非破壊検査装置および非破壊検査方法
【課題】 多軸ロボットを用いることなく、人間の手で走査する場合や、自走式ロボットに搭載して走査する場合でも、検査対象物表面からの磁界を一定の感度で測定する。
【解決手段】 検査対象物表面からの磁界を測定し、測定磁界データを出力する磁気センサと、前記磁気センサのセンサ部の前記検査対象物表面に対する垂直位置を検出し、垂直位置データを出力する１つ以上の垂直位置検出部と、前記測定磁界データと前記垂直位置データとに基づいて、前記検査対象物表面に平行な所定の基準面における基準磁界データを算出して出力するデータ処理部と、を有する。
【解決手段】 検査対象物表面からの磁界を測定し、測定磁界データを出力する磁気センサと、前記磁気センサのセンサ部の前記検査対象物表面に対する垂直位置を検出し、垂直位置データを出力する１つ以上の垂直位置検出部と、前記測定磁界データと前記垂直位置データとに基づいて、前記検査対象物表面に平行な所定の基準面における基準磁界データを算出して出力するデータ処理部と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非破壊検査装置および非破壊検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
このようにして、電力設備などの検査対象物に対して多軸ロボットを用いて磁気センサを走査し、検査対象物表面からの磁界を一定の感度で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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４９２１２号公報
【特許文献２】特開２００６−３２９６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、多軸ロボットを用いる上記の非破壊検査装置・方法では、まず多軸ロボットを設置する工程と、さらに、形状認識センサによって検査対象物の形状を計測し、当該形状に沿って磁気センサを走査させる経路や姿勢を決定する事前工程とを必要とする。特に、例えば発電所や変電所などのように、検査対象物が多軸ロボットの可動範囲より大きい場合には、多軸ロボットを設置しなおす必要があり、その都度、上記の設置工程と事前工程とに時間がかかることとなる。また、例えば送電鉄塔などのように、交通が不便な場所に検査対象物がある場合には、多軸ロボットを設置する場所を確保することが困難な場合もある。
【０００８】
そのため、当該非破壊検査装置・方法は、適用範囲が多軸ロボットを設置可能な場所に制限され、また、広範囲を検査する場合には作業効率が悪くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した課題を解決する主たる本発明は、検査対象物表面からの磁界を測定し、測定磁界データを出力する磁気センサと、前記磁気センサのセンサ部の前記検査対象物表面に対する垂直位置を検出し、垂直位置データを出力する１つ以上の垂直位置検出部と、前記測定磁界データと前記垂直位置データとに基づいて、前記検査対象物表面に平行な所定の基準面における基準磁界データを算出して出力するデータ処理部と、を有することを特徴とする非破壊検査装置である。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、多軸ロボットを用いることなく、人間の手で走査する場合や、自走式ロボットに搭載して走査する場合でも、検査対象物表面からの磁界を一定の感度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態における非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。
【図２】垂直位置データに基づいて、磁気センサのセンサ面の検査対象物表面に対する傾斜角度を算出する工程の一例を説明する図である。
【図３】測定磁界データと垂直位置データおよび傾斜角度とに基づいて、基準磁界データを算出する工程の一例を説明する図である。
【図４】本発明の第２実施形態における非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３実施形態における非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４実施形態における非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
＜第１実施形態＞
＝＝＝非破壊検査装置の構成＝＝＝
以下、図１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。
【００１５】
図１に示されている非破壊検査装置は、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、走査部１、磁気センサ２、およびデータ処理部４ａを含んで構成されている。また、走査部１の内部には、磁気センサ２の検出コイル２１（センサ部）、および垂直位置検出部３ａないし３ｃが配置されている。なお、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１の垂直位置を正確に検出することができるよう、検出コイル２１のコイル面（センサ面）と同一平面上に垂直位置検出部３ａないし３ｃを配置することが望ましい。
【００１６】
磁気センサ２からは、測定磁界データＨ２が出力されている。また、垂直位置検出部３ａおよび３ｃからそれぞれ出力される垂直位置データＲａおよびＲｃは、いずれも垂直位置検出部３ｂに入力されている。さらに、垂直位置検出部３ｂからは、入力された垂直位置データＲａおよびＲｃと、自身の垂直位置データＲｂとが合わせて出力されている。そして、データ処理部４ａには、測定磁界データＨ２と、垂直位置データＲａないしＲｃとが入力され、データ処理部４ａから出力される基準磁界データＨ０は、当該非破壊検査装置から出力されている。なお、垂直位置データＲａおよびＲｃは、データ処理部４ａに直接入力されていてもよい。
【００１７】
＝＝＝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、磁気センサ２は、検査対象物９の不連続部９１に起因する漏洩磁束Ｈ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、ＳＱＵＩＤを用いる場合について説明する。
【００１８】
走査部１は、例えば人間の手や自走式ロボットによって保持され、固定された検査対象物９の表面に対して、検出コイル２１、および垂直位置検出部３ａないし３ｃが略平行に移動する。
【００１９】
磁気センサ２は、検査対象物９の表面からの磁界を検出コイル２１によって検出し、検出コイル２１の位置における磁界の強さまたは磁束密度に応じた測定磁界データＨ２を出力する。以下の説明においては、検出コイル２１の位置を検出コイル２１の中心Ｍで代表させることとする。
【００２０】
垂直位置検出部３ａないし３ｃは、それぞれ検査対象物９の表面からの距離を測定することによって、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１の垂直位置を検出し、垂直位置データＲａないしＲｃを出力する。また、垂直位置検出部３ａないし３ｃは、一例として、それぞれレーザ式変位センサを備える。レーザ式変位センサは、検査対象物９の表面にレーザ光を照射し、その反射光を受光することによって、検査対象物９の表面からの距離を測定することができる。
【００２１】
データ処理部４ａは、測定磁界データＨ２と垂直位置データＲａないしＲｃとに基づいて、検査対象物９の表面に平行な所定の基準面における基準磁界データＨ０を算出して出力する。基準磁界データＨ０の算出方法は、大別して、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１のコイル面の傾斜角度θを算出する角度算出工程と、基準磁界データＨ０を算出するデータ補正工程とからなる。
【００２２】
以下、一例として、検出コイル２１、および垂直位置検出部３ａないし３ｃの具体的な配置を示すとともに、当該配置の場合における基準磁界データＨ０の算出方法について、角度算出工程、データ補正工程の順に説明する。
【００２３】
＝＝＝角度算出工程＝＝＝
まず、図２を参照して、垂直位置データＲａないしＲｃに基づいて傾斜角度θを算出する角度算出工程について説明する。
【００２４】
図２において、垂直位置検出部３ａないし３ｃは、一例として、実線で示される正三角形ＡＢＣの頂点にそれぞれ配置されている。また、図示されていない検出コイル２１は、コイル面が正三角形ＡＢＣと同一平面上にあり、中心Ｍが正三角形ＡＢＣの重心と一致している。
【００２５】
ここで、図２に示すように、点Ａを原点（０，０，０）とし、検査対象物９の表面の法線方向をＺ軸とし、辺ＡＢがＸＺ平面上にあるような直交座標系を設定すると、点Ｂおよび点Ｃの座標は、それぞれ（Ｘｂ，０，Ｚｂ）および（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）と表すことができる。なお、ＺｂおよびＺｃは、それぞれ
Ｚｂ＝Ｒｂ−Ｒａ、
Ｚｃ＝Ｒｃ−Ｒａ
となり、いずれも垂直位置データＲａないしＲｃから求めることができる。また、図２において、短破線で示される三角形ＡＢ０Ｃ０は、正三角形ＡＢＣのＸＹ平面への正射影を示しており、長破線で示される三角形Ａ１Ｂ１Ｃ１は、正三角形ＡＢＣの検査対象物９の表面への正射影を示している。
【００２６】
以下、点Ａから点Ｂおよび点Ｃに向かうベクトルをそれぞれｖ＿ＡＢおよびｖ＿ＡＣと表すこととし、正三角形ＡＢＣの１辺の長さを２ａとすると、
｜ｖ＿ＡＢ｜２＝Ｘｂ２＋Ｚｂ２＝４ａ２、
｜ｖ＿ＡＣ｜２＝Ｘｃ２＋Ｙｃ２＋Ｚｃ２＝４ａ２
の関係が成立する。また、正三角形ＡＢＣの内角は、いずれも６０°であるので、ベクトルｖ＿ＡＢおよびｖ＿ＡＣの内積（ドット積）を計算すると、
ｖ＿ＡＢ・ｖ＿ＡＣ＝ＸｂＸｃ＋ＺｂＺｃ＝２ａ２
の関係が成立する。
【００２７】
以上の関係式から、Ｘｂ、ＸｃおよびＹｃは、それぞれ
Ｘｂ２＝４ａ２−Ｚｂ２、
Ｘｃ２＝（２ａ２−ＺｂＺｃ）２／Ｘｂ２、
Ｙｃ２＝４ａ２−Ｚｃ２−（２ａ２−ＺｂＺｃ）２／Ｘｂ２
と表すことができる。
【００２８】
一方、正三角形ＡＢＣの法線ベクトルｖ＿ｎをベクトルｖ＿ＡＢおよびｖ＿ＡＣの外積（クロス積）から求めると、
ｖ＿ｎ＝ｖ＿ＡＢ×ｖ＿ＡＣ＝（−ＺｂＹｃ，ＺｂＸｃ−ＸｂＺｃ，ＸｂＹｃ）
となり、法線ベクトルｖ＿ｎの大きさは、
｜ｖ＿ｎ｜＝｜ｖ＿ＡＢ｜｜ｖ＿ＡＣ｜ｓｉｎ６０°＝（２√３）ａ２
である。また、検査対象物９の表面の単位法線ベクトルは、ＸＹ平面の単位法線ベクトルｖ＿ｚ＝（０，０，１）と等しく、傾斜角度θは、法線ベクトルｖ＿ｎと単位法線ベクトルｖ＿ｚとがなす角度に等しいので、両法線ベクトルの内積を計算すると、
ｖ＿ｎ・ｖ＿ｚ＝ＸｂＹｃ＝（２√３）ａ２ｃｏｓθ
の関係が成立する。
【００２９】
したがって、傾斜角度θは、
ｃｏｓ２θ＝（１／１２ａ４）［Ｘｂ２（４ａ２−Ｚｃ２）−（２ａ２−ＺｂＺｃ）２］
＝１−（Ｚｂ２＋Ｚｃ２−ＺｂＺｃ）／３ａ２
と表すことができる。前述したように、ＺｂおよびＺｃは、垂直位置データＲａないしＲｃから求めることができるため、垂直位置データＲａないしＲｃに基づいて傾斜角度θを算出することができる。なお、後述するように、基準磁界データＨ０の算出には、ｃｏｓθが用いられる。
【００３０】
なお、三角形ＡＢＣが正三角形以外の場合であっても、２辺の長さおよびその間の角度から上記と同様に関係式を導くことができ、傾斜角度θを算出することができる。したがって、少なくとも３つの垂直位置検出部を用いて傾斜角度θを算出することができるため、走査部１に４つ以上の垂直位置検出部が配置されていてもよい。
【００３１】
＝＝＝データ補正工程＝＝＝
次に、図３を参照して、測定磁界データＨ２と、垂直位置データＲａないしＲｃ、および傾斜角度θとに基づいて、基準磁界データＨ０を算出するデータ補正工程について説明する。なお、図３は、走査部１と検査対象物９との位置関係を、ＸＹ平面に平行な方向から見た図である。
【００３２】
前述したように、検出コイル２１のコイル面は、検査対象物９の表面に対して傾斜角度θだけ傾斜しているため、検出コイル２１のコイル面が検査対象物９の表面に平行な場合に測定されるべき補正磁界Ｈ１は、
Ｈ１＝Ｈ２／ｃｏｓθ
となり、傾斜角度θの影響を補正することができる。
【００３３】
なお、例えば０°≦θ≦２０°の場合には、１≦Ｈ１／Ｈ２≦１．０６であるため、傾斜角度θの補正の効果は限定的である。そして、走査部１を人間の手で走査する場合には、傾斜角度θを２０°以下に保つことはさほど困難でないため、角度算出工程を省略することも可能である。この場合、代替手段として、当該非破壊検査装置から垂直位置データＲａないしＲｃも出力し、それらの最大値および最小値の差から、検出コイル２１のコイル面が検査対象物９の表面に対して傾斜し過ぎていることを検知できるようにしてもよい。
【００３４】
一方、検出コイル２１の中心Ｍは、図２に示した正三角形ＡＢＣの重心と一致するため、検査対象物９の表面から中心Ｍで代表される検出コイル２１までの距離Ｒｍは、
Ｒｍ＝（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）／３
となる。また、検査対象物９の表面から所定の基準面までの距離をＲ０とすると、基準磁界データＨ０は、
Ｈ０＝Ｈ１（Ｒｍ２／Ｒ０２）
＝Ｈ２（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）２／（９Ｒ０２ｃｏｓθ）
と表すことができる。したがって、測定磁界データＨ２と、垂直位置データＲａないしＲｃ、および傾斜角度θとに基づいて、基準磁界データＨ０を算出することができる。
【００３５】
このようにして、測定磁界データＨ２と垂直位置データＲａないしＲｃとに基づいて基準磁界データＨ０を算出することによって、検査対象物９の表面と検出コイル２１との距離Ｒｍおよび傾斜角度θの影響を補正することができる。したがって、本実施形態の非破壊検査装置は、走査部１を人間の手や自走式ロボットによって走査する場合でも、検査対象物９の表面からの磁界を一定の感度で測定することができる。
【００３６】
なお、本実施形態のように、各垂直位置検出部は、正多角形の頂点に配置し、検出コイル２１は、コイル面が当該正多角形と同一平面上にあり、中心Ｍが当該正多角形の重心と一致するように配置することによって、走査部１の傾斜方向を考慮する必要がなく、距離Ｒｍを各垂直位置データの算術平均として求めることができる。
【００３７】
＜第２実施形態＞
＝＝＝非破壊検査装置の構成＝＝＝
以下、図４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。
本実施形態の非破壊検査装置は、第１実施形態の非破壊検査装置を、特に渦電流法に好適な構成としたものであり、垂直位置検出部３ａないし３ｃは、それぞれ渦電流式変位センサを備えている。なお、図４においては、垂直位置検出部３ａないし３ｃのうち、それぞれ渦電流式変位センサのコイル３１ａないし３１ｃのみが示されている。
【００３８】
＝＝＝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。
走査部１は、固定された検査対象物９の表面に対して、検出コイル２１、および渦電流式変位センサのコイル３１ａないし３１ｃが略平行に移動する。
【００３９】
垂直位置検出部３ａないし３ｃは、それぞれ渦電流式変位センサを用いて検査対象物９の表面からの距離を測定することによって、垂直位置データＲａないしＲｃを出力する。渦電流式変位センサは、まず、コイルから高周波磁界を発生させ、検査対象物９の表面に渦電流を誘導する。そして、当該渦電流が発生させる磁界によって高周波磁界の変化が妨げられるため、コイルのインピーダンスの変化に基づいて、検査対象物９の表面からの距離を測定することができる。
【００４０】
本実施形態の非破壊検査装置では、コイル３１ａないし３１ｃの少なくとも１つから発生する交流磁界によって検査対象物９に渦電流を誘導し、磁気センサ２は、当該渦電流によって発生する磁界を検出コイル２１によって検出し、測定磁界データＨ２を出力する。なお、当該磁界の測定に用い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の表面の不連続部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の内部の不連続部９１を検出することができるようになる。また、当該交流磁界は、複数の周波数成分を含んでいてもよい。
【００４１】
第１実施形態の非破壊検査装置と同様に、データ処理部４ａは、測定磁界データＨ２と垂直位置データＲａないしＲｃとに基づいて、基準磁界データＨ０を算出して出力する。
【００４２】
このようにして、渦電流法を用いる本実施形態の非破壊検査装置において、垂直位置検出部３ａないし３ｃがそれぞれ渦電流式変位センサを備えることによって、コイル３１ａないし３１ｃの少なくとも１つから、磁界の測定に用いる交流磁界を発生させることもできる。
【００４３】
＜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。
図５に示されている非破壊検査装置は、第１実施形態の非破壊検査装置に対して、データ処理部４ａの代わりにデータ処理部４ｂを含んで構成されている。また、走査部１の内部には、垂直位置検出部３ｂの代わりに垂直・水平位置検出部５が配置されている。
【００４４】
第１実施形態の非破壊検査装置と同様に、磁気センサ２からは、測定磁界データＨ２が出力されている。また、垂直位置検出部３ａおよび３ｃからそれぞれ出力される垂直位置データＲａおよびＲｃは、いずれも垂直・水平位置検出部５に入力されている。さらに、垂直・水平位置検出部５からは、入力された垂直位置データＲａおよびＲｃと、自身の垂直位置データＲｂおよび水平変位データ（Ｄｘ，Ｄｙ）とが合わせて出力されている。そして、データ処理部４ｂには、測定磁界データＨ２と、垂直位置データＲａないしＲｃと、水平変位データ（Ｄｘ，Ｄｙ）とが入力され、データ処理部４ｂから出力される基準磁界データＨ０（ｘ，ｙ）は、当該非破壊検査装置から出力されている。なお、垂直位置データＲａおよびＲｃは、データ処理部４ｂに直接入力されていてもよい。
【００４５】
＝＝＝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。
走査部１は、固定された検査対象物９の表面に対して、検出コイル２１、垂直位置検出部３ａ、３ｃ、および垂直・水平位置検出部５が略平行に移動する。
【００４６】
第１実施形態の非破壊検査装置と同様に、磁気センサ２は、検査対象物９の表面からの磁界を検出コイル２１によって検出し、測定磁界データＨ２を出力する。
【００４７】
垂直位置検出部３ａ、３ｃ、および垂直・水平位置検出部５は、それぞれ検査対象物９の表面からの距離を測定することによって、垂直位置データＲａ、Ｒｃ、およびＲｂを出力する。さらに、垂直・水平位置検出部５は、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１の水平位置の変位を示す水平変位データ（Ｄｘ，Ｄｙ）を出力する。
【００４８】
一例として、垂直・水平位置検出部５は、３軸の変位センサを備え、検査対象物９の表面に垂直な方向の距離を垂直位置データＲｂとして、検査対象物９の表面に平行な方向の移動量を水平変位データ（Ｄｘ，Ｄｙ）として、それぞれ出力する。また、他の例として、垂直・水平位置検出部５は、３軸の加速度センサを備え、当該３軸の方向の移動量と前述した法線ベクトルｖ＿ｎとを用いて、水平変位データ（Ｄｘ，Ｄｙ）を算出して出力する。
【００４９】
データ処理部４ｂは、水平変位データ（Ｄｘ，Ｄｙ）に基づいて、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１の相対的な水平位置（ｘ，ｙ）を算出する。さらに、データ処理部４ｂは、基準磁界データＨ０を当該水平位置（ｘ，ｙ）と対応付け、基準磁界データＨ０（ｘ，ｙ）として出力する。
【００５０】
このようにして、基準磁界データＨ０を、検出コイル２１の相対的な水平位置（ｘ，ｙ）と対応付けることによって、出力される基準磁界データＨ０（ｘ，ｙ）から、検査対象物９の表面上の磁界分布図を作成することができる。
【００５１】
＜第４実施形態＞
＝＝＝非破壊検査装置の構成＝＝＝
以下、図６を参照して、本発明の第４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。
本実施形態の非破壊検査装置は、第３実施形態の非破壊検査装置を、さらに望ましい構成としたものであり、垂直・水平位置検出部５は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）イメージセンサや、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサなどを用いたカメラ５１を備えている。なお、図６においては、垂直・水平位置検出部５のうち、カメラ５１のみが示されている。
【００５２】
＝＝＝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。
第３実施形態の非破壊検査装置と同様に、走査部１は、固定された検査対象物９の表面に対して、検出コイル２１、垂直位置検出部３ａ、３ｃ、および垂直・水平位置検出部５が略平行に移動する。
【００５３】
第１実施形態の非破壊検査装置と同様に、磁気センサ２は、検査対象物９の表面からの磁界を検出コイル２１によって検出し、測定磁界データＨ２を出力する。
【００５４】
第３実施形態の非破壊検査装置と同様に、垂直位置検出部３ａ、３ｃ、および垂直・水平位置検出部５は、それぞれ検査対象物９の表面からの距離を測定することによって、垂直位置データＲａ、Ｒｃ、およびＲｂを出力する。さらに、垂直・水平位置検出部５は、カメラ５１を用いて検査対象物９の表面を撮像することによって、水平変位データを画像データＩｍとして出力する。
【００５５】
データ処理部４ｃは、水平変位データである画像データＩｍに基づいて、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１の相対的な水平位置（ｘ，ｙ）を算出する。さらに、データ処理部４ｃは、基準磁界データＨ０および画像データＩｍを当該水平位置（ｘ，ｙ）と対応付け、基準磁界データＨ０（ｘ，ｙ）および画像データＩｍ（ｘ，ｙ）として出力する。
【００５６】
このようにして、基準磁界データＨ０および画像データＩｍを、検出コイル２１の相対的な水平位置（ｘ，ｙ）と対応付けることによって、出力される基準磁界データＨ０（ｘ，ｙ）および画像データＩｍ（ｘ，ｙ）から、検査対象物９の表面の撮像画像上に磁界分布をマッピングすることができる。
【００５７】
前述したように、図１に示した非破壊検査装置において、測定磁界データＨ２と垂直位置データＲａないしＲｃとに基づいて、検査対象物９の表面と検出コイル２１との距離Ｒｍの影響を補正した基準磁界データＨ０を算出して出力することによって、走査部１を人間の手や自走式ロボットによって走査する場合でも、検査対象物９の表面からの磁界を一定の感度で測定することができる。
【００５８】
また、垂直位置データＲａないしＲｃに基づいて、検査対象物９の表面と検出コイル２１との傾斜角度θを算出することによって、さらに傾斜角度θの影響を補正した基準磁界データＨ０を算出して出力することができる。
【００５９】
また、検出コイル２１のコイル面と同一平面上の正多角形の頂点に各垂直位置検出部を配置し、中心Ｍが当該正多角形の重心と一致するように検出コイル２１を配置することによって、走査部１の傾斜方向を考慮する必要がなく、距離Ｒｍを各垂直位置データの算術平均として求めることができる。
さらに、当該正多角形が正三角形の場合に、必要な垂直位置検出部の個数が最小となる。
【００６０】
また、図４に示した渦電流法を用いる非破壊検査装置において、垂直位置検出部３ａないし３ｃがそれぞれ渦電流式変位センサを備えることによって、コイル３１ａないし３１ｃの少なくとも１つから、磁界の測定に用いる交流磁界を発生させることができる。
【００６１】
また、垂直位置検出部３ａないし３ｃがそれぞれレーザ式変位センサを備えることによって、渦電流を誘導することができない検査対象物９の内部や表面の不連続部９１を検出するための非破壊検査装置を構成することができる。
【００６２】
また、図５に示した非破壊検査装置において、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１の相対的な水平位置（ｘ，ｙ）と対応付けられた基準磁界データＨ０（ｘ，ｙ）を出力することによって、検査対象物９の表面上の磁界分布図を作成することができる。
【００６３】
また、図６に示した非破壊検査装置において、垂直・水平位置検出部５が水平変位データを画像データＩｍとして出力するカメラ５１を備え、さらに水平位置（ｘ，ｙ）と対応付けられた画像データＩｍ（ｘ，ｙ）を出力することによって、検査対象物９の表面の撮像画像上に磁界分布をマッピングすることができる。
【００６４】
また、図１、および図４ないし図６に示した非破壊検査装置を用いて、検査対象物９の表面と検出コイル２１との距離Ｒｍの影響を補正した基準磁界データＨ０を算出することによって、検査対象物９の表面からの磁界を一定の感度で測定し、検査対象物９の内部や表面の不連続部９１を確実に検出することができる。
【００６５】
また、検査対象物９の表面と検出コイル２１との距離Ｒｍおよび傾斜角度θの影響を補正した基準磁界データＨ０を算出することによって、例えば走査部１を自走式ロボットによって走査する場合のように、傾斜角度θを小さな値に保つことが困難な場合でも、検査対象物９の表面からの磁界を一定の感度で測定することができる。
【００６６】
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。
【００６７】
上記実施形態では、固定された検査対象物９に対して、内部に検出コイル２１が配置された走査部１を移動させる走査方式の非破壊検査装置について説明したが、これに限定されるものではない。本発明の非破壊検査装置は、固定された検出コイル２１に対して検査対象物９を移動させる走査方式の非破壊検査装置として用いてもよい。この場合も、同様に、検査対象物９の表面と検出コイル２１との距離Ｒｍおよび傾斜角度θの影響を補正することができる。
【００６８】
上記実施形態では、検査対象物９の不連続部９１に起因する漏洩磁束Ｈを測定するのに十分な感度を有する磁気センサ２として、ＳＱＵＩＤを用い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。このような高感度の磁気センサとして、ＳＱＵＩＤ以外にＦＧセンサやＭＩセンサを用いてもよい。
【００６９】
上記実施形態では、一例として、各垂直位置検出部は、レーザ式変位センサや渦電流式変位センサを用いて検査対象物９の表面からの距離を測定しているが、これに限定されるものではない。各垂直位置検出部が備える変位センサは、超音波式や接触式のものであってもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１ 走査部
２ 磁気センサ
３ａ、３ｂ、３ｃ 垂直位置検出部
４ａ、４ｂ、４ｃ データ処理部
５ 垂直・水平位置検出部
９ 検査対象物
２１ 検出コイル
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ コイル
５１ カメラ
９１ 不連続部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非破壊検査装置および非破壊検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
このようにして、電力設備などの検査対象物に対して多軸ロボットを用いて磁気センサを走査し、検査対象物表面からの磁界を一定の感度で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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４９２１２号公報
【特許文献２】特開２００６−３２９６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、多軸ロボットを用いる上記の非破壊検査装置・方法では、まず多軸ロボットを設置する工程と、さらに、形状認識センサによって検査対象物の形状を計測し、当該形状に沿って磁気センサを走査させる経路や姿勢を決定する事前工程とを必要とする。特に、例えば発電所や変電所などのように、検査対象物が多軸ロボットの可動範囲より大きい場合には、多軸ロボットを設置しなおす必要があり、その都度、上記の設置工程と事前工程とに時間がかかることとなる。また、例えば送電鉄塔などのように、交通が不便な場所に検査対象物がある場合には、多軸ロボットを設置する場所を確保することが困難な場合もある。
【０００８】
そのため、当該非破壊検査装置・方法は、適用範囲が多軸ロボットを設置可能な場所に制限され、また、広範囲を検査する場合には作業効率が悪くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した課題を解決する主たる本発明は、検査対象物表面からの磁界を測定し、測定磁界データを出力する磁気センサと、前記磁気センサのセンサ部の前記検査対象物表面に対する垂直位置を検出し、垂直位置データを出力する１つ以上の垂直位置検出部と、前記測定磁界データと前記垂直位置データとに基づいて、前記検査対象物表面に平行な所定の基準面における基準磁界データを算出して出力するデータ処理部と、を有することを特徴とする非破壊検査装置である。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、多軸ロボットを用いることなく、人間の手で走査する場合や、自走式ロボットに搭載して走査する場合でも、検査対象物表面からの磁界を一定の感度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態における非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。
【図２】垂直位置データに基づいて、磁気センサのセンサ面の検査対象物表面に対する傾斜角度を算出する工程の一例を説明する図である。
【図３】測定磁界データと垂直位置データおよび傾斜角度とに基づいて、基準磁界データを算出する工程の一例を説明する図である。
【図４】本発明の第２実施形態における非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３実施形態における非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４実施形態における非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
＜第１実施形態＞
＝＝＝非破壊検査装置の構成＝＝＝
以下、図１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。
【００１５】
図１に示されている非破壊検査装置は、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、走査部１、磁気センサ２、およびデータ処理部４ａを含んで構成されている。また、走査部１の内部には、磁気センサ２の検出コイル２１（センサ部）、および垂直位置検出部３ａないし３ｃが配置されている。なお、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１の垂直位置を正確に検出することができるよう、検出コイル２１のコイル面（センサ面）と同一平面上に垂直位置検出部３ａないし３ｃを配置することが望ましい。
【００１６】
磁気センサ２からは、測定磁界データＨ２が出力されている。また、垂直位置検出部３ａおよび３ｃからそれぞれ出力される垂直位置データＲａおよびＲｃは、いずれも垂直位置検出部３ｂに入力されている。さらに、垂直位置検出部３ｂからは、入力された垂直位置データＲａおよびＲｃと、自身の垂直位置データＲｂとが合わせて出力されている。そして、データ処理部４ａには、測定磁界データＨ２と、垂直位置データＲａないしＲｃとが入力され、データ処理部４ａから出力される基準磁界データＨ０は、当該非破壊検査装置から出力されている。なお、垂直位置データＲａおよびＲｃは、データ処理部４ａに直接入力されていてもよい。
【００１７】
＝＝＝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、磁気センサ２は、検査対象物９の不連続部９１に起因する漏洩磁束Ｈ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、ＳＱＵＩＤを用いる場合について説明する。
【００１８】
走査部１は、例えば人間の手や自走式ロボットによって保持され、固定された検査対象物９の表面に対して、検出コイル２１、および垂直位置検出部３ａないし３ｃが略平行に移動する。
【００１９】
磁気センサ２は、検査対象物９の表面からの磁界を検出コイル２１によって検出し、検出コイル２１の位置における磁界の強さまたは磁束密度に応じた測定磁界データＨ２を出力する。以下の説明においては、検出コイル２１の位置を検出コイル２１の中心Ｍで代表させることとする。
【００２０】
垂直位置検出部３ａないし３ｃは、それぞれ検査対象物９の表面からの距離を測定することによって、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１の垂直位置を検出し、垂直位置データＲａないしＲｃを出力する。また、垂直位置検出部３ａないし３ｃは、一例として、それぞれレーザ式変位センサを備える。レーザ式変位センサは、検査対象物９の表面にレーザ光を照射し、その反射光を受光することによって、検査対象物９の表面からの距離を測定することができる。
【００２１】
データ処理部４ａは、測定磁界データＨ２と垂直位置データＲａないしＲｃとに基づいて、検査対象物９の表面に平行な所定の基準面における基準磁界データＨ０を算出して出力する。基準磁界データＨ０の算出方法は、大別して、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１のコイル面の傾斜角度θを算出する角度算出工程と、基準磁界データＨ０を算出するデータ補正工程とからなる。
【００２２】
以下、一例として、検出コイル２１、および垂直位置検出部３ａないし３ｃの具体的な配置を示すとともに、当該配置の場合における基準磁界データＨ０の算出方法について、角度算出工程、データ補正工程の順に説明する。
【００２３】
＝＝＝角度算出工程＝＝＝
まず、図２を参照して、垂直位置データＲａないしＲｃに基づいて傾斜角度θを算出する角度算出工程について説明する。
【００２４】
図２において、垂直位置検出部３ａないし３ｃは、一例として、実線で示される正三角形ＡＢＣの頂点にそれぞれ配置されている。また、図示されていない検出コイル２１は、コイル面が正三角形ＡＢＣと同一平面上にあり、中心Ｍが正三角形ＡＢＣの重心と一致している。
【００２５】
ここで、図２に示すように、点Ａを原点（０，０，０）とし、検査対象物９の表面の法線方向をＺ軸とし、辺ＡＢがＸＺ平面上にあるような直交座標系を設定すると、点Ｂおよび点Ｃの座標は、それぞれ（Ｘｂ，０，Ｚｂ）および（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）と表すことができる。なお、ＺｂおよびＺｃは、それぞれ
Ｚｂ＝Ｒｂ−Ｒａ、
Ｚｃ＝Ｒｃ−Ｒａ
となり、いずれも垂直位置データＲａないしＲｃから求めることができる。また、図２において、短破線で示される三角形ＡＢ０Ｃ０は、正三角形ＡＢＣのＸＹ平面への正射影を示しており、長破線で示される三角形Ａ１Ｂ１Ｃ１は、正三角形ＡＢＣの検査対象物９の表面への正射影を示している。
【００２６】
以下、点Ａから点Ｂおよび点Ｃに向かうベクトルをそれぞれｖ＿ＡＢおよびｖ＿ＡＣと表すこととし、正三角形ＡＢＣの１辺の長さを２ａとすると、
｜ｖ＿ＡＢ｜２＝Ｘｂ２＋Ｚｂ２＝４ａ２、
｜ｖ＿ＡＣ｜２＝Ｘｃ２＋Ｙｃ２＋Ｚｃ２＝４ａ２
の関係が成立する。また、正三角形ＡＢＣの内角は、いずれも６０°であるので、ベクトルｖ＿ＡＢおよびｖ＿ＡＣの内積（ドット積）を計算すると、
ｖ＿ＡＢ・ｖ＿ＡＣ＝ＸｂＸｃ＋ＺｂＺｃ＝２ａ２
の関係が成立する。
【００２７】
以上の関係式から、Ｘｂ、ＸｃおよびＹｃは、それぞれ
Ｘｂ２＝４ａ２−Ｚｂ２、
Ｘｃ２＝（２ａ２−ＺｂＺｃ）２／Ｘｂ２、
Ｙｃ２＝４ａ２−Ｚｃ２−（２ａ２−ＺｂＺｃ）２／Ｘｂ２
と表すことができる。
【００２８】
一方、正三角形ＡＢＣの法線ベクトルｖ＿ｎをベクトルｖ＿ＡＢおよびｖ＿ＡＣの外積（クロス積）から求めると、
ｖ＿ｎ＝ｖ＿ＡＢ×ｖ＿ＡＣ＝（−ＺｂＹｃ，ＺｂＸｃ−ＸｂＺｃ，ＸｂＹｃ）
となり、法線ベクトルｖ＿ｎの大きさは、
｜ｖ＿ｎ｜＝｜ｖ＿ＡＢ｜｜ｖ＿ＡＣ｜ｓｉｎ６０°＝（２√３）ａ２
である。また、検査対象物９の表面の単位法線ベクトルは、ＸＹ平面の単位法線ベクトルｖ＿ｚ＝（０，０，１）と等しく、傾斜角度θは、法線ベクトルｖ＿ｎと単位法線ベクトルｖ＿ｚとがなす角度に等しいので、両法線ベクトルの内積を計算すると、
ｖ＿ｎ・ｖ＿ｚ＝ＸｂＹｃ＝（２√３）ａ２ｃｏｓθ
の関係が成立する。
【００２９】
したがって、傾斜角度θは、
ｃｏｓ２θ＝（１／１２ａ４）［Ｘｂ２（４ａ２−Ｚｃ２）−（２ａ２−ＺｂＺｃ）２］
＝１−（Ｚｂ２＋Ｚｃ２−ＺｂＺｃ）／３ａ２
と表すことができる。前述したように、ＺｂおよびＺｃは、垂直位置データＲａないしＲｃから求めることができるため、垂直位置データＲａないしＲｃに基づいて傾斜角度θを算出することができる。なお、後述するように、基準磁界データＨ０の算出には、ｃｏｓθが用いられる。
【００３０】
なお、三角形ＡＢＣが正三角形以外の場合であっても、２辺の長さおよびその間の角度から上記と同様に関係式を導くことができ、傾斜角度θを算出することができる。したがって、少なくとも３つの垂直位置検出部を用いて傾斜角度θを算出することができるため、走査部１に４つ以上の垂直位置検出部が配置されていてもよい。
【００３１】
＝＝＝データ補正工程＝＝＝
次に、図３を参照して、測定磁界データＨ２と、垂直位置データＲａないしＲｃ、および傾斜角度θとに基づいて、基準磁界データＨ０を算出するデータ補正工程について説明する。なお、図３は、走査部１と検査対象物９との位置関係を、ＸＹ平面に平行な方向から見た図である。
【００３２】
前述したように、検出コイル２１のコイル面は、検査対象物９の表面に対して傾斜角度θだけ傾斜しているため、検出コイル２１のコイル面が検査対象物９の表面に平行な場合に測定されるべき補正磁界Ｈ１は、
Ｈ１＝Ｈ２／ｃｏｓθ
となり、傾斜角度θの影響を補正することができる。
【００３３】
なお、例えば０°≦θ≦２０°の場合には、１≦Ｈ１／Ｈ２≦１．０６であるため、傾斜角度θの補正の効果は限定的である。そして、走査部１を人間の手で走査する場合には、傾斜角度θを２０°以下に保つことはさほど困難でないため、角度算出工程を省略することも可能である。この場合、代替手段として、当該非破壊検査装置から垂直位置データＲａないしＲｃも出力し、それらの最大値および最小値の差から、検出コイル２１のコイル面が検査対象物９の表面に対して傾斜し過ぎていることを検知できるようにしてもよい。
【００３４】
一方、検出コイル２１の中心Ｍは、図２に示した正三角形ＡＢＣの重心と一致するため、検査対象物９の表面から中心Ｍで代表される検出コイル２１までの距離Ｒｍは、
Ｒｍ＝（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）／３
となる。また、検査対象物９の表面から所定の基準面までの距離をＲ０とすると、基準磁界データＨ０は、
Ｈ０＝Ｈ１（Ｒｍ２／Ｒ０２）
＝Ｈ２（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）２／（９Ｒ０２ｃｏｓθ）
と表すことができる。したがって、測定磁界データＨ２と、垂直位置データＲａないしＲｃ、および傾斜角度θとに基づいて、基準磁界データＨ０を算出することができる。
【００３５】
このようにして、測定磁界データＨ２と垂直位置データＲａないしＲｃとに基づいて基準磁界データＨ０を算出することによって、検査対象物９の表面と検出コイル２１との距離Ｒｍおよび傾斜角度θの影響を補正することができる。したがって、本実施形態の非破壊検査装置は、走査部１を人間の手や自走式ロボットによって走査する場合でも、検査対象物９の表面からの磁界を一定の感度で測定することができる。
【００３６】
なお、本実施形態のように、各垂直位置検出部は、正多角形の頂点に配置し、検出コイル２１は、コイル面が当該正多角形と同一平面上にあり、中心Ｍが当該正多角形の重心と一致するように配置することによって、走査部１の傾斜方向を考慮する必要がなく、距離Ｒｍを各垂直位置データの算術平均として求めることができる。
【００３７】
＜第２実施形態＞
＝＝＝非破壊検査装置の構成＝＝＝
以下、図４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。
本実施形態の非破壊検査装置は、第１実施形態の非破壊検査装置を、特に渦電流法に好適な構成としたものであり、垂直位置検出部３ａないし３ｃは、それぞれ渦電流式変位センサを備えている。なお、図４においては、垂直位置検出部３ａないし３ｃのうち、それぞれ渦電流式変位センサのコイル３１ａないし３１ｃのみが示されている。
【００３８】
＝＝＝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。
走査部１は、固定された検査対象物９の表面に対して、検出コイル２１、および渦電流式変位センサのコイル３１ａないし３１ｃが略平行に移動する。
【００３９】
垂直位置検出部３ａないし３ｃは、それぞれ渦電流式変位センサを用いて検査対象物９の表面からの距離を測定することによって、垂直位置データＲａないしＲｃを出力する。渦電流式変位センサは、まず、コイルから高周波磁界を発生させ、検査対象物９の表面に渦電流を誘導する。そして、当該渦電流が発生させる磁界によって高周波磁界の変化が妨げられるため、コイルのインピーダンスの変化に基づいて、検査対象物９の表面からの距離を測定することができる。
【００４０】
本実施形態の非破壊検査装置では、コイル３１ａないし３１ｃの少なくとも１つから発生する交流磁界によって検査対象物９に渦電流を誘導し、磁気センサ２は、当該渦電流によって発生する磁界を検出コイル２１によって検出し、測定磁界データＨ２を出力する。なお、当該磁界の測定に用い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の表面の不連続部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の内部の不連続部９１を検出することができるようになる。また、当該交流磁界は、複数の周波数成分を含んでいてもよい。
【００４１】
第１実施形態の非破壊検査装置と同様に、データ処理部４ａは、測定磁界データＨ２と垂直位置データＲａないしＲｃとに基づいて、基準磁界データＨ０を算出して出力する。
【００４２】
このようにして、渦電流法を用いる本実施形態の非破壊検査装置において、垂直位置検出部３ａないし３ｃがそれぞれ渦電流式変位センサを備えることによって、コイル３１ａないし３１ｃの少なくとも１つから、磁界の測定に用いる交流磁界を発生させることもできる。
【００４３】
＜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。
図５に示されている非破壊検査装置は、第１実施形態の非破壊検査装置に対して、データ処理部４ａの代わりにデータ処理部４ｂを含んで構成されている。また、走査部１の内部には、垂直位置検出部３ｂの代わりに垂直・水平位置検出部５が配置されている。
【００４４】
第１実施形態の非破壊検査装置と同様に、磁気センサ２からは、測定磁界データＨ２が出力されている。また、垂直位置検出部３ａおよび３ｃからそれぞれ出力される垂直位置データＲａおよびＲｃは、いずれも垂直・水平位置検出部５に入力されている。さらに、垂直・水平位置検出部５からは、入力された垂直位置データＲａおよびＲｃと、自身の垂直位置データＲｂおよび水平変位データ（Ｄｘ，Ｄｙ）とが合わせて出力されている。そして、データ処理部４ｂには、測定磁界データＨ２と、垂直位置データＲａないしＲｃと、水平変位データ（Ｄｘ，Ｄｙ）とが入力され、データ処理部４ｂから出力される基準磁界データＨ０（ｘ，ｙ）は、当該非破壊検査装置から出力されている。なお、垂直位置データＲａおよびＲｃは、データ処理部４ｂに直接入力されていてもよい。
【００４５】
＝＝＝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。
走査部１は、固定された検査対象物９の表面に対して、検出コイル２１、垂直位置検出部３ａ、３ｃ、および垂直・水平位置検出部５が略平行に移動する。
【００４６】
第１実施形態の非破壊検査装置と同様に、磁気センサ２は、検査対象物９の表面からの磁界を検出コイル２１によって検出し、測定磁界データＨ２を出力する。
【００４７】
垂直位置検出部３ａ、３ｃ、および垂直・水平位置検出部５は、それぞれ検査対象物９の表面からの距離を測定することによって、垂直位置データＲａ、Ｒｃ、およびＲｂを出力する。さらに、垂直・水平位置検出部５は、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１の水平位置の変位を示す水平変位データ（Ｄｘ，Ｄｙ）を出力する。
【００４８】
一例として、垂直・水平位置検出部５は、３軸の変位センサを備え、検査対象物９の表面に垂直な方向の距離を垂直位置データＲｂとして、検査対象物９の表面に平行な方向の移動量を水平変位データ（Ｄｘ，Ｄｙ）として、それぞれ出力する。また、他の例として、垂直・水平位置検出部５は、３軸の加速度センサを備え、当該３軸の方向の移動量と前述した法線ベクトルｖ＿ｎとを用いて、水平変位データ（Ｄｘ，Ｄｙ）を算出して出力する。
【００４９】
データ処理部４ｂは、水平変位データ（Ｄｘ，Ｄｙ）に基づいて、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１の相対的な水平位置（ｘ，ｙ）を算出する。さらに、データ処理部４ｂは、基準磁界データＨ０を当該水平位置（ｘ，ｙ）と対応付け、基準磁界データＨ０（ｘ，ｙ）として出力する。
【００５０】
このようにして、基準磁界データＨ０を、検出コイル２１の相対的な水平位置（ｘ，ｙ）と対応付けることによって、出力される基準磁界データＨ０（ｘ，ｙ）から、検査対象物９の表面上の磁界分布図を作成することができる。
【００５１】
＜第４実施形態＞
＝＝＝非破壊検査装置の構成＝＝＝
以下、図６を参照して、本発明の第４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。
本実施形態の非破壊検査装置は、第３実施形態の非破壊検査装置を、さらに望ましい構成としたものであり、垂直・水平位置検出部５は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）イメージセンサや、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサなどを用いたカメラ５１を備えている。なお、図６においては、垂直・水平位置検出部５のうち、カメラ５１のみが示されている。
【００５２】
＝＝＝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。
第３実施形態の非破壊検査装置と同様に、走査部１は、固定された検査対象物９の表面に対して、検出コイル２１、垂直位置検出部３ａ、３ｃ、および垂直・水平位置検出部５が略平行に移動する。
【００５３】
第１実施形態の非破壊検査装置と同様に、磁気センサ２は、検査対象物９の表面からの磁界を検出コイル２１によって検出し、測定磁界データＨ２を出力する。
【００５４】
第３実施形態の非破壊検査装置と同様に、垂直位置検出部３ａ、３ｃ、および垂直・水平位置検出部５は、それぞれ検査対象物９の表面からの距離を測定することによって、垂直位置データＲａ、Ｒｃ、およびＲｂを出力する。さらに、垂直・水平位置検出部５は、カメラ５１を用いて検査対象物９の表面を撮像することによって、水平変位データを画像データＩｍとして出力する。
【００５５】
データ処理部４ｃは、水平変位データである画像データＩｍに基づいて、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１の相対的な水平位置（ｘ，ｙ）を算出する。さらに、データ処理部４ｃは、基準磁界データＨ０および画像データＩｍを当該水平位置（ｘ，ｙ）と対応付け、基準磁界データＨ０（ｘ，ｙ）および画像データＩｍ（ｘ，ｙ）として出力する。
【００５６】
このようにして、基準磁界データＨ０および画像データＩｍを、検出コイル２１の相対的な水平位置（ｘ，ｙ）と対応付けることによって、出力される基準磁界データＨ０（ｘ，ｙ）および画像データＩｍ（ｘ，ｙ）から、検査対象物９の表面の撮像画像上に磁界分布をマッピングすることができる。
【００５７】
前述したように、図１に示した非破壊検査装置において、測定磁界データＨ２と垂直位置データＲａないしＲｃとに基づいて、検査対象物９の表面と検出コイル２１との距離Ｒｍの影響を補正した基準磁界データＨ０を算出して出力することによって、走査部１を人間の手や自走式ロボットによって走査する場合でも、検査対象物９の表面からの磁界を一定の感度で測定することができる。
【００５８】
また、垂直位置データＲａないしＲｃに基づいて、検査対象物９の表面と検出コイル２１との傾斜角度θを算出することによって、さらに傾斜角度θの影響を補正した基準磁界データＨ０を算出して出力することができる。
【００５９】
また、検出コイル２１のコイル面と同一平面上の正多角形の頂点に各垂直位置検出部を配置し、中心Ｍが当該正多角形の重心と一致するように検出コイル２１を配置することによって、走査部１の傾斜方向を考慮する必要がなく、距離Ｒｍを各垂直位置データの算術平均として求めることができる。
さらに、当該正多角形が正三角形の場合に、必要な垂直位置検出部の個数が最小となる。
【００６０】
また、図４に示した渦電流法を用いる非破壊検査装置において、垂直位置検出部３ａないし３ｃがそれぞれ渦電流式変位センサを備えることによって、コイル３１ａないし３１ｃの少なくとも１つから、磁界の測定に用いる交流磁界を発生させることができる。
【００６１】
また、垂直位置検出部３ａないし３ｃがそれぞれレーザ式変位センサを備えることによって、渦電流を誘導することができない検査対象物９の内部や表面の不連続部９１を検出するための非破壊検査装置を構成することができる。
【００６２】
また、図５に示した非破壊検査装置において、検査対象物９の表面に対する検出コイル２１の相対的な水平位置（ｘ，ｙ）と対応付けられた基準磁界データＨ０（ｘ，ｙ）を出力することによって、検査対象物９の表面上の磁界分布図を作成することができる。
【００６３】
また、図６に示した非破壊検査装置において、垂直・水平位置検出部５が水平変位データを画像データＩｍとして出力するカメラ５１を備え、さらに水平位置（ｘ，ｙ）と対応付けられた画像データＩｍ（ｘ，ｙ）を出力することによって、検査対象物９の表面の撮像画像上に磁界分布をマッピングすることができる。
【００６４】
また、図１、および図４ないし図６に示した非破壊検査装置を用いて、検査対象物９の表面と検出コイル２１との距離Ｒｍの影響を補正した基準磁界データＨ０を算出することによって、検査対象物９の表面からの磁界を一定の感度で測定し、検査対象物９の内部や表面の不連続部９１を確実に検出することができる。
【００６５】
また、検査対象物９の表面と検出コイル２１との距離Ｒｍおよび傾斜角度θの影響を補正した基準磁界データＨ０を算出することによって、例えば走査部１を自走式ロボットによって走査する場合のように、傾斜角度θを小さな値に保つことが困難な場合でも、検査対象物９の表面からの磁界を一定の感度で測定することができる。
【００６６】
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。
【００６７】
上記実施形態では、固定された検査対象物９に対して、内部に検出コイル２１が配置された走査部１を移動させる走査方式の非破壊検査装置について説明したが、これに限定されるものではない。本発明の非破壊検査装置は、固定された検出コイル２１に対して検査対象物９を移動させる走査方式の非破壊検査装置として用いてもよい。この場合も、同様に、検査対象物９の表面と検出コイル２１との距離Ｒｍおよび傾斜角度θの影響を補正することができる。
【００６８】
上記実施形態では、検査対象物９の不連続部９１に起因する漏洩磁束Ｈを測定するのに十分な感度を有する磁気センサ２として、ＳＱＵＩＤを用い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。このような高感度の磁気センサとして、ＳＱＵＩＤ以外にＦＧセンサやＭＩセンサを用いてもよい。
【００６９】
上記実施形態では、一例として、各垂直位置検出部は、レーザ式変位センサや渦電流式変位センサを用いて検査対象物９の表面からの距離を測定しているが、これに限定されるものではない。各垂直位置検出部が備える変位センサは、超音波式や接触式のものであってもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１ 走査部
２ 磁気センサ
３ａ、３ｂ、３ｃ 垂直位置検出部
４ａ、４ｂ、４ｃ データ処理部
５ 垂直・水平位置検出部
９ 検査対象物
２１ 検出コイル
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ コイル
５１ カメラ
９１ 不連続部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物表面からの磁界を測定し、測定磁界データを出力する磁気センサと、
前記磁気センサのセンサ部の前記検査対象物表面に対する垂直位置を検出し、垂直位置データを出力する１つ以上の垂直位置検出部と、
前記測定磁界データと前記垂直位置データとに基づいて、前記検査対象物表面に平行な所定の基準面における基準磁界データを算出して出力するデータ処理部と、
を有することを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項２】
前記垂直位置検出部を３つ以上有し、
前記データ処理部は、前記垂直位置データに基づいて、前記磁気センサのセンサ面の前記検査対象物表面に対する傾斜角度をさらに算出し、前記測定磁界データと前記垂直位置データおよび前記傾斜角度とに基づいて、前記基準磁界データを算出して出力することを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査装置。
【請求項３】
前記垂直位置検出部は、前記磁気センサのセンサ部の中心を重心とする、前記磁気センサのセンサ面と同一平面上の正多角形の頂点にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項２に記載の非破壊検査装置。
【請求項４】
前記正多角形は、正三角形であることを特徴とする請求項３に記載の非破壊検査装置。
【請求項５】
前記垂直位置検出部は、前記検査対象物表面に渦電流を誘導する磁界をコイルから発生させ、前記コイルのインピーダンスの変化に基づいて前記垂直位置を検出する渦電流式変位センサを備え、
前記磁気センサは、前記渦電流によって発生する磁界を測定することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の非破壊検査装置。
【請求項６】
前記垂直位置検出部は、前記検査対象物表面にレーザ光を照射し、前記検査対象物表面からの反射光を受光して前記垂直位置を検出するレーザ式変位センサを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の非破壊検査装置。
【請求項７】
前記磁気センサのセンサ部の前記検査対象物表面に対する水平位置の変位を示す水平変位データを出力する水平位置検出部をさらに有し、
前記データ処理部は、前記水平変位データに基づいて、前記磁気センサのセンサ部の前記検査対象物表面に対する水平位置をさらに算出し、前記基準磁界データを前記水平位置と対応付けて出力することを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れかに記載の非破壊検査装置。
【請求項８】
前記水平位置検出部は、前記水平変位データを画像データとして出力するカメラを備え、
前記データ処理部は、前記基準磁界データおよび前記画像データを前記水平位置と対応付けて出力することを特徴とする請求項７に記載の非破壊検査装置。
【請求項９】
検査対象物表面からの磁界を磁気センサによって測定し、
前記磁気センサのセンサ部の前記検査対象物表面に対する垂直位置を１つ以上の垂直位置検出部によって検出し、
前記磁気センサによる測定磁界と前記垂直位置とに基づいて、前記検査対象物表面に平行な所定の基準面における基準磁界を算出することを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項１０】
３つ以上の前記垂直位置検出部による前記垂直位置に基づいて、前記磁気センサのセンサ面の前記検査対象物表面に対する傾斜角度をさらに算出し、
前記測定磁界と前記垂直位置および前記傾斜角度とに基づいて、前記基準磁界を算出することを特徴とする請求項９に記載の非破壊検査方法。
【請求項１】
検査対象物表面からの磁界を測定し、測定磁界データを出力する磁気センサと、
前記磁気センサのセンサ部の前記検査対象物表面に対する垂直位置を検出し、垂直位置データを出力する１つ以上の垂直位置検出部と、
前記測定磁界データと前記垂直位置データとに基づいて、前記検査対象物表面に平行な所定の基準面における基準磁界データを算出して出力するデータ処理部と、
を有することを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項２】
前記垂直位置検出部を３つ以上有し、
前記データ処理部は、前記垂直位置データに基づいて、前記磁気センサのセンサ面の前記検査対象物表面に対する傾斜角度をさらに算出し、前記測定磁界データと前記垂直位置データおよび前記傾斜角度とに基づいて、前記基準磁界データを算出して出力することを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査装置。
【請求項３】
前記垂直位置検出部は、前記磁気センサのセンサ部の中心を重心とする、前記磁気センサのセンサ面と同一平面上の正多角形の頂点にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項２に記載の非破壊検査装置。
【請求項４】
前記正多角形は、正三角形であることを特徴とする請求項３に記載の非破壊検査装置。
【請求項５】
前記垂直位置検出部は、前記検査対象物表面に渦電流を誘導する磁界をコイルから発生させ、前記コイルのインピーダンスの変化に基づいて前記垂直位置を検出する渦電流式変位センサを備え、
前記磁気センサは、前記渦電流によって発生する磁界を測定することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の非破壊検査装置。
【請求項６】
前記垂直位置検出部は、前記検査対象物表面にレーザ光を照射し、前記検査対象物表面からの反射光を受光して前記垂直位置を検出するレーザ式変位センサを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の非破壊検査装置。
【請求項７】
前記磁気センサのセンサ部の前記検査対象物表面に対する水平位置の変位を示す水平変位データを出力する水平位置検出部をさらに有し、
前記データ処理部は、前記水平変位データに基づいて、前記磁気センサのセンサ部の前記検査対象物表面に対する水平位置をさらに算出し、前記基準磁界データを前記水平位置と対応付けて出力することを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れかに記載の非破壊検査装置。
【請求項８】
前記水平位置検出部は、前記水平変位データを画像データとして出力するカメラを備え、
前記データ処理部は、前記基準磁界データおよび前記画像データを前記水平位置と対応付けて出力することを特徴とする請求項７に記載の非破壊検査装置。
【請求項９】
検査対象物表面からの磁界を磁気センサによって測定し、
前記磁気センサのセンサ部の前記検査対象物表面に対する垂直位置を１つ以上の垂直位置検出部によって検出し、
前記磁気センサによる測定磁界と前記垂直位置とに基づいて、前記検査対象物表面に平行な所定の基準面における基準磁界を算出することを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項１０】
３つ以上の前記垂直位置検出部による前記垂直位置に基づいて、前記磁気センサのセンサ面の前記検査対象物表面に対する傾斜角度をさらに算出し、
前記測定磁界と前記垂直位置および前記傾斜角度とに基づいて、前記基準磁界を算出することを特徴とする請求項９に記載の非破壊検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２８１７６２（Ｐ２０１０−２８１７６２Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３６８９３（Ｐ２００９−１３６８９３）
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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