(57)【要約】測定対象物の外部から発生し同測定対象物を経由した磁場の磁気センサによる検出精度を向上し、非破壊検査の検査精度を向上する。非破壊検査装置１は、一方の磁場印加ユニット（３L）、磁気センサ２１、他方の磁場印加ユニット（３Ｒ）の順でこれらが配列し、同配列に隣接し同配列と同方向に延在した測定対象物に対し、これらの磁場印加ユニットから互いに逆極性の磁場を印加して磁気回路を形成した状態の同測定対象物からの磁場を磁気センサで検知する構成を有し、磁場印加ユニットのそれぞれは、主にハルバッハ配列の磁石を磁場調整部材として磁気センサ側に配置することで、測定対象物に印加する磁場に対して、磁気センサに向かう磁場が低減されている。
2019054158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体に内包される磁性材料を測定対象物とした非破壊検査装置であって、
一方の磁場印加ユニット、磁気センサ、他方の磁場印加ユニットの順でこれらが配列し、同配列に隣接し同配列と同方向に延在した測定対象物に対し、前記一方の磁場印加ユニット及び前記他方の磁場印加ユニットから互いに逆極性の磁場を印加して磁気回路を形成した状態の同測定対象物からの磁場を前記磁気センサで検知する構成を有し、
前記磁場印加ユニットのそれぞれは、前記測定対象物に印加する磁場に対して、前記磁気センサに向かう磁場が低減されている非破壊検査装置。
【請求項２】
前記磁場印加ユニットのそれぞれは、前記測定対象物に印加する磁場を発生させるためのメイン磁石を有し、前記メイン磁石によって発生した磁場成分のうち、前記磁気センサに向かう磁場成分を低減する効果をもつ磁場調整部材を前記メイン磁石と前記磁気センサの間に配置した構成を有する請求項１に記載の非破壊検査装置。
【請求項３】
前記磁場調整部材は、磁気方向を異ならせた３個以上の磁石を組み合わせたハルバッハ配列の磁石であり、当該ハルバッハ配列の磁石は、ハルバッハ配列の効果による強磁場側面を前記メイン磁石側に対向させ、弱磁場側面を磁気センサ側に対向させて配置されている請求項２に記載の非破壊検査装置。
【請求項４】
前記一方の磁場印加ユニットと前記他方の磁場印加ユニットとは、前記磁気センサに対する配置の入れ替わりが可能にされ、同入れ替わりにより前記測定対象物に形成する磁気回路の極向きが反転可能とされた請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置。
【請求項５】
前記一方の磁場印加ユニット、前記磁気センサ、前記他方の磁場印加ユニットが直線上に配置されている請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置。
【請求項６】
前記配列の前記測定対象物に隣接する面に平行で、前記一方の磁場印加ユニットと前記他方の磁場印加ユニットとを結ぶ仮想線に直交する幅方向に、前記磁気センサと前記一方の磁場印加ユニット及び前記他方の磁場印加ユニットとを、相対的にスライドさせることが可能なスライド機構を有する請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置。
【請求項７】
前記配列の前記測定対象物に隣接する面に垂直な方向の前記磁場調整部材及び前記メイン磁石の厚み寸法が互いに同じである請求項２又は請求項３に記載の非破壊検査装置。
【請求項８】
前記磁気センサは、ライン状、千鳥配列を含む所定の配列に並べられた複数からなる請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置。
【請求項９】
前記磁気センサは、互いに直交する３軸方向の磁場成分を検知可能な３軸センサ又は同３軸方向にセンサ軸がそれぞれ配置された３つの１軸センサにより構成されている請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置。
【請求項１０】
前記磁気センサは、トンネル型磁気抵抗センサ（ＴＭＲセンサ）である請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置と、情報処理装置とを備え、
前記情報処理装置は、前記非破壊検査装置から受けた測定情報に基づき前記測定対象物の異常を判定する非破壊検査システム。
【請求項１２】
前記非破壊検査装置は前記測定対象物の前記磁気センサに対向した測定面における２次元磁場分布を示す面データを前記情報処理装置に出力し、
前記情報処理装置は、前記面データに基づき前記測定対象物の異常を判定する請求項１１に記載の非破壊検査システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置を用いて、前記測定対象物を前記磁気センサに対向させ、前記測定対象物の前記磁気センサに対向した測定面における２次元磁場分布を示す面データを得て、
前記面データに基づき前記測定対象物の異常を判定する非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気を利用した非破壊検査に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気を利用した非破壊検査の応用範囲としては、コンクリートやゴム等の非磁性体材料に内包された鉄筋や鋼棒、ワイヤー等の磁性材料の腐食や劣化による破断の診断、特には、道路や鉄道の橋桁や橋脚、床版内のＰＣ鋼材や鉄筋の破断診断が挙げられる。
従来の磁気を用いたコンクリート内部の鉄筋やＰＣ鋼材の破断判定を非破壊で行う技術として、漏洩磁束法による検査装置が提案されている。
従来の磁気非破壊検査システムでは、測定対象物に磁気回路を形成した状態での磁気測定は、磁気回路生成用磁石が作り出す大きな磁場に測定対象物の破断部位に生じる小さな磁場変化が埋もれてしまうために判定が困難であるとして、「着磁」と「測定」を分離した２ステップ工程による測定対象物の残留磁束を利用する方法が採用されている。
例えば特許文献１には、「着磁」と「測定」の２ステップによる方法として、永久磁石よる着磁後、磁石を撤去し、長手方向に離間配置された一対のセンサを鉄筋長手方向に走査し、２センサの計測値の差分より微分値を求めて判定する技術が記載されている。【０００３】
この測定対象物の残留磁束を利用する方法では、測定対象物の破断面に生じる磁場変化が小さいため、測定対象物のかぶり（埋没深さ）が深い場合に破断部位に生じる磁場変化を捉え難いという課題があった。
それに対して測定対象物である鉄筋やＰＣ鋼材等に磁気回路を形成した状態であれば、従来の残留磁束を利用する従来の方法に比べて、測定対象物の破断部位に大きな磁場変化を発生させることができる為、測定対象物のかぶり（埋没深さ）が深い場合でも、破断部位に生じる磁場変化を捉え易いという効果がある。
例えば特許文献２には、測定対象物に磁気回路を形成した状態での磁気測定方法として、極性の異なる１対の磁石を対向して配置し、対磁石の磁場が均衡によりゼロになる位置に磁気センサを設ける技術が記載されている。同技術では、被検出物（鉄筋）に磁気回路を形成した状態で、鉄筋長手方向に移動させながら検査を行って鉄筋破断判定をする。破断がある側の磁力が小さくなり均衡が崩れることを判定原理とする。特許文献２に記載の技術では、磁気センサを設ける位置が限定されてしまい、複数の磁気センサを配列した磁気センサレイを設置できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７３４８２２号公報
【特許文献２】特開２００４−２７９３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、「磁気回路形成」と「測定」を同時に行う構成の装置及び方法では、測定対象物に磁気回路を形成するための磁気回路生成用磁石が発生する磁力が磁気センサに与える磁場が大きく、それに対して測定対象物の破断部位で発生する磁場が磁気センサに与える磁場が小さいため、前述の磁気回路生成用磁石による磁場に測定対象物の破断部位で発生する磁場成分が埋もれてしまうため判定が困難になってしまうという課題がある。
なお、上掲の特許文献２に記載の技術では、上記「ゼロになる位置」以外に配置した磁気センサによると、磁気回路生成用磁石による磁場に測定対象物の破断部位で発生する磁場成分が埋もれてしまうため判定が困難になってしまうという課題が依然として存在する。【０００６】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、測定対象物の外部から発生し同測定対象物を経由した磁場の磁気センサによる検出精度を向上し、非破壊検査の検査精度を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、非磁性体に内包される磁性材料を測定対象物とした非破壊検査装置であって、
一方の磁場印加ユニット、磁気センサ、他方の磁場印加ユニットの順でこれらが配列し、同配列に隣接し同配列と同方向に延在した測定対象物に対し、前記一方の磁場印加ユニット及び前記他方の磁場印加ユニットから互いに逆極性の磁場を印加して磁気回路を形成した状態の同測定対象物からの磁場を前記磁気センサで検知する構成を有し、
前記磁場印加ユニットのそれぞれは、前記測定対象物に印加する磁場に対して、前記磁気センサに向かう磁場が低減されている非破壊検査装置である。【０００８】
請求項２記載の発明は、前記磁場印加ユニットのそれぞれは、前記測定対象物に印加する磁場を発生させるためのメイン磁石を有し、前記メイン磁石によって発生した磁場成分のうち、前記磁気センサに向かう磁場成分を低減する効果をもつ磁場調整部材を前記メイン磁石と前記磁気センサの間に配置した構成を有する請求項１に記載の非破壊検査装置である。【０００９】
請求項３記載の発明は、前記磁場調整部材は、磁気方向を異ならせた３個以上の磁石を組み合わせたハルバッハ配列の磁石であり、当該ハルバッハ配列の磁石は、ハルバッハ配列の効果による強磁場側面を前記メイン磁石側に対向させ、弱磁場側面を磁気センサ側に対向させて配置されている請求項２に記載の非破壊検査装置である。【００１０】
請求項４記載の発明は、前記一方の磁場印加ユニットと前記他方の磁場印加ユニットとは、前記磁気センサに対する配置の入れ替わりが可能にされ、同入れ替わりにより前記測定対象物に形成する磁気回路の極向きが反転可能とされた請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置である。【００１１】
請求項５記載の発明は、前記一方の磁場印加ユニット、前記磁気センサ、前記他方の磁場印加ユニットが直線上に配置されている請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置である。【００１２】
請求項６記載の発明は、前記配列の前記測定対象物に隣接する面に平行で、前記一方の磁場印加ユニットと前記他方の磁場印加ユニットとを結ぶ仮想線に直交する幅方向に前記磁気センサを、前記一方の磁場印加ユニットと前記他方の磁場印加ユニットとに対して相対的にスライドさせることが可能なスライド機構を有する請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置である。【００１３】
請求項７記載の発明は、前記配列の前記測定対象物に隣接する面に垂直な方向の前記磁場調整部材及び前記メイン磁石の厚み寸法が互いに同じである請求項２又は請求項３に記載の非破壊検査装置である。【００１４】
請求項８記載の発明は、前記磁気センサは、ライン状、千鳥配列を含む所定の配列に並べられた複数からなる請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置である。【００１５】
請求項９記載の発明は、前記磁気センサは、互いに直交する３軸方向の磁場成分を検知可能な３軸センサ又は同３軸方向にセンサ軸がそれぞれ配置された３つの１軸センサにより構成されている請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置である。【００１６】
請求項１０記載の発明は、前記磁気センサは、トンネル型磁気抵抗センサ（ＴＭＲセンサ）である請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置である。【００１７】
請求項１１記載の発明は、請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置と、情報処理装置とを備え、
前記情報処理装置は、前記非破壊検査装置から受けた測定情報に基づき前記測定対象物の異常を判定する非破壊検査システムである。【００１８】
請求項１２記載の発明は、前記非破壊検査装置は前記測定対象物の前記磁気センサに対向した測定面における２次元磁場分布を示す面データを前記情報処理装置に出力し、
前記情報処理装置は、前記面データに基づき前記測定対象物の異常を判定する請求項１１に記載の非破壊検査システムである。【００１９】
請求項１３記載の発明は、請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載の非破壊検査装置を用いて、前記測定対象物を前記磁気センサに対向させ、前記測定対象物の前記磁気センサに対向した測定面における２次元磁場分布を示す面データを得て、
前記面データに基づき前記測定対象物の異常を判定する非破壊検査方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、磁場印加ユニットから磁気センサに向かう磁場が低減されているので、測定対象物の外部、すなわち、磁場印加ユニットから発生し同測定対象物を経由した磁場の磁気センサによる検出精度を向上し、非破壊検査の検査精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る非破壊検査システムの全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る非破壊検査装置の全体外観図である。
【図３Ａ】残留磁束による磁界の強度を示した模式図である。
【図３Ｂ】磁気回路による発生磁界の強度を示した模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る非破壊検査装置による測定状態の模式図である。
【図５】比較例に係り、磁気センサへの磁石磁場の影響の様子を説明するための模式図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る非破壊検査装置におけるセンサ領域への磁場低減効果を説明するための模式図である。
【図７Ａ】比較例に係る組合せ磁石とその磁力線を示す模式図である。
【図７Ｂ】ハルバッハ配列の磁石とその磁力線を示す模式図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に係る左磁石ユニット（左磁場印加ユニット）の模式図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態に係る右磁石ユニット（右磁場印加ユニット）の模式図である。
【図９】別構成例の非破壊検査装置の全体外観図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るセンサユニットに備えられる面データ作成に使用する回路のブロック図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る非破壊検査装置の処理及び非破壊検査方法の基本検査フローである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００２３】
図１に本発明の一実施形態に係る非破壊検査システムの全体構成図を示す。
図１に示すように本実施形態の非破壊検査システム１０は非破壊検査装置１とクラウドコンピュータ９からなり、本実施形態の非破壊検査装置１は主に４つのブロックから構成されている。中心を担うセンサユニット２は磁気測定するためのブロックで、複数の磁気センサ２１を搭載している。磁気センサ２１は測定対象物方向からの１軸方向の磁場成分を検知する１軸センサでもよいが、磁気センサ周囲の３次元磁場分布を得ることができる３軸センサであることがより好ましい。磁気センサ２１には半導体センサであるホール素子や磁気抵抗センサであるＭＲセンサ、ＭＩセンサ、ＴＭＲセンサ（トンネル型磁気抵抗センサ）などが知られているが、より高感度なＴＭＲセンサ（トンネル型磁気抵抗センサ）を適用することが好ましい。ＴＭＲセンサ（トンネル型磁気抵抗センサ）は磁気によって抵抗値が変化する素子で、抵抗ブリッジ回路組むことで磁気を電圧に変換して出力することができる。
【００２４】
磁気センサ２１で生じた電圧をＡ／Ｄ部２２でデジタル値に変換し、モバイル通信ユニット部２３を介して、測定データを外部に送信する。センサユニット２には全体制御するＣＰＵ２４の他、表示部２５や操作部２６も備わっている。送信されたデータは、本システムの情報処理装置の一例であるクラウドコンピュータ９で判定アルゴリズムにかけられ、測定対象物の状態判定がなされる。
【００２５】
本実施形態においては、一方の磁場印加ユニットと他方の磁場印加ユニットは、左磁石ユニット３Ｌと右磁石ユニット３Ｒに相当する。特段左右の区別は無く、名称は図面上の左右による。
左磁石ユニット３Ｌと右磁石ユニット３Ｒは基本的に左右対称の構造で、それぞれメイン磁石３１Ｌ，３１Ｒと磁場調整部材３２Ｌ，３２Ｒで構成されている。
左右のメイン磁石３１Ｌ，３１Ｒの極性は逆で、測定対象物の対向面であるメイン磁石３１Ｌ，３１Ｒの下面は、左右のうち一方がＮ極で他方がＳ極である。磁場調整部材３２Ｌ，３２Ｒはハルバッハ配列に磁石を組み合せたものが採用される。
【００２６】
センサユニット２と左右の磁石ユニット３Ｌ，３Ｒは支持機構４で連結され保持される。
支持機構４は単にセンサユニット２と左右の磁石ユニット３Ｌ，３Ｒを保持するだけでなく、センサユニット２と左右の磁石ユニット３Ｌ，３Ｒを相対的にスライドさせる機構を有し、異なった相対位置での磁気測定を可能にする。
【００２７】
図２に本実形態の非破壊検査装置１の全体外観図を示す。
図２に示すように支持機構４の中央部にセンサユニット２が配置され、幅方向Ｘにセンサユニット２がスライド可能な構成になっている。左右の磁石ユニット３Ｌ，３Ｒは支持機構４の中央部のＹ方向の両端に配置される。また支持機構４にはグリップ４１が設けられ、非破壊検査装置１全体を運んだり、測定対象物にあてがったりする際に非破壊検査装置１全体を安定に保持できるようになっている。
【００２８】
図３Ａ，Ｂに残留磁束による磁界と磁気回路による発生磁界の強度を比較した模式図を示す。
図３Ａは従来の着磁と計測を別に行う２ステップ手順の着磁後の状態を模したものである。測定対象物８は、磁性材料である鉄筋鋼棒またはＰＣ鋼材を想定し、中央部にギャップ１ｃｍ程度の破断が生じている状態を想定する（周りの非磁性体（コンクリート）を不図示とする。以下同じ）。
測定対象物８は着磁によって磁気を帯びた弱い棒磁石状態となる。図３Ａ，Ｂでは左端部がＮ極、右端部側がＳ極に着磁され、破断部位のギャプ部ではＮ極端部からＳ極端部への左向きの磁気ループ状の漏洩磁場が発生する。しかしながら図３Ａの従来の着磁と計測を別に行う方法では、測定対象物８の残留磁気特性に委ねられ、磁石材料ではない一般的な鉄材の場合は非常に弱い磁気しか放てず、生成される漏洩磁場の磁束密度も小さいものとなる。
【００２９】
図３Ｂは本発明の測定原理に係る磁気回路を形成している状態を模したものである。
測定対象物８は同じく、鉄筋鋼棒またはＰＣ鋼材を想定し、中央部にギャップ１ｃｍ程度の破断が生じている状態を想定する。測定対象物８は左右端の上方に配置された磁石ユニット３Ｌ，３Ｒの磁気により、測定対象物８の内部に磁気回路が形成された状態となっている。右磁石ユニット３ＲのＮ極から放たれた磁気は、磁性体である測定対象物８に集まってその内部を通過したのち、左磁石ユニット３ＬのＳ極に流れてゆく。図３Ａと同様、途中の破断部位のギャプ部ではＮ極端部からＳ極端部への左向きの磁気ループ状の漏洩磁場が発生する。但し、磁気回路によって測定対象物８内に流れる磁束量は、残留磁束による磁束量に比べて大きい為、破断ギャップ部の磁束密度も大きくなり、結果として破断ギャップ部の生じる磁気ループ状の漏洩磁場も強いものとなる。
【００３０】
例えば、測定対象物８として長さ１ｍ直径１６ｍｍの２本の鉄筋異形鋼棒を、破断部位を想定してギャップ１ｍｍ程度離して長手方向に対向させ、かぶり３００ｍｍ位置を想定して磁石ユニット３Ｌ，３Ｒを配置する。各磁石ユニット３Ｌ，３Ｒとしては、５２ｍｍ×５２ｍｍ×２５ｍｍのネオジム磁石の１面にヨーク材として５２ｍｍ×５２ｍｍ×２５ｍｍの低炭素鋼を接触一体化させたものを適用し、磁石ユニット３Ｌ，３Ｒを異形鋼棒の破断部位から長手方向（Ｙ方向）にそれぞれ左右２５ｃｍの位置の３００ｍｍ上方に配置して磁気回路を形成する。この場合、その磁気回路が形成された図３Ｂに示すような状態での破断部位のギャップ部断面に中央部には、およそ１６ｍＴの磁束密度が生じる。この状態から磁石ユニット３Ｌ，３Ｒを撤去して図３Ａに示すような状態とすると、異形鋼棒の破断部位のギャップ部断面に中央部には、異形鋼棒の残留磁気特性により一定の磁束密度の生成が残るが、その値はおよそ２ｍＴの磁束密度が生じるに過ぎない。
【００３１】
このように磁気回路を形成する方法は残留磁束を利用する方法に比べて、破断部位に大きな漏洩磁束を発生させることができる。
よって本発明では、測定対象物８に磁気回路を形成する方法を用いることで深かぶりの測定対象物８の非破壊検査を可能とする。例えば従来の着磁と測定を２ステップで行う漏洩磁束法を利用した装置では、漏洩磁束が微弱なため、測定対象物８の破断判定が可能なかぶり深さは２００ｍｍ程度が限界であった。それに対して、本発明の磁気回路を形成する方法では、漏洩磁束が強い為、２００ｍｍを超えるかぶりにおいても破断検知が可能となる。
また、一般的には鉄筋鋼棒の様な粗鉄材に比べ、高い緊張力が求められるＰＣ鋼材は残留磁気特性が小さいことも分かっており、深かぶり位置に配置されることの多いＰＣ鋼材の破断判定には、本発明の磁気回路を形成させながら破断判定を行う方法が好ましい。
【００３２】
図４に本実施形態の非破壊検査装置１の測定状態の模式図を示す。
図４は、中央にセンサユニット２、左右に磁石ユニット３Ｌ、３Ｒを配置した模式図となっており、それらが測定対象物８の近傍に隣接設置され、磁気回路を形成している様子を示す。すなわち、磁石ユニット３Ｌ、磁気センサ２１、磁石ユニット３Ｒの順でこれらが配列し、同配列に隣接し同配列と同方向（Ｙ方向）に延在した測定対象物８に対し、磁石ユニット３Ｌ、３Ｒから互いに逆極性の磁場を印加して磁気回路を形成した状態であり、この状態で測定対象物８からの磁場を磁気センサ２１で検知する構成である。なお、測定対象物のＹ方向に延在する方向は、その物の長手方向である場合に限らず、帯状物などの幅方向をＹ方向とする場合でも左右の磁石ユニット３Ｌ，３Ｒに対向する程度に長ければ測定可能である。
図４に示す例では、測定対象物８である棒状の磁性材料として主鉄筋（ＰＣ鋼材）がセンサユニット２、磁石ユニット３Ｌ，３Ｒの下方に配置され、一方の磁石ユニット（３Ｒ）が発生する磁気が主鉄筋の中を通ってもう一方の磁石ユニット（３Ｌ）に流れ込む磁気回路が形成されている。
【００３３】
測定対象物８の主鉄筋はセンサユニット２の下方に破断部位があれば、破断部位にＳ極とＮ極の端面が発生し、破断部位の周囲にループ状の磁場が発生する。
センサユニット２の磁気センサ２１は、この主鉄筋の破断部位に生じる磁気ループの乱れを１軸センサなら上下方向（Ｚ方向）、３軸センサなら上下、左右、前後方向（Ｘ・Ｙ・Ｚ方向）の磁場成分を検出する。図示しないが、主鉄筋に破断がない場合、破断部位に生じる磁気ループの乱れも生じない為、磁気センサ２１は乱れを検出しない。なお、磁気センサ２１として３軸センサを適用する場合、互いに直交する３軸方向の磁場成分を検知可能な３軸センサが好ましいが、同３軸方向にセンサ軸がそれぞれ配置された３つの１軸センサの複合により構成されていてもよい。
図４では主鉄筋（８）と並行して交差鉄筋（スターラップ）７が配置されているが、磁気回路に平行に配置されている為、測定に支障となるほどの大きな磁場の乱れが生じることはない。
【００３４】
図５と図６に、本発明の測定原理を説明するための磁気センサ２１への磁石磁場の影響の様子を説明するための模式図を示す。
図５は比較例の構成を示したもので、磁気センサ２１の左右に通常のメイン磁石３１Ｌ，３１Ｒが配置されている。左メイン磁石３１Ｌは底面側がＳ極、上面側がＮ極となっており、磁石内部では底面側から上面側方向に向かって磁束が発生する。磁石の外側ではＮ極の上面から放出された磁気がループを描くように底面のＳ極に戻る。磁石の底面では上向きの磁場が発生する。右メイン磁石３１Ｒはその逆で底面側がＮ極、上面側がＳ極となっており、磁石内部では上面側から底面側方向に向かって磁束が発生する。磁石の外側ではＮ極の底面から放出された磁気がループを描くように上面のＳ極に戻る。磁石の底面では下向きの磁場が発生する。
【００３５】
図５に示した比較例の場合、左右のメイン磁石３１Ｌ，３１Ｒの周囲に発生する外部磁場は磁気センサ２１にも、左メイン磁石３１Ｌに近い位置では下向き方向の強い磁場に曝され、右メイン磁石３１Ｒに近い位置では上向き方向の強い磁場に曝される。本実施形態の非破壊検査装置１では、測定対象物の破断部位で発生する微小な磁場変化を捉える必要がある為、このように磁気センサ２１が磁石の直接磁場に曝されることは好ましくないため、図６のように構成する。
【００３６】
図６に本実施形態の非破壊検査装置１におけるセンサ領域への磁場低減効果を説明するための模式図を示す。図５の比較例と同様、磁気センサ２１の左右に通常のメイン磁石３１Ｌ，３１Ｒが配置されており、左右各々のメイン磁石３１Ｌ，３１Ｒと磁気センサ２１の間に磁場調整部材３２Ｌ，３２Ｒが配置されている。左メイン磁石３１Ｌの外側ではＮ極の上面から放出された磁気がループを描くように底面のＳ極に戻るが、磁場調整部材３２Ｌが配置されている側では磁場調整部材３２Ｌが壁になり、磁気センサ２１が強い磁気に曝されることを防いでいる。同様に右メイン磁石３１Ｒの外側ではＮ極の底面から放出された磁気がループを描くように上面のＳ極に戻るが、磁場調整部材３２Ｒが配置されている側では磁場調整部材３２Ｒが壁になり、磁気センサ２１が強い磁気に曝されることを防いでいる。
【００３７】
このように磁場調整部材３２Ｌ，３２Ｒの効果により、磁気センサ２１が磁石の直接磁場に曝されることが解消され、測定対象物の破断部位で発生する微小な磁場変化を磁気センサ２１により精度よく捉えることが可能となる。
【００３８】
図７Ａ，Ｂにハルバッハ配列磁石の効果を説明するための模式図を示す。
よく知られるように通常磁石はＮ極とＳ極の面が対向しており、磁石の両極面で発生する磁束量は磁気の向きが異なるだけで同じである。図７Ａは比較例を示し、単純に上下の極性交互に入れ替えながら磁石を並べて配置した構成であり、上面側と下面側生じる磁界の強さは同じである。
図７Ｂはハルバッハ配列で磁石を並べた場合の模式図である。図７Ｂに示すように５つの磁石が、左から上下、左右、下上、右左、上下と磁化の方向を９０度ごと転回しながら並べて配置されている。その結果、ハルバッハ配列の組磁石の下面側は磁石内部に磁気回路が形成されるため、磁石の外部には僅かしか磁力が発生しない。これに対してハルバッハ配列の組磁石の上面側はＳ極、Ｎ極の大きな部位が構成されるため、磁石の外部に強い磁界ループが発生する。このように磁石をハルバッハ配列に構成すると、片面側に磁界が集中して大きな磁力を取り出すことができる。一般的にハルバッハ配列磁石の効果的な活用はこの大きい側の磁力を活用することであるが、本実施形態では小さい磁界側の面をセンサ側に向けることで磁気シールド効果として活用する。
【００３９】
図８Ａ，Ｂにメイン磁石とハルバッハ磁石との効果的な組み合わせ配置の例を示す。
本実施形態で使用する磁石ユニット３Ｌ，３Ｒは左右１対で、左右対称の構成をとる。磁石ユニット３Ｌ，３Ｒは、大きく分けて、メイン磁石３１Ｌ，３１Ｒ、ハルバッハ磁石（３２Ｌ，３２Ｒ）、ヨーク３３、スペーサー３４で構成される。メイン磁石３１Ｌ，３１Ｒは、測定対象物に磁気回路を形成するためのもので、そのためおよそ例えば５０ｍｍ角で厚さ２５ｍｍのネオジム磁石４枚を用いて実現する。ハルバッハ磁石（３２Ｌ，３２Ｒ）は３個のネオジム磁石を組み合せて構成され、強磁場側面をメイン磁石側に対向させ、弱磁場側面を磁気センサ２１に対向する外側に向くように配置されている。詳しくは、左磁石ユニット３Ｌ（図８Ａ）の場合、メイン磁石３１ＬはＮ極側が底面になるように配置されている。ハルバッハ磁石（３２Ｌ）の中段の磁石はＮ極をメイン磁石側に向け、ハルバッハ磁石（３２Ｌ）の上段及び下段の磁石はＮ極側がハルバッハ磁石（３２Ｌ）の中段の磁石側を向くように配置される。これに対して右磁石ユニット３Ｒ（図８Ａ）の場合は、Ｎ極とＳ極を入れ替えた配置である。
ハルバッハ磁石（３２Ｌ，３２Ｒ）をこのように配置することで、メイン磁石３１Ｌ，３１Ｒの磁場をハルバッハ磁石（３２Ｌ，３２Ｒ）の磁場で抑え込んで、磁気センサ２１の方向へ向かう磁力を低減する。すなわち、測定対象物８に印加する磁場を強くしたまま、磁気センサ２１に向かう磁場を低減する。したがって、非破壊検査装置１においては、測定対象物８に印加する磁場に対して、磁気センサ２１に向かう磁場が低減されている。そのため、測定対象物８からの磁場成分を、磁石ユニット３Ｌ，３Ｒから磁気センサ２１に向かう磁場に埋もれさすことなく、精度よく磁気センサ２１により検知可能である。
【００４０】
ヨーク３３はメイン磁石３１Ｌ，３１Ｒの下方向への磁力を増強する効果と複数の磁石を吸着させて、それぞれを安定して固定するために設けられている。また、スペーサー３４はそれぞれの磁石の反発力が強すぎる為隣接して配置することができないために磁石を一定距離離して配置するための間隔保持部材として使用している。磁石ユニット３Ｌ，３Ｒは、Ｚ方向の磁場調整部材３２Ｌ，３２Ｒ及びメイン磁石３１Ｌ，３１Ｒの厚み寸法が互いに同じとなっており、メイン磁石３１Ｌ，３１Ｒと磁気センサ２１との間に十分な大きさの磁場調整部材３２Ｌ，３２Ｒを配置しつつ、空間有効良く構成されている。
なお、出来るだけ強力な磁気回路を形成するために、メイン磁石３１Ｌ，３１Ｒとしてネオジム磁石を採用することが好ましく、強力なメイン磁石の磁場を調整するためのハルバッハ磁石（３２Ｌ，３２Ｒ）もネオジム磁石を採用することが好ましいが、安価なフェライト磁石でも同様の効果は得られる。
【００４１】
図９に非破壊検査装置の別構成例を示す。
図２に示した構成例ではセンサユニット２の磁気センサ２１をＹ方向に一次元配列として幅方向（Ｘ方向）に移動させるスライド機構を設けた構造とした。図９に示す構成例ではスライド機構を廃止して、センサユニット２において磁気センサ２１をＸＹ面上に二次元配置している。磁気センサ２１を２次元配置することで、スライド機構を用いて幅方向（Ｘ方向）のセンサ位置を適宜変えながら複数回の測定を行う必要がなく、一度の測定で、測定対象物８の磁気センサ２１に対向した測定面（ＸＹ面）における２次元磁場分布を示す面データを得ることができる。
【００４２】
図２又は図９に示した非破壊検査装置１において、一方の磁場印加ユニット（３L）と他方の磁場印加ユニット（３Ｒ）とは、磁気センサ２１に対する配置の入れ替わりが可能にされ、同入れ替わりにより測定対象物に形成する磁気回路の極向きが反転可能とされた構成を実施することが好ましい。これにより、測定対象物と磁気センサ２１との相対的配置を変えずに、磁気回路の極向きが互いに反対にされ２つの面データを取得することができる。非破壊検査装置１を全体で反転すると、センサユニット２も反転してしまうため、測定対象物と磁気センサ２１との相対的配置が変わってしまい、磁気センサ２１の各素子のセンサ特性のバラつきによる変化量が面データに重畳されてしまうからである。
反転可能にする構造は、単に、２つの磁石ユニット３Ｌ，３Ｒを支持機構４から一旦取り外し、入れ替えて支持機構４に取り付け直すものでもよい。また、２つの磁石ユニット３Ｌ，３Ｒを支持するサブフレームを独立に設け、同サブフレームをセンサユニット２等が支持されたメインフレームに対して回転可能に連結した機構など、２つの磁石ユニット３Ｌ，３Ｒを支持機構４から取り外さずに反転できる機構を構成してもよい。
なお、図９ではセンサを正方格子状に配置した例で示したが、センサの二次元配置の方法は市松模様状配置等でもよく、正方格子状配置には限定しない。
【００４３】
図１０にセンサユニット２に備えられる面データ作成に使用する回路のブロック図を示す。
図１０に示すように本回路の１ライン部分２ａには、図２及び図９にも示した１ライン部分２ａに並ぶ複数の磁気センサ２１が備わり、それぞれの磁気センサ２１には信号を増幅するアンプ２１ａ、信号をデジタルデータ化するＡ／Ｄ部２２、一列分の磁気センサ２１のデータをライン状に並び替えるラインデータ部２ｂがある。なお、複数の磁気センサ２１の並べ方はライン状、千鳥配列その他任意である。
図２に示した装置構成では１ライン部分２ａが単数であるとともに、センサユニット２をＸ方向に移動させるスライド機構があり、スライド機構により１ライン部分２ａによるセンシング位置を変更した場所で別のラインデータを取得する。順次複数個所のセンシング位置でのラインデータを収集し、面データ部２ｃで面データ化する。また図９で示した装置構成では１ライン部分２ａは移動なし一度に取得できる必要数あり、一度に面データを採取することができる。面データ部２ｃで生成した面データは、上述したようにクラウドコンピュータ９に送信され、クラウドコンピュータ９で処理され測定対象物８の破断の有無等の状態判定がなされる。
【００４４】
図１１に本実施形態の非破壊検査装置の処理及び非破壊検査方法の基本検査フローを示す。図２にし示した非破壊検査装置１を用いる場合である。
（ステップＳ１）非破壊検査装置１を磁気センサ２１が測定対象物８の表面に対向して近接するように設置して、磁石ユニット３Ｌ，３Ｒから磁場を印加して測定対象物８に磁気回路を形成する。
（ステップＳ２）  ステップＳ１による磁気回路形成状態で測定対象物８からの磁束を磁気センサ２１で検知する。
（ステップＳ３）非破壊検査装置１の位置は変えずにセンサユニット２を幅方向（Ｘ方向）にシフトする。
（ステップＳ４）全シフト位置での測定が完了しているか否かを判断し、完了していなければステップＳ２に戻る。完了していればステップＳ４に進む。
（ステップＳ５）全シフト位置で採取したデータより測定面全体の磁場分布を作成する。このときのデータは、１軸センサであれば１軸の面データとなり、３軸センサであれば３軸方向の面データとなる。
（ステップＳ６）作成した面データに測定対象物の破断や腐食が原因とみられる磁場の乱れがないかを分析し、磁場の乱れがある場合は破断、腐食等の異常部位と推定する。以上で一連の測定を終了する。
なお、図９に示した非破壊検査装置１を用いる場合は、ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４の循環処理はなく、一度に面データを取得する。
【００４５】
作成された面データに基づき、クラウドコンピュータ９の処理によって異常判定を行う。
測定対象物が正常で連続性が保たれている場合、大きな局所磁場変化は生じない。逆に、測定対象物に破断や腐食等が生じてその連続性が損なわれると、その部位に局所的な急激な磁場変化が生じる。異常判定の一例としては、注目座標の磁場強度値とその周囲の磁場強度値との差分値による判定法が挙げられる。例えば、面データ上の全てまたは任意の座標の磁場強度値とその前後左右の４つの座標の磁場強度値とのそれぞれの差分をとり、これを注目座標の磁場強度値で除した傾きを算出し、その傾きの絶対値が一定値を超えるか否かで異常の有無を判定する。すなわち、
前方傾き＝｜（注目座標の値 − 前座標の値）/ 注目座標の値）｜
後方傾き＝｜（注目座標の値 − 後座標の値）/ 注目座標の値）｜
左方傾き＝｜（注目座標の値 − 左座標の値）/ 注目座標の値）｜
右方傾き＝｜（注目座標の値 − 右座標の値）/ 注目座標の値）｜
として、この４つの値のうちひとつでも、所定の閾値（例えば０．３）を超えた場合、注目座標付近に異常があると判定とする。判定は１軸センサでは１軸方向の磁場強度値のみ、３軸センサであれば３軸方向の全ての磁場強度値において判定を行うことが好ましい。このとき、所定の閾値は、検出ピッチや磁場成分の軸方向によりそれぞれ設定することが好ましい。
なお、面データに基づき測定対象物の異常を判定する情報処理装置は、クラウドコンピュータ９に限らず、非破壊検査装置に対して一対一に接続されるコンピュータであったり、非破壊検査装置に一体に搭載されるコンピュータであったりなどハードウエア構成は問わない。クラウドコンピュータ９の一局で処理する場合は、情報の集積、均一な処理、利用等の点で有利である。
【００４６】
以上説明したように、ハルバッハ磁石をその強磁場側面をメイン磁石側に対向させ、弱磁場側面を磁気センサ側に対向させて配置することで、磁気センサに加わるメイン磁石の磁力をブロックする効果を生じさせることができる。これにより、磁場印加ユニットから磁気センサに向かう磁場が低減されているので、測定対象物の外部、すなわち、磁場印加ユニットから発生し同測定対象物を経由した磁場の磁気センサによる検出精度を向上し、非破壊検査の検査精度を向上することができる。
【００４７】
以上の実施形態に拘わらず、磁場印加ユニットのそれぞれは、測定対象物に印加する磁場に対して、磁気センサに向かう磁場が低減されればよいから、磁場調整部材として、ＳＳ４００に代表される低炭素鋼による磁気シールドを配置する方法や磁気を反発させる小型磁石を配置する方法も一定の効果はある。しかし、磁気シールド方法は磁気回路の成分までシールドが吸収してしまうという弊害もあり、また反発磁石を配置する方法は反発磁石の強さ設定や配置の最適化が困難ため、上記実施形態の磁場調整部材としてハルバッハ磁石を配置する方法が好ましい。
また、磁場印加ユニットのそれぞれは、測定対象物に印加する磁場に対して、磁気センサに向かう磁場が低減されればよいから、磁場印加ユニットにハルバッハ磁石のみを配置してもよい。この場合もハルバッハ磁石の図７Ｂの弱磁場側面を磁気センサ側に対向させれば、同ハルバッハ磁石から測定対象物に印加する磁場に対して、磁気センサに向かう磁場が低減されるからである。しかし、測定対象物に印加する磁場をより強くするために上記実施形態のように、ハルバッハ磁石のほかにメイン磁石を配置することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、コンクリートに埋設される鉄筋等の非破壊検査装置、非破壊検査システム及び非破壊検査方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 非破壊検査装置
２ センサユニット
３Ｌ，３Ｒ 磁石ユニット
４ 支持機構
８ 測定対象物
９ クラウドコンピュータ（情報処理装置）
１０ 非破壊検査システム
２１ 磁気センサ
３１Ｌ，３１Ｒ   メイン磁石
３２Ｌ，３２Ｒ   磁場調整部材
３３ ヨーク
３４ スペーサー
４１ グリップ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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