JP7589986B2

JP7589986B2 - 超伝導磁気センサを用いた検査装置及び検査方法。

Info

Publication number: JP7589986B2
Application number: JP2021021361A
Authority: JP
Inventors: 三郎田中
Original assignee: Toyohashi University of Technology NUC
Current assignee: Toyohashi University of Technology NUC
Priority date: 2021-02-13
Filing date: 2021-02-13
Publication date: 2024-11-26
Anticipated expiration: 2041-02-13
Also published as: JP2022123902A

Description

この発明は超伝導磁気センサを用いた検査方法及び検査方法の改良に関する。

超電導磁気センサ（以下、「ＳＱＵＩＤ磁気センサ」ということがある）を用いて、被検体に存在する異物を非侵襲的に検査する装置が特許文献１に提案されている。特許文献１の図６には（本件出願の図１）には、タングステンカーバイド製の異物２４を含んだ真鍮製のプレートを被検体２２として、ＳＱＵＩＤ磁気センサを用いた検査装置による検査結果が開示されている。ＳＱＵＩＤ磁気センサはベルトコンベアによって搬送されている被検体２２に対向して、検査を実行する。被検体２２は、ＳＱＵＩＤ磁気センサに対向する前に、ベルトコンベアの搬送方向に磁化されている。ここに、被検体２２の母材となる真鍮は、一般的には磁化されない材料であるが、ＳＱＵＩＤ磁気センサの検査対象としてみたときには、その磁化の影響が観察される。即ち、弱く磁化された状態といえる。タングステンカーバイドは強磁性体であり、真鍮に比べて強く磁化される。

ＳＱＵＩＤ磁気センサを用いる場合、その感度が高いので、被検体の母材となる材料がわずかに磁化されても、その検査結果に影響がでる。したがって、被検体の母材の磁化の影響を相殺できるようにＳＱＵＩＤ磁気センサにはグラジオメータの構成を具備したものが利用されることが一般的である。グラジオメータの構成を備えたＳＱＵＩＤ磁気センサに対して被検体を搬送させたときの、当該ＳＱＵＩＤ磁気センサの出力が図に示されている。即ち、異物２４に対応してピークＢが観察され、被検体２２の端部に対応してピークＡ、Ｃが観察される。

特許文献１特許５２２９９２３号公報

上記の例では、異物２４に対応するピークＢが被検体２２の端部に対応するピークＡ、Ｃに比べて大きく表れているが、被検体の母材の材質や異物の材質の如何によっては、ピークＡ、Ｂ、Ｃの大きさに有意な差が出ないことがある。工業製品である被検体にかかる検査装置を適用する際には、検査装置とアラーム装置とが組み合わされて、ＳＱＵＩＤ磁気センサにより異物のピークを検出するたびにアラーム装置からアラームが生成されることがある。この場合、被検体の端部からも異物と同じようなピークが検出されると、その都度アラームが生成される。換言すれば、異物に起因するアラームと被検体の端部に起因するアラームとを検査現場にて峻別することが困難になる。さらには、被検体の端部に異物が存在したとき、当該異物に起因するピークと被検体の端部に起因するピークとを峻別することも困難である。

この発明はかかる課題を解決するべきなされ、その第１局面は次のように規定される。即ち、搬送される被検体の磁気的特性を検査する検査装置であって、前記被検体の第１の方向に前記被検体へ磁場を印加する磁場印加部と、前記磁場が印加された前記被検体を前記第１の方向に搬送する搬送部と、及び該搬送部に対向して配置される磁気センサであって、グラジオメータの構成を具備したＳＱＵＩＤ磁気センサと、を備え、前記被検体の搬送方向が前記グラジオメータの差分方向と直交する、検査装置。

このように規定される第１局面の検査装置によれば、被検体の搬送方向がグラジオメータの差分方向と直交するので、被検体の端部に起因するピークが消滅する。図２にグラジオメータの構成を具備したＳＱＵＩＤ磁気センサのピックアップループＣ１、Ｃ２の配置方向と被検体１の搬送方向との関係を示す。なお、被検体１は搬送方向に磁化されており、当該磁化により被検体１の母材（強磁性体ではない）は、ＳＱＵＩＤ磁気センサにより検査可能な状態に磁化される。異物３は強磁性体であり、母材より強く磁化されるものとする。

図２（ａ）に示すグラジオメータの構成では、ピックアップループＣ１、Ｃ２が被検体１の搬送方向に並べられている。ピックアップループＣ１、Ｃ２は相互に逆方向に電流が流れるように構成されているので、その差分方向と搬送方向とが並列となる。その結果、被検体１の端部がピックアップループＣ１を通過するときと、ピックアップループＣ２とを通過するときに逆相のピークが現れる（（ａ）の波形参照）。即ち、ピックアップループが被検体１の母材からの磁束を検出しているとき、他方のピックアップループは空気の磁束を検出することとなるので、当該磁束の差に基づく電流差が表れる。他方、異物３がピックアップループＣ１を通過するとき、図の例では差分の電流が増大し、ピックアップループＣ２を通過するときに差分の電流は減少し、もって中央のピークが生成される。端部及び異物３以外の被検体１の部分では、ピックアップループＣ１、Ｃ２はともに被検体１の母材の磁束を検出するので、そこに実質的な差分は現れない。

図２（ｂ）に示すグラジオメータの構成では、ピックアップループＣ１、Ｃ２が搬送方向と直交するように並べられている。その結果、その差分方向と搬送方向とが直交している。その結果、被検体１の端部がピックアップループＣ１又はＣ２を通過するとき、電流差（ピーク差）は現れない（（ｂ）の波形参照）。被検体１の端部が搬送方向と直交していれば、各ピックアップループに対して、被検体１の母材の占める割合と空気の占める割合とが一致するからである。他方、異物３については、ピックアップループＣ１とＣ２の何れか一方に偏在して通過するので、そこに電流差が形成され、それに伴うピーク波形は有意の大きさを備え、観察可能となる。

以上より、グラジオメータの構成を備えるＳＱＵＩＤ磁気センサを採用する際、グラジオメータの差分方向と被検体の搬送方向とを直交させることにより、ＳＱＵＩＤ磁気センサの出力から被検体１の端部の影響を消去することができる。なお、この明細書において直交とは、物理的に交差角度が完全に９０度の場合のみを指すものではなく、機械的な組付けに起因する誤差を含むものとする。これにより、以下に示す少なくとも１つの効果が得られる。

（１）被検体の端部に存在する異物を確実に検出できる。（２）検査装置と警報装置とを組み合わせ、検査装置の出力ピークに警報装置の警報を応答させたとき、（ａ）の波形を出力する従来の検査装置では被検体の端部についても警報が発せられるので、往々にして現場では、ＳＱＵＩＤ磁気センサに端部が対向するときセンサをオフにすることがあった。これに対し、（ｂ）の波形を出力するこの発明の検査装置では、被検体の端部においてＳＱＵＩＤ磁気センサをオフにする必要がなく、これをオンの状態に維持できる。なお、（ａ）の波形を出力する従来の検査装置では、被検体の端部がセンサに対向したことを検知するポジションセンサなどの付帯装置が必要とされるので、これを省略できる効果もある。

（３）長尺物あるいは連続体を対象としたとき、その長さ方向で厚さに変化の生じることがある。特に長尺物が積層体であり、一方の層に対して他方の層をその長さ方向に塗布して形成するときにかかる厚さの変化が生じやすい。この場合、厚さの変化の生じた部分は、母材が変化した部分とみなされるので、（ａ）の波形を出力する従来の検査装置では当該部分においてピークが生じることとなる。よって、当該部分での異物の検出の精度が低下するおそれがある。長尺物においてその長さ方向に材質や密度が変化したときも同様に、変化した部分において異物の検出の精度が低下するおそれがある。これに対し、本発明の検査装置では、母材が変化した部分でのピークの発生が消滅される。よって、当該部分を含め被検体全体において異物検出の精度を維持できる。ベルトコンベアには長尺物の軸方向（長手方向）が搬送方向と一致するように、これを保持する長尺物保持装置を備えることが好ましい。

（４）（３）の効果から、被検体の母材を粉体、または液体とすることも可能になる。即ち、搬送部に粉体又は液体を保持できる保持部を設ける。かかる保持部として、パイプや樋状の凹条部がある。かかるパイプや凹条部に粉体又は液体を注入して被検体とする。粉体や液体はこれをパックに充填してこれを被検体とし、ベルトコンベアで搬送することもできる。かかる粉体や液体の厚さ（深さ）は搬送方向において変化する可能性が高い。注入量が微妙に変化したり、ベルトコンベアの振動が影響したりするからである。このような厚さ（深さ）や密度の変化は母材の変化となるが、既述のようにこの発明の検査装置によれば、当該厚さ（深さ）や密度の変化した部分においてもそれに起因するピークは生じない。よって、異物検出の精度が維持される。

図１は従来技術の検査装置の出力波形を示す。図２はこの発明の検査装置（ｂ）非微分方向型と従来の検査装置（ａ）微分方向型による検査方法の違いと、それによる出力波形の違いを説明する。図３のこの発明の実施形態の検査装置を示す模式図である。図４は実施例の検査装置の出力波形を示す。図５は比較例の検査装置の出力波形を示す。

図３はこの発明の実施の形態の検査装置１０の構造を示す模式図である。この検査装置１０は、永久磁石３０、ベルトコンベア３５及びＳＱＵＩＤ磁気センサ４０を備えている。符号１は被検体を、符号３は異物を指す。永久磁石３０は、ベルトコンベア３５に対してその磁束が平行になるように配置される。これにより、永久磁石３０は被検体１に対してベルトコンベア３５の搬送方向へ磁場を印加する。この例では、ベルトコンベア３５が水平方向に配置されているので、被検体に対して水平方向に、かつ搬送方向へ磁場が印加されている。ベルトコンベア３５が水平方向以外の方向に配置されたときには、当該ベルトコンベア３５に対してその磁束が平行になるように永久磁石が配置される。永久磁石の代わりに、コイルを用いた電磁石を用いることもできる。

この例では、磁化の影響が劣化しないように、ＳＱＵＩＤ磁気センサ４０にできる限り近接して、永久磁石３０を配置している。搬送方向と磁化の方向が一致しておれば（第１の方向）、磁場印加部としての永久磁石を搬送部としてのベルトコンベアから離隔して配置してもよい。この場合、磁場印加部により被検体の第１の方向へ磁場を印加したとき、搬送部はこの第１の方向へ被検体を搬送するものとする。このように、ＳＱＵＩＤ磁気センサに対する搬送方向と磁場の印加される方向とが一致する構成において、本発明の効果は最も有効であるが、磁場が印加される方向を搬送方向及び被検体表面に垂直にしても本発明の効果は有効である。搬送部は、被検体をＳＱＵＩＤ磁気センサ４０との近接位置を維持しながら、一定の方向へ搬送できればよく
、図３に示す連続体のベルトコンベア３５に限られない。磁場印加部に対向する部分と、ＳＱＵＩＤ磁気センサに対向する部分とで、ベルトコンベアを別体とすることができる。また、トレイ搬送式の無端ベルトを採用することもできる。

ＳＱＵＩＤ磁気センサ４０は、図２（ｂ）に示す非微分方向型のグラジオメータの構成のＳＱＵＩＤ４１を備える。即ち、ＳＱＵＩＤ４１を構成するピックアップループＣ１、Ｃ２がベルトコンベア３５の搬送方向と直交するように並べられている。これにより、被検体１の搬送方向がグラジオメータの微分方向と直交することとなる。なお、ピックアップループＣ１、Ｃ２の視野範囲には制限があるので、ベルトコンベア３５の搬送方向に対して直交する方向に、複数のＳＱＵＩＤ磁気センサを配置して、ベルトコンベア３５の所望の幅にわたって検出を実行できるようにすることが好ましい。

図３において、グラジオメータの構成を採用し、その配置の方向を被検体の搬送方向に対し非微分方向型とすることの他は、ＳＱＵＩＤ磁気センサ４０構成は一般的なもとすることができる。図中符号４２は磁気シールドボックス、符号４３はＳＱＵＩＤを伝熱冷却するためのサファイアロッド、符号４５は液体窒素を保持するクライオスタットである。

以下、この発明の実施例について説明する。ガラスエポキシのプレート（幅：４０ｍｍ、長さ：８５ｍｍ、厚さ：３．３ｍｍ）を被検体としてこれに異物、即ち磁化対象物としての微小金属粒体（ニッケル製、直径５０μｍ）を載置固定した。搬送速度を６０ｍ／分として、図３に示すように永久磁石（１．２Ｔ）で磁場を印加した。そのまま、ＳＱＵＩＤ４１に対向させた。ＳＱＵＩＤ４１と被検体との距離は７．５ｍｍであった。

かかる資料を図３の検査装置１０で検査した結果を図４に示す。図４において、最上段のチャートは、被検体なしの状態、即ちベルトコンベアは駆動するがそこに被検体を載置しない状態でのＳＱＵＩＤ磁気センサ４０の出力を示す。図４において、中段のチャートは異物としての微小金属球のないガラスエポキシプレートを被検体としたときのＳＱＵＩＤ磁気センサ４０の出力を示す。図４において、下段のチャートは異物としての微小金属球を固定したガラスエポキシプレートを被検体としたときのＳＱＵＩＤ磁気センサ４０の出力を示す。図４の結果より、実施例の検査装置１０によれば、被検体の端部に起因するピークを消滅させ、かつ異物については有意な大きさのピークを生成させられることがわかる。

図５は比較例の検査装置の出力を示す。この比較例は、図３の検査装置において、ＳＱＵＩＤを構成するピックアップループを微分方向型（図２の（ａ））としたものである。かかる比較例の検査装置の出力は、図１に示す従来例の場合と同様に、被検体の端部に起因するピークを生成するものであった。図５において、最上段のチャートは、被検体なしの状態、即ちベルトコンベアは駆動するがそこに被検体を載置しない状態でのＳＱＵＩＤ磁気センサの出力を示す。図５において、中段のチャートは異物としての微小金属球のないガラスエポキシプレートを被検体としたときのＳＱＵＩＤ磁気センサの出力を示す。図５において、下段のチャートは異物としての微小金属球を固定したガラスエポキシプレートを被検体としたときのＳＱＵＩＤ磁気センサの出力を示す。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

１被検体１０検査装置２２被検体３５ベルトコンベア４０ＳＱＵＩＤ磁気センサ

Claims

搬送される被検体の磁気的特性を検査する検査装置であって、
前記被検体へ磁場を印加する磁場印加部と、
前記磁場が印加された前記被検体を搬送する搬送部と、及び
該搬送部に対向して配置される磁気センサであって、グラジオメータの構成を具備したＳＱＵＩＤ磁気センサと、を備え、
前記被検体の搬送方向が前記グラジオメータの差分方向と直交する、検査装置。
前記磁場印加部は前記被検体に対して第１の方向へ磁場を印加し、
前記搬送部による前記被検体の搬送方向は前記第１の方向と一致する、請求項１に記載の検査装置。
前記ＳＱＵＩＤ磁気センサが、前記被検体の搬送方向に対して直交する方向に複数配置される、請求項１又は２に記載の検査装置。
前記搬送部はベルトコンベア又はトレイ搬送式である、請求項１～３の何れかに記載の検査装置。
前記搬送部は長尺物あるいは連続体を保持する固体保持部を備える、請求項１～４の何れかに記載の検査装置。
前記搬送部は粉体を保持する粉体保持部を備える、請求項１～４の何れかに記載の検査装置。
前記搬送部は液体を保持する液体保持部を備える、請求項１～４の何れかに記載の検査装置。
磁場印加部、搬送部及びグラジオメータの構成を具備したＳＱＵＩＤ磁気センサを備える検査装置を用い、搬送される被検体の磁気特性を検査する検査方法であって、
前記被検体を準備するステップと、
前記磁場印加部により、前記被検体へ磁場を印加する磁場印加ステップと、及び
前記搬送部により搬送される、前記磁場の印加された被検体に対し、前記ＳＱＵＩＤ磁気センサを対向させて、前記被検体の磁気特性を検査する検査ステップと、とを備える検査方法であって、
前記被検体の搬送方向を前記グラジオメータの差分方向と直交させる、検査方法。
前記磁場印加部は前記被検体に対して第１の方向へ磁場を印加し、
前記搬送部による前記被検体の搬送方向は前記第１の方向と一致する、請求項８に記載の検査方法。
前記被検体を準備するステップにおいて、前記被検体は母材と該母材に含まれる磁化対象物とを含み、前記母材は磁場印加部により前記ＳＱＵＩＤ磁気センサで検査可能な状態に磁化され、前記磁化対象物は前記磁場印加部により前記母材より強く磁化され、
前記母材は前記搬送方向に磁気特性が変化している、請求項８又は９に記載の検査方法。
前記母材の磁気特性の変化は、前記母材の厚さの変化、前記母材の材質変化、前記母材の密度の変化のうちの少なくとも一つに基づく、請求項１０に記載の検査方法。
前記被検体は前記搬送方向に長尺である、請求項８～１１のいずれかに記載の検査方法。
前記被検体は連続体である、請求項８～１１のいずれかに記載の検査方法。
前記搬送部に対して前記被検体が間隔をあけて配置され、
前記ＳＱＵＩＤ磁気センサは前記被検体と被検体の間隔の空間の磁気特性も検出する、請求項８～１２の何れかに記載の検査方法。
前記ＳＱＵＩＤ磁気センサは、搬送されてくる前記被検体に対して、常にオンの状態である、請求項８～１４のいずれかに記載の検査装置。
前記被検体の母材は粉体である、請求項８～１５のいずれかに記載の検査方法。
前記被検体の母材は液体である、請求項８～１５のいずれかに記載の検査方法。