WO2019107575A1 - 欠陥測定装置、欠陥測定方法および検査プローブ - Google Patents

欠陥測定装置、欠陥測定方法および検査プローブ Download PDF

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秀彦 末次
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Definitions

  • a defect measuring device concerning one mode of the present invention is a defect measuring device which inspects a defect of a magnetic material member, and is opposite to the magnet and the magnetic material member to the magnet.
  • An inspection provided with a yoke disposed on the side and a magnetic sensor disposed between the yoke and the magnetic member and detecting a magnetic flux density flowing through a magnetic circuit formed by the magnet, the yoke, and the magnetic member
  • a calculating unit that calculates a depth of a defect of the magnetic member based on an output of the magnetic sensor, and the yoke includes a first opposing surface facing the magnetic member with the magnet interposed therebetween. And a second facing surface facing the magnetic member through the magnetic sensor, and the second facing surface is located closer to the magnetic member than the first facing surface.
  • the large diameter yoke 12 is disposed coaxially with the small diameter yoke 11 and is connected (connected) to the small diameter yoke 11 by fitting to the end of the small diameter yoke 11. Therefore, due to the difference in outer diameter between the small diameter yoke 11 and the large diameter yoke 12, a step is formed on the yoke 1 along the outer periphery.
  • the first outer circumferential surface 11a is located at the lower stage and the second outer circumferential surface 12a is located at the upper stage, with the level difference interposed therebetween.
  • the magnet 2 is disposed on the lower first outer peripheral surface 11a, and the Hall element 3 is disposed on the upper second peripheral surface 12a.
  • the small diameter yoke 11 and the large diameter yoke 12 are connected along the axial direction of the magnetic pipe P, and as described above, since the large diameter yoke 12 is larger in diameter than the small diameter yoke 11, the second outer peripheral surface 12a is located closer to the magnetic pipe P than the first outer peripheral surface 11a.
  • the thickness reduction calculation unit 25 calculates the output voltage of the Hall element 3 stored in the storage unit 22 and the relational expression indicating the relationship between the output voltage of the Hall element 3 and the thickness reduction of the magnetic tube P. To determine the presence or absence of wall thinning, and calculate the wall thinning depth of the magnetic pipe P.
  • calculation unit 23 may be provided in the same housing as the detection unit 21 and the storage unit 22 or may be provided separately. In the latter case, the calculation unit 23 obtains information stored in the storage unit 22 through wired communication, wireless communication, or a removable storage medium, and performs calculation processing.
  • the Hall element 3 is used as a magnetic sensor for detecting the magnetic flux flowing through the magnetic circuit.
  • various magnetic sensors capable of detecting a change in magnetic flux density flowing through the magnetic circuit can be used as the magnetic sensor.
  • the inspection probe 100 is inserted into the inside of the magnetic tube P to be inspected, and the output of the Hall element 3 is measured at an arbitrary point, thereby determining the presence or absence of the thickness loss at the arbitrary point of the magnetic tube P And, measurement of the thickness reduction may be performed.
  • two inspection probes 101 and 102 having different sizes are manufactured, and the output voltage of the Hall element 3 is measured to determine the optimum range of various parameters.
  • the inspection probe 101 is a probe used for thickness reduction measurement of the magnetic pipe P1 which consists of carbon steel with an outer diameter of 19 mm, and thickness 2.0 mm.
  • inspection probe 102 is a probe used for thickness reduction measurement of the magnetic pipe P2 of outer diameter 25.4 mm and thickness 3.4 mm.
  • the inspection probe 101 is designed to have an outer diameter smaller than that of the inspection probe 102 so that the inspection probe 101 can be inserted into the inside of the magnetic pipe P1 having a diameter smaller than that of the magnetic pipe P2.
  • Three arc-shaped (or annular) magnets of a magnet 2, a magnet 4 and a magnet 5 are disposed on the first outer peripheral surface 11 a of the small diameter yoke 11.
  • the magnet 2, the magnet 4 and the magnet 5 are all 50 M and are arranged in this order from the large diameter yoke 12 side.
  • the magnet 2 and the magnet 5 are polarized in the direction opposite to the magnetic tube P.
  • the magnet 4 is polarized in the axial direction of the magnetic tube P.
  • the hall element 3 is disposed on the second outer peripheral surface 12 a of the large diameter yoke.
  • Hall element 3 Length 2 mm x depth 2 mm x thickness 1 mm
  • Small diameter yoke 11 Outer diameter (D1) 6 mm, protruding length (L4) 30 mm Magnet 2: Outer diameter (D2) 14 mm, length (L1) 40 mm, thickness (T) 4 mm Magnet 4: Outer diameter (D2) 14 mm, length (L2) 40 mm, thickness (T) 4 mm Magnet 5: Outer diameter (D2) 14 mm, length (L3) 40 mm, thickness (T) 4 mm
  • Hall element 3 Length 2 mm x depth 2 mm x thickness 1 mm
  • Small diameter yoke 11 Outer diameter (d1) 9.6 mm, protruding length (l4) 30 mm Magnet 2: Outer diameter (d2) 17.6 mm, length (l1) 40 mm, thickness (t) 4 mm Magnet 4: Outer diameter (d2) 17.6 mm, length (12) 40 mm, thickness (t)
  • FIG. 9 is an enlarged view of the inspection probe 101 and the inspection probe 102 shown by (a) and (b) in FIG.
  • the length A of the large diameter yoke 12 in the inspection probe 101 and the inspection probe 102 (the length in the axial direction of the magnetic tube) A, the outer diameter B of the large diameter yoke 12,
  • the optimum range of the position C of the end face (end) 3a of the Hall element 3 from the end face 2a of the magnet 2 was determined.
  • the outer diameter of the magnetic tube and the length A of the large diameter yoke 12 were changed, and the results of the evaluation were shown in Tables 1A and 1B.
  • Tables 1A and 1B As a result of the measurement, when the length A of the large diameter yoke 12 is 0.25 times or more and less than 0.35 times the outer diameter of the magnetic tube, the output of the Hall element 3 in the range of 0 to 100% There were a range in which the voltage was negative and a range in which the voltage was positive.
  • the output voltage of the Hall element 3 becomes negative in the entire range of the cross-sectional defect rate of 0 to 100%.
  • the outer diameter of the magnetic tube and the outer diameter B of the large diameter yoke 12 were changed, and the results of evaluation by the above evaluation method are shown in Tables 2A and 2B.
  • Tables 2A and 2B As a result of the measurement, when the outer diameter B of the large diameter yoke 12 is 0.51 times or more and less than 0.55 times the outer diameter of the magnetic tube, the output of the Hall element 3 in the range of 0 to 100% There were a range in which the voltage was negative and a range in which the voltage was positive.
  • the output voltage of the Hall element 3 becomes negative in the entire range of the cross-sectional defect rate of 0 to 100%.
  • the outer diameter of the magnetic tube and the position C of the end face 3a of the Hall element 3 were changed, and the result of evaluation by the above evaluation method is shown in Table 3.
  • Table 3 As a result of the measurement, when the position C of the end face 3a of the Hall element 3 is in the range of more than 2.5 mm and 5.5 mm or less from the end face 2a of the magnet 2, the output voltage of the Hall element 3 in the range of 0 to 100% There is a range where is negative and a range where is positive. Further, when the position C of the end face 3a of the Hall element 3 is within the range of 2.5 mm or less from the end face 2a of the magnet 2, the output voltage of the Hall element 3 becomes negative in the whole range of 0 to 100% .
  • the position C of the end face 3a of the Hall element 3 is preferably in the range of 5.5 mm or less from the end face 2a of the magnet 2 regardless of the outer diameter of the magnetic tube. It is more preferable to be in the following range.
  • the inspection probe is inserted into the inside of the substantially cylindrical magnetic member, and the yoke is substantially parallel to the inner surface of the magnetic member.
  • a small diameter portion having the first opposing surface, and a large diameter portion having the second opposing surface substantially parallel to the inner surface, the small diameter portion and the large diameter portion of the magnetic member It may be connected along the axial direction.
  • the length of the large diameter portion in the axial direction may be 0.25 or more times the outer diameter of the magnetic member.
  • the outer diameter of the large diameter portion may be 0.51 or more times the outer diameter of the magnetic member.
  • the outer diameter of the large diameter portion By setting the outer diameter of the large diameter portion to the above value or more, it becomes easy to cause the magnetic flux density to increase on the magnetic circuit as the depth of the defect of the magnetic member increases.
  • the magnetic sensor may be disposed within a range of 5.5 mm or less from the end of the magnet.
  • the magnetic sensor By disposing the magnetic sensor within the above range, it is possible to preferably detect the magnetic flux density, which increases as the depth of the defect of the magnetic member becomes larger, by the magnetic sensor.
  • An inspection probe is an inspection probe for inspecting a defect of a magnetic member, and includes a magnet, and a yoke disposed on the opposite side of the magnet to the magnetic member. And a magnetic sensor disposed between the yoke and the magnetic member to detect a magnetic flux density flowing in a magnetic circuit formed by the magnet, the yoke, and the magnetic member, the yoke sandwiching the magnet. And a second opposing surface facing the magnetic material member with the magnetic sensor interposed therebetween, the second opposing surface being closer than the first opposing surface. It is located on the magnetic member side.

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Abstract

検査プローブ（１００）は、ヨーク（１）、磁石（２）および磁性体管（Ｐ）が形成する磁気回路を流れる磁束密度を検出するホール素子（３）を備え、ヨーク（１）の第２外周面（１２ａ）は、第１外周面（１１ａ）よりも磁性体管（Ｐ）側に位置している。

Description

欠陥測定装置、欠陥測定方法および検査プローブ
　本発明は、磁性体からなる部材の欠陥を測定する欠陥測定装置、欠陥測定方法、および上記欠陥の測定に用いられる検査プローブに関するものである。
　従来、磁性体部材における減肉や亀裂等の欠陥（欠損）の有無を調べるための検査方法として、特許文献１に開示されている漏洩磁束法（ＭＦＬ；Magnetic Flux Leakage）等が知られている。また、特許文献２には、磁性体部材における欠陥を定量的に測定するための検査方法として、磁束抵抗法が提案されている。
日本国公開特許公報「特開２００４－２１２１６１号公報（２００４年７月２９日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１７－０２６３５３号公報（２０１７年２月２日公開）」
　しかしながら、検査プローブに配置することができる磁石のサイズには制約がある。そのため、特許文献２の技術では、測定対象が小径の磁性体部材や厚肉の磁性体部材である場合、磁束抵抗法によって欠陥を定量的に測定するために必要な磁束密度が得られず、定量的な測定が難しくなる可能性がある。
　本発明の一態様は、小径の磁性体部材や厚肉の磁性体部材においても欠陥を定量的に測定することができる欠陥測定装置、欠陥測定方法および検査プローブを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る欠陥測定装置は、磁性体部材の欠陥を検査する欠陥測定装置であって、磁石と、前記磁石に対して前記磁性体部材とは反対側に配置されるヨークと、前記ヨークと前記磁性体部材との間に配置され、前記磁石、前記ヨークおよび前記磁性体部材が形成する磁気回路を流れる磁束密度を検出する磁気センサとを備える検査プローブと、前記磁気センサの出力に基づいて、前記磁性体部材の欠陥の深さを算出する算出部とを含み、前記ヨークは、前記磁石を挟んで前記磁性体部材と対向する第１対向面と、前記磁気センサを挟んで前記磁性体部材と対向する第２対向面とを有し、前記第２対向面は、前記第１対向面よりも前記磁性体部材側に位置している。
　上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る欠陥測定方法は、磁性体部材の欠陥を検査する欠陥測定方法であって、前記欠陥測定装置を用いて、前記磁性体部材の欠陥を検査する。
　上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る検査プローブは、磁性体部材の欠陥を検査するための検査プローブであって、磁石と、前記磁石に対して前記磁性体部材とは反対側に配置されるヨークと、前記ヨークと前記磁性体部材との間に配置され、前記磁石、前記ヨークおよび前記磁性体部材が形成する磁気回路を流れる磁束密度を検出する磁気センサとを備え、前記ヨークは、前記磁石を挟んで前記磁性体部材と対向する第１対向面と、前記磁気センサを挟んで前記磁性体部材と対向する第２対向面とを有し、前記第２対向面は、前記第１対向面よりも前記磁性体部材側に位置している。
　本発明の一態様によれば、小径の磁性体部材や厚肉の磁性体部材においても欠陥を定量的に測定することができるという効果を奏する。
本発明の実施形態１に係る減肉測定装置で用いられる検査プローブの構成を示す模式図である。 図１に示した検査プローブの減肉測定時における状態を示す模式図である。 図１に示した検査プローブが備えるホール素子から出力される電圧と、磁性体管の減肉率との関係を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、外部磁場（磁界）Ｈと、外部磁場Ｈに置かれた磁性体管に作用する磁束密度Ｂと、Ｂ＝μＨの関係から求めた磁性体管の比透磁率μとの関係を示すグラフである。 （ａ）は、比較用検査プローブを用いた減肉測定時における磁束密度の分布例を示す模式図であり、（ｂ）は、図１に示した検査プローブを用いた減肉測定時における磁束密度の分布例を示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る減肉測定装置に備えられる処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る減肉測定装置における処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態２に係る検査プローブの構成を示す模式図である。 図８の（ａ）および（ｂ）に示した検査プローブの破線枠囲み部分の拡大図である。
　本発明の検査対象である磁性体部材は、磁性体からなる部材であり、例えば、磁性体からなるケーブル、ワイヤ、板状部材、各種構造物等が挙げられる。磁性体部材の欠陥としては、減肉状の欠陥（以下、減肉と称する）、亀裂状の欠陥等が挙げられる。該減肉とは、機械的な摩耗や、化学的な腐食によって厚みが薄くなる現象である。
　本発明の一実施形態について説明する。本実施形態では、磁性体部材として磁性体管を検査対象とし、磁気センサとしてホール素子を用いて、減肉を検査する実施形態について説明する。ただし、本発明は、検査対象が磁性体管に限られるものではなく、検査内容が減肉の検査に限られるものでもない。
　本実施形態では、本発明の磁性体部材と磁石とが対向する方向における欠陥の深さを、「減肉深さ」と称する。また、本発明の磁気センサの出力に基づいて、欠陥の有無を判定し、磁性体部材と磁石とが対向する方向における欠陥の深さを算出する算出部を、「減肉深さ算出部」と称する。さらに、本発明の欠陥測定装置を、「減肉測定装置」と称する。
　（１．検査プローブの構成）
　図１は、本実施形態に係る検査プローブ１００の構成を示す模式図である。なお、本明細書では、便宜上、ヨークの中心軸を通る平面で２等分した場合の検査プローブの構成を図示している。
　本実施形態では、検査プローブ１００を略円筒状の磁性体管の内部（管内）に挿入して移動させることにより、後述する磁束抵抗法（ＭＦＲ；Magnetic Flux Resistance）を用いて磁性体管の減肉の検査を行う。検査対象の磁性体管としては、例えば、炭素鋼、フェライト系ステンレス鋼、フェライト相およびオーステナイト相の二相からなる二相ステンレス鋼等の磁性体からなる管体を用いることができる。
　図１に示すように、検査プローブ１００は、ヨーク１と、磁石２と、ホール素子３と、を備える。ヨーク１は、小径ヨーク（小径部）１１と大径ヨーク（大径部）１２とを含む。小径ヨーク１１は、磁性体からなる略円柱状の部材であり、第１外周面（第１対向面）１１ａを有する。大径ヨーク１２は、磁性体からなる略円柱状の部材であり、第２外周面（第２対向面）１２ａを有する。大径ヨーク１２は、小径ヨーク１１より直径が大きくなっている。大径ヨーク１２は、小径ヨーク１１と同軸上に配置され、小径ヨーク１１の端部に嵌合することにより、小径ヨーク１１に連結（連接）される。そのため、小径ヨーク１１と大径ヨーク１２との外径差により、ヨーク１には外周に沿って段差が形成される。この段差を挟んで、下段に第１外周面１１ａが位置し、上段に第２外周面１２ａが位置する。下段の第１外周面１１ａには磁石２が配置され、上段の第２外周面１２ａにはホール素子３が配置される。
　ヨーク１を構成する磁性体としては、例えば、炭素鋼や低合金鋼等の高透磁率金属を用いることができる。なお、小径ヨーク１１および大径ヨーク１２の形状は特に限定されるものではなく、例えば、棒状、板状、多角柱状、中空円筒状等の形状が挙げられる。
　磁石２は、磁石２の端面（端部）２ａ側に大径ヨーク１２が位置するように、上記段差に沿って小径ヨーク１１の第１外周面１１ａに配置される。磁石２は、例えば円弧状（または環状）であり、検査プローブ１００が磁性体管の内部に挿入された際に、一方の磁極が小径ヨーク１１と対向し、他方（反対側）の磁極が磁性体管と対向するように、磁性体管の半径方向に磁極を向けて配置される。すなわち、磁石２は、磁性体管と対向する方向に分極している。なお、図１では、磁石２のＮ極がヨーク１側に配置され、Ｓ極が磁性体管側に配置される例を示している。ただし、これに限られるものではなく、Ｓ極をヨーク１側に配置し、Ｎ極を磁性体管側に配置してもよい。
　ホール素子（磁気センサ）３は、ホール素子３を通過する磁束密度の多寡に応じて出力電圧が変化する。図１に矢印で示すように、ヨーク１と磁石２とは、磁気回路を形成している。ホール素子３は、当該磁気回路上に設けられている。図１では、磁性体管の軸方向における磁石２の端面２ａ側において、大径ヨーク１２の第２外周面１２ａにホール素子３が設けられている例を示している。ホール素子３は、当該ホール素子３を通過する磁束密度が大きくなると出力電圧が減少する向き、すなわち、負（マイナス）の出力電圧が増加する向きで磁気回路上に配置されている。
　（２．磁束抵抗法の概要）
　図２は、磁性体管Ｐの減肉測定時における検査プローブ１００を模式的に示した図である。図２の（ａ）は、検査プローブ１００が空中にある場合を、図２の（ｂ）は、磁性体管Ｐに減肉が生じている場合を、図２の（ｃ）は、磁性体管Ｐに減肉が生じていない場合を示している。本実施形態に係る検査プローブ１００は、検査プローブ１００が磁性体管Ｐの内部に挿入されることにより、検査プローブ１００のヨーク１および磁石２と、磁性体管Ｐとが磁気回路を形成する。
　図２の（ａ）に示すように、検査プローブ１００が空中にある場合、すなわち、磁気回路内に検査対象の磁性体管Ｐが存在しない場合には、磁気回路における磁気抵抗が大きい。そのため、磁気回路全体を流れる磁束密度は小さくなる。
　図２の（ｂ）に示すように、磁気回路内に検査対象の磁性体管Ｐが存在する場合には、図２の（ａ）に示した検査プローブ１００が空中にある場合よりも磁気回路における磁気抵抗は小さい。そのため、図２の（ａ）に示す状態よりも磁気回路全体を流れる磁束密度は大きくなる。一方、減肉が生じているため、図２の（ｃ）に示した磁性体管Ｐに減肉が生じていない場合よりも磁気回路における磁気抵抗は大きい。そのため、図２の（ｃ）に示す状態よりも磁気回路全体を流れる磁束密度は小さくなる。
　図２の（ｃ）に示すように、磁性体管Ｐに減肉が生じていない場合（健全部の場合）には、図２の（ｂ）に示した磁性体管Ｐに減肉が生じている場合よりも磁気回路における磁気抵抗はさらに小さい。そのため、図２の（ｂ）に示す状態よりも磁気回路全体を流れる磁束密度はさらに大きくなる。
　図２の（ｂ）および（ｃ）に示すように、検査プローブ１００が磁性体管Ｐの内部に挿入された場合、小径ヨーク１１の第１外周面１１ａは、磁石２を挟んで磁性体管Ｐと対向し、磁性体管Ｐの内面に略平行である。また、大径ヨーク１２の第２外周面１２ａは、ホール素子３を挟んで磁性体管Ｐと対向し、磁性体管Ｐの内面に略平行である。小径ヨーク１１と大径ヨーク１２とは磁性体管Ｐの軸方向に沿って連接しており、かつ、上述のとおり、大径ヨーク１２は小径ヨーク１１よりも直径が大きいため、第２外周面１２ａは第１外周面１１ａよりも磁性体管Ｐ側に位置する。
　ここで、検査プローブ１００が磁性体管Ｐの内部に挿入された場合、ホール素子３を挟んで互いに対向する大径ヨーク１２と磁性体管Ｐとの間、すなわち、第２外周面１２ａと磁性体管Ｐの内面との間にわたって磁束が生じる。この磁束は、磁石２の端面２ａから所定の範囲内にある位置Ｃでは、磁気回路全体を流れる磁束密度が大きくなる（磁性体管Ｐの減肉深さが小さくなる）につれて、通過する磁束密度が小さくなるように変化する。これに対し、上記磁束は、磁石２の端面２ａから所定の範囲を超えた位置Ｄでは、磁気回路全体を流れる磁束密度が大きくなる（磁性体管Ｐの減肉深さが小さくなる）につれて、通過する磁束密度が大きくなるように変化する。
　磁石２の端面２ａから所定の範囲内にある位置Ｃを通過する磁束密度は、位置Ｄを通過する磁束密度に比べて大きく、また、磁性体管Ｐの減肉深さに応じた変化量が大きい。そのため、検査プローブ１００では、磁石２の端面２ａから所定の範囲内にある位置Ｃにホール素子３を配置し、ホール素子３の出力電圧を測定することよって、磁性体管Ｐの減肉の有無を判定し、磁性体管Ｐの肉厚および減肉深さを算出する。これにより、磁性体管Ｐの減肉の有無、並びに、磁性体管Ｐの肉厚および減肉深さを好適に測定することができる。
　なお、本実施形態における磁性体管Ｐの肉厚とは、磁性体管Ｐと磁石２とが対向する方向における磁性体管Ｐの厚みである。
　図３は、ホール素子３から出力される電圧と、磁性体管Ｐの減肉率との関係を示すグラフである。図３では、磁性体管Ｐに減肉が生じておらず、健全である場合のホール素子３の出力電圧を０Ｖとして示している。
　上述のとおり、ホール素子３は、ホール素子３を通過する磁束密度が大きくなると出力電圧が減少する向き、すなわち、負（マイナス）の出力電圧が増加する向きで磁気回路上に配置されている。
　図３に示すように、検査プローブ１００が空中にある場合には、位置Ｃに配置されたホール素子３を通過する磁束密度が大きい。そのため、ホール素子３の出力電圧は小さい値（負の出力電圧が大きい値）となる。一方、検査プローブ１００が、磁性体管Ｐの内部にあり、磁性体管Ｐに減肉が生じていない場合には、位置Ｃに配置されたホール素子３を通過する磁束密度が小さくなる。そのため、ホール素子３の出力電圧は大きい値（負の出力電圧が小さい値）となる。そして、磁性体管Ｐに減肉が生じている場合には、ホール素子３は、減肉率に応じた電圧を出力する。例えば、磁性体管Ｐに、２５％、５０％、７５％の減肉率で減肉が生じている場合には、位置Ｃに配置されたホール素子３を通過する磁束密度が段階的に大きくなる。そのため、ホール素子３はそれぞれの減肉率に応じて段階的に小さい値（負の出力電圧が大きい値）の電圧を出力する。
　なお、本実施形態における減肉率とは、健全な状態における磁性体管Ｐの肉厚に対する、磁性体管Ｐと磁石２とが対向する方向における減肉部の深さの割合を示す値である。減肉率が７５％であるといえば、磁性体管Ｐの厚みが健全な状態の１／４になっていることを示す。
　図４は、外部磁場（磁界）Ｈと、外部磁場Ｈに置かれた磁性体管Ｐに作用する磁束密度Ｂと、Ｂ＝μＨの関係から求めた磁性体管Ｐの比透磁率μとの関係を示すグラフである。図４の（ａ）では、横軸を外部磁場Ｈ、縦軸を比透磁率μおよび磁束密度Ｂとして、図４の（ｂ）では、横軸を磁束密度Ｂ、縦軸を比透磁率μとしてそれぞれの関係を示している。
　図４の（ｂ）に示すように、磁束密度Ｂが小さい領域（図中領域α）は、磁気ノイズが発生し、比透磁率μが不安定な領域である。また、磁束密度Ｂが中程度の領域（図中領域β）は、磁気ノイズは抑制されるものの、磁束密度Ｂが増加しても比透磁率μの変化は小さく、ホール素子３を用いて磁性体管Ｐの減肉率を測定するには不適な領域である。
　一方、磁束密度が大きい領域（図中領域γ）は、磁束密度Ｂが増加するに従って比透磁率μが単調減少しており、磁性体管Ｐの減肉率を測定するのに適した領域である。特に、磁性体管Ｐが完全には磁気飽和に達しない程度に磁束密度Ｂが大きい領域では、磁束密度Ｂが増加するにつれて、比透磁率μが直線的に減少している。そのため、磁性体管Ｐに当該領域γの磁束密度Ｂが作用するように検査プローブ１００を構成し、磁性体管Ｐの減肉率の測定を行うと、磁性体管Ｐの減肉率と、ホール素子３の出力電圧との間には直線関係が成り立つ。そのため、検査プローブ１００に用いる磁石２は、強い磁場を発生する高性能磁石であることが好ましく、例えば、ネオジム磁石等の希土類磁石を用いることができる。
　ここで、検査プローブに配置することができる磁石のサイズに制約がある。そのため、従来の検査プローブでは、測定対象が小径や厚肉の磁性体管Ｐである場合、磁束抵抗法によって欠陥を定量的に測定するために必要な図４の（ｂ）に示す領域γの磁束密度Ｂが得られず、定量的な測定が難しくなる可能性があった。
　そこで、本実施形態に係る検査プローブ１００では、ヨーク１が小径ヨーク１１よりも外径が大きい大径ヨーク１２を備え、ホール素子３を挟んで互いに対向するヨーク１（大径ヨーク１２）と磁性体管Ｐとの間の空間を小さくすることによって、所望の磁束密度Ｂを実現している。
　図５の（ａ）は、比較用検査プローブ１０を用いた減肉測定時における磁束密度の分布例を示す模式図であり、図５の（ｂ）は、本実施形態に係る検査プローブ１００を用いた減肉測定時における磁束密度の分布例を示す模式図である。
　図５の（ａ）に示すように、比較用検査プローブ１０は、大径ヨーク１２を備えず、略円柱状の小径ヨーク１１１のみを備える構成である。大径ヨーク１２を備えない比較用検査プローブ１０では、ホール素子３を挟んで互いに対向する小径ヨーク１１１と磁性体管Ｐとの間の空間が大きい。そのため、磁性体管Ｐにおいて図４の（ｂ）に示す領域γの磁束密度Ｂを達成することができない。これに対し、図５の（ｂ）に示すように、大径ヨーク１２を備える検査プローブ１００では、ホール素子３を挟んで互いに対向する大径ヨーク１２と磁性体管Ｐとの間の空間が小さくなる。そのため、磁性体管Ｐにおける図４の（ｂ）に示す領域γの磁束密度Ｂを好適に達成することができる。
　このように、検査プローブ１００は、ヨーク１が大径ヨーク１２を備えることにより、磁石２のサイズを一定に保ったまま、所望の磁束密度Ｂを実現することができる。したがって、検査プローブ１００によれば、小径や厚肉の磁性体管Ｐにおける欠陥を定量的に測定することが可能となる。
　（３．処理部の構成）
　図６は、本実施形態に係る減肉測定装置２００に備えられる処理部２０の構成を示すブロック図である。なお、検査プローブ１００と処理部２０とにより、本実施形態に係る減肉測定装置２００が構成される。
　本実施形態に係る減肉測定装置２００は、検査プローブ１００が備えるホール素子３の出力電圧に基づいて、磁束抵抗法を用いて処理部２０が磁性体管Ｐの減肉を定量的に評価する。
　図６に示すように、処理部２０は、検出部２１、記憶部２２、演算部２３を備える。また、演算部２３は、検出位置特定部２４および減肉深さ算出部２５を備える。
　検出部２１は、ホール素子３の出力電圧値を取得し、取得した電圧値と当該各電圧値の検出時刻（検出タイミング）とを対応付けて記憶部２２に記憶させる。
　記憶部２２の構成は特に限定されるものではなく、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ－ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ－Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系等の記録媒体を用いることができる。また、記憶部２２には、予め校正用の磁性体管を用いて算出された、ホール素子３の出力電圧と磁性体管の減肉深さとの関係を示す関係式が記憶されている。上記関係式を求める方法は特に限定されるものではなく公知の方法を用いることができる。例えば、校正用の磁性体管の減肉深さの実測値と、ホール素子３の出力との対応付けを行うことで上記関係式を求めてもよい。
　検出位置特定部２４は、記憶部２２に記憶されているホール素子３の出力電圧値およびその検出時刻に基づいて、磁性体管Ｐにおけるホール素子３の出力電圧に対応する検出位置を特定する。
　減肉深さ算出部２５は、記憶部２２に保存されているホール素子３の出力電圧、および、ホール素子３の出力電圧と磁性体管Ｐの減肉深さとの関係を示す関係式に基づいて、減肉の有無を判定し、磁性体管Ｐの減肉深さを算出する。
　なお、演算部２３は、ＡＳＩＣ（Application specific integrated circuit）等の集積回路（ハードウェアロジック）であってもよく、ＣＰＵ等のプロセッサを搭載したコンピュータがソフトウェアを実行することによって実現されるものであってもよく、それらを組み合わせて実現されるものであってもよい。
　また、演算部２３は、検出部２１、記憶部２２と共通の筐体に備えられるものであってもよく、別体に備えられるものであってもよい。後者の場合、演算部２３は、記憶部２２に記憶された情報を、有線通信、無線通信、あるいは着脱可能な記憶媒体等を介して取得し、演算処理を行う。
　（４．減肉測定処理）
　図７は、本実施形態における減肉測定処理の流れを示すフローチャートである。図７に示すように、まず、検査プローブ１００を検査対象の磁性体管Ｐの内部に挿入して磁性体管Ｐ内を軸方向に沿って移動させながらホール素子３による測定処理を行う（Ｓ１）。
　次に、検出位置特定部２４が、記憶部２２に記憶されている情報に基づいて、ホール素子３の出力電圧値に対応する検出位置（磁性体管Ｐの軸方向の位置）を特定する（Ｓ２）。
　次に、減肉深さ算出部２５が、記憶部２２に保存されているホール素子３の出力電圧、および、ホール素子３の出力電圧と磁性体管Ｐの減肉深さとの関係を示す関係式に基づいて、減肉の有無を判定し、磁性体管Ｐの減肉深さを算出する（Ｓ３）。そして、減肉深さ算出部２５は、算出した減肉深さと、検出位置特定部２４が特定した検出位置とを対応付け、処理を終了する。
　（５．変形例）
　なお、本実施形態においては、磁気回路を流れる磁束を検出する磁気センサとしてホール素子３を用いた。ただし、磁気回路を流れる磁束密度の変化を検出することができる種々の磁気センサを、磁気センサとして用いることができる。
　また、本実施形態においては、検査プローブ１００がホール素子３を１つ備える構成とした。しかしながら、ホール素子３の数はこれに限られるものではなく、検査プローブ１００は、複数のホール素子３を備えていてもよい。検査プローブ１００が複数のホール素子３を備えている場合には、例えば、ヨーク１の外周に沿って複数の円弧状の磁石２が等間隔で配置される。検査プローブ１００をこのような構成とすることで、複数のホール素子３のそれぞれから出力電圧を得ることができる。そのため、減肉範囲が狭く、磁束が当該減肉を迂回し、健全部を流れてしまうような局所的な減肉であっても、減肉の検知および減肉率の評価が可能となる。
　また、本実施形態では、検査プローブ１００を検査対象の磁性体管Ｐの内部に挿入して、磁性体管Ｐ内を軸方向に沿って移動させながらホール素子３による測定処理を行い、減肉の有無の判定、および、減肉深さの算出を行う構成とした。しかしながら、検査対象の磁性体管Ｐのある一点における減肉の有無の判定、および、減肉深さの算出を行う場合には、検査プローブ１００を移動させる必要はない。すなわち、検査プローブ１００を検査対象の磁性体管Ｐの内部に挿入し、任意の箇所でホール素子３の出力を測定することで、磁性体管Ｐの任意の箇所における減肉の有無の判定、および、減肉深さの測定を行ってもよい。
　また、本実施形態では、ヨーク１は、小径ヨーク１１と大径ヨーク１２とに分離可能な構成とした。しかしながら、これに限られるものではなく、小径ヨーク１１と大径ヨーク１２とが一体的に構成されていてもよい。
　また、本実施形態では、減肉測定装置２００が検出位置特定部２４を備えた構成とした。しかしながら、検出位置特定部２４を省略することも可能である。減肉測定装置２００が検出位置特定部２４を備えない場合では、例えば、減肉深さ算出部２５にて磁性体管Ｐの評価範囲全ての減肉深さを算出し、その算出結果に基づいて検出位置を特定すればよい。
　〔実施形態２〕
　本発明の他の実施形態について以下に説明する。なお、便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
　（１．検査プローブの構成）
　図８の（ａ）は、本実施形態に係る検査プローブ１０１の構成を示す模式図であり、図８の（ｂ）は、本実施形態に係る検査プローブ１０２の構成を示す模式図である。
　本実施形態では、サイズの異なる２つの検査プローブ１０１および検査プローブ１０２を作製し、ホール素子３の出力電圧を測定することにより、各種パラメータの最適範囲を求めた。
　図８の（ａ）に示すように、検査プローブ１０１は、外径１９ｍｍ、厚み２．０ｍｍの炭素鋼からなる磁性体管Ｐ１の減肉測定に用いられるプローブである。また、図８の（ｂ）に示すように、検査プローブ１０２は、外径２５．４ｍｍ、厚み３．４ｍｍの磁性体管Ｐ２の減肉測定に用いられるプローブである。検査プローブ１０１は、磁性体管Ｐ２よりも小径の磁性体管Ｐ１の内部に挿入可能なように、検査プローブ１０２よりも外径が小さく設計されている。
　検査プローブ１０１および検査プローブ１０２は、いずれも小径ヨーク１１および大径ヨーク１２を含むヨーク１を備えている。本実施形態では、小径ヨーク１１および大径ヨーク１２は、いずれもＥＬＣＨ２Ｓ（純鉄系軟磁性材料）からなる。
　小径ヨーク１１の第１外周面１１ａには、磁石２、磁石４および磁石５の３つの円弧状（または環状）の磁石が配置されている。磁石２、磁石４および磁石５は、いずれも５０Ｍからなり、大径ヨーク１２側からこの順で配置されている。磁石２および磁石５は、磁性体管Ｐと対向する方向に分極している。磁石４は、磁性体管Ｐの軸方向に分極している。また、大径ヨークの第２外周面１２ａには、ホール素子３が配置されている。
　検査プローブ１０１および検査プローブ１０２が備える各部のサイズの一例を下記に示す。
　（検査プローブ１０１）
　ホール素子３：長さ２ｍｍ×奥行２ｍｍ×厚さ１ｍｍ
　小径ヨーク１１：外径（Ｄ１）６ｍｍ、突出し長さ（Ｌ４）３０ｍｍ
　磁石２：外径（Ｄ２）１４ｍｍ、長さ（Ｌ１）４０ｍｍ、厚さ（Ｔ）４ｍｍ
　磁石４：外径（Ｄ２）１４ｍｍ、長さ（Ｌ２）４０ｍｍ、厚さ（Ｔ）４ｍｍ
　磁石５：外径（Ｄ２）１４ｍｍ、長さ（Ｌ３）４０ｍｍ、厚さ（Ｔ）４ｍｍ
　（検査プローブ１０２）
　ホール素子３：長さ２ｍｍ×奥行２ｍｍ×厚さ１ｍｍ
　小径ヨーク１１：外径（ｄ１）９．６ｍｍ、突出し長さ（ｌ４）３０ｍｍ
　磁石２：外径（ｄ２）１７．６ｍｍ、長さ（ｌ１）４０ｍｍ、厚さ（ｔ）４ｍｍ
　磁石４：外径（ｄ２）１７．６ｍｍ、長さ（ｌ２）４０ｍｍ、厚さ（ｔ）４ｍｍ
　磁石５：外径（ｄ２）１７．６ｍｍ、長さ（ｌ３）４０ｍｍ、厚さ（ｔ）４ｍｍ
　（２．評価方法）
　図９は、図８の（ａ）および（ｂ）に示した検査プローブ１０１および検査プローブ１０２の破線枠囲み部分の拡大図である。図９に示すように、本実施形態では、検査プローブ１０１および検査プローブ１０２における大径ヨーク１２の長さ（磁性体管の軸方向における長さ）Ａ、大径ヨーク１２の外径Ｂ、および磁石２の端面２ａからのホール素子３の端面（端部）３ａの位置Ｃの最適範囲を求めた。
　本実施形態では、検査プローブ１０１を磁性体管Ｐ１の内部に挿入して、磁性体管Ｐ１の軸方向に沿って検査プローブ１０１を移動させた場合のホール素子３の出力電圧を測定した。また、検査プローブ１０２を磁性体管Ｐ２の内部に挿入して、磁性体管Ｐ２の軸方向に沿って検査プローブ１０２を移動させた場合のホール素子３の出力電圧を測定した。
　そして、断面欠損率（減肉深さ）０～１００％の全範囲においてホール素子３の出力電圧が負（マイナス）であった場合を「〇」、断面欠損率０～１００％の範囲においてホール素子３の出力電圧が負（マイナス）である範囲と正（プラス）である範囲とがあった場合を「△」と評価した。
　（３．評価結果）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　磁性体管の外径と大径ヨーク１２の長さＡを変えて、上記評価方法で評価した結果を表１Ａおよび表１Ｂに示す。測定の結果、大径ヨーク１２の長さＡが、磁性体管の外径の０．２５倍以上０．３５倍未満である場合、断面欠損率０～１００％の範囲においてホール素子３の出力電圧が負となる範囲と正となる範囲とがあった。また、大径ヨーク１２の長さＡが、磁性体管の外径の０．３５倍以上である場合、断面欠損率０～１００％の全範囲においてホール素子３の出力電圧が負となった。
　したがって、大径ヨーク１２の長さＡは、磁性体管の外径の０．２５倍以上であることが好ましく、磁性体管の外径の０．３５倍以上であることがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　磁性体管の外径と大径ヨーク１２の外径Ｂを変えて、上記評価方法で評価した結果を表２Ａおよび表２Ｂに示す。測定の結果、大径ヨーク１２の外径Ｂが、磁性体管の外径の０．５１倍以上０．５５倍未満である場合、断面欠損率０～１００％の範囲においてホール素子３の出力電圧が負となる範囲と正となる範囲とがあった。また、大径ヨーク１２の外径Ｂが、磁性体管の外径の０．５５倍以上である場合、断面欠損率０～１００％の全範囲においてホール素子３の出力電圧が負となった。
　したがって、大径ヨーク１２の外径Ｂは、磁性体管の外径の０．５１倍以上であることが好ましく、磁性体管の外径の０．５５倍以上であることがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 　磁性体管の外径とホール素子３の端面３ａの位置Ｃを変えて、上記評価方法で評価した結果を表３に示す。測定の結果、ホール素子３の端面３ａの位置Ｃが磁石２の端面２ａから２．５ｍｍ超５．５ｍｍ以下の範囲にある場合、断面欠損率０～１００％の範囲においてホール素子３の出力電圧が負となる範囲と正となる範囲とがあった。また、ホール素子３の端面３ａの位置Ｃが磁石２の端面２ａから２．５ｍｍ以下の範囲にある場合、断面欠損率０～１００％の全範囲においてホール素子３の出力電圧が負となった。
　したがって、ホール素子３の端面３ａの位置Ｃは、磁性体管の外径にかかわらず、磁石２の端面２ａから５．５ｍｍ以下の範囲にあることが好ましく、磁石２の端面２ａから２．５以下の範囲にあることがより好ましい。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　〔まとめ〕
　本発明の一態様に係る欠陥測定装置は、磁性体部材の欠陥を検査する欠陥測定装置であって、磁石と、前記磁石に対して前記磁性体部材とは反対側に配置されるヨークと、前記ヨークと前記磁性体部材との間に配置され、前記磁石、前記ヨークおよび前記磁性体部材が形成する磁気回路を流れる磁束密度を検出する磁気センサとを備える検査プローブと、前記磁気センサの出力に基づいて、前記磁性体部材の欠陥の深さを算出する算出部とを含み、前記ヨークは、前記磁石を挟んで前記磁性体部材と対向する第１対向面と、前記磁気センサを挟んで前記磁性体部材と対向する第２対向面とを有し、前記第２対向面は、前記第１対向面よりも前記磁性体部材側に位置している。
　上記の構成では、第２対向面が第１対向面よりも磁性体部材側に位置しているため、磁気センサを挟んで互いに対向する磁性体部材とヨークとの間の空間が相対的に小さくなる。そのため、磁気回路を流れる磁束密度が大きくなり、磁石のサイズを一定に保ったまま、磁束抵抗法によって欠陥を測定するために必要な磁束密度を得ることが可能となる。したがって、上記の構成によれば、小径の磁性体部材や厚肉の磁性体部材においても欠陥を定量的に測定することが可能な欠陥測定装置を実現することができる。
　また、本発明の一態様に係る欠陥測定装置では、前記磁気センサは、前記磁性体部材の欠陥の深さが大きくなるにつれて通過する前記磁束密度が増加する、前記磁気回路上の位置に配置されていてもよい。
　磁気回路上の上記位置では、磁性体部材の欠陥の深さに応じた磁束密度の変化量が他の位置に比べて大きい。そのため、上記位置における磁束密度を磁気センサによって検出することにより、欠陥の深さを好適に測定することができる。
　また、本発明の一態様に係る欠陥測定装置では、前記検査プローブは、略円筒状の前記磁性体部材の内部に挿入されるものであり、前記ヨークは、前記磁性体部材の内面に略平行である前記第１対向面を有する小径部と、当該内面に略平行である前記第２対向面を有する大径部とを含み、前記小径部と前記大径部とは、前記磁性体部材の軸方向に沿って連接していてもよい。
　上記の構成では、ヨークが大径部を含むことにより、磁気センサを挟んで互いに対向する磁性体部材の内面と大径部の第２対向面との間の空間が小さくなる。したがって、上記の構成によれば、磁石サイズを一定に保ったまま、磁束抵抗法によって欠陥を測定するために必要な磁束密度を得ることが可能となる。
　また、本発明の一態様に係る欠陥測定装置では、前記軸方向における前記大径部の長さは、前記磁性体部材の外径の０．２５倍以上であってもよい。
　大径部の長さを上記値以上とすることにより、磁性体部材の欠陥の深さが大きくなるにつれて増加する磁束密度を磁気回路上に生じさせやすくなる。
　また、本発明の一態様に係る欠陥測定装置では、前記大径部の外径は、前記磁性体部材の外径の０．５１倍以上であってもよい。
　大径部の外径を上記値以上とすることにより、磁性体部材の欠陥の深さが大きくなるにつれて増加する磁束密度を磁気回路上に生じさせやすくなる。
　また、本発明の一態様に係る欠陥測定装置では、前記磁気センサは、前記磁石の端部から５．５ｍｍ以下の範囲内に配置されていてもよい。
　上記範囲内に磁気センサを配置することにより、磁性体部材の欠陥の深さが大きくなるにつれて増加する磁束密度を磁気センサによって好適に検出することが可能となる。
　本発明の一態様に係る欠陥測定方法は、磁性体部材の欠陥を検査する欠陥測定方法であって、前記欠陥測定装置を用いて、前記磁性体部材の欠陥を検査する。
　上記の方法によれば、小径の磁性体部材や厚肉の磁性体部材においても欠陥を定量的に測定することが可能な欠陥測定方法を実現することができる。
　本発明の一態様に係る検査プローブは、磁性体部材の欠陥を検査するための検査プローブであって、磁石と、前記磁石に対して前記磁性体部材とは反対側に配置されるヨークと、前記ヨークと前記磁性体部材との間に配置され、前記磁石、前記ヨークおよび前記磁性体部材が形成する磁気回路を流れる磁束密度を検出する磁気センサとを備え、前記ヨークは、前記磁石を挟んで前記磁性体部材と対向する第１対向面と、前記磁気センサを挟んで前記磁性体部材と対向する第２対向面とを有し、前記第２対向面は、前記第１対向面よりも前記磁性体部材側に位置している。
　上記の構成によれば、小径の磁性体部材や厚肉の磁性体部材においても欠陥を定量的に測定することが可能な検査プローブを実現することができる。
１　ヨーク
２　磁石
２ａ　端面（端部）
３　ホール素子（磁気センサ）
１１　小径ヨーク（ヨーク、小径部）
１１ａ　第１外周面（第１対向面）
１２　大径ヨーク（ヨーク、大径部）
１２ａ　第２外周面（第２対向面）
２５　減肉深さ算出部（算出部）
１００、１０１、１０２　検査プローブ
２００　減肉測定装置（欠陥測定装置）
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２　磁性体管（磁性体部材）

 

Claims (8)

  1. 　磁性体部材の欠陥を検査する欠陥測定装置であって、
    　磁石と、前記磁石に対して前記磁性体部材とは反対側に配置されるヨークと、前記ヨークと前記磁性体部材との間に配置され、前記磁石、前記ヨークおよび前記磁性体部材が形成する磁気回路を流れる磁束密度を検出する磁気センサとを備える検査プローブと、
    　前記磁気センサの出力に基づいて、前記磁性体部材の欠陥の深さを算出する算出部とを含み、
    　前記ヨークは、前記磁石を挟んで前記磁性体部材と対向する第１対向面と、前記磁気センサを挟んで前記磁性体部材と対向する第２対向面とを有し、
    　前記第２対向面は、前記第１対向面よりも前記磁性体部材側に位置していることを特徴とする欠陥測定装置。
  2. 　前記磁気センサは、前記磁性体部材の欠陥の深さが大きくなるにつれて前記磁束密度が増加する、前記磁気回路上の位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の欠陥測定装置。
  3. 　前記検査プローブは、略円筒状の前記磁性体部材の内部に挿入されるものであり、
    　前記ヨークは、前記磁性体部材の内面に略平行である前記第１対向面を有する小径部と、当該内面に略平行である前記第２対向面を有する大径部とを含み、
    　前記小径部と前記大径部とは、前記磁性体部材の軸方向に沿って連接していることを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥測定装置。
  4. 　前記軸方向における前記大径部の長さは、前記磁性体部材の外径の０．２５倍以上であることを特徴とする請求項３に記載の欠陥測定装置。
  5. 　前記大径部の外径は、前記磁性体部材の外径の０．５１倍以上であることを特徴とする請求項３または４に記載の欠陥測定装置。
  6. 　前記磁気センサは、前記磁石の端部から５．５ｍｍ以下の範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の欠陥測定装置。
  7. 　磁性体部材の欠陥を検査する欠陥測定方法であって、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の欠陥測定装置を用いて、前記磁性体部材の欠陥を検査することを特徴とする欠陥測定方法。
  8. 　磁性体部材の欠陥を検査するための検査プローブであって、
    　磁石と、前記磁石に対して前記磁性体部材とは反対側に配置されるヨークと、前記ヨークと前記磁性体部材との間に配置され、前記磁石、前記ヨークおよび前記磁性体部材が形成する磁気回路を流れる磁束密度を検出する磁気センサとを備え、
    　前記ヨークは、前記磁石を挟んで前記磁性体部材と対向する第１対向面と、前記磁気センサを挟んで前記磁性体部材と対向する第２対向面とを有し、
    　前記第２対向面は、前記第１対向面よりも前記磁性体部材側に位置していることを特徴とする検査プローブ。
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