JP7196921B2

JP7196921B2 - 非破壊検査装置、非破壊検査システム及び非破壊検査方法

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Publication number: JP7196921B2
Application number: JP2020533524A
Authority: JP
Inventors: 一直丸山; 博森田; 好之橋本; 清高
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2018-08-01
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2039-07-29
Also published as: JPWO2020027028A1; WO2020027028A1

Description

本発明は、磁気を利用した非破壊検査に関する。

磁気を利用した非破壊検査の応用範囲としては、コンクリートやゴム等の非磁性体材料に内包された鉄筋や鋼棒、ワイヤー等の磁性材料の腐食や劣化による破断の診断、特には、道路や鉄道の橋桁や橋脚、床版内のＰＣ鋼材や鉄筋の破断診断が挙げられる。
従来の磁気を用いたコンクリート内部の鉄筋やＰＣ鋼材の破断判定を非破壊で行う技術として、漏洩磁束法による検査装置が提案されている。
従来の磁気非破壊検査システムでは、計測対象物に磁気回路を形成した状態での磁気計測は、磁気回路生成用磁石が作り出す大きな磁場に計測対象物の破断部位に生じる小さな磁場変化が埋もれてしまうために判定が困難であるとして、「着磁」と「計測」を分離した２ステップ工程による計測対象物の残留磁束を利用する方法が採用されている。
例えば特許文献１には、「着磁」と「計測」の２ステップによる方法として、永久磁石よる着磁後、磁石を撤去し、長手方向に離間配置された一対のセンサーを鉄筋長手方向に走査し、２センサーの計測値の差分より微分値を求めて判定する技術が記載されている。

この計測対象物の残留磁束を利用する方法では、計測対象物の破断面に生じる磁場変化が小さいため、計測対象物のかぶり（埋没深さ）が深い場合に破断部位に生じる磁場変化を捉え難いという課題があった。
それに対して計測対象物である鉄筋やＰＣ鋼材等に磁気回路を形成した状態であれば、従来の残留磁束を利用する従来の方法に比べて、計測対象物の破断部位に大きな磁場変化を発生させることができる為、計測対象物のかぶり（埋没深さ）が深い場合でも、破断部位に生じる磁場変化を捉え易いという効果がある。
例えば特許文献２には、計測対象物に磁気回路を形成した状態での磁気計測方法として、極性の異なる１対の磁石を対向して配置し、対磁石の磁場が均衡によりゼロになる位置に磁気センサーを設ける技術が記載されている。同技術では、被検出物（鉄筋）に磁気回路を形成した状態で、鉄筋長手方向に移動させながら検査を行って鉄筋破断判定をする。破断がある側の磁力が小さくなり均衡が崩れることを判定原理とする。特許文献２に記載の技術では、磁石に対して磁気センサーを設ける位置が限定されてしまう。

特許第３７３４８２２号公報特開２００４-２７９３７２号公報

特許文献１に記載のような「着磁」と「計測」の２ステップによる方法を実施する場合、磁気センサーによる計測時には磁石を撤去しているから、磁気センサーと磁石を一体にしたユニットは必要ない。「着磁」と「計測」の２ステップを人手により行うから、繰り返し安定した計測を行うために熟練を要する。
特許文献２に記載されるような磁石から計測対象物に磁場を印加している時に磁気センサーにより磁場を計測する場合には、磁気センサーと磁石とは一体にされる。磁気センサーに対する磁石の位置を一定に保つことにより計測精度を安定させることができる。
しかしながら、特許文献２に記載されるように磁気センサーの両側に磁石が必要になり、磁気センサーとその両側の磁石を一体にしたユニットはその分、大型重量化する。
また、磁気センサーの両側に磁石が配置されていると、磁石が必ず端に配置されるため、構造物の内側角部などの隅を計測できない場合が生じる。
また、特許文献２にも記載されるように、Ｎ極を計測対象物側に向けた磁石と、Ｓ極を計測対象物側に向けた磁石とを磁気センサーの両側に配置し、一方の磁石、磁気センサー、他方の磁石の配列方向に沿って他方の磁石を先頭に移動して計測する場合を考える。この場合に、移動方向の先頭の他方の磁石によって着磁された影響の残る計測対象物の部位に対して、移動後に逆極性の磁場を後続の一方の磁石で印加して計測することとなる。まだ計測していない部位が先に他方の磁石によって着磁されることによって弊害が生じ得る。移動計測の開始位置等で他方の磁石によって先に着磁されない場合もまた発生する。他方の磁石によって先に着磁されたり、先に着磁されなかったりすることで計測結果に影響が生じ得る。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、磁気を利用した非破壊検査において、装置の小型軽量化並びに計測精度の向上及び安定を図ることを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、非磁性体に内包される磁性材料を計測対象物とした非破壊検査装置であって、
磁場印加ユニットと、磁気センサーとが第一方向に配列し、同配列に第二方向に隣接し第一方向に延在した計測対象物に対し、前記磁場印加ユニットからＮ極性又はＳ極性である第一極性の磁場を印加して、第一方向に沿って前記磁場印加ユニットから離れるに従い磁場が第一極性の範囲で減衰する磁場分布を形成した状態の同計測対象物からの磁場を前記磁気センサーで検知する構成を有し、
第一方向に沿って前記磁場印加ユニットからの距離が異なる複数の位置で前記磁気センサーにより磁場を計測し、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布が得られるようにされ、
前記磁場印加ユニットは、少なくともひとつの永久磁石を含み、当該永久磁石の第一極性と反対極性の極と前記磁気センサーとの距離が、当該永久磁石の第一極性の極と前記磁気センサーとの距離より大きい非破壊検査装置である。

請求項２記載の発明は、第一方向の一端部に前記磁場印加ユニットが固定される筐体上において前記磁気センサーが第一方向に配列した複数により構成されていることで、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布が得られるようにされた請求項１に記載の非破壊検査装置である。

請求項３記載の発明は、第一方向の一端部に前記磁場印加ユニットが固定される筐体上において前記磁気センサーを第一方向に走査する走査機構が構成されていることで、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布が得られるようにされた請求項１に記載の非破壊検査装置である。

請求項４記載の発明は、前記磁気センサーは、第一方向に直交し、かつ、第二方向に直交する第三方向に配列する複数により構成されている請求項２又は請求項３に記載の非破壊検査装置である。

請求項５記載の発明は、前記磁気センサーは、第二方向に配列する複数により構成されている請求項２から請求項４のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置である。

請求項６記載の発明は、前記磁気センサーは、互いに直交する３軸方向の磁場成分を検知可能な３軸センサー又は同３軸方向にセンサー軸がそれぞれ配置された３つの１軸センサーにより構成されている請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置である。

請求項７記載の発明は、前記磁気センサーは、トンネル型磁気抵抗センサー（ＴＭＲセンサー）である請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置である。

請求項８記載の発明は、計測対象物から分散放出される磁気を前記磁気センサーに集める磁気集結部材が設けられた請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置である。

請求項９記載の発明は、前記磁気集結部材は軟磁性体からなる請求項８に記載の非破壊検査装置である。

請求項１０記載の発明は、請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置と、情報処理装置とを備え、
前記情報処理装置は、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布を含む計測データに基づき当該計測データに係る計測対象物の異常を判定する非破壊検査システムである。

請求項１１記載の発明は、前記情報処理装置は、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布の異変部を、当該計測データに係る計測対象物の異常部として判定する請求項１０に記載の非破壊検査システムである。

請求項１２記載の発明は、請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置と、情報処理装置とを備え、
前記情報処理装置は、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布を含む計測データの表示用画像を生成する非破壊検査システムである。

請求項１３記載の発明は、前記情報処理装置は、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布を示す分布曲線を含む表示用画像を生成する請求項１２に記載の非破壊検査システムである。

請求項１４記載の発明は、請求項５に記載の非破壊検査装置と、情報処理装置とを備え、前記情報処理装置は、第一方向の座標が同座標で第２方向の座標が異なる２つの計測値に基づき、当該第一方向の座標における前記非磁性体の表面から所定深さにある計測対象物からの磁場の推定値を算出する非破壊検査システムである。

請求項１５記載の発明は、非磁性体に内包される磁性材料を計測対象物とした非破壊検査方法であって、
磁場印加ユニットと、磁気センサーとが第一方向に配列し、同配列に第二方向に隣接し第一方向に延在した前記計測対象物に対し、
前記磁場印加ユニットからＮ極性又はＳ極性である第一極性の磁場を印加して、第一方向に沿って前記磁場印加ユニットから離れるに従い磁場が第一極性の範囲で減衰する磁場分布を形成した状態で、
第一方向に沿って前記磁場印加ユニットからの距離が異なる複数の位置で前記磁気センサーにより磁場を計測し、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布に基づき、前記計測対象物の異常を判断するようになっており、
前記磁場印加ユニットは、少なくともひとつの永久磁石を含み、当該永久磁石の第一極性と反対極性の極と前記磁気センサーとの距離が、当該永久磁石の第一極性の極と前記磁気センサーとの距離より大きい非破壊検査方法である。

本発明によれば、磁気センサーの片側だけに磁場印加ユニットを配置すればよいので、装置の小型軽量化が図られ、非磁性体の外装体を含む計測対象構造物の隅々まで計測可能であり、順次移動計測する場合にも先に着磁する他の磁石が無く、磁場印加ユニットと磁気センサーとを所定の相対位置で一体にした状態で計測と移動を遂行できるので、熟練を要さず精度よく安定した計測を効率よく繰り返し実行することができる。

本発明の一実施形態に係る非破壊検査システムの全体構成図である。本発明の一実施形態に係る非破壊検査装置の正面模式図である。本発明の一実施形態に係る非破壊検査装置の平面模式図である。本発明の一実施形態に係るセンサー基板の斜視図である。本発明の磁気ストリーム法による計測状態図である。Ｚ方向磁場成分の第一方向Ｘに沿った磁場分布の計測波形図の一例である。健全モデルについて計測したＸ－Ｚ平面上における磁場の２次元分布図である。破断モデルについて計測したＸ－Ｚ平面上における磁場の２次元分布図である。本発明の磁気ストリーム法による計測状態図で、磁気集結部材が含まれる。磁気集結部材の単体図である。磁気集結部材により磁気センサーに磁気を終結させる状況を示した模式図である。本発明の磁気ストリーム法による計測状態図で、Ｎ極からＳ極へループする磁力線を示す。本発明の磁気ストリーム法による計測状態図で、Ｎ極からＳ極へループする磁力線を示し、図１０のものより磁石が長い場合を示す。２次元分布データであるメインデータ及びリファレンスデータを生成する回路構成のブロックを含むシステムブロック図である。基本的な非破壊検査フローを示すフローチャートである。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

本発明の一実施形態に係る非破壊検査方法及び同方法を実施するための本発明の一実施形態に係る非破壊検査システムにつき説明する。本発明の一実施形態に係る非破壊検査システムの全体構成図を図１に示す。
図１に示すように本実施形態の非破壊検査システム１０は非破壊検査装置１とクラウドコンピューター９と可搬型コンピューター４とを備える。非破壊検査装置１は、センサーユニット２と、磁場印加ユニット３とを備える。センサーユニット２は磁気計測するためのブロックで、複数の磁気センサー２１を搭載している。磁気センサー２１は計測対象物方向からの１軸方向の磁場成分を検知する１軸センサーでもよいが、磁気センサー周囲の３次元磁場分布を得ることができる３軸センサーであることがより好ましい。磁気センサー２１として３軸センサーを適用する場合、互いに直交する３軸方向の磁場成分を検知可能な３軸センサーが好ましいが、同３軸方向にセンサー軸がそれぞれ配置された３つの１軸センサーの複合により構成されていてもよい。
磁気センサー２１には半導体センサーであるホール素子や磁気抵抗センサーであるＭＲセンサー、ＭＩセンサー、ＴＭＲセンサー（トンネル型磁気抵抗センサー）などが知られているが、より高感度なＴＭＲセンサー（トンネル型磁気抵抗センサー）を適用することが好ましい。ＴＭＲセンサー（トンネル型磁気抵抗センサー）は磁気によって抵抗値が変化する素子で、抵抗ブリッジ回路組むことで磁気を電圧に変換して出力することができる。

磁気センサー２１で生じた電圧をＡ／Ｄ部２２でデジタル値に変換し、モバイル通信ユニット２３を介して、計測データを外部に送信する。センサーユニット２には全体制御するＣＰＵ２４の他、操作部２５も備わっている。送信されたデータは、本システムの情報処理装置の一例であるクラウドコンピューター９で判定アルゴリズムにかけられ、計測対象物の状態判定がなされる。

本実施形態において磁場印加ユニット３は、永久磁石を含むものである。
本実施形態においては、磁場印加ユニット３は計測対象物である磁性体、例えばコンクリート構造物等の非磁性体に内包される鋼材等の計測対象物にＮ極性またはＳ極性のどちらかの磁場を印加して、計測対象物に磁気流路を形成する。センサーユニット２は磁気流路が形成されている状態で計測対象物から漏れだしてくる磁気を磁気センサー２１で計測する。これを磁気ストリーム法と呼ぶ。
クラウドコンピューター９はＷｅｂサーバーであって、センサーユニット２からアップロードされた計測データを直ちに処理して、可搬型コンピューター４のブラウザアプリで表示することができる。

図２Ａ，Ｂ、図３に本発明の本実形態の非破壊検査装置の機構図を示す。
図２Ａ，Ｂに示すように筐体２６の中には磁気センサー２１（２１Ｍ，２１Ｒ）を一つ又は複数搭載したセンサアレイが計測面２６Ｍに近接して配置されている。本実施形態ではセンサアレイが構成されている場合を主に説明する。前出の第一方向をＸ軸、第二方向をＺ軸、第三方向をＹ軸として図中に直交３軸ＸＹＺを記載する。
図２Ａ，Ｂに示すように磁場印加ユニット３と、磁気センサー２１とが第一方向Ｘに配列する。図２Ｂに示すようにＹ方向に複数の磁気センサー２１が配列する。図２Ａ及び図３に示すようにＺ方向に２つの磁気センサー２１Ｍ，２１Ｒが配列する。計測面２６Ｍは、筐体２６の外表面の一つであって磁気センサー２１が近接配置された側である。筐体２６内の反対側のスペースには、操作部２５のほか上記Ａ／Ｄ部２２、モバイル通信ユニット２３、ＣＰＵ２４等を搭載した回路基板等が配置される。磁場印加ユニット３のＳ極又はＮ極である端面が計測面２６ＭとＺ軸座標上の略同位置に配置されて、磁場印加ユニット３とセンサーユニット２とが一体に固定される。
Ｚ方向に配列する２つの磁気センサー２１Ｍ，２１Ｒは、計測面２６Ｍに近い側がメインセンサー２１Ｍ、遠い側がリファレンスセンサー２１Ｒである。

センサーユニット２は、磁気センサー２１をモータ２７Ｍで駆動されるセンサー走査機構２７により、Ｘ方向に移動させつつ検知する走査検知が可能とされている。実際の計測時には、筐体２６の計測面２６Ｍを計測対象物が内包される計測対象構造物の被計測面（コンクリート表面など）に合せて固定して設置した状態で、磁気センサー２１の走査検知が実行される。計測時に、センサーユニット２及び磁場印加ユニット３の設置位置を計測対象物に対して固定した位置から移動させなければ、センサー走査機構２７は磁気センサー２１を任意の位置に走査しながらの計測や任意の位置に停止させての計測が可能な構成になっており、何度でも同じ位置を繰り返し計測することが可能であり、また計測位置の磁場印加ユニット３に対する距離も再現性がある。

図４を参照して本発明の磁気ストリーム法による計測原理につき説明する。
図４は本発明の測定原理に係る磁気流路を形成している状態を模したものである。
計測対象物８は磁性材料である鉄筋鋼棒またはＰＣ鋼材を想定し、中央部にギャップ１ｃｍ程度の破断が生じている状態を想定する（周りの非磁性体（コンクリート）を不図示とする。以下同じ）。
磁場印加ユニット３からＮ極性の磁場が計測対象物８に印加され、磁性体である計測対象物８内を磁気が流れる。磁性体を流れる磁気は少しずつ外部に放出されてゆき、徐々に減衰する。磁気センサー２１はこの計測対象物８に沿って走査可能な構成となっており、計測対象物８の長手方向の漏洩磁束を捉えることができる構成となっている。磁場印加ユニット３から計測対象物８に印加する磁場はＮ極性、Ｓ極性のいずれでも構わない。すなわち、本実施形態の非破壊検査装置１は、磁場印加ユニット３と磁気センサー２１との配列に第二方向Ｚに隣接し第一方向Ｘに延在した計測対象物８に対し、磁場印加ユニット３からＮ極性又はＳ極性である第一極性の磁場を印加して、第一方向Ｘに沿って磁場印加ユニット３から離れるに従い磁場が第一極性の範囲で減衰する磁場分布を形成した状態の同計測対象物８からの磁場を磁気センサー２１で検知する構成を有する。そして、第一方向Ｘに沿って磁場印加ユニット３からの距離が異なる複数の位置で磁気センサー２１により磁場を計測し、磁場印加ユニット３からの距離に応じた第一方向Ｘに沿った磁場分布が得られるようにされている。本実施形態では、第一方向Ｘの一端部に磁場印加ユニット３が固定される筐体２６上において磁気センサー２１を第一方向Ｘに走査するセンサー走査機構２７が構成されていることで、磁場印加ユニット３からの距離に応じた第一方向Ｘに沿った磁場分布が得られるようにされている。
ここで、計測対象物８に破断がなければ、磁場印加ユニット３から離れるに従って徐々に漏洩磁力が弱まってゆくが、図４に示すように計測対象物８に破断があると破断部位で磁気の流れが断ち切られるため、破断部手前で多くの磁気が放出され、破断部以降の計測対象物８に流れる磁気が減る。非破壊検査装置１によって、破断の有無による計測対象物８の漏洩磁束の分布の違いを捉えることができる。

図５に第一方向Ｘに沿った磁場分布の計測波形図の一例を示す。
図５は、図４に示すように計測対象物の中央部に破断がある場合（破断モデル）と、これに対し計測対象物８に破断が無い健全の場合（健全モデル）との２条件に対して、磁気センサー２１により計測対象物８からＺ方向に一定距離離れた走査ライン上の鉛直方向軸（Ｚ軸）方向の磁場分布をとらえたものである。また、別途計測したＸ－Ｚ平面上における磁場の２次元分布図（カラーヒートマップをグレースケールに変換したもの）を、健全モデルにつき図６に、破断モデルにつき図７に示す。図６及び図７において、より白い部分が強い磁場部分を示しており、磁気センサー２１の計測位置を黒い正方形で示す。
前述したように、計測対象物８に破断がない場合、計測対象物８の図４中左側に配置された磁場印加ユニット３によって印加された磁力が、計測対象物８の内部をＸ方向に流れる中で少しずつ減衰しながら外部に放出される（図５の実線グラフ及び図６参照）。
それに対して、計測対象物８の中央部に破断がある場合、磁場印加ユニット３によって印加された磁力は、破断部位までは計測対象物８の内部を流れる中で少しずつ減衰しながら外部に放出されるが、破断部で計測対象物８に流れる流路が断ち切られるため、破断部以降に磁力がほとんど流れず、破断部を境に急減衰した波形（図５の破線グラフ及び図７参照）となる。また、逆に破断部の手前で多くの磁気が放出されるため、破断より手前側の、図では左側の領域の破断ありの計測値が破断なしの計測値を上回ることも破断による特徴である。以上の破断の有無による磁場分布の傾向は、図６及び図７中の磁気センサー２１の計測位置（黒い正方形）の磁場分布でも成立する。磁気センサー２１の計測位置（黒い正方形）の磁場分布を、Ｘ方向に沿って磁石から離れるように観察すると、図６の健全モデルでは、ほぼ一定の減少率で減衰するが、図７の破断モデルにあっては破断部前で磁場が強まっており、逆に、破断部を過ぎると急減衰している。したがって、計測対象物８からＺ方向に離れた磁気センサー２１により図５に示したような磁場分布を計測できることがわかる。
図５に示したような磁場分布曲線は、図１のクラウドコンピューター９上で計測データに基づき表示用画像を生成する処理が実行されることで構成され、可搬型コンピューター４やその他のＰＣのブラウザーで表示される。ユーザーは磁場分布曲線を参照して破断の有無を確認することができる。
また、クラウドコンピューター９は、取得した磁場分布の異変部を計測対象物８の異常部として判定し、判定結果を可搬型コンピューター４やその他のＰＣのブラウザーに提供する。ユーザーは、可搬型コンピューター４やその他のＰＣのブラウザーで、磁場分布曲線やコンピューターによる判定結果を参照することができる。

次に、メインセンサー２１Ｍによる計測値及びリファレンスセンサー２１Ｒによる計測値に基づく計算処理につき説明する。
実際の計測対象のひとつであるコンクリート製の橋桁には計測対象であるＰＣ鋼材などの主鉄筋のほかに、補強のためにコンクリート表面近くにスターラップと呼ばれる補助鉄筋が存在する。
その場合、コンクリート表面すなわち計測面２６Ｍに近い側に補助鉄筋があり、遠い側に破断判定の対象である主鉄筋（８）が存在する。このような場合、磁気センサー２１は補助鉄筋から放出された磁気と主鉄筋（８）から放出された磁気が混合した磁場を検出する。主鉄筋の破断有無を良好に判定するためには、補助鉄筋由来の磁場を捉えず排除して、主鉄筋由来の磁場成分のみを抽出したいという要望がある。
そのため、メインセンサー２１Ｍの計測値のほか、メインセンサー２１Ｍとは別に計測対象物８からの距離を異ならせて配置したリファレンスセンサー２１Ｒの計測値を用いる。
リファレンスセンサー２１Ｒを用いた信号処理の基本原理そのものは広く知られている。補助鉄筋はコンクリートの浅い部分に存在するため、メインセンサー２１Ｍ及びリファレンスセンサー２１Ｒに近い。そのため、メインセンサー２１Ｍと補助鉄筋までの距離とリファレンスセンサー２１Ｒと補助鉄筋の距離の比率が大きく異なるため、距離比率に応じてよりリファレンスセンサー２１Ｒの値が小さくなる。それに対して、主鉄筋はコンクリートの深い部分に存在するため、メインセンサー２１Ｍ及びリファレンスセンサー２１Ｒとの距離は遠い。そのため、メインセンサー２１Ｍと主鉄筋までの距離とリファレンスセンサー２１Ｒと主鉄筋の距離の比率が大きく異ならず、距離比率に応じてよりリファレンスセンサー２１Ｒの値が小さくなるがその差はわずかである。よって、メインセンサー２１Ｍとリファレンスセンサー２１Ｒの値の差異の大部分は、補助鉄筋由来の成分とみなすことができ、減算等の処理を行うことで、補助鉄筋由の成分を抽出することができ、更には補助鉄筋由来成分が分かれば、減算等の処理により主鉄筋由来の成分を抽出することができる。実際には完ぺきに主鉄筋由来の成分のみを抽出することは難しいが、補助鉄筋由来の成分を少なくし、主鉄筋由来の成分の割合を多くした推定値、すなわち、Ｘ座標における非磁性体の表面から所定深さにある計測対象物８からの磁場の推定値を算出することができ、判定精度の向上を図ることができる。
以上の計算処理がクラウドコンピューター９により実行される。

図８Ａ，Ｂ及び図９を参照して本実施形態の磁気集結部材につき説明する。
空間に滞在する磁力線は磁性体がなければ乱されることはないが、磁気が流れやすい磁性体に向かってゆくという特徴がある。釘やクリップのような金属磁性体が磁石に引き付けられるのはそのためである。磁気センサーは周囲の磁気を集めることはできないため、磁気センサーの存在する点、即ち３次元空間上の特定位置の磁束密度を計測できるが、３次元空間上の特定領域の磁力の総量を検出することはできない。それに対して、磁性体は前述したように、近傍の磁力線を集めることができる。このとき磁性体の形状が円柱状であれば、周囲のベクトルの異なる磁力をその長手方向に磁気が流れるように集めることができる。磁気を集めることで、例えば磁気センサーが検出する点の磁力が小さすぎて検出できない場合でも、周囲の磁力をその点に向かうように集めることができれば、磁気センサーが検出可能な磁力にすることができる。
図８Ａ，Ｂ及び図９に示すように計測対象物８から分散放出される磁気を個々の磁気センサー２１に集める磁気集結部材５が設けられる。これにより、実質的に磁気センサー２１の磁気検出感度をアップさせることができる。
尚、磁気集結部材５は、磁気集結部材５そのものが磁気を帯びてしまわないように、パーマロイやＳＳ４００材のような軟磁性体であることが望ましい。

図１０及び図１１を参照して長尺磁石の効果につき説明する。
磁場を計測対象物８に印加して、計測対象物８から漏洩する磁気を検出する磁気非破壊検査装置において、搭載する磁気センサー２１は磁場を印加する磁場印加ユニット（永久磁石）３からの直接磁気に出来る限り曝されないことが望ましい。磁気センサー２１が磁場印加ユニット（永久磁石）３からの直接磁気に曝されると、計測対象物８から生じる磁気に、磁場印加ユニット（永久磁石）３からの直接磁気が重畳されるため、計測値が大きな値となって表示レンジが拡大し、図５に示したような波形グラフが見づらくなってしまう。
図１０は磁場印加ユニット（永久磁石）３のＮ極とＳ極が比較的近い距離にある一般的な磁石を用いた場合の磁界分布を示す。一般的な磁石の場合、Ｎ極面から放射された磁力は、磁性体である計測対象物８に向かうと同時に、一定割合の磁力が磁場印加ユニット（永久磁石）３のＳ極にもリターンループして戻ってしまう。このＮ極からＳ極へのループ磁場の強い領域に磁気センサー２１が含まれていると、磁場印加ユニット（永久磁石）３に近い領域の計測値には、計測対象物８からの磁気に加えて、磁場印加ユニット（永久磁石）３のリターンループの磁気成分が多量に含まれてしまい、計測値から計測対象物８からの磁場成分を抽出することが難しくなる。
図１１は磁場印加ユニット（永久磁石）３のＮ極とＳ極が比較的遠い距離にある長尺磁石を用いた場合の磁場分布を示す。長尺磁石の場合、Ｎ極面から放射された磁力は、遠いＳ極よりも近い計測対象物８に向かう成分が多くなる。Ｓ極にリターンループして戻る成分が少ないため、図１１のようにＮ極からＳ極へのループ磁場の強い領域には磁気センサー２１が含まれない。そのため、磁場印加ユニット（永久磁石）３に近い領域の計測値にも、計測対象物８からの磁気に加えられる磁場印加ユニット（永久磁石）３のリターンループの磁気成分は少なくなるため、計測値から計測対象物８からの磁場成分を抽出することが容易になる。
Ｎ極からＳ極へのループ磁場の最も強い位置は、Ｎ極までの距離と、Ｓ極までの距離が等距離の位置である。したがって、計測対象物８に印加する極性の反対極性であるＳ極と磁気センサー２１との距離が、Ｎ極と磁気センサー２１との距離より大きい配置することが好ましい。そして、その距離の不均衡をより大きくすることが好ましい。

図１２を参照して本実施形態の２次元分布磁気データの作成につき説明する。
非破壊検査装置１のセンサーユニット２には図２Ａ，Ｂ、図３で示したように、複数の磁気センサー２１（メインセンサー２１Ｍ、リファレンスセンサー２１Ｒ）が備わっている。
ここでは磁気センサー２１としてＴＭＲセンサーを適用する。ＴＭＲセンサーは印加磁場の強さに応じて抵抗が変化する特徴を持つ。図１２に示すように磁気センサー２１の抵抗変化を、抵抗／電圧変換してアナログ電圧に変え、アナログ電圧をＡ／Ｄ変換してデジタルデータを生成する。このようにして、メインセンサー２１Ｍによる各計測位置の計測値群であるメインデータと、リファレンスセンサー２１Ｒによる各計測位置の計測値群であるリファレンスデータを作成する。メインデータ及びリファレンスデータのそれぞれは、ＸＹ平面上に２次元に配列した各計測位置に計測値をそれぞれ持っている２次元分布データである。メインデータとリファレンスデータは、非破壊検査装置１からクラウドコンピューター９に送信される。クラウドコンピューター９はメインデータとリファレンスデータに基づき、比率や差分を補正演算して計測対象物８に由来する磁場データを抽出した演算再構築データを算出する。クラウドコンピューター９は演算再構築データに基づき表示用画像の一形態としての磁場マップを生成し出力する。磁場マップは可搬型コンピューター４等で表示され、ユーザーによる結果判断に使われる。また、クラウドコンピューター９は、取得した演算再構築データにもとづきＸ方向の磁場分布の異変部を計測対象物８の異常部として判定し、判定結果を可搬型コンピューター４やその他のＰＣのブラウザーに提供する。ユーザーは、可搬型コンピューター４やその他のＰＣのブラウザーで、磁場分布曲線や判定結果を参照することができる。

図１３を参照して本実施形態の磁気ストリーム法による基本的な非破壊検査フローにつき説明する。図１から図３に示した構成の非破壊検査装置１を用いる場合である。
（ステップＳ１）非破壊検査装置１を磁気センサー２１が計測対象物８を内包する例えばコンクリート表面に計測面２６Ｍを対向して近接するように設置して、磁場印加ユニット３から磁場を印加して計測対象物８に磁気流（磁気ストリーム）を形成する。
（ステップＳ２）ステップＳ１による磁気流形成状態で計測対象物８からの磁束を磁気センサー２１で検知する。
（ステップＳ３）非破壊検査装置１の位置は変えずにセンサー走査機構２７により磁気センサー２１をＸ方向に１ステップ分だけシフト走査する。
（ステップＳ４）全シフト位置での走査計測が完了しているか否かを判断し、完了していなければステップＳ２に戻る。完了していればステップＳ５に進む。
（ステップＳ５）非破壊検査装置１は、全シフト位置で計測したデータにより走査面全体の磁場分布データを作成する。このときのデータは、磁気センサー２１が１軸センサーであれば１軸方向の磁場成分が分布する面データとなり、磁気センサー２１が３軸センサーであれば３軸方向の磁場成分が分布する面データとなる。
（ステップＳ６）クラウドコンピューター９は、取得した磁場分布データに基づき上述した演算再構築データを算出し、さらに演算再構築データに基づき磁場マップを作成し、当該磁場マップが可搬型コンピューター４等で表示される。
磁気センサー２１による走査面全体より大面積の対象を検査する場合には、非破壊検査装置１を未計測の面に移動して以上のステップＳ１－Ｓ６を繰り返し実行する。

以上説明したように、磁気センサー２１の片側だけに磁場印加ユニット３を配置すればよいので、非破壊検査装置１の小型軽量化が図られ、非磁性体の外装体を含む計測対象構造物の隅々まで計測可能であり、順次移動計測する場合にも先に着磁する他の磁石が無く、磁場印加ユニットと磁気センサーとを所定の相対位置で一体にした状態で計測と移動を遂行できるので、熟練を要さず精度よく安定した計測を効率よく繰り返し実行することができる。

以上の実施形態に拘わらず、磁場分布データに基づき計測対象物の異常を判定する情報処理装置は、クラウドコンピューター９に限らず、非破壊検査装置１に対して一対一に接続されるコンピューターであったり、非破壊検査装置に一体に搭載されるコンピューターであったりなどハードウエア構成は問わない。クラウドコンピューター９の一局で処理する場合は、情報の集積、均一な処理、利用等の点で有利である。
以上の実施形態にあっては、磁気センサー２１をＸ方向については走査式とし、Ｙ方向についてセンサアレイ式としたが、Ｘ方向についてもセンサアレイ式、すなわち、筐体２６上において磁気センサー２１が第一方向Ｘに配列した複数により構成されていることで、磁場印加ユニット３からの距離に応じた第一方向Ｘに沿った磁場分布が得られるようにセンサーユニット２を構成してもよい。
また、Ｘ方向及びＹ方向について走査式にセンサーユニット２を構成してもよい。
また以上の実施形態にあっては、Ｘ方向及びＹ方向に複数列ある２次元分布データを取得する構成としたが、Ｘ方向に１列の１次元分布データを取得する構成として実施してもよい。
また、Ｚ方向についても磁気センサー２１を２つ配列した構成とせず、Ｚ方向については単一の磁気センサー（メインセンサー）のみとして実施してもよい。

本発明は、非磁性体に内包される磁性材料を計測対象物とした非破壊検査に利用することができる。

１非破壊検査装置
２センサーユニット
３磁場印加ユニット
５磁気集結部材
８計測対象物
９クラウドコンピューター
１０非破壊検査システム
２１磁気センサー
２１Ｍメインセンサー
２１Ｒリファレンスセンサー
２５操作部
２６筐体
２７センサー走査機構

Claims

非磁性体に内包される磁性材料を計測対象物とした非破壊検査装置であって、
磁場印加ユニットと、磁気センサーとが第一方向に配列し、同配列に第二方向に隣接し第一方向に延在した前記計測対象物に対し、前記磁場印加ユニットからＮ極性又はＳ極性である第一極性の磁場を印加して、第一方向に沿って前記磁場印加ユニットから離れるに従い磁場が第一極性の範囲で減衰する磁場分布を形成した状態の同計測対象物からの磁場を前記磁気センサーで検知する構成を有し、
第一方向に沿って前記磁場印加ユニットからの距離が異なる複数の位置で前記磁気センサーにより磁場を計測し、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布が得られるようにされ、
前記磁場印加ユニットは、少なくともひとつの永久磁石を含み、当該永久磁石の第一極性と反対極性の極と前記磁気センサーとの距離が、当該永久磁石の第一極性の極と前記磁気センサーとの距離より大きい非破壊検査装置。
第一方向の一端部に前記磁場印加ユニットが固定される筐体上において前記磁気センサーが第一方向に配列した複数により構成されていることで、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布が得られるようにされた請求項１に記載の非破壊検査装置。
第一方向の一端部に前記磁場印加ユニットが固定される筐体上において前記磁気センサーを第一方向に走査する走査機構が構成されていることで、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布が得られるようにされた請求項１に記載の非破壊検査装置。
前記磁気センサーは、第一方向に直交し、かつ、第二方向に直交する第三方向に配列する複数により構成されている請求項２又は請求項３に記載の非破壊検査装置。
前記磁気センサーは、第二方向に配列する複数により構成されている請求項２から請求項４のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置。
前記磁気センサーは、互いに直交する３軸方向の磁場成分を検知可能な３軸センサー又は同３軸方向にセンサー軸がそれぞれ配置された３つの１軸センサーにより構成されている請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置。
前記磁気センサーは、トンネル型磁気抵抗センサー（ＴＭＲセンサー）である請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置。
計測対象物から分散放出される磁気を前記磁気センサーに集める磁気集結部材が設けられた請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置。
前記磁気集結部材は軟磁性体からなる請求項８に記載の非破壊検査装置。
請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置と、情報処理装置とを備え、
前記情報処理装置は、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布を含む計測データに基づき当該計測データに係る計測対象物の異常を判定する非破壊検査システム。
前記情報処理装置は、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布の異変部を、当該計測データに係る計測対象物の異常部として判定する請求項１０に記載の非破壊検査システム。
請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置と、情報処理装置とを備え、
前記情報処理装置は、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布を含む計測データの表示用画像を生成する非破壊検査システム。
前記情報処理装置は、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布を示す分布曲線を含む表示用画像を生成する請求項１２に記載の非破壊検査システム。
請求項５に記載の非破壊検査装置と、情報処理装置とを備え、
前記情報処理装置は、第一方向の座標が同座標で第２方向の座標が異なる２つの計測値に基づき、当該第一方向の座標における前記非磁性体の表面から所定深さにある計測対象物からの磁場の推定値を算出する非破壊検査システム。
非磁性体に内包される磁性材料を計測対象物とした非破壊検査方法であって、
磁場印加ユニットと、磁気センサーとが第一方向に配列し、同配列に第二方向に隣接し第一方向に延在した前記計測対象物に対し、
前記磁場印加ユニットからＮ極性又はＳ極性である第一極性の磁場を印加して、第一方向に沿って前記磁場印加ユニットから離れるに従い磁場が第一極性の範囲で減衰する磁場分布を形成した状態で、
第一方向に沿って前記磁場印加ユニットからの距離が異なる複数の位置で前記磁気センサーにより磁場を計測し、前記磁場印加ユニットからの距離に応じた第一方向に沿った磁場分布に基づき、前記計測対象物の異常を判断するようになっており、
前記磁場印加ユニットは、少なくともひとつの永久磁石を含み、当該永久磁石の第一極性と反対極性の極と前記磁気センサーとの距離が、当該永久磁石の第一極性の極と前記磁気センサーとの距離より大きい非破壊検査方法。