(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体のスポット溶接部の所定の特性値を非破壊で測定する方法であって、
（ａ）スポット溶接部に対して特定の経時変化を示す磁場を印加するとともに、前記スポット溶接部の近傍の複数位置における磁束密度を測定する工程と、
（ｂ）前記複数位置の磁束密度の測定値に基づいて、前記スポット溶接部内の特定の電磁気的特性値分布を求める工程と、
（ｃ）前記電磁気的特性値分布のほぼ中央に形成される凹領域または凸領域の面積を求める工程と、
（ｄ）前記凹領域または凸領域の面積に基づいて、前記スポット溶接部の構造的な特性に関する所定の特性値を決定する工程と、
を備えることを特徴とする非破壊測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の非破壊測定方法であって、
前記工程（ｄ）は、前記所定の特性値として、前記スポット溶接部の強度を示す強度指標値を決定する工程を含む、非破壊測定方法。
【請求項３】
請求項２記載の非破壊測定方法であって、
前記工程（ａ）は、
（ａ１）前記スポット溶接部に静磁場を印加する工程と、
（ａ２）前記静磁場を遮断した後に、前記複数位置における微分磁束密度の過渡変化を測定する工程と、を含み、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記微分磁束密度の過渡変化から、前記電磁気的特性値分布として、前記スポット溶接部に発生する渦電流に関するインダクタンスの分布と電気抵抗の分布とを求める工程を含み、
前記工程（ｂ１）は、
（ｉ）前記微分磁束密度の過渡変化を、前記静磁場によって生起された第一の磁束密度の減衰に対応する第一の微分磁束密度の過渡変化と、前記第一の磁束密度の減衰により誘導される渦電流によって生起される第二の磁束密度の減衰に対応する第二の微分磁束密度の過渡変化との合成とみなして、前記第一の微分磁束密度の過渡変化を決定する第一の時定数と、前記第二の微分磁束密度の過渡変化を決定する第二の時定数とを求める工程と、
（ｉｉ）前記複数位置における前記第一と第二の時定数の分布から、前記インダクタンス分布と前記電気抵抗分布とを求める工程と、を含み、
前記工程（ｄ）は、前記前記インダクタンス分布のほぼ中央に形成される凹領域の第１の面積と、前記電気抵抗分布のほぼ中央に形成される凸領域の第２の面積との重み付け和を用いて前記強度指標値を決定する工程を含む、非破壊測定方法。
【請求項４】
請求項３記載の非破壊測定方法であって、
前記工程（ｂ）は、さらに、
（ｂ２）前記電磁気的特性値分布として、前記静磁場の印加時における静磁束密度の分布を求める工程を含み、
前記工程（ｄ）は、前記前記インダクタンス分布のほぼ中央に形成される凹領域の第１の面積と、前記電気抵抗分布のほぼ中央に形成される凸領域の第２の面積と、前記静磁束密度分布のほぼ中央に形成される凹領域の第３の面積と、の重み付け和を用いて前記強度指標値を決定する工程を含む、非破壊測定方法。
【請求項５】
請求項１記載の非破壊測定方法であって、
前記工程（ｄ）は、前記所定の特性値として、前記前記スポット溶接部の特定部分の寸法を決定する工程を含む、非破壊測定方法。
【請求項６】
請求項５記載の非破壊測定方法であって、
前記特定部分の寸法は、ナゲット部の寸法であり、
前記工程（ａ）は、
（ａ１）前記スポット溶接部に静磁場を印加する工程と、
（ａ２）前記静磁場を遮断した後に、前記複数位置における微分磁束密度の過渡変化を測定する工程と、を含み、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記微分磁束密度の過渡変化から、前記電磁気的特性値分布として、前記スポット溶接部に発生する渦電流に関するインダクタンスの分布を求める工程を含み、
前記工程（ｄ）は、前記インダクタンス分布のほぼ中央に形成される凹領域の面積に基づいて、前記ナゲット部の寸法を求める工程を含む、非破壊測定方法。
【請求項７】
請求項６記載の非破壊測定方法であって、
前記工程（ｂ１）は、
（ｉ）前記微分磁束密度の過渡変化を、前記静磁場によって生起された第一の磁束密度の減衰に対応する第一の微分磁束密度の過渡変化と、前記第一の磁束密度の減衰により誘導される渦電流によって生起される第二の磁束密度の減衰に対応する第二の微分磁束密度の過渡変化との合成とみなして、前記第一の微分磁束密度の過渡変化を決定する第一の時定数を求める工程と、
（ｉｉ）前記複数位置における前記第一の時定数の分布から、前記インダクタンス分布を求める工程と、
を含む非破壊測定方法。
【請求項８】
請求項５記載の非破壊測定方法であって、
前記特定部分の寸法は、インデンテーション部の寸法であり、
前記工程（ａ）は、一定の磁場の印加状態において前記複数位置における静磁束密度を測定する工程を含み、
前記工程（ｂ）は、前記電磁気的特性値分布として前記静磁束密度の分布を求める工程を含み、
前記工程（ｄ）は、前記静磁束密度分布のほぼ中央に形成される凹領域の面積に基づいて、前記インデンテーション部の寸法を求める工程を含む、非破壊測定方法。
【請求項９】
磁性体のスポット溶接部の所定の特性値を非破壊で測定する装置であって、
スポット溶接部に対して特定の経時変化を示す磁場を印加する磁場印加手段と、
前記スポット溶接部の近傍の複数位置における磁束密度を測定する磁束密度測定手段と、
前記複数位置の磁束密度の測定値に基づいて、前記スポット溶接部内の特定の電磁気的特性値分布を求める電磁気特性決定手段と、
前記電磁気的特性値分布のほぼ中央に形成される凹領域または凸領域の面積を求めるとともに、前記凹領域または凸領域の面積に基づいて、前記スポット溶接部の構造的な特性に関する所定の特性値を決定する構造特性決定手段と、
を備えることを特徴とする非破壊測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁性体のスポット溶接部の特定の寸法や溶接強度を非破壊で測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車産業はじめ各種薄板金属製品の組立に用いられる溶接として、スポット溶接が一般的に用いられている。スポット溶接は、重ね合わせた金属の母材を、先端を適当に成形した電極の先端ではさみ、比較的小さい部分に電流および加圧力を集中して局部的に加熱し、同時に電極で加圧して行う抵抗溶接である。
【０００３】
通常スポット溶接部は図２０に示す断面構造となる。溶接部の表面は、加圧によって溶接部外に比べ凹んでいる。この凹部を「インデンテーション部」と言い、凹みの寸法をインデンテーション径と言う。溶接部の内部は、溶接部の中心であるナゲット部（溶着部）とその周辺の圧着部とで形成される。ナゲット部は、金属が一旦溶解して固化した部分である。一方、圧着部は、金属の表面同士で圧着された部分である。ナゲット部の寸法をナゲット径と言い、ナゲット部と圧着部との和（実際に接合している部分）の寸法を接合径と言う。スポット溶接では、重ね合わせた金属の母材を点で溶接するために、溶接強度が十分であるか否かを検査する場合がある。
【０００４】
溶接強度の測定を非破壊で行う方法として、溶接部のナゲット（溶着部）径を測定することにより溶接強度を推定する非破壊測定方法が有効である。従来から、ナゲット径を測定する方法として、高周波電流を流したコイルにより発生した交流磁界を、スポット溶接部に印加し、その結果発生したコイルのインダクタンスの変化からナゲット径を求める方法が知られている。従来方法は、ナゲット部とナゲット部外とではそれらの透磁率が変化する性質を利用して、透磁率の変化をインダクタンスの変化として検出し、ナゲット径を求めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インデンテーション部は厚みが薄くなるため、構造的な強度に影響し、一方、ナゲット径および接合径は接合強度に影響する。従って、スポット溶接部の溶接強度を正確に求めるためには、ナゲット径を求めるだけでは不十分である。しかし、上述した従来の方法では、ナゲット径を測定できるだけであり、他の部分の寸法を測定することは不可能であった。また、溶接部の強度を精度良く求めることができないという問題もあった。
【０００６】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、スポット溶接部の構造的な特性値（スポット溶接部の特定の部分の寸法や強度など）を精度良く測定することのできる技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の非破壊測定方法は、磁性体のスポット溶接部の所定の特性値を非破壊で測定する方法であって、（ａ）スポット溶接部に対して特定の経時変化を示す磁場を印加するとともに、前記スポット溶接部の近傍の複数位置における磁束密度を測定する工程と、（ｂ）前記複数位置の磁束密度の測定値に基づいて、前記スポット溶接部内の特定の電磁気的特性値分布を求める工程と、（ｃ）前記電磁気的特性値分布のほぼ中央に形成される凹領域または凸領域の面積を求める工程と、（ｄ）前記凹領域または凸領域の面積に基づいて、前記スポット溶接部の構造的な特性に関する所定の特性値を決定する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、「特定の経時変化を示す磁場を印加する」という文言は、磁場を実際に変化させる場合のみでなく、一定の磁場を保持するような場合も含む広い意味を有している。
【０００９】
この方法では、スポット溶接部の電磁気的特性値分布は、スポット溶接部の構造や物性の変化を反映しており、特にそのほぼ中央にある凹領域または凸領域はスポット溶接部の中心付近の構造や物性の変化を反映している。従って、この凹領域や凸領域の面積を利用すれば、スポット溶接部の構造的な特性に関する所定の特性値を精度良く決定することが可能である。
【００１０】
なお、前記工程（ｄ）は、前記所定の特性値として、前記スポット溶接部の強度を示す強度指標値を決定する工程を含むようにしてもよい。
【００１１】
こうすれば、この強度指標値を用いてスポット溶接部の強度を評価することが可能である。
【００１２】
スポット溶接部の強度を評価する際に、前記工程（ａ）は、（ａ１）前記スポット溶接部に静磁場を印加する工程と、（ａ２）前記静磁場を遮断した後に、前記複数位置における微分磁束密度の過渡変化を測定する工程と、を含むようにしてもよい。また、前記工程（ｂ）は、（ｂ１）前記微分磁束密度の過渡変化から、前記電磁気的特性値分布として、前記スポット溶接部に発生する渦電流に関するインダクタンスの分布と電気抵抗の分布とを求める工程を含むようにしてもよい。前記工程（ｂ１）は、（ｉ）前記微分磁束密度の過渡変化を、前記静磁場によって生起された第一の磁束密度の減衰に対応する第一の微分磁束密度の過渡変化と、前記第一の磁束密度の減衰により誘導される渦電流によって生起される第二の磁束密度の減衰に対応する第二の微分磁束密度の過渡変化との合成とみなして、前記第一の微分磁束密度の過渡変化を決定する第一の時定数と、前記第二の微分磁束密度の過渡変化を決定する第二の時定数とを求める工程と、（ｉｉ）前記複数位置における前記第一と第二の時定数の分布から、前記インダクタンス分布と前記電気抵抗分布とを求める工程と、を含むようにしてもよい。さらに、前記工程（ｄ）は、前記前記インダクタンス分布のほぼ中央に形成される凹領域の第１の面積と、前記電気抵抗分布のほぼ中央に形成される凸領域の第２の面積との重み付け和を用いて前記強度指標値を決定する工程を含むようにしてもよい。
【００１３】
第一と第二の時定数は、スポット溶接部内の構造や物性値に関係しており、これらの時定数からスポット溶接部におけるインダクタンス分布と電気抵抗分布とを求めることができる。また、インダクタンス分布の凹領域の面積と、電気抵抗分布の凸領域の面積との重み付け和は、スポット溶接部の強度と密接な関係があることが見いだされた。従って、この重み付け和を用いてスポット溶接部の強度指標値を決定するようにすれば、スポット溶接部の強度を精度良く評価することが可能である。
【００１４】
なお、前記工程（ｂ）は、さらに、（ｂ２）前記電磁気的特性値分布として、前記静磁場の印加時における静磁束密度の分布を求める工程を含み、前記工程（ｄ）は、前記前記インダクタンス分布のほぼ中央に形成される凹領域の第１の面積と、前記電気抵抗分布のほぼ中央に形成される凸領域の第２の面積と、前記静磁束密度分布のほぼ中央に形成される凹領域の第３の面積と、の重み付け和を用いて前記強度指標値を決定する工程を含むようにしてもよい。
【００１５】
こうすれば、更に精度良くスポット溶接部の強度を評価できる可能性がある。
【００１６】
なお、前記工程（ｄ）は、前記所定の特性値として、前記前記スポット溶接部の特定部分の寸法を決定する工程を含むようにしてもよい。
【００１７】
スポット溶接部の特定部分の寸法として、ナゲット部の寸法を決定することが可能である。この際、前記工程（ａ）は、（ａ１）前記スポット溶接部に静磁場を印加する工程と、（ａ２）前記静磁場を遮断した後に、前記複数位置における微分磁束密度の過渡変化を測定する工程と、を含むようにしてもよい。また、前記工程（ｂ）は、（ｂ１）前記微分磁束密度の過渡変化から、前記電磁気的特性値分布として、前記スポット溶接部に発生する渦電流に関するインダクタンスの分布を求める工程を含み、前記工程（ｄ）は、前記インダクタンス分布のほぼ中央に形成される凹領域の面積に基づいて、前記ナゲット部の寸法を求める工程を含むようにしてもよい。
【００１８】
インダクタンス分布は、ナゲット部の寸法と特に密接な関係にあることが見いだされた。従って、インダクタンス分布のほぼ中央に形成される凹領域の面積を利用すれば、ナゲット部の寸法を精度良く求めることが可能である。
【００１９】
なお、前記工程（ｂ１）は、（ｉ）前記微分磁束密度の過渡変化を、前記静磁場によって生起された第一の磁束密度の減衰に対応する第一の微分磁束密度の過渡変化と、前記第一の磁束密度の減衰により誘導される渦電流によって生起される第二の磁束密度の減衰に対応する第二の微分磁束密度の過渡変化との合成とみなして、前記第一の微分磁束密度の過渡変化を決定する第一の時定数を求める工程と、（ｉｉ）前記複数位置における前記第一の時定数の分布から、前記インダクタンス分布を求める工程と、を含むようにしてもよい。
【００２０】
こうすれば、インダクタンス分布をうまく求めることが可能である。
【００２１】
スポット溶接部の特定部分の寸法として、インデンテーション部の寸法を決定することが可能である。この際、前記工程（ａ）は、一定の磁場の印加状態において前記複数位置における静磁束密度を測定する工程を含み、前記工程（ｂ）は、前記電磁気的特性値分布として前記静磁束密度の分布を求める工程を含み、前記工程（ｄ）は、前記静磁束密度分布のほぼ中央に形成される凹領域の面積に基づいて、前記インデンテーション部の寸法を求める工程を含むようにしてもよい。
【００２２】
静磁束密度分布は、インデンテーション部の寸法と特に密接な関係にあることが見いだされた。従って、静磁束密度分布のほぼ中央に形成される凹領域の面積を利用すれば、インデンテーション部の寸法を精度良く求めることが可能である。
【００２３】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、非破壊測定方法および装置、非破壊検査方法および装置、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の態様で実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．溶接部形状の測定原理：
Ｂ．測定装置の構成：
Ｃ．測定の詳細：
Ｄ．測定装置の他の実施例：
Ｅ．変形例：
【００２５】
Ａ．測定原理：
図１は、本発明の一実施例としての測定装置の概略構成とその動作とを示す概念図である。この測定装置は、励磁コイルＣＬと、励磁コイル駆動回路（電圧源ＶとスイッチＳＷと抵抗Ｒ）ＤＣと、鉄鋼板ＩＰ近傍の磁束密度変化を検出するアレーセンサ（磁気感応素子を複数配列したもの）ＳＲとを備えている。この装置は、鉄鋼板ＩＰに静磁場を印加し、その後、静磁場の遮断を行って、遮断後の磁束密度の変化をアレーセンサＳＲによって測定するものである。
【００２６】
図１（ａ）は、スイッチＳＷを「オン」にして電圧源Ｖから出力される電圧を励磁コイルに印加することにより、静磁場を鉄鋼板ＩＰに印加した状態を示す。鉄鋼板ＩＰ内の磁束通過部分は、その磁場に応じて磁化されている。
【００２７】
図１（ａ）の状態において、アレーセンサＳＲを用いて測定される静磁束密度は、被測定物の表面の凹凸に応じた分布を示すことが知られている。従って、静磁束密度の分布から、インデンテーション部（図２０）の形状を測定することが可能である。
【００２８】
図１（ｂ）は、スイッチＳＷを「オフ」にして静磁場を遮断した後の状態を示す。この時、磁束のループは、励磁コイルＣＬの周辺の閉ループと鉄鋼板ＩＰの周辺の閉ループとに分離する。励磁コイルＣＬ周辺の磁束の閉ループは急速に減少して消失する。一方、鉄鋼板ＩＰ周辺における磁束の閉ループは、直ちには消失せず（残留磁気）、磁気エネルギーとして磁性体に保持され、徐々に消失していき最終的には静磁場印加以前の状態に戻る。
【００２９】
この時、鉄鋼板ＩＰの表面近傍に配置されたアレーセンサＳＲにより、鉄鋼板ＩＰの近傍における磁束の変化を検出する。静磁場遮断後にアレーセンサＳＲで検出される磁束の変化は、理想的には指数的に単調減少するはずである。しかし、現実には損失があるので、理想値から逸脱する。この損失は、鉄鋼板ＩＰに蓄えられた磁気エネルギーの消失過程において、鉄鋼板ＩＰ内の磁化の変化に誘導された渦電流の発生によるものと考えられる。そこで、この実施例では、静磁場の遮断後の磁束変化を与えるモデルとして、以下に説明するモデルを仮定した。
【００３０】
図２は、本実施例で仮定した残留磁気の消失過程モデルを示す。この磁気エネルギー消失過程では、図２（ａ）に示すように、アレーセンサＳＲの任意の一つを通過する磁束密度をφ1 とする。また、磁束密度φ1 の変化によって誘導される渦電流をＩn1、Ｉn2、Ｉn3…とし、それらの誘導係数をそれぞれＭ1 、Ｍ2 、Ｍ3 …とする。磁束密度φ1 の変化から誘導された渦電流Ｉn1、Ｉn2、Ｉn3…はそれぞれ独立であると考える。このとき、渦電流Ｉn1、Ｉn2、Ｉn3…は、磁束密度φ1 の変化に応じて、誘導係数Ｍ＝ΣＭi （i=1,2,3,…）で誘導されるひとつの渦電流ｉ2 に置き換えることができる。すなわち、アレーセンサＳＲの任意の一つを通過する磁束の消失過程は、磁束密度φ1 と、磁束密度φ1 から誘導係数Ｍで誘導される渦電流ｉ2 で表すことができる。  図２（ｂ）は、図２（ａ）の等価回路を示している。ここで、Ｒ2 は渦電流ｉ2 の電気抵抗を示し、Ｌ2 は渦電流ｉ2 のインダクタンスを示す。
【００３１】
図３は、図２（ｂ）の磁束密度φ1 の閉ループを磁気等価回路に置き換えたものである。ここで、Ｒ1 は与えられた磁束の戻りにくさに相当し、Ｌ1 は磁気回路のインダクタンスに相当する。また、ｉ1 は磁束密度（図２のφ1 ）である。誘導係数Ｍは、磁気回路のインダクタンスＬ1と、渦電流回路のインダクタンスＬ2 の相互インダクタンスとしての意味を有する。
【００３２】
磁気回路のインダクタンスＬ1 は、以下に説明するように、磁束密度ｉ1 を保持している全磁束空間の体積に相当している。図４は、静磁界を遮断した直後のアレーセンサＳＲの任意の一つを通過する磁束ｉ1 （＝φ1 ）の閉ループＣ0 を示している。この時、静磁場印加中に蓄えられた磁気エネルギーは、直ちに消失せずに、徐々に消失していく。この磁気エネルギーは磁束の閉ループ空間に保持され、空間の与えられた磁束の戻りにくさによって徐々に消失していくと考えられる。磁気エネルギーＷは、次の（１）式であらわすことができる。
【００３３】
【数１】
0004411569.tif 000002
【００３４】
ここで、Ｌは磁束を保持している空間（すなわち、磁気エネルギーを保持する空間）の体積に比例する値である。一方、（１）式は、インダクタンスＬのコイルに電流ｉ1 を流した時に蓄積されるエネルギーと同じ式である。これらのことから、図３のインダクタンスＬ1 は、磁束を保持している全空間の体積に相当することがわかる。
【００３５】
図２（ｂ）に示す等価回路の動作については、次の（２ａ），（２ｂ）式が成立する。
【００３６】
【数２】
0004411569.tif 000003
【００３７】
（２ａ），（２ｂ）式を解くと次の（３ａ），（３ｂ）式が得られる。
【００３８】
【数３】
0004411569.tif 000004
【００３９】
ここで、初期条件として、静磁界遮断時（ｔ＝０）の磁束密度ｉ1 をＩ0 として、（３ａ），（３ｂ）式の係数α，γ，Ａ1，Ａ2，Ｂ1，Ｂ2を定める。誘導係数Ｍが小さく、磁束密度ｉ1 の変化から誘導される渦電流ｉ2 が小さいときには（すなわち、Ｌ１・Ｌ２》Ｍ・Ｍが成立するときには）、これらの係数に関して次の（４ａ）〜（４ｆ）式が得られる。
【００４０】
【数４】
0004411569.tif 000005
【００４１】
（４ａ），（４ｂ）式を（３ａ）式に代入すると、次の（５）式が得られる。
【００４２】
【数５】
0004411569.tif 000006
【００４３】
現実に測定できる値は、（５）式の左辺の磁束密度ｉ1 である。図５（ａ）は（５）式で与えられる磁束密度ｉ1 の過渡変化を示す。ここで、（４ｄ）式から明かなように、（５）式の右辺第２項は無視することができ、第１項のみで近似できる。一方、磁気センサとして一般に用いられるループコイルで測定される電圧は、磁束密度の変化率、すなわち微分磁束密度に比例した値である。そこで、（５）式を時間ｔで微分し、下式に示す微分磁束密度の式を得る。
【００４４】
【数６】
0004411569.tif 000007
【００４５】
但し、（６）式の２行目から３行目への変形では、ｔ＝０でｄｉ1 ／ｄｔ＝０となるように（Ａ2・τ1／Ａ1・τ2）＝１としている。また、（６）式の３行目から４行目への変形では、上記（４ｃ）式を用いてＡ1 をＩ0 で置き換えている。
【００４６】
図５（ｂ）は（６）式で与えられる微分磁束密度の過渡変化を示す。この波形は、磁気センサとしてループコイルを用いて現実に測定した結果とほぼ一致していることがわかった。従って、図２ないし図４で説明したモデルは現象を正しく反映したものであることが確認できた。（５）式はセンサで得られる磁束密度ｉ1 の変化を示す式であり、（６）式は微分磁束密度（ｄｉ1 ／ｄｔ）の変化を示す式であるといえる。
【００４７】
ここで、（６）式の右辺第１項の時定数τ1 は、（４ａ）式で与えられるようにＬ1 ／Ｒ1 に等しい。従って、この項は、図３に示す磁束密度ｉ1 の磁気回路の時定数に相当する。すなわち、（６）式の右辺第１項は、静磁場遮断後の鉄鋼板ＩＰ近傍における磁束密度が指数的に減少する理想的な単調減少特性、すなわち磁気エネルギーの減衰特性を示す項である。図５（ｃ）は、この磁気エネルギーの減衰特性ｆ1（ｔ）を示している。
【００４８】
ところで、（６）式の右辺第２項の時定数τ2 は、（４ｂ）式で与えられるように、Ｌ2 ／Ｒ2 に等しい。従って、この項は、図３に示す渦電流ｉ2 の等価回路の時定数に相当する。すなわち、（６）式の右辺第２項は、渦電流損失の減衰特性を示す項である。図５（ｄ）は、この渦電流損失の減衰特性ｆ2（ｔ）を示している。なお、Ｒ2 は渦電流の抵抗（すなわち材料の電気抵抗）に相当する。また、インダクタンスＬ2 は、渦電流の磁化空間の体積に担当する。
【００４９】
上記（４ａ），（４ｂ）式から、２つの時定数τ1 ，τ2 には次の（７）式の関係が成立する。
【００５０】
【数７】
0004411569.tif 000008
【００５１】
これを、電気抵抗Ｒ2 について解くと、次の（８）式が得られる。
【００５２】
【数８】
0004411569.tif 000009
【００５３】
ところで、磁気回路のインダクタンスＬ1 は、次の（９）式で示されるように、図６（ａ）に示すような２つのインダクタンスＬ0'，Ｌ2 の合成で与えられるものと考えることができる。
【００５４】
【数９】
0004411569.tif 000010
【００５５】
ここで、Ｌ0'は空気中のインダクタンス成分であり、Ｌ2 は渦電流回路のインダクタンス成分（すなわち鉄鋼板中のインダクタンス成分）、ｋは係数である。なお、渦電流回路のインダクタンス成分Ｌ2 の項に係数ｋを乗じているのは、磁気回路全体のインダクタンスＬ1 が、渦電流回路のインダクタンス成分Ｌ2 に比例するものと考えられるからである。
【００５６】
空気中のインダクタンス成分Ｌ0'は、図６（ｂ）に示すように、鉄鋼板が存在しない場合における磁気回路のインダクタンスＬ0 に等しい。このインダクタンスＬ0 はまた、次の（１０）式に示すように、鉄鋼板が存在しない場合の磁気回路の時定数τ0 （上記（６）式のτ1 に相当する値）と、磁気回路の抵抗Ｒ1 との積に等しい。
【００５７】
【数１０】
0004411569.tif 000011
【００５８】
上記の（９）式、（１０）式を利用すると、渦電流の電気抵抗Ｒ2 を表す（８）式は、次の（１１）式のように変形することができる。
【００５９】
【数１１】
0004411569.tif 000012
【００６０】
（１１）式の右辺における時定数τ0 ，τ1 ，τ2 は、アレーセンサＳＲの測定値を解析することによって決定することができる。すなわち、時定数τ0 は、空気中において励磁コイルＣＬの励磁を遮断した直後の磁束密度ｉ1 の過渡変化から得られる。また、時定数τ1 ，τ2 は、上記（６）式から理解できるように、スポット溶接部の直上において励磁コイルＣＬ（図１）の励磁を遮断した直後の磁束密度ｉ1 の過渡変化から得られる。
【００６１】
なお、後述する説明から理解できるように、スポット電気抵抗Ｒ2 の真の値を知る必要はなく、その分布形状を求めることができればスポット溶接部の強度を評価することができる。従って、定数Ｃに関してもその真の値を求める必要はなく、任意の値を設定することが可能である。例えば、Ｃ＝１と仮定してもよい。
【００６２】
渦電流回路のインダクタンスＬ2 は、次の（１２）式で与えられる。
【００６３】
【数１２】
0004411569.tif 000013
【００６４】
すなわち、インダクタンスＬ2 は、２つの時定数τ0 ，τ2 から決定することができる。
【００６５】
発明者は、上述した種々の電磁気的な特性値（インダクタンスＬ2 や電気抵抗Ｒ2 など）を用いて、スポット溶接部の各部の寸法や、溶接強度を精度良く測定できることを見いだした。図７は、スポット溶接部の各部の寸法と、電磁気的特性値の分布との関係を示す説明図である。
【００６６】
静磁束密度Ｉ0 （図１（ａ）の状態で測定された磁束密度）は、インデンテーション部の形状に対応した分布を示す。具体的には、インデンテーション部では静磁束密度Ｉ0 は凹状の分布を示し、インデンテーション部の外側の平坦な部分では静磁束密度Ｉ0 はほぼ一定である。この静磁束密度分布（「静磁束密度曲線」とも呼ぶ）のほぼ中央に形成される凹領域の面積Ｓｂは、インデンテーション径（インデンテーション部の直径）に強い相関があることが見いだされた。従って、静磁束密度分布の凹領域の面積Ｓｂから、インデンテーション径を精度良く推定することが可能である。この面積Ｓｂは、例えば、両端の平坦部の共通接線（一点破線で示す）と、静磁束密度分布とで挟まれた領域を積分することによって求めることができる。あるいは、静磁束密度分布の凹領域の概略の幅と深さとを乗ずることによって得られた面積Ｓｂの近似値を用いて、インデンテーション径を推定するようにしてもよい。
【００６７】
渦電流回路のインダクタンスＬ2 は、スポット溶接部の両端近傍においてそれぞれピーク（極大値）を有する二こぶ山状の分布を示す。このインダクタンス分布（「インダクタンス曲線」とも呼ぶ）のほぼ中央に形成される凹領域の面積Ｓｉは、ナゲット径（ナゲット部の直径）に強い相関があることが見いだされた。従って、インダクタンス分布の凹領域の面積Ｓｉから、ナゲット径を精度良く推定することが可能である。この面積Ｓｉは、例えば、２つのピークの共通接線（一点破線で示す）と、インダクタンス分布とで挟まれた領域を積分することによって求めることができる。あるいは、インダクタンス分布の凹領域の概略の幅と深さとを乗ずることによって得られた面積Ｓｉの近似値を用いて、ナゲット径を推定するようにしてもよい。
【００６８】
材料内部の電気抵抗Ｒ2 は、渦電流回路のインダクタンスＬ2 とは逆に、スポット溶接部の両端近傍においてそれぞれ下方ピーク（極小値）を有する逆二こぶ山状の分布を示す。この電気抵抗分布（「電気抵抗曲線」とも呼ぶ）に関しても、そのほぼ中央に形成される凸領域の面積Ｓｒが算出される。この面積ＳＲは、例えば、２つの下方ピークの共通接線（一点破線で示す）と、電気抵抗分布とで挟まれた領域を積分することによって求めることができる。あるいは、電気抵抗分布の凹領域の概略の幅と深さとを乗ずることによって得られた面積Ｓｒの近似値を用いるようにしてもよい。
【００６９】
また、スポット溶接部の溶接強度（引っ張り強度）は、次の（１３）式で与えられる指標Ｐと強い相関を示すことが判明した。
【００７０】
【数１３】
0004411569.tif 000014
【００７１】
ここで、Ｓｂは静磁束密度Ｉ0 の分布の凹領域の面積であり、ＳｉはインダクタンスＬ2 の分布の凹領域の面積、Ｓｒは電気抵抗Ｒ2 の分布の凸領域の面積、Ｋb ，Ｋi ，Ｋr は係数である。すなわち、この指標Ｐ（「溶接強度指標」と呼ぶ）は、３つの面積Ｓｂ，Ｓｉ，Ｓｒの重み付け和として与えられる。
【００７２】
３つの係数Ｋb ，Ｋi ，Ｋr は、実際の引っ張り強度と、各面積Ｓｂ，Ｓｉ，Ｓｒの測定値との関係に応じて実験的に決定される。これらの係数Ｋb ，Ｋi ，Ｋr は、スポット溶接部の形状（例えばインデンテーション部とナゲット部と接合部との間の寸法的な比）に依存するが、スポット溶接部の形状は、スポット溶接機の電極の構造によってほぼ決まる。従って、これらの係数Ｋb ，Ｋi ，Ｋr は、各スポット溶接機毎に（あるいは電極構造毎に）それぞれ実験的に求めることが好ましい。これらの３つの係数Ｋb ，Ｋi ，Ｋr は、いずれも０でない正の値に設定することが好ましい。但し、スポット溶接機によっては、静磁束密度分布の凹領域の面積Ｓｂに関する係数Ｋｂを０と設定することも可能である。この場合にも、他の２つの係数Ｋi ，Ｋr はいずれも０でない正の値に設定することが好ましい。
【００７３】
図８は、溶接強度指標Ｐとスポット溶接部の引張り強度との関係を示すグラフである。このような較正曲線を予め作成しておけば、溶接強度指標Ｐを計算することによって、スポット溶接部の引っ張り強度を評価することが可能である。なお、このような較正曲線を用いる代わりに、溶接強度指標Ｐに関してしきい値を実験的に予め定めておき、各スポット溶接部の溶接強度指標Ｐがそのしきい値を満足するか否かによって、スポット溶接部の強度が十分か否か（すなわちスポット溶接部の良否）を判定するようにしてもよい。
【００７４】
以上の説明から理解できるように、次の処理を行うことによって溶接部の形状や強度を評価することが可能である。
（Ａ）空間中での測定：
（Ａ−１）静磁場を印加した後に遮断し、複数の磁気センサを用いて磁束密度ｉ1 の変化を測定する。
（Ａ−２)各センサにおける微分磁束密度の過渡変化から、各センサ位置における空間中での磁気エネルギー減衰特性の時定数τ0 （これは（６）式のτ1 に相当する）を求める。
【００７５】
（Ｂ）スポット溶接部上での測定：
（Ｂ−１）スポット溶接部に静磁場を印加した状態で、複数の磁気センサを用いて静磁束密度Ｉ0 を測定する。
（Ｂ−２）静磁場を遮断した後の磁束密度ｉ1 の変化を測定する。
（Ｂ−３）各センサにおける微分磁束密度の過渡変化から、各センサ位置における磁気エネルギー減衰特性の時定数τ1 と、渦電流損失の減衰特性の時定数τ2 とを求める（（６）式））。
（Ｂ−４）３つの時定数τ0 ，τ1 ，τ2 から、各センサ位置における渦電流回路の電気抵抗Ｒ2 と、インダクタンスＬ2 とを推定する（（１１）式、（１２）式）。
（Ｂ−５）静磁束密度Ｉ0 の分布の凹領域の面積Ｓｂから、インデンテーション径を推定する（図７）。
（Ｂ−６）インダクタンスＬ2 の分布の凹領域の面積Ｓｉから、ナゲット径を推定する（図７）。
（Ｂ−７）静磁束密度Ｉ0 の分布の凹領域の面積Ｓｂと、インダクタンスＬ2 の分布の凹領域の面積Ｓｉと、電気抵抗Ｒ2 の分布の凸領域の面積Ｓｒとに基づいて、溶接強度を評価する（（１３）式）。
【００７６】
但し、上記の「（Ａ）空間中での測定」で得られる時定数τ0 は、センサの構造に特有の値であり、スポット溶接部の構造や物性に依存しない。従って、時定数τ0 の値は、一度求めておけば、すべてのスポット溶接部に共通する同じ値として使用することが可能である。
【００７７】
図９は、インダクタンスＬ2 の分布の凹領域の面積Ｓｉと、ナゲット径の実測値との関係を示すグラフである。図９では、３つのサンプルについて、面積Ｓｉとナゲット径との関係が示されている。この図から解るように、インダクタンスＬ2 の分布の凹領域の面積Ｓｉとナゲット径とには極めて強い正の相関関係がある。このような関係を較正曲線として予め求めておけば、インダクタンスＬ2 の分布の凹領域の面積Ｓｉから、ナゲット径を精度良く推定可能である。
【００７８】
図１０は、インデンテーション径の推定値と実測値との関係を示すグラフである。インデンテーション径の推定値は、図９と同様な較正曲線を用いて推定された値である。インデンテーション径についても、推定値と実測値とが良く一致していることが理解できる。
【００７９】
Ｂ．測定装置の構成：
図１１は、上記の測定原理を利用して、鉄鋼板のスポット溶接部の溶接状態（インデンテーション径、ナゲット径、および溶接強度）を検査する装置の構成を示すブロック図である。この装置は、センサ部１０と、制御部２０と、データ処理部３０とを備える。データ処理部３０は、例えば一般的なコンピュータシステムで実現される。制御部２０は、データ処理部３０に汎用バスを介して接続される制御回路であり、コンピュータシステムの汎用スロットに接続される制御基板である。
【００８０】
センサ部１０は、図１１に示すように、励磁部１１とアレーセンサ１２とセンサ出力切換部１３とバッファアンプ１４とセンサ電源切換部１５とを備える。励磁部１１は制御部２０からの駆動信号ＣＬＳに応じて静磁場の印加・遮断を行うための鉄心入りの励磁コイルである。アレーセンサ１２は、１６個の磁気センサＳＲ０〜ＳＲ１５を一列にならべて実装したものである。また、アレーセンサ１２は、励磁部１１の直下に所定の間隔で保持されて、その長手方向に沿って配置されており、静磁場印加中および遮断後における被測定物近傍の磁気変化を検知して電圧として出力する。センサ出力切換部１３は、各磁気センサ出力のうち一出力のみを選択してバッファアンプ１４に出力する回路であり、４ビットのセンサ出力切換信号ＳＷＳによって、各磁気センサ出力を順次選択して出力する。バッファアンプ１４はセンサ出力切換部１３の出力信号を検出信号ＳＲＳとして制御部２０に出力するバッファ回路  である。センサ電源切換部１５は各磁気センサの電源供給を「オン／オフ」する切換回路である。アレーセンサ１２を除く他の回路は、通常の電気回路で使用される一般的な回路である。
【００８１】
図１２はセンサ部１０の実装例を示す。センサ部１０は、回路基板ＰＫ上に実装され、長さ８４ｍｍ、幅４０ｍｍ、高さ８２ｍｍの箱状の筐体に実装して使用される。センサ部１０と制御部２０との接続は、ケーブルを介して行う。従って、センサのみを被測定物の測定位置に接触させて測定できるため、フレキシブルな測定が可能である。
【００８２】
図１３にアレーセンサ１２の構成例を示す。図１３（ａ）はアレーセンサ１２の一つの磁気センサの実装概念図である。一つの磁気センサは、回路基板ＰＫの部品面ＰＫＰに実装される一個のホール素子ＨＤと、ホール素子ＨＤの出力端子Ｏ1 にスルーホールＴＨを介して接続される半田面ＰＫＳの半田面パターンＳＰと、出力端子Ｏ2 に接続される部品面パターンＰＰにより形成される。これらの配線パターンがループコイルＬＣを形成している。端子Ｖ1および端子Ｖ2はホール素子ＨＤの電源端子である。ループコイルＬＣは図１３（ｂ）に示すように、出力端子Ｏ2 とホールチップＨＣ（ホール素子ＨＤの半導体チップ部分）とを接続するリード線ＬＰ2 と、ホールチップＨＣと出力端子Ｏ1 とを接続するリード線ＬＰ1 と、出力端子Ｏ1 とスルーホールＴＨを介して接続され、出力端子Ｏ2 の直下までループ状に配線された半田面パターンＳＰにより形成される。また、センサ出力への配線パターンは部品面パターンＰＰと半田面パターンＳＰで構成されるが、部品面パターンＰＰと半田面パターンＳＰを上下に平行に配線することで磁場の影響を受けないようにする。従って、ループコイルＬＣが半田面ＰＫＳで形成されるため、ホール素子ＨＤとループコイルＬＣからなる磁気センサの実装間隔は、図１３（ｃ）に示すようにホール素子のサイズ間隔とすることができる。また、ループコイルで検出される微分磁束密度の変化は、実効的に図１３（ｄ）に示すループパターンで囲まれた面積の重心ＣＴ０における変化とみなされる。従って、ループコイルの形状を適当に設計することで、ループコイルの検出位置を設定することができる。
【００８３】
図１３（ｄ）は、磁気センサＳＲ０のループコイル重心ＣＴ０が、となりの磁気センサＳＲ２のホール素子ＨＤ１の中心位置（ホールチップ実装位置）となる例を示している。また、ループコイル重心を磁気センサ間隔の中間位置となるような形状とすることもできる。後者の場合には、ループコイルにより検出される磁気変化は、実効的に、隣接するホール素子の中間位置の磁気変化となるため、これを利用すれば、磁気センサ間隔をホール素子間隔の１／２とすることができ、測定精度向上を図ることができる。もちろんホール素子のみの構成とし、測定された磁束密度から微分磁束密度を計算により求めてもよい。また、ループコイルのみの構成とし、測定された電圧（微分磁束密度）から磁束密度を計算により求めてもよい。
【００８４】
図１３に示す磁気センサで磁気変化を測定する場合は、磁気センサの構成上、ホール素子による検出信号には、ループコイルによる検出信号が加算される。従って、ホール素子による真の検出信号を得るには、ホール素子への印加電源を遮断し、ホール素子を非活性状態として、ループコイルによる検出出力のみを測定し、（ホール素子＋ループコイル）の検出信号から差し引く必要がある。
【００８５】
図１１に示すように、制御部２０は、センサ部１０を制御するセンサ制御部２０ａと、検出信号ＳＲＳをデジタルデータに変換する信号処理部２０ｂとを備える。センサ制御部２０ａは、励磁制御部２４とセンサ出力制御部２５とセンサ電源制御部２６を備える。励磁制御部２４は励磁部１１で静磁場の発生および遮断を行うための駆動信号ＣＬＳを出力する。励磁部１１として励磁コイルを使用する場合には、駆動信号ＣＬＳは励磁コイルの印加電圧である。従って、励磁制御部２４の回路構成は、励磁コイルを駆動可能な印加電圧を印加および遮断できる一般的な回路構成であればよい。センサ出力制御部２５はアレーセンサ１２の１６個の磁気センサ出力を順次選択する４ビットのセンサ出力切換信号ＳＷＳを出力する。センサ電源制御部２６は、磁気センサ中のホール素子の電源供給をオン／オフするセンサ電源切換信号ＰＷＳを出力する。
【００８６】
信号処理部２０ｂは、アレーセンサ１２からの検出信号ＳＲＳをＡ／Ｄ変換部２２の入力仕様に整合させる波形整形部２１と、入力された検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部２２と、Ａ／Ｄ変換後のデジタルデータを記憶するデュアルポートメモリ２３と、Ａ／Ｄ変換部２２のタイミングを制御するＡ／Ｄ制御部２２ａと、デュアルポートメモリ２３の書き込み／読み出しを制御するメモリ制御部２３ａとを備える。検出信号ＳＲＳの過渡変化特性のうち、渦電流損失の影響が顕著に現れるのは、鉄鋼板の場合には、静磁場遮断後１０μｓ程度以下（平均３μｓ〜６μｓ程度）である。この事実と、データ処理精度とを考慮すると、Ａ／Ｄ変換部２２は、変換速度４Ｍｓｐｓ以上、変換精度１２ビット以上とすることが好ましい。
【００８７】
データ処理部３０では、図１１に示すセンサ部１０から出力され、信号処理部２０ｂによって信号処理された検出データを処理して、スポット溶接部のインデンテーション径、ナゲット径および接合径が求められる。データ処理部３０は、図示しないＣＰＵやメインメモリを含むコンピュータシステムである。後述する種々のデータ処理は、メインメモリに記憶されたコンピュータプログラムをＣＰＵが実行することによって実現される。なお、このようなコンピュータプログラムは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭのようなコンピュータ読み取り可能な記録媒体から、コンピュータのハードディスクにインストールされて使用される。
【００８８】
非破壊測定装置の構成は、上述の構成に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図１１に示す構成において、センサ出力切換部１３を省略し、信号処理部２０ｂを磁気センサの数だけ備え、各磁気センサ出力の信号処理を並列に行う構成としてもよい。
【００８９】
Ｃ．測定の詳細：
鉄鋼板のスポット溶接部の測定は、次のような手順で行われる。図１４は磁気センサの出力信号と、そのデータ処理によって得られた信号の例を示している。
【００９０】
（１）静磁場の印加および遮断：
まずはじめに、図１１に示す励磁制御部２４から駆動信号ＣＬＳを出力し、励磁部１１における静磁場の発生および遮断を制御する。この際、図１４（ａ）に示すように、まず高速に静磁場を発生させるため、駆動信号ＣＬＳを期間ｔH において高電圧信号ＶH とする。次に、測定対象内の磁束密度を安定させるために必要な期間ｔL において、駆動信号ＣＬＳを低電圧信号ＶL とする。その後、静磁場を遮断するため、遮断時間ｔR で駆動信号ＣＬＳを遮断する。遮断時間ｔRは、静磁場遮断後において渦電流損失による影響が最も顕著に測定できる値とすることが好ましい。例えば、鉄鋼板の場合ｔR は約３μｓ〜約６μｓの間とするのがよい。
【００９１】
（２）磁気変化測定：
上記静磁場の印加および遮断の過程において、被測定物近傍の磁束変化を図１１に示すアレーセンサ１２で測定する。図１５は、磁束変化測定の手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１では、センサ電源制御部２６のセンサ電源切換信号ＰＷＳにより、各磁気センサのホール素子に電源を供給する。ステップＳ２では、センサ出力制御部２５からセンサ出力切換信号ＳＷＳを出力し、アレーセンサ１２の中から磁気センサを一つ選択する。ステップＳ３では、静磁場の印加および遮断を行い、磁気センサの出力を検出する。図１４（ｂ）は、こうして得られた磁気センサの出力変化を示している。前述したように、ホール素子が動作している場合には、磁気センサの出力ＳＲＳはホール素子の出力電圧ＨO とループコイルの出力電圧ＬO とが加算された値を示す。検出信号ＳＲＳは、信号処理部２０ｂで信号処理される。そして、ステップＳ２、Ｓ３を繰り返すことによって各磁気センサＳＲ０〜ＳＲ１５のホール素子出力について磁束変化の測定を行う。
【００９２】
次に、ステップＳ５では、センサ電源制御部２６のセンサ電源切換信号ＰＷＳにより、各磁気センサのホール素子の電源を遮断する。ホール素子の電源を遮断すると、アレーセンサ１２の出力はループコイルの出力のみとなる。ステップＳ６では、センサ出力制御部２５からセンサ出力切換信号ＳＷＳを出力し、磁気センサを選択する。ステップＳ７では、静磁場の印加および遮断を行って、磁気センサの出力を検出する。図１４（ｃ）は、ステップＳ７で得られる磁気センサの出力変化、すなわちループコイル出力ＬO を示している。この検出信号ＳＲＳも信号処理部２０ｂで信号処理される。そして、ステップＳ６、Ｓ７を繰り返すことにより、各磁気センサＳＲ０〜ＳＲ１５のループコイルについて順次磁束変化の測定を行う。なお、信号処理部２０ｂでは、検出信号ＳＲＳが、Ａ／Ｄ変換部２２により、変換速度４Ｍｓｐｓで１２ビットのデジタルデータに変換されて、デュアルポートメモリ２３に記憶される。
【００９３】
（３）データ処理：
上述した測定データが得られると、図１１に示すデータ処理部３０において、デュアルポートメモリ２３に記憶された各磁気センサＳＲ０〜ＳＲ１５の検出データのそれぞれに関して以下のようなデータ処理が行われる。
【００９４】
図１６は、データ処理部３０におけるデータ処理のながれを示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０では、図１４（ｂ）に示す磁束変化（ＨO ＋ＬO ）を表すデータＤ１から、図１４（ｃ）に示す磁束変化（ＬO ）を示すデータＤ２を減算し、真のホール素子出力ＨO （図１４（ｄ））を得る。ステップＳ１１では、このホール素子出力ＨO から静磁束密度Ｉ0 を求める。磁束密度が変化していなければ、ループコイルの出力は０なので、静磁束密度Ｉ0 は図１４（ｂ）の初期のセンサ出力からも求められる。
【００９５】
ところで、図１４（ｃ）に示すループコイル出力ＬO は、前述した（６）式で与えられる微分磁束密度に比例した値であり、磁気エネルギー減衰特性（右辺第１項）と渦電流損失減衰特性（右辺第２項）の合成として表される。そこで、図１６のステップＳ１２、Ｓ１３では、ループコイル出力ＬO のデータを分析することによって、磁気エネルギー減衰特性の時定数τ1 および渦電流損失の減衰特性τ2 を求める。例えば、ループコイル出力ＬO の経時変化を表す関数式（高次多項式）を最小２乗法により求め、（６）式をテーラー展開した高次多項式との係数比較により、τ1 およびτ2 を導出することができる。図１４（ｅ）、（ｆ）は、こうして得られた時定数τ1 、τ2 で表される減衰特性をそれぞれ示している。
【００９６】
なお、センサ部１０をスポット溶接部上に押し当てない状態において空気中で測定されたループコイル出力Ｌ0 からは、空気中における磁気エネルギー減衰特性の時定数τ0 が得られる（ステップＳ１２）。３つの時定数τ0 ，τ1 ，τ2 は、各磁気センサＳＲ０〜ＳＲ１５の位置毎に決定される。
【００９７】
ステップＳ１４では、これらの３つの時定数τ0 ，τ1 ，τ2 を用いて、各磁気センサ位置における電気抵抗Ｒ2 とインダクタンスＬ2 とが決定される。なお、ステップＳ１２〜Ｓ１４の機能は、本発明における電磁気特性決定手段に相当する。
【００９８】
ステップＳ１５では、静磁束密度Ｉ0 の分布の凹領域の面積Ｓｂ（図７）から、インデンテーション径を求める。また、ステップＳ１６では、インダクタンスＬ2 の分布の凹領域の面積Ｓｉから、ナゲット径を求める。さらに、これらの面積Ｓｂ，Ｓｉと、電気抵抗Ｒ2 の分布の凸領域の面積Ｓｒとから、溶接強度指標Ｐを求める。なお、ステップＳ１５〜Ｓ１７で用いられる較正曲線（例えば図８，図９）は、予め実験的に決定されている。ステップＳ１５〜Ｓ１７の機能は、本発明の構造特性決定手段に相当する。
【００９９】
以上のように、上記実施例では、スポット溶接部上で測定された静磁束密度分布の中央付近の凹領域の面積Ｓｂからインデンテーション径を推定し、また、インダクタンス分布の中央付近の凹領域の面積Ｓｉからナゲット径を推定するようにしたので、従来に比べて高精度にこれらの寸法を測定することができる。また、これらの面積Ｓｂ，Ｓｉと、電気抵抗分布の中央付近の凸領域の面積Ｓｒとを用いて溶接強度を推定するようにしたので、従来に比べて高精度に溶接強度を評価することが可能である。
【０１００】
Ｄ．測定装置の他の実施例：
図１７（Ａ）は、センサ部の第２の実施例を示す正面図であり、図１７（Ｂ）はその側面図である。このセンサ部１００は、底部に測定面１０２を有している。測定時には、センサ部１００を手で保持して測定面１０２をスポット溶接部に押し当てた状態で測定を実行する。
【０１０１】
図１８（Ａ）は、センサ部１００の要部側断面図であり、図１８（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面を、また、図１８（Ｃ）はＣ−Ｃ断面を示す。図１８（Ａ）に示すように、センサ部１００の下端近傍には、水平に配置された第１のフェライト板１１０と、第１のフェライト板１１０の下面の端部に垂直に設けられた第２のフェライト板１１２と、第１のフェライト板１１０の下面のほぼ中央部に垂直に設けられた第３のフェライト板１１４（鉄心）とを有している。第３のフェライト板１１４の周囲には、励磁コイル１２０が巻き回されている。また、第３のフェライト板１１４と、測定面１０２を構成する底面部材１０４との間には間隙が設けられており、この間隙にフレキシブル基板１３０が挿入されている。フレキシブル基板１３０には、第３のフェライト板１１４の下方に相当する位置に、図１３に示した構成を有するアレーセンサ１２（図１８では図示省略）が設けられている。
【０１０２】
図１８（Ａ）には、磁束のループが例示されている。磁束は、第３のフェライト板１１４の下端のＮ極から出て、フレキシブル基板１３０上のアレーセンサ（図示せず）を通過し、更に、測定面１０２に押し当てられたスポット溶接部（図示せず）を通った後に第２のフェライト板１１２および第１のフェライト板１１０を通過する。
【０１０３】
図１８（Ｃ）に示すように、第２のフェライト板１１２の長手方向の幅Ｗ１１２は、第３のフェライト板１１４の長手方向の幅１１４よりも大きく設定されている。こうすれば、図１８（Ｃ）に示す矢印のように、第３のフェライト板１１４から出た磁束がスポット溶接部でやや放射状広がった後に、第２のフェライト板１１２に効率良く回収される。なお、図１８の例では、第２のフェライト板１１２の幅Ｗ１１２は、第３のフェライト板１１４の幅１１４の約１．５倍に設定されている。第１のフェライト板１１０の幅は、第２のフェライト板１１２の幅Ｗ１１２に等しく設定されることが好ましい。
【０１０４】
また、第３のフェライト板１１４の長手方向の幅１１４（すなわち、励磁コイル１２０の長手方向の幅）は、被測定対象となるスポット溶接部の径（図２０に示した接合部の直径）の約２倍以上に設定することが好ましい。こうすれば、溶接部の各部の寸法や、溶接強度の測定精度を高める上で効果的であることが確認された。
【０１０５】
図１９は、センサ部の第３の実施例の構成を示す説明図である。このセンサ部２００は、スポット溶接部ＳＰを挟み込む磁路を形成することが可能な構成を有している。すなわち、スポット溶接部ＳＰが挿入される位置の上方と下方には、第１と第２の励磁部２１０，２２０が設けられている。これらの励磁部２１０，２２０は、フェライト鉄心２１２，２２２とコイル２１４，２２４とをそれぞれ有している。また、各励磁部２１０，２２０とスポット溶接部ＳＰとの間には、アレーセンサ２３０，２３２が設けられている。これらのアレーセンサ２３０，２３２も、複数の磁気センサを一直線状に配列したものである。２つの励磁部２１０，２２０は、断面略コの字状のヨーク（磁路形成部材）２４０によって連結されている。この結果、磁束（図１９に複数の磁束の例を示す）はスポット溶接部ＳＰを透過し、また、第１のアレーセンサ２３０と、第１の励磁部２１０と、ヨーク２４０と、第２の励磁部２２０と、第２のアレーセンサ２３２とを通過するように形成される。
【０１０６】
このように、磁束がスポット溶接部ＳＰを透過するようにセンサ部２００を構成すれば、スポット溶接部の特定の寸法や溶接強度の測定精度がさらに向上する。これは以下のような理由による。スポット溶接部ＳＰの表面に凹凸が存在する場合には、図１２や図１８に示したセンサ部では、センサ部とスポット溶接部の表面との位置関係に応じて磁路が変動し、この結果、測定値にバラツキが生じることがある。これに対して、図１９のセンサ構造では、磁束がスポット溶接部ＳＰを通過するので、磁路がセンサ部とスポット溶接部の表面との位置関係にあまり依存せずに安定しており、この結果、安定した測定値を得ることが可能である。
【０１０７】
なお、図１９のセンサ部２００では、アレーセンサ２３０，２３２は、スポット溶接部ＳＰの端面（図１９ではスポット溶接部ＳＰの右端の側面）が伸びる方向（紙面に垂直な方向）に対して垂直な方向に沿って配列されている。しかし、アレーセンサ２３０，２３２を、スポット溶接部ＳＰの端面が伸びる方向に沿って配列するようにしてもよい。
【０１０８】
また、図１９のセンサ部２００では、２つのアレーセンサ２３０，２３２を有していたが、このうちの一方を省略することが可能である。こうすれば、装置を簡略化できるという利点がある。但し、図１９のようにスポット溶接部ＳＰの上方と下方にアレーセンサをそれぞれ設けるようにすれば、より高い測定精度を達成できるという利点がある。同様に、２つの励磁部２１０，２２０のうちの一方を省略することも可能である。
【０１０９】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１１０】
Ｅ１．変形例１：
上記実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、データ処理部３０（図１１）の処理機能の一部を専用のハードウェア回路で実現するようにすることも可能である。
【０１１１】
Ｅ２．変形例２：
上記実施例では、図７で説明したように、静磁束密度分布とインダクタンス分布と電気抵抗分布の凹領域または凸領域の面積を用いて、インデンテーション径とナゲット径と溶接強度指標とを決定していたが、これら以外の電磁気的特性値分布を用いてスポット溶接部の構造に関連する他の種類の特性値を決定するようにしてもよい。すなわち、本発明では、一般に、電磁気的特性値分布のほぼ中央に形成される凹領域または凸領域の面積に基づいて、スポット溶接部の構造的な特性に関する所定の特性値（特定部分の寸法や溶接部の強度など）を決定するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の測定装置の概略構成とその動作とを示す概念図。
【図２】残留磁気の消失過程モデルを示す説明図。
【図３】図２（ｂ）の磁束密度φ1 の閉ループを磁気等価回路に置き換えた説明図。
【図４】静磁界を遮断した直後のアレーセンサＳＲの任意の一つを通過する磁束ｉ1 （＝φ1 ）の閉ループＣ0 を示す説明図。
【図５】アレーセンサＳＲで測定される磁束の変化を説明する説明図。
【図６】磁気回路のインダクタンスＬ1 が２つのインダクタンス成分Ｌ0'，Ｌ2 の合成で表されることを示す説明図。
【図７】スポット溶接部の各部の寸法と、測定値との関係を示す説明図。
【図８】溶接強度指標Ｐとスポット溶接部の引張り強度との関係を示すグラフ。
【図９】インダクタンスＬ2 の分布の凹領域の面積Ｓｉと、ナゲット径の実測値との関係を示すグラフ。
【図１０】インデンテーション径の推定値と実測値との関係を示すグラフ。
【図１１】鉄鋼板のスポット溶接部の溶接状態を測定する装置の構成を示すブロック図。
【図１２】センサ部の実装例を示す図。
【図１３】アレーセンサ１２の構成例を示す概念図。
【図１４】磁気センサの出力信号と、そのデータ処理で得られた信号の例を示す説明図。
【図１５】磁束変化測定の手順を示すフローチャート。
【図１６】データ処理部３０におけるデータ処理のながれを示すフローチャート。
【図１７】センサ部の第２の実施例を示す正面図とその側面図。
【図１８】センサ部１００の要部断面図。
【図１９】センサ部の第３の実施例の構成を示す説明図。
【図２０】スポット溶接部の断面構造を示す説明図。
【符号の説明】
１０…センサ部
１１…励磁部
１２…アレーセンサ
１３…センサ出力切換部
１４…バッファアンプ
１５…センサ電源切換部
２０…制御部
２０ａ…センサ制御部
２０ｂ…信号処理部
２１…波形整形部
２２…Ａ／Ｄ変換部
２３…デュアルポートメモリ
２３ａ…メモリ制御部
２４…励磁制御部
２５…センサ出力制御部
２６…センサ電源制御部
３０…データ処理部
１００…センサ部
１０２…測定面
１０４…底面部材
１１０，１１２，１１４…第１のフェライト板
１２０…励磁コイル
１３０…フレキシブル基板
２００…センサ部
２１０，２２０…励磁部
２１２，２２２…フェライト鉄心
２１４，２２４…コイル
２３０，２３２…アレーセンサ
２４０…ヨーク
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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