JPH03276050A - 磁気光学探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主として強磁性の被探傷物における表面疵を探
傷する磁気光学探傷装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、強磁性体の表面疵の探傷方法としては被探傷物を
磁化し、欠陥からの漏洩磁界に磁粉を吸着させ、これを
視覚的に検出する磁粉探傷法、或いは漏洩磁界をホール
素子、コイル等を用いて電気的に検出する漏洩磁束探傷
法が広く用いられている。

第４図は通常の感磁素子を使った鋼板の探傷装置を示す
模式図であり、図中Ｍは鋼板、２２は巻掛は用ロール、
２３は磁気センサを示している。

鋼板Ｍはロール２２に巻き掛けられて白抜き矢符で示す
如くに移送せしめられるようになっている。

ロール２２内には電磁石２４が設置され、またこれと対
向してロール２２上に鋼板Ｍの移動域を隔てて磁気セン
サ２３が配設されている。電磁石２４にて鋼板Ｍの移動
域に磁場を形威し、鋼板Ｍを磁化させることにより銅板
Ｍに欠陥が存在すると、この欠陥による漏洩磁場が磁気
センサ２３によって捉えられ、欠陥の存在が検出される
ようになっている。

ところでこのような通常の感磁素子を用いた検査装置に
あっては ■リフトオフ変動に対する感磁素子の出力変化は、磁気
センサの大きさが大きくなるに従って小さくなるが、逆
に微細な欠陥に対する検出が難しくなること、 ■感磁素子は欠陥漏洩磁場の垂直磁場成分、水平磁場成
分に対しても感度を有するため、検出信号と磁化電流と
の位相差変化が明瞭でなく、位相差変化から欠陥を検出
するのが困難であること、■高速で走行する鋼板等を探
傷するとき、銅板のパスライン変動に対処するため磁気
センサを鋼板から所定の距離（リフトオフ）を隔てて配
置するが、リフトオフの増大に伴って感磁素子の出力が
急激に減衰すること、 等の問題がある。

上述した通常の感磁素子における■■■に示す如き問題
点を解消し得るものとして、近年漏洩磁界を、磁気光学
素子を用いて検出する磁気光学探傷方法が注目されてい
る。磁気光学探傷方法は欠陥からの漏洩磁界が磁気光学
素子に印加されると、この磁界と平行に透過する直線偏
光の光が磁界Ｈの大きさと光路長■に比例して偏光面が
回転（回転角θ）する現象、所謂ファラデー効果を利用
する方法である。

θ＝ＦＨ１ 但し　Ｆ：ファラデ一定数 第５図は従来の磁気光学探傷法（０，Ｌ、Ｆｉｔｚｐａ
ｔｒｉｃ；１１ｔｈ　！ｔｊｏｒｌｄ　ｃｏｎｆ、ｏｎ
　ＮＤＴ＋１９８５ν０１．１，１８９頁）の実施状態
を示す模式図であり、図中３１は検出ヘッド、Ｍは強磁
性の被探傷物たる鋼板を示している。

検出ヘッド３１は透光性を備えた基板３２における表裏
両面に磁気光学素子３３．３４を、また鋼板Ｍと対向す
る下面には、更に反射膜３５を形成すると共に、周囲に
バイアス磁化用コイル３６を巻回して構威しである。

而して鋼板Ｍの表面に検出ヘッド３１を近接して臨ませ
、鋼板Ｍの磁界を印加すると共に、直線偏光ＰＬを上面
側から検出ヘッド３１に入射し、該磁気光学素子３３．
基板３２．磁気光学素子３４を透過し、反射膜３５で反
射した光を、再び磁気光学素子３４゜基板３２．磁気光
学素子３３を透過させた後、検光子３７を通して観察す
る。

鋼板Ｍに疵Ｍａが存在すると、漏洩磁界が磁気光学素子
３３．３４に印加され、このような磁界が印加された磁
気光学素子３３．３４を透過した直線偏光の光は印加磁
界強度に相応して偏光面が回転され、検光子３７を経た
光は印加磁界に相応して光量が変化することとなり、こ
の光量変化を捉えることによって鋼ＦｉＭにおけるｔｋ
Ｍａの有無を検出するようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが上述した如き磁気光学素子を利用した従来の探
傷装置にあっては、薄膜の厚さと磁区幅又は照射光束の
寸法によって空間的な分解能が決定されるからその大き
さと無関係に分解能を高くすることが出来、また磁気光
学素子は膜厚方向に垂直磁区を有するため、その感磁方
向は垂直のみであって欠陥漏洩磁場の垂直方向成分のみ
を検知し、位相差変化から欠陥を検出することが可能と
なる等の利点がある反面、リフトオフ変動に対する感度
が高いという難点を解消し得ていないのが現状である。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的とするところは強磁性の被探傷物の表面又は表層
部の欠陥をリフトオフ変動の影響なく確実に検出し得る
ようにした磁気光学探傷装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明にかかる磁気光学探傷装置は、被探傷物表面に臨
ませて配設された磁気光学素子と、該磁気光学素子を透
過した直線偏光の光路中に配設した検光子及び光検出器
とを備える磁気光学探傷装置において、前記被探傷物を
交流磁場にて磁化する手段と、該手段による磁化のため
の電流と前記光検出器で検出した光強度に相応した信号
との位相差変化を測定する手段と、該測定手段による位
相変化量に基づいて欠陥を検出する手段とを具備するこ
とを特徴とする。

〔作用〕

本発明においてはこれによって、リフトオフ変動に影響
されることなく、欠陥検出が可能となる。

〔発明の原理〕

先ず本発明の原理について第１図に基づき説明する。第
１図は本発明の原理を示す説明図であり、第１図（ａ）
は被探傷物たる、例えば鋼板Ｍと磁気光学素子１ａを利
用した検出ヘッド１との関係を示す模式図であり、この
図から明らかなように磁気光学素子１ａはその厚さ方向
に垂直な磁区ＩＣのみを有しており（矢印は磁気モーメ
ントを示す）、漏洩磁界の存在しないところでは磁区Ｉ
Ｃの幅寸法は略一定し、疵Ｍａが存在する部分では破線
で示す如き漏洩磁界の方向とその強さに応じて反対方向
に向いている磁気モーメントが反転されてその幅寸法が
広くなり、しかも疵Ｍａの略中央部と対応する位置で磁
気モーメントも逆向きとなる。

磁化された鋼板Ｍの疵Ｍａの存在する部分で生じる漏洩
磁界は、第１図（ｂ）に示す如く欠陥中心部で反転する
垂直方向成分と、第１図（Ｃ）に示す如く欠陥中心部で
最大となる山形状をなす水平成分とからなるが、上述の
如く磁気光学素子１ａは垂直な磁区１ｃのみを有するか
ら、磁気光学素子１ａは上記垂直方向成分のみを検知し
、水平方向成分による影響を排除出来ることとなる。

また被探傷物である鋼板Ｍの磁化を交流磁界にて行うも
のとすると、疵Ｍａが存在する部分、即ち漏洩磁界が形
成されている部分における磁気光学素子１ａに偏光面の
回転が生じたか否かは次の如き関係として捉えることが
出来る。即ち、疵Ｍａから発生する漏洩磁界は搬送周波
数が交流磁界の周波数と同一であって振幅が第１図（ｂ
）のような振幅変調を受けた波形を有する。従って疵Ｍ
ａ中心部で漏洩磁界の向きは逆転する。即ち磁化電流の
位相と、磁気光学素子を透過した光を捉えた光検出器の
検出信号の位相との位相差は第１図（ｄ）に示す如くに
なり、しかもこの位相差の変化は欠陥漏洩磁場の真上で
のみ発生するから、両者の位相差変化は欠陥の位置と対
応することとなり、欠陥の検出が可能となる。

しかもこの位相差の変化は振幅、即ち光量が減衰、換言
すればリフトオフ変化が生じても消滅することはないか
ら、リフトオフ変化に影響されることが少ない。

なお鋼板の磁化に直流電流を用いた場合は、上述した如
き位相差の概念は存在しないが、第１図（ｂ）、　（ｅ
ｌに示す如く、漏洩磁場の垂直方向成分が光量変化と対
応するから、光量の絶対値ではなく、光量変化、即ち光
量の微分値に着目すれば同様に高いＳ／Ｎ比で、しかも
リフトオフの影響を受けることなく欠陥位置の検出が可
能となる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。

第２図は本発明に係る磁気光学探傷装置（以下本発明装
置という）の模式図であり、図中Ｍは被探傷物たる鋼板
、１は探傷ヘッド、２は磁化器を示している。探傷ヘッ
ド１は通常ガリウム−ガドリニウム−ガーネット（Ｇ　
Ｇ　Ｇ）基板上に種々の元素を含む単結晶を厚さ数μｍ
乃至数１００μｍ威長させてなる磁気光学素子１ａの下
面、即ち鋼板Ｍと対向する側の面に反射膜１ｂを配して
構成されており、鋼板Ｍの上方にこれと所要の間隔を隔
てて配設され、その周囲には磁化電流発生器６から出力
される交流電流にて磁化される交流電磁石等で構成され
る磁化器２が配設されている。

磁気光学素子１ａの上方には光源３が配設され、この光
源３からの直線偏光された光は、直接又は図示しない回
転鏡を介して探傷ヘッド１における磁気光学素子１ａに
投射される。磁気光学素子１ａを通過した光は下面側の
反射膜１ｂにて反射された後、再び磁気光学素子１ａを
通過し、検光子４を経て光電変換器等で構成される光検
出器５に入射される。

光検出器５は入射された光強度に応した電気信号に変換
して位相検波器８，９へ出力する。

位相検波器８には磁化電流発生器６からの電流が直接的
に、また位相検波器９には同じく磁化電流発生器６から
の電流が移相器７にて９０°移相された状態で夫々人力
されており、位相検波器８では光検出器５から入力され
た検出信号のうち磁化電流に同期した成分の信号を検波
し、また位相検波器９では光検出器５から入力された検
出信号のうち磁化電流の位相を９０°ずらした成分と同
期した成分の信号を検波し、夫々演算器１０へ出力する
。

演算器１０は入力された各成分について振幅及び位相差
を求め、これを微分器（又はバイパスフィルタ）１１に
出力し、鋼板Ｍに欠陥Ｍａが存在する場合にはこれと対
応する位置で所定の信号が出力され、欠陥の存在が検出
される。

第３図は本発明のリフトオフ特性を示すグラフであり、
横軸にリフトオフ（ｗ）を、また縦軸に光検出器の出力
変化（基準リフトオフ時の出力に対する割合　％）をと
って示しである。グラフ中・でプロットしであるのは、
本発明装置を用いた場合の、また○でプロットしである
のは従来装置による振幅変化を用いた場合の各結果を示
している。このグラフから明らかな如くリフトオフが０
．３頷では通常の光量変化を検出する従来装置では出力
が１１５以下に低下するのに対し、位相差の変化を検出
する本発明装置にあっては出力低下は殆んど認められな
いことが解る。

また本発明装置に依った場合は従来装置に依った場合と
比較してＳ／Ｎ比は約５倍となることが確認された。

なお、上述した実施例は被探傷物たる鋼板Ｍを交流磁界
を用いて磁化する場合につき説明したが、何らこれにの
み限るものではなく直流磁界を用いてもよい。この場合
は第２図において光検出器５の出力を位相検波器に入力
するのに代えて増幅器で増幅した後、直接微分器１１に
入力することとすればよい。

他の構成及び作用は略第２図に示す場合と同しであり、
説明を省略する。

更に本構成では交流磁化時の位相差変化について言及し
たが、位相差変化で欠陥を検出した場合、欠陥の存在の
みが認識可能で通常振幅で検出したときのような欠陥深
さ等の定量化が困難であり、両者を併用することにより
、高感度の欠陥検出と定量化が可能となることは言うま
でもない。この場合、第２図の演算器１０の出力と位相
検波器８゜９の出力とを演算するための別の演算器（例
えば乗算器）を具備させることにより、可能となる。

〔効果〕

以上の如く本発明にあっては、リフトオフ変動の影響を
大幅に低減することが出来て、高分解能で被探傷物の表
面疵を高精度に探傷することが出来る等本発明は優れた
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明装置の模
式図、第３図は本発明装置のリフトオフ特性を示すグラ
フ、第４図は従来における通常の感磁素子を用いた探傷
装置の模式図、第５図は従来における磁気光学素子を用
いた探傷装置の模式１・・・探傷ヘッド　１ａ・・・磁
気光学素子　１ｂ・・・反射膜　２・・・磁化器　３・
・・光源　４・・・検光子　５・・・光検出器　６・・
・磁化電流発生器　７・・・移相器　８，９・・・位相
検遥器　１０・・・演算器　１１・・・微分器時　許　
出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被探傷物表面に臨ませて配設された磁気光学素子と
   、該磁気光学素子を透過した直線偏光の光路中に配設し
   た検光子及び光検出器とを備える磁気光学探傷装置にお
   いて、 前記被探傷物を交流磁場にて磁化する手段 と、該手段による磁化のための電流と前記光検出器で検
   出した光強度に相応した信号との位相差変化を測定する
   手段と、該測定手段による位相変化量に基づいて欠陥を
   検出する手段とを具備することを特徴とした磁気光学探
   傷装置。