(57)【要約】【課題】本発明は、この問題点を解決するためになされたもので、磁化器から磁気センサに漏洩する磁束と試験体内の欠陥に起因して試験体外に漏洩する磁束を識別して、さらに欠陥をその場で視認できる機能を有する磁場可視化センサ及び磁場可視化センサを備えた磁気探傷用プローブを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、試験体を磁化する磁化器と、欠陥に起因して発生した磁場を検出する磁気検出部と、前記磁気検出部に対応した発光素子を備えた磁気探傷用プローブであって、前記磁気検出部からの出力信号の演算結果により、前記発光素子の点灯を判定する機能を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体を磁化する磁化器と、欠陥に起因して発生した磁場を検出する磁気検出部と、前記磁気検出部に対応した発光素子を備えた磁気探傷用プローブであって、前記磁気検出部からの出力信号の演算結果により、前記発光素子の点灯を判定する機能を備えることを特徴とする磁気探傷用プローブ。
【請求項２】
請求項１において、前記試験体の健全部を磁化した際に前記磁気検出部が検出した検出信号を予め記憶する初期信号記憶部と、欠陥の有無を試験する試験体から得られた検出信号から前記初期信号を減算する初期信号減算部と、前記初期信号減算部から出力されたセンサ信号と閾値で処理する閾値処理部を備えることを特徴とする磁気探傷用プローブ。
【請求項３】
請求項１及び２において、前記閾値処理部により、閾値を超えたセンサ信号を出力した前記磁気検出部に対応した前記発光素子を点灯する機能を備えた磁気探傷用プローブ。
【請求項４】
請求項３において、前記初期信号減算部が出力するセンサ信号に基づき、前記磁気検出部を貫く磁束の方向を識別する方向識別部を備えることを特徴とする磁気探傷用プローブ。
【請求項５】
請求項１において、前記磁気検出部と前記発光素子を前記磁化器の磁極間で往復走査させ、往路走査時にエンコーダ信号に同期して前記磁気検出部からのセンサ信号を収録し、前記発光素子の点灯を判定し、復路走査時に前記エンコーダ信号の位置に同期して前記発光素子を点灯させる機能を備えることを特徴とする磁気探傷用プローブ。
【請求項６】
試験体を磁化する磁化器を用いた磁気探傷用プローブに使用する磁場可視化センサであって、
欠陥に起因して発生した磁場を検出する磁気検出部と、前記磁気検出部に対応した発光素子を備えた磁場可視化センサであって、前記磁気検出部からの出力信号の演算結果により、前記発光素子の点灯を判定する機能を備えた磁場可視化センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場可視化センサ及び磁気探傷用プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁性体では、内部や表面に欠陥があると強度などその品質に問題が生じる可能性があるため、品質管理上あるいは品質保証上、Ｘ線透過法や超音波探傷法などさまざまな非破壊検査が行われている。特に、表面近傍の欠陥検出や薄鋼板の表面及び内部の欠陥検出には電磁気的な手法である磁粉探傷法や漏洩磁束探傷法が用いられることが多い。
【０００３】
磁粉探傷法は、強磁性体のコアにコイルを巻いた磁化器等で試験体を磁化し、試験体表面の傷部に生じた磁極に、蛍光物質を塗布した磁粉を付着させ、その磁粉を紫外線照射灯で照射し、発光させて、傷部を検出するという探傷法である。この探傷法は、表面欠陥の検出に優れ、その場で欠陥を視認できるという利点があるが、表面下の内在欠陥の検出性が低い。次に、漏洩磁束探傷法は、表面下の内在欠陥の検出性において磁粉探傷法に比べて優れている。但し、漏洩磁束探傷法は、磁気センサとしてホール素子や磁気抵抗素子等のような磁場を検出して電気信号を出力する方式のセンサを使用しており、その場で欠陥の視認はできない。
【０００４】
そこで、磁性材の表面下の内在欠陥の検査において、漏洩磁束探傷法に用いる磁場検出用のセンサに、その場で欠陥を視認できる機能を付加することにより、磁粉探傷法の利点も備え、より簡便な検査を行うことができる。このような機能を有する磁気センサとして、例えば特許第4316974号（特許文献１）がある。特許文献１に開示するセンサは、電極間にホール輸送層と発光層を形成し、直接磁場強度による発光強度の変化を検知し、磁場を検出するセンサである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第4316974号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、図２（ａ）に示すように、漏洩磁束探傷法で使用する強磁性体のコア５にコイル（図示しない）を巻いた磁化器３０の磁極１３a、b 側面からは、漏洩磁束１４が常時発生している。そのため、特許第4316974号に示されているような、磁場強度による発光強度の変化を直接見る方式のセンサだと、この磁極１３a、b 側面からの漏洩磁束１４と試験体８内部の欠陥に起因して、試験体８の外に漏れ出た磁束を区別することができないという問題があった。
【０００７】
また、図２（ｂ）に示すように、磁化器３０の磁極１３a、b 間に磁気シールド１５を設けて、磁極１３a、b 側面からの漏洩磁束１４を遮断する方法も考えられる。しかし、磁気シールド１５を設けたことにより、試験体８内の磁束１２が漏洩磁束１６として、磁気シールド１５に漏洩するために、試験体８の磁場強度が弱くなり、欠陥の検出性が低下してしまう問題が生じていた。
【０００８】
本発明は、この問題点を解決するためになされたもので、磁化器から磁気センサに漏洩する磁束と試験体内の欠陥に起因して試験体外に漏洩する磁束を識別して、さらに欠陥をその場で視認できる機能を有する磁場可視化センサ及び磁場可視化センサを備えた磁気探傷用プローブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、試験体を磁化する磁化器と、欠陥に起因して発生した磁場を検出する磁気検出部と、前記磁気検出部に対応した発光素子を備えた磁気探傷用プローブであって、前記磁気検出部からの出力信号の演算結果により、前記発光素子の点灯を判定する機能を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、磁化器から磁気センサに漏洩する磁束と試験体内の欠陥に起因して試験体外に漏洩する磁束を識別して、さらに欠陥をその場で視認できる機能を有する磁場可視化センサ及び磁場可視化センサを備えた磁気探傷用プローブを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の磁場可視化センサを示す図である。
【図２】試験体と磁化器間の磁束の流れを示す図である。
【図３】本発明の磁気探傷用プローブを示す図である。
【図４】（a）図３のA-A断面図である。  （b）試験体の表面下に横穴を付与した図３のA-A断面図である。
【図５】信号処理部のブロック図である。
【図６】（a）図４（a）において試験体を磁化した際のホール素子のセンサ信号とLEDの点灯状況を示す図である。  （b）図４（b）において試験体を磁化した際のホール素子のセンサ信号とLEDの点灯状況を示す図である。
【図７】（a）図６（b）から図６（a）のセンサ信号を減算したセンサ信号とLEDの点灯状況を示す図である。  （b）図７（a）のセンサ信号を位置差分処理したセンサ信号とLEDの点灯状況を示す図である。
【図８】信号処理部のブロック図の一形態を示す図である。
【図９】（a）図７（a）のセンサ信号に方向識別部の処理を施したLEDの点灯状況を示す図である。  （b）図７（b）のセンサ信号に方向識別部の処理を施したLEDの点灯状況を示す図である。
【図１０】磁場可視化センサのホール素子とLEDを1個にした磁気探傷用プローブのA-A断面図である。
【図１１】エンコーダ信号に同期してセンサ信号を収録する機能を追加した信号処理部のブロック図の一形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、磁性材の検査に関係し、磁場を検出した位置で発光素子を点灯させ、磁場発生位置を明示するセンサ及びそのセンサを有する磁気探傷用プローブに関するものである。以下、本発明の各実施例について説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の好適な一実施例である磁場可視化センサ及び磁気探傷用プローブを図１、図３〜図７を用いて以下に説明する。
【００１４】
図１に磁場可視化センサを示す。磁気センサとして、磁気検出部がコの字型基板の一方の外表面に2次元アレイ状に配置され、反対の外表面に各磁気検出部に対応した位置に発光素子が配列されている。図１において、磁気検出部はホール素子１であり、発光素子はＬＥＤ２によって構成される。ホール素子１とLED２のケーブルが信号処理部４に接続され、磁場可視化センサ１０を構成している。もちろん、磁場可視化センサ１０に使用する磁気センサとして、AMRセンサやTMRセンサのような磁気抵抗素子を使用してもよいし、発光素子として有機ELや液晶を使用してもよい。また、磁気センサ、発光素子の配列は1次元アレイであってもよいし、コの字型基板３は独立した2枚の基板を組み合わせる構成でもよい。
【００１５】
図３に磁場可視化センサ１０を用いた磁気探傷用プローブ２０を示す。磁性材の試験体８上に磁化器３０があり、磁化器３０の磁極間に磁場可視化センサ１０を配置している。磁化器３０は、強磁性体のコア５にコイル６を巻いた構造である。磁化器３０に接続された電源７により、試験体８を磁化する。図４（a）に、磁気探傷用プローブ２０の奥行き方向の中心断面（A-A断面図）を示す。図４（b）は試験体８の表面下に横穴９を付与した図を示す。磁場可視化センサ１０により、欠陥に起因する磁場を検出し、LED２を点灯させて、欠陥を視認するまでの処理について、図４（a）、（b）に示す1列のホール素子１とLED２を用いて説明する。
【００１６】
図６（a）、（b）は、図４（a）、（b）において、磁化器３０により試験体８を磁化し、ホール素子１が磁場を検出した時のセンサ信号４００、５００とホール素子１に対応したLED２の点灯状況を示す。磁化の向きは図２と同じであり、ホール素子１は、Z 軸方向の磁束に対してプラスの信号を出力し、Ｚ軸に対して逆向きの磁束に対してマイナスの信号を出力する。図６（a）に示すように、試験体に欠陥が存在しない健全部においても、磁化器３０の磁極側面から試験体８表面に磁束が漏洩しているため、センサ信号を検出している。
【００１７】
図５は、LED２の点灯を判断する信号処理部４のブロック図を示す。センサ信号収録部１１０で収録したセンサ信号１００をそのまま閾値処理部１６０において、図６（a）に示す閾値で処理を行うと、LED２は中心の２f 以外全て点灯してしまう。同様の処理を図６（b）の横穴を付与した条件において行っても、LED２は中心の２f 以外全て点灯してしまう。よって、以下に説明する手順により、横穴のみLED２が点灯する磁場可視化センサ１０を実現した。
【００１８】
まず、図６（a）に示す試験体８の健全部を磁化した際の、ホール素子１のセンサ信号４００を図５に示すセンサ信号収録部１１０に収録し、記憶信号２００の発生により、センサ信号４００（初期信号）は初期信号記憶部１２０に保存される。以後、欠陥の有無を試験する試験体から収録されるセンサ信号５００は、全て初期信号減算部１３０において、初期信号記憶部１２０に保存されている初期信号を減算する。図７（a）は、図６（b）のセンサ信号５００から初期信号として保存された図６（a）のセンサ信号４００を減算した結果である。このセンサ信号６００は処理信号記憶部１５０に保存される。ここで、閾値処理部１６０は、センサ信号６００を図７（a）に示す閾値で処理し、閾値を超えたセンサ信号を出力した磁気検出部に対応する発光素子（２d、２e、２g、２h）を点灯させる。このように、中心に消灯したLED２f が1個あり、そのLED２f を対称に同数のLED２d、２e、２g、２hが点灯し、その外側のLED２c、２i が消灯していれば、点灯しているLED２の間に欠陥が存在し、欠陥がLED２f 近傍にあることが分かる。
【００１９】
また、図７（b）に示すように、図７（a）に示すセンサ信号６００を図５に示す位置差分処理部１４０において、予め設定されたホール素子１間のセンサ信号の差分をとることにより、微分情報が得られ、欠陥の検出性が向上する。センサ信号７００を閾値処理部１６０において、図７（b）に示す閾値で処理すると、２e、２f、２g が点灯する。差分処理したセンサ信号は、センサ信号７００のように中心にピークを持つので、点灯したLED２の中心、図７（b）の場合はLED２f が欠陥に最も近い位置だと分かる。
【００２０】
このように、本実施例によれば、磁性材の試験体の表面及び表面下の傷をその場で視認することができる磁気センサに対応した発光素子を備え、磁気センサの出力信号を演算処理することにより、磁化器からの漏洩磁束のノイズ信号と欠陥に起因した磁場信号を識別し、欠陥に起因した磁場信号を検出した磁気センサのみ点灯させる信号処理機能を有する磁場可視化センサ及び磁場可視化センサを備えた磁気探傷用プローブを提供することができる。
【実施例２】
【００２１】
磁場可視化センサ１０の信号処理部４の実施例２を図８、図９に示す。初期信号減算部１３０の後に方向識別部１７０を設け、ホール素子を貫く磁束の方向を識別する。図９（a）は、図７（a）のセンサ信号６００に方向識別部１７０の処理を追加し、閾値処理部１６０で処理した結果を示す。図９（a）では、検出した磁場の向きをLED２d、２e とLED２g、２hが点灯する際の濃淡によって表しているが、別の表現方法としては、LED２d、２eを点灯させ、LED２ｇ と２ｈ を点滅させる方法でも実現できる。また、ホール素子１に対して色の異なる2色のLED２を配置して、検出した磁場の方向により点灯するLED２の色を変更する方法も考えられる。図９（a）に示すように、横穴９のような欠陥の前後では、磁束の方向が変化するので、LED２の点灯状態により、磁束の方向が識別できると欠陥の検出性が向上する。
【００２２】
同様に、図９（b）は、図７（b）のセンサ信号７００に方向識別部１７０の処理を追加し、閾値処理部１６０で処理した結果を示す。この場合もLED２f の前後でセンサ信号の符号が反転するので、図９（b）に示すようにLED２e、２g は、LED２f と異なる点灯状態になる。よって、図９（a）の場合と同様に欠陥の検出性が向上する。さらに欠陥の検出性を向上させる方法として、図８に示すように閾値処理部１６０の後に信号強度識別部１８０を追加する方法もある。信号強度識別部１８０では、磁場の方向を識別した後に、信号強度に応じて、ＬＥＤの濃淡や色を変化させて、より詳細な磁場分布を表現する。また、より小型のホール素子１を用い、ホール素子１の間隔を狭めることにより、磁場検出の分解能を向上させ、欠陥の検出性も同様に向上する。
【実施例３】
【００２３】
図１０、図１１に実施例３を示す。それぞれ１個ずつのホール素子１とLED２をコの字型基板３に設置し、コの字型基板３を同一線上で往復走査させ、往路走査時にエンコーダ（図示しない）の信号８００に同期して、ホール素子１のセンサ信号１００を信号処理部４のセンサ信号収録部１１０に収録する。その後の初期信号減算部１３０から閾値処理部１６０までの処理は、実施例１及び２と同様に行い、点灯判定を各エンコーダ信号８００の位置のセンサ信号１００に対して行う。そして、各位置の点灯判定終了後の復路走査時に、コの字型基板３がLED２を点灯させる位置に到達した際に（エンコーダ信号の位置に同期して）、LED２を点灯させる。このような方法により、エンコーダの分解能を向上することで、検出する磁場の分解能が向上し、更に欠陥の検出性を向上できる。
【００２４】
本発明は、上記実施例に限定されること無く、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種種の変形が可能であり、それらも本発明に含まれることはいうまでもない。具体的には、ホール素子１、LED２、コの字型基板３、信号処理部４は、測定対象となる鋼材の磁気特性、検出対象となる欠陥の大きさと漏洩磁束分布に応じて本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜調整することが可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１…ホール素子、２…LED、３…コの字型基板、４…信号処理部、５…コア、６…コイル、７…電源、８…試験体、９…横穴、１０…磁場可視化センサ、１３a、b…磁極、１５…磁気シールド、２０…磁気探傷用プローブ、３０…磁化器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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