JP2003149208A - 非破壊検査装置 - Google Patents
非破壊検査装置Info
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- JP2003149208A JP2003149208A JP2001345271A JP2001345271A JP2003149208A JP 2003149208 A JP2003149208 A JP 2003149208A JP 2001345271 A JP2001345271 A JP 2001345271A JP 2001345271 A JP2001345271 A JP 2001345271A JP 2003149208 A JP2003149208 A JP 2003149208A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高感度磁気センサを使用して欠陥を検査する
非破壊検査において、３次元画像を得るまでの時間を短
縮する。 【解決手段】 鋸波発生装置６が、低周波数から高周波
数までの異なる多くの周波数成分のモードを含む鋸状波
形の電気信号を発生して、その電気信号を励起コイル５
に出力する。サンプルに誘導された渦電流から生成され
る磁場を高感度磁気センサ（ＳＱＵＩＤ磁束計１）で測
定する。測定されて得られた磁場の時間領域の信号値を
ＦＦＴ変換して周波数領域の信号値にして、コンピュー
タ４の記憶部に格納する。この磁場の周波数領域の信号
値は、サンプル上の位置の関数として格納されている。
この格納されている信号値から、ソフトウェア等でサン
プル内にある欠陥の３次元画像を得る。
非破壊検査において、３次元画像を得るまでの時間を短
縮する。 【解決手段】 鋸波発生装置６が、低周波数から高周波
数までの異なる多くの周波数成分のモードを含む鋸状波
形の電気信号を発生して、その電気信号を励起コイル５
に出力する。サンプルに誘導された渦電流から生成され
る磁場を高感度磁気センサ（ＳＱＵＩＤ磁束計１）で測
定する。測定されて得られた磁場の時間領域の信号値を
ＦＦＴ変換して周波数領域の信号値にして、コンピュー
タ４の記憶部に格納する。この磁場の周波数領域の信号
値は、サンプル上の位置の関数として格納されている。
この格納されている信号値から、ソフトウェア等でサン
プル内にある欠陥の３次元画像を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、金属構造物を破
壊することなくその構造物内部の欠陥を検査して欠陥を
画像として表示する非破壊検査装置に係り、特に、超伝
導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ：superconducting quantu
m interference device）等の高感度磁気センサを利用
した非破壊検査において構造物内部の欠陥を３次元画像
として表示するための非破壊検査装置に関する。
壊することなくその構造物内部の欠陥を検査して欠陥を
画像として表示する非破壊検査装置に係り、特に、超伝
導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ：superconducting quantu
m interference device）等の高感度磁気センサを利用
した非破壊検査において構造物内部の欠陥を３次元画像
として表示するための非破壊検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＳＱＵＩＤ等の高感度磁気センサ
を利用して金属構造物内の欠陥を見つけ出す非破壊検査
が注目されている。たとえば、ＳＱＵＩＤは、それまで
の磁気センサと比較して高感度で磁気を検出することが
可能になる。また、直流から数十ｋＨｚまでの広い周波
数領域において、検出感度が周波数に依存しないという
特徴がある。
を利用して金属構造物内の欠陥を見つけ出す非破壊検査
が注目されている。たとえば、ＳＱＵＩＤは、それまで
の磁気センサと比較して高感度で磁気を検出することが
可能になる。また、直流から数十ｋＨｚまでの広い周波
数領域において、検出感度が周波数に依存しないという
特徴がある。
【０００３】さらに、ＳＱＵＩＤは、薄膜素子で構成す
ることにより極めて微小な素子とすることができるた
め、磁気を検出するにあたり空間分解能が高いという特
徴もある。
ることにより極めて微小な素子とすることができるた
め、磁気を検出するにあたり空間分解能が高いという特
徴もある。
【０００４】このＳＱＵＩＤをはじめとする高感度磁気
センサを利用して、金属構造物内の欠陥がどこにあるか
をユーザに明示するために、欠陥を３次元の画像として
表示する技術がある。
センサを利用して、金属構造物内の欠陥がどこにあるか
をユーザに明示するために、欠陥を３次元の画像として
表示する技術がある。
【０００５】金属構造物内の欠陥を３次元の画像として
表示するためには、多くの異なる高調波の振幅信号が必
要となる。従来技術では、これら異なる高調波に対応す
る発生源が、３次元の画像を表示するために必要となる
高調波の数だけ必要となる。
表示するためには、多くの異なる高調波の振幅信号が必
要となる。従来技術では、これら異なる高調波に対応す
る発生源が、３次元の画像を表示するために必要となる
高調波の数だけ必要となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来では、複数のサイ
ン波発生装置が使用されて、各サイン波発生装置から異
なる周波数のサイン波が発生され、その周波数における
磁気的応答を順番に測定していた。しかし、鋸波を用い
ることにより、１度に多くの周波数の応答が得られる。
ン波発生装置が使用されて、各サイン波発生装置から異
なる周波数のサイン波が発生され、その周波数における
磁気的応答を順番に測定していた。しかし、鋸波を用い
ることにより、１度に多くの周波数の応答が得られる。
【０００７】さらに、１つの高調波の振幅信号により非
破壊検査を実行した後に、これと異なる高調波の振幅信
号により再度非破壊検査を実行する。この手順を繰り返
し、３次元の画像を表示するために必要となる高調波の
数だけこの手順を実行する必要がある。
破壊検査を実行した後に、これと異なる高調波の振幅信
号により再度非破壊検査を実行する。この手順を繰り返
し、３次元の画像を表示するために必要となる高調波の
数だけこの手順を実行する必要がある。
【０００８】したがって、３次元の画像を表示するため
に必要となるデータを高感度磁気センサを利用した非破
壊検査により獲得するまでに時間がかかる。迅速な非破
壊検査を実施したいユーザからは、短い測定時間で高感
度磁気センサを利用した非破壊検査による欠陥の３次元
画像を表示する非破壊検査装置の実現が望まれている。
に必要となるデータを高感度磁気センサを利用した非破
壊検査により獲得するまでに時間がかかる。迅速な非破
壊検査を実施したいユーザからは、短い測定時間で高感
度磁気センサを利用した非破壊検査による欠陥の３次元
画像を表示する非破壊検査装置の実現が望まれている。
【０００９】そこでこれら従来における問題に鑑み、こ
の発明の目的は、ＳＱＵＩＤ等の高感度磁気センサを利
用した非破壊検査による３次元画像を獲得するまでの時
間が短い非破壊検査装置を提供することにある。
の発明の目的は、ＳＱＵＩＤ等の高感度磁気センサを利
用した非破壊検査による３次元画像を獲得するまでの時
間が短い非破壊検査装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、金属
構造物の内部を破壊することなく検査して欠陥を検出す
る非破壊検査装置において、複数の周波数成分を含む信
号を生成する生成手段と、前記信号が入力されることに
より電磁波を励起して、当該電磁波を試料である金属構
造物に照射する励起コイルと、前記金属構造物から発生
する磁場を検出する磁場検出手段と、前記磁場から、磁
場の各周波数成分の振幅を算出する算出手段と、を具備
することを特徴とする非破壊検査装置によって提供され
る。
構造物の内部を破壊することなく検査して欠陥を検出す
る非破壊検査装置において、複数の周波数成分を含む信
号を生成する生成手段と、前記信号が入力されることに
より電磁波を励起して、当該電磁波を試料である金属構
造物に照射する励起コイルと、前記金属構造物から発生
する磁場を検出する磁場検出手段と、前記磁場から、磁
場の各周波数成分の振幅を算出する算出手段と、を具備
することを特徴とする非破壊検査装置によって提供され
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながらこの発
明の実施形態に係る非破壊検査装置を説明する。図１
は、この発明の実施形態に係る非破壊検査装置の機能ブ
ロック図である。この実施形態の非破壊検査装置は、ｒ
ｆ−ＳＱＵＩＤ（ｒｆ型超電導量子干渉素子）磁束計
１、Ｘ−Ｙステージ２、Ｘ−Ｙステージコントローラ
３、コンピュータ４、励起コイル５、および鋸波発生装
置６を具備している。破壊することなく欠陥が検査され
るサンプル（試料とも呼ばれる）である金属構造物がＸ
−Ｙステージ２上に配置される。図１では、Ｘ−Ｙステ
ージ２上にサンプルとしてアルミニウムプレートが配置
されている。
明の実施形態に係る非破壊検査装置を説明する。図１
は、この発明の実施形態に係る非破壊検査装置の機能ブ
ロック図である。この実施形態の非破壊検査装置は、ｒ
ｆ−ＳＱＵＩＤ（ｒｆ型超電導量子干渉素子）磁束計
１、Ｘ−Ｙステージ２、Ｘ−Ｙステージコントローラ
３、コンピュータ４、励起コイル５、および鋸波発生装
置６を具備している。破壊することなく欠陥が検査され
るサンプル（試料とも呼ばれる）である金属構造物がＸ
−Ｙステージ２上に配置される。図１では、Ｘ−Ｙステ
ージ２上にサンプルとしてアルミニウムプレートが配置
されている。
【００１２】鋸状の波形を有する電気信号が鋸波発生装
置６で生成される。鋸状波形の電気信号は、低周波数か
ら高周波数までの多くの異なる周波数成分のモードを含
んでいる。生成された電気信号は、励起コイル５に入力
される。
置６で生成される。鋸状波形の電気信号は、低周波数か
ら高周波数までの多くの異なる周波数成分のモードを含
んでいる。生成された電気信号は、励起コイル５に入力
される。
【００１３】励起コイル５では、入力された電気信号に
含まれる異なる周波数成分の電気信号により、電磁波が
誘導される。誘導された電磁波は、Ｘ−Ｙステージ２上
のアルミニウムプレート内に渦電流を誘導する。
含まれる異なる周波数成分の電気信号により、電磁波が
誘導される。誘導された電磁波は、Ｘ−Ｙステージ２上
のアルミニウムプレート内に渦電流を誘導する。
【００１４】誘導された渦電流は、アルミニウムプレー
ト内に存在する欠陥によって散乱され、擾乱される。ア
ルミニウムプレート内で擾乱された渦電流や擾乱されて
いない渦電流は、ともに磁場を生成する。生成された磁
場は、ｒｆ−ＳＱＵＩＤ磁束計１に検出される。
ト内に存在する欠陥によって散乱され、擾乱される。ア
ルミニウムプレート内で擾乱された渦電流や擾乱されて
いない渦電流は、ともに磁場を生成する。生成された磁
場は、ｒｆ−ＳＱＵＩＤ磁束計１に検出される。
【００１５】検出された磁場の振幅値は、測定点である
Ｘ−Ｙステージ２上のアルミニウムプレートの位置とと
もに、コンピュータ４に入力される。コンピュータ４で
は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier transfo
rmation）が実行される。
Ｘ−Ｙステージ２上のアルミニウムプレートの位置とと
もに、コンピュータ４に入力される。コンピュータ４で
は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier transfo
rmation）が実行される。
【００１６】ＦＦＴは、測定点ごとの入力された磁場の
振幅値を、異なる高調波ごとの磁場の振幅値に変換す
る。すなわち、測定点ごとの磁場の周波数スペクトルを
得ることが可能になる。
振幅値を、異なる高調波ごとの磁場の振幅値に変換す
る。すなわち、測定点ごとの磁場の周波数スペクトルを
得ることが可能になる。
【００１７】また、コンピュータ４からＸ−Ｙステージ
コントローラ３にＸ−Ｙステージ２の位置を指定するた
めの指定信号が出力される。出力された指定信号は、Ｘ
−Ｙステージコントローラ３に入力されて、Ｘ−Ｙステ
ージ２を動かすための駆動信号がＸ−Ｙステージ２に出
力される。出力された駆動信号をＸ−Ｙステージ２が入
力して、Ｘ−Ｙステージ２がコンピュータ４に指定され
た位置に動かされる。
コントローラ３にＸ−Ｙステージ２の位置を指定するた
めの指定信号が出力される。出力された指定信号は、Ｘ
−Ｙステージコントローラ３に入力されて、Ｘ−Ｙステ
ージ２を動かすための駆動信号がＸ−Ｙステージ２に出
力される。出力された駆動信号をＸ−Ｙステージ２が入
力して、Ｘ−Ｙステージ２がコンピュータ４に指定され
た位置に動かされる。
【００１８】コンピュータ４のハードディスク等の記憶
部内に複数の周波数ごとの磁場の強さを示す振幅信号の
振幅値がサンプルの位置ごとにデータとして保存され
る。サンプル内部のすべての位置におけるデータによっ
て、サンプル内の欠陥を示す３次元画像が作成される。
データから３次元画像の作成は、３次元画像表示のため
のソフトウェアであればよい。たとえば、ビジュアルベ
ーシック（登録商標）等を使用する。
部内に複数の周波数ごとの磁場の強さを示す振幅信号の
振幅値がサンプルの位置ごとにデータとして保存され
る。サンプル内部のすべての位置におけるデータによっ
て、サンプル内の欠陥を示す３次元画像が作成される。
データから３次元画像の作成は、３次元画像表示のため
のソフトウェアであればよい。たとえば、ビジュアルベ
ーシック（登録商標）等を使用する。
【００１９】概略以上のように、励起コイル５から誘導
される電磁波が、サンプルであるアルミニウムプレート
の励起コイル５の近傍に照射される。その結果、電磁波
が照射されたアルミニウムプレート内に欠陥があるか否
か、ある場合は欠陥の位置を検出することが可能にな
る。
される電磁波が、サンプルであるアルミニウムプレート
の励起コイル５の近傍に照射される。その結果、電磁波
が照射されたアルミニウムプレート内に欠陥があるか否
か、ある場合は欠陥の位置を検出することが可能にな
る。
【００２０】金属等の導電体に電流を流すと、導電体内
部に欠陥が存在するとその欠陥によって、電流が乱れそ
の電流によって生成される磁場にも乱れが発生する。そ
の磁場の乱れは、欠陥の位置、形状、および大きさに対
応して定まる。一方、導電体内に欠陥がない場合は、そ
の中を流れる電流は導電体の形状により定まる一定の磁
場分布を示す。
部に欠陥が存在するとその欠陥によって、電流が乱れそ
の電流によって生成される磁場にも乱れが発生する。そ
の磁場の乱れは、欠陥の位置、形状、および大きさに対
応して定まる。一方、導電体内に欠陥がない場合は、そ
の中を流れる電流は導電体の形状により定まる一定の磁
場分布を示す。
【００２１】したがって、原理的には、導電体の外部に
発生している磁場の分布を測定して、磁場分布の乱れた
部分を抽出して解析することによって、導電体内に存在
する欠陥を検出することが可能になる。
発生している磁場の分布を測定して、磁場分布の乱れた
部分を抽出して解析することによって、導電体内に存在
する欠陥を検出することが可能になる。
【００２２】この電流の乱れによる磁場分布の変化は、
サンプルの断面を流れる電流により生成される磁場の強
度と比較すると非常に小さく、高感度の磁気センサが必
要となる。たとえば、半導体磁気センサ、フラックスゲ
ート型磁気センサ、ＳＱＵＩＤ磁束計などがある。この
発明の実施形態では、ＳＱＵＩＤ磁束計を使用した場合
を説明している。もちろん、ＳＱＵＩＤ磁束計に限定さ
れるわけではなく、上記の高感度の磁気センサを使用し
てもよい。また、ｒｆ−ＳＱＵＩＤ磁束計１は、直流型
であるｄｃ−ＳＱＵＩＤ磁束計に変えてもこの発明の本
質は変更されない。
サンプルの断面を流れる電流により生成される磁場の強
度と比較すると非常に小さく、高感度の磁気センサが必
要となる。たとえば、半導体磁気センサ、フラックスゲ
ート型磁気センサ、ＳＱＵＩＤ磁束計などがある。この
発明の実施形態では、ＳＱＵＩＤ磁束計を使用した場合
を説明している。もちろん、ＳＱＵＩＤ磁束計に限定さ
れるわけではなく、上記の高感度の磁気センサを使用し
てもよい。また、ｒｆ−ＳＱＵＩＤ磁束計１は、直流型
であるｄｃ−ＳＱＵＩＤ磁束計に変えてもこの発明の本
質は変更されない。
【００２３】また、コンピュータ４の指定にもとづい
て、サンプルが積載されるＸ−Ｙステージ２は自在に動
作する。Ｘ−Ｙステージ２は、通常２次元方向にのみ動
作する。すなわち、励起コイル５（またはｒｆ−ＳＱＵ
ＩＤ磁束計１）とＸ−Ｙステージ２との距離は一定に保
たれたままである。
て、サンプルが積載されるＸ−Ｙステージ２は自在に動
作する。Ｘ−Ｙステージ２は、通常２次元方向にのみ動
作する。すなわち、励起コイル５（またはｒｆ−ＳＱＵ
ＩＤ磁束計１）とＸ−Ｙステージ２との距離は一定に保
たれたままである。
【００２４】さらにまた、この実施形態では、コンピュ
ータ４にＦＦＴを実行するためのソフトウェアがインス
トールされていて、ＦＦＴを実行している。これに限定
されず、処理速度を早めるために、ＦＦＴを実行するた
めのＤＳＰ（digital signalprocessor）が組み込まれ
たハードウェアを使用することが好ましい。
ータ４にＦＦＴを実行するためのソフトウェアがインス
トールされていて、ＦＦＴを実行している。これに限定
されず、処理速度を早めるために、ＦＦＴを実行するた
めのＤＳＰ（digital signalprocessor）が組み込まれ
たハードウェアを使用することが好ましい。
【００２５】また、鋸状波形の電気信号が有する周波数
範囲は、サンプルの厚さによって決定されて生成され
る。この周波数は、誘電体のいわゆる表皮効果にもとづ
いて決定される。すなわち、電磁波が侵入する、誘電体
表面からの侵入深さδは、δ＝（２／ω・σ・μｒ）
１／２である。ここで、ωは励起コイル５に誘導される
電磁波の角周波数、σはサンプルであるアルミニウムプ
レートの伝導率、μｒはサンプルの透磁率である。この
侵入深さδがＸ−Ｙステージに積載されているサンプル
の厚さ以上になるような電磁波を励起コイル５から誘導
する。侵入深さδは、励起コイルから誘導される電磁波
の周波数によって、変化させることができる。すなわ
ち、侵入深さがほとんどゼロである高い周波数から、侵
入深さがサンプルの厚さ以上である低い周波数である電
磁波がサンプルに照射されることが可能である。通常
は、約数十Ｈｚから約１００Ｈｚ程度の周波数を有する
電磁波が励起コイル５から誘導される。
範囲は、サンプルの厚さによって決定されて生成され
る。この周波数は、誘電体のいわゆる表皮効果にもとづ
いて決定される。すなわち、電磁波が侵入する、誘電体
表面からの侵入深さδは、δ＝（２／ω・σ・μｒ）
１／２である。ここで、ωは励起コイル５に誘導される
電磁波の角周波数、σはサンプルであるアルミニウムプ
レートの伝導率、μｒはサンプルの透磁率である。この
侵入深さδがＸ−Ｙステージに積載されているサンプル
の厚さ以上になるような電磁波を励起コイル５から誘導
する。侵入深さδは、励起コイルから誘導される電磁波
の周波数によって、変化させることができる。すなわ
ち、侵入深さがほとんどゼロである高い周波数から、侵
入深さがサンプルの厚さ以上である低い周波数である電
磁波がサンプルに照射されることが可能である。通常
は、約数十Ｈｚから約１００Ｈｚ程度の周波数を有する
電磁波が励起コイル５から誘導される。
【００２６】以上で説明されたように、サンプル内に存
在する欠陥は、サンプル内に誘導される渦電流の分布に
影響を与える。この誘導された渦電流によって生成され
る磁場は、サンプル内に欠陥があるか否かで変化を受け
る。この発明の実施形態では、励起コイル５に鋸波を有
する電気信号が生成される。鋸波には、低周波数から高
周波数までの多くの周波数成分が含まれる。したがっ
て、低周波数から高周波数までの複数の電気信号発生装
置を必要とせず、鋸波を発生する１つの電気信号発生装
置（すなわち、鋸波発生装置６）だけで十分である。
在する欠陥は、サンプル内に誘導される渦電流の分布に
影響を与える。この誘導された渦電流によって生成され
る磁場は、サンプル内に欠陥があるか否かで変化を受け
る。この発明の実施形態では、励起コイル５に鋸波を有
する電気信号が生成される。鋸波には、低周波数から高
周波数までの多くの周波数成分が含まれる。したがっ
て、低周波数から高周波数までの複数の電気信号発生装
置を必要とせず、鋸波を発生する１つの電気信号発生装
置（すなわち、鋸波発生装置６）だけで十分である。
【００２７】その結果、１つの電気信号発生装置から出
力される鋸波の電気信号によりサンプル内の欠陥を検出
することが可能になる。したがって、複数の電気信号を
生成する時間が不必要となるので、サンプル内の欠陥の
有無および欠陥の位置を検出する検査にかかる時間を短
くすることが可能になる。
力される鋸波の電気信号によりサンプル内の欠陥を検出
することが可能になる。したがって、複数の電気信号を
生成する時間が不必要となるので、サンプル内の欠陥の
有無および欠陥の位置を検出する検査にかかる時間を短
くすることが可能になる。
【００２８】図２（Ａ）は、図１に示される鋸波発生装
置６が発生する鋸波を示す図である。図２（Ｂ）は、図
２（Ａ）に示される鋸波の１周期での振幅を示す方程式
である。図２（Ａ）に示されるように、同一の鋸状の波
形が周期的に繰り返されて鋸波発生装置６から出力され
る。１周期で現れる鋸状の波形は、図２（Ｂ）に示され
る数式で計算される。ここで、ωは角周波数であり鋸波
の基本周波数ｆとの間で、ω＝２πｆの関係がある。す
なわち、図２（Ｂ）の式によれば、１つの鋸状の波形
は、無限に多くの周波数が含まれることがわかる。１つ
の鋸状の波形は、基本周波数ｆの整数倍の周波数を含ん
でいる。
置６が発生する鋸波を示す図である。図２（Ｂ）は、図
２（Ａ）に示される鋸波の１周期での振幅を示す方程式
である。図２（Ａ）に示されるように、同一の鋸状の波
形が周期的に繰り返されて鋸波発生装置６から出力され
る。１周期で現れる鋸状の波形は、図２（Ｂ）に示され
る数式で計算される。ここで、ωは角周波数であり鋸波
の基本周波数ｆとの間で、ω＝２πｆの関係がある。す
なわち、図２（Ｂ）の式によれば、１つの鋸状の波形
は、無限に多くの周波数が含まれることがわかる。１つ
の鋸状の波形は、基本周波数ｆの整数倍の周波数を含ん
でいる。
【００２９】ここで重要なのは、励起信号が多くの単周
波数によって合成されていることである。したがって、
鋸波のほかに、三角波、矩形波でもよい。ただし、鋸波
は矩形波よりも高周波成分を多く含むので、幅広い周波
数範囲に対応する信号を生成することができるという特
徴がある。
波数によって合成されていることである。したがって、
鋸波のほかに、三角波、矩形波でもよい。ただし、鋸波
は矩形波よりも高周波成分を多く含むので、幅広い周波
数範囲に対応する信号を生成することができるという特
徴がある。
【００３０】図３は、この発明の実施形態に係る非破壊
検査装置において、３次元画像を作成するまでの流れ図
である。ステップＳＴ−１では、鋸波発生装置６で図２
（Ａ）に示された鋸波の電気信号が発生され、その鋸波
の電気信号が励起コイル５に供給される。このステップ
では、位置（Ｘ０，Ｙ０）にサンプルが測定される位置
が設定される。
検査装置において、３次元画像を作成するまでの流れ図
である。ステップＳＴ−１では、鋸波発生装置６で図２
（Ａ）に示された鋸波の電気信号が発生され、その鋸波
の電気信号が励起コイル５に供給される。このステップ
では、位置（Ｘ０，Ｙ０）にサンプルが測定される位置
が設定される。
【００３１】ステップＳＴ−２では、位置（Ｘ０，
Ｙ０）でのサンプルの応答信号をＳＱＵＩＤ磁束計１が
獲得する。この応答信号は、上述したように励起コイル
５に誘導されたサンプルに発生する渦電流により生成さ
れる磁場による信号である。
Ｙ０）でのサンプルの応答信号をＳＱＵＩＤ磁束計１が
獲得する。この応答信号は、上述したように励起コイル
５に誘導されたサンプルに発生する渦電流により生成さ
れる磁場による信号である。
【００３２】この位置（Ｘ０，Ｙ０）での応答信号は、
時間領域信号Ｓ（ｔ，Ｘ０，Ｙ０）である（ＳＴ−
３）。Ｓ（ｔ，Ｘ０，Ｙ０）は、時刻ｔでの位置
（Ｘ０，Ｙ０）における磁場の強さに対応する。
時間領域信号Ｓ（ｔ，Ｘ０，Ｙ０）である（ＳＴ−
３）。Ｓ（ｔ，Ｘ０，Ｙ０）は、時刻ｔでの位置
（Ｘ０，Ｙ０）における磁場の強さに対応する。
【００３３】ステップＳＴ−４では、Ｓ（ｔ，Ｘ０，Ｙ
０）を複素ＦＦＴにより変換する。そして、スペクトル
信号であるＦ（ω，Ｘ０，Ｙ０）を得る。Ｆ（ω，
Ｘ０，Ｙ ０）は、位置（Ｘ０，Ｙ０）での周波数ごとに
磁場の強さに対応する値を示す関数である。
０）を複素ＦＦＴにより変換する。そして、スペクトル
信号であるＦ（ω，Ｘ０，Ｙ０）を得る。Ｆ（ω，
Ｘ０，Ｙ ０）は、位置（Ｘ０，Ｙ０）での周波数ごとに
磁場の強さに対応する値を示す関数である。
【００３４】ステップＳＴ−５では、スペクトル信号Ｆ
（ω，Ｘ０，Ｙ０）から振幅Ｒ（ω，Ｘ０，Ｙ０）を計
算する。すなわち、Ｒ（ω，Ｘ０，Ｙ０）＝［Ｒｅ（Ｆ
（ω，Ｘ０，Ｙ０））２＋Ｉｍ（Ｆ（ω，Ｘ０，
Ｙ０））２］１／２である。
（ω，Ｘ０，Ｙ０）から振幅Ｒ（ω，Ｘ０，Ｙ０）を計
算する。すなわち、Ｒ（ω，Ｘ０，Ｙ０）＝［Ｒｅ（Ｆ
（ω，Ｘ０，Ｙ０））２＋Ｉｍ（Ｆ（ω，Ｘ０，
Ｙ０））２］１／２である。
【００３５】ステップＳＴ−６では、高調波角周波数に
対応する振幅Ｒ（ω，Ｘ０，Ｙ０）を計算する。すなわ
ち、Ｒ（ωｎ，Ｘ０，Ｙ０）（ｎ＝１，２，３・・・）
を算出する。この角周波数ωｎは、図２（Ｂ）に示され
るｎωに対応する。図２（Ｂ）に示されるようにｎは原
理的には無限大まで続く数であるが、もちろん、ここで
は角周波数の上限を設けて、その上限以上の角周波数に
対してはＲ（ωｎ，Ｘ ０，Ｙ０）は算出しない。通常、
この角周波数ωｎの上限は、１ｋＨｚから１．５ｋＨｚ
程度に設定される。
対応する振幅Ｒ（ω，Ｘ０，Ｙ０）を計算する。すなわ
ち、Ｒ（ωｎ，Ｘ０，Ｙ０）（ｎ＝１，２，３・・・）
を算出する。この角周波数ωｎは、図２（Ｂ）に示され
るｎωに対応する。図２（Ｂ）に示されるようにｎは原
理的には無限大まで続く数であるが、もちろん、ここで
は角周波数の上限を設けて、その上限以上の角周波数に
対してはＲ（ωｎ，Ｘ ０，Ｙ０）は算出しない。通常、
この角周波数ωｎの上限は、１ｋＨｚから１．５ｋＨｚ
程度に設定される。
【００３６】ステップＳＴ−７では、Ｘ−Ｙステージ２
を動かして、サンプルが測定された位置（Ｘ０，Ｙ０）
からつぎに測定される位置（Ｘ１，Ｙ１）に移動させ
る。その位置（Ｘ１，Ｙ１）で上述したステップＳＴ−
１からステップＳＴ−６まで動作を実行する。すなわ
ち、Ｒ（ωｎ，Ｘ１，Ｙ１）（ｎ＝１，２，３・・・）
を算出する。この動作をサンプル上のすべての位置
（Ｘ，Ｙ）に関して実行して、Ｒ（ωｎ，Ｘ，Ｙ）（ｎ
＝１，２，３・・・）を算出する。
を動かして、サンプルが測定された位置（Ｘ０，Ｙ０）
からつぎに測定される位置（Ｘ１，Ｙ１）に移動させ
る。その位置（Ｘ１，Ｙ１）で上述したステップＳＴ−
１からステップＳＴ−６まで動作を実行する。すなわ
ち、Ｒ（ωｎ，Ｘ１，Ｙ１）（ｎ＝１，２，３・・・）
を算出する。この動作をサンプル上のすべての位置
（Ｘ，Ｙ）に関して実行して、Ｒ（ωｎ，Ｘ，Ｙ）（ｎ
＝１，２，３・・・）を算出する。
【００３７】この位置（Ｘ，Ｙ）はサンプル上の有限個
の位置であり、サンプル上に一様に分布する。これらの
位置（Ｘ，Ｙ）でのＲ（ωｎ，Ｘ，Ｙ）（ｎ＝１，２，
３・・・）が算出されることにより、サンプル内の欠陥
を画面上に表示することが可能になる。
の位置であり、サンプル上に一様に分布する。これらの
位置（Ｘ，Ｙ）でのＲ（ωｎ，Ｘ，Ｙ）（ｎ＝１，２，
３・・・）が算出されることにより、サンプル内の欠陥
を画面上に表示することが可能になる。
【００３８】ステップＳＴ−８では、Ｒ（ωｎ，Ｘ，
Ｙ）（ｎ＝１，２，３・・・）がもとにされて、３次元
画像が表示される。高調波のモードによって、励起コイ
ル５が誘導する電磁波の周波数が変化する。したがっ
て、高調波のモードによって、電磁波が侵入する深さが
変化して、サンプル内のすべての領域を探査することが
可能になる。
Ｙ）（ｎ＝１，２，３・・・）がもとにされて、３次元
画像が表示される。高調波のモードによって、励起コイ
ル５が誘導する電磁波の周波数が変化する。したがっ
て、高調波のモードによって、電磁波が侵入する深さが
変化して、サンプル内のすべての領域を探査することが
可能になる。
【００３９】
【実施例】以下、実施例として、本発明の実施形態に係
る非破壊検査装置を使用した実験例を図を参照して説明
する。図４は、この発明の実施例において、非破壊検査
装置に検査されるサンプルとして使用されるアルミニウ
ムプレート１０であって、中央部分に人工的に欠陥を設
けたプレートを示す断面図である。図４に示されるよう
に、サンプルには、人工的に孔１１および孔１２が設け
られている。これらの孔１１および１２が上述した欠陥
に対応する。すなわち、本発明の非破壊検査装置によっ
て、表示されるべき欠陥である。
る非破壊検査装置を使用した実験例を図を参照して説明
する。図４は、この発明の実施例において、非破壊検査
装置に検査されるサンプルとして使用されるアルミニウ
ムプレート１０であって、中央部分に人工的に欠陥を設
けたプレートを示す断面図である。図４に示されるよう
に、サンプルには、人工的に孔１１および孔１２が設け
られている。これらの孔１１および１２が上述した欠陥
に対応する。すなわち、本発明の非破壊検査装置によっ
て、表示されるべき欠陥である。
【００４０】アルミニウムプレート１０は、厚さが１０
ｍｍであり、その中央部分に直径が５ｍｍの孔１１と直
径が１０ｍｍの孔１２が設けられている。孔１２は、下
面の中央から深さ３ｍｍまで円柱状に設けられる。ま
た、孔１１は、下面中央から深さ４ｍｍから深さ７ｍｍ
まで円柱状に設けられる。
ｍｍであり、その中央部分に直径が５ｍｍの孔１１と直
径が１０ｍｍの孔１２が設けられている。孔１２は、下
面の中央から深さ３ｍｍまで円柱状に設けられる。ま
た、孔１１は、下面中央から深さ４ｍｍから深さ７ｍｍ
まで円柱状に設けられる。
【００４１】図５は、図１に示される鋸波発生装置６か
ら発生される鋸波を表示した図である。図２（Ａ）に示
した鋸波と同様な鋸状の波形が励起コイル５に印加され
る。この図５に示される鋸波は、図３に示されるステッ
プＳＴ−１で生成される鋸波に対応する。図５に示され
る波形が励起コイル５に印加されて、励起コイル５から
電磁波が誘導される。誘導された電磁波がアルミニウム
プレート１０上の特定の位置に照射される。照射される
位置は、Ｘ−Ｙステージコントローラ３によって設定さ
れている。
ら発生される鋸波を表示した図である。図２（Ａ）に示
した鋸波と同様な鋸状の波形が励起コイル５に印加され
る。この図５に示される鋸波は、図３に示されるステッ
プＳＴ−１で生成される鋸波に対応する。図５に示され
る波形が励起コイル５に印加されて、励起コイル５から
電磁波が誘導される。誘導された電磁波がアルミニウム
プレート１０上の特定の位置に照射される。照射される
位置は、Ｘ−Ｙステージコントローラ３によって設定さ
れている。
【００４２】図６は、図１に示されるＳＱＵＩＤによっ
て検出された信号を高速フーリエ変換した後の、信号の
スペクトルを表示した図である。図５に示される鋸波の
電気信号によって誘導されたアルミニウムプレート１０
内に発生する渦電流に生成された磁場がＳＱＵＩＤで検
出され、その検出結果がＦＦＴ変換される。この動作は
図３に示されるステップＳＴ−６に対応する。
て検出された信号を高速フーリエ変換した後の、信号の
スペクトルを表示した図である。図５に示される鋸波の
電気信号によって誘導されたアルミニウムプレート１０
内に発生する渦電流に生成された磁場がＳＱＵＩＤで検
出され、その検出結果がＦＦＴ変換される。この動作は
図３に示されるステップＳＴ−６に対応する。
【００４３】ある位置（Ｘ０，Ｙ０）における渦電流に
より生成された磁場の強さを示す振幅Ｒ（ωｎ，Ｘ０，
Ｙ０）（ｎ＝１，２，３・・・）がデータとしてコンピ
ュータ４内にあるハードディスク等の記憶部に格納され
る。
より生成された磁場の強さを示す振幅Ｒ（ωｎ，Ｘ０，
Ｙ０）（ｎ＝１，２，３・・・）がデータとしてコンピ
ュータ４内にあるハードディスク等の記憶部に格納され
る。
【００４４】図７は、高速フーリエ変換した後の信号の
周波数ごとの振幅をサンプルの位置に対応して表示した
図である。コンピュータの記憶部に格納されている振幅
Ｒ（ωｎ，Ｘ，Ｙ）（ｎ＝１，２，３・・・）（Ｘ，Ｙ
は、サンプルの上面にすべての検査された位置に対応す
る）を角周波数ωｎごとに位置による変動を表示してい
る。
周波数ごとの振幅をサンプルの位置に対応して表示した
図である。コンピュータの記憶部に格納されている振幅
Ｒ（ωｎ，Ｘ，Ｙ）（ｎ＝１，２，３・・・）（Ｘ，Ｙ
は、サンプルの上面にすべての検査された位置に対応す
る）を角周波数ωｎごとに位置による変動を表示してい
る。
【００４５】図７の中央右付近にある山谷があるところ
が人為的に作った欠陥の位置に対応する。図７では、図
の下にある曲線ほど高周波の電磁波による応答を示す。
図７の下に描かれている曲線ほど、山谷が少なくなる現
象が見受けられる。
が人為的に作った欠陥の位置に対応する。図７では、図
の下にある曲線ほど高周波の電磁波による応答を示す。
図７の下に描かれている曲線ほど、山谷が少なくなる現
象が見受けられる。
【００４６】この現象は、高周波の電磁波ほどサンプル
のアルミニウムプレート１０内に侵入しないこと、換言
すれば低周波の電磁波ほどアルミニウムプレート１０内
に侵入していることを示している。すなわち、周波数の
低い電磁波により誘導された渦電流ほど、欠陥の影響を
受けていることがわかる。
のアルミニウムプレート１０内に侵入しないこと、換言
すれば低周波の電磁波ほどアルミニウムプレート１０内
に侵入していることを示している。すなわち、周波数の
低い電磁波により誘導された渦電流ほど、欠陥の影響を
受けていることがわかる。
【００４７】図８は、図７に示されたデータをもとにし
てサンプル中の欠陥を３次元画像として表示した図であ
る。３次元の斜視図として示されている。この画像は、
コンピュータ４の記憶部にある欠陥に関するデータを３
次元的に図示するソフトウェアによって表示されてい
る。たとえば、ビジュアルベーシック（登録商標）等が
使用される。図８において、黒く表示されているものが
サンプルであるアルミニウムプレート２０である。白く
表示されているものが欠陥である。白部分２１は、図４
の孔１１に対応し、白部分２２は、孔１２に対応してい
る。
てサンプル中の欠陥を３次元画像として表示した図であ
る。３次元の斜視図として示されている。この画像は、
コンピュータ４の記憶部にある欠陥に関するデータを３
次元的に図示するソフトウェアによって表示されてい
る。たとえば、ビジュアルベーシック（登録商標）等が
使用される。図８において、黒く表示されているものが
サンプルであるアルミニウムプレート２０である。白く
表示されているものが欠陥である。白部分２１は、図４
の孔１１に対応し、白部分２２は、孔１２に対応してい
る。
【００４８】図８の左に１つ下に２つ設けられているス
クロールバー２３、２４および２５によって、表示され
ているアルミニウムプレート２０の位置を３次元的に移
動することができる。これらのスクロールバー２３、２
４および２５を動かすことによってアルミニウムプレー
ト２０内の欠陥の位置を確認することが可能である。
クロールバー２３、２４および２５によって、表示され
ているアルミニウムプレート２０の位置を３次元的に移
動することができる。これらのスクロールバー２３、２
４および２５を動かすことによってアルミニウムプレー
ト２０内の欠陥の位置を確認することが可能である。
【００４９】また、右上にあるボタン「ＡＮＩＭＡＴＩ
ＯＮ」を押すと、自動的にアルミニウムプレート２０が
アニメーションとして動きだし、すべての方向から欠陥
の様子を観察することが可能になる。
ＯＮ」を押すと、自動的にアルミニウムプレート２０が
アニメーションとして動きだし、すべての方向から欠陥
の様子を観察することが可能になる。
【００５０】さらに、右上にあるボタン「ＺＯＯＭ Ｉ
Ｎ」および「ＺＯＯＭ ＯＵＴ」によって、表示されて
いる画像をそれぞれズームインおよびズームアウトする
ことが可能である。また、ボタン「ＳＴＯＰ」は、アニ
メーションを停止するためのボタンである。
Ｎ」および「ＺＯＯＭ ＯＵＴ」によって、表示されて
いる画像をそれぞれズームインおよびズームアウトする
ことが可能である。また、ボタン「ＳＴＯＰ」は、アニ
メーションを停止するためのボタンである。
【００５１】この発明は、上述した実施の形態に限定さ
れるものではなく、その技術的範囲において種々変形し
て実施することができる。
れるものではなく、その技術的範囲において種々変形し
て実施することができる。
【００５２】
【発明の効果】本発明の非破壊検査装置によれば、鋸波
の励起信号と高速フーリエ変換とにより、１度に多くの
異なる高調波の振幅信号を得ることが可能になる。
の励起信号と高速フーリエ変換とにより、１度に多くの
異なる高調波の振幅信号を得ることが可能になる。
【００５３】したがって、非破壊検査の測定時間が短縮
される。また、異なる高調波の振幅信号を生成する複数
の信号発生源を必要としないので、非破壊検査装置の構
成が単純になる。
される。また、異なる高調波の振幅信号を生成する複数
の信号発生源を必要としないので、非破壊検査装置の構
成が単純になる。
【図１】この発明の実施形態に係る非破壊検査装置の機
能ブロック図である。
能ブロック図である。
【図２】（Ａ） 図１に示される鋸波発生装置が発生す
る鋸波を示す図である。 （Ｂ） 図２（Ａ）に示される鋸波の１周期での振幅を
示す方程式である。
る鋸波を示す図である。 （Ｂ） 図２（Ａ）に示される鋸波の１周期での振幅を
示す方程式である。
【図３】この発明の実施形態に係る非破壊検査装置にお
いて、３次元画像を作成するまでの流れ図である。
いて、３次元画像を作成するまでの流れ図である。
【図４】この発明の実施例において、非破壊検査装置に
検査されるサンプルとして使用されるアルミニウムプレ
ートであって、中央部分に人工的に欠陥を設けたプレー
トを示す断面図である。
検査されるサンプルとして使用されるアルミニウムプレ
ートであって、中央部分に人工的に欠陥を設けたプレー
トを示す断面図である。
【図５】この発明の実施例において、図１に示される鋸
波発生装置から発生される鋸波を表示した図である。
波発生装置から発生される鋸波を表示した図である。
【図６】この発明の実施例において、図１に示されるＳ
ＱＵＩＤによって検出された信号を高速フーリエ変換し
た後の、信号のスペクトルを表示した図である。
ＱＵＩＤによって検出された信号を高速フーリエ変換し
た後の、信号のスペクトルを表示した図である。
【図７】この発明の実施例において、高速フーリエ変換
した後の信号の周波数ごとの振幅をサンプルの位置に対
応して表示した図である。
した後の信号の周波数ごとの振幅をサンプルの位置に対
応して表示した図である。
【図８】図７に示されたデータをもとにしてサンプル中
の欠陥を３次元画像として表示した図である。
の欠陥を３次元画像として表示した図である。
【符号の説明】
１ ＳＱＵＩＤ磁束計
２ Ｘ−Ｙステージ
３ Ｘ−Ｙステージコントローラ
４ コンピュータ
５ 励起コイル
６ 鋸波発生装置
１０ アルミニウムプレート
１１ 孔（欠陥）
１２ 孔（欠陥）
２０ アルミニウムプレート
２１ 白部分（欠陥）
２２ 白部分（欠陥）
２３、２４、２５ スクロールバー
Claims (6)
- 【請求項１】 金属構造物の内部を破壊することなく検
査して欠陥を検出する非破壊検査装置において、 複数の周波数成分を含む信号を生成する生成手段と、 前記信号が入力されることにより電磁波を励起して、当
該電磁波を試料である金属構造物に照射する励起コイル
と、 前記金属構造物から発生する磁場を検出する磁場検出手
段と、 前記磁場から、磁場の各周波数成分の振幅を算出する算
出手段と、 を具備することを特徴とする非破壊検査装置。 - 【請求項２】 前記磁場の各周波数成分の振幅にもとづ
いて、前記金属構造物の欠陥を表示する表示手段をさら
に具備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】 前記生成手段は、複数の単周波数が合成
されている鋸状の波形である信号を生成することを特徴
とする請求項１又は請求項２に記載の非破壊検査装置。 - 【請求項４】 試料である前記金属構造物を置くための
積載手段と、 前記金属構造物の欠陥を測定すべき位置に金属構造物を
移動させる信号を生成する信号生成手段と、 前記信号にもとづいて、前記積載手段に置かれた前記金
属構造物を移動させる移動手段と、 をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項
３のいずれかに記載の非破壊検査装置。 - 【請求項５】 前記磁場検出手段は、超伝導量子干渉素
子により磁場を検出する装置であることを特徴とする請
求項１から請求項４のいずれかに記載の非破壊検査装
置。 - 【請求項６】 前記算出手段は、高速フーリエ変換によ
って実行されることを特徴とする請求項１から請求項５
のいずれかに記載の非破壊検査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001345271A JP2003149208A (ja) | 2001-11-09 | 2001-11-09 | 非破壊検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001345271A JP2003149208A (ja) | 2001-11-09 | 2001-11-09 | 非破壊検査装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003149208A true JP2003149208A (ja) | 2003-05-21 |
Family
ID=19158636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001345271A Pending JP2003149208A (ja) | 2001-11-09 | 2001-11-09 | 非破壊検査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003149208A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102012398A (zh) * | 2010-09-03 | 2011-04-13 | 北京航空航天大学 | 汽车发动机钢号的复现系统 |
| CN113960158A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-01-21 | 西安交通大学 | 一种基于tmr传感器的高精度磁成像系统及方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59166857A (ja) * | 1983-03-11 | 1984-09-20 | Nippon Steel Corp | マルチプロ−ブ、マルチ周波数渦流探傷装置の信号処理回路 |
| JPS6381262A (ja) * | 1986-07-23 | 1988-04-12 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 渦電流表面写像方式 |
| JPH0552815A (ja) * | 1991-08-27 | 1993-03-02 | Sumitomo Chem Co Ltd | 応力腐食割れ深さの測定方法 |
| JPH0694681A (ja) * | 1992-06-24 | 1994-04-08 | Nippon Kurauto Kureemaa Fuerusutaa Kk | 多重周波数渦電流探傷装置 |
| JPH0783884A (ja) * | 1993-09-14 | 1995-03-31 | Kenzo Miya | 探傷検査方法、探傷検査装置、及び探傷検査用センサ |
| JPH0933489A (ja) * | 1995-07-24 | 1997-02-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ｓｑｕｉｄ磁束計を用いた励磁コイル移動型渦電流探傷装置 |
| JP2000131287A (ja) * | 1998-10-23 | 2000-05-12 | Japan Science & Technology Corp | 磁気計測による探傷方法及び装置 |
-
2001
- 2001-11-09 JP JP2001345271A patent/JP2003149208A/ja active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS59166857A (ja) * | 1983-03-11 | 1984-09-20 | Nippon Steel Corp | マルチプロ−ブ、マルチ周波数渦流探傷装置の信号処理回路 |
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| JPH0933489A (ja) * | 1995-07-24 | 1997-02-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ｓｑｕｉｄ磁束計を用いた励磁コイル移動型渦電流探傷装置 |
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| CN102012398A (zh) * | 2010-09-03 | 2011-04-13 | 北京航空航天大学 | 汽车发动机钢号的复现系统 |
| CN113960158A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-01-21 | 西安交通大学 | 一种基于tmr传感器的高精度磁成像系统及方法 |
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