WO2020217278A1 - 磁性体探傷装置 - Google Patents

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WO2020217278A1
WO2020217278A1 PCT/JP2019/017052 JP2019017052W WO2020217278A1 WO 2020217278 A1 WO2020217278 A1 WO 2020217278A1 JP 2019017052 W JP2019017052 W JP 2019017052W WO 2020217278 A1 WO2020217278 A1 WO 2020217278A1
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WO
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magnetic
magnetic field
detector
gap
exciter
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PCT/JP2019/017052
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English (en)
French (fr)
Inventor
明良 堀田
甚 井上
泰行 岡田
良次 澤
恵美子 倉田
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/83—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic flaw detector, and more particularly to a magnetic flaw detector that non-destructively inspects cracks in a magnetic material.
  • An object of the present invention is to provide a magnetic flaw detector capable of detecting cracks.
  • a magnetic flaw detector that non-destructively inspects cracks in a magnetic material.
  • An exciter in which both poles are arranged on a gap plane parallel to the surface of the magnetic material and a magnetic field is applied to the magnetic material,
  • a gap measuring instrument that measures the distance between the surface of a magnetic material and the gap plane, Disposed on a straight line connecting both poles of the exciter, a first detector for measuring the magnetic field H z in the direction perpendicular to the surface of the magnetic body produced by the magnetic member by application of a magnetic field exciter,
  • the first control unit that moves the first detector on the gap plane, Includes a determination unit that determines the presence or absence of cracks from the measurement results of the first detector.
  • the first control unit the magnetic body, characterized in that the magnetic field H z from the distance that the gap measuring device is measured to detect the position of the maximum, in that position by moving the first detector for measuring the magnetic field H z It is a flaw detector.
  • a magnetic flaw detector that non-destructively inspects cracks in a magnetic material.
  • An exciter in which both poles are arranged on a gap plane parallel to the surface of the magnetic material and a magnetic field is applied to the magnetic material,
  • a gap measuring instrument that measures the distance between the surface of a magnetic material and the gap plane, It consists of a plurality of detectors arranged on a straight line connecting the two poles of the exciter, and a detector array that measures the magnetic field H z in the direction perpendicular to the surface of the magnetic material generated by the magnetic material due to the application of the magnetic field of the exciter.
  • Includes a determination unit that determines the presence or absence of cracks from the measurement results of the detector array.
  • One of the detector included in the detector array is a magnetic flaw detection apparatus characterized by magnetic field H z measures the magnetic field H z at the position of maximum.
  • the magnetic field is measured at the position where the magnetic field is maximized in response to the change, thereby cracking with high accuracy. Can be detected.
  • FIG. 5 It is a block diagram which shows the structure of the magnetic body flaw detection apparatus which concerns on Embodiment 5 of this invention. It is the relationship between the magnetic field H zCL derived from the crack and the position x in the gap plane. It is a flowchart of the crackless measurement value collection method using the magnetic material flaw detector according to Embodiment 5 of this invention. It is a flowchart of the crack detection method concerning Embodiment 5 of this invention. This is the configuration of the control circuit when the processing circuit is a control circuit including a CPU. It is a side view when the magnetic body flaw detection apparatus which concerns on Embodiment 6 of this invention is attached to a vehicle body.
  • FIG. 1A is a block diagram showing a configuration of a magnetic flaw detector according to a first embodiment of the present invention, which is represented by 100a as a whole.
  • the magnetic flaw detector 100a is composed of a sensor head 101a that applies a magnetic field to the magnetic material and measures the magnetic field generated by the magnetic material, and a determination unit 102a that determines the presence or absence of cracks in the magnetic material from the measured magnetic field. ..
  • the sensor head 101a includes an exciter 2 that applies a DC magnetic field to a magnetic material, a detector 4 that measures the magnetic field, a gap measuring device 5 that measures a gap, and a control unit 6a that controls the position of the detector 4 according to the gap. Consists of.
  • the gap measurement value A measured by the gap measuring instrument 5 is sent to the control unit 6a.
  • the control unit 6a controls the position of the detector 4 based on the gap measurement value A.
  • the control unit 6a determines that the position control of the detector 4 is completed, and sends a measurement command B to the detector 4.
  • the detector 4 receives the measurement command B, measures the magnetic field, and sends the measured value C to the determination unit 102a.
  • the determination unit 102a analyzes the measured value C to determine the presence or absence of cracks in the magnetic material.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the sensor head 101a of the magnetic body flaw detector 100a according to the first embodiment of the present invention, and shows a cross section when cut along a surface orthogonal to a crack in the magnetic body 1.
  • the sensor head 101a is arranged so that the magnetic pole of the exciter 2 is on the magnetic body side (lower side in FIG. 1B).
  • the surface of the sensor head 101a on the magnetic body side (the surface formed by the magnetic poles) is defined as the gap plane.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the sensor head 101a of the magnetic body flaw detector 100a according to the first embodiment of the present invention, and shows a cross section when cut along a surface orthogonal to a crack in the magnetic body 1.
  • the sensor head 101a is arranged so that the magnetic pole of the exciter 2 is on the magnetic body side (lower side in FIG. 1B).
  • the surface of the sensor head 101a on the magnetic body side (the surface formed by the magnetic poles
  • the direction connecting the magnetic poles (S pole, N pole) of the exciter 2 is the x-axis direction
  • the direction perpendicular to the gap plane is the z-axis direction
  • the paper depth direction is the y-axis direction.
  • the exciter 2 parts that form a DC magnetic field, such as a permanent magnet and an electromagnet connected to a DC power supply, are used.
  • the exciter 2 may be a U-shaped magnet, a horseshoe-shaped magnet, or a combination of two rod-shaped or plate-shaped magnets (electromagnets) having the same shape so that different magnetic poles form the same plane.
  • the detector 4 measures the magnetic field H z in the direction perpendicular to the gap plane (z-axis direction).
  • the detector 4 uses elements such as a hall sensor, a magnetoresistive element, a fluxgate, and a superconducting QUantum Interference Device (SQUID) that convert the magnitude of a DC magnetic field into an electric signal.
  • the detector 4 is optimally arranged in the gap plane and is provided so that it can move between the two magnetic poles in the x-axis direction.
  • the detector 4 has no problem in detecting cracks even if the position is slightly deviated from the gap plane in the z-axis direction.
  • the gap measuring instrument 5 measures the gap G, which is the distance in the z-axis direction between the surface of the magnetic body 1 and the gap plane.
  • the gap G is the distance in the z-axis direction between the surface of the magnetic body 1 and the gap plane.
  • the gap G is measured or estimated.
  • a measuring instrument using a laser, aerial ultrasonic waves, electromagnetic induction, electromagnetic wave radar, or the like is used as the gap measuring instrument 5.
  • the gap measuring instrument 5 may be installed at any position on the same gap plane as the detector 4 as long as it does not interfere with the position control of the detector 4.
  • the control unit 6a moves the detector 4.
  • an actuator for example, an actuator, a single-axis automatic stage, or the like is used.
  • FIG. 1A shows a case where there is no crack 7, and the magnetic flux lines 8 are continuously distributed from the north pole to the south pole of the exciter 2.
  • FIG. 2B shows a case where there is a crack 7 just below the center of the two magnetic poles in the exciter 2, and the magnetic flux lines 8 flowing into the magnetic body 1 are distributed in the same manner as when there is no crack.
  • the magnetic flux line 8 that has flowed into the surface of the magnetic body 1 spreads from the end of the crack 7 and its periphery to the space surrounded by the exciter 2 and the magnetic body 1, and reaches the end of the other crack 7.
  • the magnetic flux line 9 derived from the crack 7 is obtained by taking the difference between the magnetic flux line when there is a crack and the magnetic flux line when there is no crack, and the distribution thereof is as shown in FIG. 2C.
  • the magnetic flux line 9 flows from one end of the crack 7 or its periphery to the other end, and the position where the magnetic flux line 9 faces in the z-axis direction (indicated by b and b'in FIG. 2C) is magnetic. It can be seen that the farther away from the surface of the body 1, the farther away from the center of the crack 7.
  • FIG. 3A to 3C show the relationship between the magnetic field H z in the z-axis direction and the position x in the gap plane.
  • FIG. 3B shows the case where the magnetic body 1 has no cracks
  • FIG. 3C shows the case where the magnetic body 1 has cracks.
  • the magnetic field H z is located at a position other than the magnetic pole of the exciter 2 due to the superposition of the magnetic field in the z-axis direction derived from the crack 7.
  • the waveform has peaks at P and P.
  • the crack detection accuracy can be improved by increasing or decreasing the threshold value of the determination unit 102a according to the size of the gap G. That is, when the gap G is large, the magnetic field H z is small, so the threshold value may be small. On the other hand, when the gap G is small, the magnetic field H z is large, so the threshold value may be large.
  • FIG. 4 shows the relationship between the position and the magnetic field H z when the gap G is different.
  • the broken line is when the gap G is large, and the solid line is when the gap G is small.
  • the detector 4 moves the detector 4 in the peak position P corresponding to the gap G, by performing the measurement of the magnetic field H z, it is possible to improve the detection accuracy of the crack 7.
  • the detector 4 is moved by the control unit 6a according to the gap G, the detector 4 is stopped at the peak position P, or when the detector 4 passes through the peak position P.
  • the magnetic field H z may be measured.
  • the position of the detector 4 is not limited to the peak position P where the magnetic field H z is maximum, and may be a range d in which the peak is not buried in the magnetic field not derived from the crack.
  • FIG. 5 shows the relationship between the size of the gap G and the position P at which the magnetic field H z peaks.
  • FIG. 6 shows a flowchart of the crack detection method according to the first embodiment of the present invention.
  • the crack detection method includes each of the steps S1.1 to S1.6 shown below.
  • detector 4 having received the measurement command B from the control unit 6a measures the magnetic field H z, sends the measured value C to the judgment unit 102a.
  • the determination unit 102a determines whether or not the measured value C of the detector 4 is equal to or greater than a predetermined threshold value.
  • the presence or absence of cracks is determined.
  • the detector 4 is moved to the peak position P and the magnetic field Hz is measured based on the measurement result of the gap G, it is possible to detect cracks with high sensitivity and high accuracy.
  • FIG. 7A is a block diagram showing a configuration of another magnetic flaw detector according to the first embodiment of the present invention, which is represented by 100b as a whole
  • FIG. 7B is a block diagram of a sensor head 101b of the magnetic flaw detector 100b. It is a sectional view.
  • the same signs as those in FIGS. 1A and 1B indicate the same or corresponding parts.
  • the sensor head 101b of the magnetic flaw detector 100b has a configuration in which the sensor head 101a of the magnetic flaw detector 100a further includes a detector 3. Other configurations are the same as those of the sensor head 101a.
  • the detector 3 receives the measurement command B from the control unit 6b, measures the magnetic field, and sends the measured value D to the determination unit 102b.
  • the determination unit 102b determines the presence or absence of a crack from the measured value C of the detector 4 and the measured value D of the detector 3.
  • FIG. 8 shows the relationship between the magnetic field H z and the position x when the offset magnetic field H OF is superimposed.
  • the positional relationship between the magnetic material and the sensor head is the same as in the case of FIG.
  • the detector 4 obtains the difference value between the measured value C and the measured value D, and determines the presence or absence of a crack depending on whether or not the difference value is equal to or greater than a predetermined threshold value.
  • FIG. 9 shows a flowchart of a crack detection method using the magnetic flaw detector 100b.
  • the same sign as in FIG. 6 indicates the same or equivalent process.
  • the crack detection method includes each of the steps S2.1 to S2.8 shown below.
  • control unit 6a finds the peak position P corresponding to the gap G measured in S2.1, that is, the position where the magnetic field H z becomes the peak. Subsequently, the detector 4 is moved to the position P.
  • the detector 3 that receives the measurement command B from the control unit 6a measures the magnetic field H z of the offset magnetic field H OF , and sends the measured value D to the determination unit 102a.
  • detector 4 having received the measurement command B from the control unit 6a measures the magnetic field H z, sends the measured value C to the judgment unit 102a.
  • the determination unit 102a obtains the difference value between the measured value C and the measured value D.
  • the determination unit 102a determines whether or not the difference value is equal to or greater than a predetermined threshold value.
  • the offset magnetic field HOF is measured by the detector 3, and the magnetic field H z measured by the detector 4 is corrected by using this to eliminate the influence of magnetic noise and the like with high accuracy.
  • the presence or absence of cracks can be determined.
  • the sensor head 101 used in the first embodiment may use an exciter 2 that applies an alternating magnetic field or a pulse magnetic field instead of the permanent magnet.
  • the exciter 2 uses an electromagnet or a coil connected to an AC power supply or a pulse generator.
  • the detector 3 and the detector 4 use elements such as a Hall sensor, a magnetoresistive element, a fluxgate, a SQUID, a magnetic impedance element, and a coil that convert the magnitude of an alternating magnetic field into an electric signal.
  • an alternating magnetic field or a pulse magnetic field it is possible to suppress the offset magnetic field HOF and the adsorption of fine magnetic materials other than those to be inspected.
  • the gap G which is the distance between the sensor heads 101a and 101b and the magnetic body 1 is measured, and the magnetic field H is measured in the measured gap G.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the sensor head 101c of the magnetic body flaw detector 100c according to the second embodiment of the present invention, and shows a cross section when cut along a surface orthogonal to the crack of the magnetic body 1.
  • the same sign as in FIG. 7B indicates the same or equivalent location.
  • the magnetic flaw detector 100c according to the second embodiment of the present invention is different from the magnetic flaw detector 100b (see FIG. 7) described above, and instead of the detector 4, a plurality of detection elements 10a are arranged in the x-axis direction.
  • the detector array 10 configured to be arranged in a shape is used. Further, the control unit 6b that controls the position of the detector 4 is also unnecessary. Other configurations are the same as those of the magnetic flaw detector 100b of FIG.
  • the magnetic field Hz at the peak position can be detected without moving the detector. Since it is not necessary to move the detector in this way, high-speed measurement is possible. In addition, no mechanical failure occurs due to movement.
  • the position P corresponding to the gap G is between two detector elements 10a, it may be corrected measurement result of the magnetic field H z.
  • the magnetic field H z at the peak position is calculated by the least squares method, the spline method, or the like from the average value of the measured values of the two detection elements 10a sandwiching the peak position or the measured values of the plurality of detection elements 10a. May be.
  • the crack can be detected with a position resolution higher than the size of the detection element 10a, and the detection accuracy can be improved. Can be done.
  • FIG. 11 is a perspective view of the sensor head of the magnetic flaw detector according to the third embodiment of the present invention, which is represented by 101d as a whole.
  • the exciting portion is composed of an exciting portion 13 having two exciters 11 and an exciter 12 having different applied magnetic field directions.
  • the direction of the applied magnetic field is the y-axis direction of the exciter 11 and the x-axis direction of the exciter 12.
  • electromagnets and coils connected to a DC power supply, an AC power supply, and a pulse generator are used.
  • the exciting portion 13 may be configured by m (m ⁇ 2) exciters.
  • the detector array 14 detects in an array shape (cross) on the gap plane, on the straight line (y-axis) connecting the magnetic poles of the exciter 11, and on the straight line (x-axis) connecting the magnetic poles of the exciter 12. This is a configuration in which the element 14a is arranged.
  • the detector array 14 may be arranged in a two-dimensional array. Other configurations are the same as those of the sensor head 101c of the magnetic flaw detector according to the second embodiment.
  • FIGS. 12A to 12C show the distribution of the magnetic flux lines 15 and 16 seen from the upper surface when a magnetic field is applied to the magnetic body 1.
  • the solid line shows the magnetic flux line 15 generated by applying the magnetic field of the exciter 11
  • the broken line shows the magnetic flux line 16 generated by applying the magnetic field of the exciter 12.
  • FIG. 12A shows a case where the crack 17 extends in the y-axis direction.
  • the magnetic flux line 15 formed by the exciter 11 is divided into cracks 17, and the magnetic flux line 16 formed by the exciter 12 is not affected by the crack 17.
  • FIG. 12B shows a case where the crack 18 extends in the x-axis direction, the magnetic flux line 15 formed by the exciter 11 is not affected by the crack 18, and the magnetic flux line 16 formed by the exciter 12 is divided into the crack 18. That is, by applying a magnetic field in a direction orthogonal to the crack, cracks in different directions can be detected.
  • the crack 21 when the crack 21 extends in the oblique direction, the crack 21 is formed by forming the magnetic flux line 19 in the oblique direction by applying a magnetic field from the two exciters 11 and the exciter 12 at the same time. Can be detected.
  • a method of applying the magnetic field for example, a method of alternately applying magnetic fields with magnets (magnetic poles) having different directions of the applied magnetic fields, or a method of applying a rotating magnetic field described later is used.
  • FIG. 13 shows the magnetic field direction 22 when a rotating magnetic field is applied to the magnetic body 1, as viewed from the upper surface of the magnetic body 1.
  • the dotted line indicates the position corresponding to the magnetic poles of the exciters 11 and 12.
  • the solid line indicates the magnetic field direction 22, and the broken line indicates the magnetic field rotation direction 23.
  • the rotating magnetic field is a magnetic field that changes so as to rotate on the plane of the magnetic body 1. By using the rotating magnetic field, cracks in all directions in the xy plane of the magnetic material 1 can be detected.
  • FIG. 14 shows the change of the magnetic field H generated from the exciters 11 and 12 with respect to time t, and the magnetic field direction 22 at each time t.
  • the solid line and the broken line indicate the magnetic fields H of the exciters 11 and 12, respectively. It can be seen that the magnetic field direction 22 applied to the magnetic body 1 rotates because the phases of the magnetic fields H by the exciters 11 and 12 are different. In this way, a rotating magnetic field can be formed by simultaneously applying alternating magnetic fields having the same amplitude but different phases from the exciters 11 and 12.
  • the exciting portion 13 that generates a rotating magnetic field may be configured by combining m exciters, or may have n (n ⁇ 2) magnetic poles when the exciting portion 13 is formed by one exciter.
  • FIG. 15 is a perspective view of the exciting portion 13 in which the three exciters 24, 25, and 26 are combined, and the three exciters 24, 25, and 26 are point-finished with respect to the central portions of both poles of the exciter. It is arranged at such a position by rotating it by 60 °.
  • FIG. 16 is a perspective view when the exciting portion 13 is configured by one exciter, and one exciter 30 has magnetic poles at every 120 ° so as to be point-symmetrical with respect to the central portions of both poles.
  • the coil 31, 32, 33 is arranged at the tip of each magnetic pole.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the sensor head according to the fourth embodiment of the present invention, which is represented by 101e as a whole, and shows a cross section when cut along a plane orthogonal to a crack in the magnetic body 1.
  • the detector 4 and the detector 34 are provided with a control unit 6e and a control unit 35, respectively.
  • the magnetic field Hz is measured at the peak position + P by the detector 4 and the peak position-P by the detector 34, respectively, and the determination unit is based on the measured values of the detector 4 and the detector 34.
  • the difference is taken at 102e. As a result, the output can be doubled and the detection accuracy is improved.
  • FIG. 18 shows a flowchart of a crack detection method using the sensor head 101e.
  • the crack detection method includes each of the steps S3.1 to S3.9 shown below.
  • control unit 35 obtains the peak position corresponding to the gap G and moves the detector 34 to the peak position ⁇ P.
  • Equation (1) is acquired in advance and recorded in the control unit 6e.
  • detector 34 having received the measurement command B from the control unit 35 measures the magnetic field H z, sends the measurements -C to the determination unit 102e.
  • detector 4 having received the measurement command B from the control unit 6e measures the magnetic field H z, sends the measured value C to the determination unit 102e.
  • the determination unit 102e takes the difference between the measured value C and the measured value ⁇ C, and obtains the difference value.
  • the determination unit 102e determines whether or not the difference value obtained in S3.6 is equal to or greater than a predetermined threshold value.
  • the output can be doubled and the detection accuracy is improved by taking the difference between the measured value C and the measured value ⁇ C.
  • FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of a magnetic flaw detector according to a fifth embodiment of the present invention, which is represented by 100f as a whole.
  • the magnetic flaw detector 100f further includes a gap control unit 104f and a data holding unit 103f with respect to the magnetic flaw detector 100b shown in FIG. 7A of the first embodiment.
  • Gap control unit 104f may optionally change the gap G, the data holding unit 103f, for each gap G, holds the value of the magnetic field H z when cracks no.
  • the gap control unit 104f controls the gap G in response to the gap control signal E (the upper limit value of the gap G and the increase width of the gap G) set by the determination unit 102f on the magnetic material without cracks.
  • the gap control end signal F from the gap control unit 104f the gap G and the magnetic field Hz are measured by the sensor head 101f, and the gap measurement value A'and the measurement result (no crack measurement value D', C') are obtained. Save in the data holding section.
  • the exciter is obtained by taking the difference between the measured values D and C of the magnetic field by the detector 3 and the detector 4 and the measured values D'and C'without cracks read from the data holding unit 103f.
  • the influence of the background magnetic field including the magnetic field from the above can be eliminated, and the crack detection accuracy is improved.
  • the gap control unit 104f may use a device such as a linear stage or a hoist that can change the gap of the sensor head 101f.
  • FIG. 20 shows the relationship between the magnetic field H zCL derived from the crack and the position x, which is the difference between the magnetic field with a crack (see FIG. 3B) and the magnetic field without a crack (see FIG. 3C) in the gap plane. ..
  • the determination unit 102f takes the difference between the measured values C and D and the non-cracked measured values C'and D'corresponding to the gap G when the measured values C and D are acquired. Therefore, only the magnetic field HzCL derived from the crack can be evaluated, and the crack detection accuracy is improved.
  • FIG. 21 shows a flowchart of a method for collecting measured values without cracks using the magnetic flaw detector 100f according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the method for collecting measured values without cracks includes the following steps S4.1 to S4.9.
  • the determination unit 102f sets the maximum value of the gap G assumed at the time of crack detection as the upper limit value.
  • the determination unit 102f sets the increase width of the gap G in the measurement, and sends the gap control signal E including the upper limit value of the gap G in S4.1 to the gap control unit 104f.
  • the increase width of the gap G a fixed value or a fluctuation value may be used from the fluctuation of the gap G assumed at the time of crack detection.
  • Equation (1) is acquired in advance and recorded in the control unit 6f.
  • the measured value of the gap G is measured by the gap measuring instrument 5f and sent to the data holding unit 103f as the measured value A'.
  • detector 3 having received the measurement command B from the control unit 6f measures the magnetic field H z, sending measurement value D 'to the data holding section 103f.
  • the control unit detector 4 which receives the measurement instruction B from 6f measures the magnetic field H z, sends the measured value C 'to the data holding section 103f.
  • the data holding unit 103f associates the gap G and the measured values C'and D'with the measured value A'and stores them as the measured values without cracks.
  • the determination unit 102f determines whether or not the gap G is the upper limit value.
  • FIG. 22 shows a flowchart of the crack detection method according to the fifth embodiment.
  • the crack detection method includes each of the steps S5.1 to S5.11 shown below.
  • the data holding unit 103f extracts the crackless measured values C'and D'corresponding to the measured values of the measured gap G and sends them to the determination unit 102f.
  • Equation (1) is acquired in advance and recorded in the control unit 6f.
  • detector 3 having received the measurement command B from the control unit 6f measures the magnetic field H z, sending measurement value D to the determination unit 102f.
  • the control unit detector 4 which receives the measurement instruction B from 6f measures the magnetic field H z, sends the measured value C to the judgment unit 102f.
  • the determination unit 102f takes the difference between the measured value D and the crackless measured value D'extracted from the data holding unit 103f, and uses this as the difference value.
  • the determination unit 102f takes the difference between the measured value C and the crackless measured value C'extracted from the data holding unit 103f, and uses this as the difference value.
  • the determination unit 102f further takes a difference between the difference value of S5.7 and the difference value of S5.6.
  • the determination unit 102f determines the presence or absence of a crack by determining whether or not the difference value of S5.8 is equal to or greater than the threshold value.
  • the control units 6a, 6b, 6f, the determination units 102a, 102b, 102f, and the gap control unit 104f are realized by a processing circuit that performs each processing.
  • the processing circuit may be dedicated hardware or a control circuit including a memory and a CPU (Central Processing Unit, central processing unit) that executes a program stored in the memory.
  • the memory is, for example, a non-volatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (RandomAccessMemory), a ROM (ReadOnlyMemory), or a flash memory, a magnetic disk, an optical disk, or the like.
  • FIG. 23 shows the configuration of the control circuit 400 when the processing circuit is a control circuit including a CPU.
  • the control circuit 400 includes a processor 401 which is a CPU and a memory 402.
  • the processor 401 and the memory 402 are connected by the data bus 403.
  • a program corresponding to each process is stored in the memory 402, and each process is executed by the processor 401 reading the program from the memory 402 and executing the program.
  • the memory 402 is used as a temporary memory in each process executed by the processor 401.
  • the memory 402 is also used as the data holding unit 103f.
  • FIG. 24 is a side view of the case where the magnetic material flaw detector 100 according to the sixth embodiment of the present invention is attached to the vehicle body, and the magnetic flaw detectors 100a to 100f shown in the first to fifth embodiments are It is installed as a magnetic flaw detector 100 at the bottom of the vehicle 200.
  • the magnetic flaw detector 100 attached to the vehicle 200 detects cracks in the deck plate 302 under the asphalt 303 on the road surface.
  • the deck plate 302 is welded to the U-shaped rib 301 to form the floor slab 300.
  • the magnetic flaw detector 100 By attaching the magnetic flaw detector 100 to the vehicle body in this way, it is possible to detect the presence or absence of cracks in the deck plate 302 inside the floor slab 300.

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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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚを測定する。

Description

磁性体探傷装置
　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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚが最大となる位置で磁界Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚとの関係である。 ギャップＧの大きさと、磁界Ｈｚ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ＨＯＦが重畳した場合の、磁界Ｈｚ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ＨｚＣＬ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚが最大となる位置（ｘ＝－Ｐ、Ｐ）で、検出器４で磁界Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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＝ｘ１からＰ＝ｘ２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Ｈｚ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Ｈｚの測定を行っても良い。また、検出器４の位置は、磁界Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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ＨＯＦ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ＨＯＦが生じ、磁界が増減する。図８は、オフセット磁界ＨＯＦが重畳した場合の、磁界Ｈｚ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ＨＯＦ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ＨＯＦ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Ｈｚ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ＨＯＦの磁界Ｈｚ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Ｈｚ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ＨＯＦを測定し、これを用いて、検出器４で測定した、磁界Ｈｚ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ＨＯＦ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Ｈｚ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ＨＯＦ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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ＨｚＣＬ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ＨｚＣＬ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ＨｚＣＬ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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ＨＯＦを測定する第２検出器を含み、
    　前記判定部は、前記磁界Ｈｚと前記磁界ＨＯＦ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Ｈｚ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Ｈｚを測定し、前記第１検出器が測定した前記磁界Ｈｚと前記第３検出器が測定した前記磁界Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚが最大となる位置で前記磁界Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚ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Ｈｚと前記バックグラウンド磁界Ｈｚ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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