(57)【要約】【課題】被検査材の厚さが厚い場合であっても、被検査材の厚さを非破壊で正確に測定することが可能な厚さ測定装置、及びこれを用いた厚さ測定方法を提供すること。【解決手段】厚さ測定装置１０は、導電性材料からなる被検査材１２を励磁するための励磁コイル１４と、励磁コイル１４と同軸上に配置された磁気センサ１６と、励磁コイル１４に交流電流を印加するための磁界発生手段２０と、磁気センサ１６から出力される交流信号の相対位相角（α）及び振幅を検出するための検出手段３０と、磁気センサ１６からの交流信号の振幅及び／又は励磁コイル１４の励磁電圧を用いて、相対位相角（α）を絶対位相角（α’＝α＋２ｎπ（ｎは、整数））に換算する絶対位相角算出手段と、予め準備した絶対位相角（α’）と被検査材１２の厚さに関する検量線に基づいて、検出された絶対位相角（α’）から被検査材１２の厚さを求める厚さ算出手段とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料からなる被検査材を励磁するための励磁コイルと、
前記励磁コイルと同軸上に配置され、前記被検査材を透過した磁束を検出するための磁気センサと、
前記励磁コイルに交流電流を印加し、交流磁界を発生させるための磁界発生手段と、
前記磁気センサから出力される交流信号の相対位相角（α）及び振幅を検出するための検出手段と、
前記磁気センサから出力される前記交流信号の振幅及び／又は前記励磁コイルの励磁電圧を用いて、前記相対位相角（α）を絶対位相角（α’＝α＋２ｎπ（ｎは、整数））に換算する絶対位相角算出手段と、
予め準備した前記絶対位相角（α’）と前記被検査材の厚さに関する検量線に基づいて、検出された前記絶対位相角（α’）から前記被検査材の厚さを求める厚さ算出手段と、
を備えた厚さ測定装置。
【請求項２】
前記磁界発生手段は、振幅が一定の前記交流電流を前記励磁コイルに印加するものからなり、
前記絶対位相角算出手段は、
（ａ）前記磁気センサから出力される交流信号の振幅がしきい値を超えているときは、前記絶対位相角（α’）が０°以上３６０°未満（０以上２π未満）の範囲にあると判定し、
（ｂ）前記振幅が前記しきい値以下であるときは、前記絶対位相角（α’）が３６０°以上７２０°未満（２π以上４π未満）にあると判定するものからなる
請求項１に記載の厚さ測定装置。
【請求項３】
前記磁界発生手段は、
（ａ）前記絶対位相角（α’）が２ｎπ（ｎは、１以上の整数）であるときに、前記磁気センサから出力される前記交流信号の振幅が所定のしきい値に一致するように、振幅が段階的に増加する前記交流電流を前記励磁コイルに印加することができ、かつ、
（ｂ）前記磁気センサから出力される交流信号の振幅が前記しきい値未満であるときは、前記しきい値を超えるまで、振幅が一定であり、かつ、振幅が段階的に増加する前記交流電流（第１電圧、第２電圧、…第ｎ電圧）を順次印加するものからなり、
前記絶対位相角算出手段は、前記磁気センサから出力される交流信号の振幅が前記しきい値を最初に超えた時の前記励磁電圧が前記第ｎ電圧であるときに、前記絶対位相角（α’）が２（ｎ−１）π以上２ｎπ未満の範囲にあると判定するものからなる
請求項１に記載の厚さ測定装置。
【請求項４】
前記磁界発生手段は、前記磁気センサから出力される前記交流信号の振幅が一定となるように前記励磁コイルに前記交流電流を印加するものからなり、
前記絶対位相角算出手段は、
（ａ）前記励磁電圧が第ｎしきい値（ｎ≧１）未満であるときは、前記絶対位相角（α’）が２（ｎ−１）π以上２ｎπ未満の範囲にあると判定し、
（ｂ）前記励磁電圧が前記第ｎしきい値以上であるときは、前記絶対位相角（α’）が２ｎπ以上２（ｎ＋１）π未満であると判定するものからなる
請求項１に記載の厚さ測定装置。
【請求項５】
前記厚さ算出手段は、前記励磁コイルに印加される前記交流電流の周波数に対応する複数の検量線を準備し、前記周波数に対応する前記検量線に基づいて、検出された前記絶対位相角（α’）から前記被検査材の厚さを求めるものである請求項１から４までのいずれか１項に記載の厚さ測定装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の厚さ測定装置を用いて前記被検査材の厚さを測定する厚さ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚さ測定装置及び厚さ測定方法に関し、さらに詳しくは、励磁コイルと磁気センサとを用いて導電性材料からなる被検査材の厚さを高精度で検出することが可能な厚さ測定装置、及びこれを用いた厚さ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板の連続加工ライン、金属膜の検査工程などにおいて、鋼板や金属膜の厚さを高精度で測定する方法が求められる。例えば、鋼板の連続加工ラインにおいて、加工前の鋼板は、一般にストックヤードに積み上げられた状態になっている。加工する際には、鋼板は、吸盤等を用いて上から１枚ずつ持ち上げられ、加工ラインに供給される。この時、複数枚の鋼板が吸着した状態で持ち上げられることがある。吸着した複数枚の鋼板がそのまま加工ラインに供給されると、加工設備の故障の原因となる。また、鋼板や帯鋼の圧延ラインでは、圧延後の板厚を高精度に管理する必要もある。
【０００３】
そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、駆動コイルを備えた送信ヘッドと検出コイルを備えた受信ヘッドとの間に被検査体を配置し、被検査体透過前後の交番磁束の位相ずれ又は減衰に基づいて、被検査体の厚さを弁別する厚さ弁別装置が開示されている。
同文献には、
（ａ）鉄板の場合、位相の変化は小さいが、厚さ（枚数）に応じて検出信号の振幅が大きく変化するため、振幅の変化に基づいて、鉄板が１枚か２枚重ねかを十分な精度で弁別できる点、及び、
（ｂ）アルミニウム板の場合、振幅の変化は小さいが、厚さ（枚数）に応じて検出信号の位相が大きく変化するため、位相の変化に基づいて、アルミニウム板が１枚か２枚重ねかを高精度に弁別することができる点
が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、鋼材の一方の面に励磁コイル及び誘導コイルを配置し、励磁コイルにより発生させた渦電流を誘導コイルにより検出し、渦電流の信号の位相遅れに基づいて鋼材の厚さを求める方法が開示されている。
同文献には、
（ａ）検波位相０°で渦電流信号を検波したときには、厚さが厚くなるほど出力電圧の信号レベルは低くなるが、出力電圧に位相遅れはない点、
（ｂ）検波位相９０°で渦電流信号を検波したときには、厚さが厚くなるほど出力信号の信号レベルが低くなるとともに位相遅れが大きくなる点、及び、
（ｃ）検波位相９０°付近で出力電圧がゼロに近い領域で検波すると、鋼材厚さと出力電圧との間に明確な相関関係が認められ、検波位相９０°のときには鋼材厚さを正確に測定可能である点
が記載されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、励磁コイルと検出コイルとを用いて、非磁性金属の膜厚を測定する方法が開示されている。
同文献には、励磁電流の周波数と位相角を適正化することによって、検出コイルから出力されるＹ出力（検出コイルの抵抗の虚数分）の変動率を低減することができる点が記載されている。
【０００６】
一般に、励磁コイルで金属に渦電流を発生させる場合、励磁コイルに印加される交流電流の周波数が高くなるほど、磁束の浸透深さが浅くなる。そのため、厚い被検査材の厚さを測定するためには、周波数を低くする必要がある。
一方、検出コイルの出力は、ｄφ／ｄｔに比例するため、交流磁束の周波数が低くなるほど低下する。そのため、励磁コイル及び検出コイルを用いた方法では、測定可能な被検査材の厚さに限界がある。
【０００７】
また、微小領域の厚さを検出するためには、検出コイルも小型化する必要がある。しかし、検出コイルの感度は、巻き数が少なくなるほど低下する。そのため、励磁コイル及び検出コイルを用いた方法では、微小領域の厚さを正確に測定することが困難である。
【０００８】
さらに、特許文献１、２に記載の方法では、位相情報のみを用いて厚さを求めているため、３６０°以上の位相変化を検出することができない。そのため、より厚い被検査材の厚さを測定することは困難である。また、特許文献３に記載の方法では、周波数に応じて最適な位相角を求める必要があり、調整が煩雑となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３５１９８０６号公報
【特許文献２】特許第４８０２９８１号公報
【特許文献３】特開２００７−２９８２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、被検査材の厚さが厚い場合であっても、被検査材の厚さを非破壊で正確に測定することが可能な厚さ測定装置、及びこれを用いた厚さ測定方法を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、検査領域が微小である場合であっても、被検査材の厚さを非破壊で正確に測定することが可能な厚さ測定装置、及びこれを用いた厚さ測定方法を提供することにある。
さらに、本発明が解決しようとする他の課題は、煩雑な調整をすることなく、被検査材の厚さを非破壊で正確に測定することが可能な厚さ測定装置、及びこれを用いた厚さ測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明に係る厚さ測定装置は、
導電性材料からなる被検査材を励磁するための励磁コイルと、
前記励磁コイルと同軸上に配置され、前記被検査材を透過した磁束を検出するための磁気センサと、
前記励磁コイルに交流電流を印加し、交流磁界を発生させるための磁界発生手段と、
前記磁気センサから出力される交流信号の相対位相角（α）及び振幅を検出するための検出手段と、
前記磁気センサから出力される前記交流信号の振幅及び／又は前記励磁コイルの励磁電圧を用いて、前記相対位相角（α）を絶対位相角（α’＝α＋２ｎπ（ｎは、整数））に換算する絶対位相角算出手段と、
予め準備した前記絶対位相角（α’）と前記被検査材の厚さに関する検量線に基づいて、検出された前記絶対位相角（α’）から前記被検査材の厚さを求める厚さ算出手段と、
を備えていることを要旨とする。
【００１２】
本発明に係る厚さ測定方法は、本発明に係る厚さ測定装置を用いて前記被検査材の厚さを測定することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
磁気センサの出力は、磁束の大きさ（φ）に依存するが、磁束の周波数には依存しない。そのため、交流磁束の受信ヘッドに磁気センサを用いて位相角を検出し、かつ、位相角が０〜３６０°の範囲にあるか否かを判別すれば、被検査材の厚さが厚い場合（すなわち、励磁コイルに印加される交流電流の周波数が低い場合）であっても、被検査材の厚さを非破壊で測定することが可能となる。また、磁気センサは容易に小型化することができ、かつ、小型化に伴い感度が低下することもないので、微小領域の測定も可能となる。
【００１４】
さらに、磁気センサから出力される交流信号の相対位相角（α）を絶対位相角（α’）に換算し、得られた絶対位相角（α’）と予め準備した検量線とを対比すれば、被検査材の厚さが厚い場合であっても、被検査材の厚さを非破壊で正確に測定することができ、しかも煩雑な調整も不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る厚さ測定装置の概略図である。
【図２】図２（ａ）は、磁気センサから出力される交流信号の位相とアルミニウムの板厚との関係を示す図である。図２（ｂ）は、磁気センサから出力される交流信号の振幅とアルミニウムの板厚との関係を示す図である。
【００１６】
【図３】図３（ａ）は、磁気センサから出力される交流信号の位相とアルミニウムの板厚との関係を示す図である。図３（ｂ）は、励磁コイルに印加される交流電流の電圧（励磁電圧）とアルミニウムの板厚との関係を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、磁気センサから出力される交流信号の位相の周波数依存性を示す図である。図４（ｂ）は、磁気センサから出力される交流信号の振幅の周波数依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  厚さ測定装置］
本発明に係る厚さ測定装置は、
導電性材料からなる被検査材を励磁するための励磁コイルと、
前記励磁コイルと同軸上に配置され、前記被検査材を透過した磁束を検出するための磁気センサと、
前記励磁コイルに交流電流を印加し、交流磁界を発生させるための磁界発生手段と、
前記磁気センサから出力される交流信号の相対位相角（α）及び振幅を検出するための検出手段と、
前記磁気センサから出力される前記交流信号の振幅及び／又は前記励磁コイルの励磁電圧を用いて、前記相対位相角（α）を絶対位相角（α’＝α＋２ｎπ（ｎは、整数））に換算する絶対位相角算出手段と、
予め準備した前記絶対位相角（α’）と前記被検査材の厚さに関する検量線に基づいて、検出された前記絶対位相角（α’）から前記被検査材の厚さを求める厚さ算出手段と、
を備えている。
【００１８】
［１．１．  被検査材］
本発明において、被検査材は、導電性材料からなる。被検査材は、非磁性材料であってもよく、あるいは、磁性材料であっても良い。但し、被検査材として磁性材料を用いる場合には、予め消磁しておく必要がある。これは、被検査材が磁化されていると、磁気センサの出力が磁化の程度に応じて変動するためである。
【００１９】
被検査材の厚さは、特に限定されるものではなく、目的の厚さに応じて最適な周波数を選択することができる。例えば、被検査材は、可撓性の小さい板であっても良く、あるいは、可撓性の大きいシートであっても良い。また、被検査材は、絶縁材料からなる基板上に形成された導電性材料からなる薄膜であっても良い。
【００２０】
被検査材の形状及び大きさは、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適なものを選択することができる。本発明は、受信ヘッドに磁気センサを用いているので、相対的に小さな被検査材であっても厚さを正確に測定することができる。
【００２１】
被検査材は、導電性材料であれば良い。被検査材としては、例えば、アルミニウム、銅、黄銅、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、チタンなどの金属板、などがある。また、炭素繊維等も導電性であり、適用可能である。
【００２２】
［１．２．  励磁コイル］
励磁コイルは、被検査材を励磁するためのものである。本発明において、励磁コイルの構造、材料、大きさ等は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適なものを選択することができる。
【００２３】
［１．３．  磁気センサ］
磁気センサは、被検査材を透過した磁束を検出するためのものである。磁気センサは、励磁コイルと同軸上に配置される。また、被検査材は、励磁コイルと磁気センサの間に配置される。
【００２４】
本発明において、磁気センサの種類は、特に限定されるものではなく、半導体のホール効果を利用したホール素子、半導体ＭＲ効果を利用した半導体ＭＲ素子等の種々のセンサを用いることができる。磁気センサとしては、例えば、
（ａ）巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を示す材料を用いたＧＭＲ素子、
（ｂ）トンネル磁気抵抗効果を示す材料を用いたＴＭＲ素子、
（ｃ）軟磁性材料からなる薄膜ヨークの間に、ＴＭＲ効果を示すナノグラニュラー材料からなるＴＭＲ膜を挿入した薄膜磁気センサ（ＧＩＧＳ（登録商標））、
（ｄ）異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果を示す材料を用いたＡＭＲ素子
などがある。
特に、薄膜磁気センサは、小型かつ高感度であるため、被検査材を透過した磁束を検出するための磁気センサとして好適である。
【００２５】
［１．４．  磁界発生手段］
磁界発生手段は、励磁コイルに交流電流を印加し、交流磁界を発生させるためのものである。磁界発生手段の構造は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の構造を選択することができる。
【００２６】
［１．５．  検出手段］
検出手段は、前記磁気センサから出力される交流信号の相対位相角（α）及び振幅を検出するためのものである。検出手段の構造は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の構造を選択することができる。
ここで、「相対位相角（α）」とは、励磁信号と磁気センサの位相角であり、基準信号の位相を基準とする位相角の相対値をいう。相対位相角（α）は、０〜３６０°（０〜２π）の範囲で周期的に変動する。
「絶対位相角（α’＝α＋２ｎπ（ｎは、整数））」とは、基準信号（例えば、板がないときの信号）からの位相角をいい、基準信号の位相を基準とする位相角の絶対値をいう。
【００２７】
本発明において、被検査材の厚さは、磁気センサから出力される交流信号の絶対位相角（α’）に基づいて求められる。磁気センサから出力される交流信号の振幅（すなわち、被検査材を透過した磁束の強さ）を用いて、厚さを求めることもできる。しかし、磁気センサから出力される交流信号の振幅は、被検査材の厚さ以外の外部要因で変動することがある。一方、絶対位相角（α’）は、外部要因による変動が少ないので、厚さをより正確に測定することができる。
【００２８】
磁気センサから出力される交流信号の振幅及び位相角は、例えば、同期検波回路により求めることができる。同期検波回路により求められる位相角は、相対位相角（α）である。この相対位相角（α）は、後述する絶対位相角算出手段により、絶対位相角（α’）に換算される。
一方、本発明において、磁気センサから出力される交流信号の振幅は、
（ａ）絶対位相角（α’）の算出、又は、
（ｂ）励磁コイルに印加される交流電流の電圧調整
に用いられる。
この点については、後述する。
【００２９】
［１．６．  絶対位相角算出手段］
絶対位相角算出手段は、前記磁気センサから出力される前記交流信号の振幅及び／又は前記励磁コイルの励磁電圧を用いて、前記相対位相角（α）を絶対位相角（α’）に換算するためのものである。相対位相角（α）を絶対位相角（α’）に換算する方法としては、具体的には、以下のような方法がある。
【００３０】
［１．６．１．  磁気センサ出力の振幅を用いる方法（磁気センサ振幅方式）］
磁界発生手段を用いて、振幅（電圧）及び周波数が一定である交流電流を励磁コイルに印加する場合、被検査材の厚さが厚くなるほど、被検査材を透過する磁束の減衰が大きくなる。すなわち、励磁コイルに印加される交流電流の振幅及び周波数が一定である場合、磁気センサから出力される交流信号の振幅と被検査材の厚さとは、１：１の対応関係がある。
【００３１】
そのため、磁気センサから出力される交流信号の振幅がしきい値を超えているときは、絶対位相角（α’）が０°以上３６０°未満（０以上２π未満）の範囲にあると判定する。この場合、α’＝αとなる。
一方、振幅がしきい値以下であるときは、絶対位相角（α’）が３６０°以上７２０°未満（２π以上４π未満）にあると判定する。この場合、α’＝α＋２πとなる。
なお、「しきい値」とは、絶対位相角（α’）が３６０°になるときの磁気センサ出力の境界値をいう。しきい値は、被検査材の材料や厚さの測定条件により異なるが、被検査材の材料や測定条件が既知であれば、予め求めることができる。
【００３２】
この方法は、厚さが増加すると減衰が大きくなり、位相の判定が困難となるため、測定限界となる。即ち、絶対位相角（α’）が７２０°以上であるか否かを判別することが困難となる。しかしながら、厚さが絶対位相角（α’）に換算して０°〜７２０°の範囲内にあるときは、厚さを正確に求めることができる。
【００３３】
［１．６．２．  励磁電圧を段階的に増加させる方法］
磁気センサ振幅方式は、絶対位相角（α’）が７２０°以上であるか否かを判別することが困難となる。しかしながら、絶対位相角（α’）の大きさに応じて、励磁電圧を段階的に増加させると、絶対位相角（α’）が７２０°以上である場合であっても、位相を判定することができる。すなわち、磁気センサ振幅方式と励磁電圧の段階的な増加とを組み合わせると、絶対位相角（α’）の大きさにかかわらず、位相を判定することができる。
【００３４】
この場合、磁界発生手段は、絶対位相角（α’）が２ｎπ（ｎは、１以上の整数）であるときに、磁気センサから出力される交流信号が所定のしきい値（例えば、０．０１５Ｖ）となるように、振幅が段階的に増加する交流電流（第１電圧、第２電圧、…第ｎ電圧）を励磁コイルに印加することができるものである必要がある。
実際に厚さを測定する際には、磁界発生手段は、磁気センサの出力に応じて、励磁電圧を段階的に増加させる。すなわち、前記磁気センサから出力される交流信号の振幅が前記しきい値未満であるときは、前記しきい値を超えるまで、振幅が一定であり、かつ、振幅が段階的に増加する前記交流電流（第１電圧、第２電圧、…第ｎ電圧）を順次、励磁コイルに印加する。
【００３５】
次に、絶対位相角（α’）を求める際には、励磁コイルに印加されている励磁電圧の大きさを参照する。前記磁気センサから出力される交流信号の振幅が前記しきい値を最初に超えた時の励磁電圧がｎ番目の電圧であるときには、絶対位相角が２（ｎ−１）π以上２ｎπ未満の範囲にあると判定する。この場合、α’＝α＋２（ｎ−１）πとなる。
以下同様にして、絶対位相角（α’）が２πだけ増加する毎に、磁気センサの出力がしきい値を下回るので、磁界発生手段は、その都度、励磁電圧を段階的に増加させる。その結果、絶対位相角（α’）の大きさにかかわらず、位相を判定することができる。
【００３６】
［１．６．３．  励磁コイルの励磁電圧を用いる方法（励磁電圧制御方式）］
磁界発生手段を用いて、磁気センサから出力される交流信号の振幅が一定となるように励磁コイルに交流電流を印加する場合、被検査材の厚さが厚くなるほど、励磁コイルに印加する電圧が大きくなる。すなわち、磁気センサから出力される交流信号の振幅が一定である場合、励磁コイルに印加される交流電流の電圧と被検査材の厚さとは、１：１の対応関係がある。
【００３７】
そのため、励磁コイルの励磁電圧が第ｎしきい値（ｎ≧１）未満であるときは、絶対位相角（α’）が２（ｎ−１）π以上２ｎπ未満の範囲にあると判定する。この場合、α’＝α＋２（ｎ−１）πとなる。
一方、励磁電圧が第ｎしきい値以上であるときは、絶対位相角（α’）が２ｎπ以上２（ｎ＋１）π未満であると判定する。この場合、α’＝α＋２ｎπとなる。
なお、「第ｎしきい値」とは、絶対位相角（α’）が２ｎπとなるときの励磁電圧の境界値をいう。第ｎしきい値は、被検査材の材料や厚さの測定条件により異なるが、被検査材の材料や測定条件が既知であれば、予め求めることができる。
【００３８】
この方法は、絶対位相角（α’）が７２０°を超えているか否かを判別することができる。即ち、広い範囲で振幅を制御できる励磁回路を用いることで、７２０°以上でも判別可能となる。そのため、厚さが絶対位相角（α’）に換算して７２０°を超えている場合であっても、厚さを正確に求めることができる。また、磁気センサ振幅方式と励磁電圧制御方式を組み合わせることも可能である。
【００３９】
［１．７．  具体例］
図１に、本発明の一実施の形態に係る厚さ測定装置の概略図を示す。図１において、厚さ測定装置１０は、励磁コイル１４と、磁気センサ１６と、磁界発生手段２０と、検出手段３０と、演算装置（パーソナルコンピュータ）４０とを備えている。
【００４０】
被検査材１２は、同軸上に配置された励磁コイル１４と磁気センサ１６との間に配置されている。磁気センサ１６は、その感磁方向が励磁コイル１４の軸方向と一致する向きに配置する。また、磁気センサ１６の動作点は、磁束変化に対しておおよそ線形変化する領域に設定する。
【００４１】
磁界発生手段２０は、交流電流を発生させるための発振器２２と、発振器２２で発生させた交流電流を増幅するための電流増幅回路２４とを備えている。電流増幅回路２４の入力端は、発振器２２に接続され、出力端は、励磁コイル１４に接続されている。
【００４２】
検出手段３０は、増幅回路３２と、移相器３４と、同期検波回路３６とを備えている。増幅回路３２は、磁気センサ１６で検出された交流信号を増幅するための回路である。増幅回路３２の入力端は、磁気センサ１６に接続され、出力端は、同期検波回路３６に接続されている。
移相器３４は、励磁コイル１４に印加される交流信号と９０°位相差の信号を発生させるためのものである。移相器３４の入力端は、電流増幅回路２４に接続され、出力端は、同期検波回路３６に接続されている。
【００４３】
同期検波回路３６は、励磁コイル１４に印加される交流電流と同位相の信号（すなわち、電流増幅器２４から出力される信号）と、９０°位相差の信号（すなわち、移相器３４から出力される信号）とを参照信号として、磁気センサ１６の交流信号を位相検波し、位相角（相対位相角（α））を算出するためのものである。また、同時に信号振幅も求める。同期検波回路３６の入力端は、電流増幅回路２４、増幅回路３２、及び移相器３４に接続され、出力端は、演算装置４０に接続されている。
同位相の信号と９０°位相差の信号とを用いて位相検波するのは、位相角と振幅とを求めるためである。すなわち、同位相検波の出力ａ・cosθ（ａ：振幅、θ：位相）、９０°位相検波の出力ａ・sinθより、ａとθが求まるためである。
【００４４】
演算装置４０は、
（ａ）相対位相角（α）を絶対位相角（α’）に換算するための手段（絶対位相角算出手段）と、
（ｂ）予め準備した絶対位相角（α’）と被検査材１２の厚さ（ｔ）に関する検量線に基づいて、検出された絶対位相角（α’）から被検査材１２の厚さ（ｔ）を求めるための手段（厚さ算出手段）と
を備えている。
さらに、演算装置４０は、発振器２２に接続されており、励磁コイル１４の励磁電圧を制御するための制御信号を送信できるようになっている。
【００４５】
絶対位相角（α’）の算出方法には、上述したように、
（ａ）振幅が一定である交流電流を励磁コイル１４に印加し、磁気センサ１６から出力される交流信号の振幅を用いて算出する方法（磁気センサ振幅方式）、
（ｃ）励磁電圧を段階的に増加させながら、磁気センサ１６から出力される交流信号の振幅と励磁電圧の大きさとを用いて算出する方法、
（ｃ）磁気センサ１６から出力される交流信号の振幅が一定となるように励磁コイル１４に交流電流を印加し、励磁コイル１４の励磁電圧を用いて算出する方法（励磁電圧制御方式）、
がある。
【００４６】
被検査材１２の材料及び測定条件により決まる絶対位相角（α’）と厚さ（ｔ）との関係（検量線）は、予め演算装置４０の記憶装置内に記憶させておく。そして、算出された絶対位相角（α’）と検量線とを対比し、被検査材１２の厚さ（ｔ）を求める。
【００４７】
なお、磁気センサ１６の出力は、検出される磁束（φ）の大きさに依存し、磁束（φ）周波数には依存しない。しかし、励磁コイル１４に印加される交流電流の周波数が変化すると、被検査材１２を透過する磁束（φ）の大きさが変化し、これに応じて磁気センサ１６の出力も変化する。
そのため、厚さ算出手段は、励磁コイル１４に印加される交流電流の周波数に対応する複数の検量線を準備し、周波数に対応する検量線に基づいて、検出された絶対位相角（α’）から被検査材１２の厚さを求めるものであっても良い。
【００４８】
［２．  厚さ測定方法］
本発明に係る厚さ測定方法は、本発明に係る厚さ測定装置１０を用いて被検査材１２の厚さを測定することを特徴とする。測定方法の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
【００４９】
［３．  作用］
同軸上に配置した励磁コイル１４と磁気センサ１６との間に被検査材１２を配置し、励磁コイル１４に交流電流を印加すると、励磁コイル１４で生成した交流磁束が被検査材１２を透過し、磁気センサ１６で検出される。交流磁束が被検査材１２を透過する際、交流磁束の振幅の減衰と位相遅れが生じる。
一方、磁気センサ１６で検出される交流信号は、磁束（φ）の大きさのみに依存し、磁束（φ）の周波数には依存しない。
【００５０】
また、励磁コイル１４で発生させた交流磁束は、主として被検査材１２の厚さに応じて減衰するが、それ以外の要因でも減衰することがある。一方、被検査材１２を透過した交流磁束の位相角は、被検査材１２の厚さ以外の要因で変化することはほとんど無い。そのため、位相角を用いると、厚さの測定精度が向上する。
しかしながら、被検査材１２の厚さが過度に厚くなると、位相遅れは３６０°を超えることがある。従来の方法で検出される位相角は、０〜３６０°の範囲の位相角（相対位相角）であり、３６０°を超える位相角（絶対位相角）を求めることができない。
【００５１】
これに対し、磁気センサ１６から出力される交流信号の振幅及び／又は励磁コイル１４に印加される交流電流の電圧（励磁電圧）を参照すると、位相角が０〜３６０°の範囲にあるか否かを容易に判別することができる。
そのため、交流磁束の受信ヘッドに磁気センサ１６を用いて位相角を検出し、かつ、位相角が０〜３６０°の範囲にあるか否かを判別すれば、被検査材１２の厚さが厚い場合（すなわち、励磁コイル１４に印加される交流電流の周波数が低い場合）であっても、被検査材１２の厚さ（ｔ）を非破壊で測定することが可能となる。また、磁気センサ１６は容易に小型化することができ、かつ、小型化に伴い感度が低下することもないので、微小領域の測定も可能となる。
【００５２】
さらに、磁気センサ１６から出力される交流信号の相対位相角（α）を絶対位相角（α’）に換算し、得られた絶対位相角（α’）と予め準備した検量線とを対比すれば、被検査材１２の厚さ（ｔ）が厚い場合であっても、被検査材１２の厚さを非破壊で正確に測定することができ、しかも煩雑な調整も不要となる。
【実施例】
【００５３】
（実施例１）
［１．  検量線の作成］
図１に示す厚さ測定装置１０を用いて、磁気センサ１６で検出される信号の振幅−位相の検量線を作成した。励磁コイル１４に印加する交流電流の周波数は、一定とした。被検査材１２には、厚さの異なるアルミニウム板を用いた。磁気センサ１６には、薄膜磁気センサ（ＧＩＧＳ（登録商標））を用いた。励磁電圧は、０．０８Ｖとした。
【００５４】
図２（ａ）に、磁気センサから出力される交流信号の位相とアルミニウムの板厚との関係を示す。図２（ｂ）に、磁気センサから出力される交流信号の振幅とアルミニウムの板厚との関係を示す。図２に示す例の場合、位相を判別するための振幅（センサ出力）のしきい値は、０．０１５Ｖであった。
【００５５】
［２．  厚さの測定］
図１に示す厚さ測定装置１０及び図２に示す検量線を用いて、厚さが未知のアルミニウム板の厚さを測定した。励磁電圧は、０．０８Ｖとした。その結果、アルミニウム板の厚さを±０．５％の誤差で計測することができた。
【００５６】
（実施例２）
［１．  検量線の作成］
絶対位相角（α’）が０〜３６０°の範囲については、実施例１と同様にして検量線を作成した。
次に、絶対位相角（α’）が７２０°である時に磁気センサの出力が０．０１５Ｖとなるように励磁電圧を増加させた。この時の励磁電圧は、２０Ｖであった。以下、実施例１と同様にして、絶対位相角（α’）が３６０°〜７２０°の範囲の検量線を作成した。
【００５７】
［２．  厚さの測定］
図１に示す厚さ測定装置１０及び上記で得られた検量線を用いて、厚さが未知のアルミニウム板の厚さを測定した。この場合、演算装置４０により磁気センサ１６の出力に応じて、発振器２２の出力を変化（励磁電圧：０．０８Ｖ→２０Ｖ）させた。その結果、アルミニウム板の厚さを±０．５％の誤差で計測することができた。
【００５８】
（実施例３）
［１．  検量線の作成］
図１に示す厚さ測定装置１０を用いて、励磁コイル１４の電圧−磁気センサ１６で検出される信号の位相の検量線を作成した。励磁コイル１４に印加する交流電流の周波数は、一定とした。被検査材１２には、厚さの異なるアルミニウム板を用いた。磁気センサ１６には、薄膜磁気センサ（ＧＩＧＳ（登録商標））を用いた。磁気センサ１６の出力が一定となるように、励磁電圧を制御した。
【００５９】
図３（ａ）に、磁気センサから出力される交流信号の位相とアルミニウムの板厚との関係を示す。図３（ｂ）に、励磁コイルに印加される交流電流の電圧（励磁電圧）とアルミニウムの板厚との関係を示す。
測定機器上の制限から、位相角が３６０°を超えるケースについて測定できなかった。しかし、図３より、励磁電圧と位相角との間に１：１の対応関係があることがわかる。図３（ｂ）を外挿すると、位相を判別するための振幅（励磁電圧）のしきい値は、２０Ｖ程度と考えられる。
【００６０】
［２．  厚さの測定］
図１に示す厚さ測定装置１０及び図３に示す検量線を用いて、厚さが未知のアルミニウム板の厚さを測定した。励磁電圧は、磁気センサ１６の出力が一定となるように制御した。その結果、アルミニウム板の厚さを±０．５％の誤差で計測することができた。
【００６１】
（実施例４）
［１．  検量線の作成］
図１に示す厚さ測定装置１０を用いて、磁気センサ１６で検出される信号の振幅−位相の検量線を作成した。励磁コイル１４に印加する交流電流の周波数は、１０Ｈｚ、１００Ｈｚ、又は１ｋＨｚとした。また、励磁コイル１４のＡ・Ｔ（アンペア・ターン）が一定となるように電圧を調整した。被検査材１２には、厚さの異なるアルミニウム板を用いた。磁気センサ１６には、ＧＩＧＳ（登録商標）を用いた。
【００６２】
［２．  周波数依存性］
図４（ａ）に、磁気センサから出力される交流信号の位相の周波数依存性を示す。図４（ｂ）に、磁気センサから出力される交流信号の振幅の周波数依存性を示す。
図４より、Ａ・Ｔが一定である場合（すなわち、励磁磁束φが一定である場合）、周波数によらずセンサ出力がほぼ一定となることがわかる。板厚がゼロのところでは、振幅は、いずれも１Ｖである。
また、図４より、板厚の測定範囲と測定精度を元に、周波数を選定できることがわかる。例えば、厚い板を測定する場合には、周波数を低くすれば良い。一方、高精度に測定する場合には、板厚変化に対して位相と振幅の変化が大きくなるように、周波数を高くすれば良い。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る厚さ測定装置は、各種金属板や各種金属薄膜の厚さ測定、圧延材の板厚測定（コイルとセンサを冷却することで、熱間材にも適用可能）、板帯製品の寸法測定（非接触インライン検査も可能）、板厚が既知の製品の枚数測定などに用いることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０  厚さ測定装置
１２  被検査材
１４  励磁コイル
１６  磁気センサ
２０  磁界発生手段
３０  検出手段
４０  演算装置（絶対位相角算出手段＋厚さ測定手段）
【図１】
2016205857.tif 000003
【図２】
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【図３】
2016205857.tif 000005
【図４】
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