JP2009222425A - Nondestructive inspecting device and nondestructive inspecting method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nondestructive inspecting method capable of more easily measuring a stress intensity factor at a stress concentration part at higher precision without detecting cracks at the stress concentration part of a member to evaluate the degree of fatigue at the stress concentration part even if the crack has actually not occurred at the stress concentration part. <P>SOLUTION: At first the density distribution of magnetic fluxes at the surface of the stress concentration part of a sample is measured. Then, it is detected that the propagation of cracks from the stress concentration part is shown as a curved line protruding toward downward of the magnetic flux density distribution along the estimated direction. When the magnetic flux density distribution shows the curved shape, the distance from the stress concentration part to the top of the curved shape is measured. Based on the linear relationship between the distance and the stress intensity factor at the stress concentration part, the stress intensity factor is determined from the distance. When the magnetic flux density distribution does not show the curved shape, it is determined that the fatigue does not generate at the stress concentration part yet. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は部材の非破壊検査に関し、特に、破壊力学に基づく部材の強度評価への非破壊検査の利用に関する。   The present invention relates to non-destructive inspection of members, and more particularly, to use of non-destructive inspection for strength evaluation of members based on fracture mechanics.

部材の強度はその部材内の応力分布に基づいて評価される。ここで、部材が亀裂や欠陥を含む場合、その亀裂や欠陥の近傍では応力分布が特異的である。亀裂や欠陥以外にも、例えば部材の角や部材間の接合部等、応力が極めて集中しやすい部分、すなわち応力集中部では応力分布が実質的に特異的である。そのような特異的な応力分布、すなわち応力特異場は、応力拡大係数と呼ばれるパラメータで特徴づけられることが知られている。従って、亀裂や欠陥、及び応力集中部近傍の強度評価には応力拡大係数が一般に利用される。例えば、ある部材の欠陥の応力拡大係数がその部材の破壊靭性値以上であれば、その部材にはその欠陥を起点とする脆性破壊が生じると判定できる。その他に、繰り返し荷重に起因する疲労亀裂の進展速度は、その繰り返し荷重に伴う応力拡大係数の変動の幅、すなわち応力拡大係数幅(応力拡大係数範囲とも言う。)とパリス(Paris)則と呼ばれる関係を満たす。その関係を利用することで、応力拡大係数幅から亀裂の進展段階を評価でき、更に、その亀裂が部材の延性又は脆性破断に至るまでの寿命を予測できる。   The strength of the member is evaluated based on the stress distribution in the member. Here, when the member includes a crack or a defect, the stress distribution is specific in the vicinity of the crack or the defect. In addition to cracks and defects, the stress distribution is substantially specific in a portion where stress is very likely to concentrate, such as a corner of a member or a joint between members, that is, a stress concentration portion. It is known that such a specific stress distribution, that is, a stress singular field, is characterized by a parameter called a stress intensity factor. Therefore, a stress intensity factor is generally used for strength evaluation in the vicinity of cracks, defects, and stress concentration portions. For example, if the stress intensity factor of a defect of a certain member is equal to or greater than the fracture toughness value of the member, it can be determined that brittle fracture starting from the defect occurs in the member. In addition, the growth rate of fatigue cracks due to repeated loads is called the width of the fluctuation of stress intensity factors associated with the repeated loads, that is, the stress intensity factor width (also referred to as the stress intensity factor range) and the Paris law. Satisfy the relationship. By utilizing this relationship, it is possible to evaluate the progress stage of the crack from the stress intensity factor width, and further to predict the life until the crack reaches the ductility or brittle fracture of the member.

応力拡大係数を実際の部材から非破壊検査で求める従来の方法としては、例えば特許文献1に記載された方法が知られている。この方法では、金属の亀裂の先端近傍での自発磁化がその亀裂の応力拡大係数幅と線形関係にあることを利用する。具体的には、ホール素子顕微鏡を用いて亀裂の先端近傍で自発磁化を測定し、得られた自発磁化から上記の線形関係に基づいてその亀裂の応力拡大係数幅を算定する。その他に、部材を透過させたX線の半価幅分布から応力拡大係数を求める方法も知られている。
特開2007−071657号公報 特開2002−277442号公報 特開2006−242701号公報
As a conventional method for obtaining a stress intensity factor from an actual member by nondestructive inspection, for example, a method described in Patent Document 1 is known. This method utilizes the fact that the spontaneous magnetization in the vicinity of the tip of the crack in the metal has a linear relationship with the stress intensity factor width of the crack. Specifically, the spontaneous magnetization is measured near the tip of the crack using a Hall element microscope, and the stress intensity factor width of the crack is calculated from the obtained spontaneous magnetization based on the above linear relationship. In addition, a method for obtaining a stress intensity factor from a half-value width distribution of X-rays transmitted through a member is also known.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-071657 JP 2002-277442 A JP 2006-242701 A

特許文献1に記載された従来の方法では、応力拡大係数を十分に高い精度で求めるには亀裂の先端近傍での自発磁化を十分に高い精度で測定しなければならない。しかし、自発磁化は一般に、環境温度、外部磁場、又は強磁性の不純物から影響を受けやすいので、自発磁化を高精度に測定することは容易ではない。更に、上記の方法は、常磁性の金属が亀裂の近傍に生じた塑性域では強磁性に変化することを利用して自発磁化の測定精度を十分に高く維持している。従って、部材全体が強磁性を示す場合、自発磁化の測定精度を十分に高く維持することは困難である。上記の方法はまた、予め亀裂を検出するステップが必要であり、亀裂が生じていない部材には適用できない。   In the conventional method described in Patent Document 1, spontaneous magnetization in the vicinity of the crack tip must be measured with sufficiently high accuracy in order to obtain the stress intensity factor with sufficiently high accuracy. However, since spontaneous magnetization is generally susceptible to environmental temperature, external magnetic field, or ferromagnetic impurities, it is not easy to measure spontaneous magnetization with high accuracy. Furthermore, the above method maintains sufficiently high measurement accuracy of spontaneous magnetization by utilizing the fact that paramagnetic metal changes to ferromagnetism in the plastic region in the vicinity of the crack. Therefore, when the whole member exhibits ferromagnetism, it is difficult to maintain the measurement accuracy of spontaneous magnetization sufficiently high. The above method also requires a step of detecting a crack in advance, and cannot be applied to a member having no crack.

X線の半価幅分布から応力拡大係数を求める方法では、応力拡大係数を十分に高い精度で求め得るほどX線の分解能を十分に向上させるのが容易ではない。更に、測定時間の更なる短縮が困難である。   In the method of obtaining the stress intensity factor from the X-ray half width distribution, it is not easy to sufficiently improve the X-ray resolution so that the stress intensity factor can be obtained with sufficiently high accuracy. Furthermore, it is difficult to further shorten the measurement time.

本発明の目的は、部材の応力集中部から亀裂を検出しなくても、その応力集中部の応力拡大係数を更に高い精度で、かつ更に簡便に測定でき、その応力集中部に亀裂が実際には生じていなくても、その応力集中部の疲労の程度を評価できる非破壊検査方法を提供することにある。   The object of the present invention is to measure the stress intensity factor of the stress concentration portion with higher accuracy and more easily without detecting a crack from the stress concentration portion of the member. It is an object of the present invention to provide a non-destructive inspection method that can evaluate the degree of fatigue of the stress concentration portion even if no occurrence occurs.

本発明による非破壊検査方法は従来の方法とは異なり、本願の発明者によって発見された次の事実を利用する。
少なくとも応力が集中する領域では強磁性を示す材質から試料が形成されている場合、その試料の応力集中部及びその近傍では、疲労があまり進んでいない間、表面の磁束密度分布が不規則な形状を示す。ここで、応力集中部は、応力が特に集中して応力場が特異的になる部分であり、好ましくは部材の形状や組成等、部材の構造で決まる。上記の不規則な形状は試料ごとに異なるが、応力集中部の疲労がある程度進むまではほとんど変化しない。応力集中部の疲労がある程度に達すると、応力集中部及びその近傍では表面の磁束密度分布の形状がそれ以前の不規則な形状から急激に変化する。この急激な変化は応力集中部に亀裂が生じる時点より早い。応力集中部に亀裂が生じれば、その応力集中部からその亀裂の進展方向に沿って表面の磁束密度分布が下に凸の、又は上に凸の曲線形状を示す。この傾向は試料には依らない。尚、下に凸の曲線形状は、N極を上向きにして磁束密度分布をプロットしたときに現れ、上に凸の曲線形状はその逆である。応力集中部からその曲線形状の頂点、すなわち傾きが0に等しい点までの距離は亀裂の長さより大きい。その距離は応力集中部の応力拡大係数で決まり、特にその距離は応力集中部の応力拡大係数幅に比例する。
Unlike the conventional method, the nondestructive inspection method according to the present invention uses the following facts discovered by the inventors of the present application.
If the sample is formed from a material exhibiting ferromagnetism at least in the stress-concentrated region, the surface magnetic flux density distribution has an irregular shape while fatigue is not progressing much at and near the stress-concentrated portion of the sample. Indicates. Here, the stress concentration portion is a portion where stress is particularly concentrated and the stress field becomes specific, and is preferably determined by the structure of the member such as the shape and composition of the member. The irregular shape is different for each sample, but hardly changes until fatigue of the stress concentration portion progresses to some extent. When the fatigue of the stress concentrated portion reaches a certain level, the shape of the magnetic flux density distribution on the surface at the stress concentrated portion and its vicinity changes rapidly from the irregular shape before that. This abrupt change is earlier than the time point when the stress concentration portion is cracked. If a crack occurs in the stress concentration portion, the magnetic flux density distribution on the surface is convex downward or convex upward from the stress concentration portion along the direction of crack propagation. This tendency does not depend on the sample. The downward convex curve shape appears when the magnetic flux density distribution is plotted with the north pole facing upward, and the upward convex curve shape is the opposite. The distance from the stress concentration portion to the vertex of the curved shape, that is, the point where the inclination is equal to 0 is larger than the length of the crack. The distance is determined by the stress intensity factor of the stress concentration portion, and in particular, the distance is proportional to the stress intensity factor width of the stress concentration portion.

本発明の一つの観点による非破壊検査方法は、好ましくは以下のステップを順に含む。まず、試料の応力集中部を含む所定の領域でその試料の表面の磁束密度分布を測定する。更に、所定の領域は、応力集中部に亀裂が生じたときにその亀裂の進展が予想される方向を含む。次に、測定された磁束密度分布が応力集中部から一定の方向に沿って下に凸の、又は上に凸の曲線形状を示すことを検出する。測定された磁束密度分布がそれらのいずれかの曲線形状を示すとき、応力集中部からその曲線形状の頂点までの距離を求める。その距離とその応力集中部の応力拡大係数幅との間の所定の関係、特に線形関係を利用することにより、その距離に基づいてその応力集中部の応力拡大係数を決定する。   The nondestructive inspection method according to one aspect of the present invention preferably includes the following steps in order. First, the magnetic flux density distribution on the surface of the sample is measured in a predetermined region including the stress concentration portion of the sample. Further, the predetermined region includes a direction in which a crack is expected to develop when a crack occurs in the stress concentration portion. Next, it is detected that the measured magnetic flux density distribution shows a curved shape convex downward or convex upward along a certain direction from the stress concentration portion. When the measured magnetic flux density distribution shows any one of these curve shapes, the distance from the stress concentration portion to the vertex of the curve shape is obtained. By utilizing a predetermined relationship between the distance and the stress intensity factor width of the stress concentration portion, in particular, a linear relationship, the stress intensity factor of the stress concentration portion is determined based on the distance.

好ましくは、応力集中部から上記の曲線形状の頂点までの距離とその応力集中部の応力拡大係数との間の線形関係を示すデータを予めデータベースに保存する。その場合、応力集中部の応力拡大係数を決定するステップでその線形関係を示すデータをデータベースから読み出して利用する。   Preferably, data indicating a linear relationship between the distance from the stress concentration portion to the vertex of the curve shape and the stress intensity factor of the stress concentration portion is stored in a database in advance. In that case, in the step of determining the stress intensity factor of the stress concentration portion, data indicating the linear relationship is read from the database and used.

本発明の別の観点による非破壊検査方法は、好ましくは以下のステップを順に含む。まず、試料の応力集中部がまだ疲労を生じていない初期状態にあるとき、その応力集中部の表面上の少なくとも一点での磁束密度、又はその応力集中部から試料の表面に沿って所定の方向に拡がっている領域での磁束密度分布を測定し、その測定結果を示すデータをデータベースに保存する。次に、同じ一点での磁束密度又は同じ領域での磁束密度分布を新たに測定する。更に、新たに測定されたその一点での磁束密度又はその領域での磁束密度分布とデータベースに保存された磁束密度又は磁束密度分布との間の変化量を所定の閾値と比較する。ここで、磁束密度分布の間の変化量としては好ましくは、上記の領域に含まれる各測定点における磁束密度の間の変化量の最大値を利用する。その変化量が閾値未満であれば応力集中部の疲労が所定の程度には達していないと判断し、その変化量が閾値を超えていれば応力集中部の疲労が所定の程度まで進んでいると判断する。   The nondestructive inspection method according to another aspect of the present invention preferably includes the following steps in order. First, when the stress concentration portion of the sample is in an initial state where fatigue has not yet occurred, the magnetic flux density at at least one point on the surface of the stress concentration portion, or a predetermined direction from the stress concentration portion along the surface of the sample Measure the magnetic flux density distribution in the area extending to, and store the data indicating the measurement results in a database. Next, the magnetic flux density at the same point or the magnetic flux density distribution in the same region is newly measured. Further, the amount of change between the newly measured magnetic flux density at the one point or the magnetic flux density distribution in the region and the magnetic flux density or magnetic flux density distribution stored in the database is compared with a predetermined threshold value. Here, as the amount of change between the magnetic flux density distributions, the maximum value of the amount of change between the magnetic flux densities at each measurement point included in the region is preferably used. If the amount of change is less than the threshold, it is determined that the fatigue of the stress concentration portion has not reached the predetermined level, and if the amount of change exceeds the threshold, the fatigue of the stress concentration portion has progressed to the predetermined level. Judge.

本発明による非破壊検査方法は従来の方法とは異なり、応力集中部から亀裂を検出しなくても応力拡大係数を算定できる。従って、亀裂の検出操作が不要である。特に、表面の磁束密度分布が示す下又は上に凸の曲線形状の頂点は亀裂の先端より先に進展するので、亀裂が検出可能な長さまで進展していなくても上記の距離からその亀裂の先端部の応力拡大係数を決定できる。更に、試料表面の一点での磁束密度の絶対値とは異なり、磁束密度分布の全体の形状は外乱の影響を受けにくいので、上記の曲線形状の頂点を精度良く特定することは一般に、試料表面の一点で磁束密度の絶対値を精度良く測定することより容易である。試料全体が強磁性の金属から形成されていても、上記の距離は十分に高い精度で測定可能である。このように、本発明による上記の方法は従来の方法とは異なり、応力集中部から亀裂を実際には検出しなくても、その応力集中部の応力拡大係数を更に高い精度で更に簡便に測定できる。   Unlike the conventional method, the nondestructive inspection method according to the present invention can calculate the stress intensity factor without detecting a crack from the stress concentration portion. Therefore, a crack detection operation is not necessary. In particular, since the apex of the curved shape that is convex downward or upward indicated by the magnetic flux density distribution on the surface develops before the tip of the crack, even if the crack does not progress to the detectable length, The stress intensity factor at the tip can be determined. Furthermore, unlike the absolute value of the magnetic flux density at a single point on the sample surface, the overall shape of the magnetic flux density distribution is not easily affected by disturbances. It is easier to accurately measure the absolute value of the magnetic flux density at one point. Even if the entire sample is made of a ferromagnetic metal, the above distance can be measured with sufficiently high accuracy. Thus, unlike the conventional method, the above-described method according to the present invention measures the stress intensity factor of the stress concentration portion more easily and more easily without actually detecting a crack from the stress concentration portion. it can.

本発明による非破壊検査方法は更に、応力集中部に亀裂が生じていない期間中、応力集中部及びその近傍での表面の磁束密度分布の急激な変化を検出する。それにより、従来の方法とは異なり、その応力集中部に亀裂が実際に生じる前に、その応力集中部の疲労を検知できる。   The nondestructive inspection method according to the present invention further detects an abrupt change in the magnetic flux density distribution on the surface at and near the stress concentration portion during a period in which no crack occurs in the stress concentration portion. Thereby, unlike the conventional method, fatigue of the stress concentration portion can be detected before a crack actually occurs in the stress concentration portion.

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1に、本発明の実施形態による非破壊検査装置のブロック図を示す。この検査装置は好ましくは磁束密度測定部1と疲労評価部2とを含む。図1に示されているように、磁束密度測定部1は好ましくは、プローブ11、ガウスメータ12、ステージ13A、13B、位置センサ14A、14B、及び位置制御部15を含む。疲労評価部2は好ましくは応力拡大係数算定部21とデータベース22とを含む。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a block diagram of a nondestructive inspection apparatus according to an embodiment of the present invention. This inspection apparatus preferably includes a magnetic flux density measurement unit 1 and a fatigue evaluation unit 2. As shown in FIG. 1, the magnetic flux density measurement unit 1 preferably includes a probe 11, a gauss meter 12, stages 13A and 13B, position sensors 14A and 14B, and a position control unit 15. The fatigue evaluation unit 2 preferably includes a stress intensity factor calculation unit 21 and a database 22.

プローブ11は好ましくは細長い棒状であり、その先端に磁気センサ11Aを含む。磁気センサ11Aは好ましくはホール素子である。その他に磁気抵抗素子であっても良い。ガウスメータ12は磁気センサ11Aを駆動し、それに応じてその磁気センサ11Aから出力される信号を受け取る。ガウスメータ12は更にその信号から、磁気センサ11Aを所定の方向に貫く磁束密度を割り出す。例えば磁気センサ11Aがホール素子である場合、ガウスメータ12はホール素子に所定量の電流を与え、それに応じてホール素子に生じるホール電圧から、ホール素子を貫く磁束密度を割り出す。ホール素子は好ましくはGaAs素子であり、その感磁面積が好ましくは10μm×10μmである。更に、その場合でのガウスメータ12の分解能は好ましくは0.01mTである。   The probe 11 is preferably in the form of an elongated bar, and includes a magnetic sensor 11A at the tip thereof. The magnetic sensor 11A is preferably a Hall element. In addition, a magnetoresistive element may be used. The gauss meter 12 drives the magnetic sensor 11A and receives a signal output from the magnetic sensor 11A accordingly. The gauss meter 12 further determines the magnetic flux density penetrating the magnetic sensor 11A in a predetermined direction from the signal. For example, when the magnetic sensor 11A is a Hall element, the gauss meter 12 applies a predetermined amount of current to the Hall element, and accordingly determines the magnetic flux density penetrating the Hall element from the Hall voltage generated in the Hall element. The Hall element is preferably a GaAs element, and its magnetic sensitive area is preferably 10 μm × 10 μm. Furthermore, the resolution of the Gauss meter 12 in that case is preferably 0.01 mT.

ステージは好ましくはXYステージ13AとZステージ13Bとを含む。XYステージ13Aは好ましくは上面が水平な台であり、水平面内で自動的に変位可能である。XYステージ13Aの上面には検査対象の試料4が固定される。Zステージ13Bは好ましくはプローブ11の末端を固定する台であり、鉛直方向に延びている支柱13Cによって支持されている。好ましくは、磁気センサ11Aの出力信号のレベルがその磁気センサ11Aを鉛直方向に貫く磁束の強さに対応するように、Zステージ13Bはプローブ11を支持している。Zステージ13Bはその支柱13Cに沿って自動的に摺動可能である。XYステージ13Aの変位によってXYステージ13Aの上面に対するプローブ11の先端の位置が変化し、Zステージ13Bの変位によってXYステージ13Aの上面からプローブ11の先端までの距離が変化する。   The stage preferably includes an XY stage 13A and a Z stage 13B. The XY stage 13A is preferably a platform having a horizontal upper surface and can be automatically displaced in a horizontal plane. A sample 4 to be inspected is fixed on the upper surface of the XY stage 13A. The Z stage 13B is preferably a table for fixing the end of the probe 11, and is supported by a support column 13C extending in the vertical direction. Preferably, the Z stage 13B supports the probe 11 so that the level of the output signal of the magnetic sensor 11A corresponds to the strength of the magnetic flux penetrating the magnetic sensor 11A in the vertical direction. The Z stage 13B can automatically slide along the column 13C. The position of the tip of the probe 11 with respect to the upper surface of the XY stage 13A changes due to the displacement of the XY stage 13A, and the distance from the upper surface of the XY stage 13A to the tip of the probe 11 changes due to the displacement of the Z stage 13B.

位置センサは好ましくは水平レーザ変位計14Aと鉛直レーザ変位計14Bとを含む。水平レーザ変位計14AはXYステージ13Aの側面にレーザ光LAを照射し、その反射光からその側面までの距離を測定する。鉛直レーザ変位計14BはXYステージ13Aの上面に向かって好ましくは複数のレーザ光LBを照射し、試料4及びプローブ11の先端の各上面によって反射された光から各上面までの距離を測定する。   The position sensor preferably includes a horizontal laser displacement meter 14A and a vertical laser displacement meter 14B. The horizontal laser displacement meter 14A irradiates the side surface of the XY stage 13A with the laser beam LA and measures the distance from the reflected light to the side surface. The vertical laser displacement meter 14B preferably irradiates a plurality of laser beams LB toward the upper surface of the XY stage 13A, and measures the distance from the light reflected by the upper surfaces of the sample 4 and the tip of the probe 11 to each upper surface.

位置制御部15は好ましくは、パソコン3が所定のプログラムを実行することによって実現される機能部である。位置制御部15は好ましくは、水平レーザ変位計14Aによって測定された距離とXYステージ13Aの変位の履歴とに基づいてXYステージ13Aの水平面内での位置を求め、更にその位置を監視しながらXYステージ13Aを変位させる。一方、位置制御部15は好ましくは、鉛直レーザ変位計14Bによって測定された距離とプローブ11の先端内での磁気センサ11Aの位置とに基づいて試料4の上面からの磁気センサ11Aの高さを求め、更にその高さを監視しながらZステージ13Bを変位させる。   The position control unit 15 is preferably a functional unit realized by the personal computer 3 executing a predetermined program. The position controller 15 preferably obtains the position of the XY stage 13A in the horizontal plane based on the distance measured by the horizontal laser displacement meter 14A and the displacement history of the XY stage 13A, and further monitors the position while monitoring the position of the XY. The stage 13A is displaced. On the other hand, the position control unit 15 preferably calculates the height of the magnetic sensor 11A from the upper surface of the sample 4 based on the distance measured by the vertical laser displacement meter 14B and the position of the magnetic sensor 11A within the tip of the probe 11. Then, the Z stage 13B is displaced while monitoring its height.

疲労評価部2は好ましくは、パソコン3が所定のプログラムを実行することによって実現される機能部である。特にデータベース22としては好ましくは、パソコン3に内蔵された半導体メモリやHDD等の記憶手段が利用される。その他に、パソコン3に外付けされ、又はネットワークを通して接続された外部記憶手段がデータベース22として利用されても良い。疲労評価部2、好ましくは応力拡大係数算定部21は磁束密度測定部1に、試料4の表面から鉛直方向に放出されている磁束密度の分布を測定させる。すなわち、位置制御部15に各ステージ13A、13Bを所定のパターンで変位させながら、ガウスメータ12に磁束密度の測定を所定の間隔で、好ましくは連続的に繰り返させる。それにより、特に試料4の応力集中部の周辺で磁束密度分布を測定させる。   The fatigue evaluation unit 2 is preferably a functional unit realized by the personal computer 3 executing a predetermined program. In particular, the database 22 is preferably a storage means such as a semiconductor memory or an HDD built in the personal computer 3. In addition, external storage means externally connected to the personal computer 3 or connected through a network may be used as the database 22. The fatigue evaluation unit 2, preferably the stress intensity factor calculation unit 21, causes the magnetic flux density measurement unit 1 to measure the distribution of the magnetic flux density emitted from the surface of the sample 4 in the vertical direction. That is, the gauss meter 12 is made to repeatedly measure the magnetic flux density at a predetermined interval, preferably continuously, while the position control unit 15 displaces the stages 13A and 13B in a predetermined pattern. Thereby, the magnetic flux density distribution is measured particularly around the stress concentration portion of the sample 4.

ここで、試料4は、少なくとも応力が集中する領域が強磁性を示す材質、好ましくは鋼から成る。試料4は特に、高炭素クロム軸受鋼SUJ2等、全体が強磁性を示す材質から形成されていても良い。試料4の応力集中部は、試料4の構造によって応力が集中して応力場が特異的になる部分である。試料4が例えば図2に示されているような長方形の平板であり、その長辺の中央付近にスリット4Aを含むとき、そのスリット4Aの先端部4B及びその近傍が応力集中部である。その他に、部材の角や異なる部材間の接合部等が応力集中部になり得る。   Here, the sample 4 is made of a material exhibiting ferromagnetism, preferably steel, at least in a region where stress is concentrated. In particular, the sample 4 may be formed of a material exhibiting ferromagnetism as a whole, such as a high carbon chromium bearing steel SUJ2. The stress concentration portion of the sample 4 is a portion where stress is concentrated due to the structure of the sample 4 and the stress field becomes specific. For example, when the sample 4 is a rectangular flat plate as shown in FIG. 2 and includes a slit 4A near the center of its long side, the tip 4B of the slit 4A and the vicinity thereof are stress concentration portions. In addition, a corner of a member, a joint portion between different members, or the like can be a stress concentration portion.

応力拡大係数算定部21は好ましくは位置制御部15にXYステージ13Aを一定の方向に並進させることにより、磁束密度測定部1に試料4の応力集中部からその並進方向とは逆向きに磁束密度分布を測定させる。ここで、その逆方向は好ましくは、応力集中部に生じた亀裂が進展する方向である。試料4が例えば図2に示されているスリット4Aを含むとき、応力集中部であるそのスリット4Aの先端部4Bに亀裂が生じれば、その亀裂は一般に、図3に示されているその試料4の長辺に対して垂直な方向に進展する。従って、応力拡大係数算定部21は磁束密度測定部1に、そのスリット4Aの先端部4Bからその方向に所定の距離まで直線的に拡がっている領域4Cについて磁束密度分布を測定させる。   The stress intensity factor calculation unit 21 preferably causes the position control unit 15 to translate the XY stage 13A in a certain direction, thereby causing the magnetic flux density measurement unit 1 to transfer the magnetic flux density from the stress concentration part of the sample 4 in the direction opposite to the translation direction. Let the distribution be measured. Here, the reverse direction is preferably a direction in which a crack generated in the stress concentration portion propagates. When the sample 4 includes, for example, the slit 4A shown in FIG. 2, if a crack occurs at the tip 4B of the slit 4A that is a stress concentration portion, the crack is generally indicated by the sample shown in FIG. It develops in a direction perpendicular to the long side of 4. Therefore, the stress intensity factor calculation unit 21 causes the magnetic flux density measurement unit 1 to measure the magnetic flux density distribution in the region 4C that linearly extends from the tip 4B of the slit 4A to a predetermined distance in that direction.

応力拡大係数算定部21は好ましくは、XYステージ13Aの並進期間中、磁束密度測定部1に磁束密度を連続的に測定させる。そのとき、ガウスメータ12は一連の測定値をアナログ信号として応力拡大係数算定部21に連続的に出力する。応力拡大係数算定部21はそのアナログ信号を、XYステージ13Aの並進開始時点からの経過時間と共に記憶する。その経過時間とXYステージ13Aの移動速度とから、その経過時間にXYステージ13Aが移動した距離を算定することにより、応力拡大係数算定部21は上記のアナログ信号から磁束密度分布を求める。   The stress intensity factor calculation unit 21 preferably causes the magnetic flux density measurement unit 1 to continuously measure the magnetic flux density during the translation period of the XY stage 13A. At that time, the gauss meter 12 continuously outputs a series of measurement values to the stress intensity factor calculation unit 21 as an analog signal. The stress intensity factor calculation unit 21 stores the analog signal together with the elapsed time from the translation start time of the XY stage 13A. From the elapsed time and the moving speed of the XY stage 13A, the stress intensity factor calculating unit 21 calculates the magnetic flux density distribution from the analog signal by calculating the distance that the XY stage 13A has moved during the elapsed time.

応力拡大係数算定部21は好ましくは、上記のようにして得られた磁束密度分布から、空間的な変動の周波数が所定の閾値以上である成分をノイズとして除去する。特に磁気センサ11Aとしてホール素子が利用される場合、ガウスメータ12はそのホール素子に与える電流の極性を周期的に反転させる。そのとき、ガウスメータ12から出力される上記のアナログ信号には、ホール素子に与える電流の極性反転と同じ周波数のノイズ、すなわちスイッチングノイズが生じる。それ故、応力拡大係数算定部21は好ましくはローパスフィルタ又はデジタルマルチメータを含み、それらを用いて上記のアナログ信号からスイッチングノイズの周波数以上の成分を除去する。   The stress intensity factor calculation unit 21 preferably removes, as noise, a component having a spatial fluctuation frequency equal to or higher than a predetermined threshold value from the magnetic flux density distribution obtained as described above. In particular, when a Hall element is used as the magnetic sensor 11A, the Gauss meter 12 periodically inverts the polarity of the current applied to the Hall element. At that time, in the analog signal output from the gauss meter 12, noise having the same frequency as the polarity inversion of the current applied to the Hall element, that is, switching noise is generated. Therefore, the stress intensity factor calculation unit 21 preferably includes a low-pass filter or a digital multimeter, and removes components above the switching noise frequency from the analog signal using them.

応力拡大係数算定部21は更に、ノイズを除去した後の磁束密度分布をプロットしたときにその分布が下又は上に凸の曲線形状を示すことを検出する。ここで、応力集中部での疲労がある程度より進んでいれば、上記の磁束密度分布は一般に、N極を上向きにしてプロットしたときには下に凸の曲線形状を示し、S極を上向きにしてプロットしたときは上に凸の曲線形状を示す。図4に、図3に示されている直線的な領域4Cに沿った磁束密度分布の一例を示す。図4の縦軸はN極を上向きにして磁束密度の大きさを示し、横軸はスリット4Aの基端部Oから磁束密度の測定点までの距離を示す。図4では、実線、破線、一点鎖線の順にスリット4Aの先端部4Bの周辺で疲労が進んでいる。先端部4Bの周辺があまり疲労を生じていない初期状態では、上記の磁束密度分布は図4の実線で示されているように不規則である。その不規則な形状は試料4ごとに異なる。しかし、先端部4Bの周辺で疲労がある程度に達すれば、上記の磁束密度分布は図4の破線及び一点鎖線で示されているような下に凸の曲線形状に変化する。更に、疲労が進み、亀裂が進展するにつれて、図4の破線、一点鎖線の順に曲線形状は変形し、特にその頂点が応力集中部から離れていく。この傾向は試料4には依らない。好ましくは、試料4の同じ応力集中部が疲労をまだ生じていない初期状態にあるときに測定された磁束密度分布のデータがデータベース22に予め保存されている。応力拡大係数算定部21はそのデータを利用し、新たに測定された磁束密度分布の曲線形状が初期状態での不規則な形状から下又は上に凸の曲線形状へと有意に変化したことを判別する。   Furthermore, the stress intensity factor calculation unit 21 detects that the magnetic flux density distribution after removing the noise is plotted to show a downward or upward convex curve shape. Here, if the fatigue at the stress concentration portion has progressed to some extent, the above-mentioned magnetic flux density distribution generally shows a downward convex curve shape when plotted with the N pole facing upward, and the plot with the S pole facing upward. When it does, it shows a convex curve shape. FIG. 4 shows an example of the magnetic flux density distribution along the linear region 4C shown in FIG. The vertical axis in FIG. 4 indicates the magnitude of the magnetic flux density with the N pole facing upward, and the horizontal axis indicates the distance from the base end O of the slit 4A to the measurement point of the magnetic flux density. In FIG. 4, fatigue progresses around the tip 4B of the slit 4A in the order of the solid line, the broken line, and the alternate long and short dash line. In the initial state where the periphery of the tip portion 4B is not so fatigued, the magnetic flux density distribution is irregular as shown by the solid line in FIG. The irregular shape varies from sample 4 to sample 4. However, if the fatigue reaches a certain level around the tip portion 4B, the above magnetic flux density distribution changes to a downwardly convex curve shape as shown by the broken line and the alternate long and short dash line in FIG. Further, as the fatigue progresses and the crack progresses, the curve shape deforms in the order of the broken line and the alternate long and short dash line in FIG. This tendency does not depend on sample 4. Preferably, data of magnetic flux density distribution measured when the same stress concentration portion of the sample 4 is in an initial state where fatigue has not yet occurred is stored in the database 22 in advance. The stress intensity factor calculation unit 21 uses the data to confirm that the newly measured curve shape of the magnetic flux density distribution has changed significantly from an irregular shape in the initial state to a curved shape convex downward or upward. Determine.

尚、応力拡大係数算定部21は上記の他に、磁束密度測定部1に応力集中部周辺の広い範囲で磁束密度分布を測定させ、応力集中部から一定方向に向かって下又は上に凸の曲線形状を示す部分を、得られた磁束密度分布の中から探しても良い。   In addition to the above, the stress intensity factor calculation unit 21 causes the magnetic flux density measurement unit 1 to measure the magnetic flux density distribution in a wide range around the stress concentration part, and protrudes downward or upward in a certain direction from the stress concentration part. A portion showing a curved shape may be searched from the obtained magnetic flux density distribution.

応力集中部から亀裂の進展方向に沿って磁束密度分布が下又は上に凸の曲線形状を示すとき、応力拡大係数算定部21は試料4の応力集中部からその曲線形状の頂点までの距離を算定し、その距離に基づいてその応力集中部の応力拡大係数幅を決定する。ここで、その距離は一般にその応力集中部の応力拡大係数幅と線形関係にある。図5にその線形関係の一例を示す。図5は特に図3に示されているスリット4Aの先端部4Bについて得られたものであり、縦軸はスリット4Aの基端部Oから上記の曲線形状の頂点までの距離を示し、横軸はスリット4Aの先端部4Bの応力拡大係数幅を示す。データベース22には好ましくは、図5に示されているような線形関係を示すデータが予め保存されている。そのデータは好ましくは、上記の距離とそれに対応する応力拡大係数幅との組み合わせのリストを表す。その他に、上記の距離とそれに対応する応力拡大係数幅とが満たすべき一次式の傾きと切片とを表していても良い。応力拡大係数算定部21はデータベース22に保存されているデータを利用し、上記の距離に対応する応力集中部の応力拡大係数幅を決定する。疲労評価部2は好ましくは、上記のように決定された応力拡大係数幅に基づき、応力集中部に生じた亀裂の進展速度をパリス則から評価し、更に好ましくは試料4の寿命を予測する。   When the magnetic flux density distribution shows a downward or upward convex curve shape from the stress concentration part along the crack propagation direction, the stress intensity factor calculation unit 21 calculates the distance from the stress concentration part of sample 4 to the vertex of the curve shape. The stress intensity factor width of the stress concentration portion is determined based on the calculated distance. Here, the distance is generally linearly related to the stress intensity factor width of the stress concentration portion. FIG. 5 shows an example of the linear relationship. FIG. 5 is obtained particularly for the tip 4B of the slit 4A shown in FIG. 3, and the vertical axis indicates the distance from the base end O of the slit 4A to the apex of the curved shape, and the horizontal axis. Indicates the stress intensity factor width of the tip 4B of the slit 4A. The database 22 preferably stores in advance data indicating a linear relationship as shown in FIG. The data preferably represents a list of combinations of the above distances and the corresponding stress intensity factor widths. In addition, the slope and intercept of a linear expression that should be satisfied by the distance and the corresponding stress intensity factor width may be represented. The stress intensity factor calculation unit 21 uses the data stored in the database 22 to determine the stress intensity factor width of the stress concentration part corresponding to the distance. The fatigue evaluation section 2 preferably evaluates the crack growth rate generated in the stress concentration section based on the Paris law based on the stress intensity factor width determined as described above, and more preferably predicts the life of the sample 4.

好ましくは、応力拡大係数算定部21は次の事実を利用し、新たに測定された磁束密度分布が初期状態での不規則な曲線形状から下又は上に凸の曲線形状へと変化したか否かを判別する。   Preferably, the stress intensity factor calculation unit 21 uses the following fact to determine whether or not the newly measured magnetic flux density distribution has changed from an irregular curve shape in the initial state to a curve shape convex downward or upward. Is determined.

応力集中部の疲労がある程度に達すると、亀裂が生じる前に応力集中部及びその近傍では、応力集中に伴う表面の磁束密度分布の形状が初期状態での不規則な形状から急激に変化する。例えば試料4が図3に示されているスリット4Aを含む場合、その先端部4Bから亀裂の進展方向に沿って直線的に拡がっている領域4Cでの磁束密度分布に見られるその急激な変化を図6に示す。図6の(a)と(b)とではスリット4Aの先端部4Bの初期状態での応力拡大係数幅が異なる。疲労がある程度に達するまでは、直線的な領域4Cでの磁束密度分布は、図6に実線で示されている初期状態での不規則な曲線形状を保つ。特にその曲線の各点では磁束密度が初期状態での値から、大きくてもガウスメータ12では識別できない程度にしか変わらない。一方、疲労がある程度に達すると、直線的な領域4Cでの磁束密度分布は、図6に実線で示されている初期状態の曲線形状から破線で示されている曲線形状へと急激に変化する。特に、スリット4Aの基端部Oからの距離が同じ点では一般に、磁束密度がガウスメータ12で十分識別可能な程度に変化する。この段階ではスリット4Aの先端部4Bには亀裂は生じていない。また、図6に破線で示されている曲線形状を下に凸の曲線形状と見なしたとき、その頂点とスリット4Aの基端部Oとの間の距離はそのときのスリット4Aの先端部4Bの応力拡大係数幅と、図5に示されている線形関係を満たす。   When the fatigue of the stress concentration portion reaches a certain level, the shape of the magnetic flux density distribution on the surface accompanying the stress concentration rapidly changes from the irregular shape in the initial state at and near the stress concentration portion before the crack occurs. For example, in the case where the sample 4 includes the slit 4A shown in FIG. 3, the rapid change seen in the magnetic flux density distribution in the region 4C linearly extending from the tip portion 4B along the crack propagation direction. As shown in FIG. 6 (a) and 6 (b), the stress intensity factor width in the initial state of the tip 4B of the slit 4A is different. Until the fatigue reaches a certain level, the magnetic flux density distribution in the linear region 4C maintains an irregular curve shape in the initial state shown by the solid line in FIG. In particular, at each point of the curve, the magnetic flux density changes from the initial value to a level that cannot be distinguished by the gauss meter 12 even if it is large. On the other hand, when the fatigue reaches a certain level, the magnetic flux density distribution in the linear region 4C rapidly changes from the initial curve shape shown by the solid line in FIG. 6 to the curve shape shown by the broken line. . In particular, at a point where the distance from the base end portion O of the slit 4A is the same, the magnetic flux density generally changes to such an extent that it can be sufficiently identified by the gauss meter 12. At this stage, no crack is generated in the tip 4B of the slit 4A. In addition, when the curved line shape shown by the broken line in FIG. 6 is regarded as a downwardly curved line shape, the distance between the apex and the base end O of the slit 4A is the tip of the slit 4A at that time. The stress intensity factor width of 4B and the linear relationship shown in FIG. 5 are satisfied.

好ましくは、応力拡大係数算定部21はまず、新たに測定された磁束密度分布から外乱に起因するバイアス成分を除去する。ここで、バイアス成分は一般に応力集中部以外でも共通であるので、応力拡大係数算定部21は好ましくは、応力集中部から外れた点でも磁束密度を測定し、その測定値と初期状態での値との間の差からバイアス成分を割り出す。尚、その初期状態での値は好ましくはデータベース22に予め保存されている。応力拡大係数算定部21は次に、バイアス成分が除去された磁束密度分布の曲線形状をデータベース22に保存された初期状態の曲線形状と比較し、応力集中部に位置する少なくとも一つの測定点、好ましくは応力場の特異点での磁束密度の変化量、又は、応力集中部を含む同じ領域での磁束密度分布の変化量を求める。ここで、磁束密度分布の変化量としては好ましくは、上記の領域に含まれる各測定点における磁束密度の変化量の最大値を利用する。応力拡大係数算定部21は更に、求められた変化量を所定の閾値、好ましくはガウスメータ12の分解能と比較する。その変化量がその閾値未満であれば、応力拡大係数算定部21は応力集中部の疲労が、磁束密度分布の曲線形状から応力拡大係数を算定可能な程度にはまだ達していないと判断する。その変化量がその閾値を超えていれば、応力拡大係数算定部21は、応力集中部の疲労が上記の程度まで進んでいるので、測定された磁束密度分布は下に凸の曲線形状であると判断する。   Preferably, the stress intensity factor calculation unit 21 first removes a bias component caused by a disturbance from the newly measured magnetic flux density distribution. Here, since the bias component is generally common except for the stress concentration portion, the stress intensity factor calculation portion 21 preferably measures the magnetic flux density even at a point outside the stress concentration portion, and the measured value and the value in the initial state. The bias component is determined from the difference between and. The initial value is preferably stored in the database 22 in advance. Next, the stress intensity factor calculation unit 21 compares the curve shape of the magnetic flux density distribution from which the bias component has been removed with the curve shape of the initial state stored in the database 22, and at least one measurement point located in the stress concentration portion, Preferably, the amount of change in magnetic flux density at a singular point of the stress field or the amount of change in magnetic flux density distribution in the same region including the stress concentration portion is obtained. Here, as the change amount of the magnetic flux density distribution, preferably, the maximum value of the change amount of the magnetic flux density at each measurement point included in the above-described region is used. The stress intensity factor calculation unit 21 further compares the obtained change amount with a predetermined threshold, preferably the resolution of the gauss meter 12. If the amount of change is less than the threshold value, the stress intensity factor calculation unit 21 determines that the fatigue of the stress concentration part has not yet reached the level where the stress intensity factor can be calculated from the curve shape of the magnetic flux density distribution. If the amount of change exceeds the threshold value, the stress intensity factor calculation unit 21 has progressed to the above degree of fatigue at the stress concentration portion, so that the measured magnetic flux density distribution has a downward convex curve shape. Judge.

以上の構成を利用し、上記の非破壊検査装置は試料4の応力集中部の疲労を好ましくは以下の手順で検査する。図7にその検査方法のフローチャートを示す。   Utilizing the above configuration, the above-described nondestructive inspection apparatus inspects fatigue of the stress concentration portion of the sample 4 preferably by the following procedure. FIG. 7 shows a flowchart of the inspection method.

ステップS1:XYステージ13Aの上面の所定位置に試料4を固定し、プローブ11の先端を試料4の応力集中部の上方に配置する。好ましくは、磁気センサ11Aをその応力集中部の真上に配置する。更に、位置制御部15によってZステージ13Bを変位させ、磁気センサ11Aをその応力集中部から所定の高さ、好ましくは1mm程度まで接近させる。例えば試料4が図2に示されている長方形の平板であり、図3に示されているスリット4Aを含む場合、好ましくは磁気センサ11Aをそのスリット4Aの先端部4Bの真上に配置する。 Step S1: The sample 4 is fixed at a predetermined position on the upper surface of the XY stage 13A, and the tip of the probe 11 is disposed above the stress concentration portion of the sample 4. Preferably, the magnetic sensor 11A is disposed immediately above the stress concentration portion. Further, the Z stage 13B is displaced by the position control unit 15, and the magnetic sensor 11A is moved close to a predetermined height, preferably about 1 mm, from the stress concentration portion. For example, when the sample 4 is a rectangular flat plate shown in FIG. 2 and includes the slit 4A shown in FIG. 3, the magnetic sensor 11A is preferably arranged immediately above the tip 4B of the slit 4A.

以下、説明の便宜上、スリット4Aは試料4の長辺に対して垂直であるとしてXYステージ13Aにxyz直交座標系を固定する。その座標系の原点Oはスリット4Aの基端とし、x軸は試料4の長辺方向とし、y軸はスリット4Aの長手方向に沿って基端Oから先端部4Bに向かう方向とし、z軸は鉛直方向、すなわちXYステージ13Aの上面に対して垂直な方向とする。   Hereinafter, for convenience of explanation, the slit 4A is assumed to be perpendicular to the long side of the sample 4, and the xyz orthogonal coordinate system is fixed to the XY stage 13A. The origin O of the coordinate system is the base end of the slit 4A, the x-axis is the long side direction of the sample 4, the y-axis is the direction from the base end O toward the front end 4B along the longitudinal direction of the slit 4A, and the z-axis Is a vertical direction, that is, a direction perpendicular to the upper surface of the XY stage 13A.

ステップS2:応力拡大係数算定部21は、位置制御部15にXYステージ13Aを一定の方向に一定の速さで並進させる。すなわち、XY平面において磁気センサ11Aを応力集中部から上記の方向とは逆向きに一定の速さで移動させる。例えば図2に示されている試料4については、磁気センサ11Aをスリット4Aの先端部4Bから図3に示されている直線的な領域4Cの長手方向、すなわちy軸方向に移動させる。XYステージ13Aを並進させている間、応力拡大係数算定部21は磁束密度測定部1に磁束密度を連続的に測定させる。そのとき、ガウスメータ12は一連の測定値をアナログ信号として応力拡大係数算定部21に連続的に出力する。応力拡大係数算定部21はそのアナログ信号を、XYステージ13Aが移動を開始した時点からの経過時間と共に記憶する。応力拡大係数算定部21は好ましくは、そのアナログ信号を記憶する前にローパスフィルタ又はデジタルマルチメータに通し、所定の閾値以上の周波数成分をノイズとしてそのアナログ信号から除去する。 Step S2: The stress intensity factor calculation unit 21 causes the position control unit 15 to translate the XY stage 13A in a constant direction at a constant speed. That is, on the XY plane, the magnetic sensor 11A is moved from the stress concentration portion at a constant speed in the direction opposite to the above direction. For example, for the sample 4 shown in FIG. 2, the magnetic sensor 11A is moved from the tip 4B of the slit 4A in the longitudinal direction of the linear region 4C shown in FIG. 3, that is, in the y-axis direction. While translating the XY stage 13A, the stress intensity factor calculation unit 21 causes the magnetic flux density measurement unit 1 to continuously measure the magnetic flux density. At that time, the gauss meter 12 continuously outputs a series of measurement values to the stress intensity factor calculation unit 21 as an analog signal. The stress intensity factor calculation unit 21 stores the analog signal together with the elapsed time from the time when the XY stage 13A starts moving. The stress intensity factor calculation unit 21 preferably passes a low-pass filter or a digital multimeter before storing the analog signal, and removes a frequency component equal to or higher than a predetermined threshold as noise from the analog signal.

ステップS3:XYステージ13Aを所定の距離又は時間だけ並進させたとき、すなわち、XY平面内で磁気センサ11Aを応力集中部から所定の距離まで移動させたとき、応力拡大係数算定部21は、位置制御部15にはXYステージ13Aを停止させ、磁束密度測定部1には測定を終了させる。そのタイミングは図3に示されている例では、磁気センサ11Aがスリット4Aの先端部4Bから直線的な領域4Cの全体を移動し終えたときに相当する。 Step S3: When the XY stage 13A is translated by a predetermined distance or time, that is, when the magnetic sensor 11A is moved from the stress concentration portion to a predetermined distance in the XY plane, the stress intensity factor calculation unit 21 The control unit 15 stops the XY stage 13A, and the magnetic flux density measurement unit 1 ends the measurement. In the example shown in FIG. 3, the timing corresponds to the time when the magnetic sensor 11A has finished moving the entire linear region 4C from the tip 4B of the slit 4A.

ステップS4:応力拡大係数算定部21は、応力集中部から外れた所定の点で磁束密度を測定し、得られた測定値と初期状態の同じ点での磁束密度との間の差に基づき、ステップS2〜S3で記憶された磁束密度分布からバイアス成分を除去する。応力拡大係数算定部21は更に、バイアス成分が除去されたアナログ信号の波形をデータベース22に保存された初期状態での波形と比較し、同じ一点での変化量、又は同じ領域内でのレベルの変化量の最大値を求める。
ステップS5:応力拡大係数算定部21は、ステップS4で求められた変化量を所定の閾値、好ましくはガウスメータ12の分解能、更に好ましくは0.01mTと比較する。その変化量がその閾値未満であれば処理をステップS6に進め、それ以外であれば処理をステップS7に分岐する。
ステップS6:応力拡大係数算定部21は、応力集中部の疲労が応力拡大係数を算定可能な程度には達していないと判断する。
Step S4: The stress intensity factor calculation unit 21 measures the magnetic flux density at a predetermined point outside the stress concentration part, and based on the difference between the obtained measured value and the magnetic flux density at the same point in the initial state, The bias component is removed from the magnetic flux density distribution stored in steps S2 to S3. Further, the stress intensity factor calculation unit 21 compares the waveform of the analog signal from which the bias component has been removed with the waveform in the initial state stored in the database 22, and calculates the amount of change at the same point or the level within the same region. Find the maximum amount of change.
Step S5: The stress intensity factor calculation unit 21 compares the amount of change obtained in step S4 with a predetermined threshold, preferably the resolution of the gauss meter 12, more preferably 0.01 mT. If the amount of change is less than the threshold value, the process proceeds to step S6; otherwise, the process branches to step S7.
Step S6: The stress intensity factor calculation unit 21 determines that the fatigue of the stress concentration part has not reached a level at which the stress intensity factor can be calculated.

ステップS7:応力拡大係数算定部21は、応力集中部の疲労が応力拡大係数を算定可能な程度まで達していると判断する。応力拡大係数算定部21は更に、ステップS4でバイアス成分が除去されたアナログ信号の波形を下に凸の曲線形状と見なし、XYステージ13Aの移動開始時点から、記憶されたアナログ信号のレベルが下に凸の波形の頂点に達した時点までの経過時間を求める。更に、その経過時間とXYステージ13Aの移動速度とから、その経過時間に磁気センサ11Aが水平方向に移動した距離を求める。その距離は、図3に示されている例では、スリット4Aの先端部4Bからy軸方向に沿った磁束密度分布が示す下に凸の曲線形状の頂点とその先端部4Bとの間の水平距離に等しい。 Step S7: The stress intensity factor calculation unit 21 determines that the fatigue of the stress concentration part has reached a level at which the stress intensity factor can be calculated. Further, the stress intensity factor calculation unit 21 regards the waveform of the analog signal from which the bias component has been removed in step S4 as a downwardly convex curve shape, and the level of the stored analog signal decreases from the start of movement of the XY stage 13A. Elapsed time until reaching the peak of the convex waveform is obtained. Further, from the elapsed time and the moving speed of the XY stage 13A, the distance that the magnetic sensor 11A has moved in the horizontal direction during the elapsed time is obtained. In the example shown in FIG. 3, the distance is the horizontal distance between the apex of the downward convex curve shape indicated by the magnetic flux density distribution along the y-axis direction from the tip 4B of the slit 4A and the tip 4B. Equal to the distance.

ステップS8:応力拡大係数算定部21は、ステップS7で求められた距離に対応する応力拡大係数幅をデータベース22から検索し、又はデータベース22に記憶された一次式に従って算定する。こうして得られた応力拡大係数幅を試料4の応力集中部の応力拡大係数幅として決定する。疲労評価部2は好ましくは、得られた応力拡大係数幅に基づき、試料4の応力集中部に生じた亀裂の進展速度を評価し、更に試料4の寿命を予測する。 Step S8: The stress intensity factor calculation unit 21 searches the database 22 for the stress intensity factor width corresponding to the distance obtained in step S7, or calculates it according to the linear expression stored in the database 22. The stress intensity factor width thus obtained is determined as the stress intensity factor width of the stress concentration portion of the sample 4. The fatigue evaluation unit 2 preferably evaluates the growth rate of cracks generated in the stress concentration portion of the sample 4 based on the obtained stress intensity factor width, and further predicts the life of the sample 4.

上記の実施形態から明らかなように、本発明では図4、図5、図6に示されている次の三つの事実が重要である。(1)試料の応力集中部の周辺で疲労が進めば、試料の種類や初期状態に依らず、その応力集中部から亀裂の進展方向に向かって表面の磁束密度分布が下に凸の曲線形状を示すこと。(2)応力集中部からその曲線形状の頂点までの距離はその応力集中部の応力拡大係数幅と線形関係にあること。(3)試料の応力集中部で疲労が初期状態からある程度進むまでは、その応力集中部から亀裂の進展方向に沿った表面の磁束密度分布は初期状態での不規則な形状からほとんど変化せず、疲労がある程度に達すると、その磁束密度分布は初期状態での形状から下に凸の曲線形状へと急激に変化すること。これら三つの事実は以下のような実験で検証されている。   As is clear from the above embodiment, the following three facts shown in FIGS. 4, 5, and 6 are important in the present invention. (1) If fatigue progresses around the stress concentration part of the sample, the magnetic flux density distribution on the surface protrudes downward from the stress concentration part toward the direction of crack growth regardless of the type and initial state of the sample. Showing. (2) The distance from the stress concentration portion to the apex of the curved shape has a linear relationship with the stress intensity factor width of the stress concentration portion. (3) Until the fatigue proceeds to some extent from the initial state in the stress concentration part of the sample, the magnetic flux density distribution on the surface from the stress concentration part along the crack propagation direction hardly changes from the irregular shape in the initial state. When the fatigue reaches a certain level, the magnetic flux density distribution suddenly changes from the initial shape to the convex curve. These three facts have been verified by the following experiments.

まず、図2に示されている試料4を試験片として高炭素クロム軸受鋼SUJ2で作成した。そのSUJ2は強磁性を示し、ビッカース硬さは156±5kgf/mm2である。この試験片4は長方形の平板であり、幅Wは25mmであり、長さLは125mmであり、厚さは8mmである。更に、この試験片4の一方の長辺の中央に予亀裂としてスリット4Aを、ワイヤー加工で作成した。スリット4Aの長さaは3.00mmであり、その先端部4Bの内面の曲率半径rが90μmである。 First, a sample 4 shown in FIG. 2 was used as a test piece and made of high carbon chromium bearing steel SUJ2. The SUJ2 exhibits ferromagnetism and the Vickers hardness is 156 ± 5 kgf / mm 2 . The test piece 4 is a rectangular flat plate, the width W is 25 mm, the length L is 125 mm, and the thickness is 8 mm. Further, a slit 4A was created as a pre-crack at the center of one long side of the test piece 4 by wire processing. The length a of the slit 4A is 3.00 mm, and the curvature radius r of the inner surface of the tip portion 4B is 90 μm.

次に、試験片4に対して4点曲げ疲労試験を行った。すなわち、図2に示されている試験片4の各長辺の中心に対して対称な二点4D、4E、4F、4Gを支点とし、各支点に対して試験片4の短辺方向に繰り返し荷重Pを加えた。ここで、一方の長辺では二つの支点4D、4Eの間隔dは50mmであり、他方の長辺では二つの支点4F、4Gの間隔Sは100mmである。繰り返し荷重Pは、応力比0.1で、かつ周波数20Hzで正弦波状に周期的に変動させた。但し、荷重Pの最大値は一定である。   Next, a four-point bending fatigue test was performed on the test piece 4. That is, two points 4D, 4E, 4F, and 4G that are symmetrical with respect to the center of each long side of the test piece 4 shown in FIG. 2 are used as fulcrums, and the test piece 4 is repeatedly repeated in the short side direction with respect to each fulcrum. A load P was applied. Here, the distance d between the two fulcrums 4D and 4E is 50 mm on one long side, and the distance S between the two fulcrums 4F and 4G is 100 mm on the other long side. The repeated load P was periodically changed in a sinusoidal shape at a stress ratio of 0.1 and a frequency of 20 Hz. However, the maximum value of the load P is constant.

荷重Pの繰り返し数Nが所定数に達するごとにスリット4Aの先端部4Bを顕微鏡で観察し、そこに生じた亀裂の長さを測定した。図8に、そのときに観察されたスリット4Aの写真を示す。(a)は繰り返し数Nが4.47×105であるときのスリット4Aを示し、(b)は繰り返し数Nが7.08×105であるときのスリット4Aを示す。図8に示されているように、繰り返し数Nの増大に伴い、亀裂4Hがスリット4Aの先端部4Bからスリット4Aの延長方向に進展した。 Each time the number of repetitions N of the load P reached a predetermined number, the tip 4B of the slit 4A was observed with a microscope, and the length of the crack generated there was measured. FIG. 8 shows a photograph of the slit 4A observed at that time. (a) shows the slit 4A when the repetition number N is 4.47 × 10 5 , and (b) shows the slit 4A when the repetition number N is 7.08 × 10 5 . As shown in FIG. 8, as the number of repetitions N increases, the crack 4H propagates from the tip 4B of the slit 4A in the extending direction of the slit 4A.

更に、試験片4を磁束密度測定部1のXYステージ13Aに設置し、図3に示されている先端部4Bからy軸方向に直線的に拡がっている領域4Cにおいて表面の磁束密度分布を上記と同様に測定した。ここで、直線的な領域4Cの先端はスリット4Aの基端0からy軸方向に12.5mm離れた点とした。また、測定された磁束密度分布に含まれるバイアス成分は、直線的な領域4Cから十分に離れた点(x,y)=(−9.0mm、12.5mm)で測定された磁束密度と初期状態での値との間の差から算定した。直線的な領域4Cで測定された磁束密度分布からバイアス成分と空間的変動の高周波成分とを除去したものが図4である。図4では、実線、破線、一点鎖線のそれぞれの示す磁束密度分布が得られたときの繰り返し数Nに加え、スリット4Aと亀裂4Hとの総延長aが示されている。   Further, the test piece 4 is installed on the XY stage 13A of the magnetic flux density measuring unit 1, and the surface magnetic flux density distribution is shown in the region 4C linearly extending in the y-axis direction from the tip 4B shown in FIG. Was measured in the same manner. Here, the tip of the linear region 4C was a point 12.5 mm away from the base end 0 of the slit 4A in the y-axis direction. In addition, the bias component included in the measured magnetic flux density distribution is the magnetic flux density measured at a point (x, y) = (− 9.0 mm, 12.5 mm) sufficiently away from the linear region 4C and the initial state. It was calculated from the difference between the values. FIG. 4 shows a result obtained by removing the bias component and the high-frequency component of spatial variation from the magnetic flux density distribution measured in the linear region 4C. In FIG. 4, in addition to the repetition number N when the magnetic flux density distributions indicated by the solid line, the broken line, and the alternate long and short dash line are obtained, the total extension a of the slit 4A and the crack 4H is shown.

試験片4についてはスリット4Aの先端部4Bの応力拡大係数KIを、試験片4の幅W、厚さt、スリット4Aとその先の亀裂4Hとの総延長a、各長辺上の支点間隔d、S、及び荷重Pの関数として次式(1)で表すことができる。 The stress intensity factor K I of the distal end portion 4B of the slits 4A for the test piece 4, the width W of the test piece 4, the thickness t, the total extension a of the slits 4A and its previous crack 4H, fulcrum on each long side It can be expressed by the following equation (1) as a function of the distances d and S and the load P.

ここで、係数FIPは実験方法で決まる定数であり、今回の実験では約1.02である。更に式(1)は、試験片4の幅Wに対する支点間隔dの比d/Wが十分に大きいとした場合の近似式である。 Here, the coefficient F IP is a constant determined by the experimental method, and is about 1.02 in this experiment. Further, equation (1) is an approximate equation when the ratio d / W of the fulcrum interval d to the width W of the test piece 4 is sufficiently large.

図4に示されている磁束密度分布は、4点曲げ疲労試験の繰り返し数Nが0であるとき、すなわち、初期状態におけるスリット4Aの先端部4Bの応力拡大係数幅ΔKN=0を17.9MPa√mとした場合に測定されたものである。その他に、初期状態での応力拡大係数幅ΔKN=0を16.0MPa√mとした場合にも図4と同様な磁束密度分布が得られた。いずれの場合も、亀裂4Hがスリット4Aの先端部4Bから0.5mm進展するまでには磁束密度分布が下に凸の曲線形状を示すようになった。 The magnetic flux density distribution shown in FIG. 4 indicates that the stress intensity factor width ΔK N = 0 of the tip 4B of the slit 4A in the initial state is 17.9 MPa when the number of repetitions N of the four-point bending fatigue test is zero. Measured when √m. In addition, when the stress intensity factor width ΔK N = 0 in the initial state was set to 16.0 MPa√m, the same magnetic flux density distribution as that in FIG. 4 was obtained. In either case, the magnetic flux density distribution showed a downward convex curve before the crack 4H progressed 0.5 mm from the tip 4B of the slit 4A.

上記の磁束密度分布は下に凸の曲線形状を示すようになった後、その曲線形状の頂点とスリット4Aの先端部4Bとの間の距離Ybが、図4の破線及び一点鎖線で示されているように荷重Pの繰り返し数Nと共に増大した。図9に、荷重Pの繰り返し数Nと共に増大する上記の距離Yb及びスリット4Aと亀裂4Hとの総延長aを示す。図9には更に、スリット4Aの先端部4Bの周辺に生じる塑性域のy軸方向での大きさRも示している。ここで、その塑性域のy軸方向での大きさRはスリット4Aの基端Oからy軸方向に最も離れた塑性域の境界までの距離で定義され、解析的に求められる。図9からは、上記の距離Ybがスリット4Aと亀裂4Hとの総延長a及び塑性域のy軸方向での大きさRのいずれよりも常に大きいことが分かった。 After the above magnetic flux density distribution which is as shown a convex curved shape on the lower, the distance Y b between the tip portion 4B of the vertex and the slits 4A of the curve shape, shown in broken lines and one-dot chain line in FIG. 4 As shown, it increased with the number of repetitions N of the load P. Figure 9 shows the total length a between the distances Y b and the slits 4A and cracks 4H to increase with the repetition number N of the load P. FIG. 9 also shows the size R in the y-axis direction of the plastic region generated around the tip 4B of the slit 4A. Here, the size R of the plastic region in the y-axis direction is defined by the distance from the base end O of the slit 4A to the boundary of the plastic region farthest in the y-axis direction, and is obtained analytically. From Figure 9, it was found that the above distance Y b is always greater than any size R in the y-axis direction of the total length a and the plastic region of the slits 4A and crack 4H.

図9に示されているスリット4Aと亀裂4Hとの総延長aから式(1)を用いて応力拡大係数幅ΔKを求め、それらを図9に示されている距離Ybに対応づけてプロットする。こうして得られたグラフが図5である。図5に示されているように、初期状態での応力拡大係数幅ΔKN=0が異なっていても、距離Ybと応力拡大係数幅ΔKとの間には実質的に同じ線形関係が認められた。従って、本発明の上記の実施形態のように、距離Ybから応力拡大係数幅ΔKを決定できる。 Calculated stress intensity factor range ΔK using equation (1) from the total length a of the slit 4A and crack 4H shown in Figure 9, the plot in association with the distance Y b shown them in Figure 9 To do. The graph thus obtained is shown in FIG. As shown in FIG. 5, even if the stress intensity factor width ΔK N = 0 in the initial state is different, substantially the same linear relationship is recognized between the distance Y b and the stress intensity factor width ΔK. It was. Accordingly, the stress intensity factor width ΔK can be determined from the distance Y b as in the above embodiment of the present invention.

図6に実線で示されている磁束密度分布は、繰り返し数Nが0であるとき、すなわち、初期状態を維持しているときの直線的な領域4Cから測定されたものである。一方、破線で示されている磁束密度分布は、繰り返し数Nが1.58×104に達したときの直線的な領域4Cから測定されたものである。尚、図6の(a)では初期状態でのスリット4Aの先端部4Bの応力拡大係数幅ΔKN=0が16.0MPa√mであり、(b)では17.9MPa√mである。いずれの場合も、繰り返し数Nが1.58×104程度では亀裂4Hがまだ発生していないので、スリット4Aと亀裂4Hとの総延長aがスリット4Aの長さ3.00mmと等しい。繰り返し数Nが1.58×104程度に達するまでは、磁束密度分布は初期状態での曲線形状からガウスメータ12の分解能0.01mT以下しか変化しなかった。しかし、繰り返し数Nが1.58×104に達すると、磁束密度分布は初期状態の曲線形状から大きく変化した。以上のことから、上記の実施形態のように、測定された磁束密度分布の曲線形状と初期状態の曲線形状との間の変化量に応じ、応力集中部に亀裂が生じる前に、その応力集中部の疲労が応力拡大係数を算定可能な程度まで達していることを検知できる。 The magnetic flux density distribution indicated by the solid line in FIG. 6 is measured from the linear region 4C when the number of repetitions N is 0, that is, when the initial state is maintained. On the other hand, the magnetic flux density distribution indicated by a broken line is measured from a linear region 4C when the repetition number N reaches 1.58 × 10 4 . In FIG. 6A, the stress intensity factor width ΔK N = 0 of the tip 4B of the slit 4A in the initial state is 16.0 MPa√m, and in FIG. 6B, it is 17.9 MPa√m. In either case, when the number of repetitions N is about 1.58 × 10 4 , the crack 4H has not yet occurred, so the total extension a of the slit 4A and the crack 4H is equal to the length of the slit 4A of 3.00 mm. Until the repetition number N reached about 1.58 × 10 4 , the magnetic flux density distribution changed from the curve shape in the initial state to a resolution of 0.01 mT or less of the Gauss meter 12. However, when the number of repetitions N reached 1.58 × 10 4 , the magnetic flux density distribution changed greatly from the initial curve shape. From the above, according to the amount of change between the measured curve shape of the magnetic flux density distribution and the initial curve shape as in the above embodiment, the stress concentration is reduced before the stress concentration portion is cracked. It can be detected that the fatigue of the part has reached the extent that the stress intensity factor can be calculated.

上記の実施形態では、試料4の表面に対する磁気センサ11Aの位置を変えながら表面の磁束密度を測定する。その他に、試料の表面から所定の距離を隔てて、又は表面上に複数の磁気センサを所定の間隔で並べても良い。例えば図2に示されている試料4については、好ましくは図10に示されているように、スリット4Aの先端部4Bからy軸方向に所定の距離を隔ててプローブ41を設置する。プローブ41にはy軸方向に沿って複数の磁気センサ41Aが好ましくは等間隔で配置されている。各磁気センサ41Aは好ましくは、図1に示されている磁気センサ11Aと同様なホール素子である。ガウスメータ12は各磁気センサ41Aを個別に駆動し、それぞれから出力信号を個別に受け取る。ガウスメータ12は更に各出力信号から、各磁気センサ41Aを鉛直方向に貫く磁束密度を割り出す。応力拡大係数算定部21は、ガウスメータ12によって求められた複数の磁束密度から、y軸方向に沿った磁束密度分布が初期状態での曲線形状から所定の閾値を超えて変化していることを検出する。それにより、スリット4Aの先端部4Bでの疲労を、亀裂4Hが実際に生じる前に検知できる。応力拡大係数算定部21は更に、y軸方向に沿った磁束密度分布が初期状態での曲線形状から有意に変化して下に凸の曲線形状を示していることを検出する。応力拡大係数算定部21は続いて、その曲線形状の頂点とスリット4Aの先端部4Bとの間の距離から応力拡大係数幅を決定する。ここで、図9に示されているように、その曲線形状の頂点は、スリット4Aの先端部4Bからy軸方向に進展する亀裂4Hの先端より常に先行する。従って、図10に示されているプローブ41を利用した方法では、試料4の表面に貼られた歪みゲージを通して亀裂4Hの進展に伴う試料4の表面の歪みを検出する方法よりも早い段階で、亀裂4Hの進展を予知できる。   In the above embodiment, the magnetic flux density on the surface is measured while changing the position of the magnetic sensor 11A relative to the surface of the sample 4. In addition, a plurality of magnetic sensors may be arranged at a predetermined interval at a predetermined distance from the surface of the sample or on the surface. For example, for the sample 4 shown in FIG. 2, the probe 41 is preferably placed at a predetermined distance in the y-axis direction from the tip 4B of the slit 4A, as shown in FIG. In the probe 41, a plurality of magnetic sensors 41A are preferably arranged at equal intervals along the y-axis direction. Each magnetic sensor 41A is preferably a Hall element similar to the magnetic sensor 11A shown in FIG. The gauss meter 12 individually drives each magnetic sensor 41A and individually receives an output signal from each. The gauss meter 12 further determines the magnetic flux density penetrating each magnetic sensor 41A in the vertical direction from each output signal. The stress intensity factor calculation unit 21 detects from a plurality of magnetic flux densities obtained by the gauss meter 12 that the magnetic flux density distribution along the y-axis direction has changed beyond the predetermined threshold from the curve shape in the initial state. To do. Thereby, fatigue at the tip 4B of the slit 4A can be detected before the crack 4H actually occurs. The stress intensity factor calculation unit 21 further detects that the magnetic flux density distribution along the y-axis direction has changed significantly from the curve shape in the initial state to show a downwardly convex curve shape. Subsequently, the stress intensity factor calculating unit 21 determines the stress intensity factor width from the distance between the apex of the curved shape and the tip 4B of the slit 4A. Here, as shown in FIG. 9, the apex of the curved shape always precedes the front end of the crack 4H that extends in the y-axis direction from the front end portion 4B of the slit 4A. Therefore, in the method using the probe 41 shown in FIG. 10, the strain at the surface of the sample 4 accompanying the progress of the crack 4H is detected through a strain gauge attached to the surface of the sample 4 at an earlier stage. The progress of crack 4H can be predicted.

本発明の実施形態による非破壊検査装置のブロック図The block diagram of the nondestructive inspection apparatus by embodiment of this invention 図1に示されている非破壊検査装置の測定対象である試料の一例を示す平面図The top view which shows an example of the sample which is a measuring object of the nondestructive inspection apparatus shown by FIG. 図2に示されている試料のスリット近傍の拡大平面図2 is an enlarged plan view of the vicinity of the slit of the sample shown in FIG. 図3に示されている直線的な領域4Cに沿った磁束密度分布の一例を示すグラフThe graph which shows an example of magnetic flux density distribution along the linear area | region 4C shown by FIG. 図4に示されている磁束密度分布が下に凸の曲線形状を示すとき、応力集中部からその曲線形状の頂点までの距離とその応力集中部の応力拡大係数幅との間の線形関係を示すグラフWhen the magnetic flux density distribution shown in FIG. 4 shows a downward convex curve shape, the linear relationship between the distance from the stress concentration portion to the apex of the curve shape and the stress intensity factor width of the stress concentration portion is Graph showing 図3に示されているスリット4Aの先端部4Bに亀裂が生じる前における、直線的な領域4Cに沿った磁束密度分布を示すグラフA graph showing the magnetic flux density distribution along the linear region 4C before the tip 4B of the slit 4A shown in FIG. 3 is cracked. 図1に示されている非破壊検査装置による測定方法のフローチャートFlowchart of the measuring method by the nondestructive inspection apparatus shown in FIG. 図2に示されている試料に対して4点曲げ疲労試験を行ったときに撮影されたスリット4Aの近傍の顕微鏡写真Photomicrograph of the vicinity of slit 4A, taken when a four-point bending fatigue test was performed on the sample shown in FIG. 図3に示されているスリット4Aの先端部4Bから図4に示されている下に凸の曲線形状の頂点までの距離Yb、スリット4Aの先端部4Bに生じた塑性域のy軸方向での大きさR、及びスリット4Aと亀裂4Hとの総延長aを、4点曲げ疲労試験における荷重の繰り返し数に対してプロットしたグラフThe distance Y b from the tip 4B of the slit 4A shown in FIG. 3 to the apex of the downwardly convex curved shape shown in FIG. 4, and the y-axis direction of the plastic region generated at the tip 4B of the slit 4A A graph in which the size R and the total length a of the slit 4A and the crack 4H are plotted against the number of repeated loads in a four-point bending fatigue test. 本発明の別の実施形態によるプローブの模式的平面図Schematic plan view of a probe according to another embodiment of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 磁束密度測定部
11 プローブ
11A 磁気センサ
12 ガウスメータ
13A XYステージ
13B Zステージ
13C 支柱
14A 水平レーザ変位計
14B 鉛直レーザ変位計
15 位置制御部
2 疲労評価部
21 応力拡大係数算定部
22 データベース
3 パソコン
4 試料
LA、LB レーザ光
1 Magnetic flux density measurement unit
11 Probe
11A magnetic sensor
12 Gauss meter
13A XY stage
13B Z stage
13C prop
14A horizontal laser displacement meter
14B Vertical laser displacement meter
15 Position controller
2 Fatigue evaluation section
21 Stress intensity factor calculator
22 Database
3 PC
4 samples
LA, LB laser light

Claims (8)

少なくとも応力が集中する領域では強磁性を示す材質から成る試料について、その表面の磁束密度を測定する磁束密度測定部、及び、
前記試料の応力集中部を含む所定の領域で表面の磁束密度分布を前記磁束密度測定部によって測定し、前記応力集中部から一定の方向に沿って前記磁束密度分布が下に凸の、又は上に凸の曲線形状を示すことを検出し、前記応力集中部から前記曲線形状の頂点までの距離に基づいて前記応力集中部の応力拡大係数を決定する応力拡大係数算定部、
を有する非破壊検査装置。
A magnetic flux density measuring unit for measuring the magnetic flux density of the surface of a sample made of a material exhibiting ferromagnetism at least in a region where stress is concentrated, and
The magnetic flux density distribution on the surface is measured by the magnetic flux density measurement unit in a predetermined region including the stress concentration part of the sample, and the magnetic flux density distribution is convex downward or upward along a certain direction from the stress concentration part. A stress intensity factor calculation unit that detects a convex curve shape and determines a stress intensity factor of the stress concentration part based on a distance from the stress concentration part to a vertex of the curve shape,
Non-destructive inspection device.
前記非破壊検査装置は、前記距離と前記応力集中部の応力拡大係数との間の線形関係を示すデータを保持したデータベースを更に有し、
前記応力拡大係数算定部は前記データを利用して前記距離から前記応力集中部の応力拡大係数を決定する、
請求項1に記載の非破壊検査装置。
The nondestructive inspection apparatus further includes a database holding data indicating a linear relationship between the distance and a stress intensity factor of the stress concentration portion,
The stress intensity factor calculation unit determines the stress intensity factor of the stress concentration part from the distance using the data,
The nondestructive inspection apparatus according to claim 1.
少なくとも応力が集中する領域では強磁性を示す材質から成る試料について、その表面の磁束密度を測定する磁束密度測定部、及び、
前記試料の応力集中部がまだ疲労を生じていない初期状態にあるとき、前記磁束密度測定部によって測定された前記応力集中部の表面上の少なくとも一点での磁束密度、又は前記応力集中部から前記試料の表面に沿って所定の方向に拡がっている領域での磁束密度分布を示すデータを保持したデータベースを含み、前記磁束密度測定部によって新たに測定された前記一点での磁束密度又は前記領域での磁束密度分布と前記データベースに保持された磁束密度又は磁束密度分布との間の変化量を所定の閾値と比較し、前記変化量が前記閾値未満であれば前記応力集中部の疲労が所定の程度には達していないと判断し、前記変化量が前記閾値を超えていれば前記応力集中部の疲労が前記程度まで進んでいると判断する疲労評価部、
を有する非破壊検査装置。
A magnetic flux density measuring unit for measuring the magnetic flux density of the surface of a sample made of a material exhibiting ferromagnetism at least in a region where stress is concentrated, and
When the stress concentration portion of the sample is in an initial state where fatigue has not yet occurred, the magnetic flux density at at least one point on the surface of the stress concentration portion measured by the magnetic flux density measurement portion, or the stress concentration portion from the stress concentration portion Including a database holding data indicating a magnetic flux density distribution in a region extending in a predetermined direction along the surface of the sample, and the magnetic flux density at the one point newly measured by the magnetic flux density measurement unit or the region The amount of change between the magnetic flux density distribution and the magnetic flux density stored in the database or the magnetic flux density distribution is compared with a predetermined threshold value. If the amount of change is less than the threshold value, fatigue of the stress concentration portion is predetermined. A fatigue evaluation unit that determines that the degree has not reached the degree, and determines that fatigue of the stress concentration portion has progressed to the degree if the amount of change exceeds the threshold;
Non-destructive inspection device.
前記磁束密度測定部は、
磁気センサを含むプローブ、
前記試料と前記プローブとを変位可能に支持するステージ、
前記磁気センサを駆動し、前記磁気センサの出力信号を磁束密度の測定値に変換するガウスメータ、及び、
前記ステージを変位させて前記試料に対する前記磁気センサの位置を制御する位置制御部、
を含む、請求項1又は請求項3に記載の非破壊検査装置。
The magnetic flux density measurement unit
A probe including a magnetic sensor,
A stage for displacably supporting the sample and the probe;
A gauss meter that drives the magnetic sensor and converts the output signal of the magnetic sensor into a measured value of magnetic flux density; and
A position controller that controls the position of the magnetic sensor relative to the sample by displacing the stage;
The nondestructive inspection apparatus of Claim 1 or Claim 3 containing this.
前記磁束密度測定部は、
前記試料の表面上に、又は前記表面から所定の高さに配置され、前記応力集中部から前記表面に沿って所定の方向に所定の間隔で並んでいる複数の磁気センサ、及び、
前記複数の磁気センサを駆動し、前記複数の磁気センサの各出力信号を磁束密度の測定値に変換するガウスメータ、
を含む、請求項1又は請求項3に記載の非破壊検査装置。
The magnetic flux density measurement unit
A plurality of magnetic sensors arranged on the surface of the sample or at a predetermined height from the surface and arranged in a predetermined direction along the surface from the stress concentration portion; and
A gauss meter that drives the plurality of magnetic sensors and converts each output signal of the plurality of magnetic sensors into a measured value of magnetic flux density;
The nondestructive inspection apparatus of Claim 1 or Claim 3 containing this.
少なくとも応力が集中する領域では強磁性を示す材質から成る試料について、その応力集中部を含む所定の領域で表面の磁束密度分布を測定するステップ、
前記応力集中部から一定の方向に沿って前記磁束密度分布が下に凸の、又は上に凸の曲線形状を示すことを検出するステップ、
前記磁束密度分布が前記曲線形状を示すとき、前記応力集中部から前記曲線形状の頂点までの距離を求めるステップ、及び、
前記距離に基づいて前記応力集中部の応力拡大係数を決定するステップ、
を有する非破壊検査方法。
Measuring a magnetic flux density distribution on a surface in a predetermined region including the stress concentration portion of a sample made of a material exhibiting ferromagnetism in a region where stress is concentrated at least;
Detecting that the magnetic flux density distribution has a downward convex or upward convex curve shape along a certain direction from the stress concentration portion;
When the magnetic flux density distribution indicates the curved shape, obtaining a distance from the stress concentration portion to the apex of the curved shape; and
Determining a stress intensity factor of the stress concentration portion based on the distance;
Non-destructive inspection method.
前記距離と前記応力集中部の応力拡大係数との間の線形関係を示すデータを予めデータベースに保存し、前記応力集中部の応力拡大係数を決定するステップで前記データを前記データベースから読み出して利用する、請求項6に記載の非破壊検査方法。   Data indicating a linear relationship between the distance and the stress intensity factor of the stress concentration portion is stored in a database in advance, and the data is read from the database and used in the step of determining the stress intensity factor of the stress concentration portion. The nondestructive inspection method according to claim 6. 少なくとも応力が集中する領域では強磁性を示す材質から成る試料について、その応力集中部がまだ疲労を生じていない初期状態にあるとき、前記応力集中部の表面上の少なくとも一点での磁束密度、又は前記応力集中部から前記試料の表面に沿って所定の方向に拡がっている領域での磁束密度分布を測定し、その測定結果をデータベースに保存するステップ、
前記一点での磁束密度又は前記領域での磁束密度分布を新たに測定するステップ、及び、
新たに測定された前記一点での磁束密度又は前記領域での磁束密度分布と前記データベースに保存された磁束密度又は磁束密度分布との間の変化量を所定の閾値と比較し、前記変化量が前記閾値未満であれば前記応力集中部の疲労が所定の程度には達していないと判断し、前記変化量が前記閾値を超えていれば前記応力集中部の疲労が前記程度まで進んでいると判断するステップ、
を有する非破壊検査方法。
For a sample made of a material exhibiting ferromagnetism at least in a region where stress is concentrated, when the stress concentration portion is in an initial state where fatigue has not yet occurred, the magnetic flux density at at least one point on the surface of the stress concentration portion, or Measuring a magnetic flux density distribution in a region extending in a predetermined direction along the surface of the sample from the stress concentration portion, and storing the measurement result in a database;
Newly measuring the magnetic flux density at the one point or the magnetic flux density distribution in the region; and
The amount of change between the newly measured magnetic flux density at the one point or the magnetic flux density distribution in the region and the magnetic flux density or magnetic flux density distribution stored in the database is compared with a predetermined threshold, and the amount of change is If it is less than the threshold value, it is determined that the fatigue of the stress concentration portion has not reached a predetermined level, and if the amount of change exceeds the threshold value, the fatigue of the stress concentration portion has progressed to the above level. The step of judging,
Non-destructive inspection method.
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