JP6342479B2

JP6342479B2 - 検査プローブ、検査システム、及び検査方法

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Description

本発明は、検査対象物の表面又は内部のきずや材質変化などを磁場を利用して検出する検査プローブ、検査システム、及び検査方法に関する。

磁場を利用した非破壊検査では、励磁コイルに電流（励磁電流）を通電することにより発生させた磁場、或いは、永久磁石から発生する磁場を検査対象物（被検査体）である金属材料に作用させ、その磁場によって被検査体に生じる磁場分布の差異を検知することにより、被検査体の表面又は内部のきずや材質変化（特性変化）など（以下、きずや材質変化などをまとめて「きず」と称する）を検出するものである。

磁場を利用した非破壊検査法の代表的な手法としては、例えば、漏洩磁束法や渦電流探傷法などが知られている。漏洩磁束法では、時間的に変化しない直流磁場や低周波の励磁による磁場（磁束）を被検査体の金属材料（被検査体金属）の内部に浸透させ、きず付近で被検査体金属から漏れ出す磁束（漏れ磁束、漏れ磁場などと称される場合もある）を磁気センサで検出することによりきずを検知する。また、渦電流探傷法では、渦電流プローブと呼ばれるプローブの励磁コイルに時間的に変動する電流を供給して時間的に変動する磁束を生成し、そのプローブを被検査体金属に近接させることによって被検査体金属に渦電流を発生させ、磁気センサで得られる検出信号から渦電流の変化を検出することによりきずを検知している。

また、磁場を利用した非破壊検査に係る技術として、例えば、特許文献１（米国特許第５０５３７０４号明細書）には、目的の素材に電磁場を作用させて渦電流を生じさせ、磁気光学効果を有する磁性薄膜（磁気光学薄膜センサ）を用いて被検査体をカメラ等で撮像することにより目的の素材の付近の磁場の様子を撮像し、その様子からきずを検知しようとする欠陥検出装置に関する技術が開示されている。

米国特許第５０５３７０４号明細書

しかしながら、上記従来技術には以下のような問題点がある。

すなわち、上記従来技術のように、被検査体金属から漏れ出す磁束を検出する技術の場合、被検査体金属に作用する磁束の向きときずの形状との相対的な関係によって、漏れ磁束の程度が大きく異なる場合があるため、同程度のきずであってもその方向によっては検出感度が著しく低下する場合があった。

また、上記従来技術のように、磁気光学薄膜センサの直下に励磁コイルを配置する場合、励磁コイルを厚くするほど磁気光学薄膜センサと被検査体との距離（リフトオフ）が増大し、検出感度が低下してしまうという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、きずの形状や励磁コイルの厚みによらず検出感度の低下を抑制することができる検査プローブ、検査システム、及び検査方法に関する。

上記目的を達成するために、本発明は、２つ以上の励磁コイルを有し、被検査体に対向する磁脚を円周上に等間隔に配置した磁化器を用いて励磁方角を制御する励磁方角制御手段と、前記磁化器の磁脚が配置される前記円周の内側の領域に配置される磁気光学薄膜センサと、前記磁気光学薄膜センサを用いて磁場画像データを取得する磁場画像取得手段とを備えたものとする。

本発明によれば、きずの形状や励磁コイルの厚みによらず検出感度の低下を抑制することができる。

本発明の一実施の形態に係る検査プローブ及び検査システムの全体構成を示す機能ブロック図である。本発明の一実施形態による検査プローブのブロック図である。本発明の一実施形態による検査プローブの斜視図である。本発明の一実施形態による検査プローブの断面図である。本発明の一実施形態による検査形態の斜視図である。本発明の一実施形態による磁場検知の原理を示す図である。本発明の一実施形態による磁場検知の原理を示す図である。本発明の一実施形態による磁場検知の形態を示す図である。本発明の一実施形態による磁場検知の形態を示す図である。本発明の一実施形態による検査プローブの分解図である。本発明の一実施形態による検査プローブの分解図である。本発明の一実施形態による検査プローブの分解図である。本発明の一実施形態による検査プローブの分解図である。本発明の一実施形態による検査プローブの励磁電流と磁束の流れの一例を示す図である。本発明の一実施形態による検査プローブの励磁電流と磁束の流れの一例を示す図である。本発明の一実施形態による検査プローブの励磁電流と磁束の流れの一例を示す図である。本発明の一実施形態による検査プローブの励磁電流と磁束の流れの一例を示す図である。本発明の一実施形態による検査プローブの励磁電流と磁束の流れの一例を示す図である。本発明の一実施形態による画像データの一例を示す図である。本発明の一実施形態による画像データの一例を示す図である。本発明の一実施形態による画像データの一例を示す図である。本発明の一実施形態による画像データの一例を示す図である。本発明の一実施形態による画像データの一例を示す図である。本発明の一実施形態による画像データの一例を示す図である。本発明の一実施形態による画像データの一例を示す図である。本発明の一実施形態による画像データの一例を示す図である。本発明の一実施形態による画像データの一例を示す図である。本発明の一実施形態による検査システムのブロック図である。本発明の一実施形態による磁場画像データを示す説明図である。本発明の一実施形態による磁場画像データを示す説明図である。本発明の一実施形態による磁場画像データを示す説明図である。本発明の一実施形態による磁場画像データを示す説明図である。本発明の一実施形態による検査システムのブロック図である。本発明の一実施形態による画像演算を示す説明図である。本発明の一実施形態による画像演算を示す説明図である。本発明の一実施形態による画像演算を示す説明図である。本発明の一実施形態による画像演算を示す説明図である。本発明の一実施形態による画像演算を示す説明図である。本発明の一実施形態による検査画像の一例を示す図である。本発明の一実施形態による検査画像の一例を示す図である。本発明の一実施形態による検査画像の一例を示す図である。本発明の一実施形態による検査画像の一例を示す図である。本発明の一実施形態による検査の流れを示すフローチャートの一例である。本発明の一実施形態による表示画面および入力画面の一例である。

本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態に係る検査プローブ及び検査システムの全体構成を概略的に示す機能ブロック図であり、図２は検査プローブに係る機能の詳細を示す機能ブロック図である。また、図３及び図４は、検査プローブの要部をその周辺構成と併せて模式的に示す図である。また、図５は、検査システムによる被検査体の検査形態の一例を示す図である。

図１〜図４において、検査システム１００は、光学送信系１１３、磁気光学薄膜センサ１１２、光学受信系１１４、及び磁化器１１１を備えた検査プローブ１１０と、磁場画像取得手段１２１、検査画像構成手段１２２、検査画像表示手段１２３、入力デバイス１２４、及び励磁方角制御手段１２５を備えた計測器１２０とから概略構成されている。

光学送信系１１３は、磁気光学薄膜センサ１１２に検査に用いる光を照射するためのものであり、入射光源１１３ａと、入射光源１１３ａからの光を調整して磁気光学薄膜センサ１１２上に結像する送信系レンズ１１３ｂと、送信系レンズ１１３ｂを介した光を直線偏波に調整する偏光子１１３ｃと、偏光子１１３ｃを介した光の進行方向を磁気光学薄膜センサ１１２の方向に変更するハーフミラー１１３ｄとを備えている。

光学受信系１１４は、磁化器１１１を構成する円環コア１１５の開口部１１５ａの同軸上に配置され、磁気光学薄膜センサ１１２で反射した光を透過させるハーフミラー１１３ｄ（光学送信系１１３におけるハーフミラー１１３ｄの透過機能に相当）と、ハーフミラー１１３ｄを透過した光の焦点を調整する受信系レンズ１１４ａと、受信系レンズ１１４ａを介した光を偏向角に応じて光の強度に変換する検光子１１４ｂと、検光子１１４ｂを介した光を受信するカメラ１１４ｃ（ＣＣＣカメラ、フォトダイオードなどの２次元の光受信デバイス）とを備えている。

磁化器１１１は、２つ以上の励磁コイル１１１ａ〜１１１ｄを有し、磁脚配置の基準となる円周を被検査体３００の検査面に平行に想定した場合に、被検査体３００に対向する磁脚を円周上に等間隔に配置して構成されている。磁化器１１１は、磁性体で形成された円関係上の円環コア１１５と、円環コア１１５に連結された磁性材料の磁心である磁性体コア１１６に巻線された励磁コイル１１１ａ〜１１１ｄ（図２中の励磁コイル１〜Ｎ）とから構成されており、励磁方角制御手段１２５からの励磁電流によりそれぞれ駆動される。

磁気光学薄膜センサ１１２は磁化器１１１から被検査体３００に照射された磁束が被検査体の表面又は内部のきずや材質変化（特性変化）など（以下、きずや材質変化などをまとめて「きず」と称する）に起因して通過経路を変え、被検査体３００の表面に作用した場合、すなわち、きずによって生じる漏洩磁束の直上周辺の磁場が強くなった場合に、その磁束によって光学的特性が変化するものであり、被検査体３００表面の磁場分布を光学的特性の変化として転写する。磁気光学薄膜センサ１１２は、磁化器１１１の磁脚が配置される上記円周の内部、かつ、磁脚の下端を含む平面の上方近傍に平面に沿うように配置されている。

本実施の形態では、磁性体コア１１６に巻線された励磁コイル１１１ａ〜１１１ｄに交流（又は直流）の励磁電流を流したときに発生する磁束を被検査体３００に照射し、被検査体３００のきずによって影響を受ける磁場分布を検査プローブ１１０によって磁気光学薄膜センサ１１２に転写し、光を使って読み出すことにより、被検査体３００のきずの検出を行う。つまり、磁場分布の変化によって磁気光学薄膜センサ１１２でおこるファラデー効果、すなわち偏光角の回転の情報を、偏光子１１３ｃを介した光を磁気光学薄膜センサ１１２に照射したときの反射光を検光子１１４を介して光受信デバイス１１４ｃで受光することにより取得する。磁気光学薄膜センサ１１２の表面で反射した光は、光学受信系１１４により画像として取得され、後述する磁場画像取得手段１２１でデータ化される。

測定器１２０の励磁方角制御手段１２５は、磁化器１１１を用いて励磁方角を制御するものであり、磁化器１１１を構成する複数の励磁コイル１１１ａ〜１１１ｎのそれぞれに励磁電流を供給する複数の励磁電源（励磁電源１〜励磁電源Ｎ）を有する励磁部１２６と、励磁部１２６が供給する励磁電流の波形を電気角情報に基づいて生成する複数の波形発生器（波形発生器１〜波形発生器Ｎ）を有する波形発生部１２７と、磁化器１１１による励磁方向によって励磁電流の波形の電気角情報を波形発生部１２７及び磁場画像取得手段１２１に送信する電気角情報送信部１２８とを備えている。

電気角情報送信部１２８は、複数の励磁コイルを駆動する際に、検査時の励磁方角を変更するため、各励磁コイル１１１ａ〜１１１ｄに供給される励磁電流の位相に遅延制御を施すための電気角情報を波形発生部１２７及び磁場画像取得手段１２１に送る。電気角情報は、励磁コイル１１１ａ〜１１１ｄの個数Ｎに依存して決まる。

ここで、本実施の形態における検査処理の動作の概要を図５を参照しつつ説明する。

図５に示すように、検査処理において、検査プローブ１１０は、被検査体３００の上に設置される。被検査体３００にきずがある場合には、検査プローブ１１０により、きずが検出される。きずの検出には、磁場情報を電気信号に変換する磁場検出素子として磁気光学効果をもたらす磁気光学薄膜センサ１１２を用いている。本実施の形態における磁場検査法は、漏洩磁束法や渦電流検査法のように、被検査体（金属）３００に直流ないし、交流の磁場を照射し、きず（き裂や材料変化）に伴う磁場の差異を磁場検出素子（磁気光学薄膜センサ１１２）で検出する。

励磁方角制御手段１２５は、複数の励磁コイル１１１ａ〜１１１ｄから成る磁化器１１１の各励磁コイル１１１ａ〜１１１ｄに供給する励磁電流を制御することにより、検査時の励磁方角を変更する。各励磁コイル１１１ａ〜１１１に励磁部１２６の各励磁電源からそれぞれ供給される励磁電流は、波形発生部１２７から励磁部１２６の励磁電源に入力する励磁電流波形で制御する。電気角情報送信部１２８は、複数の励磁コイル１１１ａ〜１１１ｄを駆動する際に、各励磁コイルに続く波形発生器の位相に遅延制御を施すために、コイルの個数に依存して決まる電気角情報を波形発生部１２７の各波形発生器に送る。

磁場画像取得手段１２１は、磁気光学薄膜センサ１１２で感知した磁場分布を光を用いて読み出し、ＣＣＤカメラやフォトダイオードなどの２次元の光受信デバイス１１４ｃを用いて画像データとして取得し磁場画像データ記憶部（後述）に記憶する。入射光源１１３ａから発生した光は、偏光子１１３ｃを介して直線偏光され、ハーフミラー１１３ｄを介して被検査体３００上に設置された磁気光学薄膜センサ１１２に照射される。

磁化器１１１から被検査体３００に照射された磁場は、被検査体にきず（欠陥や材質変化）などが存在する周辺において変化し、その変化分が磁気光学薄膜センサにおける磁場分布を変化させる。おの磁場分布の変化は、磁気光学薄膜センサ１１２においてファラデー効果と呼ばれる光の偏光角の変動現象を起こす。

そして、ファラデー効果の影響を受けた光をカメラ１１４ｃで撮影し、その磁場画像データが磁場画像取得手段１２１の磁場画像データ記憶部（後述）に記憶される。また、磁場画像データの取得と同時に、カメラ１１４ｃで撮影した時刻をタイマーなどを利用して計測し、磁場画像取得手段１２１の撮影時刻記憶部（記憶部（後述）に保存する。保存された磁場画像データおよび撮影時刻は、ディスプレイ、モニタ画面などの表示器（表示手段）で表示される。

図６は、本実施の形態で用いる磁気光学効果を説明する図であり、図７は磁気光学効果における磁性薄膜の膜厚と偏光角の回転の関係を説明する図である。

図６に示すように、直線偏光された入射光が、磁気光学効果を起こす磁性薄膜を通過したのちこの薄膜に照射されている磁場（磁束）によって磁化が変化し、光の偏光角が回転した出力光が得られるものである。

ここで、磁性薄膜に通過する光の距離が長ければ長いほど、ファラデー効果による偏光角の回転がつづくため、磁性薄膜に同一磁場強度を与えたとき、磁性薄膜の膜厚が厚ければ厚いほど、偏光角の回転が大きくなる。すなわち、磁場強度に対して感度が高くなる。

図７は、磁性薄膜の膜厚と偏光角の回転の関係を示している。膜厚（横軸が示す磁性薄膜の厚さ）に対して、縦軸に示す回転角は増加する傾向にある。したがって、高感度の磁性薄膜にするためには、膜厚を厚くする。また、磁性薄膜に対して、膜厚方向に通過させる磁束の量もしくは磁束密度で、撮影される磁場分布の画像コントラストが決まる。

図８は、被検査体に作用する磁束ときずとの関係を説明する図であり、図８Ａはきずと磁気光学薄膜センサが検知する磁束との関係を、図８Ｂは被検査体のきずの位置をプローブで撮影した場合の磁場像の一例を示す図である。

図８Ａにおいて、被検査体３００に磁束が左側から右側に流れる場合、きず３００ａ周辺で被検査体３００の外側に磁束が漏れる。エネルギー最小の原理に従い、きずより漏洩する磁束は、なるべく被検査体を流れようとするため、被検査体の上部方向へ流れた後、被検査体３００内へ戻るため、下方向へ流れる。このとき、きず３００ａ直上に設置されている磁気光学薄膜センサ１１２では、無磁場時のファラデー回転角に対して、正方向と、負方向に回転角変化が起こる領域が存在する。

図８Ｂでは、きず３００ａが存在する時に被検査面上に磁気光学薄膜センサ１１２を設置し、映像化される磁場分布の一例を模式的に示している。

図８Ｂの磁場像で示すように、きずを境に白（正方向：＋）と、黒（負方向：−）とが対となるように画像コントラストが形成される。磁束の流れ方向ときずの形状との関係によっては、磁束の漏れる範囲が異なる。すなわち、きずの長手方向に対して、直交した磁束の流れでは、漏れ磁束の範囲が大きい。一方で、きずの長手方向に対して、平行した磁束の流れでは、漏れ磁束の範囲が小さい。これは、流す磁束の方向によってきずの領域に対し画像コントラストが変化する面積が極端に小さくなる。

本実施の形態では、全方向に対して一定の磁場強度をもつ回転磁場を生成するため、励磁コイル数が奇数である奇数次の平衡多相交流で磁場を生成している。

図９は、磁化器の構造を概略的に示す図である。

図９Ａ及び図９Ｂは、三相の磁化器の構造の一例を示す図であり、図９Ａは斜視図、図９Ｂは分解図をそれぞれ示している。

図９Ａ及び図９Ｂにおいて、磁化器１０は、三個の磁性体コア１６をそれぞれコイル巻線軸としてコイル巻線されており、円環状リング１５の磁性体を共通磁路として接続されている。この円環状リング１５の中空部１５ａは、磁化器１０の下部に設置する磁気光学薄膜センサ１２を直上から観察可能とするために施されており、検査範囲もしくは、カメラの視野に応じて内径が設計される。

各励磁コイル１１は、円環状リング１２の円周を励磁コイル１１の個数で等距離分割した間隔で配置される。これにより、磁場方向に依存する強度ムラを低減させることがでる。特に、円形の場合（３６０度）/（励磁コイル数）、三相の例では、（３６０度）/３＝１２０度の等角度に配置される。

また、図９Ｃ及び図９Ｄは、三相の磁化器の構造の他の例を示す図であり、図９Ｄは斜視図、図９Ｂは分解図をそれぞれ示している。

図９Ｃ及び図９Ｄにおいて、磁化器１１１は、三個の磁性体コア１１６をそれぞれコイル巻線軸としてコイル巻線されており、円環状リング１１５の磁性体を共通磁路として接続されている。磁性体コア１１６及び励磁コイル１１１ａ〜１１１ｄの光軸に垂直な面における断面形状は、光軸を囲む扇形状となるよう形勢されており、磁化器１１１の磁脚の観察部への近接とカメラの視野確保との両方が確保される。この円環状リング１１５の中空部１１５ａは、磁化器１１１の下部に設置する磁気光学薄膜センサ１１２を直上から観察可能とするために施されており、検査範囲もしくは、カメラの視野に応じて内径が設計される。

なお、本実施の形態では、三相の磁化器を用いる場合を例示して説明するが、奇数相であれば良く、五相、七相など、三相以上の奇数相についても本実施の形態と同様に用いることができる。

図１０Ａは、三相の磁化器の各励磁コイルに通電される励磁電流振幅を時間展開したグラフを示す図であり、図１０Ｂ〜図１０Ｅは、被検査体表面に生成される磁束の分布の時間変化のシミュレーション結果の一例を示す図である。

図１０において、励磁の周期Ｔ（秒）とする場合、例えば、電流波形２０に対し、電流波形２１は、Ｔ／３、電流波形２２は、２Ｔ/３位相が遅延した電流を示している。このような励磁電流を用いて三相の磁化器により磁場を生成すると、磁化器の中央部で回転磁場が生成される。図１０Ｂは、図１０Ａにおける時間（ｔ＝０）の場合の磁束の様子を示す図であり、図１０Ｃは時間（ｔ＝Ｔ／５）、図１０Ｄは時間（ｔ＝２Ｔ／５）、図１０Ｅは時間（ｔ＝４Ｔ／５）の場合の磁束の様子を示す図である。図中において、全方向に対して一定の磁場強度をもつ回転磁場が生成されていることがわかる。

図１１Ａ〜図１１Ｄは、磁化器による回転磁場で撮影される磁場像を等高線で示した図である。図１１Ａ〜図１１Ｄでは、画像の中央部にきず（欠陥）が存在すると設定した場合のシミュレーション結果を示しており、図１１Ａは電気角が０ｄｅｇの場合、図１１Ｂは電気角が６０ｄｅｇの場合、図１１Ｃは電気角が９０ｄｅｇの場合、図１１Ｄは電気角が１４０ｄｅｇの場合をそれぞれ示している。図１１Ａ〜図１１Ｄからわかるように、回転磁場によって磁束の方角が変更されることから、きずを境に正負の模様が一回転回る画像が連続的に観察される。

このような画像は、カメラによって取得され、図１１Ｅに示すように、各画素が数値データを有するデジタル画像データとして取り扱うことが可能である。

また、図１１Ｆ〜図１１Ｉは、図１１Ａ〜図１１Ｄと異なる形状のきず（欠陥）が画像の中央部に存在すると設定した場合のシミュレーション結果を示す図であり、図１１Ｆは電気角が０ｄｅｇの場合、図１１Ｇは電気角が３６ｄｅｇの場合、図１１Ｈは電気角が９２ｄｅｇの場合、図１１Ｉは電気角が１９６ｄｅｇの場合をそれぞれ示している。

次に、図１２〜図１７を用いて、検査システムによる検査画像について説明する。

図１２は、本実施の形態に係る検査システムの機能ブロック図であり、特に画像の処理に関する部分を抜き出して示すものである。

光学受信系１１４のカメラ１１４ｃによって取得された画像は、測定器１２０に送られ、磁場画像取得手段１２１における磁場画像データ生成部１２１ａのデジタイザ１２１ｃ等でデータ化される。このとき、画像データは、図１１Ｅに示したように正数の２次元配列として扱われる。一方、磁場は、正負の値、すなわち極性をもつため、検査画像構成手段１２２では、この極性の性質を用いて処理するため、デジタイザ１２１ｃでデジタル化したデータは、メモリ１２１ｂに格納後、磁場極性平衡データ値抽出手段１２１ｅのビット数拡大メモリ１２１ｆでビット数を拡大し、差分演算部１２１ｇでビット数拡大前の画像と差分演算される。演算された画像は、取得された時刻や励磁の電気角とともに磁場画像データ記憶部１２１ｈに記憶される。その後、きずの検出、材質の変化の検出を容易にするための検査画像を構成するために、検査画像構成手段１２２において、磁場画像データと、電気角情報（位相）と、検査員などが入力デバイス１２４より指定する検査条件の情報とを用いて検査画像のデータが構成される。

図１３Ａ〜図１３Ｄは、磁場極性平衡データ値抽出手段の処理内容を説明する図である。

磁場極性平衡データ値抽出手段１２１ｅは、磁場の極性を再現、もしくは模擬するためのものである。磁場極性平衡データ値抽出手段１２１ｅでは、まず、健全部のデータとして、図１３Ａに示す基準静止画像を取得し、メモリに格納する。通常の画像データの場合、階調は、０〜２５５の値であり、このなかに磁場の極性が表現される。図１３Ｂに示すように、被検査体３００にきずがある場合の検査画像を見てみると、０〜２５５の間のある一定の値を境に、上凸と下凸のパターンとして画像が構成される。このとき、基準静止画像（図１３Ａ）と検査画像（図１３Ｂ）での境の値は、ほぼ一致する。そこで、差分演算部１２１ｇにおいて、検査画像の数値データから、基準静止画像のデータを差分処理することにより、正負の境がほぼ０値付近になり、磁場画像データとすることができる。なお、このデータを画像データとして表示するときには、図１３Ｃ及び図１３Ｄで示すように、一定値の値を加算することにより、すべてのデータ値が正の値になるように整理することで一般的な画像データフォーマットとして扱うことが可能である。

図１４は、検査画像構成手段の機能について、関連機能とともに抜き出して示す機能ブロック図である。

図１４において、検査画像構成手段１２２は、磁場極性平衡データ値抽出手段１２１ｅ（図１３等参照）で生成した磁場画像データと、励磁方角制御手段１２５で得られる取得画像の電気角情報に基づき、位相シフト画像データ演算部１２２ｂで位相シフト演算を施して、検査画像を生成する。

磁場画像データは、極性の情報を含む磁場分布のデータであり、各電気角の情報を演算することで、全励磁方向のデータを総合して評価し、欠陥位置の特定が容易になる演算をすることができる（図８Ｂ等参照）。各電器各における磁場画像データについて、単純なデータの加算をした場合には、磁束の方向が逆方向になった場合のデータを加算するとデータ値が相殺されてしまうため、電気角に応じて画像データを変換したのち、加算演算しなければならない。そこで、位相シフト画像データ生成部１２２ｂにおいて、磁場画像取得手段１２１の撮影時刻記憶部１２１ｂから位相情報３０を取得するとともに、磁場画像データ記憶部１２１ｈから画像情報３１し、磁場画像データを振幅値として、電気角に応じた位相のシフト演算（位相シフト演算３２）を施し、加算することで、この相殺する現象に対処する。

位相シフト画像データ生成部１２２ｂで用いる位相シフト係数は下記（式１）で表される。

（位相シフト係数）＝Ａ×ｅｘｐ（ｉ×θ（ｔ））・・・（式１）
上記（式１）において、Ａは画像の振幅値、ｉは虚数単位、θ（ｔ）は撮影時刻記憶部１２１ｄから取得される電気角である。

位相シフト画像データ生成部１２２ｂの位相シフト演算３２で生成された位相シフト画像は、位相シフト画像データ演算部１２２ｂのメモリ４０に格納される。
図１５Ａ〜図１５Ｃは、位相シフト画像データの加算演算の過程を示す説明図である。なお、図１５Ａ〜図１５Ｃにおいては、位相（時間）として、位相０度と、位相２８０度のときの画像の加算演算の例について説明する。

図１５Ａは、位相０度の場合の画像の振幅値に位相シフトを施し、複素平面に振幅情報と位相情報として示す図である。また、図１５Ｂは、位相２８０度の場合の画像の振幅値に位相シフトを施し、複素平面に振幅情報と位相情報として示す図である。磁場画像データの値を実数部（Ｒｅ）の軸にとり、位相シフト演算を施すと、位相値に従い位相値を複素平面上でシフトさせることができる。図１５Ｃは、位相０度と位相２８０度の場合を加算したものであり、ベクトル的な加算になる。このとき、表示結果として与えられる振幅値は、原点から、点５０の距離Ａ１であり、この値が検査画像の画素値となる。これにより、相殺の現象が解決される。

図１６Ａは、あるきずを設定した被検査体において、各電気角、すなわち磁束の方向に対する場合の磁場画像を模式的に示す図であり、図１６Ｂは、位相シフトデータを加算して得られた検査画像を示す図である。図１６Ａで示された磁場画像から、位相シフトデータを加算して検査画像を取得すると、図１６Ｂで示すように、きず部の位置が強調されるように検査画像を構成することができる。

図１７は、画像範囲の中央にきずを設定した場合の検査画像のシミュレーション結果を示す図であり、図１７Ａは位相０度の場合の検査画像、図１７Ｂは加算演算による検査画像をそれぞれ示す図である。また、図１７Ｃ及び図１７Ｄは、図１７Ａ及び図１７Ｂと異なる形状のきずを設定した場合の検査画像のシミュレーション結果を示す図であり、図１７Ｃは位相０度の場合の検査画像、図１７Ｄは加算演算による検査画像をそれぞれ示す図である。

図１７Ｂ及び図１７Ｄに示すように、加算演算を実施した検査画像では、相殺の現象を低減し、欠陥部となる部分（きず）が強調される画像になった。すなわち、本実施の形態の加算演算により、きず部が強調処理された検査画像を取得し、表示することができる。

図１８は、本検査プローブ及び検査システムを用いた場合の検査手順を示すフローチャートである。

検査前の処理では、被検査体３００の健全部、又は、健全部と同等の基準検査体に検査プローブ１１０を設置し（ステップＳ１００）、入射光源１１３ａからの観察光を被検査体３００上に位置する磁気光学薄膜センサ１１２に照射し（ステップＳ１１０）、基準静止画像を取得する（ステップＳ１２０）。

検査時の処理では、被検査体３００の検査部に検査プローブ１１０を設置し（ステップＳ２００）、観察光を磁気光学薄膜センサ１１２に照射し（ステップＳ２１０）、励磁方角制御手段１２５による磁化器１１１の励磁を開始する（ステップＳ２２０）。励磁が開始されると、検査画像の取得し、ステップＳ１２０で取得した基準静止画像を用いた差分画像生成を行う処理（ステップＳ２３１，Ｓ２３２）と、電流値を取得し、位相検知を行う処理（ステップＳ２４１，Ｓ２４２）とを並行して行い、その後、ステップＳ２３２及びステップＳ２４２で得られた情報を用いて位相シフト演算を実施し（ステップＳ２５０）、きず部が強調処理された検査画像（強調画像）を得るための加算演算を実施して（ステップＳ２６０）強調画像をステップＳ２６０で用いるためにメモリに記憶するとともに（ステップＳ２７０）、強調画像を検査画像表示手段１２３に出力する（ステップＳ２８０）。そして、検査画像表示手段１２３に表示された検査画像等の情報に基づいてオペレータが被検査体３００におけるきずの有無の判定や、きずの位置（領域）や形状等の確認などを行う。

図１９は、検査画像表示手段における検査結果の表示例を示す図である。

図１９に示すように、検査画像表示手段１２３の励磁方角表示部１２３ａおよび画像表示部１２３ｂには、きず部を強調する画像（強調画像６０）を表示するとともに、入力デバイス１２４によってオペレータが設定する位相角（電気角）の情報６３に応じて磁束方向を再現した磁場画像６１、もしくは、励磁方角制御手段１２５に送信することによって計測時点の励磁条件での磁場画像６１を表示することにより、きず方向を詳細に分析しながら検査することが可能である。

以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。

従来技術においては、被検査体金属から漏れ出す磁束を検出する場合、被検査体金属に作用する磁束の向きときずの形状との相対的な関係によって、漏れ磁束の程度が大きく異なる場合があるため、同程度のきずであってもその方向によっては検出感度が著しく低下する場合があった。また、上記従来技術のように、磁気光学薄膜センサの直下に励磁コイルを配置する場合、励磁コイルを厚くするほど磁気光学薄膜センサと被検査体との距離（リフトオフ）が増大し、検出感度が低下してしまうという問題があった。

これに対して本実施の液体においては、２つ以上の励磁コイルを有し、被検査体に対向する磁脚を円周上に等間隔に配置した磁化器を用いて励磁方角を制御する励磁方角制御手段と、前記磁化器の磁脚が配置される前記円周の内側の領域に配置される磁気光学薄膜センサと、前記磁気光学薄膜センサを用いて磁場画像データを取得する磁場画像取得手段とを備えたので、きずの形状や励磁コイルの厚みによらず検出感度の低下を抑制することができる。

１００検査システム
１１０検査プローブ
１１１磁化器
１１２磁気光学薄膜センサ
１１３光学送信系
１１４光学受信系
１２０測定器
１２１磁場画像取得手段
１２２検査画像構成手段
１２３検査画像表示手段
１２４入力デバイス
１２５励磁方角制御手段
１２６励磁部
１２７波形発生部
１２８電気角情報送信部
３００被検査体

Claims

３つ以上かつ奇数の励磁コイルを有し、被検査体に対向する磁脚を円周上に等間隔に配置した磁化器を用いて励磁方角を制御する励磁方角制御手段、前記磁化器の磁脚が配置される前記円周の内側の領域に配置される磁気光学薄膜センサ、及び、前記磁気光学薄膜センサを用いて磁場画像データを取得する磁場画像取得手段を備えた検査プローブと、
前記磁場画像取得手段によって得られる複数の前記磁場画像データを、各磁場画像データの取得時に前記励磁コイルに流れている励磁電流の電気角の情報に基づいて演算処理することにより検査画像を生成する検査画像構成手段とを備えた検査システムにおいて、
前記検査画像構成手段は、
前記磁場画像データが取得された時刻（ｔ）に対応する励磁電流の電気角θ（ｔ）に基づいて、前記磁場画像データの各画素値を振幅値Ａとして、複素平面上で（Ｉｍ，Ｒｅ）＝Ａ×ｅｘｐ（ｉ×θ（ｔ））の関数を用いて位相シフトし、前記磁場画像データの各画素値を前記複素平面におけるベクトルとして算出した位相シフト画像データを生成する位相シフト画像データ生成部と、
予め定めた周期内の一連の前記位相シフト画像データの各画素値を前記複素平面上でベクトルとして加算演算し、加算演算結果のベクトルの長さを画素値とする検査画像を生成する位相シフト画像データ演算部と
を備えたことを特徴とする検査システム。
請求項１記載の検査システムにおいて、
前記検査プローブの前記磁化器は、巻線軸として巻線されている磁性材料の磁心を有する前記励磁コイルと、磁性体で形成された円環形状の円環コアとを連結して形成され、
前記検査プローブは、
前記磁気光学薄膜センサを観察するための光を送信する光源と、送信系レンズと、前記送信系レンズを介した光を直線偏波に調整する偏光子と、前記偏光子を介した光の進行方向を前記磁気光学薄膜センサに向けるハーフミラーとを有する光学送信系と、
前記円環コアの開口部の同軸上に、前記磁気光学薄膜センサと、前記磁気光学薄膜センサ側からの光を透過させる前記ハーフミラーと、前記ハーフミラーを透過した光の焦点を調整する受信系レンズと、前記受信系レンズを介した光を偏光角に応じて光の強度に変換する検光子と、前記検光子を介した前記磁気光学薄膜センサからの光を受信するカメラとを有する光学受信系と
を備えたことを特徴とする検査システム。
請求項１記載の検査システムにおいて、
前記励磁方角制御手段は、
各励磁コイルに印加する励磁電流を供給する励磁電源としての励磁部と、
前記励磁電源である励磁部の励磁電流の波形を生成する波形発生器としての波形発生部と、
励磁方角によって励磁電流波形の電気角情報を送信する電気角情報送信部と
を備えたことを特徴とする検査システム。
請求項１記載の検査システムにおいて、
前記磁場画像取得手段は、
前記磁気光学薄膜センサに転写される磁場分布をカメラで撮影し、磁場分布を磁場画像データとして取得する磁場画像データ生成部と、
前記磁場画像データ生成部で生成した磁場画像データより、磁場の極性が平衡しているデータ値を磁場極性平衡データ値として抽出する磁場極性平衡データ値抽出手段と、
前記磁場画像データと、前記磁場極性平衡データ値とを記憶する磁場画像データ記憶部と、
前記磁場画像データの取得時刻を前記磁場画像データと関連付けて記憶する撮影時刻記憶部と
を備えたこと特徴とする検査システム。
請求項１記載の検査システムにおいて、
前記励磁方角を設定する励磁方角設定手段を備え、
前記励磁方角制御手段は、前記励磁方角設定手段で設定した励磁方角に対応して励磁方角を制御することを特徴とする検査システム。
請求項４記載の検査システムにおいて、
前記励磁方角を設定する励磁方角設定手段と、
前記励磁方角設定手段で設定された励磁方角に対応する磁場画像データを前記磁場画像データ記憶部から読み出して表示する表示画像選択手段と
を備えたことを特徴とする検査システム。
３つ以上かつ奇数の励磁コイルを有し、被検査体に対向する磁脚を円周上に等間隔に配置した磁化器を用いて励磁方角を制御する手順と、
前記磁化器の磁脚が配置される前記円周の内側の領域に配置される磁気光学薄膜センサを用いて磁場画像データを取得する手順と、
複数の前記磁場画像データを、各磁場画像データの取得時に前記励磁コイルに流れている励磁電流の電気角の情報に基づいて演算する手順と、
前記磁場画像データが取得された時刻（ｔ）に対応する励磁電流の電気角θ（ｔ）に基づいて、前記磁場画像データの各画素値を振幅値Ａとして、複素平面上で（Ｉｍ，Ｒｅ）＝Ａ×ｅｘｐ（ｉ×θ（ｔ））の関数を用いて位相シフトし、前記磁場画像データの各画素値を前記複素平面におけるベクトルとして算出した位相シフト画像データを生成する手順と、
予め定めた周期内の一連の前記位相シフト画像データの各画素値を前記複素平面上でベクトルとして加算演算し、加算演算結果のベクトルの長さを画素値とする検査画像を生成する手順と
を備えたことを特徴とする検査方法。
請求項７記載の検査方法において、
前記磁化器を用いて一定周期で全方角に励磁する手順と、
前記磁気光学薄膜センサに転写される磁場分布をカメラで撮影し、磁場分布を磁場画像データとして取得する手順と、
前記一定周期内で変化する磁場画像データを複数の画像として記憶する手順と、
前記磁場画像データより、磁場の極性が平衡しているデータ値を磁場極性平衡データ値として抽出する手順と、
前記磁場画像データと、前記磁場極性平衡データ値とを記憶する手順と、
前記磁場画像データの撮影時刻を前記磁場画像データと関連付けて記憶する手順と、
前記磁場画像データと、前記撮影時刻と、前記電気角の情報とに基づいて前記磁場画像データを演算し、被検査体におけるきずや材質変化等の特性変化の部分を強調した検査画像を構成して表示する手順と
を備えたことを特徴とする検査方法。