JPWO2020217278A1 - 磁性体探傷装置 - Google Patents

Abstract

磁性体の亀裂を非破壊で検査する磁性体探傷装置は、磁性体の表面に平行なギャップ平面上に両極が配置され、磁性体に対して磁界を印加する励磁器と、磁性体の表面とギャップ平面との間の距離を測定するギャップ計測器と、励磁器の両極を結ぶ直線上に配置され、励磁器の磁界印加により磁性体で生じた磁性体の表面に垂直な方向の磁界Ｈ_ｚを測定する第１検出器と、ギャップ平面上で第１検出器を移動させる第１制御部と、第１検出器の測定結果から亀裂の有無を判断する判定部とを含み、第１制御部は、ギャップ計測器が測定した距離から磁界Ｈ_ｚが最大となる位置を検出し、その位置に第１検出器を移動させて磁界Ｈ_ｚを測定する。

Description

本発明は、磁性体探傷装置に関し、特に、磁性体の亀裂を非破壊で検査する磁性体探傷装置に関する。

磁性体の貫通亀裂、表面亀裂、裏面亀裂などの亀裂を検出する方法として、磁性体に磁界を印加したときの電磁応答を用いる漏洩磁束法や渦電流探傷法等のような、磁気を用いた探傷方法が知られている。しかし、探傷装置と磁性体との間の距離（以下、「ギャップ」という。）が大きくなると、亀裂に由来した磁界が低下するため、亀裂の検出が困難になる。これに対して、ギャップが変動した場合も、亀裂の検出精度を担保する方法として、測定で得られた磁界に対応する出力信号を、ギャップに合わせて測定後に増減する方法が提案している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−５９８３６号公報

しかしながら、このような磁気を用いた探傷装置では、ギャップの増加により、亀裂に由来した磁界が低下するだけでなく、亀裂に由来した磁界が最大となる位置も変動する。このため、同一位置で測定を行った場合、出力信号が著しく低下し、亀裂の検出が困難になるという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ギャップに応じて、亀裂に由来した磁界を測定する位置を変更することで、ギャップが変化しても高精度で亀裂の検出が可能な磁性体探傷装置の提供を目的とする。

本発明の態様は、
磁性体の亀裂を非破壊で検査する磁性体探傷装置であって、
磁性体の表面に平行なギャップ平面上に両極が配置され、磁性体に対して磁界を印加する励磁器と、
磁性体の表面とギャップ平面との間の距離を測定するギャップ計測器と、
励磁器の両極を結ぶ直線上に配置され、励磁器の磁界印加により磁性体で生じた磁性体の表面に垂直な方向の磁界Ｈ_ｚを測定する第１検出器と、
ギャップ平面上で第１検出器を移動させる第１制御部と、
第１検出器の測定結果から亀裂の有無を判断する判定部と、を含み、
第１制御部は、ギャップ計測器が測定した距離から磁界Ｈ_ｚが最大となる位置を検出し、その位置に第１検出器を移動させて磁界Ｈ_ｚを測定することを特徴とする磁性体探傷装置である。

本発明の他の態様は、
磁性体の亀裂を非破壊で検査する磁性体探傷装置であって、
磁性体の表面に平行なギャップ平面上に両極が配置され、磁性体に対して磁界を印加する励磁器と、
磁性体の表面とギャップ平面との間の距離を測定するギャップ計測器と、
励磁器の両極を結ぶ直線上に配置された複数の検出器からなり、励磁器の磁界印加により磁性体で生じた、磁性体の表面に垂直な方向の磁界Ｈ_ｚを測定する検出器アレイと、
検出器アレイの測定結果から亀裂の有無を判断する判定部と、を含み、
検出器アレイに含まれる検出器のいずれかは、磁界Ｈ_ｚが最大となる位置で磁界Ｈ_ｚを測定することを特徴とする磁性体探傷装置である。

本発明にかかる磁性体探傷装置では、磁性体と励磁器との間の距離が変化しても、この変化に応じて磁界が最大となる位置で磁界の測定を行うことにより、高精度で亀裂の検出が可能となる。

本発明の実施の形態１にかかる磁性体探傷装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１にかかる磁性体探傷装置のセンサヘッドの断面図である。 励磁器を用いて磁性体に直流磁界を印加した場合の、センサヘッド周囲の磁束線を示す模式図ある。 励磁器を用いて磁性体に直流磁界を印加した場合の、センサヘッド周囲の磁束線を示す模式図ある。 励磁器を用いて磁性体に直流磁界を印加した場合の、センサヘッド周囲の亀裂に由来した磁束線を示す模式図ある。 ギャップ平面における励磁器と位置ｘとの関係を示す、センサヘッドの断面図である。 ギャップ平面におけるｚ軸方向の磁界Ｈ_ｚと位置ｘとの関係である。 ギャップ平面におけるｚ軸方向の磁界Ｈ_ｚと位置ｘとの関係である。 ギャップＧが異なる場合の、位置と磁界Ｈ_ｚとの関係である。 ギャップＧの大きさと、磁界Ｈ_ｚがピークとなる位置Ｐとの関係である。 本発明の実施の形態１にかかる亀裂検出方法のフローチャートである。 本発明の実施の形態１にかかる他の磁性体探傷装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１にかかる他の磁性体探傷装置のセンサヘッドの断面図である。 オフセット磁界Ｈ_ＯＦが重畳した場合の、磁界Ｈ_ｚと位置ｘとの関係である。 本発明の実施の形態１にかかる他の亀裂検出方法のフローチャートである。 本発明の実施の形態２にかかる磁性体探傷装置のセンサヘッドの断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる磁性体探傷装置のセンサヘッドの斜視図である。 磁性体に２つの励磁器を用いて磁界を印加した場合の磁界方向である。 磁性体に２つの励磁器を用いて磁界を印加した場合の磁界方向である。 磁性体に２つの励磁器を用いて磁界を印加した場合の磁界方向である。 磁性体に回転磁界を印加した場合の磁界方向である。 励磁器から生じる磁界Ｈの時間ｔに対する変化と、各時間ｔにおける磁界方向である。 ３個の励磁器を組み合わせた励磁部の斜視図である。 ３つの磁極を持つ１個の励磁器で構成された励磁部の斜視図である。 本発明の実施の形態４にかかるセンサヘッドの断面図である。 本発明の実施の形態４にかかるセンサヘッドを用いた亀裂検出方法のフローチャートである。 本発明の実施の形態５にかかる磁性体探傷装置の構成を示すブロック図である。 ギャップ平面における、亀裂に由来する磁界Ｈ_ｚＣＬと位置ｘとの関係である。 本発明の実施の形態５にかかる磁性体探傷装置を用いた亀裂無し測定値収集方法のフローチャートである。 本発明の実施の形態５にかかる亀裂検出方法のフローチャートである。 処理回路がＣＰＵを備える制御回路である場合の制御回路の構成である。 本発明の実施の形態６にかかる、磁性体探傷装置が車体に取り付けられた場合の側面図である。

実施の形態１．
図１Ａは、全体が１００ａで表される、本発明の実施の形態１にかかる磁性体探傷装置の構成を示すブロック図である。磁性体探傷装置１００ａは、磁性体に磁界を印加し、磁性体で生じた磁界を測定するセンサヘッド１０１ａと、測定した磁界から磁性体における亀裂の有無を判定する判定部１０２ａとで構成される。

センサヘッド１０１ａは、磁性体に直流磁界を印加する励磁器２、磁界を測定する検出器４、ギャップを計測するギャップ計測器５、およびギャップに応じて検出器４の位置を制御する制御部６ａで構成される。センサヘッド１０１ａでは、ギャップ計測器５で計測したギャップ計測値Ａが、制御部６ａに送られる。制御部６ａでは、ギャップ計測値Ａに基づいて、検出器４の位置を制御する。続いて、制御部６ａは検出器４の位置制御が完了したことを判断し、検出器４に測定命令Ｂを送る。検出器４は、測定命令Ｂを受けて磁界を測定し、判定部１０２ａに測定値Ｃを送る。判定部１０２ａでは、測定値Ｃを解析して、磁性体の亀裂の有無を判定する。

図１Ｂは、本発明の実施の形態１にかかる磁性体探傷装置１００ａのセンサヘッド１０１ａの断面図であり、磁性体１の亀裂と直行する面で切った場合の断面を示す。センサヘッド１０１ａは、励磁器２の磁極が磁性体側（図１Ｂでは下側）になるように配置される。センサヘッド１０１ａの、磁性体側の面（磁極がなす面）をギャップ平面と定義する。ここで、図１Ｂに示すように、励磁器２の磁極（Ｓ極、Ｎ極）を結ぶ方向をｘ軸方向、ギャップ平面に垂直となる方向をｚ軸方向、紙面奥行き方向をｙ軸方向とする。

励磁器２には、永久磁石や直流電源に接続した電磁石など、直流磁界を形成する部品が使用される。励磁器２は、Ｕ字型、馬蹄型の磁石、または２つの同形状の棒または板状の磁石（電磁石）をそれぞれの異なる磁極が同一平面を成すように組み合わせたものを用いてもよい。

検出器４は、ギャップ平面に対して垂直方向（ｚ軸方向）の磁界Ｈ_ｚを測定する。検出器４にはホールセンサ、磁気抵抗素子、フラックスゲート、超伝導量子干渉計（ＳＱＵＩＤ：Superconducting QUantum Interference Device）など、直流磁界の大きさを電気信号に変換する素子が使用される。検出器４は、ギャップ平面に配置されるのが最適であり、２つの磁極間でｘ軸方向へ移動できるように設けられる。なお、検出器４は、ギャップ平面からｚ軸方向に多少位置がずれても、亀裂の検出に問題はない。

ギャップ計測器５は、磁性体１の表面とギャップ平面との間の、ｚ軸方向の距離であるギャップＧを計測する。ここで、塗膜や舗装などにより磁性体１が覆われている場合には、それらの表面からのギャップＧは測定または推定される。ギャップ計測器５には、例えば、レーザー、空中超音波、電磁誘導、電磁波レーダーなどを用いた計測器が用いられる。ギャップ計測器５は、検出器４と同じギャップ平面上で、検出器４の位置制御を阻害しない位置であれば、どの位置に設置してもよい。

制御部６ａは、検出器４を移動させる。制御部６ａには、例えば、アクチュエーター、１軸の自動ステージなどが使用される。

次に、図１Ｂを参照しながら、磁性体探傷装置１００ａを用いた亀裂７の検出について、励磁器２の２つの磁極（Ｓ、Ｎ）の中央直下に、幅ａの亀裂７がある場合を用いて説明する。

図２Ａ〜図２Ｃは、励磁器２を用いて磁性体１に直流磁界を印加した場合の、センサヘッド１０１周囲の磁束線８を示す模式図である。図１Ａは、亀裂７が無い場合であり、磁束線８は励磁器２のＮ極からＳ極に向かって連続的に分布する。

図２Ｂは、励磁器２における２つの磁極の中央直下に亀裂７が有る場合であり、磁性体１の内部に流れ込んだ磁束線８は、亀裂が無い場合と同様に分布する。一方、磁性体１の表面に流れ込んだ磁束線８は、亀裂７の端部やその周辺から、励磁器２と磁性体１とで囲まれた空間に広がり、もう一方の亀裂７の端部へ流入する。亀裂７に由来した磁束線９は、亀裂がある場合の磁束線と、亀裂がない場合の磁束線の差分をとることで求まり、その分布は図２Ｃのようになる。磁束線９は亀裂７の一つの端部やその周辺から、他の端部に流れ込んでおり、ｚ軸方向に磁束線９が向く位置（図２Ｃ中にｂ、ｂ’で表示）は、磁性体１表面から離れるほど、亀裂７の中央から離れていくことが分かる。

図３Ａ〜図３Ｃは、ギャップ平面におけるｚ軸方向の磁界Ｈ_ｚと位置ｘとの関係を示す。図３Ａに示すように、ｘ＝０は、励磁器２におけるＳ極とＮ極の中点であり、ｘ＝−Ｗ、＋Ｗは、それぞれ励磁器２におけるＳ極とＮ極の位置に対応している。図３Ｂは、磁性体１に亀裂が無い場合、図３Ｃは、磁性体１に亀裂がある場合を示す。

図３Ｂに示すように、磁性体１に亀裂７が無い場合、磁界Ｈ_ｚは励磁器２の磁極（ｘ＝−Ｗ、Ｗ）で最大となり、ｘ＝０で磁極の対称性から０となる。一方、図３Ｃに示すように、亀裂７がｘ＝０の直下に有る場合、磁界Ｈ_ｚは、亀裂７に由来したｚ軸方向磁界の重畳により、励磁器２の磁極以外の位置ｘ＝−Ｐ、Ｐでピークを持つ波形となる。

従って、磁界Ｈ_ｚが最大となる位置（ｘ＝−Ｐ、Ｐ）で、検出器４で磁界Ｈ_ｚを測定し、判定部１０２ａで、検出器４の測定値が閾値以上か否かを評価することで、亀裂の有無を判定できる。なお、ギャップＧの大きさに応じて判定部１０２ａの閾値を増減させることで、亀裂の検出精度を向上することもできる。即ち、ギャップＧが大きくなる場合、磁界Ｈ_ｚは小さくなるため、閾値は小さくすればよく、一方で、ギャップＧが小さくなる場合、磁界Ｈ_ｚは大きくなるため、閾値は大きくすればよい。

図４は、ギャップＧが異なる場合の、位置と磁界Ｈ_ｚとの関係であり、破線はギャップＧが大きい場合、実線はギャップＧが小さい場合である。磁界Ｈ_ｚのピークは、亀裂７に由来したｚ軸方向磁界の重畳によるものであり、ギャップＧが大きい場合、その強度は減少し、ピーク位置Ｐは、中心（ｘ＝０）から磁極方向に、Ｐ＝ｘ_１からＰ＝ｘ_２に移動する。

従って、ギャップＧに対応するピーク位置Ｐに検出器４を移動し、磁界Ｈ_ｚの測定を行うことで、亀裂７の検出精度を向上させることができる。なお、実際の測定では、ギャップＧに応じて、制御部６ａにより検出器４を移動させて、ピーク位置Ｐで検出器４を停止した後、または、ピーク位置Ｐを検出器４が通過する時に、磁界Ｈ_ｚの測定を行っても良い。また、検出器４の位置は、磁界Ｈ_ｚが最大となるピーク位置Ｐに限らず、亀裂に由来しない磁界にピークが埋もれない範囲ｄであればよい。つまり、検出器４の位置を亀裂に由来する磁界が最大となる位置に移動するのが最も望ましいが、亀裂に由来する磁界が最大となる位置に近づくように移動するだけでも検出精度を向上させることができる。

図５は、ギャップＧの大きさと、磁界Ｈ_ｚがピークとなる位置Ｐとの関係を示す。位置Ｐは、ギャップＧに対して線形に変化し、
Ｐ＝（Ｇ／２）＋ａ......（１）
ａ：亀裂の幅（ｘ軸方向の間隔）
の関係で表される。なお、通常、亀裂の幅ａはギャップＧに対して十分小さいため、無視することができ、位置ＰはギャップＧに対して一意に定めることができる。

図６は、本発明の実施の形態１にかかる亀裂検出方法のフローチャートを示す。亀裂検出方法は、以下に示すＳ１．１〜Ｓ１．６の各工程を含む。

Ｓ１．１：ギャップ計測器５を用いてギャップＧを計測し、計測結果を制御部６ａへ送る。

Ｓ１．２：上述の式（１）を用いて、制御部６ａは、Ｓ１．１で計測したギャップＧに対応するピーク位置Ｐ、即ち磁界Ｈ_ｚがピークとなる位置を求める。続いて、検出器４を位置Ｐまで移動させる。なお、式（１）の関係は、予め取得し、制御部６ａ内に記録される。

Ｓ１．３：制御部６ａから測定命令Ｂを受けた検出器４は、磁界Ｈ_ｚを測定し、測定値Ｃを判定部１０２ａへ送る。

Ｓ１．４：判定部１０２ａが、検出器４の測定値Ｃが所定の閾値以上か否かを判定する。

Ｓ１．５：測定値Ｃが所定の閾値以上の場合は、亀裂有りと決定する。

Ｓ１．６：測定値Ｃが所定より小さい場合は、亀裂無しと判断する。

以上の工程で、亀裂の有無が判断される。特に、ギャップＧの計測結果を基に、検出器４をピーク位置Ｐに移動させて、磁界Ｈ_ｚを測定するため、高感度で高精度な亀裂の検出が可能となる。

図７Ａは、全体が１００ｂで表される、本発明の実施の形態１にかかる他の磁性体探傷装置の構成を示すブロック図であり、図７Ｂは、磁性体探傷装置１００ｂのセンサヘッド１０１ｂの断面図である。図７Ａ、７Ｂ中、図１Ａ、１Ｂと同一符合は、同一または相当箇所を示す。

磁性体探傷装置１００ｂのセンサヘッド１０１ｂでは、磁性体探傷装置１００ａのセンサヘッド１０１ａが、さらに検出器３を含む構成となっている。他の構成は、センサヘッド１０１ａと同じである。検出器３は、ギャップ平面上で励磁器２の磁極を結ぶ直線の中点（ｘ＝０）に設置される。検出器３は、制御部６ｂから測定命令Ｂを受けて、磁界を測定し、測定値Ｄを判定部１０２ｂに送る。

判定部１０２ｂは、検出器４の測定値Ｃと、検出器３の測定値Ｄとの２つから、亀裂の有無を判定する。上述のように、検出器３はギャップ平面上で励磁器２の磁極を結ぶ直線の中点（ｘ＝０）に設置され、測定時のオフセット磁界Ｈ_ＯＦに対応する測定値Ｄを測定する。この測定値Ｄを、判定に利用することで、亀裂の誤検出を防ぐことができる。

即ち、実際の測定では磁性体１の残留磁化状態等の磁気ノイズ、亀裂７の対称性、磁性体１の表面粗さなどによって、磁界にオフセット磁界Ｈ_ＯＦが生じ、磁界が増減する。図８は、オフセット磁界Ｈ_ＯＦが重畳した場合の、磁界Ｈ_ｚと位置ｘとの関係である。ここで、磁性体とセンサヘッドの位置関係は、図４の場合と同じである。

磁性体探傷装置１００ｂでは、ｘ＝０の位置に検出器３を配置することにより、このｘ＝０の位置で、オフセット磁界Ｈ_ＯＦを測定し、測定値Ｄとする。そして、検出器４により、測定値Ｃと測定値Ｄとの差分値を求め、この差分値が、所定の閾値以上か否かで、亀裂の有無を判断する。このように、測定値Ｄを用いてオフセット磁界Ｈ_ＯＦの影響を除くことにより、高精度で亀裂の検出が可能となる。

図９は、磁性体探傷装置１００ｂを用いた亀裂検出方法のフローチャートを示す。図６と同一符合は、同一または相当工程を示す。亀裂検出方法は、以下に示すＳ２．１〜Ｓ２．８の各工程を含む。

Ｓ２．１：ギャップ計測器５を用いてギャップＧを計測し、計測結果を制御部６ａへ送る。

２．２：上述の式（１）を用いて、制御部６ａは、Ｓ２．１で計測したギャップＧに対応するピーク位置Ｐ、即ち磁界Ｈ_ｚがピークとなる位置を求める。続いて、検出器４を位置Ｐまで移動させる。

Ｓ２．３：制御部６ａから測定命令Ｂを受けた検出器３は、オフセット磁界Ｈ_ＯＦの磁界Ｈ_ｚを測定し、測定値Ｄを判定部１０２ａへ送る。

Ｓ２．４：制御部６ａから測定命令Ｂを受けた検出器４は、磁界Ｈ_ｚを測定し、測定値Ｃを判定部１０２ａへ送る。

Ｓ２．５：判定部１０２ａが、測定値Ｃと測定値Ｄの差分値を求める。

Ｓ２．６：判定部１０２ａが、差分値が所定の閾値以上か否かを判定する。

Ｓ２．７：差分値が所定の閾値以上の場合は、亀裂有りと決定する。

Ｓ２．８：差分値が所定より小さい場合は、亀裂無しと判断する。

このように、検出器３でオフセット磁界Ｈ_ＯＦを測定し、これを用いて、検出器４で測定した、磁界Ｈ_ｚを補正することにより、磁気ノイズ等の影響を排除して、高精度で亀裂の有無を判断できる。

なお、実施の形態１で用いたセンサヘッド１０１には、永久磁石に替えて、交流磁界やパルス磁界を印加する励磁器２を用いてもよい。この場合、励磁器２には、交流電源やパルス発生装置に接続した電磁石やコイルを使用する。また、検出器３および検出器４には、Ｈａｌｌセンサ、磁気抵抗素子、フラックスゲート、ＳＱＵＩＤ、磁気インピーダンス素子、コイルなど、交流磁界の大きさを電気信号に変換する素子を使用する。交流磁界やパルス磁界を使用することで、オフセット磁界Ｈ_ＯＦや、検査対象以外の細かな磁性体の吸着を抑えることができる。

以上のように、本発明の実施の形態１にかかる磁性体探傷装置１００ａ、１００ｂでは、センサヘッド１０１ａ、１０１ｂと磁性体１との距離であるギャップＧを計測し、計測したギャップＧにおいて磁界Ｈ_ｚが最大となるピーク位置Ｐを求め、ピーク位置Ｐに検出器４の配置することにより、ギャップＧが変化した場合でも、高精度で亀裂の検出が可能となる。

特に、磁性体探傷装置１００ｂでは、さらにｘ＝０の位置に検出部３を配置し、オフセット磁界Ｈ_ＯＦを測定し、これを用いてオフセット磁界の影響を取り除くことで、磁気ノイズ等の影響を排除して、高精度で亀裂の有無を判断できる。

また、励磁器２として、交流電源またはパルス発生装置に接続した電磁石やコイルを用いることで、オフセット磁界や、検査対象以外の細かな磁性体の吸着を抑制でき、高精度で亀裂を検出できる。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２にかかる磁性体探傷装置１００ｃのセンサヘッド１０１ｃの断面図であり、磁性体１の亀裂と直行する面で切った場合の断面を示す。図７Ｂと同一符合は、同一または相当箇所を示す。

本発明の実施の形態２にかかる磁性体探傷装置１００ｃは、上述の磁性体探傷装置１００ｂ（図７参照）とは異なり、検出器４に代えて、複数の検出素子１０ａをｘ軸方向にアレイ状に並べて構成された検出器アレイ１０が用いられる。また、検出器４の位置を制御する制御部６ｂも不要である。他の構成は、図７の磁性体探傷装置１００ｂと同様である。

磁性体探傷装置１００ｃでは、検出素子１０ａがｘ軸方向にアレイ状に並んでいるため、検出器を移動させることなく、ピーク位置の磁界Ｈ_ｚを検出することができる。このように検出器の移動が不要となるため、高速な測定が可能となる。また、移動に伴う機械的な故障も発生しない。なお、ギャップＧに対応した位置Ｐが２つの検出素子１０ａの間にある場合、磁界Ｈ_ｚの測定結果を補正してもよい。例えば、ピーク位置を挟む２つの検出素子１０ａの測定値の平均値や、複数の検出素子１０ａの測定値から、最小二乗法、スプライン法などで求めた計算値を、ピーク位置での磁界Ｈ_ｚとしても良い。これにより、ギャップＧに対応したピーク位置Ｐに検出素子１０ａが配置されていない場合であっても、検出素子１０ａのサイズよりも高い位置分解能で亀裂の検出が可能となり、検出精度を向上させることができる。

実施の形態３．
図１１は、全体が１０１ｄで表される、本発明の実施の形態３にかかる磁性体探傷装置のセンサヘッドの斜視図である。上述の実施の形態２にかかるセンサヘッド１０１ｃと異なり、励磁部が、印加磁界方向が異なる２つの励磁器１１と励磁器１２とを有する励磁部１３から構成される。印加磁界方向は、励磁器１１がｙ軸方向、励磁器１２がｘ軸方向となっている。励磁器１１、１２には、直流電源、交流電源やパルス発生装置に接続した電磁石やコイルが使用すされる。なお、励磁部１３は、ｍ個（ｍ≧２）の励磁器による構成としてもよい。

また、検出器アレイ１４は、ギャップ平面上で、励磁器１１の磁極をつなぐ直線（ｙ軸）上、および励磁器１２の磁極をつなぐ直線（ｘ軸）上に、アレイ状（十字）に検出素子１４ａを配置した構成である。なお、検出器アレイ１４は２次元アレイ状に敷詰める構成としてもよい。他の構成は、実施の形態２にかかる磁性体探傷装置のセンサヘッド１０１ｃと同様である。

次に、磁性体探傷装置１０１ｄを用いた亀裂の検出について図１２Ａ〜１２Ｃを参照しながら説明する。図１２Ａ〜１２Ｃは、磁性体１に磁界を印加した場合の、上面から見た磁束線１５、１６の分布を示す。図１２ａ〜１２ｃ中、実線は励磁器１１の磁界印加によって生じる磁束線１５、破線は励磁器１２の磁界印加によって生じる磁束線１６をそれぞれ示す。

図１２Ａは、ｙ軸方向に亀裂１７が延在する場合を示す。励磁器１１による磁束線１５は亀裂１７に分断され、励磁器１２による磁束線１６は亀裂１７による影響がない。一方、図１２Ｂは、ｘ軸方向に亀裂１８が延在する場合であり、励磁器１１による磁束線１５は亀裂１８による影響がなく、励磁器１２による磁束線１６は亀裂１８に分断される。つまり、亀裂と直交する向きに磁界を印加することで、異なる方向の亀裂を検出できる。

例えば、図１２Ｃに示すように、亀裂２１が斜め方向に延在する場合、２つの励磁器１１、励磁器１２から同時に磁界を印加し、斜め方向の磁束線１９を形成することで、亀裂２１を検出することができる。なお、磁界の印加方法としては、例えば、印加磁界方向の異なる励磁器（磁極）で交互に磁界を印加する方法や、後述する回転磁界を印加する方法が用いられる。

図１３は、磁性体１の上面から見た、磁性体１に回転磁界を印加した場合の磁界方向２２を示す。図１３中、点線は励磁器１１、１２の磁極に対応する位置を示している。また、実線は磁界方向２２、破線は磁界の回転方向２３を示す。このように、回転磁界は、磁性体１の平面上で回るように変化する磁界である。回転磁界を用いることで、磁性体１のｘｙ平面内の、あらゆる方向の亀裂を検出することができる。

図１４は、励磁器１１、１２から生じる磁界Ｈの時間ｔに対する変化と、各時間ｔにおける磁界方向２２を示す。図１４中、実線、破線はそれぞれ励磁器１１、１２の磁界Ｈを示す。励磁器１１、１２による磁界Ｈの位相が異なることで、磁性体１に印加される磁界方向２２が回転することがわかる。このように、励磁器１１、１２から、振幅が同じで位相の異なる交流磁界を同時に印加することにより、回転磁界を形成できる。

回転磁界を発生させる励磁部１３はｍ個の励磁器を組み合わせた構成でも良く、また１つの励磁器で励磁部１３を構成する場合はｎ個（ｎ≧２）の磁極を有する構成でもよい。ｍ個の励磁器を組み合わせた構成では、時間ｔでのｐ個目の励磁器における発生磁界Ｈｐが、
Ｈｐ＝Ｌ×ｓｉｎ（２×π×ｆ×ｔ＋π／ｍ×ｐ）
ｆは発生磁界の周波数
Ｌは発生磁界の振幅
を満足すれば、磁界は磁性体平面（ｘｙ平面）の中で回転する。

図１５は、３個の励磁器２４、２５、２６を組み合わせた励磁部１３の斜視図であり、３つの励磁器２４、２５、２６を、励磁器の両極の中央部に対して点対象となる位置に、６０°ずつ回転させて配置している。

ｎ個（ｎ≧２）の磁極をもつ励磁部１３の構成では、時間ｔでのｑ個目の磁極における発生磁界Ｈｑが、
Ｈｑ＝Ｌ×ｓｉｎ（２×π×ｆ×ｔ＋π／ｎ×ｑ）
を満足すれば、磁界は磁性体平面（ｘｙ平面）の中で回転する。

図１６は、１つの励磁器で励磁部１３を構成した場合の斜視図であり、１つの励磁器３０に、両極の中央部に対して点対象となるように、１２０°毎に磁極があり、各磁極の先端にコイル３１、３２、３３を配置した構成となっている。磁界を印加する励磁器（磁極）の組み合わせを変えることで、磁性体１平面（ｘｙ平面）に印加する磁界方向を変化させ、異なる方向の亀裂を検出することができる。

このように、回転磁界を用いることにより、ｘｙ平面内の、すべての方向の亀裂の検出が可能となる。

実施の形態４．
図１７は、全体が１０１ｅで表される、本発明の実施の形態４にかかるセンサヘッドの断面図であり、磁性体１の亀裂と直行する面で切った場合の断面を示す。センサヘッド１０１ｅでは、図１Ｂに示す実施の形態１にかかるセンサヘッド１０１ａとは異なり、ｘ＝０の点を挟んで、その両側に、検出器４および検出器３４がそれぞれ設けられている。ｘ＝０の位置には、検出器（例えば図７Ｂの検出器３）は設けられていない。検出器４、検出器３４には、それぞれ制御部６ｅ、制御部３５が設けられている。制御部６ｅは、２つの磁極の中央（ｘ＝０）から＋ｘ側に検出器４を移動させ、制御部３５は、２つの磁極の中央（ｘ＝０）から−ｘ側に検出器３４を移動させる。ギャップＧに対応して、検出器４でピーク位置＋Ｐ、検出器３４でピーク位置−Ｐにおいて、それぞれ磁界Ｈ_ｚの測定を行い、検出器４と検出器３４の測定値を基に、判定部１０２ｅにおいて差分を取る。これにより、出力を２倍にすることができ、検出精度が向上する。

図１８は、センサヘッド１０１ｅを用いた亀裂検出方法のフローチャートを示す。亀裂検出方法は、以下に示すＳ３．１〜Ｓ３．９の各工程を含む。

Ｓ３．１：ギャップ計測器５で、ギャップＧを計測し、計測結果を制御部６ｅに送る。

Ｓ３．２：上述の式（１）から、制御部３５は、ギャップＧに対応するピーク位置を求め、検出器３４をピーク位置−Ｐに移動させる。

Ｓ３．３：上述の式（１）から、制御部６ｅは、ギャップＧに対応するピーク位置を求め、検出器４をピーク位置Ｐに移動させる。式（１）は、あらかじめ取得されて、制御部６ｅ内に記録される。

Ｓ３．４：制御部３５から測定命令Ｂを受けた検出器３４は、磁界Ｈ_ｚを測定し、測定値−Ｃを判定部１０２ｅに送る。

Ｓ３．５：制御部６ｅから測定命令Ｂを受けた検出器４は、磁界Ｈ_ｚを測定し、測定値Ｃを判定部１０２ｅに送る。

Ｓ３．６：判定部１０２ｅで、測定値Ｃと測定値−Ｃの差分を取り、差分値を求める。

Ｓ３．７：判定部１０２ｅにおいて、Ｓ３．６で求めた差分値が、所定の閾値以上か否かを判定する。

Ｓ３．８：差分値が所定の閾値以上の場合は、亀裂有りと決定する。

Ｓ３．９：差分値が所定より小さい場合は、亀裂無しと判断する。

このように、本発明の実施の形態４では、測定値Ｃと測定値−Ｃの差分を取ることで、出力を２倍にすることができ、検出精度が向上する。

実施の形態５．
図１９は、全体が１００ｆで表される、本発明の実施の形態５にかかる磁性体探傷装置の構成を示すブロック図である。磁性体探傷装置１００ｆでは、実施の形態１の図７Ａに示す磁性体探傷装置１００ｂに対して、更に、ギャップ制御部１０４ｆとデータ保持部１０３ｆとを備える。ギャップ制御部１０４ｆは、ギャップＧを任意に変更でき、データ保持部１０３ｆは、各ギャップＧに対して、亀裂が無いときの磁界Ｈ_ｚの値を保持する。

即ち、亀裂が無い磁性体上において、判定部１０２ｆで設定したギャップ制御信号Ｅ（ギャップＧの上限値とギャップＧの増加幅）を受けて、ギャップ制御部１０４ｆは、ギャップＧを制御する。ギャップ制御部１０４ｆからのギャップ制御終了信号Ｆを受けて、センサヘッド１０１ｆで、ギャップＧと磁界Ｈ_ｚを測定し、ギャップ計測値Ａ’と測定結果（亀裂無し測定値Ｄ’、Ｃ’）をデータ保持部に保存する。さらに、判定部１０２ｆにおいて、検出器３、検出器４による磁界の測定値Ｄ、Ｃと、データ保持部１０３ｆから読み込んだ亀裂無し測定値Ｄ’、Ｃ’との差分をとることで、励磁器からの磁界を含むバックグラウンドの磁界の影響を無くすことができ、亀裂の検出精度が向上する。なお、ギャップ制御部１０４ｆには、リニアステージや巻き上げ機など、センサヘッド１０１ｆのギャップを変更できる装置を用いればよい。

図２０は、ギャップ平面における、亀裂有の磁界（図３Ｂ参照）と、亀裂無しの磁界（図３Ｃ参照）との差分を取った、亀裂に由来する磁界Ｈ_ｚＣＬと位置ｘとの関係を示す。図２０に示すように、亀裂に由来するＨ_ｚＣＬは、亀裂の端部から生じ、その対称性からｘ＝０の点で０となり、中心から一定距離はなれた位置ｘ＝Ｐで最大となる。

図１９に示すように、判定部１０２ｆで、測定値Ｃ、Ｄと、この測定値Ｃ、Ｄを取得したときのギャップＧに対応する亀裂無し測定値Ｃ’、Ｄ’との差分を取ることで、亀裂に由来した磁界Ｈ_ｚＣＬのみを評価でき、亀裂の検出精度が向上する。

図２１は、本発明の実施の形態５にかかる磁性体探傷装置１００ｆを用いた、亀裂無し測定値収集方法のフローチャートを示す。亀裂無し測定値収集方法は、以下に示すＳ４．１〜Ｓ４．９の各工程を含む。

Ｓ４．１：判定部１０２ｆは、亀裂検出時に想定されるギャップＧの最大値を上限値として設定する。

Ｓ４．２：判定部１０２ｆは、測定でのギャップＧの増加幅を設定し、Ｓ４．１のギャップＧの上限値を含めたギャップ制御信号Ｅをギャップ制御部１０４ｆに送る。ギャップＧの増加幅は、亀裂検出時に想定されるギャップＧの変動から、固定値または変動値を使用してよい。

Ｓ４．３：ギャップ制御信号Ｅを受けたギャップ制御部１０４ｆは、ギャップＧが最小となるようにセンサヘッド１０１ｆを移動する。

Ｓ４．４：制御部６ｆは、上述の式（１）を用いて、ギャップＧに対応して磁界Ｈ_ｚがピークとなるピーク位置Ｐを求め、検出器４を位置Ｐまで移動させる。式（１）は、あらかじめ取得して、制御部６ｆ内に記録される。ここでギャップＧの実測値は、ギャップ計測器５ｆで計測し、計測値Ａ’としてデータ保持部１０３ｆに送られる。

Ｓ４．５：制御部６ｆから測定命令Ｂを受けた検出器３は、磁界Ｈ_ｚを測定し、測定値Ｄ’をデータ保持部１０３ｆへ送る。

Ｓ４．６：制御部６ｆから測定命令Ｂを受けた検出器４は、磁界Ｈ_ｚを測定し、測定値Ｃ’をデータ保持部１０３ｆへ送る。

Ｓ４．７：データ保持部１０３ｆは、ギャップＧ、測定値Ｃ’、Ｄ’を計測値Ａ’と対応付けて、亀裂無し測定値として保存する。

Ｓ４．８：判定部１０２ｆは、ギャップＧが上限値か否かを判定する。

Ｓ４．９：ギャップＧが上限値ではない場合、ギャップ制御部１０４ｆはギャップ制御信号Ｅを受けてギャップＧを増加させ、ギャップが上限になるまでステップＳ４．４〜Ｓ４．９を繰り返す。ギャップＧが上限値になった場合、測定値の収集を終了する。

なお、亀裂無し測定値としては理論計算による算出値や、電磁界シミュレーターを用いた解析値を用いてもよい。

図２２は、実施の形態５にかかる亀裂検出方法のフローチャートを示す。亀裂検出方法は、以下に示すＳ５．１〜Ｓ５．１１の各工程を含む。

Ｓ５．１：ギャップ計測器５ｆは、ギャップＧを計測し、計測結果を制御部６ｆへ送る。

Ｓ５．２：データ保持部１０３ｆは、計測したギャップＧの測定値に対応する亀裂無し測定値Ｃ’、Ｄ’を抽出し、判定部１０２ｆへ送る。

Ｓ５．３：制御部６ｆは、式（１）を用いて、ギャップＧに対応して、磁界Ｈ_ｚがピークとなるピーク位置Ｐを求め、検出器４を位置Ｐまで移動させる。式（１）は、あらかじめ取得して、制御部６ｆ内に記録される。

Ｓ５．４：制御部６ｆから測定命令Ｂを受けた検出器３は、磁界Ｈ_ｚを測定し、測定値Ｄを判定部１０２ｆへ送る。

Ｓ５．５：制御部６ｆから測定命令Ｂを受けた検出器４は、磁界Ｈ_ｚを測定し、測定値Ｃを判定部１０２ｆへ送る。

Ｓ５．６：判定部１０２ｆは、測定値Ｄと、データ保持部１０３ｆから抽出した亀裂無し測定値Ｄ’との差分を取って、差分値とする。

Ｓ５．７：判定部１０２ｆは、測定値Ｃと、データ保持部１０３ｆから抽出した亀裂無し測定値Ｃ’との差分を取って、差分値とする。

Ｓ５．８：判定部１０２ｆは、Ｓ５．７の差分値とＳ５．６の差分値とで、さらに差分を取る。

Ｓ５．９：判定部１０２ｆは、Ｓ５．８の差分値が閾値以上か否かを判定することで、亀裂の有無を決定する。

Ｓ５．１０：差分値が閾値以上の場合は、亀裂有りと判断する。

Ｓ５．１１：差分値が閾値より小さい場合は、亀裂無しと判断する。

以上で、本発明の実施の形態５にかかる亀裂検出方法が終了する。

なお、制御部６ａ、６ｂ、６ｆ、判定部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｆ、ギャップ制御部１０４ｆは、各処理を行う処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリ及びメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央演算装置）を備える制御回路であってもよい。メモリは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリなどの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどである。

図２３は、処理回路がＣＰＵを備える制御回路である場合の制御回路４００の構成である。図２３に示すように、制御回路４００は、ＣＰＵであるプロセッサ４０１と、メモリ４０２とを備える。プロセッサ４０１とメモリ４０２とは、データバス４０３で接続される。各処理に対応するプログラムがメモリ４０２に記憶されており、プロセッサ４０１がメモリ４０２からプログラムを読み出して実行することにより、各処理が実行される。メモリ４０２は、プロセッサ４０１が実行する各処理において、一時メモリとして使用される。また、メモリ４０２は、データ保持部１０３ｆとしても使用される。

実施の形態６．
図２４は、本発明の実施の形態６にかかる、磁性体探傷装置１００が車体に取り付けられた場合の、側面図であり、実施の形態１〜５に示した磁性体探傷装置１００ａ〜１００ｆが車両２００の下部に磁性体探傷装置１００として設置されている。車両２００に取り付けた磁性体探傷装置１００は、道路表面のアスファルト３０３の下にあるデッキプレート３０２の亀裂を探傷する。なお、デッキプレート３０２はＵ字リブ３０１に溶接され、床版３００を構成している。

このように、磁性体探傷装置１００を車体に取り付けることにより、床版３００内部のデッキプレート３０２の亀裂の有無を検出することが可能となる。

１ 磁性体、２ 励磁器、３、４ 検出器、５ ギャップ計測器、６ 制御部、７ 亀裂、８ 磁束線、９ 亀裂に由来した磁束線、１０ 検出器アレイ、１１ 励磁器、１２ 励磁器、１３ 励磁部、１４ 検出器アレイ、１５、１６ 磁束線、１７、１８ 亀裂、１９、２０ 磁束線、２１ 亀裂、２２ 磁界方向、２３ 磁界の回転方向、２４、２５、２６ 励磁器、２７、２８、２９ コイル、３０ 励磁器、３１、３２、３３ コイル、３４ 検出器、３５ 制御部、１００ 磁性体探傷装置、１０１ センサヘッド、１０２ 判定部、１０３ データ保持部、１０４ ギャップ制御部、２００ 車両、３００ 床版、３０１ Ｕ字リブ、３０２ デッキプレート、３０３ アスファルト。

Claims (9)

1. 磁性体の亀裂を非破壊で検査する磁性体探傷装置であって、
   前記磁性体の表面に平行なギャップ平面上に両極が配置され、前記磁性体に対して磁界を印加する励磁器と、
   前記磁性体の表面と前記ギャップ平面との間の距離を測定するギャップ計測器と、
   前記励磁器の両極を結ぶ直線上に配置され、前記励磁器の磁界印加により前記磁性体で生じた前記磁性体の表面に垂直な方向の磁界Ｈ_ｚを測定する第１検出器と、
   前記ギャップ平面上で前記第１検出器を移動させる第１制御部と、
   前記第１検出器の測定結果から前記亀裂の有無を判断する判定部と、を含み、
   前記第１制御部は、前記ギャップ計測器が測定した前記距離から前記磁界Ｈ_ｚが最大となる位置を検出し、その位置に前記第１検出器を移動させて前記磁界Ｈ_ｚを測定することを特徴とする磁性体探傷装置。
2. 前記両極の中央部の前記ギャップ平面上に、前記中央部において前記磁性体の表面に垂直な方向の磁界Ｈ_ＯＦを測定する第２検出器を含み、
   前記判定部は、前記磁界Ｈ_ｚと前記磁界Ｈ_ＯＦとの差分を用いて前記亀裂の有無を判断することを特徴とする請求項１に記載の磁性体探傷装置。
3. 前記励磁器の両極を結ぶ直線上に、前記両極の中央部を挟んで前記第１検出器と反対側に配置された第３検出器と、
   前記ギャップ平面上で前記第３検出器を移動させる第２制御部と、を含み、
   前記第２制御部は、前記ギャップ計測器が測定した前記距離から前記磁界Ｈ_ｚが最大となる位置を検出し、前記その位置に前記第３検出器を移動させて前記磁界Ｈ_ｚを測定し、前記第１検出器が測定した前記磁界Ｈ_ｚと前記第３検出器が測定した前記磁界Ｈ_ｚとの差分を用いて前記亀裂の有無を判断することを特徴とする請求項１に記載の磁性体探傷装置。
4. 磁性体の亀裂を非破壊で検査する磁性体探傷装置であって、
   前記磁性体の表面に平行なギャップ平面上に両極が配置され、前記磁性体に対して磁界を印加する励磁器と、
   前記磁性体の表面と前記ギャップ平面との間の距離を測定するギャップ計測器と、
   前記励磁器の両極を結ぶ直線上に配置された複数の検出器からなり、前記励磁器の磁界印加により前記磁性体で生じた、前記磁性体の表面に垂直な方向の磁界Ｈ_ｚを測定する検出器アレイと、
   前記検出器アレイの測定結果から前記亀裂の有無を判断する判定部と、を含み、
   前記検出器アレイに含まれる前記検出器のいずれかは、前記磁界Ｈ_ｚが最大となる位置で前記磁界Ｈ_ｚを測定することを特徴とする磁性体探傷装置。
5. ２組の前記検出器アレイおよび前記励磁器が、それぞれの励磁器の両極を結ぶ直線が互いに直交するように、前記ギャップ平面上に配置されたことを特徴とする請求項４に記載の磁性体探傷装置。
6. 前記励磁器の両極の中央部に対して回転対象となる位置に、前記ギャップ平面上に配置された複数の励磁器を有する励磁部を備え、
   前記励磁部で囲まれた前記ギャップ平面に、前記検出器アレイが２次元に配置されたことを特徴とする請求項４に記載の磁性体探傷装置。
7. 前記ギャップ計測器が測定した前記距離から前記磁界Ｈ_ｚが最大となる位置を検出し、その位置に配置された前記検出器で前記磁界Ｈ_ｚを測定することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の磁性体探傷装置。
8. 亀裂の無い磁性体の表面とギャップ平面との間の距離と、前記距離に対応するバックグラウンド磁界Ｈ_ｚとの関係を格納するデータ保持部を含み、
   測定した前記磁界Ｈ_ｚと前記バックグラウンド磁界Ｈ_ｚとの差分を用いて、前記亀裂の有無を判断することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁性体探傷装置。
9. 前記励磁器は、交流電源またはパルス発生装置に接続した、電磁石またはコイルであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁性体探傷装置。

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