JP2006329642A

JP2006329642A - 欠陥検査装置

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Publication number: JP2006329642A
Application number: JP2005149180A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Kado; 久賀戸
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-23
Also published as: JP4701389B2

Abstract

【課題】実際の欠陥を直接的に且つ容易に検知することが出来る欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】センサ面１ａに多数のフラックスゲート型磁気検出素子１０が分布して配設されているセンサユニット１のセンサ面１ａを燃料電池Ｆの多孔性陰極Ｎと平行にして設置し、燃料電池Ｆに電流Ｉが流れている状態で発生する電極面に対応する磁気分布を多数のフラックスゲート型磁気検出素子１０で検出して欠陥が有るか否かを判定する。
【効果】フラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎで実際の欠陥を直接的に検知することが出来る。燃料電池Ｆの被検査領域に熱線をほぼ均一に透過させるような実施困難性がなく、実施が容易である。欠陥の存在位置を検知することが出来る。燃料電池Ｆの実際の運転状態（電流Ｉを取り出している状態）を反映した検査が出来る。
【選択図】図４

Description

本発明は、欠陥検査装置に関し、さらに詳しくは、実際の欠陥を直接的に且つ容易に検知することが出来る欠陥検査装置に関する。

従来、固体電解質型燃料電池の陰極−陽極間に交流電圧を印加して負荷インピーダンスを測定し、その負荷インピーダンスに基づいて電気的ショートやガスリークを判定する燃料電池の検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
他方、固体酸化物型燃料電池の燃料極層および空気極層のいずれか一方側に温度分布検出器を配置し、他方側に熱源または冷却源を配置し、透過熱の分布を測定し、その透過熱の分布に基づいて欠陥の有無を判定する固体酸化物型燃料電池用セルの検査装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００５−４４７１５号公報（［００１２］）特開２００５−１０８８０１号公報（［請求項１０］）

上記従来の燃料電池の検査装置は、固体電解質型燃料電池を等価回路で置き換えて間接的に欠陥の存在を推定するものであり、実際の欠陥を直接的に検知するものではないという問題点がある。
他方、上記従来の固体酸化物型燃料電池用セルの検査装置は、実際の欠陥を直接的に検知するものであるが、燃料電池の被検査領域に熱線をほぼ均一に透過させる必要があり、実施が容易でない問題点がある。
そこで、本発明の目的は、実際の欠陥を直接的に且つ容易に検知することが出来る欠陥検査装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、被検査対象面に平行に載置されるセンサ面に分布して配設された複数の磁気センサと、被検査対象面について前記複数の磁気センサで得た検出信号に基づいて前記被検査対象面に欠陥が有るか否かを判定する判定手段とを具備したことを特徴とする欠陥検査装置を提供する。
上記第１の観点による欠陥検査装置では、被検査対象面から発生する磁気分布を複数の磁気センサで検出して被検査対象面に欠陥が有るか否かを判定する。例えば燃料電池の電極面を非検査対象面とするとき、燃料電池に電流が流れている状態で発生する電極面に対応する磁気分布を複数の磁気センサで検出して欠陥が有るか否かを判定する。これによれば、実際の欠陥を複数の磁気センサで直接的に検知することが出来る。また、燃料電池の被検査領域に熱線をほぼ均一に透過させるような実施困難性がなく、実施が容易である。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による欠陥検査装置において、前記判定手段は、被検査対象面について前記複数の磁気センサで得た検出信号の平均値との差に基づいて欠陥が有るか否かを判定することを特徴とする欠陥検査装置を提供する。
上記第２の観点による欠陥検査装置では、複数の磁気センサで得た検出信号の平均値から各磁気センサで得た検出信号がどれだけ外れるかによって欠陥の有無を検知する。欠陥のない非検査対象面に対応する磁気分布が一様または略一様であると見なせる場合に有効である。

第３の観点では、本発明は、前記第１の観点による欠陥検査装置において、前記判定手段は、欠陥の有無を判定する基準となる基準データを記憶しており、被検査対象面について前記複数の磁気センサで得た検出信号に基づく検査データと前記基準データとを比較して欠陥が有るか否かを判定することを特徴とする欠陥検査装置を提供する。
上記第３の観点による欠陥検査装置では、欠陥のない非検査対象面について複数の磁気センサで得た検出信号に基づく基準データを記憶しておき、各磁気センサで得た検出信号に基づく検査データと記憶していた基準データとを比較して欠陥の有無を検知する。欠陥のない非検査対象面に対応する磁気分布が一様または略一様であると見なせない場合でも有効である。

第４の観点では、本発明は、前記第１の観点による欠陥検査装置において、前記判定手段は、被検査対象面について前記複数の磁気センサで得た検出信号の経時変化に基づいて欠陥が生じたか否かを判定することを特徴とする欠陥検査装置を提供する。
上記第４の観点による欠陥検査装置では、欠陥のない非検査対象面に欠陥が生じたときの磁気分布の変化により欠陥の発生を検知することが出来る。

第５の観点では、本発明は、前記第１から前記第４のいずれかの観点による欠陥検査装置において、前記判定手段は、前記複数の磁気センサの位置と各検出信号とに基づいて欠陥が前記被検査対象面のどの部分に有るかを判定することを特徴とする欠陥検査装置を提供する。
上記第５の観点による欠陥検査装置では、欠陥と磁気センサの距離が近いほど検出信号への影響が大きいことを利用して、欠陥がどの磁気センサに最も近いかを推定し、その最も近い磁気センサの位置から欠陥がどの部分に存在しているかを判定する。

第６の観点では、本発明は、前記第１から前記第５のいずれかの観点による欠陥検査装置において、前記磁気センサがフラックスゲート型磁気検出素子であることを特徴とする欠陥検査装置を提供する。
上記第６の観点による欠陥検査装置では、小さな欠陥による小さな磁気の変化をも検出できる高感度のフラックスゲート型磁気検出素子を用いるため、小さな欠陥でも確実に検知できる。

第７の観点では、本発明は、前記第６の観点による欠陥検査装置において、前記磁気センサは前記センサ面に交差する方向に対になって配設されており、前記判定手段は、前記対になっている磁気センサで得た検出信号の差分に基づいて判定することを特徴とする欠陥検査装置を提供する。
外来磁気の変化を磁気センサが検出して誤動作する可能性がある。
そこで、上記第７の観点による欠陥検査装置では、磁気センサを近接して対にしておき、磁気センサの検出信号の差分をとる。外来磁気の変化は対の磁気センサの検出信号に同じ影響を与えるため、差分をとれば相殺される。よって、外来磁気の影響を抑制できる。一方、この対はセンサ面に交差する方向に配設されているため被検査対象面に対しては遠近があり、欠陥に起因する磁気は対の磁気センサの検出信号に異なった影響を与える。よって、差分から欠陥の存否を判定できる。

第８の観点では、本発明は、前記第１から前記第７のいずれかの観点による欠陥検査装置において、前記被検査対象面が、燃料電池の電極面であることを特徴とする欠陥検査装置を提供する。
上記第８の観点による欠陥検査装置では、燃料電池に電流が流れている状態で発生する電極面に対応する磁気分布を複数の磁気センサで検知して燃料電池に欠陥が有るか否かを判定することが出来る。

本発明の欠陥検査装置によれば、実際の欠陥を複数の磁気センサで直接的に検知することが出来る。また、燃料電池の被検査領域に熱線をほぼ均一に透過させるような実施困難性がなく、実施が容易である。

以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る欠陥検査装置１００を示す構成図である。
この欠陥検査装置１００は、センサ面１ａに多数のフラックスゲート型磁気検出素子１０が分布して配設されているセンサユニット１と、センサユニット１からの検出信号に基づいて欠陥の有無を判定するコントロールボックス２とを具備してなる。

図２に示すように、センサユニット１は、第１〜第Ｎのフラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎと、第１〜第Ｎのフラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎの励磁用コイルに励磁電流を通電する第１〜第Ｎの励磁部５０−１〜５０−Ｎと、第１〜第Ｎのフラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎの検出用コイルに誘起される信号を処理して第１〜第Ｎの検出信号を出力する第１〜第Ｎの信号処理部２０−１〜２０−Ｎと、第１〜第Ｎの検出信号をアナログ／デジタル変換する第１〜第ＮのＡ／Ｄ変換器４０−１〜４０−Ｎとを備えている。
また、コントロールボックス２は、第１〜第ＮのＡ／Ｄ変換器４０−１〜４０−Ｎより第１〜第Ｎの検出信号を読み込んで、各検出信号に基づいて欠陥が存在するか否かを判定するマイクロプロセッサ６０と、操作者からの指示を受け付けると共に判定結果を出力する入出力部６１とを具備している。

図３は、フラックスゲート型磁気検出素子１０（１０−１〜１０−Ｎ）と、励磁部５０（５０−１〜５０−Ｎ）と、信号処理部２０（２０−１〜２０−Ｎ）を示す構成図である。

フラックスゲート型磁気検出素子１０は、例えばパーマロイまたはセンダストなどの軟磁気特性（保持力が小さく、透磁率が大きい。）を有する材料を環状に成形した磁心１１に励磁用コイル１２および検出用コイル１３を設けた構造である。なお、棒状の磁心に励磁用コイルと検出用コイルとを付設した構造でもよい。

励磁部５０は、周波数ｆ０（例えばｆ０＝２ｋＨｚ）の矩形波を発振する発振器５１と、発振器５１が発振した矩形波を分周し周波数ｆ０／２の交流電流を励磁用コイル１２に通電するコイル駆動回路５２とを含んでおり、フラックスゲート型磁気検出素子１０の励磁用コイル１２に交流電流を通電する。

信号処理部２０は、検出用コイル１３に誘起される検出信号Ｉｓに帰還信号Ｉｂを重畳する帰還回路２６と、フラックスゲート型磁気検出素子１０の励磁移相から移相をずらせた同期信号を出力する移相器３１と、帰還信号Ｉｂを重畳した検出信号Ｉｓを増幅する前置増幅器３２と、遮断周波数ｆc1（＞ｆ０／２）で励磁信号成分を遮断するためのハイパスフィルタ３３と、ハイパスフィルタ３３からの出力信号を同期信号で位相検波する位相検波器３４と、遮断周波数ｆc2（≪ｆ０）で所望帯域の出力信号Ｖｐを取り出すローパスフィルタ３５と、出力信号Ｖｐを時定数τ１で積分し第１の積分信号Ｖi1を出力する第１の積分器４１と、第１の積分信号Ｖi1を時定数τ２（＞τ１）で積分し第２の積分信号Ｖi2を出力する第２の積分器４２と、第２の積分信号Ｖi2を時定数τ３（＞τ２）で積分し第３の積分信号Ｖi3を出力する第３の積分器４３と、第１〜第３の積分信号Ｖi1〜Ｖi3を減衰／増幅する第１〜第３の積分信号調整器２０１〜２０３と、積分信号調整器２０１〜２０３を経た第１〜第３の積分信号Ｖi1’〜Ｖi3’を加算して加算信号Ｖｄを出力する加算器２１と、感度を調整するべく加算信号Ｖｄを減衰／増幅する帰還量調整器２２と、帰還量調整器２２を経た加算信号Ｖｄ’にバイアス信号Ｖａを加えて帰還信号Ｉｂを出力するバイアス調整器２３とを具備している。

バイアス信号Ｖａは、磁性物体が近傍に存在しないときに加算信号Ｖｄが０になるように（つまり、ノイズ磁気の直流成分を打ち消すように）調整しておく。

各積分器４１，４２，４３の時定数τ１，τ２，τ３やフィードバック特性を積分信号調整器２０１〜２０３で調整することで、出力信号Ｖｐから抽出される信号成分の帯域を積分器ごとに変えることが可能となり、異なる複数の帯域の信号成分をそれぞれ検出信号として同時に得ることが出来る。すなわち、第１〜第３の積分信号Ｖi1〜Ｖi3のいずれか適当なものを検出信号として選べばよい。

図４は、燃料電池Ｆの欠陥を検査する状態の説明図である。なお、判りやすくするため、燃料電池Ｆをセンサユニット１より小さく描いているが、実際には同面積である。
燃料電池Ｆは、陽極ガス導入部Ａと、多孔性陽極Ｐと、電解質Ｙと、多孔性陰極Ｎと、陰極ガス導入部Ｈとからなっている。多孔性陽極Ｐと多孔性陰極Ｎの間に負荷Ｒが接続され、電流Ｉが取り出される。
欠陥検査装置１００は、そのセンサ面１ａを燃料電池Ｆの多孔性陰極Ｎと平行にして設置される。

図５は、実施例１に係る欠陥検査処理を示すフロー図である。
ステップＳ１では、マイクロプロセッサ６０は、第１〜第Ｎのフラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎから第１〜第Ｎの検出信号を読み込む。
ステップＳ２では、第１〜第Ｎの検出信号の平均値を求める。
ステップＳ３では、第１〜第Ｎの検出信号の平均値と第１〜第Ｎの検出信号の各差（絶対値）と所定値（正の値）とを比較し、全ての差が所定値より小さいならステップＳ４へ進み、１つでも差が所定値以上ならステップＳ５へ進む。

ステップＳ４では、欠陥が存在しないと判定する。そして、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ５では、欠陥が存在していると判定する。
ステップＳ６では、第１〜第Ｎの検出信号の平均値と第１〜第Ｎの検出信号の各差と第１〜第Ｎのフラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎの位置（予め判っている）とを基に、図６に概念的に示すように等高線図ｈを作成し、等高線図ｈの頂き領域を欠陥の推定存在領域として抽出する。そして、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ７では、欠陥が存在しないと判定した場合は、その旨を報知する。他方、欠陥が存在すると判定した場合は、図７に示すように、欠陥が存在する旨のメッセージ表示Ｍおよび推定存在領域Ｌを表示する。そして、処理を終了する。

実施例１に係る欠陥検査装置１００によれば、次の効果が得られる。
（１）第１〜第Ｎのフラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎで実際の欠陥を直接的に検知することが出来る。
（２）燃料電池Ｆの被検査領域に熱線をほぼ均一に透過させるような実施困難性がなく、実施が容易である。
（３）小さな欠陥による小さな磁気の変化をも検知できる高感度のフラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎを用いるため、小さな欠陥でも確実に検知できる。
（４）欠陥の存在位置を検知することが出来る。
（５）燃料電池の実際の運転状態（電流Ｉを取り出している状態）を反映した検査が出来る。なお、陰極−陽極間に交流電圧を印加して検査することも出来る。

図８は、実施例２に係る欠陥検査処理を示すフロー図である。
マイクロプロセッサ６０は、欠陥のない燃料電池Ｆについて第１〜第Ｎのフラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎで得た検出信号に基づく各基準データを予め記憶している。
ステップＳ１１では、マイクロプロセッサ６０は、記憶していた各基準データを読み出す。
ステップＳ１２では、第１〜第Ｎのフラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎから第１〜第Ｎの検出信号を読み込む。
ステップＳ１３では、各基準データと第１〜第Ｎの検出信号の各差（絶対値）と所定値（正の値）とを比較し、全ての差が所定値より小さいならステップＳ１４へ進み、１つでも差が所定値以上ならステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１４では、欠陥が存在しないと判定する。そして、ステップＳ１７へ進む。

ステップＳ１５では、欠陥が存在していると判定する。
ステップＳ１６では、各基準データと第１〜第Ｎの検出信号の各差と第１〜第Ｎのフラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎの位置とを基に、等高線図を作成し、等高線図の頂き領域を欠陥の推定存在領域として抽出する。そして、ステップＳ１７へ進む。

ステップＳ１７では、欠陥が存在しないと判定した場合は、その旨を報知する。他方、欠陥が存在すると判定した場合は、欠陥が存在する旨のメッセージ表示および推定存在領域を表示する。そして、処理を終了する。

図９は、実施例３に係る欠陥検査処理を示すフロー図である。
この処理は所定時間（例えば３０分）ごとに反復実行される。そして、初回の実行時は、ステップＳ２２だけが実行され、燃料電池Ｆについて第１〜第Ｎのフラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎで得た各検出信号が記憶される。２回目以降の実行時はステップＳ２１〜Ｓ２７が実行される。

ステップＳ２１では、マイクロプロセッサ６０は、記憶していた前回の各検出信号を読み出す。
ステップＳ２２では、第１〜第Ｎのフラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎから第１〜第Ｎの検出信号を読み込む。
ステップＳ２３では、前回と今回の第１〜第Ｎの検出信号の各差（絶対値）と所定値（正の値）とを比較し、全ての差が所定値より小さいならステップＳ２４へ進み、１つでも差が所定値以上ならステップＳ２５へ進む。

ステップＳ２４では、欠陥が存在しないと判定する。そして、ステップＳ２７へ進む。

ステップＳ２５では、欠陥が存在していると判定する。
ステップＳ２６では、前回と今回の第１〜第Ｎの検出信号の各差と第１〜第Ｎのフラックスゲート型磁気検出素子１０−１〜１０−Ｎの位置とを基に、等高線図を作成し、等高線図の頂き領域を欠陥の推定存在領域として抽出する。そして、ステップＳ２７へ進む。

ステップＳ２７では、欠陥が存在しないと判定した場合は、その旨を報知する。他方、欠陥が存在すると判定した場合は、欠陥が存在する旨のメッセージ表示および推定存在領域を表示する。そして、処理を終了する。

図１０は、実施例４に係る欠陥検査装置２００を示す構成図である。
この欠陥検査装置２００は、実施例１の欠陥検査装置１００の各フラックスゲート型磁気検出素子１０の下側に、それらと対になるフラックスゲート型磁気検出素子１０を備えた構成である。

欠陥検査処理は、図５，図８および図９における「第１〜第Ｎの検出信号」を「第１〜第Ｎの検出信号およびそれらと対になる第Ｎ＋１〜第２Ｎの検出信号の各差分（絶対値）である第１〜第Ｎの差分」と読み替えればよい。

実施例４の欠陥検査装置２００によれば、フラックスゲート型磁気検出素子の検出信号の対の差分をとるため、外来磁気の影響を抑制することが出来る。

フラックスゲート型磁気検出素子の代わりに、ＳＱＵＩＤや、ホール素子や、ＭＲ素子などを用いてもよい。

本発明の欠陥検査装置は、燃料電池の欠陥検査装置として利用できる。

実施例１に係る欠陥検査装置の構成を示す模式図である。実施例１に係る欠陥検査装置の構成を示すブロック図である。フラックスゲート型磁気検出素子と励磁部と信号処理部を示す構成図である。燃料電池の欠陥を検査する状態の説明図である。実施例１に係る欠陥検査処理を示すフロー図である。等高線図の説明図である。欠陥を検知した場合の表示例を示す説明図である。実施例２に係る欠陥検査処理を示すフロー図である。実施例３に係る欠陥検査処理を示すフロー図である。実施例４に係る欠陥検査装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１センサユニット
２コントロールボックス
１０，１０−１〜１０−２Ｎフラックスゲート型磁気検出素子
１１磁心
１２励磁用コイル
１３検出用コイル
２０，２０−１〜２０−Ｎ信号処理部
５０，５０−１〜５０−Ｎ励磁部
６０マイクロプロセッサ
６１入出力部
１００，２００欠陥検査装置
Ｆ燃料電池

Claims

被検査対象面に平行に載置されるセンサ面に分布して配設された複数の磁気センサと、被検査対象面について前記複数の磁気センサで得た検出信号に基づいて前記被検査対象面に欠陥が有るか否かを判定する判定手段とを具備したことを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記判定手段は、被検査対象面について前記複数の磁気センサで得た検出信号の平均値との差に基づいて欠陥が有るか否かを判定することを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記判定手段は、欠陥の有無を判定する基準となる基準データを記憶しており、被検査対象面について前記複数の磁気センサで得た検出信号に基づく検査データと前記基準データとを比較して欠陥が有るか否かを判定することを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記判定手段は、被検査対象面について前記複数の磁気センサで得た検出信号の経時変化に基づいて欠陥が生じたか否かを判定することを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の欠陥検査装置において、前記判定手段は、前記複数の磁気センサの位置と各検出信号とに基づいて欠陥が前記被検査対象面のどの部分に有るかを判定することを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の欠陥検査装置において、前記磁気センサがフラックスゲート型磁気検出素子であることを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１から請求項６のいずれかに記載の欠陥検査装置において、前記磁気センサ子は前記センサ面に交差する方向に対になって配設されており、前記判定手段は、前記対になっている磁気センサで得た検出信号の差分に基づいて判定することを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１から請求項７のいずれかに記載の欠陥検査装置において、前記被検査対象面が、燃料電池の電極面であることを特徴とする欠陥検査装置。