JP2011013181A - 非破壊検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気センサの個数を増加させることなく空間分解能を向上させる。
【解決手段】 複数の領域を形成するように配置された複数の励磁コイルを含み、当該複数の励磁コイルのうちの何れか１つを順次選択して、検査対象物に渦電流を誘導する交流磁界を発生させる磁界発生部と、前記渦電流によって発生する磁界に応じた測定磁界データを出力する磁気センサと、前記測定磁界データに基づいて、前記渦電流によって発生する磁界を前記複数の領域ごとに求めるデータ処理部と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非破壊検査装置に関する。

検査対象物を物理的に破壊することなく、きずや欠陥などの不連続部を検出する非破壊検査技術として、検査対象物表面からの磁界（磁場）を磁気センサによって測定するものが知られている。例えば、磁気センサとして、高感度のＦＧ（Flux-Gate：フラックスゲート）センサやＭＩ（Magneto-Impedance：磁気インピーダンス）センサ、さらに高感度のＳＱＵＩＤ（Superconducting QUantum Interference Device：超伝導量子干渉素子）などを用いて、検査対象物の内部や表面の不連続部に起因する漏洩磁束を測定することによって、当該不連続部を検出することができる。

また、コイルから発生する磁界によって検査対象物に渦電流を誘導し、当該渦電流によって発生する磁界を測定して検査対象物の不連続部を検出する、渦電流探傷試験（渦流探傷試験）と呼ばれる非破壊検査方法（以下、渦電流法と称する）も一般に知られている。例えば、特許文献１では、当該渦電流法によって測定された磁界の各周波数成分の振幅を算出し、異なる周波数成分の振幅間で差分を計算することによって、磁気センサと検査対象物との距離の変化による影響を低減することができる非破壊検査装置が開示されている。

ところで、上記のような非破壊検査装置は、固定された磁気センサのセンサ面に対して略平行に検査対象物側を移動させる走査方式のものと、固定された検査対象物表面に対して略平行に磁気センサ側を移動させる走査方式のものとに大別することができる。そして、例えば電力設備などのように、検査対象物が大型構造物である場合には、一般に、磁気センサ側の走査方式が採用される。例えば、特許文献２では、多軸ロボットを用いて磁気センサを走査することによって、磁気センサと検査対象物との距離および角度を一定に保つ非破壊検査装置・方法が開示されている。

このようにして、検査対象物側または磁気センサ側を走査し、検査対象物表面からの磁界を測定することによって、検査対象物の不連続部を検出することができる。

特開２００３−１４９２１２号公報 特開２００６−３２９６３２号公報

ここで、上記の渦電流法を用いる一般的な非破壊検査装置の構成の一例を図１３に示す。
図１３に示されている非破壊検査装置において、センサ部１は、例えばＳＱＵＩＤなどを備えており、検出コイル１１が接続されて磁気センサを構成している。また、交流電流供給部４は、交流磁界を発生する励磁コイル４１が接続されて磁界発生部を構成している。そして、当該非破壊検査装置は、検査対象物９側、または検出コイル１１および励磁コイル４１側を走査するが、いずれの場合も、検出コイル１１の面積を小さくするほど、検査の空間分解能を向上させることができる。

しかしながら、検出コイル１１の面積を小さくすると、検査対象物９全体の検査時間が長くなってしまう。また、空間分解能と検査時間とを両立させるため、複数の検出コイルを隣接して配置した場合、検出コイルと同じ個数だけセンサ部が必要となる。例えば図１４に示すように、３×３個の領域ＡないしＩにそれぞれ対応して検出コイル１１ａないし１１ｉを配置した場合、９個のセンサ部１ａないし１ｉが必要となる。

そのため、各センサ部が備えるＳＱＵＩＤなども検出コイルと同じ個数だけ必要となり、非破壊検査装置のコストの上昇を招くこととなる。また、センサ部の個数が増加するほど、ＳＱＵＩＤなどの特性を揃えることが困難になり、さらに、センサ部および検出コイル間を接続する配線も困難になる。

前述した課題を解決する主たる本発明は、複数の領域を形成するように配置された複数の励磁コイルを含み、当該複数の励磁コイルのうちの何れか１つを順次選択して、検査対象物に渦電流を誘導する交流磁界を発生させる磁界発生部と、前記渦電流によって発生する磁界に応じた測定磁界データを出力する磁気センサと、前記測定磁界データに基づいて、前記渦電流によって発生する磁界を前記複数の領域ごとに求めるデータ処理部と、を有することを特徴とする非破壊検査装置である。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、磁気センサの個数を増加させることなく空間分解能を向上させることができる。

本発明の第１実施形態における非破壊検査装置の構成の詳細を示す平面図である。 本発明の第１ないし第３実施形態における非破壊検査装置の構成の概略を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態における非破壊検査装置の構成の詳細を示す平面図である。 本発明の第２実施形態における渦電流によって発生する磁界の領域ごとの分布の算出方法を説明する図である。 本発明の第３実施形態における非破壊検査装置の構成の詳細を示す平面図である。 本発明の第３実施形態における渦電流によって発生する磁界の領域ごとの分布の算出方法を説明する図である。 三角形コイルを隣接して配置する配置例を示す図である。 三角形コイルを隣接して配置する他の配置例を示す図である。 正六角形コイルを隣接して配置する配置例を示す図である。 矩形コイルの一部を重ねて配置する他の配置例を示す図である。 矩形コイルの一部を重ねて配置するさらに他の配置例を示す図である。 正六角形コイルの一部を重ねて配置する配置例を示す図である。 一般的な非破壊検査装置の構成の一例を示す斜視図である。 複数の検出コイルを隣接して配置した非破壊検査装置の構成の一例を示す平面図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＜第１実施形態＞
＝＝＝非破壊検査装置の構成＝＝＝
以下、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施形態における非破壊検査装置の構成について説明する。なお、図２は、非破壊検査装置の構成の概略を示す斜視図であり、図１は、非破壊検査装置のうち、特に交流電流供給部３および励磁コイル群３１の構成の詳細を示す平面図である。

図２に示されている非破壊検査装置は、渦電流法を用いて検査対象物９の内部や表面の不連続部９１を検出するための装置であり、センサ部１、検出コイル１１、データ処理部２、交流電流供給部３、および励磁コイル群３１を含んで構成されている。また、センサ部１は、検出コイル１１が接続されて磁気センサを構成しており、交流電流供給部３は、励磁コイル群３１が接続されて磁界発生部を構成している。さらに、図１に示されているように、交流電流供給部３は、交流発生部３２、ＤＥＭＵＸ（デマルチプレクサ）３３、およびカウンタ３４を含んでおり、励磁コイル群３１は、励磁コイル３１ａないし３１ｉを含んでいる。

交流発生部３２の出力信号は、ＤＥＭＵＸ３３のデータ入力に入力され、カウンタ３４から出力されるカウント値ＣＮは、ＤＥＭＵＸ３３の選択制御入力に入力されている。また、ＤＥＭＵＸ３３の選択制御入力の値に対応する９つの出力には、略同一の矩形（正方形または長方形）コイルである励磁コイル３１ａないし３１ｉがそれぞれ接続されている。そして、励磁コイル３１ａないし３１ｉは、図１に示されているように、３行３列の行列状に隣接して平面的に配置され、それぞれ略同一の矩形領域ＡないしＩを形成している。

センサ部１には、検出コイル１１が接続されており、センサ部１から出力される測定磁界データＨｑは、データ処理部２に入力されている。また、データ処理部２には、カウント値ＣＮも入力されている。

＝＝＝非破壊検査装置の動作＝＝＝
次に、本実施形態における非破壊検査装置の動作について説明する。なお、本実施形態において、センサ部１は、渦電流によって発生する磁界Ｈ２を測定するのに十分な感度を有しているものとする。本実施形態では、一例として、センサ部１がＳＱＵＩＤを備えている場合について説明する。

本実施形態の非破壊検査装置は、検査対象物９側および検出コイル１１側のいずれを走査してもよい。検査対象物９側を走査する場合には、検出コイル１１は固定されており、検査対象物９は、検出コイル１１のコイル面に対して略平行に移動する。この場合の検査対象物９の移動方向は、図１および図２において、ｘ０方向およびｙ０方向の矢印で示されている。一方、検出コイル１１側を走査する場合には、検査対象物９は固定されており、検出コイル１１は、検査対象物９表面に対して略平行に移動する。この場合の検出コイル１１の移動方向は、図１および図２において、ｘ１方向およびｙ１方向の矢印で示されている。なお、検出コイル１１側を走査する場合でも、検出コイル１１と励磁コイル群３１との位置関係が変化しないように構成されているものとする。

交流電流供給部３のカウンタ３４は、順次カウントアップまたは順次カウントダウンし、カウント値ＣＮを出力する。本実施形態では、カウンタ３４は、例えば４ビットのバイナリカウンタであり、カウント値ＣＮが０から８まで（２進数で００００から１０００まで）順次増加、または８から０まで順次減少する。また、ＤＥＭＵＸ３３は、カウント値ＣＮに応じて励磁コイル３１ａないし３１ｉのうちの何れか１つを順次選択し、当該選択されている励磁コイルに、交流発生部３２が発生する交流電流を供給する。したがって、交流電流供給部３は、励磁コイル３１ａないし３１ｉにそれぞれ交流電流ＩａないしＩｉを順次流して、それぞれ矩形領域ＡないしＩに交流磁界を順次発生させ、検査対象物９に渦電流を誘導する。

検出コイル１１は、当該渦電流によって発生する磁界Ｈ２を検出する。また、センサ部１は、検出コイル１１の位置における磁界の強さまたは磁束密度に応じて、測定磁界データＨｑを出力する。したがって、測定磁界データＨｑは、検査対象物９表面に対する検出コイル１１の垂直位置における、渦電流によって矩形領域ＡないしＩに順次発生する磁界Ｈ２の強さまたは磁束密度に応じて出力される。

データ処理部２は、測定磁界データＨｑと、ＤＥＭＵＸ３３において選択されている励磁コイルを示すカウント値ＣＮとに基づいて、渦電流によって発生する磁界Ｈ２の矩形領域ＡないしＩごとの分布を算出する。ここで、検査対象物９に不連続部９１が存在すると、不連続部９１によって渦電流に乱れが生じ、当該渦電流によって発生する磁界Ｈ２が弱くなるため、測定磁界データＨｑの値は減少する。そのため、算出される磁界分布は、検査対象物９の内部や表面における不連続部９１の分布を間接的に示している。

なお、交流発生部３２が発生する交流電流の周波数を高くし、励磁コイル群３１から発生させる交流磁界の周波数を高くすると、表皮効果によって検査対象物９の略表面のみに渦電流が誘導され、検査対象物９表面の不連続部９１を検出することができる。反対に、周波数を低くすると、表皮深さが大きくなるため、検査対象物９内部の不連続部９１を検出することができるようになる。また、当該交流電流および交流磁界は、複数の周波数成分を含んでいてもよい。

このようにして、各測定箇所（検査対象物９表面に対する検出コイル１１の水平位置）において、渦電流によって発生する磁界Ｈ２の矩形領域ＡないしＩごとの分布を算出することによって、検査対象物９の不連続部９１を検出することができる。したがって、ＳＱＵＩＤを備える１個のセンサ部１を用いて、９個の矩形領域ごとの磁界分布を算出することができる。また、測定箇所を励磁コイル群３１全体のサイズごとに移動させることによって、検査対象物９全体の検査時間が長くなることなく、空間分解能を向上させることができる。以下、このような励磁コイル群３１全体のサイズごとに移動させる検査工程を、基本検査工程と称する。

＜第２実施形態＞
＝＝＝非破壊検査装置の構成＝＝＝
以下、図３を参照して、本発明の第２の実施形態における非破壊検査装置の構成について説明する。なお、本実施形態における非破壊検査装置の構成の概略は、第１実施形態と同様に、図２に示されている。また、図３は、非破壊検査装置のうち、特に交流電流供給部３および励磁コイル群３１の構成の詳細を示す平面図である。

本実施形態の非破壊検査装置では、図３に示されているように、交流電流供給部３は、交流発生部３２、ＤＥＭＵＸ３３、およびカウンタ３４を含んでおり、励磁コイル群３１は、励磁コイル３１ｒおよび３１ｓを含んでいる。

第１実施形態の非破壊検査装置と同様に、交流発生部３２の出力信号は、ＤＥＭＵＸ３３のデータ入力に入力され、カウンタ３４から出力されるカウント値ＣＮは、ＤＥＭＵＸ３３の選択制御入力に入力されている。また、ＤＥＭＵＸ３３の選択制御入力の値に対応する２つの出力には、励磁コイル３１ｒおよび３１ｓがそれぞれ接続されている。

励磁コイル３１ｒおよび３１ｓは、略同一の矩形コイルであり、互いに略２分の１ずつ重なって配置されている。ここで、図３に示すように、各励磁コイルのサイズを２ａ×ｂとすると、励磁コイル３１ｒおよび３１ｓは、略ａ×ｂのサイズの矩形領域ＪないしＬを形成する。したがって、略同一の２個の矩形コイルによって、当該矩形コイルの略２分の１の面積を有する３個の矩形領域が形成され、１個の励磁コイル当たり平均（３÷２＝）１．５個の領域が形成されている。

＝＝＝非破壊検査装置の動作＝＝＝
次に、本実施形態における非破壊検査装置の動作について説明する。なお、第１実施形態と同様に、本実施形態においても、センサ部１は、ＳＱＵＩＤを備えているものとする。

第１実施形態と同様に、本実施形態の非破壊検査装置は、検査対象物９側および検出コイル１１側のいずれを走査してもよい。

交流電流供給部３のカウンタ３４は、順次カウントアップまたは順次カウントダウンし、カウント値ＣＮを出力する。本実施形態では、カウンタ３４は、例えば１ビットのバイナリカウンタであり、カウント値ＣＮが０から１まで順次増加、または１から０まで順次減少する。また、ＤＥＭＵＸ３３は、カウント値ＣＮに応じて励磁コイル３１ｒまたは３１ｓの何れか一方を順次選択し、当該選択されている励磁コイルに、交流発生部３２が発生する交流電流を供給する。

したがって、交流電流供給部３は、励磁コイル３１ｒおよび３１ｓにそれぞれ交流電流ＩｒおよびＩｓを順次流して、交流磁界を順次発生させ、検査対象物９に渦電流を誘導する。なお、励磁コイル３１ｒに交流電流Ｉｒが流れている間、交流磁界は矩形領域ＪおよびＫに発生する。また、励磁コイル３１ｓに交流電流Ｉｓが流れている間、交流磁界は矩形領域ＫおよびＬに発生する。

第１実施形態の非破壊検査装置と同様に、検出コイル１１は、渦電流によって発生する磁界Ｈ２を検出する。また、センサ部１は、検出コイル１１の位置における磁界の強さまたは磁束密度に応じて、測定磁界データＨｑを出力する。さらに、データ処理部２は、測定磁界データＨｑと、ＤＥＭＵＸ３３において選択されている励磁コイルを示すカウント値ＣＮとに基づいて、渦電流によって発生する磁界Ｈ２の矩形領域ＪないしＬごとの分布を算出する。なお、本実施形態における磁界分布の算出方法についての詳細な説明は後述する。

このようにして、各測定箇所において、渦電流によって発生する磁界Ｈ２の矩形領域ＪないしＬごとの分布を算出することによって、検査対象物９の不連続部９１を検出することができる。したがって、ＳＱＵＩＤを備える１個のセンサ部１を用いて、３個の矩形領域ごとの磁界分布を算出することができる。

＝＝＝磁界分布の算出方法＝＝＝
以下、図３および図４を参照して、本実施形態における磁界分布の算出方法について説明する。

前述したように、本実施形態の非破壊検査装置は、センサ部１がＳＱＵＩＤを備えているため、渦電流によって発生する微弱な磁界Ｈ２も測定することができる。したがって、本実施形態の非破壊検査装置は、初期段階の小さな不連続部を、検査対象物９に対する悪影響が顕在化する前に検出することができ、交換や修理などの対策を適宜実施している場合には、１回の検査において検出される不連続部の個数は通常少ない。そこで、まず、渦電流に乱れが生じるような不連続部の個数が、１つの測定箇所において１個以下の場合について説明する。

図４は、不連続部が矩形領域ＪないしＬのいずれにも存在しない場合、または何れか１つに１個存在する場合において、各励磁コイルに交流電流が流れている間の測定磁界データＨｑの値およびその減少分を示している。なお、図４においては、説明の便宜上、渦電流によって測定磁界データＨｑの値が２（矩形領域当たり１）となるような磁界Ｈ２が発生し、不連続部が存在する矩形領域にはまったく渦電流が流れないものとしている。また、図４の各上段の（括弧が付いていない）値は、不連続部による測定磁界データＨｑの値の減少分を示しており、この場合の測定磁界データＨｑの値は、図４の各下段の（括弧が付いている）式のように求めることができる。

不連続部が矩形領域ＪないしＬのいずれにも存在しない場合（以下、図４および図６において、「なし」と記載）には、いずれも、不連続部による測定磁界データＨｑの値の減少分は０となり、Ｈｑ＝２−０＝２となる。また、不連続部が矩形領域Ｊに１個存在する場合には、励磁コイル３１ｒに交流電流Ｉｒが流れている間のみ、測定磁界データＨｑの値が１個の矩形領域に相当する１だけ減少（以下、図４および図６において、「−１」と記載）し、Ｈｑ＝２−１＝１となる。さらに、不連続部が矩形領域Ｌに１個存在する場合には、励磁コイル３１ｓに交流電流Ｉｓが流れている間のみ、測定磁界データＨｑの値が１だけ減少し、Ｈｑ＝２−１＝１となる。そして、不連続部が矩形領域Ｋに１個存在する場合には、いずれも、測定磁界データＨｑの値が１だけ減少し、Ｈｑ＝２−１＝１となる。

以上から明らかなように、測定磁界データＨｑと、交流電流が流れている励磁コイルを示すカウント値ＣＮとに基づいて、不連続部が存在する矩形領域を識別することができる。また、測定箇所を励磁コイル群３１全体のサイズ（略３ａ×ｂ）ごとに移動させる基本検査工程において、検査対象物９全体の検査時間が長くなることなく、空間分解能を向上させることができる。

なお、本実施形態の非破壊検査装置は、用いる励磁コイルの個数（２個）が矩形領域の個数（３個）より少なくなっているため、交流電流供給部３および励磁コイル群３１間を容易に配線することができる。

次に、渦電流に乱れが生じるような不連続部の個数が、１つの測定箇所において２個以上の場合について説明する。

複数の不連続部が存在する場合における、不連続部による各測定磁界データの値の減少分は、図４の各矩形領域における値（０または−１）を不連続部の個数分だけ加算すればよい。
例えば、不連続部が矩形領域ＪおよびＫに１個ずつ存在する場合、励磁コイル３１ｒに交流電流Ｉｒが流れている間には、測定磁界データＨｑの値が２だけ減少し、Ｈｑ＝２−２＝０となる。また、励磁コイル３１ｓに交流電流Ｉｓが流れている間には、測定磁界データＨｑの値が１だけ減少し、Ｈｑ＝２−１＝１となる。

また、例えば、不連続部が矩形領域ＪおよびＬに１個ずつ存在する場合には、いずれも、測定磁界データＨｑの値が１だけ減少し、Ｈｑ＝２−１＝１となる。この場合、不連続部が矩形領域Ｋに１個存在する場合と区別することができないが、図３において、測定箇所をｘ０（ｘ１）方向に距離ａだけ、すなわち、矩形領域１個分だけ移動させることによって、両者を区別することが可能となる。当該移動によって、移動前に不連続部が矩形領域ＪおよびＬに１個ずつ存在した場合には、移動後には不連続部が矩形領域Ｋに１個存在することとなる。一方、移動前に不連続部が矩形領域Ｋに１個存在した場合には、移動後には不連続部が矩形領域Ｊに１個存在することとなる。

このようにして、測定箇所をｘ０（ｘ１）方向に矩形領域１個分だけ移動させることによって、不連続部が複数の矩形領域に存在する場合についても区別することがより望ましい。なお、このような細かい移動を検査対象物９全体に対して行う必要はなく、基本検査工程において測定磁界データＨｑの値の減少分がいずれも０でなかった測定箇所に対してのみ、追加的に行えば十分である。したがって、検査対象物９全体の検査時間が大幅に長くなることはない。以下、このような矩形領域１個分だけ移動させる検査工程を、追加検査工程と称する。

＜第３実施形態＞
＝＝＝非破壊検査装置の構成＝＝＝
以下、図５を参照して、本発明の第３の実施形態における非破壊検査装置の構成について説明する。なお、本実施形態における非破壊検査装置の構成の概略は、第１実施形態と同様に、図２に示されている。また、図５は、非破壊検査装置のうち、特に交流電流供給部３および励磁コイル群３１の構成の詳細を示す平面図である。

本実施形態の非破壊検査装置では、図５に示されているように、交流電流供給部３は、交流発生部３２、ＤＥＭＵＸ３３、およびカウンタ３４を含んでおり、励磁コイル群３１は、励磁コイル３１ｒないし３１ｕを含んでいる。

第１実施形態の非破壊検査装置と同様に、交流発生部３２の出力信号は、ＤＥＭＵＸ３３のデータ入力に入力され、カウンタ３４から出力されるカウント値ＣＮは、ＤＥＭＵＸ３３の選択制御入力に入力されている。また、ＤＥＭＵＸ３３の選択制御入力の値に対応する４つの出力には、励磁コイル３１ｒないし３１ｕがそれぞれ接続されている。

励磁コイル３１ｒないし３１ｕは、略同一の矩形コイルである。また、隣接する２つの励磁コイル同士、すなわち、励磁コイル３１ｒと３１ｓ、３１ｒと３１ｔ、３１ｓと３１ｕ、および３１ｔと３１ｕは、互いに略２分の１ずつ重なって配置されている。ここで、図５に示すように、各励磁コイルを２ａ×２ａのサイズの矩形（正方形）コイルとすると、励磁コイル３１ｒないし３１ｕは、略ａ×ａのサイズの矩形（正方形）領域ＡないしＩを形成する。したがって、略同一の４個の矩形コイルによって、当該矩形コイルの略４分の１の面積を有する９個の矩形領域が形成され、１個の励磁コイル当たり平均（９÷４＝）２．２５個の領域が形成されている。

＝＝＝非破壊検査装置の動作＝＝＝
次に、本実施形態における非破壊検査装置の動作について説明する。なお、第１実施形態と同様に、本実施形態においても、センサ部１は、ＳＱＵＩＤを備えているものとする。

第１実施形態と同様に、本実施形態の非破壊検査装置は、検査対象物９側および検出コイル１１側のいずれを走査してもよい。

交流電流供給部３のカウンタ３４は、順次カウントアップまたは順次カウントダウンし、カウント値ＣＮを出力する。本実施形態では、カウンタ３４は、例えば２ビットのバイナリカウンタであり、カウント値ＣＮが０から３まで（２進数で００から１１まで）順次増加、または３から０まで順次減少する。また、ＤＥＭＵＸ３３は、カウント値ＣＮに応じて励磁コイル３１ｒないし３１ｕのうちの何れか１つを順次選択し、当該選択されている励磁コイルに、交流発生部３２が発生する交流電流を供給する。

したがって、交流電流供給部３は、励磁コイル３１ｒないし３１ｕにそれぞれ交流電流ＩｒおよびＩｓを順次流して、交流磁界を順次発生させ、検査対象物９に渦電流を誘導する。なお、励磁コイル３１ｒに交流電流Ｉｒが流れている間、交流磁界は矩形領域Ａ、Ｂ、Ｄ、およびＥに発生する。また、励磁コイル３１ｓに交流電流Ｉｓが流れている間、交流磁界は矩形領域Ｂ、Ｃ、Ｅ、およびＦに発生する。さらに、励磁コイル３１ｔに交流電流Ｉｔが流れている間、交流磁界は矩形領域Ｄ、Ｅ、Ｇ、およびＨに発生する。そして、励磁コイル３１ｕに交流電流Ｉｕが流れている間、交流磁界は矩形領域Ｅ、Ｆ、Ｈ、およびＩに発生する。

第１実施形態の非破壊検査装置と同様に、検出コイル１１は、渦電流によって発生する磁界Ｈ２を検出する。また、センサ部１は、検出コイル１１の位置における磁界の強さまたは磁束密度に応じて、測定磁界データＨｑを出力する。さらに、データ処理部２は、測定磁界データＨｑと、ＤＥＭＵＸ３３において選択されている励磁コイルを示すカウント値ＣＮとに基づいて、渦電流によって発生する磁界Ｈ２の矩形領域ＡないしＩごとの分布を算出する。なお、本実施形態における磁界分布の算出方法についての詳細な説明は後述する。

このようにして、各測定箇所において、渦電流によって発生する磁界Ｈ２の矩形領域ＡないしＩごとの分布を算出することによって、検査対象物９の不連続部９１を検出することができる。したがって、ＳＱＵＩＤを備える１個のセンサ部１を用いて、９個の矩形領域ごとの磁界分布を算出することができる。

＝＝＝磁界分布の算出方法＝＝＝
以下、図５および図６を参照して、本実施形態における磁界分布の算出方法について説明する。

前述したように、本実施形態の非破壊検査装置は、センサ部１がＳＱＵＩＤを備えているため、渦電流によって発生する微弱な磁界Ｈ２も測定することができる。したがって、本実施形態の非破壊検査装置は、初期段階の小さな不連続部を、検査対象物９に対する悪影響が顕在化する前に検出することができ、交換や修理などの対策を適宜実施している場合には、１回の検査において検出される不連続部の個数は通常少ない。そこで、まず、渦電流に乱れが生じるような不連続部の個数が、１つの測定箇所において１個以下の場合について説明する。

図６は、不連続部が矩形領域ＡないしＩのいずれにも存在しない場合、または何れか１つに１個存在する場合において、各励磁コイルに交流電流が流れている間の測定磁界データＨｑの値およびその減少分を示している。なお、図６においては、説明の便宜上、渦電流によって測定磁界データＨｑの値が４（矩形領域当たり１）となるような磁界Ｈ２が発生し、不連続部が存在する矩形領域にはまったく渦電流が流れないものとしている。また、図６の各上段の値は、不連続部による測定磁界データＨｑの値の減少分を示しており、この場合の測定磁界データＨｑの値は、図６の各下段の式のように求めることができる。

例えば、不連続部が矩形領域Ａに１個存在する場合には、励磁コイル３１ｒに交流電流Ｉｒが流れている間のみ、測定磁界データＨｑの値が１個の矩形領域に相当する１だけ減少し、Ｈｑ＝４−１＝３となる。また、例えば、不連続部が矩形領域Ｅに１個存在する場合には、いずれも、測定磁界データＨｑの値が１だけ減少し、Ｈｑ＝４−１＝３となる。さらに、例えば、不連続部が矩形領域Ｆに１個存在する場合には、励磁コイル３１ｓに交流電流Ｉｓが流れている間、および励磁コイル３１ｕに交流電流Ｉｕが流れている間のみ、測定磁界データＨｑの値が１だけ減少し、Ｈｑ＝４−１＝３となる。

図６から明らかなように、測定磁界データＨｑと、交流電流が流れている励磁コイルを示すカウント値ＣＮとに基づいて、不連続部が存在する矩形領域を識別することができる。また、測定箇所を励磁コイル群３１全体のサイズ（略３ａ×３ａ）ごとに移動させる基本検査工程において、検査対象物９全体の検査時間が長くなることなく、空間分解能を向上させることができる。

なお、本実施形態の非破壊検査装置は、用いる励磁コイルの個数（４個）が矩形領域の個数（９個）より少なくなっているため、交流電流供給部３および励磁コイル群３１間を容易に配線することができる。また、１個の励磁コイル当たり形成される領域の平均個数が第２実施形態の非破壊検査装置より多いため、さらに効率よく空間分解能を向上させることができる。

次に、渦電流に乱れが生じるような不連続部の個数が、１つの測定箇所において２個以上の場合について説明する。
複数の不連続部が存在する場合における、不連続部による各測定磁界データの値の減少分は、第２実施形態の場合と同様に、図６の各矩形領域における値（０または−１）を不連続部の個数分だけ加算すればよい。

例えば、不連続部が矩形領域ＤおよびＥに１個ずつ存在する場合、励磁コイル３１ｒに交流電流Ｉｒが流れている間、および励磁コイル３１ｔに交流電流Ｉｔが流れている間には、測定磁界データＨｑの値が２だけ減少し、Ｈｑ＝４−２＝２となる。また、励磁コイル３１ｓに交流電流Ｉｓが流れている間、および励磁コイル３１ｕに交流電流Ｉｕが流れている間には、測定磁界データＨｑの値が１だけ減少し、Ｈｑ＝４−１＝３となる。

また、例えば、不連続部が矩形領域ＢおよびＨに１個ずつ存在する場合には、いずれも、測定磁界データＨｑの値が１だけ減少し、Ｈｑ＝４−１＝３となる。この場合、不連続部が矩形領域Ｅに１個存在する場合と区別することができないが、図５において、測定箇所をｙ０（ｙ１）方向に距離ａだけ、すなわち、矩形領域１個分だけ移動させることによって、両者を区別することが可能となる。当該移動によって、移動前に不連続部が矩形領域ＢおよびＨに１個ずつ存在した場合には、移動後には不連続部が矩形領域Ｅに１個存在することとなる。一方、移動前に不連続部が矩形領域Ｅに１個存在した場合には、移動後には不連続部が矩形領域Ｂに１個存在することとなる。

さらに、同様に、不連続部が矩形領域ＤおよびＦに１個ずつ存在する場合と、矩形領域Ｅに１個存在する場合とは、図５において、測定箇所をｘ０（ｘ１）方向に矩形領域１個分だけ移動させることによって、両者を区別することができる。

このようにして、測定箇所をｘ０（ｘ１）方向またはｙ０（ｙ１）方向に矩形領域１個分だけ移動させる追加検査工程によって、不連続部が複数の矩形領域に存在する場合についても区別することがより望ましい。なお、当該追加検査工程は、基本検査工程において測定磁界データＨｑの値の減少分が複数の励磁コイルについて０でなかった測定箇所に対してのみ、追加的に行えば十分である。したがって、検査対象物９全体の検査時間が大幅に長くなることはない。

＝＝＝励磁コイルの他の配置例＝＝＝
励磁コイル群３１は、図１、図３、および図５に示した励磁コイルの配置例以外にも様々な構成が可能である。なお、各励磁コイルの形状や各領域の形状が異なる場合、測定磁界データＨｑは、不連続部が存在しない測定箇所においても変動してしまい、データ処理部２において、励磁コイルや領域ごとに重み付けなどの補正する必要がある。そのため、上記第１ないし第３実施形態のように、各励磁コイルの形状および各領域の形状を略同一にすることが望ましい。以下、各励磁コイルの形状および各領域の形状が略同一である励磁コイルの他の配置例を示す。

まず、図７ないし図９を参照して、図１の配置例と同様に、各励磁コイルを隣接して平面的に配置した配置例を示す。

図７および図８は、三角形コイルを用いた配置例を示している。図７の配置例では、６個の三角形コイルＴ１ないしＴ６が、それぞれの１つの頂点を共有するように配置され、励磁コイル群３１全体の形状は、３組の対辺が平行で等しい平行六角形（平行六辺形）となっている。また、図８の配置例では、三角形コイルＴ１とＴ２、Ｔ３とＴ４、Ｔ５とＴ６、およびＴ７とＴ８が、それぞれ平行四辺形を形成するように隣接して配置され、励磁コイル群３１全体の形状は、当該４個の平行四辺形を組み合わせた平行四辺形となっている。なお、各三角形コイルの形状が正三角形である場合には、図７の配置例における励磁コイル群３１全体の形状は正六角形となり、図８の配置例における励磁コイル群３１全体の形状は菱形となる。

図９は、正六角形コイルを用いた配置例を示している。図９に示されているように、７個の正六角形コイルＨ１ないしＨ７は、隣接してハニカム状に配置されている。

なお、矩形コイル、三角形コイル、および正六角形コイルは、いずれも、平面を隙間なく敷き詰めることができる、平面充填可能な形状である。これらのうち、図１の配置例で用いられている矩形コイルは、検査対象物９側または検出コイル１１側をｘ０（ｘ１）方向およびｙ０（ｙ１）方向に走査するのに好適である。また、図９の配置例で用いられている正六角形コイルは、平面充填可能な形状のうち、最も円に近い形状である。

次に、図１０ないし図１２を参照して、図３および図５の配置例と同様に、各励磁コイルの一部を重ねて配置した配置例を示す。

図１０は、図５の配置例と同様に、隣接する２つの矩形コイル同士を互いに略２分の１ずつ重ねて配置することによって、１６個の矩形領域を形成する配置例を示している。図１０に示されているように、８個の矩形コイルＳ１ないしＳ８は、１６個の矩形領域Ｓ１１ないしＳ２６のうち、それぞれ丸印の付いた４個を囲むように配置されている。したがって、図１０の配置例では、１個の検出コイル当たり平均（１６÷８＝）２個の領域が形成されている。なお、矩形領域Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ２０、およびＳ２１を囲む矩形コイルは不要である。

図１１は、図１０の配置例と同様に、８個の矩形コイルを用いて、１６個の矩形領域を形成する他の配置例を示している。図１１に示されているように、８個の矩形コイルＲ１ないしＲ８は、１６個の矩形領域Ｓ１１ないしＳ２６のうち、それぞれ縦一列または横一列の４個を囲むような形状をしている。なお、図１０の配置例と同様に、図１１の配置例でも、１個の検出コイル当たり平均２個の領域が形成されている。

図１２は、正六角形コイルを用いた配置例を示している。図１２に示されているように、６個の正六角形コイルＨ１ないしＨ６は、１２個の菱形領域Ｒ１１ないしＲ１６、およびＲ２１ないしＲ２６のうち、それぞれ丸印の付いた３個を囲むように配置されている。したがって、図１２の配置例では、１個の検出コイル当たり平均（１２÷６＝）２個の領域が形成されている。なお、各菱形領域の形状は、正六角形コイルの１つおきの３つの頂点と重心とを結んで形成されるような、正六角形コイルの３分の１の面積を有する菱形である。

前述したように、複数の励磁コイルのうちの何れか１つを順次選択し、当該選択されている励磁コイルから検査対象物９に渦電流を誘導する交流磁界を発生させ、当該渦電流によって発生する磁界Ｈ２に応じた測定磁界データＨｑに基づいて、領域ごとの磁界分布を算出することによって、磁気センサの個数を増加させることなく非破壊検査装置の空間分解能を向上させることができる。

また、励磁コイル群３１において形成される各領域の形状を略同一にすることによって、データ処理部２において重み付けなどの補正する必要がなく、処理速度を向上させることができる。

また、励磁コイルとして略同一の複数の矩形コイルを用いて、これらを隣接して平面的に配置することによって、検査対象物９側または検出コイル１１側をｘ０（ｘ１）方向およびｙ０（ｙ１）方向に走査する場合に好適な構成とすることができる。

また、励磁コイルとして略同一の複数の三角形コイルを用いて、これらを隣接して平面的に配置することによって、励磁コイル群３１全体のコイル面を隙間なく敷き詰めることができる。

また、励磁コイルとして略同一の複数の正六角形コイルを用いて、これらをハニカム状に配置することによって、最も円に近い形状の励磁コイルで励磁コイル群３１全体のコイル面を隙間なく敷き詰めることができる。

また、励磁コイル群３１に含まれる複数の励磁コイルの一部を重ねて配置することによって、用いる励磁コイルの個数が領域の個数より少なくなり、交流電流供給部３および励磁コイル群３１間を容易に配線することができる。

また、励磁コイルとして略同一の複数の矩形コイルを用いて、これらの一部を重ねて配置することによって、略同一の複数の矩形領域を形成することができ、検査対象物９側または検出コイル１１側をｘ０（ｘ１）方向およびｙ０（ｙ１）方向に走査する場合に好適な構成とすることができる。

また、略同一の４個の矩形コイルのうち、隣接する２個同士を互いに略２分の１ずつ重ねて配置することによって、当該矩形コイルの略４分の１の面積を有する９個の矩形領域を形成することができる。

また、ＤＥＭＵＸ３３によって複数の励磁コイルのうちの何れか１つを順次選択し、当該選択されている励磁コイルに交流発生部３２から交流電流を供給することによって、検査対象物９に渦電流を誘導する交流磁界を複数の励磁コイルから順次発生させることができる。

また、カウンタ３４から出力されるカウント値ＣＮに応じて複数の励磁コイルのうちの何れか１つを順次選択することによって、測定磁界データＨｑと、交流電流が流れている励磁コイルを示すカウント値ＣＮとに基づいて、渦電流によって発生する磁界Ｈ２の領域ごとの分布を算出することができる。

なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

上記実施形態では、センサ部１がＳＱＵＩＤを備える場合について説明したが、これに限定されるものではない。センサ部１は、ＳＱＵＩＤ以外にＦＧセンサやＭＩセンサを備えていてもよい。

上記実施形態および励磁コイルの配置例では、いずれも、励磁コイル群３１全体のサイズと、略同一面積の領域の合計サイズとが等しくなっているが、これに限定されるものではない。励磁コイル群３１は、略同一面積の領域以外の不使用領域を含むような構成としてもよい。

１ センサ部
１ａ〜１ｉ センサ部
２ データ処理部
３、４ 交流電流供給部
９ 検査対象物
１１ 検出コイル
１１ａ〜１１ｉ 検出コイル
３１ 励磁コイル群
３１ａ〜３１ｉ 励磁コイル
３１ｒ〜１１ｕ 励磁コイル
３２ 交流発生部
３３ ＤＥＭＵＸ（デマルチプレクサ）
３４ カウンタ
４１ 励磁コイル
９１ 不連続部

Claims (10)

1. 複数の領域を形成するように配置された複数の励磁コイルを含み、当該複数の励磁コイルのうちの何れか１つを順次選択して、検査対象物に渦電流を誘導する交流磁界を発生させる磁界発生部と、
   前記渦電流によって発生する磁界に応じた測定磁界データを出力する磁気センサと、
   前記測定磁界データに基づいて、前記渦電流によって発生する磁界を前記複数の領域ごとに求めるデータ処理部と、
   を有することを特徴とする非破壊検査装置。
2. 前記複数の領域は、略同一形状であることを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査装置。
3. 前記複数の励磁コイルは、隣接して平面的に配置された略同一の複数の矩形コイルであることを特徴とする請求項２に記載の非破壊検査装置。
4. 前記複数の励磁コイルは、隣接して平面的に配置された略同一の複数の三角形コイルであることを特徴とする請求項２に記載の非破壊検査装置。
5. 前記複数の励磁コイルは、ハニカム状に配置された略同一の複数の正六角形コイルであることを特徴とする請求項２に記載の非破壊検査装置。
6. 前記磁界発生部は、前記複数の領域を形成するように一部が重なって配置された、前記複数の領域より少ない個数の前記複数の励磁コイルを含むことを特徴とする請求項２に記載の非破壊検査装置。
7. 前記複数の励磁コイルは、略同一の複数の矩形領域を形成するように一部が重なって配置された、略同一の複数の矩形コイルであることを特徴とする請求項６に記載の非破壊検査装置。
8. 前記複数の励磁コイルは、それぞれの略４分の１の面積の９個の矩形領域を形成するように一部が重なって配置された、略同一の４個の矩形コイルを含むことを特徴とする請求項７に記載の非破壊検査装置。
9. 前記磁界発生部は、
   交流電流を発生する交流発生部と、
   前記複数の励磁コイルのうちの何れか１つを順次選択して前記交流電流を供給するデマルチプレクサと、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし請求項８の何れかに記載の非破壊検査装置。
10. 前記磁界発生部は、順次増加または順次減少するカウント値を出力するカウンタをさらに含み、
    前記デマルチプレクサは、前記カウント値に応じて前記複数の励磁コイルのうちの何れか１つを順次選択し、
    前記データ処理部は、前記測定磁界データおよび前記カウント値に基づいて、前記渦電流によって発生する磁界を前記複数の領域ごとに求めることを特徴とする請求項９に記載の非破壊検査装置。

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