(57)【要約】【課題】例えば、検査対象物の内部を検査することができ、かつ比較的容易な演算処理によって異常を判別することができる磁気検査装置を得る。【解決手段】実施形態の磁気検査装置にあっては、例えば、検査対象物に対する相対的な検出位置を変更可能に設けられた磁気センサの、検出位置毎の、励磁コイルに印加された複数の異なる周波数の交流電流に対する検知コイルによる検出結果を取得するデータ取得部と、検出結果を、少なくとも検出位置に応じた変数と、周波数および励磁コイルと検査対象物との間の距離のうち少なくとも一方に応じた変数と、による多変数関数として取り扱う演算処理に基づいて、検査対象物の異常を検出する異常検出部と、を備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物に対する相対的な検出位置を変更可能に設けられた磁気センサの、前記検出位置毎の、励磁コイルに印加された複数の異なる周波数の交流電流に対する検知コイルによる検出結果を取得するデータ取得部と、
前記検出結果を、少なくとも前記検出位置に応じた変数と、前記周波数および前記励磁コイルと検査対象物との間の距離のうち少なくとも一方に応じた変数と、による多変数関数として取り扱う演算処理に基づいて、前記検査対象物の異常を検出する異常検出部と、
を備えた、磁気検査装置。
【請求項２】
前記多変数関数は、前記変数として、前記検査対象物に対する第一の方向の前記検出位置に応じた変数を含む、請求項１に記載の磁気検査装置。
【請求項３】
前記多変数関数は、前記変数として、前記検査対象物に対する前記第一の方向と交差した第二の方向の前記検出位置に応じた変数を含む、請求項２に記載の磁気検査装置。
【請求項４】
前記異常検出部は、ｎ変数関数（ｎは２または３）をｎ次元の画像データとした所定の画像処理に基づいて異常を検出する、請求項１〜３のうちいずれか一つに記載の磁気検査装置。
【請求項５】
前記画像処理には、所定の特徴を有した隣接画素を同一グループとするグルーピングが含まれる、請求項４に記載の磁気検査装置。
【請求項６】
前記検出結果は、前記励磁コイルに印加された励磁電流に対する、前記検知コイルで検出された検出電流の位相差である、請求項１〜５のうちいずれか一つに記載の磁気検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、磁気検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気センサを用いた検査装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の磁気検査装置において、検査対象物の内部を検査することができ、かつ比較的容易な演算処理によって異常を判別することができれば、有益である。
【０００５】
そこで、本開示の課題の一つは、例えば、検査対象物の内部を検査することができ、かつ比較的容易な演算処理によって異常を判別することができる磁気検査装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の磁気検査装置にあっては、例えば、検査対象物に対する相対的な検出位置を変更可能に設けられた磁気センサの、上記検出位置毎の、励磁コイルに印加された複数の異なる周波数の交流電流に対する検知コイルによる検出結果を取得するデータ取得部と、上記検出結果を、少なくとも上記検出位置に応じた変数と、上記周波数および上記励磁コイルと検査対象物との間の距離のうち少なくとも一方に応じた変数と、による多変数関数として取り扱う演算処理に基づいて、上記検査対象物の異常を検出する異常検出部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態の磁気検査システムを示す例示的かつ模式的な斜視図である。
【図２】図２は、実施形態の磁気検査システムを示す例示的かつ模式的な正面図である。
【図３】図３は、実施形態の磁気検査装置の例示的かつ模式的なブロック図である。
【図４】図４は、実施形態の磁気検査装置による検査手順の例示的かつ模式的なフローチャートである。
【図５】図５は、実施形態の磁気検査装置によるある位置での検査結果を二次元的に示した例示的かつ模式的な説明図である。
【図６】図６は、実施形態の磁気検査装置による複数の位置での検査結果を三次元的に示した例示的かつ模式的な説明図である。
【図７】図７は、変形例の磁気検査システムを示す例示的かつ模式的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成や制御、ならびに当該構成や制御によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成や制御以外によっても実現可能である。また、本発明は、基本的な構成や制御によって得られる派生的な効果も含む種々の効果を得ることが可能である。
【０００９】
なお、各図中のｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向は、互いに直交している。ｘ方向は、円柱状の検査対象物の周方向である。ｙ方向は、円柱状の検査対象物の軸方向である。また、ｚ方向は、励磁コイルに印加される電流の周波数の大きさに対応した仮想軸の方向である。
【００１０】
図１は、磁気検査システムの斜視図であり、図２は、磁気検査システムの軸方向視における正面図である。図１，２に示されるように、磁気検査システムは、検査対象物Ｄを検査する磁気センサ１０を有する。磁気センサ１０は、検査対象物Ｄの外部から検査対象物Ｄの表面や内部を検査する非侵襲かつ非接触のセンサである。
【００１１】
磁気センサ１０は、励磁コイル１１と検知コイル１２とを有している。励磁コイル１１は、印加された電流に応じた磁界を形成する。検知コイル１２には、励磁コイル１１によって形成された磁界により電流が流れる。磁気検査システム（磁気検査装置２０、図３）は、検査対象物Ｄの状態に応じた励磁コイル１１の電流の変化に基づいて、検査対象物Ｄの異常を検知する。
【００１２】
図１，２の磁気センサ１０において、励磁コイル１１および検知コイル１２は、いずれも、検査対象物Ｄの中心軸Ａの径方向に沿った各軸心（不図示）回りに巻かれた巻線（不図示）を有し、円筒状である。励磁コイル１１と検知コイル１２とは、直列に互いに隣接して配置されている。また、検知コイル１２が励磁コイル１１よりも検査対象物Ｄの近くに位置され、検査対象物Ｄと面するように配置されている。ただし、磁気センサ１０（励磁コイル１１および検知コイル１２）はこのような形状や、姿勢、レイアウトのものには限定されない。励磁コイル１１および検知コイル１２の筒内には、磁性材料のコアが挿入されてもよい。
【００１３】
図１，２の例では、磁気検査システムは、円筒状の検査対象物Ｄの中心軸Ａの軸方向（ｙ方向）の各位置（検出位置）において、中心軸Ａの周方向（ｘ方向）の各位置における検査データを取得する。位置は、例えば、一定の間隔で設定され、当該間隔（ステップ）の大きさは適宜に設定されうる。
【００１４】
検査データは、磁気センサ１０が各位置で停止した状態で取得されてもよいし、磁気センサ１０が動きながら取得されてもよい。また、磁気センサ１０と検査対象物Ｄとの相対的な位置の変化は、磁気センサ１０の移動によって実現されてもよいし、検査対象物Ｄの移動によって実現されてもよいし、磁気センサ１０および検査対象物Ｄの双方の移動によって実現されてもよい。
【００１５】
図３は、磁気検査装置２０のブロック図である。図３に示されるように、磁気検査装置２０は、一例として、データ取得部２１、画像処理部２２、異常検出部２３、および出力制御部２４を有している。データ取得部２１は、磁気センサ１０による検出結果を示すデータを取得する。画像処理部２２は、データ取得部２１によって取得されたデータの画像を用いた種々の画像処理を実行する。異常検出部２３は、画像処理部２２によって処理された画像から所定の条件を満たす異常領域を検出する。出力制御部２４は、異常が含まれていることや、異常領域を示す画像等を出力するよう、不図示の出力部（例えば、ディスプレイ）を制御する。上記各部（データ取得部２１、画像処理部２２、異常検出部２３、出力制御部２４）の詳細な作動については、後述する。なお、磁気検査装置２０は、検査対象物Ｄと磁気センサ１０との相対的な位置を変更するためのアクチュエータの制御部（例えば、移動制御部等、不図示）を有してもよい。
【００１６】
磁気検査装置２０は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）を含むことができる。この場合、磁気検査装置２０のＣＰＵは、インストールされたプログラムを読み出し、当該プログラムにしたがって演算処理を実行することにより、上記各部（データ取得部２１、画像処理部２２、異常検出部２３、出力制御部２４）として機能することができる。この場合、プログラムには、上記各部に対応するモジュールが含まれる。磁気検査装置２０は、主記憶装置や、補助記憶装置などのメモリを含むことができる。なお、ＣＰＵに替えて、例えば、ＡＳＩＣ（application  specific  integrated  circuit）や、ＦＰＧＡ（field  programmable  gate  array）、ＣＰＬＤ（complex  programmable  logic  device）等のハードウエアによって、上記各部の少なくとも一部が実現されてもよい。
【００１７】
図４は、磁気検査装置２０による検査手順のフローチャートである。磁気検査装置２０は、図４に示される手順にしたがって各処理を実行する。
【００１８】
磁気検査装置２０は、データ取得部２１として機能し、磁気センサ１０による検査データを取得する（Ｓ１）。
【００１９】
図５は、ｙ方向のある位置（ｙ＝ｙ１）での検査結果を二次元的に示す説明図である。図５において、横軸ｘは、周方向（ｘ方向）における磁気センサ１０の位置を表す。縦軸の変数ｚ’（深さ）は、表皮効果を考慮すると、例えば、次の式（１）で表せる。
ｚ’＝√（ρ／ｆ・μ）                ・・・  （１）
ここに、ρは、検査対象物Ｄの電気抵抗率、ｆは、磁界（励磁電流）の周波数、μは、検査対象物Ｄの透磁率である。式（１）から、周波数ｆが高いほど変数ｚ’は小さく、周波数ｆが低いほど変数ｚ’が大きくなる。
また、深さｚ’に励磁コイル１１と検査対象物Ｄとの間の距離ｄの影響を考慮した縦軸の変数ｚ（修正深さ）は、例えば、次の式（２）で表せる。
ｚ＝ｚ’−ｄ＝√（ρ／ｆ・μ）−ｄ      ・・・（２）
距離ｄが大きいほど励磁コイル１１と検査対象物Ｄとの間の磁束が減衰して変数ｚが小さくなり、距離ｄが小さいほど励磁コイル１１と検査対象物Ｄとの間の磁束が減衰しないため変数ｚが大きくなる。図５は、本実施形態の磁気検査装置２０が、ｘ方向の各位置において、異なる複数の周波数ｆの励磁電流を印加した場合のそれぞれについて検査データを取得することを、示している。
【００２０】
図５に含まれた格子状に配置された各四角形（単位四角形）に付与された模様は、ｘ方向およびｚ方向の各位置における特徴量Ｐを示している。各位置での特徴量Ｐは、一例としては、励磁コイル１１に印加された電流に対する検知コイル１２で検知された電流の位相差である。図５では、所定の閾値以上であった特徴量Ｐ（位相差）を表す四角形には、位相差が大きいほど濃いパターンが与えられ、閾値よりも小さい特徴量Ｐを表す四角形には、パターンが与えられていない（白抜き）。なお、四角形は、図５において便宜上描かれたものであり、何かの実際の形状を示すものではない。
【００２１】
図５に表されるように、格子状に配置された複数の四角形のそれぞれを位置（ｘ，ｚ）の画素とし、特徴量Ｐ（ｘ，ｚ）を輝度値とすることにより、検査データを、二次元の画像データとして取り扱うことができる。特徴量Ｐ（ｘ，ｚ）は、変数をｘおよびｚとする二次元の多変数関数である。四角形は、二次元画素と称されうる。ｘ方向は、第一の方向または第二の方向のうちの一方である。
【００２２】
ここで、一例として、この種の磁気センサ１０においては、周波数ｆが高いほど検査対象物Ｄの表面により近い位置における内部状態に対応する結果が得られ、周波数ｆが低いほど検査対象物Ｄの表面（外周面）からより遠い位置、すなわち中心軸Ａにより近い位置における内部状態に対応する結果が得られることが判明している。式（１）より、変数ｚは、周波数ｆが低いほど大きくなる。したがって、変数ｚは、検査対象物Ｄの表面（図１，２の例では周面、側面）からの深さ位置を表す変数と考えることができる。この場合、図５は、ｙ方向のある位置（ｙ＝ｙ１）における検査対象物Ｄの中心軸Ａと交差した断面の内部状態を展開して表した図と考えることができる。
【００２３】
図６は、ｙ方向の複数の位置での検査結果を三次元的に示す説明図である。図６において、右下に向かう軸ｘは、周方向（ｘ方向）における磁気センサ１０の位置を表す。下方へ向かう軸ｚは、励磁コイル１１に印加した交流電流の周波数ｆの大きさに応じた変数である。また、右上へ向かう軸ｙは、軸方向（ｙ方向）における磁気センサ１０の位置を表す。図６中、太線で示した立方体（単位立方体）は、図５の検出結果ｄ１〜ｄ３を表す。なお、立方体は、図６において便宜上描かれたものであり、何かの実際の形状を示すものではない。
【００２４】
図６に表されるように、格子状に配置された複数の立方体のそれぞれを位置（ｘ，ｙ，ｚ）の画素とし、特徴量Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を輝度値とすることにより、検査データを、三次元の画像データとして取り扱うことができる。特徴量Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）は、変数をｘ、ｙ、およびｚとする三次元の多変数関数である。立方体は、三次元画素と称されうる。ｙ方向は、第一の方向または第二の方向のうちの他方である。図６は、本実施形態の磁気検査装置２０が、ｘ方向およびｙ方向の各位置において、異なる複数の周波数ｆの励磁電流を印加した場合の検査データを取得することを、示している。
【００２５】
図６に示されるように、ｙ方向の複数の位置での検出結果をまとめて表すと、二次元の検出結果が三次元的に隣接したグループＬ１，Ｌ２が得られる。グループＬ１には、図５に示された検出結果ｄ２と、当該検出結果ｄ２とｙ方向に隣接した検出結果ｄ２１，ｄ２２とが含まれ、グループＬ２には、図５に示された検出結果ｄ３と、当該検出結果ｄ３とｙ方向に隣接した検出結果ｄ３１，ｄ３２とが含まれている。磁気検査装置２０は、図５に示されるような二次元的に隣接した対象画素、あるいは図６に示されるような三次元的に隣接した対象画素を、同じグループとして取り扱うことができる。
【００２６】
磁気検査装置２０は、図５に例示されるようなｘ方向およびｚ方向の二次元の検出結果に対して公知の画像処理および異常検出処理を実行してもよいし、図６に例示されるようなｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向の三次元の検出結果に対して公知の画像処理および異常検出処理を実行してもよい。なお、図５にはｘ方向およびｚ方向の二次元の検出結果が例示されたが、磁気検査装置２０は、ｘ方向およびｙ方向の二次元の検出結果や、ｙ方向およびｚ方向の二次元の検出結果に対して、画像処理を行ってもよい。
【００２７】
図４に戻り、磁気検査装置２０は、Ｓ１の後、画像処理部２２として機能し、図５に示されるような二次元の検出結果（二次元画像）、または図６に示されるような三次元の検出結果（三次元画像）について、前処理を実行する（Ｓ２）。前処理には、例えば、フィルタリングや、モフォロジー処理等が含まれる。フィルタリングは、例えば、特徴量Ｐが所定の閾値以下の画素を画像処理や異常検出の対象外とする処理である。フィルタリングによって画像処理や異常検出の対象となった画素は対象画素と称され、対象外の画素は対象外画素と称されうる。また、モフォロジー処理は、例えば、膨張や、収縮、オープニング、クロージング等である。
【００２８】
次に、磁気検査装置２０は、画像処理部２２として機能し、Ｓ２で前処理が実行された検出結果について、グルーピングおよびラベリングを実行する（Ｓ３）。グルーピングは、上述した隣接した対象画素を同じグループとする処理であり、ラベリングは、各グループにラベル（通し番号）や識別子を付与するなど、各グループを区別する処理である。
【００２９】
図６の例では、Ｓ２およびＳ３によって、互いに隣接した対象画素の集合体であるグループＬ１およびグループＬ２が検出される。なお、検出結果ｄ１（画素）は、ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向に隣接する対象画素が無く、グループＮ１に含まれる画素数が少ない。Ｓ３では、画素数が所定の閾値よりも小さいグループＮ１を、対象外とすることができる（フィルタリング）。
【００３０】
次に、磁気検査装置２０は、異常検出部２３として機能し、異常領域を検出する（Ｓ４）。Ｓ４において、異常検出部２３は、例えば、対象となったグループＬ１，Ｌ２の、それぞれの画素数や、特徴量Ｐの代表値と対応する閾値との比較に基づいて、当該グループＬ１，Ｌ２が異常であるか否かを判断する。特徴量Ｐの代表値は、例えば、合計値や、平均値等である。異常検出部２３は、例えば、特徴量Ｐに応じて異なるタイプの異常を検出してもよい。
【００３１】
次に、磁気検査装置２０は、出力制御部２４として機能し、異常が含まれていることや、異常領域を示す画像等を出力するよう、不図示の出力部を制御する（Ｓ５）。
【００３２】
以上、説明したように、本実施形態では、磁気検査装置２０は、例えば、検出結果を、少なくとも検出位置に応じた変数（ｘまたはｙ）ならびに周波数ｆおよび距離ｄのうち少なくとも一方に応じた変数ｚによる多変数関数である特徴量（Ｐ（ｘ，ｚ）またはＰ（ｘ，ｙ，ｚ））として取り扱う、演算処理に基づいて、検査対象物Ｄの異常を検出する。一例としては、励磁コイル１１の交流電流の周波数ｆが低いほど、検査対象物Ｄの表面から深い位置での結果が得られる。したがって、本実施形態によれば、例えば、周波数ｆに応じた変数ｚによる多変数関数の特徴量Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）により、検査対象物Ｄの内部において異常を検出することができる。この場合、一例としては、距離ｄは一定値とすることができる。また、別の例としては、周波数ｆを一定値とした距離ｄに応じた変数ｚ、あるいは周波数ｆおよび距離ｄに応じた変数ｚによる多変数関数の特徴量Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）により、検査対象物Ｄの異常を検出することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、特徴量Ｐ（多変数関数）の変数には、ｘ方向（第一の方向）の位置（検出位置）に応じた変数が含まれる。したがって、本実施形態によれば、異常検出部２３は、検査対象物Ｄの所定の断面における二次元的な異常の位置や分布を検出することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、特徴量Ｐ（多変数関数）の変数には、ｙ方向（第二の方向）の位置（検出位置）に応じた変数が含まれる。したがって、本実施形態によれば、異常検出部２３は、検査対象物Ｄの内部における三次元的な異常の位置や分布を検出することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、異常検出部２３は、ｎ変数関数（ｎは２または３）をｎ次元の画像データとした画像処理部２２による画像処理に基づいて、検査対象物Ｄの内部における異常を検出することができる。よって、本実施形態によれば、公知の画像処理手法を利用して、例えば、より容易に、より効率良く、あるいはより高精度に、検査対象物Ｄの内部における二次元的あるいは三次元的な異常の位置や分布を検出することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、画像処理部２２による画像処理には、所定の特徴を有した隣接画素を同一グループとするグルーピングが含まれる。よって、本実施形態によれば、例えば、検査対象物Ｄの内部における同様の特徴を示す画素の大きさや分布に基づいて、異常を検出することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、検出結果は、励磁コイル１１に印加された励磁電流に対する、検知コイル１２で検出された検出電流の位相差である。よって、本実施形態によれば、磁気検査装置２０は、位相差に対応した異常、例えば凹不良や、凸不良、内部不良等を、検出することができる。ここで検出可能な凹不良としては、例えば圧痕や、打痕、むしれ等があり、検出可能な凸不良としては、例えば、ばり等があり、また検出可能な内部不良としては、例えば巣や異物等がある。
【００３８】
以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態はあくまで一例である。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、実施形態の構成や形状は、部分的に他の構成や形状と入れ替えて実施することも可能である。また、各構成や形状等のスペック（構造や、種類、方向、角度、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。
【００３９】
例えば、検査対象物や磁気センサの形状は、上記実施形態には限定されない。特徴量は、位相差以外の種々の特徴量（例えば、振幅差等）であってもよい。また、検査対象物に対する磁気センサの位置は、上記実施形態には限定されず、例えば、図７に示されるように、検査対象物Ｄに対するリング状の磁気センサ１０Ａの偏心位置（ｘ）や、磁気センサ１０Ａの軸方向の位置（ｙ）等、種々の位置であってもよい。また、図示されないが、例えば、平板状の検査対象物については、磁気センサの互いに直交する二次元方向の位置であってもよい。
【００４０】
また、実施形態の磁気検査装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供されうる。
【００４１】
さらに、実施形態の磁気検査装置で実行されるプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータに格納され、ネットワーク経由でダウンロードされてインストールされてもよい。また、実施形態の磁気検査装置で実行されるプログラムは、インターネット等のネットワーク経由で提供または配信されうる。
【符号の説明】
【００４２】
１０，１０Ａ…磁気センサ、１１…励磁コイル、１２…検知コイル、２０…磁気検査装置、２１…データ取得部、２３…異常検出部。
【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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