさの磁界を高精
度に検出できる磁気センサとして、「電流磁気電界効
果」を利用して磁界を検出する磁気センサと、「電磁誘
導作用」を利用して磁界を検出する磁気センサとがあ
る。「電流磁気電界効果」を利用して磁界を検出する磁
気センサには、ホール効果素子と、磁気抵抗効果素子
(MRE素子)とがある。ホール効果素子の素子材料は
化合物半導体(たとえば、InAs、InSb、GaA
s、GaSb等)である。MRE素子には、素子の材料
として化合物半導体(たとえば、InSb、GaAs
等)を使用したものと、強磁性体金属(たとえば、Ni
−Fe、Ni−Co等)を使用したものとがある。この
うち、ホール効果素子と化合物半導体を使用したMRE
素子は、半導体磁気センサである。「電磁誘導作用」を
利用して磁界を検出する磁気センサには、「磁気−イン
ピーダンス効果」を利用して磁界を検出する磁気−イン
ピーダンス効果センサ(MIセンサ)と、「磁気−イン
ダクタンス効果」を利用して磁界を検出するフラックス
ゲートセンサとがある。MIセンサの素子材料は、アモ
ルファス磁性体(FeCoSiB、FeCoB、CoS
iB等)である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, the magnitude of the magnetic flux density of a work defect when no external magnetic field is applied is 10 -1 to 1.
0 is about 2 G, the magnitude of the magnetic flux density remaining in defects near when stopping the application of subsequent external magnetic field is applied an external magnetic field is about 3 × 10 2 G. Magnetic sensors that can detect a magnetic field of that magnitude with high accuracy include a magnetic sensor that detects a magnetic field using the "current magnetic field effect" and a magnetic sensor that detects a magnetic field using "electromagnetic induction". is there. Magnetic sensors that detect a magnetic field using the “current magneto-electric field effect” include a Hall effect element and a magnetoresistive element (MRE element). The element material of the Hall effect element is a compound semiconductor (eg, InAs, InSb, GaAs).
s, GaSb, etc.). In the MRE element, a compound semiconductor (eg, InSb, GaAs) is used as an element material.
) And a ferromagnetic metal (eg, Ni
-Fe, Ni-Co, etc.). Among them, MRE using Hall effect element and compound semiconductor
The element is a semiconductor magnetic sensor. Magnetic sensors that detect a magnetic field using the “electromagnetic induction effect” include a magnetic-impedance effect sensor (MI sensor) that detects a magnetic field using the “magnetic-impedance effect” and a “magnetic-inductance effect”. There is a flux gate sensor that detects a magnetic field using the flux gate sensor. The element material of the MI sensor is an amorphous magnetic material (FeCoSiB, FeCoB, CoS
iB).

【0014】上記の磁気センサのうち、ホール効果素
子、MREセンサ、MIセンサは、微小なワーク磁区の
大きさに検出上対応可能なため、本発明において、とく
に使用に適する。ホール効果素子の磁界検出は、詳細は
後述するが、素子に電流が流れている時素子に外部磁界
が作用すると電子がローレンツ力で電流の流れと直交す
る方向に移動して素子端部に溜りその電荷を電圧として
検出することによって行う。通電用に2端子、電圧検出
用に2端子の合計4端子を必要とする。MREセンサの
磁界検出は、磁界により磁化ベクトルの傾斜角(電流の
流れる方向)が変化するのを、抵抗値の変化として捉え
電圧測定することにより行う。電圧検出用に2端子を必
要とする。MIセンサの磁界検出は、軟磁性体に高周波
電流を直接通電すると表皮効果が表れ、抵抗R、インダ
クタンスL、インピーダンスZが外部磁界Hによって変
化するので、それを出力である共振回路の電圧変化か周
波数変化として捉えることにより行う。以下では、磁気
センサとして、半導体磁気センサ、とくにホール効果素
子を例にとって説明する。ただし、本発明で使用する磁
気センサはホール効果素子に限るものではなく、MRE
センサ、MIセンサであってもよい。
Of the above magnetic sensors, the Hall effect element, the MRE sensor, and the MI sensor are particularly suitable for use in the present invention because they can cope with the size of a minute work magnetic domain in detection. The details of the magnetic field detection of the Hall effect element will be described later, but when an external magnetic field acts on the element when current is flowing through the element, electrons move in a direction orthogonal to the current flow due to Lorentz force and accumulate at the end of the element. This is performed by detecting the charge as a voltage. A total of four terminals are required, two terminals for energization and two terminals for voltage detection. The magnetic field of the MRE sensor is detected by measuring a change in the inclination angle of the magnetization vector (current flowing direction) due to the magnetic field as a change in the resistance value and measuring the voltage. Two terminals are required for voltage detection. In the magnetic field detection of the MI sensor, a skin effect appears when a high-frequency current is directly applied to the soft magnetic material, and the resistance R, the inductance L, and the impedance Z are changed by the external magnetic field H. This is performed by grasping as a frequency change. Hereinafter, a semiconductor magnetic sensor, particularly a Hall effect element will be described as an example of the magnetic sensor. However, the magnetic sensor used in the present invention is not limited to the Hall effect element,
A sensor or MI sensor may be used.

【0015】つぎに、本発明で使用する半導体磁気セン
サの磁束密度検出の原理について、ホール効果素子を例
に図2、図3を参照して説明する。半導体磁気センサと
してのホール効果素子は、概ね図2の外観を持った例え
ばIn・Ga・Asからなる化合物半導体であり、ホー
ル効果を利用して外部磁場を高精度に検出するセンサで
ある。その感磁面積は、約50μm×50μmと極めて
小さく、磁性材料または加工によって磁性を帯びる材料
の磁区の大きさとほぼ一致するため各磁区の磁束密度を
直接観察することができ、誤差が少なく非常に高精度の
診断が可能である。診断対象の磁場は0.0001T以
下と微小であるが、ホール効果素子の感度は、33.9
mV/T(300K)と優れ、高精度のデジタルボルト
メータを介することによりナノボルト単位まで検出が可
能である。
Next, the principle of detecting the magnetic flux density of the semiconductor magnetic sensor used in the present invention will be described with reference to FIGS. The Hall effect element as a semiconductor magnetic sensor is a compound semiconductor having a general appearance as shown in FIG. 2 and made of, for example, In, Ga, As, and is a sensor that detects an external magnetic field with high accuracy using the Hall effect. The magnetic sensing area is extremely small, about 50 μm × 50 μm, and almost coincides with the size of magnetic domains of a magnetic material or a material which is magnetically formed by processing. Therefore, the magnetic flux density of each magnetic domain can be directly observed, and the error is very small. High-precision diagnosis is possible. The magnetic field to be diagnosed is as small as 0.0001 T or less, but the sensitivity of the Hall effect element is 33.9.
It is excellent in mV / T (300K), and can detect to a nanovolt unit through a high-precision digital voltmeter.

【0016】図3のような薄肉平板状の導体(幅a、厚
みt)を磁束密度Bの一様な磁界の中に垂直に置き、x
方向に電流Iを流す。電流を担う電荷が例えば電子(N
型)の場合、y方向からの電子の出入りはないものと仮
定すれば、電子は−x方向に運動する。速度vで運動す
る電子に対しては、磁束密度Bによるローレンツ力F=
(−ev)×Bが−y方向に働き、−y方向の導体端に
は電子が、y方向の導体端には正の電荷がたまり、導体
端部間にy方向に電界Ey =EH (<0)が発生する。
定常状態では電子は−x方向のみに移動し、電界EH
よる磁束密度Bによる力は釣り合うから、 EH =vB。 一方、電流密度iと電子の速度vとの間にはi=−ne
vの関係があるため、 I=iS=−nevS。 導体板の断面積S=atであるから、 EH =−(IB)/(neS)<0。 したがって、ホール効果による発生電位(ホール電圧)
H は、 VH =−EH a=(IB)/(net)>0。 この電位をセンサで検出する。
A thin plate-like conductor (width a, thickness t) as shown in FIG. 3 is placed vertically in a uniform magnetic field of magnetic flux density B, and x
The current I flows in the direction. The charge carrying the current is, for example, an electron (N
Type), the electrons move in the −x direction, assuming that no electrons enter or exit from the y direction. For an electron moving at velocity v, the Lorentz force F =
(−ev) × B acts in the −y direction, electrons accumulate at the conductor end in the −y direction, positive charges accumulate at the conductor end in the y direction, and an electric field E y = E in the y direction between the conductor ends. H (<0) occurs.
In the steady state, the electrons move only in the −x direction, and the force due to the magnetic flux density B due to the electric field E H is balanced, so that E H = vB. On the other hand, between the current density i and the electron velocity v, i = −ne
Since there is a relation of v, I = iS = −nevS. Since the cross-sectional area of the conductor plate is S = at, E H = − (IB) / (neS) <0. Therefore, the potential generated by the Hall effect (Hall voltage)
V H is, V H = -E H a = (IB) / (net)> 0. This potential is detected by a sensor.

【0017】図1、図10に、本発明実施例の欠陥診断
装置の概略を示す。図中10は電流磁気電界効果または
電磁誘導作用を利用して磁界を検出する磁気センサ(た
とえば、半導体磁気センサ)を示し、より具体的には、
たとえば図2に示すホール効果素子であり、図中20は
非磁性材料により磁性材料または加工によって磁性を帯
びる材料からなるワーク(ワークの溶接部であってもよ
い)である。また30a、30bは磁気センサ10をワ
ーク20の表面に沿って移動させる駆動装置(たとえ
ば、サーボモータ)である。駆動装置は磁気センサ10
を三次元に移動させるために、ワーク表面と直交する方
向に磁気センサ10を移動させるモータを有していても
よい。80はモータへ直流電流を供給するDC電源であ
る。また、90は磁場を形成する外部磁場発生装置とし
てのヘルムホルツコイルである。
FIGS. 1 and 10 schematically show a defect diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 10 denotes a magnetic sensor (for example, a semiconductor magnetic sensor) that detects a magnetic field using a current magnetic field effect or an electromagnetic induction effect, and more specifically,
For example, a Hall effect element shown in FIG. 2 is shown. In the figure, reference numeral 20 denotes a work (which may be a welded part of the work) made of a nonmagnetic material or a magnetic material by processing. Reference numerals 30a and 30b denote driving devices (for example, servo motors) that move the magnetic sensor 10 along the surface of the work 20. The driving device is a magnetic sensor 10
In order to move the magnetic sensor 10 three-dimensionally, a motor that moves the magnetic sensor 10 in a direction orthogonal to the work surface may be provided. A DC power supply 80 supplies a direct current to the motor. Reference numeral 90 denotes a Helmholtz coil as an external magnetic field generator for forming a magnetic field.

【0018】本発明実施例の欠陥診断方法では、露出さ
れたまたは非磁性材料で被覆したまたは非磁性材料中に
埋め込まれた、磁性材料または加工によって磁性を帯び
る材料からなるワーク20を欠陥診断装置1にセット
し、コイル90によって磁場をかけ、ついでコイル90
への電流をオフして磁場の付与を停止させ、ワーク20
に残留磁気が存在している間に、磁場検出のために磁気
センサ10(たとえば、半導体ホールセンサを例にと
る)をワーク20の表面に沿って、非接触で駆動装置3
0a、30bにより自動的に移動させて走査し、各測定
点(走査線上にたとえば約50μm間隔をもって位置す
る多数の点)で、その位置でのワーク(磁性材料または
加工によって磁性を帯びる材料)の磁束密度を、磁気セ
ンサ10により検出し、電位差(ホール電圧)として出
力する。それをデジタルボルトメータ60で計測し、コ
ンピュータ70に入力し、予め検量しコンピュータ70
に格納してあるホール効果素子のV−B(電圧−磁束密
度)校正曲線から磁束密度に変換する。同時に、駆動装
置30a、30bのモータに設けられているエンコーダ
の出力を、診断位置の座標−磁束密度(X、Y、B)と
してコンピュータに入力する。ここまでの処理はコンピ
ュータ70で行なう。
In the defect diagnosis method according to the embodiment of the present invention, a work 20 made of a magnetic material or a material which becomes magnetic by processing, which is exposed or coated with a non-magnetic material or embedded in a non-magnetic material, is inspected by a defect diagnosis apparatus. 1 and a magnetic field is applied by the coil 90.
To stop the application of the magnetic field by turning off the current to the workpiece 20
While the residual magnetism is present, the magnetic sensor 10 (for example, a semiconductor Hall sensor) is detected along the surface of the workpiece 20 in a non-contact manner to detect the magnetic field.
0a, 30b to automatically move and scan, and at each measurement point (a large number of points located at intervals of, for example, about 50 μm on the scanning line), the work (magnetic material or material that becomes magnetic by processing) at that position. The magnetic flux density is detected by the magnetic sensor 10 and output as a potential difference (Hall voltage). It is measured by a digital voltmeter 60, input to a computer 70, calibrated in advance, and
Is converted into a magnetic flux density from the VB (voltage-magnetic flux density) calibration curve of the Hall effect element stored in the magnetic field. At the same time, the outputs of the encoders provided in the motors of the driving devices 30a and 30b are input to the computer as the coordinates of the diagnostic position-magnetic flux density (X, Y, B). The processing up to this point is performed by the computer 70.

【0019】上述の診断位置の座標−磁束密度のデータ
は、予めコンピュータ70に入力されている画像解析ソ
フトウエアによって、マトリックス(図7参照)に展開
されるとともに、ワークの等磁線図が作成される(図6
参照)。診断は、具体的には図1の磁気センサ10をモ
ータ30a、30bにより、各ワーク20について予め
設定された範囲を予め設定されたピッチ(たとえば、約
50μm)で、走査することにより行う。ワーク20が
地面に対し垂直にセッティングされている状態では、た
とえば図4および図5に示すように、磁気センサ10
を、垂直、水平方向の始点から、まず水平方向に水平移
動モータ30aにより移動させ、ピッチ分離れた各測定
点で磁束密度を検出することを、水平方向の端部(終
点)に到達するまで繰返し、水平方向の端部(終点)に
到達すれば他方の端部(始点)へ戻し、この時1ピッチ
分垂直方向に垂直移動モータ30bにより移動させる。
この動作をワークの診断範囲の垂直方向終点まで繰返し
てワーク表面を走査させる。走査により得たセンサ出力
はコンピュータ70に入力され、等磁線図が作成され
る。
The data of the coordinates of the diagnosis position and the magnetic flux density are developed into a matrix (see FIG. 7) by image analysis software input to the computer 70 in advance, and an isomagnetic diagram of the work is created. (Figure 6
reference). The diagnosis is performed by scanning the magnetic sensor 10 shown in FIG. 1 with the motors 30a and 30b at a preset pitch (for example, about 50 μm) in a preset range for each work 20. In a state where the work 20 is set vertically to the ground, for example, as shown in FIGS.
From the start point in the vertical and horizontal directions to the horizontal movement motor 30a in the horizontal direction until the magnetic flux density is detected at each of the pitch-separated measurement points until the end point (end point) in the horizontal direction is reached. When it reaches the end (end point) in the horizontal direction, it returns to the other end (start point). At this time, it is moved vertically by one pitch by the vertical movement motor 30b.
This operation is repeated up to the vertical end point of the diagnosis range of the work to scan the work surface. The sensor output obtained by the scanning is input to the computer 70, and an isomagnetic diagram is created.

【0020】露出されたまたは非磁性材料によって被覆
されまたは非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料また
は加工によって磁性を帯びる材料からなるワーク20
に、微小亀裂があると、あるいは微小亀裂が発生する
と、その周囲の残留磁気による等磁線が他の部位に比べ
密になったり、等磁線間隔が密に(勾配が大に)なるの
で、亀裂部位を等磁線図上で容易に把握できる。このよ
うにして得られた等磁線図を、予め作成し保存されてい
る欠陥無しの場合の基準等磁線図と目視またはコンピュ
ータ上で比較することによって、亀裂の有無、大きさ、
進行度を判定し、診断対象のワークの余寿命を予想する
ことができる。実際の構造材について、被覆材料、厚み
等様々な状態での基準ワークを用意し、無負荷の状態お
よび試験機で段階的に負荷を与えた状態、すなわち、破
断に至るまでの亀裂進展プロセスについて、初期の微
視的組織変化(微小すべり)、微小亀裂の発生、亀
裂進展、最終破断、の各段階の等磁線図を収集し、負
荷応力、負荷サイクル数をパラメータとして作成する。
A workpiece 20 made of a magnetic material or a material which becomes magnetic by processing, which is exposed or coated with or embedded in a non-magnetic material.
In addition, if there is a micro-crack or a micro-crack occurs, the isomagnetic lines due to the residual magnetism around the micro-cracks become denser than other parts, or the equi-magnetic line interval becomes dense (the gradient becomes large). The crack site can be easily grasped on the isomagnetic diagram. The presence or absence of cracks, the size, by comparing the isomagnetic map obtained in this way with a reference isomagnetic map prepared in advance and stored without a defect visually or on a computer,
By determining the degree of progress, the remaining life of the work to be diagnosed can be predicted. For the actual structural material, prepare the reference work in various states such as coating material, thickness, etc., about the unloaded state and the state where the load is applied step by step with the test machine, that is, the crack propagation process up to the fracture First, microscopic microstructural changes (microslip), microcracks, crack growth, and final fracture are collected from the isomagnetic maps at each stage, and the applied stress and the number of applied cycles are created as parameters.

【0021】実験結果について以下に述べる。実験に用
いたワーク20は、平板材で、その形状は図8のとおり
である。材料はステンレス(SUS304)で、加工に
よって磁性を帯びる材料である。ワーク20は母材20
bだけの場合(母材20bが露出している場合)と、母
材20bの上に非磁性材料である塗装材20aをコーテ
ィングした場合とを用意した。
The experimental results will be described below. The work 20 used in the experiment is a flat plate, and the shape is as shown in FIG. The material is stainless steel (SUS304), which is magnetized by processing. The work 20 is a base material 20
b (when the base material 20b is exposed) and a case where the base material 20b is coated with a coating material 20a that is a non-magnetic material.

【0022】実験は、次の3通り(、、)に対し
て行った。 SUS304中央円弧試料引張り試験 巾40mmのワークの巾方向中央に5mm径の円孔を設
け、(a)伸び率0%、(b)伸び率1.9%、(c)
伸び率10.12%、(d)伸び率15.6%の歪を引
張りによって付与し、それぞれの状態で、コイル90で
強制的に磁場を付与し、磁場付与を停止して、ワーク2
0の残留磁気を測定した。結果を図11に示す。図11
からわかるように、円孔が一種の欠陥を構成し、引張り
によって塑性歪が生じた部位(引張方向に対して円孔中
心まわりに45°傾いた部位)に残留磁気の磁束密度大
なる部位が見られ、塑性歪が生じた欠陥の検出に有効で
あること、加工によって磁性を帯びる材料の欠陥検出に
も有効であること、がわかる。ただし、図中、rは赤
(red)、yは黄(yellow) 、gは緑(green) 、bは青(b
lue)、pは紫(purple)を示す。図12、図13について
も同じ。
The experiment was performed for the following three types (,,). SUS304 central arc sample tensile test A circular hole with a diameter of 5 mm is provided at the center of the width direction of a work with a width of 40 mm, (a) elongation percentage is 0%, (b) elongation percentage is 1.9%, (c)
A strain having an elongation rate of 10.12% and (d) an elongation rate of 15.6% is applied by tension, and in each state, a magnetic field is forcibly applied by the coil 90, and the application of the magnetic field is stopped.
Zero residual magnetism was measured. The results are shown in FIG. FIG.
As can be seen from the diagram, the hole constitutes a kind of defect, and the portion where the plastic strain is generated by tension (the portion inclined 45 ° around the center of the hole with respect to the tensile direction) has a portion where the residual magnetic flux density is large. It can be seen that the method is effective for detecting a defect in which plastic strain has occurred, and is also effective for detecting a defect in a material which becomes magnetic by processing. In the drawing, r is red, y is yellow, g is green, and b is blue.
lue) and p indicate purple. The same applies to FIG. 12 and FIG.

【0023】 SUS304平面曲げ疲労試験 巾25mmのワークに応力σa=280MPaの平面曲
げを繰り返し加え、(a)疲労試験前(繰り返し数=
0)と、(b)平面曲げ疲労亀裂発生後塗装無しの状態
と、(c)疲労亀裂発生したものに塗装を施した状態
と、において、コイル90強制的に磁場を付与し、磁場
付与を停止して、ワーク20の残留磁気を測定した。結
果を図12に示す。図12からわかるように、亀裂が生
じた部位に、残留磁気の磁束密度大なる部位が見られ、
亀裂の検出に有効であること、また、塗装が施されても
その内側の母材の亀裂検出に有効であること、がわか
る。
SUS304 Plane Bending Fatigue Test A work having a width of 25 mm is repeatedly subjected to plane bending with a stress σa = 280 MPa, and (a) before the fatigue test (number of repetitions =
0), (b) no painting after the occurrence of plane bending fatigue cracks, and (c) a state where the fatigue cracks have been painted, the coil 90 is forcibly applied with a magnetic field to apply the magnetic field. After stopping, the residual magnetism of the work 20 was measured. The result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 12, a portion where the residual magnetic flux density is large is seen in the portion where the crack has occurred,
It can be seen that the method is effective for detecting cracks, and is also effective for detecting cracks in the base metal inside even if the coating is applied.

【0024】 SUS304両端切り欠き試料の引張
り疲労試験 巾30mmのワークの両側に深さ7.5mm、巾5mm
先端R形状の切り欠きを付与した、塗装無しのSUS3
04試験片に、σmax =280MPaの引張応力を繰り
返し加え、(a)0サイクル、(b)20000サイク
ル、(c)60000サイクル、(d)61300サイ
クルで、疲労試験機から外して図10の装置にセット
し、コイル90で強制的に磁場を付与し、磁場付与を停
止して、ワーク20の残留磁気を測定した。結果を図1
3に示す。図13からわかるように、60000サイク
ルでは切り欠きの先端に亀裂が発生しており、6130
0サイクルで亀裂が進展していることがわかる。このよ
うに、亀裂の発生、進展まで測定できる。
SUS304 Tensile Fatigue Test of Notched Both Ends 7.5 mm Depth, 5 mm Width on Both Sides of 30 mm Width Workpiece
Unpainted SUS3 with R-shaped notch
A tensile stress of σ max = 280 MPa was repeatedly applied to the test piece No. 04, and the test piece was removed from the fatigue tester at (a) 0 cycles, (b) 20,000 cycles, (c) 60,000 cycles, and (d) 61,300 cycles. The apparatus was set in the apparatus, a magnetic field was forcibly applied by the coil 90, the application of the magnetic field was stopped, and the residual magnetism of the work 20 was measured. Figure 1 shows the results
3 is shown. As can be seen from FIG. 13, a crack was generated at the tip of the notch at 60000 cycles, and
It can be seen that the crack has developed in 0 cycle. In this way, it is possible to measure the generation and propagation of cracks.

【0025】以上本発明の実施例について説明した。本
発明においては、露出されたまままたは被覆された材料
が磁性材料についてはもちろん、加工によって磁性を帯
びる材料であるオーステナイト系ステンレス鋼や高Mn
鋼などの非磁性材料の劣化診断、加工誘起マルテンサイ
ト変態や組織変化の検出等にも適用可能である。本発明
の診断装置は、橋梁等の鋼構造物や稼働中の負荷がある
構造材(たとえば、稼働中の製造設備の構成材)につい
て現場(オンサイト)での劣化の判定に適用できる。そ
の場合の装置は図1と同じである必要はなく、基本的な
構成例としては、磁気センサ(たとえばホール効果素
子)、磁気センサ駆動装置(モータ)、外部磁場発生装
置、コンピュータからなる。この技術の応用対象とし
て、非磁性の塗料、メッキ、CVD(chemical vapordep
osition) などの各種蒸着によって厚膜コーティングさ
れた構造材、FRPなどの強化繊維(磁性体金属)、被
覆された電線、コンクリート中に埋め込まれた鉄筋など
が考えられる。
The embodiment of the present invention has been described above. In the present invention, the material that is exposed or coated is not only a magnetic material, but also austenitic stainless steel or high Mn that is magnetic when processed.
It is also applicable to the diagnosis of deterioration of non-magnetic materials such as steel, the detection of work-induced martensitic transformation and the change of structure. INDUSTRIAL APPLICABILITY The diagnostic apparatus of the present invention can be applied to the determination of deterioration on-site (on-site) of a steel structure such as a bridge or a structural material having a load during operation (for example, a component of an operating manufacturing facility). The device in that case does not need to be the same as that of FIG. 1, and a basic configuration example includes a magnetic sensor (for example, a Hall effect element), a magnetic sensor driving device (motor), an external magnetic field generating device, and a computer. Applications of this technology include non-magnetic paint, plating, and CVD (chemical vapor deposition).
osition), reinforced fiber (magnetic metal) such as FRP, coated electric wire, reinforcing steel embedded in concrete, and the like.

【0026】[0026]

【発明の効果】請求項1の方法によれば、露出されたま
たは非磁性材料により被覆されまたは非磁性材料に埋め
込まれた、磁性材料または加工により磁性を帯びる材料
からなるワークの、外部磁場を付与した磁束密度または
付与停止後の残留磁束密度を、電流磁気電界効果または
電磁誘導作用を利用して磁界を検出する磁気センサを用
いてワークに非接触で検出し、検出された磁束密度によ
り等磁線図を作成できる。これにより、ワークにX線、
超音波、電流等を付加せずに、非接触かつ非破壊で、簡
便かつ安全に、精度よく、磁性材料の欠陥状態等を診断
できる。請求項2の方法によれば、等磁線図を作成し、
ワークの欠陥有無を診断することにより、ワークにX
線、超音波、電流等を付加せずに、非接触かつ非破壊
で、簡便かつ安全に、精度よく、磁性材料の欠陥有無を
診断できる。
According to the method of the first aspect, an external magnetic field of a workpiece made of a magnetic material or a material which is magnetically processed by a process, which is exposed or coated with or embedded in a non-magnetic material, is formed. The applied magnetic flux density or the residual magnetic flux density after the application is stopped is detected in a non-contact manner with the work using a magnetic sensor that detects the magnetic field using the current magnetic field effect or electromagnetic induction, and the detected magnetic flux density is used. Can create magnetic diagrams. With this, X-ray,
It is possible to diagnose a defect state of a magnetic material in a non-contact, non-destructive, simple, safe, and accurate manner without adding ultrasonic waves, electric current, and the like. According to the method of claim 2, the isomagnetic map is created,
By diagnosing the presence or absence of defects in the work, X
It is possible to diagnose the presence or absence of a defect in a magnetic material simply, safely and accurately without contact, non-destruction, without adding wires, ultrasonic waves, electric current and the like.

【0027】請求項3の方法によれば、等磁線図を作成
し、この等磁線図を、予め作成してデータベースに格納
してある基準等磁線図と比較して、ワークの欠陥有無を
診断することにより、ワークにX線、超音波、電流等を
付加せずに、非接触かつ非破壊で、簡便かつ安全に、精
度よく、磁性材料の欠陥有無を診断できる。請求項4、
5の方法によれば、ホール効果素子を用いるので、感磁
面積が極めて小さく、ワークの磁性材料、または加工に
より磁性を帯びる材料の磁区とほぼ同じ大きさであるた
め、極めて精度の高い等磁線図を作成できる。これによ
って、X線、超音波、電流等をワークに付加せずに、非
接触かつ非破壊で、簡便かつ安全に、高精度でワークの
欠陥状態等を診断できる。
According to the third aspect of the present invention, a contour map is prepared, and the contour map is compared with a reference contour map prepared in advance and stored in a database. By diagnosing the presence / absence, it is possible to diagnose the presence / absence of a defect in the magnetic material in a non-contact, non-destructive, simple, safe, and accurate manner without adding X-rays, ultrasonic waves, electric current, etc. to the work. Claim 4,
According to the method 5 described above, since the Hall effect element is used, the magnetically sensitive area is extremely small, and is almost the same size as the magnetic domain of the magnetic material of the work or the material which is magnetized by processing. Create diagrams. This makes it possible to easily and safely diagnose a defect state or the like of the work with high accuracy without applying X-rays, ultrasonic waves, electric current, etc. to the work without contact.

【0028】請求項6の装置によれば、露出されたまた
は非磁性材料により被覆されまたは非磁性材料に埋め込
まれた、磁性材料または加工により磁性を帯びる材料か
らなるワークの、外部磁場を付与した磁束密度または付
与停止後の残留磁束密度を、電流磁気電界効果または電
磁誘導作用を利用して磁界を検出する磁気センサをワー
クに非接触に移動させて検出し、検出したワークの磁束
密度から等磁線図を作成できる。これによりX線、超音
波、電流等をワークに付加せずに、非接触、かつ非破壊
で、簡便かつ安全、高精度に、ワークの欠陥状態等を診
断できる。請求項7の装置によれば、等磁線図と、予め
作成し、格納してある基準等磁線図を比較することによ
り、X線、超音波、電流等をワークに付加せずに、非接
触、かつ非破壊で、簡便かつ安全、極めて高精度に、ワ
ークの欠陥有無等を診断できる。請求項8、9の装置に
よれば、ホール効果素子を用いるので、感磁面積が極め
て小さく、ワークの磁性材料、または加工により磁性を
帯びる材料の磁区とほぼ同じ大きさであるため、精度の
高い等磁線図を作成できる。これによって、X線、超音
波、電流等をワークに付加せずに、非接触かつ非破壊
で、簡便かつ安全に、極めて高精度に、ワークの欠陥状
態等を診断できる。本発明は、被覆材が無傷であって
も、つまり、外観は問題なくても、内部の磁性材料部分
に亀裂があった時に、より効果を発揮する。
According to the apparatus of the sixth aspect, an external magnetic field is applied to a workpiece made of a magnetic material or a material which becomes magnetic by processing, which is exposed or coated with or embedded in a non-magnetic material. The magnetic flux density or the residual magnetic flux density after the application is stopped is detected by moving the magnetic sensor that detects the magnetic field using the current magnetic field effect or the electromagnetic induction action to the workpiece in a non-contact manner, and from the detected magnetic flux density of the workpiece. Can create magnetic diagrams. This makes it possible to diagnose a defect state or the like of the work in a non-contact, non-destructive, simple, safe, and highly accurate manner without applying X-rays, ultrasonic waves, electric current, etc. to the work. According to the apparatus of claim 7, by comparing the isomagnetic diagram with the reference isomagnetic diagram previously created and stored, X-rays, ultrasonic waves, currents, etc. are not added to the workpiece, Non-contact, non-destructive, simple, safe and extremely accurate diagnosis of work defects can be performed. According to the device of the eighth and ninth aspects, since the Hall effect element is used, the magneto-sensitive area is extremely small, and the size is almost the same as the magnetic domain of the magnetic material of the work or the material which is magnetized by processing. Can create high isomagnetic maps. This makes it possible to diagnose a defect state or the like of a work in a non-contact, non-destructive, simple, safe, and extremely accurate manner without applying X-rays, ultrasonic waves, electric current, and the like to the work. The present invention is more effective even when the coating material is intact, that is, when there is no problem in appearance, but when the internal magnetic material portion is cracked.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の欠陥診断装置を示す系統図
である。
FIG. 1 is a system diagram showing a defect diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】ホール効果素子の概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view of a Hall effect element.

【図3】ホール効果を示すホール効果素子の斜視図であ
る。
FIG. 3 is a perspective view of a Hall effect element showing a Hall effect.

【図4】計測時におけるホール効果素子とワークとの位
置関係を示す側面図である。
FIG. 4 is a side view showing a positional relationship between a Hall effect element and a work at the time of measurement.

【図5】計測時におけるホール効果素子の動きを示すホ
ール効果素子の斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view of the Hall effect element showing a movement of the Hall effect element at the time of measurement.

【図6】計測から等磁線図作成までの概略フローチャー
トである。
FIG. 6 is a schematic flowchart from the measurement to the creation of the isomagnetic diagram.

【図7】コンピュータにおける磁束密度と計測位置の記
録状態の模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram of a recording state of a magnetic flux density and a measurement position in a computer.

【図8】実施例の測定に用いたワークを示す平面図であ
る。
FIG. 8 is a plan view showing a work used for measurement in the example.

【図9】実施例に用いたワークの測定部位を示すワーク
の平面図である。
FIG. 9 is a plan view of a work showing a measurement site of the work used in the example.

【図10】本発明方法の測定実験装置の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a measurement experiment apparatus according to the method of the present invention.

【図11】本発明方法の一例の測定実験で得られた等磁
線図である。
FIG. 11 is an isomagnetic diagram obtained in a measurement experiment of an example of the method of the present invention.

【図12】本発明方法のもう一例の測定実験で得られた
等磁線図である。
FIG. 12 is an isomagnetic diagram obtained in another measurement experiment of the method of the present invention.

【図13】本発明のさらにもう一例の測定実験で得られ
た等磁線図である。
FIG. 13 is an isomagnetic diagram obtained in still another measurement experiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 欠陥診断装置 10 磁気センサ 20 露出されたまたは非磁性材料により被覆されたま
たは非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料または加工
によって磁性を帯びる材料(ワーク) 20a 非磁性被覆材料 20b 磁性材料または加工によって磁性を帯びる材料 30a 水平移動モータ 30b 垂直移動モータ 60 デジタルボルトメータ 70 コンピュータ 80 DC電源 90 ヘルムホルツコイル(磁場付与手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Defect diagnosis apparatus 10 Magnetic sensor 20 Exposed or coated with non-magnetic material or embedded in non-magnetic material, magnetic material or material (work) which becomes magnetic by processing 20a Non-magnetic coating material 20b Magnetic material or Material that takes on magnetism by processing 30a Horizontal movement motor 30b Vertical movement motor 60 Digital voltmeter 70 Computer 80 DC power supply 90 Helmholtz coil (magnetic field applying means)

フロントページの続き Fターム(参考) 2G017 AA07 AC09 AD51 AD53 AD55 BA18 2G053 AA11 AA14 AB04 AB11 BA02 BB11 CA04 CA05 CB21 CB22 CB27 Continued on the front page F term (reference) 2G017 AA07 AC09 AD51 AD53 AD55 BA18 2G053 AA11 AA14 AB04 AB11 BA02 BB11 CA04 CA05 CB21 CB22 CB27

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 露出されたまたは非磁性材料により被覆
されまたは非磁性材料中に埋め込まれた、磁性材料また
は加工によって磁性を帯びる材料からなるワークに外部
磁場を付与し、該外部磁場の付与を停止し前記ワークに
残留磁気が存在する間に、または前記外部磁場がかかっ
たままの状態で、前記ワークの表面に沿って電流磁気電
界効果または電磁誘導作用を利用して磁界を検出する磁
気センサを移動させ、該磁気センサにより所定ピッチで
前記ワークの磁束密度を検出する検出工程と、 前記磁気センサの出力をコンピュータに入力し、該コン
ピュータにより前記ワークの磁束密度の二次元または三
次元の濃淡または多色の等磁気線を作成する等磁線図作
成工程と、を有する欠陥診断方法。
1. An external magnetic field is applied to a work made of a magnetic material or a material which becomes magnetic by processing, which is exposed or covered with a non-magnetic material or embedded in a non-magnetic material. A magnetic sensor that detects a magnetic field along the surface of the work by using a current magnetic field effect or an electromagnetic induction action while the work is stopped and the residual magnetism is present on the work or while the external magnetic field is applied. And detecting the magnetic flux density of the work at a predetermined pitch by the magnetic sensor; and inputting the output of the magnetic sensor to a computer, and the computer performs two-dimensional or three-dimensional shading of the magnetic flux density of the work. Alternatively, a defect diagnosis method comprising: an isomagnetic diagram creating step of creating multicolored isomagnetic lines.
【請求項2】 前記等磁線図から前記ワークの欠陥の有
無を判定する判定工程を、さらに有する請求項1記載の
欠陥診断方法。
2. The defect diagnosis method according to claim 1, further comprising a determining step of determining whether or not the workpiece has a defect from the isomagnetic diagram.
【請求項3】 少なくとも欠陥の無いワークを用いて基
準等磁線図を予め作成しデータベースに格納する工程を
有し、 前記判定工程で前記等磁線図を前記基準等磁線図と比較
して前記ワークの欠陥の有無を判定する、請求項2記載
の欠陥診断方法。
3. A step of previously preparing a reference isomagnetic map using at least a work having no defect and storing it in a database, and comparing the isomagnetic map with the reference isomagnetic map in the determination step. The defect diagnosis method according to claim 2, wherein the presence or absence of a defect of the workpiece is determined by using the method.
【請求項4】 前記磁気センサが半導体磁気センサであ
る請求項1記載の欠陥診断方法。
4. The defect diagnosis method according to claim 1, wherein said magnetic sensor is a semiconductor magnetic sensor.
【請求項5】 前記半導体磁気センサがホール効果素子
である、請求項4記載の欠陥診断方法。
5. The defect diagnosis method according to claim 4, wherein said semiconductor magnetic sensor is a Hall effect element.
【請求項6】 電流磁気電界効果または電磁誘導作用を
利用して磁界を検出する磁気センサと、 露出されたまたは非磁性材料により被覆されまたは非磁
性材料中に埋め込まれた、磁性材料または加工によって
磁性を帯びる材料からなるワークに外部磁場を付与、付
与停止させる外部磁場発生装置と、前記ワークの表面に
沿って前記磁気センサを移動させる駆動装置と、 前記磁気センサに接続され、前記磁気センサが検出した
所定ピッチでのワークの磁束密度の出力からワークの磁
束密度の二次元または三次元の濃淡または多色の等磁気
線を作成する等磁線図作成プログラムをインストールさ
れたコンピュータと、からなる欠陥診断装置。
6. A magnetic sensor for detecting a magnetic field using a current magnetic field effect or an electromagnetic induction effect, and a magnetic material or a processing, which is exposed or coated with a non-magnetic material or embedded in a non-magnetic material. An external magnetic field generator that applies and stops application of an external magnetic field to a work made of a magnetic material, a driving device that moves the magnetic sensor along the surface of the work, and the magnetic sensor is connected to the magnetic sensor. A computer installed with a magnetic field diagram creating program for creating two-dimensional or three-dimensional shading or multicolored isomagnetic lines of the magnetic flux density of the work from the detected output of the magnetic flux density of the work at the predetermined pitch. Defect diagnosis device.
【請求項7】 前記コンピュータには、前記等磁線図
を、少なくとも欠陥のないワークを用いて予め作成して
おいた基準等磁線図とを比較して、ワークの欠陥の有無
を判定する判定プログラムがさらにインストールされて
いる、請求項6記載の欠陥診断装置。
7. The computer determines whether there is a defect in the work by comparing the isomagnetic map with at least a reference isomagnetic map prepared in advance using a work having no defect. 7. The defect diagnosis apparatus according to claim 6, further comprising a determination program installed.
【請求項8】 前記磁気センサが半導体磁気センサであ
る請求項6記載の欠陥診断装置。
8. The defect diagnosis apparatus according to claim 6, wherein said magnetic sensor is a semiconductor magnetic sensor.
【請求項9】 前記半導体磁気センサがホール効果素子
である、請求項8記載の欠陥診断装置。
9. The defect diagnosis apparatus according to claim 8, wherein said semiconductor magnetic sensor is a Hall effect element.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004251644A (en) * 2003-02-18 2004-09-09 Yazaki Corp Method for detecting breakage of reinforcing steel in reinforced concrete pole
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