JP2017173002A - 検査装置、検査方法及び非接触式センサ - Google Patents

Abstract

【解決課題】高感度にかつ簡便に検査対象物の有無、基準となる標準の物体との異同などを判断することが可能な検査装置及び検査方法と、それに使用される非接触式センサを提供する。【解決手段】非接触式センサ１０は、励起コイル１３と第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２とにより磁気回路を構成し、第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２とを磁気回路的に対称に構成する。検査装置２０は、第１の検出コイル１１からの信号が入力される第１の入力部２１と、第２の検出コイル１２からの信号が入力される第２の入力部２２と、第１の入力部２１からの第１の信号と第２の入力部２２からの第２の信号との差分を計算する差分計算部２３と、差分計算部２３により計算された差分信号を処理する信号処理部２４と、励起コイル１３への励起信号と信号処理部２４への参照信号とを生成する発振部２５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、高感度で簡便に検査することができる検査装置及び検査方法とそれに使用される非接触式センサに関する。

非接触の検査技術として、試験体に渦電流を流してその渦電流の変化を試験コイルの変化として検出する、渦流探傷がある。試験コイルと試験体との間の距離（リフトオフ）が変化すると、大きな雑音が発生し、検査の妨げとなるため、二次元探傷プローブの開発（特許文献１）やθプローブの開発（特許文献２）がなされている。また、電磁誘導を利用した鉄筋探査方法により、かぶりや直径などの各種の情報が得られる（特許文献３）。

星川洋，特集 渦流探傷 最近の渦流探傷の動向，検査技術 Ｖｏｌ.９，Ｎｏ.１，１頁〜５頁，２００４年１月１日発行 廣島 龍夫、藤本貴司、松永覚、特集 渦流探傷 θプローブを用いた溶接部と機械部品の探傷，検査技術 Ｖｏｌ.９，Ｎｏ.１，１０頁〜１４頁，２００４年１月１日発行 小井戸 純司、特集 渦流探傷 電磁誘導を利用した鉄筋探査，検査技術 Ｖｏｌ.９，Ｎｏ.１，１５頁〜１９頁，２００４年１月１日発行 橋本光男、特集 渦流探傷 渦流探傷における解析技術の現状，検査技術 Ｖｏｌ.９，Ｎｏ.１，６頁〜９頁，２００４年１月１日発行 星川洋、小川潔、三橋宗太郎、一様渦電流プローブによる磁性体の渦流探傷と漏洩磁束探傷について、非破壊検査第５４巻第２号、２００５年２月

これらの技術では、高感度で簡便に各種物体の有無、検査対象物が基準となる標準の物体と異なるか否かなどを判断することができていない。

そこで、本発明では、高感度にかつ簡便に検査対象物の有無、基準となる標準の物体との異同など判断することが可能な検査装置及び検査方法と、それに使用される非接触式センサを提供することを目的とする。

本発明は、次のコンセプトを有する。
［１］ 励起コイルと第１の検出コイルと第２の検出コイルとにより磁気回路が構成され、前記第１の検出コイルと前記第２の検出コイルとが磁気回路的に対称に構成された非接触式センサが取り付けられ、
前記第１の検出コイルからの信号が入力される第１の入力部と、
前記第２の検出コイルからの信号が入力される第２の入力部と、
前記第１の入力部からの第１の信号と前記第２の入力部からの第２の信号との差分を計算する差分計算部と、
前記差分計算部により計算された差分信号を処理する信号処理部と、
前記励起コイルへの励起信号と前記信号処理部への参照信号とを生成する発振部と、
を備える、検査装置。
［２］ 前記発振部は、周波数を段階的に変化させて発振する、前記［１］に記載の検査装置。
［３］ 前記第１の検出コイルは基準となる材料と磁気的に結合し、前記基準となる材料と前記第１の検出コイルと前記励起コイルとで第１の磁気回路が構成され、
前記第２の検出コイルは測定対象物と磁気的に結合し、前記測定対象物と前記第２の検出コイルと前記励起コイルとで第２の磁気回路が構成され、
前記差分計算部が前記差分を計算することにより、前記第１の磁気回路中に流れる磁束と前記第２の磁気回路に流れる磁束とが比較される、前記［１］又は［２］に記載の検査装置。
［４］ 外部との間でデータを入出力すると共に、前記第１の入力部、前記第２の入力部、前記差分計算部及び前記信号処理部を制御する制御部を備える、前記［１］乃至［３］の何れかに記載の検査装置。
［５］ 励起コイルと第１の検出コイルと第２の検出コイルとを磁気回路を構成するように備え、
前記第１の検出コイルと前記第２の検出コイルとが磁気回路的に対称に構成された、非接触式センサ。
［６］ 前記励起コイルに対し、前記第１の検出コイルと前記第２の検出コイルとが直交するように配置され、前記第１の検出コイル及び前記第２の検出コイルがそれぞれ一のコイル又は直列接続された複数のコイルにより構成される、前記［５］に記載の非接触式センサ。
［７］ 前記励起コイルに対し、前記第１の検出コイルと前記第２の検出コイルとが同軸上に配置されている、前記［５］に記載の非接触式センサ。
［８］ 励起コイルと第１の検出コイルと第２の検出コイルとにより磁気回路が構成され、前記第１の検出コイルと前記第２の検出コイルとが磁気回路的に対称に構成された非接触式センサを用いて、
前記第１の検出コイルを基準となる材料と磁気的に結合させておき、
前記第２の検出コイルを測定対象物と磁気的に結合させて、前記励起コイルに励起信号を入力し、前記第１の検出コイルからの信号と前記第２の検出コイルからの信号との差分を求め、その差分により測定対象物が基準となる材料と物性的に又は寸法的に異なるか否かを判断する、検査方法。
［９］ 前記励起信号の周波数を段階的に変化させる、前記［８］に記載の検査方法。

本発明によれば、高感度にかつ簡便に検査対象物の有無、基準となる標準の物体との異同などを判断することが可能な検査装置及び検査方法とそれに使用される非接触式センサを提供することができる。

本発明の実施形態に係る検査システムの構成図である。 図１に示す非接触式センサの構成図である。 図１に示す検査システムで用いられる検査原理を示す図である。 図２とは異なる非接触式センサで、（ａ）は概念図、（ｂ）は斜視図である。 図２及び図４とは異なる非接触式センサの構成図である。 図２、図４及び図５とは異なる非接触式センサの構造図である。 実施例の結果を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明するが、図示した形態は本発明を実施するための最良の形態の一つであって、本発明の範囲において適宜変更したものも含まれる。

［検査システム］
図１は、本発明の実施形態に係る検査システムの構成図である。検査システム１は、非接触式センサ１０と、検査装置２０と、検査装置２０をコントロールする端末装置４０とを含んで構成されている。端末装置４０は、所定のプログラムを格納したコンピュータで構成され、各種入力、表示等を行う。コンピュータにはパソコン、タブレットコンピュータなどが含まれる。

非接触式センサ１０は、第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２と励起コイル１３とを備えており、第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２と励起コイル１３により磁気回路が構成される。ここで、第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２とは励起コイル１３とで磁気回路的に対称に構成されることが好ましい。その詳細は後述する。

検査装置２０は、第１の入力部２１、第２の入力部２２、差分計算部２３、信号処理部２４、発振部２５、制御部２６、第１の増幅部２７、第２の増幅部２８、第３の増幅部２９、及び第４の増幅部３０を備える。

第１の入力部２１は、第１の検出コイル１１に配線により接続され、第１の検出コイル１１からの信号が入力され、その信号を第１の増幅部２７に出力する。第２の入力部２２は、第２の検出コイル１２に配線により接続され、第２の検出コイル１２からの信号が入力され、その信号を第２の増幅部２８に出力する。

差分計算部２３は、第１の入力部２１からの信号（「第１の検出信号」とも呼ぶ。）と第２の入力部２２からの信号（「第２の検出信号」とも呼ぶ。）との差分を計算する。図１に示す構成図では、第１の増幅部２７が、第１の入力部２１からの信号の振幅を増幅し、第２の増幅部２８が、第２の入力部２２からの信号の振幅を増幅する。よって、第１の増幅部２７からの増幅信号と第２の増幅部２８からの増幅信号の差分が計算され、その差分信号が第３の増幅部２９を経由することで増幅され、信号処理部２４に出力される。

信号処理部２４は、差分計算部２３から入力された差分信号について、発振部２５からの参照信号を用いて、励起信号に対する差分信号の変化を算出する。信号処理部２４は、フーリエ変換機能を有しているので、時間軸の信号を周波数軸の信号に変換する。

発振部２５は、制御部２６からの制御信号により、所定の大きさの信号を所定の周波数で発振する。発振により生成した信号は、励起信号及び参照信号として分岐され、励起信号は励起コイル１３へ、参照信号は信号処理部２４へそれぞれ出力される。励起信号は第４の増幅部３０により増幅されて励起コイル１３に出力される。

制御部２６は、外部端末装置４０との間でデータ及び信号を入出力すると共に、第１の入力部２１、第２の入力部２２、差分計算部２３、及び、信号処理部２５を制御する。制御部２６は、第１の増幅部２７乃至第４の増幅部２９の増幅率を調整する。

［非接触式センサ］
図２は、図１に模式的に示す非接触式センサ１０の構成図である。非接触式センサ１０は、第１の入力部２１に配線で接続される第１の検出コイル１１と、第２の入力部２２に配線で接続される第２の検出コイル１２と、第４の増幅部３０に配線で接続される励起コイル１３と、を含んで構成される。図２に示す形態では、Ｈ形状を有する磁路形成部材１４を有している。磁路形成部材１４は、縦に延びる第１の磁路形成部１４ａと第２の磁路形成部１４ｂとが横に延びる第３の磁路形成部１４ｃの両側に連結されて構成されている。なお、磁路形成部材１４は、鉄製の棒材同士を連結しても良く、第１の検出コイル１１、第２の検出コイル１２及び励起コイル１３を保持することから、支持部材と呼んでも良い。また、磁路形成部材１４はフェライト等で形成されて、ヨークとなる。

第１の検出コイル１１について説明する。コイル１５ａ，１５ｂが、第１の磁路形成部１４ａ及び第２の磁路形成部１４ｂにおいて第３の磁路形成部１４ｃとの連結位置よりも一方側に装着されている。即ち、コイル１５ａが第１の磁路形成部１４ａに装着され、コイル１５ｂが第２の磁路形成部１４ｂに装着され、コイル１５ａとコイル１５ｂを直列に接続することにより、第１の検出コイル１１が構成されている。その際、第１の検出コイル１１、第１の磁路形成部１４ａ及び第２の磁路形成部１４ｂによりループ状の磁界が形成されるようにする。なお、コイル１５ａ，コイル１５ｂは直列接続される必要はなく、コイル１５ａ，１５ｂの何れの磁路形成部に装着されてもよい。

第２の検出コイル１２について説明する。コイル１６ａ，１６ｂが、第１の磁路形成部１４ａ及び第２の磁路形成部１４ｂにおいて第３の磁路形成部１４ｃとの連結位置よりも他方側に、それぞれ装着されている。即ち、コイル１６ａが第１の磁路形成部１４ａに装着され、コイル１６ｂが第２の磁路形成部１４ｂに装着され、コイル１６ａとコイル１６ｂを直列に接続することにより、第２の検出コイル１２が構成されている。その際、第２の検出コイル１２、第１の磁路形成部１４ａ及び第２の磁路形成部１４ｂによりループ状の磁界が形成されるようにする。なお、コイル１６ａ，コイル１６ｂを直列接続する必要はなく、コイル１６ａ，１６ｂの何れの磁路形成部に装着されてもよい。

励起コイル１３は、コイルを第３の磁路形成部１４ｃに装着することにより構成されている。

ここで、第１の検出コイル１１を構成するコイル１５ａとコイル１５ｂ、第２の検出コイル１２を構成するコイル１６ａとコイル１６ｂとは、コイルの形状、寸法、巻線の太さ、巻数等のパラメータが同等になるようにすることが好ましい。これは、次のような検査原理に基づく。

［原理とそれに基づく検査方法］
図３は、図１に示す検査システムで用いられる検査原理を示す図である。非接触式センサ１０は、第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２と励起コイル１３とにより磁気回路が構成され、第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２とが磁気回路的に対称に構成されている。よって、一つの励起コイル１３からの磁力線が第１の検出コイル１１を貫く磁力線Ｆ_Ｍと第２の検出コイル１２を貫く磁力線Ｆ_Ｍとに分岐され、一方の磁力線Ｆ_Ｍに示すように励起コイル１３と第１の検出コイル１１とを貫く第１の磁気回路が形成され、他方の磁力線Ｆ_Ｍに示すように励起コイル１３と第２の検出コイル１２とを貫く第２の磁気回路が形成される。

ここで、「第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２とが磁気回路的に対称に形成されている」とは、一つの領域で生じた磁束が空間的に対称な面によって二つの磁束に分かれてそれぞれが磁気回路を形成し、各磁気回路はその面に対称な領域同士の磁束が等しいことをいう。第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２とが磁気回路的に対称に形成されていると、第１の検出コイル１１に流れる磁束と、第２の検出コイル１２に流れる磁束がその面に対称な領域同士では等しくなり、第１の検出コイル１１に流れる磁界と第２の検出コイル１２に流れる磁界は、その強さが等しくなり、向きも同じである。図３（ａ）において点線矢印で示すように磁力線Ｆ_Ｍは、第１の磁気回路と第２の磁気回路で同様になる。

よって、差分計算部２３では、第１の検出信号と第２の検出信号とが等しくなるので、差分計算部２３からの出力信号は、雑音を無視すれば、ゼロになる。このことから、次のような検査方法が導き出される。空気と異なる、透磁率、導電率などの物性を有する物体を設置する場所に第１の検出コイル１１又は第２の検出コイル１２のヘッドを向けて配置すれば、その場所に物体が存在するときは差分計算部２３から差分信号が出力される。その出力値が一定の範囲を超えれば、好ましくは出力の有無により物体の有無を検出することができる。

本発明の実施形態では、この検出原理に基いて各種の検出方法が挙げられる。
第１に、第２の検出コイル１２のヘッドに向けて磁性体でなる物体４２を配置する。すると、第２の検出コイル１２側の磁界が強くなる。励起コイル１３から発生する磁界を変化させずに一定としておくことにより、第１の検出コイル１１側の磁界が強くなる。図３（ｂ）に点線矢印で示すように磁力線Ｆ_Ｍは第１の磁気回路と第２の磁気回路で異なる。

いま、第１の検出コイル１１、第２の検出コイル１２に向けて何も配置しないときの第１の検出コイル１１、第２の検出コイル１２からの信号をそれぞれＦ_１、Ｆ_２とする。第２の検出コイル１２に向けて磁性体でなる物体４２を配置したときの第１の検出コイル１１からの信号はＦ_１−α（＜Ｆ_１）となり、第２の検出コイル１２からの信号はＦ_２＋β（＞Ｆ_２）となる。よって、差分計算部２３からの差分信号は−α−βとなる。

従って、第１の検出コイル１１からの信号の変化、第２の検出信号１２からの信号の変化が検出されるだけでなく、その変化分の２倍程度の感度で、磁性体でなる物体４２を検出することができる。αの値とβの値は理論的には等しいので、この方法による検出では、二倍の高感度の精度となる。

ここで、励起コイル１３は一つであり、第１の検出コイル１１側の第１の磁気回路と第２の検出コイル１２側の第２の磁気回路とで兼用されているため、このような極めて高精度な検出が簡便な手法により可能となる。

なお、第１の磁気回路に流れる磁束の変化分が第２の磁気回路に流れたり、第２の磁気回路に流れる磁束の変化分が第１の磁気回路に流れたりするように、第１の検出コイル１１側の第１の磁気回路と第２の検出コイル１２側の第２の磁気回路とが並列接続されていれば、必ずしも、励起コイル１３は一つである必要はない。

第２に、物体４１を第１の検出コイル１１と磁気的に結合するように配置し、物体４２を第２の検出コイル１２と磁気的に結合するように配置したとき、物体４１と物体４２との透磁率、導電率などの物性的に等しく厚み等の寸法も等しければ、差分計算部２３から信号は出力されない。

物体４１として基準となる材料を配置し、物体４２として測定対象物を配置すれば、測定対象物が基準となる材料と物性的に及び／又は寸法的にも同一であるか否かを判別することができる。

具体的には次のような手順に従って検査することができる。
先ず、第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２とに標準となる物体４１をそれぞれに向けて配置する。そして、励起コイル１３に励起信号を出力し、第１の検出コイル１１からの信号と第２の検出コイル１２からの信号との差分信号がゼロになるように、第１の増幅部２７、第２の増幅部２８の一方又は双方の増幅率を調整する。なお、この調整は検査のたびに行う必要は必ずしもない。

次に、第１の検出コイル１１側、第２の検出コイル１２側の何れか一方を、検査対象物と置き換える。そして、励起コイル１３に励起信号を入力し、第１の検出コイル１１からの信号と第２の検出コイル１２からの信号との差分信号の出力の有無を判定する。差分信号から出力があれば、検査対象物４２が基準となる標準の物体４１と異なっている、と判定することができる。

この検査方法による検出感度は、第１の検出コイル１１、第２の検出コイル１２の磁気的な対称性、つまり、機械的な及び／又は磁気的な製作の精度、標準となる物体と測定対象物との物性的な類似性に依存する。

図２に示す非接触式センサ１０は、励起コイル１３と第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２とを備えて、これらで磁気回路が構成され、第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２とが磁気回路的に対称に配置されて構成されている。特に、図２に示すように、励起コイル１３に対し、第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２とが直交するように配置され、第１の検出コイル１１が一つのコイル又は直列接続された複数のコイル１５ａ，１５ｂにより構成され、第２の検出コイル１２が一つのコイル又は直列接続された複数のコイル１６ａ，１６ｂにより構成されている。よって、非接触式センサ１０は、第１の検出コイル１１での基準の状態との違いの検出が、第２の検出コイル１２での基準の状態との違いの検出にそのまま直接に反映される構造となっている。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、検査対象物の有無、基準となる標準の物体との異同などを高感度にかつ簡便に判断することができる。前述の説明では、第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２側の何れにも同一の物体を配置した後、励起コイル１３への励起信号を出力して、差分計算部２３からの出力がゼロになるように第１の増幅部２７、第２の増幅部２８の何れか一方又は双方を調整した。

これは非接触式センサ１０の調整の一例であって、次のようにしてもよい。第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２側の何れにも何も配置しないか又は同一の物体４１を配置した後に、励起コイル１３への励起信号を出力して、差分計算部２３からの出力値を記憶しておく。その後、第１の検出コイル１１側、第２の検出コイル１２側の何れか一方を、検査対象物４２と置き換え、差分計算部２３において第１の検出コイル１１からの信号と第２の検出コイル１２からの信号との差分を計算するときに、記憶しておいた出力値を差し引いてもよい。

なお、第１の検出コイル１１と第２の検出コイル１２側の何れにも同一の物体を配置しないで、第１の増幅器２７、第２の増幅器２８の何れか一方又は双方の調整をしたり、差分計算部２３からの出力値を記憶してその出力値を検査の都度差し引いたりしてもよい。

［非接触式センサのバリエーション］
図４は図２とは異なる非接触式センサを示し、（ａ）は概念図、（ｂ）は斜視図である。非接触式センサ５０は、第１の入力部２１に配線で接続される第１の検出センサ５１と、第２の入力部２２に配線で接続される第２の検出センサ５２と、第４の増幅部３０に配線で接続される励起コイル５３とを含んで構成される。

図４に示す形態では、磁路形成部材５４を有している。磁路形成部材５４は、第１の磁路形成部５４ａと第２の磁路形成部５４ｂとを備える。第１の磁路形成部５４ａは、円筒状の外周部５４ｃと、その外周部５４ｃの上下端から等距離に設けられた円盤状の連結部５４ｄと、を備える。第２の磁路形成部５４ｂは、連結部５４ｄから上下に装着用の軸部５４ｅ，５４ｆを備えることで構成される。磁路形成部材５４は、鉄製の部材同士を連結しても良く、第１の検出コイル５１、第２の検出コイル５２及び励起コイル５３を保持することから、支持部材と呼んでも良い。磁路形成部材５４はフェライト等で形成されて、ヨークとなる。

励起コイル５３は、上側コイル５３ａと下側コイル５３ｂとが直列接続して構成される。上側コイル５３ａは上側の軸部５４ｅに連結部５４ｄと対向するように装着され、下側コイル５３ｂは下側の軸部５４ｆに連結部５４ｄと対向するように装着される。励起コイル５３は、点線で示す矢印のように磁力線Ｆ_Ｍを形成するように、上側コイル５３ａと下側コイル５３ｂとが巻線で接続される。

よって、上側コイル５３ａからの磁力線Ｆ_Ｍが第１の検出コイル５１を貫き、下側コイル５３ｂからの磁力線Ｆ_Ｍが第２の検出コイル５２を貫き、上側コイル５３ａと第１の検出コイル５１とを貫く磁力線Ｆ_Ｍに示すように第１の磁気回路が形成され、下側コイル５３ｂと第２の検出コイル５２とを貫く磁力線Ｆ_Ｍに示すように第２の磁気回路が形成され、円環状の部分である連結部５４において磁力線Ｆ_Ｍが基準状態では等しい大きさで同じ方向で重なり合い、第１の磁気回路と第２の磁気回路とで並列接続になっている。

従って、励起コイル５３が二つのコイル５３ａ，５３ｂで構成されても、第１の検出コイル５１側の第１の磁気回路と第２の検出コイル５２側の第２の磁気回路とが並列接続され、第１の磁気回路に流れる磁束の変化分が第２の磁気回路に流れたり、第２の磁気回路に流れる磁束の変化分が第１の磁気回路に流れたりする。

なお、第１の検出コイル５１は上側の軸部５４ｅに装着され、第２の検出コイル５２は下側の軸部５４ｆに装着される。第１の検出コイル５１は上側の軸部５４ｅの先端側に、第２の検出コイル５２は下側の軸部５４ｆの先端側に装着される。

図４に示す非接触式センサ５０は、励起コイル５３と第１の検出コイル５１と第２の検出コイル５２とを磁気回路を構成するように備え、第１の検出コイル５１と第２の検出コイル５２とが磁気回路的に対称に構成されている。特に、図４に示すように、励起コイル５３に対し、第１の検出コイル５１と第２の検出コイル５２とが同軸上に配置されている。よって、非接触式センサ５０は、第１の検出コイル５１での基準の状態との違いの検出が、第２の検出コイル５２での基準の状態との違いの検出にそのまま直接に反映される構造となっている。

図５は、図２及び図４とは異なる非接触式センサの構造図である。非接触式センサ６０は、第１の入力部２１に配線で接続される第１の検出コイル６１と、第２の入力部２２に配線で接続される第２の検出用コイル６２と、第４の増幅部３０に配線で接続される励起コイル６３と、を含んで構成される。図５に示す形態では、Ｈ形状を有する磁路形成部材６４を有している。磁路形成部材６４は、長手方向である横に延びる第１の磁路形成部６４ａと第２の磁路形成部６４ｂとが、短手方向である縦に延びる第３の磁路形成部６４ｃの両側に連結されて構成されている。なお、磁路形成部材６４は、鉄製の部材同士を連結しても良く、第１の検出コイル６１、第２の検出コイル６２及び励起コイル６３を保持することから、支持部材と呼んでも良い。また、磁路形成部材６４は、フェライト等で形成されて、ヨークとなる。

第１の検出コイル６１は、第１の磁路形成部６４ａにおいて第３の磁路形成部６４ｃとの連結位置に対して一方側に装着されている。第２の検出コイル６２は、第１の磁路形成部６４ａにおいて第３の磁路形成部６４ｃとの連結位置に対して他方側に装着されている。

励起コイル６３は、二つのコイル６３ａ、６３ｂで構成され、コイル６３ａが第１の磁路形成部６４ａにおいて第３の磁路形成部６４ｃとの連結位置の一方側に装着されている。コイル６３ｂは第１の磁路形成部６４ａにおいて第３の磁路形成部６４ｃとの連結位置の他方側に装着されている。

よって、コイル６３ａからの磁力線Ｆ_Ｍが第１の検出コイル６１を貫き、コイル６３ｂからの磁力線Ｆ_Ｍが第２の検出コイル６２を貫き、コイル６３ａと第１の検出コイル６１とを貫く磁力線Ｆ_Ｍに示すように第１の磁気回路が形成され、コイル６３ｂと第２の検出コイル６２とを貫く磁力線Ｆ_Ｍに示すように第２の磁気回路が形成され、第３の磁路形成部材６４ｃにおいて磁力線Ｆ_Ｍが基準状態では等しい大きさで同じ方向で重なり合い、第１の磁気回路と第２の磁気回路とで並列接続になっている。

従って、励起コイル６３を二つのコイル６３ａ，６３ｂで構成しても、第１の検出コイル６１側の第１の磁気回路と第２の検出コイル６２側の第２の磁気回路とが並列接続され、第１の磁気回路に流れる磁束の変化分が第２の磁気回路に流れたり、第２の磁気回路に流れる磁束の変化分が第１の磁気回路に流れたりする。

図５に示す非接触式センサ６０は、励起コイル６３と第１の検出コイル６１と第２の検出コイル６２とを備えて、これらで磁気回路が構成され、第１の検出コイル６１と第２の検出コイル６２とが磁気回路的に対称に配置されて構成されている。特に、図５に示すように、励起コイル６３に対し、第１の検出コイル６１と第２の検出コイル６２とが同軸上に配置され、励起コイル６３がコイル６３ａとコイル６３ｂとで構成されており、磁路形成部材６４が長手方向の部材である第１及び第２の磁路形成部材６４ａ，６４ｂと短手方向の部材である第３の磁路形成部材６４ｃとを連結して構成されている。コイル６３ａとコイル６３ｂとが同軸に対してほぼ直交する第３の磁路形成部６４ｃによって第１の検出コイル６１側と第２の検出コイル６２側とに分けて第１磁路形成部材６４ａにそれぞれ装着されている。よって、非接触式センサ６０は、第１の検出コイル６１での基準の状態との違いの検出が、第２の検出コイル６２での基準の状態との違いの検出にそのまま直接に反映される構造となっている。

図６は、図２、図４及び図５とは異なる非接触式センサの概念図である。非接触式センサ７０は、第１の入力部２１に配線で接続される第１の検出コイル７１と、第２の入力部２２に配線で接続される第２の検出コイル７２と、第４の増幅部３０に配線で接続される励起コイル７３と、第１の検出コイル７１、第２の検出コイル７２及び励起コイル７３を保持する支持部材７４を含んで構成される。支持部材７４は、図６に示す形態では棒状のＩ形状を有している。支持部材７４は、鉄製の棒材同士を連結しても良い。支持部材７４は、フェライト等で形成されて、ヨークとなる。

第１の検出コイル７１は支持部材７４の一端部に装着され、第２の検出コイル７２は支持部材７４の他端部に装着され、励起コイル７３は二つのコイル７３ａ，７３ｂで構成され、支持部材７４のうち両端からの距離が等しい位置に装着されている。支持部材７４は、励起コイル７３の一部であるコイル７３ａを支持する第１の支持部７４ａと、励起コイル７３の残部であるコイル７３ｂを支持する第２の支持部７４ｂと、第１の支持部７４ａと第２の支持部７４ｂとを連結する連結部７４ｃで構成され、少なくとも連結部７４ｃは非磁性材料で構成されている。コイル７３ａとコイル７３ｂとは同じ大きさの磁界を生じさせるように構成され、コイル７３ａとコイル７３ｂとは支持部材７４に沿って離間して配置される。よって、コイル７３ａによる磁界とコイル７３ｂによる磁界が反発して重ならない。なお、コイル７３ａとコイル７３ｂとは上下の軸方向に対して逆向きの磁界を生じるように直列接続され、その直列接続された一対のコイルの両端が第４の増幅部３０に配線で接続されている。または、コイル７３ａとコイル７３ｂとは上下の軸方向に対して逆向きの磁界を生じるようにコイル７３ａ，７３ｂの両端が並列に第４の増幅部３０に配線で接続されている。

よって、コイル７３ａからの磁力線Ｆ_Ｍが第１の検出コイル７１を貫き、コイル７３ｂからの磁力線Ｆ_Ｍが第２の検出コイル７２を貫き、コイル７３ａと第１の検出コイル７１とを貫く磁力線Ｆ_Ｍに示すように第１の磁気回路が形成され、コイル７３ｂと第２の検出コイル７２とを貫く磁力線Ｆ_Ｍに示すように第２の磁気回路が形成され、第１の磁気回路で生じる磁界分布と第２の磁気回路で生じる磁界分布とが、上下で対称となっている。また、外界の影響を受け難いように、支持部材７４とは別に、円筒状の磁路形成部材７５を設けて、その中に、第１の検出コイル７１と第２の検出コイル７３と励磁コイル７３を支持した支持部材７４を設けるようにすることが好ましい。磁路形成部材７５はフェライト等で作製されることが好ましい。

非接触式センサ７０は、軸周りにも対称であり、軸部分に第１の検出コイル７１、第２の検出コイル７２及び励起コイル７３が装着されており、軸部分の寸法幅を小さくすることで、高い検出分解能を有する。よって、微小領域の検査や検査対象物が小さくても対応することができる。

図６に示す非接触式センサ７０は、励起コイル７３と第１の検出コイル７１と第２の検出コイル７２とを備えて、これらで磁気回路が構成され、第１の検出コイル７１と第２の検出コイル７２とが磁気回路的に対称に配置されて構成されている。特に、図６に示すように、励起コイル７３に対し、第１の検出コイル７１と第２の検出コイル７２とが同軸上に配置されている。よって、非接触式センサ７０は、第１の検出コイル７１での基準の状態との違いの検出が、第２の検出コイル７２での基準の状態との違いの検出にそのまま直接に反映される構造となっている。このような非接触式センサ７０では、コイル７３ａとコイル７３との隙間の領域では、磁界が反発しているので、例えば第１の検出コイル７１側の磁界が強まると、第２の検出コイル７２側の磁界が影響を受け、第２の検出コイル７２側の磁界が弱まる。逆に、第２の検出コイル７２側の磁界が強まると、第１の検出コイル７１側の磁界が影響を受け、第１の検出コイル７１側の磁界が弱まる。よって、第１の検出コイル７１と第２の検出コイル７２での検出信号の差分が大きくなり、検出感度が向上する。

［検査方法のバリエーション］
検査方法は上述した形態に限らず、次のように変更してもよい。発振部２５により生成する信号を所定の周波数の範囲において、例えば１ｋＨｚから１０００ｋＨｚまでの間で段階的に変化させる。測定物質からの信号は、測定周波数毎に変化し、その変化の状況は一般に物質毎に異なるので、より多くの周波数での信号の変化を調べることにより、判別精度が向上する。検出対象物の形状、寸法、さらに検査対象物とセンサとの位置関係は差分信号に影響するが、検出対象物の形状、寸法、さらに検査対象物とセンサとの位置関係が測定毎に一致していると、より微妙な差異を判定することができる。また、検査対象物の大きさがセンサの大きさに比べて、検査対象物の形状、寸法さらに検査対象物とセンサとの位置関係が無視できるほど大きい場合には、検査対象物質に対するセンサ位置にかかわらず、検査対象物の素材についての差異を判定することができる。

端末装置４０から信号処理部２４中に格納されているデータを取り出し、差分計算部２３から出力された信号の周波数依存性、すなわち、信号の周波数毎に異なる振幅と位相の情報を複素平面上に表し、検査対象物４２の物性を反映した状態をビジュアル的に把握することができる。前述のように、測定周波数を変化させると、励起信号に対する差分信号の変化を、複素平面上に点ではなく、軌跡として求めることができる。

これにより、検査対象物４２や基準となる材料４１の物性値（透磁率、導電率など）、標準となる寸法等により、第１の検出コイルで検出する信号と第２の検出コイルで検出する信号とに差分が生じることにより、より高精密な検査が実現される。

図３に示すような非接触式センサ１０を作製した。ポリエステルを被覆した銅線を巻き線として使用しボビンに巻いたものを５つ作製し、Ｈ形状の磁路形成部材１４に対し、第３の磁路形成部１４ｃに一つ、第１の磁路形成部１４ａと第２の磁路形成部１４ｂにおいて第３の磁路形成部１４ｃとの接続箇所よりも上下にそれぞれ一つずつ装着した。磁路形成部材１４は材質として純鉄のものを用いた。Ｈ形状の磁路形成部材１４は、第１の磁路形成部１４ａ、第２の磁路形成部１４ｂの長さを約７ｃｍとし、第１の磁路形成部１４ａと第２の磁路形成部１４ｂの中心間隔を約３.５ｃｍとした。

発振部２５は、周波数を１０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの間で９１区間を一括走査するようにした。走査間隔としては１ｋＨｚとし、出力開始から検査物からの応答信号が安定するまでの待機時間を動作安定待機時間として１０ｍｓｅｃとした。

第１の検出コイル１１側には何も配置しないで、空気を測定対象とした。第２の検出コイル１２側には、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚み３ｍｍの板を配置した。第２の検出コイル１２と測定対象物４２である板との間には隙間を設けないようにした。つまり、リフトオフなしの状態とした。

板の材質としては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、真鍮、アルミニウム、銅、鉄の６種類とした。

図７は、各板を第２の検出コイルに対して配置したときの差分信号を複素平面上に表示したグラフである。横軸は実軸であり、縦軸は虚軸である。図７に示すように、差分信号が板の材質により、ＳＵＳ３０４では「△」プロットのように、ＳＵＳ３１６では「▲」プロットのように、真鍮では「○」プロットのように、アルミニウムでは「□」プロットのように、銅では「■」プロットのように、鉄では「●」プロットのように、差分信号が異なる。よって、本発明の実施形態に係る検査方法によれば、測定対象物の材質を判別することが可能となる。

例えば、基準となる物体４１に対して、測定対象物４２としての物体が異なると、寸法が同じでも、差分信号の複素平面上での挙動が異なることから、基準物質とは異なる材料の測定対象物であることが分かる。また、この実施例では、周波数を１０ｋＨｚから１００ｋＨｚに増加している。図７の各プロットは周波数毎のデータである。鉄のサンプルについて、１０Ｋｚ、２０ｋＨｚ、３０ｋＨｚと一部示しているように、周波数毎に変化する。よって、測定周波数を変化させると、励起信号に対する差分信号の変化を、複素平面上に点ではなく、軌跡として求めることができる。

表１は、検査対象物が基準となる物体と材質が異なることを推定できる可能性の大小を示したものである。異なる材質の可能性が高いものに丸（○）を付し、低いものに三角（△）を付している。鉄は、他の材質のものと区別でき、銅はアルミニウムを除く材質のものと区別でき、アルミニウムは銅を除く材質のものと区別でき、ＳＵＳ３１６はＳＵＳ３０４を除くものとは区別することができる。なお、銅、アルミニウム、真鍮の何れかの組について差異は大きくはなかった。

本発明の実施形態によれば、検査対象物や基準となる材料の物性値（透磁率、導電率など）、標準となる寸法等により、第１の検出コイルで検出する信号と第２の検出コイルで検出する信号とに差分が生じることにより、高精密な検査が実現される。特に、周波数を段階的に変化させて差分の周波数応答信号を解析することにより、単一の周波数では判別が困難な検査対象に対しても、感度の良い検査が実現される。また、非接触式センサを小型化し、検査装置をユニット構成とし、外部のコンピュータにアプリケーションプログラムを搭載することで、全体としてシステム化され、小型化することができる。

本発明の実施形態での非接触式センサ及び検査システムを使用することにより、異物の混入、施した熱処理が基準に達しない素材などを即座に判断することができる。そのため、非接触式センサ及び検査システムを工場のラインに一又は複数設置することにより、量産工程において各種の検査を行うことができる。また、本検査システムでは、僅かな変化を高感度で検査することができるため、金属内部のひび割れや結晶の異常に起因する物理量をモニターすることができる。得られた差分信号の波形は金属によって異なり、その波形を解析することにより、素材の判別、さびやひび割れ、金属疲労などを波形の乱れから推定することができる。本発明の実施形態に係る非接触式センサ及び検査システムによれば、このような多様な解析をすることができる。

１：検査システム
１０：非接触式センサ
１１：第１の検出コイル
１２：第２の検出コイル
１３：励起コイル
１４：磁路形成部材
１４ａ：第１の磁路形成部
１４ｂ：第２の磁路形成部
１４ｃ：第３の磁路形成部
１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ：コイル
２０：検査装置
２１：第１の入力部
２２：第２の入力部
２３：差分計算部
２４：信号処理部
２５：発振部
２６：制御部
２７：第１の増幅部
２８：第２の増幅部
２９：第３の増幅部
３０：第４の増幅部
４１：物体（基準となる材料）
４２：物体（検査測定物）
５０：非接触式センサ
５１：第１の検出センサ
５２：第２の検出センサ
５３：励起コイル
５３ａ：上側コイル
５３ｂ：下側コイル
５４：磁路形成部材
５４ａ：第１の磁路形成部
５４ｂ：第２の磁路形成部
５４ｃ：外周部
５４ｄ：連結部
５４ｅ、５４ｆ：軸部
６０：非接触式センサ
６１：第１の検出コイル
６２：第２の検出用コイル
６３：励起コイル
６３ａ，６３ｂ：コイル
６４：磁路形成部材
６４ａ：第１の磁路形成部
６４ｂ：第２の磁路形成部
６４ｃ：第３の磁路形成部
７０：非接触式センサ
７１：第１の検出コイル
７２：第２の検出用コイル
７３：励起コイル
７３ａ，７３ｂ：コイル
７４：支持部材
７４ａ：第１の支持部
７４ｂ：第２の支持部
７４ｃ：連結部
７５：磁路形成部材

Claims (9)

1. 励起コイルと第１の検出コイルと第２の検出コイルとにより磁気回路が構成され、前記第１の検出コイルと前記第２の検出コイルとが磁気回路的に対称に構成された非接触式センサが取り付けられ、
   前記第１の検出コイルからの信号が入力される第１の入力部と、
   前記第２の検出コイルからの信号が入力される第２の入力部と、
   前記第１の入力部からの第１の信号と前記第２の入力部からの第２の信号との差分を計算する差分計算部と、
   前記差分計算部により計算された差分信号を処理する信号処理部と、
   前記励起コイルへの励起信号と前記信号処理部への参照信号とを生成する発振部と、
   を備える、検査装置。
2. 前記発振部は、周波数を段階的に変化させて発振する、請求項１に記載の検査装置。
3. 前記第１の検出コイルは基準となる材料と磁気的に結合し、前記基準となる材料と前記第１の検出コイルと前記励起コイルとで第１の磁気回路が構成され、
   前記第２の検出コイルは測定対象物と磁気的に結合し、前記測定対象物と前記第２の検出コイルと前記励起コイルとで第２の磁気回路が構成され、
   前記差分計算部が前記差分を計算することにより、前記第１の磁気回路中に流れる磁束と前記第２の磁気回路に流れる磁束とが比較される、請求項１又は２に記載の検査装置。
4. 外部との間でデータを入出力すると共に、前記第１の入力部、前記第２の入力部、前記差分計算部及び前記信号処理部を制御する制御部を備える、請求項１乃至３の何れかに記載の検査装置。
5. 励起コイルと第１の検出コイルと第２の検出コイルとを磁気回路を構成するように備え、
   前記第１の検出コイルと前記第２の検出コイルとが磁気回路的に対称に構成された、非接触式センサ。
6. 前記励起コイルに対し、前記第１の検出コイルと前記第２の検出コイルとが直交するように配置され、前記第１の検出コイル及び前記第２の検出コイルがそれぞれ一のコイル又は直列接続された複数のコイルにより構成される、請求項５に記載の非接触式センサ。
7. 前記励起コイルに対し、前記第１の検出コイルと前記第２の検出コイルとが同軸上に配置されている、請求項５に記載の非接触式センサ。
8. 励起コイルと第１の検出コイルと第２の検出コイルとにより磁気回路が構成され、前記第１の検出コイルと前記第２の検出コイルとが磁気回路的に対称に構成された非接触式センサを用いて、
   前記第１の検出コイルを基準となる材料と磁気的に結合させておき、
   前記第２の検出コイルを測定対象物と磁気的に結合させて、前記励起コイルに励起信号を入力し、前記第１の検出コイルからの信号と前記第２の検出コイルからの信号との差分を求め、その差分により測定対象物が基準となる材料と物性的に又は寸法的に異なるか否かを判断する、検査方法。
9. 前記励起信号の周波数を段階的に変化させる、請求項８に記載の検査方法。
   

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