JP2009294062A - 磁気信号計測方法及び磁気信号計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】試料を移動可能な搬送機構と、当該試料の検査を実施する検査領域を形成する磁気シールド部と、その内部に設置された磁気センサーと、試料に着磁用磁場を印加する着磁用磁場印加機構と、着磁用磁場とは逆方向のキャンセル磁場を、試料に印加するキャンセル磁場印加機構と、検査領域内で磁気センサーにより測定された結果を計測データとして収録し、当該計測データに基づき解析を実行し、試料の良否を判定する演算手段を備えることを特徴とする。
【選択図】図3
Description
(実施例1)
本発明者らは、試料を構成する検査材と検出すべき異物の磁化特性が異なることに着目し、試料の着磁方法を工夫することで、バックグラウンド信号の変動の影響を抑制し異物からの磁気信号を高精度に測定できることを見いだした。以下に、本発明の原理を説明する。
(実施例2)
工場の製造ラインでは、ベアリング、ボルト、ナット、撹拌羽、カッター、溶接の腐食部分など様々なところから種々の金属摩耗粉の混入が起きる。製造ラインは鉄製やSUS製(SUS304などステンレス)の部品が多く使用されているため、特に鉄やSUSの異物が混入しやすい。本実施例では、強磁性体であるフェライト製の部品に混入したSUS304の微粒子の検出に適用した場合について述べる。オーステナイト系ステンレス鋼であるSUS304は本来非磁性であるが、摩擦や溶接などでマルテンサイト系に塑性変形を起こし、強磁性体に変化する。異物として混入するSUS304は、混入する過程で応力を受け塑性変形を起こしており、磁気信号を発生する。本実施例では、高感度なSQUID磁気センサーを使用して、フェライトコアに付着したSUS304の検出をすることで、本発明の効果の検証を行った。本実施例では、試料として市販のフェライトコア(Schaffner製トロイダルコア、品番5975000801、外径3.95mm、内径2.15mm、厚さ1.35mm)を使用した。
SQUID28は熱伝導率の高い銅ロッド26及びサファイヤロッド25を介して液体窒素24により間接的に冷却されている。冷却容器の外槽22、内槽23は、SUSやFRP等の非磁性材料で構成される。SQUID28と銅ロッド26との間にサファイヤロッド25を介することにより、銅ロッド26から発生する磁気雑音の影響を低減する効果がある。
(実施例3)
次に本発明の別の実施例を示す。実施例1と同じ装置を使用して、市販のフェライトコア(Schaffner製トロイダルコア、品番5975000801、外径3.95、内径2.15、厚さ1.35)に、粒径数百ミクロンのSUS304粒子を異物として混入させた試料の残留磁気信号の測定を行った。ただし、+52.5mTで着磁した後、キャンセル磁場として-17mTおよび-22mTのそれぞれの条件で測定を行った。
(実施例4)
本発明の別の実施例を示す。図15にSUS304粒子の残留磁気信号のSQUID-試料間距離依存性を示す。試料からの磁気信号はSQUID-試料間距離の増加と共に急激に減衰する。高感度に異物を検出するためには、異物と磁気センサーの距離を近づけることが重要である。しかしながら、検査材は厚みを持っているため、異物が磁気センサーから離れた側に混入した場合に検出が困難になる。
(実施例5)
本発明の適用が可能な例として、いくつかの装置構成を示す。図17は本発明を適用した別の装置構成の一例である。環境雑音の影響を避けるため、磁気シールド82内に設置された磁気センサー6は、磁気センサー制御回路で駆動され、検出した信号データは、ADコンバータやパソコンからなるデータ収録解析回路に送られる。検査対象の試料は、例えばベルトコンベアーのような試料搬送機構83により搬送される。試料を搬送機構に乗せるための試料配置機構が必要な場合もある。
(実施例6)
次に、バックグラウンド信号を低減させる本発明の別の例を説明する。磁気信号による非破壊検査で検査材からの磁気信号が最も大きく変動するのは磁気センサーの信号検出領域に検査材が進入あるいは脱出したときである。つまり、磁気センサーの検出領域に存在する磁性体の量が変動するため、検出される磁気信号が変動する。そこで、本発明者らは、試料が移動しても磁気センサーの検出領域に存在する磁性体の量の変動を抑えることで、磁気信号の変動を抑制できることを見いだした。以下に、本発明の原理を説明する。
10…マグネトメータ、11…磁力線、12…平面型グラジオメータ、13…試料、14…保持部材、15…スペーサー、16…スペーサー、17…マグネトメータで検出される磁気信号波形、18…異物からの磁気信号、
21…冷却容、22…外槽、23…内槽、24…液体窒素、25…サファイヤロッド、26…銅ロッド、28…SQUID、29…電磁シールド
30…磁気シールド、31…磁気シールド、32…サファイヤ窓、33…固定ネジ、34…回転機構、35…回転軸、36…移動ステージ(垂直方向)、37…移動ステージ(水平方向)、38…切欠き穴、
40,40‘…磁石、41…ヨーク、42…着磁用磁場印加機構、43…キャンセル磁場印加機構、
60…バイクリスタル基板、61…バイクリスタル接合面、62…検出コイル、63…配線パッド、64…SQUIDリング、65…粒界ジョセフソン結合、66…検出コイルの中央部分、67…フィードバックコイル、68…配線パッド(フィードバックコイル用)、
71…試料台、72…固定するための穴、80…着磁用磁場印加機構、81…キャンセル磁場印加機構、82…磁気シールド、83…搬送機構、84…消磁機構
Claims (14)
- 試料を移動可能な搬送機構と、
当該試料の検査を実施する検査領域を形成する磁気シールド部と、
当該磁気シールド部の内部に設置された磁気センサーと、
前記試料に着磁用磁場を印加する着磁用磁場印加機構と、
前記着磁用磁場とは逆方向のキャンセル磁場を前記試料に印加するキャンセル磁場印加機構と、
前記検査領域内で前記磁気センサーにより測定された結果を計測データとして収録し、当該計測データに基づき解析を実行し、試料の良否を判定する演算手段を備えることを特徴とする磁気信号計測装置。 - 前記試料に前記着磁用磁場を印加する前に、前記試料を消磁可能な消磁機構をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の磁気信号計測装置。
- 前記磁気センサーが、前記搬送機構の上側と下側の両方に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気信号計測装置。
- 前記磁気センサーは、前記搬送機構における前記試料の移動経路に沿って複数配置され、
前記演算手段は、前記磁気センサーの各々の近傍を前記試料が通過するタイミングで同期を取り、複数の磁気センサーの信号を加算処理することを特徴とする請求項1に記載の磁気信号計測装置。 - 前記搬送機構は、前記試料に含まれる検査材と略同一の磁気信号を発生するスペーサーを備え、当該スペーサーに前記試料を隣接して配置させることにより、前記試料の磁気信号を検出するときに、前記試料が一の前記磁気センサーによる磁気検出領域を移動しても、当該磁気検出領域に含まれる前記検査材と前記スペーサーの総和が等しくなるように制御されることを特長とする請求項1から4に記載の磁気信号計測装置。
- 前記演算手段は、記憶部に保持されている良品の標準的な磁気信号データと検査結果を比較することで試料の良否を判定することを特徴とする請求項1に記載の磁気信号計測装置。
- 磁性体材料に含まれた磁性を有する異物を磁気的に検出するため、試料全体に着磁用磁場を印加し、その後、前記試料全体に前記着磁用磁場と逆方向のキャンセル磁場を印加することで前記試料に含まれる検査材から発生する磁気信号を低減させ、異物の信号を検出することを特徴とする磁気信号計測方法。
- 前記試料全体に着磁用磁場を印加する前に、前記試料の消磁を行うことを特徴とする請求項6に記載の磁気信号計測方法。
- 前記着磁用磁場を印加した後で、キャンセル磁場を前記試料に印加し、当該キャンセル磁場が印加された状態で前記試料から発生する磁気信号の測定を行うことを特徴とする請求項6に記載の磁気信号計測方法。
- 前記キャンセル磁場の大きさが前記試料に含まれる前記検査材の保磁力に相当する大きさであることを特徴とする請求項6に記載の磁気信号計測方法。
- 前記着磁用磁場を印加した後で、前記検査材の磁化が飽和磁化よりも低い値mとなるような第一のキャンセル磁場を試料に印加し、第一の磁気信号として第一キャンセル磁場が試料に印加された状態で前記試料から磁気信号を測定し、
次に、前記検査材の磁化が反転し、-mとなるような第二のキャンセル磁場を試料に印加し、第二の磁気信号として第二のキャンセル磁場が前記試料に印加された状態で前記試料からの磁気信号を測定し、さらに、第一の磁気信号と第二の磁気信号を加算することを特徴とする請求項6に記載の磁気信号計測方法。 - 前記着磁用磁場を印加した後、キャンセル磁場を前記試料に印加し、当該キャンセル磁場を前記試料から除去した後で、前記試料に残留した磁気信号の測定を行うことを特徴とする請求項6に記載の磁気信号計測方法。
- 前記キャンセル磁場の大きさが、前記検査材の残留磁気-印加磁場特性において前記検査材の残留磁気がゼロになる印加磁場に相当する大きさであることを特徴とする請求項11に記載の磁気信号計測方法。
- 着磁用磁場を印加した後で、検査材の残留磁化が最大残留磁化よりも低い値m‘となるような第一のキャンセル磁場を試料に印加し、第一の磁気信号として第一キャンセル磁場が試料に印加された状態で試料から磁気信号を測定し、次に、検査材の磁化が反転し、-m’となるような第二のキャンセル磁場を試料に印加し、第二の磁気信号として第二のキャンセル磁場が試料に印加された状態で試料からの磁気信号を測定し、さらに、第一の磁気信号と第二の磁気信号を加算することを特徴とする請求項11に記載の磁気信号計測方法。
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