JP4822540B2

JP4822540B2 - 局所着磁・磁場測定装置

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Publication number: JP4822540B2
Application number: JP2007056621A
Authority: JP
Inventors: 勇二永江; 茂 ▲高▼屋; 理欅田
Original assignee: Japan Atomic Energy Agency; Sumitomo Metal Technology Inc
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency; Sumitomo Metal Technology Inc
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2027-03-07
Also published as: JP2008216163A

Description

本発明は、金属材料の疲労損傷度を非破壊で検査するための局所着磁・磁場測定装置に関する。

従来、各種の材料の疲労損傷度を破壊することなく検査する方法としては、硬さ法、Ｘ線を利用する方法、超音波を利用する方法、電位差を利用する方法、磁束密度の変化を検出する方法などが知られている。

例えば、特許文献１には、非磁性材料製被検体に交流磁場を印加して励磁し、被検体に生じる微小な磁場を検出し、それを、微小磁場の特性値の変化と前記被検体の疲労損傷度との関係を示すマスターカーブに当てはめて疲労損傷度を判定する発明が提案されている。この発明においては、センサ部は、逆方向励磁により励磁コイルの磁場の前記センサ部への影響を打ち消した状態での磁場測定を可能とするフラックスゲート磁束計からなるとされている。

特許文献２には、ａ）１本の強磁性体棒、強磁性体棒の略中央に巻かれた１つの励磁コイル、及び、その両側に巻かれた２つの検出コイルから成る検出部と、ｂ）上記励磁コイルに交流励磁電流を供給する励磁回路部と、ｃ）上記２つの検出コイルを差動変圧器構成に接続し、その出力信号を励磁電流の位相に基づいて位相解析することにより、オーステナイト系ステンレス鋼製の被検査物の透磁率に応じた電気信号を取り出す処理回路部と、ｄ）処理回路部から取り出される電気信号の変化に基づき、オーステナイト系ステンレス鋼製の被検査物の疲労度を算出する疲労度算出部と、を備えることを特徴とする疲労度測定装置が提案されている。

特許文献３には、材料の疲労損傷度を評価する方法であって、被検材に対応する材質の基準片に対して疲労試験を行う工程と、前記疲労試験中の複数の時点において、前記基準片を瞬時強度が既知の交流磁場中に位置せしめるとともに該基準片を位置せしめた場合の磁場強度を測定する工程と、前記測定された磁場強度から疲労特性曲線を求める工程と、前記被検材を瞬時強度が既知の交流磁場中に位置せしめて磁場の強度を測定する工程と、前記被検材について測定された磁場強度を前記疲労特性曲線と照合して被検材の疲労損傷度を求める工程と、を含む材料の疲労損傷度を評価する方法が提案されている。

出願人の一部は、特許文献４において、（ａ）被検体である４５０℃〜８００℃の高温環境下で疲労損傷を受けているオーステナイト系ステンレス鋼を、室温以下で且つ疲労損傷を受けていない同一材料が温度のみでマルテンサイト変態を開始する温度よりも高い温度まで冷却する冷却ステップ、（ｂ）交流磁場を印加して残留磁化を取り除く消磁ステップ、（ｃ）外部磁場を印加する着磁ステップ、（ｄ）磁気特性を測定する測定ステップ、を具備し、上記（ａ）〜（ｄ）までを異なる複数の時点で繰り返し、得られた測定結果から磁気特性の時間的差分の分布を求めることにより、疲労損傷集中領域を特定することを特徴とする高温疲労損傷領域の非破壊検出方法を提案している。

特開平６−３０８０９２号公報特開平８−２４８００４号公報特開平７−９２１３９号公報特開２００６−６４３９０号公報

本発明者らは、残留磁化を取り除く消磁ステップ、外部磁場を印加する着磁ステップおよび磁気特性を測定する測定ステップを主な工程とする特許文献４で提案した磁場測定方法を基礎として、材料の疲労損傷をより詳細に検出することができる方法を検討した。その結果、本発明者らは、着磁する領域を極力小さくし、材料の局所的な磁場の変化をモニタリングすることにより、より微細な損傷の発見が可能となるなどの効果が得られることを予想し、微小領域の着磁、磁場測定および消磁を可能とする局所着磁・磁場測定装置について検討した。

特許文献１〜３で提案された発明では、いずれも交流磁場を印可して、その時点での磁場を測定することとしている。しかし、このような交流磁場を印可する方法では、微小領域を０．数Ｔで着磁することが困難である。

一方、材料の疲労損傷を測定する方法としては、交流磁場の第３高調波比とラーソンミラーパラメータとの関係を用いる方法など、様々な方法が知られているが、本発明者らは、材料の疲労損傷を評価する新たな指標を検討した。

まず、磁化率、保磁力、飽和磁化等も材料の疲労損傷と良い相関があることが予測される。しかし、磁化率、保磁力は、外部磁場を変化させながら連続的に測定する必要があること、飽和磁化は、０．数Ｔという強い励磁磁場中の材質劣化による磁気特性変化をとらえなければならず、極めて広い測定レンジと高い精度のセンサが必要であることなど、測定装置として考えた場合には、問題が残る。そこで、本発明者らは、測定が比較的容易な残留磁束密度に着目した。

図１０は、材料の疲労前後における残留磁束密度の変化を示す図である。なお、図１０に示す実験は、ＳＵＳ３０４製の試験片を大気中で６５０℃に加熱した状態で、ひずみ速度０．１％／ｓｅｃにて±０．３５％のひずみを連続的に与える疲労試験において、ひずみを与える前（０サイクル）、５３サイクル、１２０４サイクルおよび２４０５サイクルの試験片に対し、軸方向に着磁後、平行部の残留磁束密度の分布を測定したものである。

なお、図１０の縦軸には、２４０５サイクルにおける残留磁束密度の試験前後での変化量の最大値に対する各サイクルにおける残留磁束密度変化量の最大値の割合（残留磁束密度変化量の最大値比）を示し、横軸には、推定破断サイクル数を４８００としたときの各サイクルの割合（寿命比）を示している。

図１０に示すように、残留磁束密度は、寿命比と良い相関関係を有しており、疲労損傷の指標に適していることが分かる。

本発明者らは、まず、残留磁束密度を静磁場で測定する、つまり、直流磁場の印可により微小領域を着磁し、その時の残留磁束密度を測定する本発明の磁場測定装置を見出した。

ここで、材料の疲労損傷は、主として表層が起点となる。このため、材料全体の磁場を測定しても、平均化されて、疲労損傷の検出精度が低下する場合がある。このため、材料の疲労損傷を測定する上では、材料の微小領域で、かつ表層のみを着磁することが重要である。しかし、直流磁場を前提とする場合、微小領域で、かつ表層のみを着磁するのは困難である。そのため、本発明者らは、着磁手段の材質、形状などを種々検討して、直流磁場により微小領域で、かつ表層のみを着磁し、その時の残留磁束密度を測定することができる本発明の磁場測定装置を見出した。

本発明者らは、さらに、平板状の被検体だけでなく、棒状または管状の被検体の測定も容易にできるよう様々な検討を行った。

本発明は、このような研究の結果なされたものであり、被検体の微小領域を着磁し、測定することができる機構、場合によって、被検体の微小領域で、かつ表層のみを着磁し、測定することができる機構を有する磁場測定装置を、さらには、平板状の被検体だけでなく、棒状または管状の被検体の測定も容易に行うことができる磁場測定装置の提供を目的とする。

本発明は、下記の（１）〜（４）に示す局所着磁・磁場測定装置を要旨とする。

（１）金属材料の疲労損傷度を非破壊で検査するための装置であって、被検体を保持し、その水平方向の位置を調整するＸＹ軸テーブルと、該被検体の表面の、幅１ｍｍ以下、深さ１ｍｍ以下の微小領域を直流磁場により着磁する局所着磁手段と、該微小領域の磁場を測定する磁場測定装置と、該微小領域を消磁する局所消磁手段と、着磁、磁場測定および消磁のプロセスを、位置を変えて逐次行なわせる制御手段とを有し、局所着磁手段のコアが、パーメンジュール製であり、少なくとも先端から１０ｍｍの位置までの間において外径が徐々に増大する形状を有し、しかも、先端の外径が０．２〜０．５ｍｍの範囲内、先端から１．２５ｍｍの位置での外径が０．５〜２．０ｍｍの範囲内、先端から２．５ｍｍの位置での外径が２．０〜４．０ｍｍの範囲内、先端から５．０ｍｍの位置での外径が３．０〜８．０ｍｍの範囲内、先端から１０．０ｍｍの位置での外径が３．０〜１０．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする局所着磁・磁場測定装置。

（２）局所着磁手段と局所消磁手段とが、一つの装置で構成されていることを特徴とする上記（１）に記載の局所着磁・磁場測定装置。

（３）被検体の両端部より外径が大きい円柱状のガイドで該被検体の両端を保持する被検体つかみ部と、被検体つかみ部を介して被検体を回転させて、該被検体の位置調整を行う被検体回転手段と、を有することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の局所着磁・磁場測定装置。

本発明によれば、被検体の微小領域を着磁、測定および消磁することができ、本発明の望ましい態様によれば、被検体の微小領域で、かつ磁場測定面の表層を着磁、測定および消磁することができるので、材料損傷の測定をより詳細に行うことができる。また、さらに、平板状の被検体だけでなく、棒状または管状の被検体の測定も行うことができる。

＜本発明装置の概要＞
図１は、本発明に係る局所着磁・磁場測定装置の例を示す模式図であり、図２は、本発明に係る局所着磁・磁場測定装置による磁場測定手順を示す図である。なお、以下の説明において、Ｘ軸方向とは紙面の前後方向、Ｙ軸方向とは紙面の左右方向、Ｚ軸方向とは紙面の上下方向をそれぞれ意味する。

図１に示すように、本発明に係る局所着磁・磁場測定装置１は、金属材料の疲労損傷度を非破壊で検査するための装置であって、被検体（試験片）２を保持し、その水平方向の位置を調整するＸＹ軸テーブル３と、該被検体２の表面の微小領域を着磁する局所着磁手段４と、該微小領域の磁場を測定する磁場測定装置（磁気センサ）５と、該微小領域を消磁する局所消磁手段４と、着磁、磁場測定および消磁のプロセスを、位置を変えて逐次行なわせる制御手段（ＰＣ）６とを有する装置である。ＰＣでは、各種制御とともに、磁場測定結果のデータの保存も行われる。

図２に示すように、本発明に係る局所着磁・磁場測定装置１においては、予め、地磁場等の環境磁気の補正、被検体２の残留磁場の除去（消磁）、局所着磁手段４、磁気センサ５等の位置決めなどの事前準備をする（事前準備ステップ）。このとき、制御手段６を用いて、着磁、消磁、測定位置等の条件を調整しておく。

その後、被検体２を装置内にセットし、距離センサ（光センサ）７により被検体２の位置を確認し、ＸＹ軸テーブル３を走査して被検体２の位置を決定する（位置決定ステップ）。そして、局所着磁手段４により被検体２の任意の微小領域を着磁し（着磁ステップ）、被検体２の着磁領域の磁場を磁気センサ５により測定した（測定ステップ）後、局所消磁手段４により被検体２の着磁領域を消磁する（消磁ステップ）。その後、制御手段６により再びＸＹ軸テーブル３を走査して被検体２の位置を変えて、上記のステップを繰り返す。

なお、以上の作業は、全て自動で行うこともできるし、手動で行うこともできる。

＜位置決めステップ＞
本発明に係る局所着磁・磁場測定装置１においては、まず、ＸＹテーブル３上に被検体２がセットされる。ＸＹテーブル３は、Ｘ軸精密ステージ３−１、Ｙ軸精密ステージ３−２および被検体設置台３−３などにより構成される。Ｘ軸精密ステージ３−１およびＹ軸精密ステージ３−２を微調整して被検体２の位置決めがなされる。

本発明の局所着磁・磁場測定装置１は、丸棒状または管状の被検体２を回転させて、被検体２の位置調整ができる被検体回転手段（被検体設置台３−３）を有することが望ましい。

図３は、被検体つかみ部の例を示す模式図であり、（ａ）および（ｂ）は平板上の被検体を保持した状態、（ｃ）および（ｄ）は丸棒状または管状の被検体を保持した状態を示す。また、図４は、被検体回転手段の例を示す模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図を示す。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、検査の対象である平板状の被検体２−１は、被検体つかみ部９に保持された状態で、本発明の局所着磁・磁場測定装置１に設置される。ここで、図３（ａ）と（ｂ）とは９０°回転した状態を示すが、図３（ａ）は、平板状被検体２−１の側面図であり、図３（ｂ）は、平板状被検体２−１の上面図である。この測定領域は、典型的には、２０ｍｍ×３０ｍｍの範囲であるが、この測定領域内の微小領域毎に、着磁、測定、消磁が行われる。この測定領域は、磁気センサ等の条件を換えることで調整できる。

図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、検査の対象である丸棒状または管状の被検体２−２も、被検体つかみ部９に保持された状態で、本発明の局所着磁・磁場測定装置に設置される。上記の例と同様、図３（ｃ）と（ｄ）とは９０°回転した状態を示す。

図４に示すように、被検体つかみ部９は、両端部に被検体２−１の両端部より外径が大きい円柱状のガイド９−１、９−２を有しており、このガイド９−１、９−２が、被検体設置台３−３のローラ１０−１、１０−２、１０−３、１０−４上に載置される。その後、図１に示す光センサ７により、平板状の被検体２−１の傾きが検知される。傾きがある場合には、ローラ１０−１、１０−２、１０−３、１０−４の回転により、平板状の被検体２−１を水平状態とする。

一方、丸棒状または管状の被検体２−２を用いる場合には、ローラ１０−１、１０−２、１０−３、１０−４は別の目的で利用される。丸棒状または管状の被検体２−２の場合には、被検体最上部において着磁、測定、消磁が行われる。このとき、Ｘ方向の移動は、前述の例と同様に、図１に示すＸ軸精密ステージ３−１により行うことができるが、Ｙ軸精密ステージ３−２では、丸棒状または管状の被検体２−２を周方向に移動させることができない。従って、この場合、ローラ１０−１、１０−２、１０−３、１０−４の回転により、丸棒状または管状の被検体２−２を周方向に移動させることができる。

本発明に係る局所着磁・磁場測定装置１においては、光センサなどの距離センサ７は、必須の構成部材ではない。しかし、前述のように、距離センサ７は、平板状の被検体の磁場測定時の水平調整のために必要である。従って、距離センサ７を標準装備させておくのがよい。距離センサ７としては、例えば、ＬＥＤ式の距離センサ（オムロン株式会社製Ｚ４Ｗ−Ｖなど）を用いることができる。

＜着磁ステップ＞
被検体２をＸＹテーブル３上にセットした後、局所着磁手段４が被検体２上の所定位置に移動され、被検体２の任意の微小領域が着磁される。局所着磁機手段４、磁気センサ５および距離センサ７は、ともにＺ軸ステージ８に保持されており、Ｚ軸に自在に移動できる構成となっている。

局所着磁は、例えば、直流磁場を１００〜１０００００ｍｓｅｃ印可して、プラス磁場またはマイナス磁場を形成させて行うことができる。図１に示す例では、局所着磁と局所消磁とを一つの装置で行うこととしている。このような構成には限定されないが、例えば、省スペース化の観点からは、一つの装置で着磁と消磁を行うのがよい。なお、消磁は、後段で説明するように、交流磁場を与えることにより行う。よって、直流、交流を切り替えることで、一つの装置で着磁と消磁を行うことができる。以下の説明においては、局所着磁手段４および局所消磁手段４を併せて、局所着磁消磁機４とも呼ぶ。

ここで、被検体の微小領域とは、着磁領域の着磁幅が２０ｍｍ以下の場合をいう。より望ましい着磁幅は５ｍｍ以下、さらに望ましいのは１ｍｍ以下である。

上記の着磁領域の着磁幅とは、図５に示すΔＸの値を採用すればよい。即ち、ΔＸとは、Ｘ方向（またはＹ方向）の着磁量の分布曲線（磁束密度曲線）を求め、磁束密度のピーク値Ｂａおよびベース着磁量（着磁前の磁束密度）Ｂｂの差の１／２となる位置Ｂｈにおける分布曲線の幅を意味する。なお、着磁幅の調整は、局所着磁消磁機４のコア材質および形状、電流値等の調整により行うことができる。

本発明に係る局所着磁・磁場測定装置１においては、被検体２の磁場測定表面の表層を着磁できる機構を有することが望ましい。被検体の表層とは、被検体の表面からの深さが５ｍｍ以下の範囲を意味する。より望ましいのは１ｍｍ以下である。

局所着磁消磁機４は、図１に示すように、被検体２の片面を着磁する構成となっているのがよい。局所着磁消磁機４は、被検体の上下に磁極を有し、被検体の両面から着磁する構成のものでも良いが、このような構成のものでは被検体の形状が平板に限定されてしまう。また、被検体の片面を着磁する構成であれば、被検体の表層を着磁することができると共に、着磁時の電流値等を調整することにより、着磁の深さを微調整できるという利点もある。

図６は、着磁時の電流値と着磁深さとの関係を示す図である。なお、この試験に用いた局所着磁消磁機のコアとしては、パーメンジュール製で、後段の図８のＡに示す形状のものを用いた。また、この図では、局所着磁消磁機の電流値を５００Ａ、１０００Ａおよび１５００Ａに変えた場合の磁束密度と深さとの関係を示している。

図６に示すように、例えば、深さが０．５ｍｍの位置を比較すると、電流値が５００Ａでは磁束密度は４００Ｇ程度であるが、電流値が１０００Ａでは６００Ｇ程度、電流値が１５００Ａでは７００Ｇ程度にまで上昇する。このように着磁深さは電流値を調整することで変更することができる。

局所着磁消磁機４のコア材質としては、通常用いられる炭素鋼であってもよいが、飽和磁束密度Ｂｓが２．０Ｔ以上の高飽和磁束密度材料を用いることが望ましい。高飽和磁束密度材料としては、例えば、パーメンジュール（Ｆｅ−Ｃｏ−２Ｖ）がある。パーメンジュールの飽和磁束密度Ｂｓは２．４Ｔである。

ここで、被検体の微小領域が着磁幅２０ｍｍ程度で、着磁深さが５ｍｍ程度であれば、炭素鋼を用いることができるが、着磁幅５ｍｍ以下または着磁深さが３ｍｍ以下の場合には、炭素鋼を用いたのでは着磁が不十分となる。従って、このような場合にはパーメンジュールを用いるのが望ましい。

着磁幅が１ｍｍ以下で、かつ着磁深さが１ｍｍ以下といった極微小範囲だけを着磁するためには、着磁幅が局所着磁手段のコアの形状は、少なくとも先端から１０ｍｍの位置までの間において外径が徐々に増大する形状を有し、しかも、下記の条件を満たしているものを用いる。

図７は、コア先端の外径と着磁幅との関係を示す図である。なお、コアの材質としては、いずれの例においてもパーメンジュールを用いた。

図７に示すように、コア先端の外径が１８ｍｍφの場合、着磁幅１６ｍｍ程度と広い範囲となるが、コア先端の外径が２．０ｍｍφになると着磁領域幅９ｍｍ程度となる。さらにコア先端の外径を小さくすると急激に着磁幅が小さくなり、コア先端の外径が０．５ｍｍφになると、着磁幅が１ｍｍ程度となる。

このように、コア先端の外径を調整することで、着磁幅を調整することができる。ここで、着磁幅を１ｍｍ以下にするにはコア先端の外径を０．５ｍｍ以下にするのが望ましい。その一方で、コア先端の外径を０．２ｍｍ未満にすると着磁するのが難しくなる。

図８は、各種のコア先端部の形状を示す図であり、図９は、それぞれのコア先端部形状に対応する磁束密度分布への影響を示す図である。なお、コアの材質としてはパーメンジュールを用いた。

図８に示すように、Ａ〜Ｄは、先端〜先端から１．２５ｍｍまでの部分の形状および先端から５ｍｍ以上の部分の形状は同一である。図９に示すように、これらのうち、被検体表層の着時の中心から０．２ｍｍ程度以内という局所的な範囲においては、磁束密度は、Ａが最も高く、Ｂ、Ｃ、Ｄの順で下がっていく。ＣおよびＤでは、コア先端部の外径変化が急峻すぎるために局所的な磁束密度が低下したと考えられる。また、Ｂは、先端から５ｍｍの位置で、外径を４ｍｍから２ｍｍに変化させたものであるが、ＣおよびＤよりは磁束密度が高いものの、Ａには及ばない。即ち、先端から５ｍｍ程度の位置ではもう少し緩やかな外径変化が必要である。

以上の結果が示すように、局所着磁消磁機のコアの形状としては、先端部から１０ｍｍまでの間で、あまりに急激に外径が変化すると、洩れ磁束、磁気抵抗等の影響により先端に到達する磁束密度が小さくなり、十分に着磁できなくなる場合がある。

局所着磁消磁機のコアの形状は、具体的には、先端の外径が０．２〜０．５ｍｍの範囲内、先端から１．２５ｍｍの位置での外径が０．５〜２．０ｍｍの範囲内、先端から２．５ｍｍの位置での外径が２．０〜４．０ｍｍの範囲内、先端から５．０ｍｍの位置での外径が３．０〜８．０ｍｍの範囲内、先端から１０．０ｍｍの位置での外径が３．０〜１０．０ｍｍの範囲内であることが好ましい。

局所着磁消磁機４は、例えば、上述のコアに、４０００ターンのコイルを巻き付けて構成されるものである。そして、コアは、先端部のみ着脱可能な構成とし、形状が異なるチップ（コア先端部）を複数用意しておけば、着磁領域の調整を容易に行うことができる。

局所着磁消磁機４のコアの後端部の形状は、特に制限はないが、コアの先端部（着磁時、被検体に近接する部分）とほぼ同一形状とするのがよい。これは、コアの先端部および後端部をコイルから突出した状態で保持し、コイルに通電すると、コアの先端部および後端部共に磁場が発生する。このとき、コアの先端部および後端部の形状をほぼ同一形状とすると、先端部における磁場を後端部で測定することができるので、測定時に発生磁場のモニタリングが可能となる。

ここで、コアの先端部とほぼ同一形状である後端部の形状とは、先端部と完全に同一形状であること、または、完全に同一形状ではないが、少なくとも、後端部における磁束密度と先端部における磁束密度との誤差が５％以内となる形状であることを意味する。

＜測定ステップ＞
着磁後、着磁された被検体２の微小領域上に磁気センサ５が位置するように、ＸＹステージ３を移動させ、微小領域の磁場（典型的なのは、残留磁束密度。）を測定する。

本発明において使用される磁場測定装置（磁気センサ）５には、特に制限はないが、例えば、３次元ＭＩセンサ（アイチ・マイクロ・インテリジェント株式会社製ＡＭＩ３０２など）、ワイドレンジＭＩセンサ（同社製ＷＩＤＥ−ＭＩなど）およびフラックスゲートセンサ（株式会社ＮＥＯＭＡＸ製ＳＭＴ−ＦＧなど）の１種以上を用いることができる。これらのセンサは、感度が異なるため、検知する磁場の条件により種々選択すればよい。

また、Ｘ、ＹおよびＺの３軸方向の磁場（磁束密度）を測定する場合には、３軸センサを用いることもできるが、センサの感磁位置がＸＹ軸上で異なる。従って、１軸センサを３つ用意し、Ｘ、ＹおよびＺの３軸それぞれの方向の検出時に、ＸＹテーブルを移動させて、微調整を行いながら、各方向の磁場測定を行うのがよい。
＜消磁ステップ＞
磁場測定が終わると、ＸＹステージ３を制御して、上記被検体の微小領域上に局所着磁消磁機４を移動させて、消磁を行う。局所消磁は、例えば、交流磁場を１００〜１０００ｍｓｅｃの間隔で徐々に減衰させながら印可することにより行うことができる。

着磁ステップ、測定ステップおよび消磁ステップのサイクルを位置を変えて適宜行うことにより、被検体２の磁場の分布を詳細に測定することができる。

本発明に係る局所着磁・磁場測定装置の例を示す模式図である。本発明に係る局所着磁・磁場測定装置による磁場測定手順を示す図である。被検体つかみ部の例を示す模式図であり、（ａ）および（ｂ）は平板上の被検体を保持した状態、（ｃ）および（ｄ）は丸棒状または管状の被検体を保持した状態を示す。被検体回転手段の例を示す模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図を示す。着磁領域の着磁幅を説明する図である。時の電流値と着磁深さとの関係を示す図である。コアの先端形状と着磁領域との関係を示す図である。各種のコア先端部の形状を示す図である。それぞれのコア先端部形状に対応する磁束密度分布への影響を示す図である。材料の疲労前後における残留磁束密度の変化を示す図である

符号の説明

１．局所着磁・磁場測定装置
２．被検体（試験片）
２−１．平板状の被検体
２−２．丸棒状または管状の被検体
３．ＸＹ軸テーブル
３−１．Ｘ軸精密ステージ
３−２．Ｙ軸精密ステージ
３−３．被検体回転手段（被検体設置台）
４．局所着磁消磁機（局所着磁手段、局所消磁手段）
５．磁場測定装置（磁気センサ）
６．制御手段（ＰＣ）
７．光センサ
８．Ｚ軸ステージ
９．被検体つかみ部
９−１、９−２．ガイド
１０．モータ
１０−１、１０−２、１０−３、１０−４．ローラ

Claims

金属材料の疲労損傷度を非破壊で検査するための装置であって、被検体を保持し、その水平方向の位置を調整するＸＹ軸テーブルと、該被検体の表面の、幅１ｍｍ以下、深さ１ｍｍ以下の微小領域を直流磁場により着磁する局所着磁手段と、該微小領域の磁場を測定する磁場測定装置と、該微小領域を消磁する局所消磁手段と、着磁、磁場測定および消磁のプロセスを、位置を変えて逐次行なわせる制御手段とを有し、
局所着磁手段のコアが、パーメンジュール製であり、少なくとも先端から１０ｍｍの位置までの間において外径が徐々に増大する形状を有し、しかも、先端の外径が０．２〜０．５ｍｍの範囲内、先端から１．２５ｍｍの位置での外径が０．５〜２．０ｍｍの範囲内、先端から２．５ｍｍの位置での外径が２．０〜４．０ｍｍの範囲内、先端から５．０ｍｍの位置での外径が３．０〜８．０ｍｍの範囲内、先端から１０．０ｍｍの位置での外径が３．０〜１０．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする局所着磁・磁場測定装置。
局所着磁手段と局所消磁手段とが、一つの装置で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の局所着磁・磁場測定装置。
被検体の両端部より外径が大きい円柱状のガイドで該被検体の両端を保持する被検体つかみ部と、被検体つかみ部を介して被検体を回転させて、該被検体の位置調整を行う被検体回転手段と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の局所着磁・磁場測定装置。