(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物に磁界を印加し、その表面の欠陥部に生じた漏洩磁界を、被検査物に近接させた磁気光学効果素子に透過させた光の磁気光学効果により検出する磁気光学式欠陥検出方法であって、
前記磁気光学効果素子は、膜面内方向の磁気飽和に要する磁界が、垂直方向の飽和に要する磁界よりも小さい面内磁化膜の磁気光学膜を備え、その磁気光学膜を前記被検査物の表面に対向させ、
前記磁界は、前記被検査物表面に直交する方向に印加することを特徴とする磁気光学式欠陥検出方法。
【請求項２】
前記被検査物に印加する磁界は、その被検査物の裏面側に配置した永久磁石により与えることを特徴とする請求項１に記載の磁気光学式欠陥検出方法。
【請求項３】
前記被検査物に印加する磁界に基づく前記被検査物からの漏洩磁界により、前記磁気光学膜はその全面で磁気飽和しないように設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気光学式欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば航空機、原子力発電プラントなどの機器、構造物の劣化を非破壊で探傷する分野に用いられる磁気光学式欠陥検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強磁性体からなる材料の探傷分野では、材料を励磁して材料表面の欠陥近傍に生じる磁束密度の変化を、磁気光学効果を有するビスマス置換鉄ガーネット膜などの磁気光学膜に磁気転写し、欠陥部分を検出する欠陥検出方法が知られている。ファラデー効果の大きなビスマス置換鉄ガーネット膜など、一般に磁化容易軸は膜面に対して垂直な垂直磁化膜を用いている。この方法は渦流探傷、超音波探傷に比べて広いエリアの欠陥の有無を観察できる。この種の磁気光学効果を利用した探傷検査は、特許文献１などにて報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２６７２９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
垂直磁化膜を用いる従来技術においては、磁気転写可能な欠陥の空間分解能は主に磁気光学膜の磁区の幅に依存することが知られている。ファラデー効果の大きなビスマス置換鉄ガーネット膜など、一般に磁化容易軸は膜面に対して垂直であり数から数十ミクロンの垂直磁気ドメインが形成されている。よって、それ以下の空間分解能で磁束密度の変化を観察することは困難であり、実際にはさらに１〜２桁大きな数百ミクロンから数ミリサイズの欠陥の検出が報告されている程度である。また、被検査物に印加する磁界の強さを制御するため、コイル・電磁石等を用いているので、その構成が複雑で大型化し、さらに、磁界の強さの調整も煩雑である。よって、簡単な構成で、高分解能で広い範囲の被検査物の探傷を行えないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明の磁気光学式欠陥検出方法は、（１）被検査物に磁界を印加し、その表面の欠陥部に生じた漏洩磁界を、被検査物に近接させた磁気光学効果素子に透過させた光の磁気光学効果により検出する磁気光学式欠陥検出方法であって、前記磁気光学効果素子は、膜面内方向の磁気飽和に要する磁界が、垂直方向の飽和に要する磁界よりも小さい面内磁化膜の磁気光学膜を備え、その磁気光学膜を前記被検査物の表面に対向させ、前記磁界は、前記被検査物表面に直交する方向に印加することとした。
【０００６】
本発明は、磁気光学膜に面内磁化膜を用いたため、磁気光学膜の空間分解能が高くなる。すなわち、面内磁化膜は、垂直磁化膜の場合に存在する迷路状の磁区がないため、外部からの膜面に垂直な磁界に対して膜面内方向への磁壁移動を伴わず、外部磁界分布に対応した磁化の回転がおきる。したがって、面内磁化膜を用いると磁気転写の空間分解能の大幅な改善、漏洩磁場の定量化が容易にできる。
【０００７】
（２）前記被検査物に印加する磁界は、その被検査物の裏面側に配置した永久磁石により与えるとよい。このように、永久磁石を被検査物の裏面側に配置するので、測定系の光路との干渉は生じない。もちろん、永久磁石を用いた場合には、電力は消費しない。さらに、永久磁石は、被検査物の一部に接触、近接すると、容易に被検査物全体を磁化させることができ、磁束密度の大きさや方向は磁石の個数や配置により制御可能となる。さらに、このように永久磁石を裏面側に配置しても、垂直磁化としてるので、被検査物の厚さが増しても問題はない。
【０００８】
（３）前記被検査物に印加する磁界に基づく前記被検査物からの漏洩磁界により、前記磁気光学膜はその全面で磁気飽和しないように設定するとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、面内磁化膜を用い、さらに被検査物に対する磁界の印加も垂直磁化としたため、評価可能な欠陥の分解能は従来に比べ１〜２桁あげることが可能となるとともに、欠陥（キズ）の二次元の認識が可能となる。したがって、簡単な構成で、高分解能で広い範囲の被検査物の探傷評価を行うことができる。また、磁力源に永久磁石を用いた場合、電力を消費せずに被検査物を磁化させることができ、観察面の広さ、厚さを制限することはない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る磁気光学式欠陥検出方法を実施するための磁気光学探傷装置の全体構成の一例を示す図である。
【図２】磁化の向きに対する偏波面の状態を説明する図である。
【図３】作用・動作原理を説明する図である。
【図４】実験結果の一例を示す図である。
【図５】比較例の装置構成を示す図である。
【図６】比較例の作用を説明する図である。
【図７】別の比較例の装置構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本発明に係る磁気光学式欠陥検出方法を実施するための磁気光学探傷装置の全体構成の一例を示している。この図では、被検査物１の表面にキズ２があるか否かなどの状態を検査する磁気光学式探傷システムの一例を示している。被検査物１は、強磁性体からなり、例えばフェライトなどである。
【００１２】
図示するように、被検査物１の表面側に、磁気光学効果素子１０を配置する。磁気光学効果素子１０は、ＳＧＧＧ基板等の透明単結晶基板１１の表面に磁気光学膜である磁気ガーネット膜１２を成膜し、さらにその磁気ガーネット膜１２の表面に金属反射膜１３を成膜した積層構造をとる。透明単結晶基板１１にＳＧＧＧ基板を用いた場合、磁気ガーネット膜１２は、ＬＰＥ法などで形成できる。本実施形態では、この磁気ガーネット膜１２は、磁化容易軸（図１中、二点鎖線の矢印）が略面内方向を向いている面内磁化膜としている。すなわち、本実施形態の磁気ガーネット膜１２は、膜面垂直方向の飽和に要する磁界（例えば、４００［Ｏｅ］）が面内方向の飽和に要する磁界（例えば、５０［Ｏｅ］以下）に比べて大きいものを用いている。
【００１３】
この磁気光学効果素子１０に対し、図中上方からレーザ出力装置などの光源部１４から出射される光を偏光子１５を介して直線偏光にして照射し、金属反射膜１３で反射した反射光を検光子１６を介してＣＣＤカメラ等の受光部１７で受光する構成をとる。例えば、図２（ａ）に示すように、磁気ガーネット膜１２内の磁化の方向が、完全に面内を向いている場合に、直線偏光を磁気ガーネット膜１２に照射すると、金属反射膜１３で反射して戻ってきた反射光の偏波面は回転しない。
【００１４】
従って、偏光子１５と検光子１６の透過容易軸が９０度回転した状態になっているとすると、係る反射光は、検光子１６を通過できず、受光部１７における受光レベルは０となり、ＣＣＤカメラで撮像した場合には、暗くなる（黒色）。一方、図２（ｂ）に示すように、磁気ガーネット膜１２内の磁化の方向が、膜面に対して垂直方向を向いている場合に、直線偏光を磁気ガーネット膜１２に照射すると、金属反射膜１３で反射して戻ってきた反射光の偏波面は９０度回転する。従って、係る反射光は、検光子１６を通過し、受光部１７における受光レベルは大きく、ＣＣＤカメラで撮像した場合には、明るくなる（白色）。なお、磁化の方向が図示のように垂直でなく、斜めになっている場合には、偏波面の回転角度もそれに応じたものとなり、反射光の一部が検光子１６を通過して受光部１７で受光される。
【００１５】
なお、本実施形態では、以下に説明するように、キズの有無にかかわらず面内磁化膜である磁気ガーネット膜１２内の磁化の向きは、回転して斜め／垂直になる。そして、その回転の程度は、キズの有無や深さにより変わる。よって、磁気光学効果素子１０（磁気ガーネット膜１２）に直線偏光を照射した場合の反射光の偏波面は、必ず回転するが、その回転角度は被検査物１の状態によって異なることになる。従って、例えば、係る回転角度の相違に対応して受光部１７での受光量が変化するようになっていれば、キズの有無等の探傷を行うことができるので、一般的な偏光子と検光子のように透過容易軸が９０度回転している必要はない。
【００１６】
そして、実際の検査においては、被検査物１に磁界を印加する手段として、被検査物１の裏側に、磁極面が接触或いは近接するように永久磁石１８を配置した。このとき、被検査物１と対向する永久磁石１８の一面は、一方の磁極（ここでは、Ｎ極）が位置し、反対の面が他方の磁極（ここではＳ極）となっている。このように、永久磁石１８が被検査物１の裏面側に配置されているため、測定系の光路との干渉は生じない。また、永久磁石１８は被検査物１の一部に接触或いは近接させることで、被検査物１の全体を磁化させることができる。図では、永久磁石１８を被検査物１の中央に１個のみ配置した例を示しているが、設置数や設置位置を適宜変更することで、被検査物１内の磁束密度の大きさや方向を変更することができる。さらに本実施形態では、永久磁石１８として磁束密度の大きなネオジ磁石を用いた。
【００１７】
これにより、被検査物１内の磁化の方向は、垂直面内で上方を向くようになる。これに伴い、被検査物１の上面からは、上方に向けた磁束が出現し、それを受けた磁気ガーネット膜１２内の磁化の向きは、面内と平行な方向から上方に所定角度回転する。
【００１８】
つまり、図１（ｂ）に示すように、永久磁石を設置しない状態では、磁気ガーネット膜１２の磁化の向きが、面内方向を向いているので、反射光の偏波面も回転しないが、本実施形態のように永久磁石を被検査物１の裏面側に、一方の磁極が対向するように配置することで、磁気ガーネット膜１２の磁化の向きが、面内方向に対し所定角度で傾斜し、それに伴い反射光の偏波面も所定角度回転する。
【００１９】
このとき、図３（ａ）に示すように、被検査物１の上方に漏洩する漏洩磁界の向きは、キズ２の有無に関係無く磁気ガーネット膜１２の膜面と垂直方向で一定となる。そして、図３に示すように、キズ２があると、キズがない部分に比べて被検査物１内の磁束の進む方向に存在する磁性体の量が少なくなり、また、キズ２の部分が磁気ガーネット膜１２と磁性体である被検査物１との間のギャップとなるので、係るキズ２の有無により、磁気ガーネット膜１２に印加される磁界の強度が異なる。それに伴い、磁気ガーネット膜１２の磁化の向きの回転量も相違し、その結果、偏波面の回転角度も相違する。
【００２０】
従って、キズ２の有無により、偏波面の回転角度が相違するので、検光子１５を通過する光量に差が生じ、ＣＣＤカメラからなる受光部１６で撮像した画像データは、図３（ａ）に示すように、キズ２に対向する領域Ｒ１は光量が小さく暗くなり、キズのない部分に対向する領域Ｒ２は光量が大きく領域Ｔ１と比べると相対的に明るくなる。よって、明暗の程度の差からキズの有無を弁別できる。このキズの有無の判断は、撮像した画像データを画像認識しても良いし、受光レベルを閾値と比較し、閾値以下であればキズと判断するようにしたりすることができる。よって、被検査物１に対し、キズ・欠陥の深さ方向に対して平行（磁気ガーネット膜１２の膜面と垂直）に磁化させた場合でも、欠陥の漏洩磁界の乱れを検出できる。しかも、漏洩磁界は、キズ２の方向に依存しないので、キズの２次元形状がそのまま磁気転写されることになるので、多重き裂も無理なく探傷できる。
【００２１】
さらに、キズ２の深さにより、磁気ガーネット膜１２に印加される磁界の強さも異なる。つまり、キズ２が深いほど、磁界の強さは弱くなる。そして、磁気ガーネット膜１２は、面内磁化膜としているため飽和磁界が大きく、キズの深さに対応した磁化の向きの回転角ひいては偏波面の回転角度の変化を、多値に検出することができる。従って、本実施形態では、キズ２の２次元形状のみならず、深さまでも定量化できる。
【００２２】
さらにまた、図３（ｂ）に示すように、キズのない領域（図３（ｂ）中（１））の方が、キズのある領域（図３（ｂ）中（２））よりも磁界の強さが大きくそれに伴う回転角も大きいが、いずれの領域でも磁気飽和しない範囲に位置するようにしている。これにより、被検査物１に印加する磁界の強さの調整が特に不要となる。そして、面内磁化膜で飽和磁界が大きく磁界検出領域が広くなるので、キズの深さにより、（２）の位置が変わり、回転角ひいては受光部１７での受光量が変わることがわかる。よって、受光部１７にて受光量を多値検出することで、キズの深さも定量化できる。
【００２３】
なお、面内磁化膜を用いたことによる飽和磁界の増大に伴い、この種の探傷分野で一般に用いられる垂直磁化膜に比べると、飽和しない領域で検査することもあり、受光部１７で撮像した画像データのコントラストが低下するが、本実施形態では、ネオジ磁石のように磁束密度の大きい永久磁石を用いて印加磁界自体を大きくしているので、問題は生じない。さらに、印加磁界が不足する場合には、設置する永久磁石の個数を増やすなどにより容易に対処可能となる。
【００２４】
図４は、キズのある被検査物を用い、実際に探傷した実験結果の一例を示している。図示するように、偏光顕微鏡を通して観察したところ、５０ミクロン以下〜数百ミクロンまでの欠陥を良好に観察できることが確認できた。
【００２５】
次に、各種の比較例の構造について説明し、本発明の利点を検証する。図５は、被検査物１に対する磁界の印加方向が本発明と異なる。すなわち、被検査物１に漏洩磁界を発生させるために、被検査物１の表面と水平（欠陥：キズの方向と垂直）に磁界を印加している。そして、磁界発生手段としては、コイル（電磁石）２０を用いている。この印加方向は、この種の探傷分野で一般に行われている磁界の印加方向である。
【００２６】
図５（ａ）に示すように、被検査物１の左右の外側に一対のコイル２０を配置し、一方から他方に向けて磁界が発生するようにする。これにより、被検査物１の内部では、表面と水平な方向に磁束が流れる。このとき、図６に示すように、キズ２があると、キズ２の部分がギャップとなり磁束が直進（表面と平行）することができず、そのキズの部分で磁束が外側に飛び出た後、再び被検査物１内に戻り、内部を直進する。よって、面内磁化膜からなる磁気ガーネット膜１２の内部の磁化の状態は、キズ２がない場合には、磁束は被検査物１内を進むと共に、その方向も磁気ガーネット膜１２の磁化の方向と平行となる。一方、キズ２の部分では、磁束が外部に漏洩し、磁気ガーネット膜１２の膜面に対して所定角度で交差し、それに伴い当該部分での磁気ガーネット膜１２内の磁化の向きも傾斜する。よって、キズ２がない部分に対向する領域に照射した直線偏光の反射光は、その偏波面は回転せず、キズ２に対応する部分に照射した直線偏光の反射光は、その偏波面が回転する。よって、図５（ａ）のタイプでも、この回転の有無によりキズの探傷が可能となる。
【００２７】
しかし、実際には、磁気ガーネット膜１２に対しても水平方向に磁界が印加されるため、膜の垂直方向の飽和に要する磁界が増大し、キズ２からの漏洩磁界による垂直方向への磁化の回転が起きにくくなり、コントラストの増加が期待できない。さらに、被検査物１内の磁束は、表面に平行であると共に、キズ２の方向と直交するようにしているので、漏洩磁界はキズの方向に依存することになり、２次元の形状を認識することができない。さらには、キズの深さも検出が困難となる。さらにまた、大きな磁界を印加するには大きな消費電力が必要となるため装置が大型化する。
【００２８】
また、図５（ｂ）に示すように、被検査物１の裏面側に電磁石２１を配置することでも、被検査物１に対して面内方向の磁界を印加することは可能である（図６（ｂ）参照）。しかし、この場合、被検査物１が厚いと面内方向に大きな磁界を印加することが困難となる。これを回避するため、被検査物１の表面側に電磁石を配置すると大きな磁界が印加されるが、直線偏光を照射したり、反射光を受光したりするための光学系と干渉してしまうため、好ましくない。もちろん、図５(ａ)に示す装置構成と同様の問題も有する。
【００２９】
これに対し、本実施形態のように、被検査物１の表面と垂直に磁界を印加すると、磁気ガーネット膜１２の面内方向に磁界が印加されることもなく、キズも２次元形状を認識することができると共に、深さも検出することができる。
【００３０】
図７に示す比較例は、本発明と同様に被検査物１の表面と垂直に磁界を印加する方式を採り、磁気光学膜１２′に、この種の探傷分野で一般に用いられている垂直磁化膜を用いている。垂直磁化膜は、磁化の方向が反転する磁区が交互に配列している。そして、垂直磁化膜であるため、元々、磁気光学膜１１の磁化の方向は、その向き(正逆)は垂直方向であり、被検査物１に対して印加する磁界の向きと同じである。そのため、キズの有無により検出状態を異ならせるためには、キズのない表面からの漏洩磁界を磁気光学膜１２′の飽和磁界よりやや大きく設定して、キズ２に対向する部分の磁区を未飽和にする必要がある。このような設定を行うと、図に示すように、キズ２のない領域に対向する部分は、本来は漏洩磁界の向き(図では、上向き)と反対の磁区も、その漏洩磁界により磁区の向きが反転し、全てが上向きとなり、白状態となる。これに対し、キズ２の部分を通過した漏洩磁界は、その磁界の強さが弱く、本来は漏洩磁界の向き(図では、上向き)と反対の磁区の向きを反転させるに至らず、黒状態となる。よって、キズがある領域では、元々上向きの磁区の部分は白状態となるので、図示するように白と黒が交互に配列された状態となる。
【００３１】
しかし、この構造では、キズのない領域では漏洩磁界により磁気飽和し（図７（ｂ）中（３））、キズのある領域では磁気飽和しない（図７（ｂ）中（４））ように調整する必要があり、係る調整は、被検査物１に磁界を印加する手段として、磁力を調整できる電磁石２２を用いることが必須となり、しかも、係る電磁石２２から発生する磁力の調整(電磁石に通電する電流値の調整)が煩雑となる。さらに、垂直磁化膜で飽和磁界も小さいため、上記のようにキズを検出できるような適切な電流値に設定する調整がより煩雑となる。さらに、電磁石２２から発生する磁力の大きさにより、キズとして認識できるか否かが変わるので、このことは、外部印加磁界の大きさに依存してキズとして観察される形状が変化することを意味しており、キズの寸法を定量的に評価することは因難であると言う問題も有する。これに対し、本実施形態のように、面内磁化膜を用いることで、係る問題が無く、キズの形状を定量的に評価することができるし、煩雑な磁力の調整も不要となる。調整するとしても、設置する磁石の数や位置の変更等で済む。
【００３２】
本実施形態では、永久磁石を用いているが、電磁石を用いても妨げない。但し、永久磁石を用いた方が、電力制御が不要で、電力消費もないので好ましい。
【符号の説明】
【００３３】
１  被検査物
２  キズ（欠陥部）
１０ 磁気光学効果素子
１１  透明単結晶基板
１２  磁気ガーネット膜
１３  金属反射膜
１４  光源部
１５  偏光子
１６  検光子
１７  受光部
１８  永久磁石
【図１】
0005441214.tif 000002
【図２】
0005441214.tif 000003
【図３】
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【図５】
0005441214.tif 000005
【図６】
0005441214.tif 000006
【図７】
0005441214.tif 000007
【図４】
0005441214.tif 000008