JPH0277643A - 探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は探傷装置に関し、さらに詳細にいえば、鉄板等
の表面に生じた傷から発生する漏洩磁界を磁気光学的に
検出して探傷を行う探傷装置に関するものである。

〈従来の技術と発明が解決しようとする課題〉鉄板等の
表面に生じた傷を探傷する場合、２つの代表的な探傷法
が知られている。一つは磁粉探傷法、他の一つは漏洩磁
界探傷法である。

前者は、被測定体を磁化して、その表面に細かい鉄粉（
磁粉５をふりかけ、被測定体に傷があった場合に、そこ
から発生する漏洩磁界によって磁粉が盛り上がるのを目
視で測定し、傷の有無を判別する方法である。

この方法では、被測定体の全面を一度に判定できるが、
磁粉の盛り上がる高さが僅かであるため、判定に熟練を
要し、かつ、傷の定量的な評価ができない。

一方、後者は漏洩磁界を磁気検出素子で捕らえて電気信
号に変換し、傷の有無と傷の大きさを判定する方法であ
り、磁気検出素子を具備した探傷装置を用いて実施され
る。磁気検出素子の例として、サーチコイル、半導体ホ
ール素子がある。

サーチコイルは、磁束の変化によりコイルに発生する起
電力を測定するコイルである。このサーチコイルを使用
すれば、簡単で安価に磁気検出素子を作ることができる
。しかし、漏洩磁界探知範囲を狭くして微小な傷を測定
しようと思えば、微小なコイルを作る必要があるが、一
般にこのことは困難である。また、サーチコイルを使用
した探傷装置の検出信号が電気信号であるため、信号を
伝送するときに周囲の電界による静電誘導ノイズ、磁界
による電磁誘導ノイズを受けやすい。加えて、爆発雰囲
気中では、配線等を誤ってショートさせたり、高電圧を
かけたりすると火花がＴ−で爆発する危険がある。

半導体ホール素子は、ホール効果を利用して磁界を検出
するものであり、素子の大きさを極めて小さくでき（１
ｍｍ　Ｘ　１　ｍｍ　Ｘ　１　ｍｍ程度）、局部的な漏
洩磁界を精度よく測定できる（１０８以下）。しかし、
ホール素子を使用した探傷装置の検出信号が電気信号で
あるため、上記と同様静電誘導ノイズ、電磁誘導ノイズ
の影響を受易く、その結果、検出信号のＳＮ比が悪いと
いう欠点がある。また、半導体ホール素子においても電
気信号を扱うので爆発性の雰囲気下では、スパーク等に
より爆発トラブルの虞れがある。

本発明は、静電誘導、電磁誘導の影響を受けずに良好な
ＳＮ比で精度よく漏洩磁界を検出でき、かつ、スパーク
発生の虞れがなく、爆発雰囲気下でも安全に測定するこ
とのできる探傷装置を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段および作用〉上記の目的を
達成するための本発明の探傷装置は、直線偏光の光を出
射する光出射手段と、磁化された被測定体表面の傷に起
因する漏洩磁界が分布された状態で上記光を導入するフ
ァラデー回転素子と、ファラデー回転素子を通過しファ
ラデー回転の生じた光の成分を取り出す検光素子と、検
光素子から取り出された光を受光する受光素子とを具備
するものである。

上記構成の探傷装置によれば、被測定体を磁化して被測
定体表面の傷に起因する漏洩磁界を発生させ、この漏洩
磁界にファラデー回転素子を接近させると、ファラデー
回転素子を通過する光は、漏洩磁界の影響を受けて偏光
面が回転する。この偏光面が回転した光を検光素子で取
り出すことにより、回転角を測定することができ−る。

そして、この回転角により漏洩磁界の強さを推定するこ
とができ、ひいては被測定体の傷の大きさを定量的に探
知することができる。

上記探傷装置において、光出射手段とファラデー回転素
子との間にビームスプリッタを挿入し、ファラデー回転
素子の、被測定体と対向する面に、ファラデー回転素子
に導入された光を反射させる反射膜を形成し、上記反射
膜を反射した後ファラデー回転素子から出射した光がビ
ームスプリッタで分岐される方向に検光素子を配置した
ものであることが好ましい。

この場合、ファラデー回転素子の一面に反射膜を形成し
て光を往復反射させる構造をとっているので、被測定体
の表面に対してほぼ垂直に光を入射させることができる
。したがって、光の軌跡を光の入射方向から見れば、は
ぼスポット状の点となり、微小な傷の測定に好適となる
。また、光をファラデー回転素子内において往復させる
ので、角度の回転量を倍加させ、測定感度を上げること
ができる。そして、上記反射膜を反射した後ファラデー
回転素子から出射した光をビームスプリッタで分岐させ
、検光素子により取り出すことができる。

〈実施例〉 次いで、本発明の実施例について図を参照しながら以下
に説明する。

第１図は、探傷装置の基本的構成を示す図であり、光学
素子を収納するセンサケース（１１）の底部に反射型フ
ァラデー回転素子（１）を配置し、ファラデー回転素子
（１）の上部に無偏光ビームスプリッタ（ハーフミラ−
）■、偏光ビームスプリッタ（偏光素子）（３Ｌロツド
レンズ（５）を下から順に設け、ロッドレンズ（５）の
上面を発光ダイオード（７）の出射面に対面させている
。無偏光ビームスプリッタ■の水平横側には、光学的バ
イアスを与える１７２波長板（１２）、偏光ビームスプ
リッタ（検光素子）（４）、ロッドレンズ（６）を設け
、受光ダイオード（８）の受光面に対向させている。セ
ンサケース（１１）の底面は被測定体（１０）の被測定
面と対向する。

ＬＥＤ発光ダイオード■を出た光は、ロッドレンズ６）
により平行ビーム化され、偏光ビームスプリッタ口）に
より直線偏光成分のみ取り出される。

そして、取り出された直線偏光の光は、無偏光ビームス
プリッタ■を透過してファラデー回転素子（１）の入射
面に垂直に入射する。ファラデー回転素子（１）の底面
はアルミニウム、金等による反射膜Ｏ）が蒸着してあり
、入射光はこの反射膜Ｏ）により上方に反射して再度無
偏光ビームスプリッタ■に入射する。したがって、反射
膜（９）により、光をファラデー回転素子（１）内にお
いて往復させるので、ファラデー回転角度の回転量を倍
加させることができる。無偏光ビームスプリッタ■では
、光は一部反射されてｌ／２波長板（１２）に入り、偏
光ビームスプリッタ（４）によりファラデー回転した偏
光のみ透過し、ロッドレンズ０により集光され受光ダイ
オード［Ｆ］）に入射する。

ファラデー回転素子（１）の底部に鉄板等の被測定体（
工０）を配置し水平に磁化すると、被測定体（１０）の
表面に傷がなければ、漏洩磁界Ｈは生じない。

ところが、被測定体（１０）に傷があれば、漏洩磁界Ｈ
が生じる。漏洩磁界Ｈの垂直方向成分は、ファラデー回
転素子（１）を通過する光と相互作用を起こし光の偏光
面は回転する。その回転角はりは、θＦ−２ＶｏＨｖし て与えられる。ここに、■　はベルデ定数、Ｈｖはファ
ラデー回転素子（１）内の垂直方向の漏洩磁界Ｈの強さ
、Ｌはファラデー回転素子（１）の垂直方向の厚みであ
る。光は、反射膜（９）により反射され往復するので係
数２がついている。ファラデー回転素子（１）を構成す
る材料は、ベルデ定数Ｖ　の太きなものが好ましく、例
えばＣｄＭｎＴｅ、ＹＩＧがあげられる。

このように偏光面の回転した光は、無偏光ビームスプリ
ッタ■を反射して偏光ビームスプリッタ（４）を透過す
るときに、回転角に応じた減衰を受ける。すなわち、回
転角が０の場合は、光はまったく透過しないように偏光
ビームスプリッタ（４）の偏光方向が調整されている。

もし、ファラデー回転角θ、が存在すると、検出光の振
幅Ａは、Ａ−Ａ　　５１ｎｏｐ となる。Ａｏは、もとの光の振幅で多る。したがって、
ファラデー回転による変調度ｍは、ｍ＝５ｌｎ　θＦ となる。したがって、偏光ビームスプリッタ（４）を透
過した光は、上記変調度ｍによる振幅変調を受けること
になる。

次に、第２図を参照して、本発明の探傷装置を用いて漏
洩磁界を測定する場合の検出感度等について定量的に説
明する。

被測定体として溶接構造用圧延鉄板（ＳＭ　５０Ａ）（
３１）を用い、これに深さ　０．３Ｍ％幅０．３ｒａｎ
ｓ長さ０．３ｎｗｎの傷（３２）をつける。電磁石（３
３）によりこの鉄板（３１）の長さ方向に飽和磁界（約
１５０００ｏｅ）をかける。この傷による漏洩磁界の大
きさは、垂直成分Ｈが約６　ｏｅｓ水平成分Ｈが約１２
ｏｅ、磁界ｘ 分布の高さが約０．５ｍｍである。

この状態における探傷装置の検出感度を計算する。光の
波長を８５０ｎｇｔ　ｓファラデー回転素子（１）の材
料としてＣｄ　Ｍ　ｎ　Ｔ　ｅを用いると、ベルデ定数
■　は１．５■Ｉｎ１０ｅｃ■となる。−１ｎは角度の
単位（１７８０度）である。ファラデー回転素子（１）
の厚みＬを０．０９３とすると、変調度ｍは、ｍ−５ｉ
ｎ２ＶＨＬ 一５ｉｎ　　（２Ｘ１．５Ｘ６Ｘ０．０９Ｘｌ／６０）
−ｓｉｎ　Ｏ，０２７”−０，０４５％、。

通常、変調度ｍ　−０，００４％の場合、３ｄＢのＳＮ
比で検出できるので、ｍ　＝　０．０４５％ならば十分
な感度で検出できることが明らかとなる。

以上のことから、漏洩磁界Ｈの強さを容易に推定するこ
とができ、ひいては被測定体（ｌＯ）の表面に生じた微
小な傷の大きさを定量的に探知できることが分かる。

しかも、被測定体（１０）の表面に垂直に光を入射させ
ているので、微小な傷の測定に最適である。

また、光をファラデー回転素子（１）内において往復さ
せるので、角度の回転量を倍加させ、ｙｎ１定感度を上
げることができる。

このほか、次のような利点もある。すなわち、探傷時に
被測定体（ｌＯ）の全体を外部磁石（３３）で磁化する
ので、被測定体（ｌＯ）の表面近傍には、被測定体（１
０）の表面と平行な漏洩磁界Ｈ′が発生する。

この漏洩磁界Ｈ′はファラデー回転素子（１）を進行す
る光と垂直である。したがって光の進行方向と漏洩磁界
Ｈ′とのスカラー積が０となりファラデー回転は生じな
いので、漏洩磁界Ｈ′の影響をほとんど受けることなく
測定することができる。

ところで、ファラデー回転素子（１）から出射した後、
無偏光ビームスプリッタ■で一部反射された光は、被測
定体（１０）の表面とほぼ平行に進行するので、偏光ビ
ームスプリッタ（４）等を通過するときに上記漏洩磁界
Ｈ′により僅かのファラデー回転が生じ、これが測定に
誤差を与えることがある。

第３図は、この点を考慮して構成された探傷装置を示す
構成図である。この探傷装置では、被測定体（ｌＯ）の
全体を外部磁石で磁化したことにより生じる漏洩磁界Ｈ
′の上記悪影響をなくすため、ＬＥＤ発光ダイオードを
１個追加し、この追加したＬＥＤ発光ダイオードから取
り出された光を、漏洩磁界Ｈ′の影響を打ち消すための
補正光として利用している。

同図に示すように、センサケース（１１）の底面に反射
型ファラデー回転素子（１）を置き、その上部に、２枚
のガラス板（２Ｂ）　（２７）を重ねてほぼ斜め４５°
に配置し、さらにその上部に偏光ビームスプリッタ（２
３）、ロッドレンズ（２２）　（２５）を配置し、それ
ぞれ第１の発光ダイオード（２１）、第２の発光ダイオ
ード（２４）の出射面に対面させている。ガラス板（２
Ｂ）（２７）の片面にはそれぞれ反射膜（２８ａ）　（
２７ａ）がコートされており、これらの反射膜（２６ａ
）　（２７ａ）カ互イに向き合っているＯガラス板（２
Ｂ）の水平横側には、偏光ビームスプリッタ（１３）、
ロッドレンズ（１４）を設け、ロッドレンズ（１４）を
受光ダイオード（１５）の受光面に対向させている。ま
た、ガラス板（２７）の水平横側には、偏光ビームスプ
リッタ（４）、ロッドレンズ（６）を設け、受光ダイオ
ード８）の受光面に対向させている。（１Ｂ）は、両受
光ダイオード［Ｆ］）　（１５）の検出信号の差に比例
した信号を得る合成器である。

上記偏光ビームスプリッタ（４Ｌ　（１３）はセンサケ
ース（１１）の底面から等しい高さに配置されている。

上記第１の発光ダイオード（２１）から照射された光は
、偏光ビームスプリッタ（２３）を通して反射型ファラ
デー回転素子（１）に直接入光できるよう配置され、フ
ァラデー回転素子（１）から反射された光は、ガラス板
（２７）の反射膜（２７ａ）により反射され、偏光ビー
ムスプリッタ（４）に入射可能となるよう配置されてい
る。また上記第２の発光ダイオード（２４）を出た光は
偏光ビームスプリッタ（２３）を通してガラス板（２６
）の反射膜（２６ａ）により反射され、偏光ビームスプ
リッタ（１３）に入射されるようになっている。

上記のように構成したので、第１の発光ダイオード（２
１）を出た光は、ロッドレンズ（２２）により平行ビー
ム化され、偏光ビームスプリッタ（２３）により直線偏
光成分のみ取り出される。そして、取り出された直線偏
光の光は、うアラデー回転素子（１）の入射面にほぼ垂
直に入射し、反射膜（９）により反射され、ファラデー
回転素子（１）から再び出射される。そして、ガラス板
（２７）の反射膜（２７ａ）により反射され、偏光ビー
ムスプリッタ（４）に入射し、ロッドレンズ（６）を通
して受光ダイオード［Ｆ］）により受光される。一方、
第２の発光ダイオード（２４）を出た光は、ロッドレン
ズ（２５）により平行ビーム化され、偏光ビームスプリ
ッタ（２３）により直線偏光成分のみ取り出され、ガラ
ス板（２ｑ）の反射膜（２８ａ）により反射される。そ
して、反射光は偏光ビームスプリッタ（１３）に入射し
、ロッドレンズ（１４）を通して受光ダイオードにより
受光される。両受光ダイオード（８）（１５）の検出信
号は合成器（１Ｂ）において差を取られ、差に比例した
信号が合成器（１６）から出力される。

被測定体（１０）の周囲には、傷による漏洩磁界Ｈの外
に、被測定体（１０）の全体を磁化したことにより生じ
る漏洩磁界Ｈ′が分布している。これがビームスプリッ
タ（４）に作用してファラデー回転を生じさせ、傷によ
る漏洩磁界Ｈの検出誤差として作用する。そこで、偏光
ビームスプリッタ（４）、偏光ビームスプリッタ（１３
）を利用して、それぞれ漏洩磁界Ｈ′によるほぼ等量の
ファラデー回転を生じさせる。そして合成器（１Ｂ）に
おいて、受光ダイオード（１５）の出力信号と、前述し
た受光ダイオード（８）の出力信号との差を取り、合成
器（１６）から差に比例した信号のみを出力することに
より、偏光ビームスプリッタ（４）（１３）を通過する
時に生じるファラデー回転を相殺する。これにより漏洩
磁界Ｈ′の影響をなくすことができ、１１）Ｊ定の精度
をさらに向上させることができる。

第４図は、第３図の探傷装置と同じ目的を達成する、他
の探傷装置を示す構成図である。この探傷装置では、Ｌ
ＥＤ発光ダイオードを１個のみ使用し、この発光ダイオ
ードから取り出された光を２つに分割して、一方の光を
漏洩磁界Ｈ′の影響を打ち消すための補正光として利用
している。

センサケース（１１）の底部に反射型ファラデー回転素
子（１）を配置し、ファラデー回転素子（１）の上部に
無偏光ビームスプリッタ■、偏光ビームスプリッタ（３
）、ロッドレンズ（５）を下から順に設け、ロッドレン
ズ（５）の上面を発光ダイオード■の出射面に対面させ
ている。無偏光ビームスプリッタ■の水平右側には、偏
光ビームスプリッタ（４）、ロッドレンズ（６）を設け
、受光ダイオード■の受光面に対向させている。一方、
無偏光ビームスプリッタ■の水平左側には、゛偏光ビー
ムスプリッタ（１３）、ロッドレンズ（１４）を設け、
受光ダイオード（１５）の受光面に対向させている。偏
光ビームスプリッタ（４）と偏光ビームスプリッタ（１
３）とはセンサケース（１１）の底面から同じ高さに配
置されている。

ＬＥＤ発光発光ダイオード比た光は、ロッドレンズ（５
）により平行ビーム化され、偏光子（３）により直線偏
光成分のみ取り出される。そして、取り出された直線偏
光した光は、無偏光ビームスプリッタ■を透過してファ
ラデー回転素子（１）の入射面に垂直に入射し、反射膜
（９）で反射する。反射膜（９）で反射した光は再度無
偏光ビームスプリッタ０）に入射する。無偏光ビームス
プリッタ■では、光は一部反射されて、偏光ビームスプ
リッタ（４）に入り、ファラデー回転した偏光のみ透過
し、ロッドレンズ（６）を経て受光ダイオード［Ｆ］）
に入射する。

一方、偏光ビームスプリッタ口）より出射する光は、無
偏光ビームスプリッタ■において一部が水平方向に反射
され、偏光ビームスプリッタ（１３）を通り、ロッドレ
ンズ（１４）を通して受光ダイオード（１５）で受光さ
れる。したがって、受光ダイオード（１５）には、漏洩
磁界Ｈによる変調を何ら受けない光（補正光）が検出さ
れる。

上記の探傷装置には、傷による漏洩磁界Ｈの外に、被測
定体くｌＯ）の全体を磁化する主磁界の漏洩磁界Ｈ′が
分布している。これが偏光ビームスプリッタ（４）にフ
ァラデー回転等を生じさせ、傷による漏洩磁界Ｈの検出
誤差として作用する。そこで、第３図の実施例と同じく
、偏光ビームスプリッタ（１３）を通過する補正光を利
用して、主磁界の漏洩磁界Ｈ′の影響を相殺することが
でき、測定精度を向上させることができる。

しかも、第３図の実施例と異なり、単一のＬＥＤ発光ダ
イオードを使用し、無偏光ビームスプリッタ■において
２つの光束に分割し、１つを補正光として利用している
ので、ＬＥＤ発光ダイオードおよびロッドレンズを１組
装備すればよく、構成が簡単化されるという利点がある
。

なお、上記の各実施例ではＬＥＤ発光ダイオード（７）
と偏光ビームスプリッタ（３）との組合わせにより光出
射手段を構成していたが、光出射手段は直線偏光光を照
射するレーザ装置であってもよい。

レーザ光線を使用するとビームを絞る・ことが容易にで
きるので、微小な傷を探傷するのに有利である。その他
この発明の要旨を変更しない範囲内において、種々の設
計変更を施すことが可能である。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明の探傷装置によれば、磁化された
被測定体表面の傷に起因する漏洩磁界に基づく光学的な
ファラデー回転効果を利用して探傷しているので、被測
定体の傷の大きさを良好な感度で定量的に探知すること
ができる。しかも、光学的に検出を行うので、周囲の電
磁誘導の影響を受けずに済み、かつ、電気のショートに
よるスパーク発生の虞れがなく、爆発雰囲気下でも安全
に測定することができるという特有の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は探傷装置の一実施例を示す構成図、第２図は磁
化された被測定体の表面における微小な傷を探知する説
明図、 第３図は光源を１つ付加して漏洩磁界Ｈ′の影響を相殺
する実施例を示す構成図、 第４図は単一の光源を用いて漏洩磁界Ｈ′の影響を相殺
する実施例を示す構成図である。 Ｈ・・・傷に起因する漏洩磁界、 Ｈ′・・・被測定体の磁化に伴い生じる漏洩磁界、（１
）・・・ファラデー回転素子、 ■・・・無偏光ビームスプリッタ、 （３）（４）（１３）・・・偏光ビームスプリッタ、（
７）（２１）（２４）・・・ＬＥＤ発光ダイオード、（
８）（２０）・・・受光ダイオード、（９）・・・反射
膜、（１０）・・・被測定体、（３２）・・・傷特許出
願人　住友電気工業株式会社 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直線偏光の光を出射する光出射手段と磁化された被
   測定体の表面における傷に起因する漏洩磁界が分布され
   た状態で被測定体の表面と対向配置され、上記光を導入
   するファラデー回転素子と、ファラデー回転素子を通過
   した光のファラデー回転成分を取り出す検光素子と、検
   光素子を通過した光を受光する受光素子とを具備するこ
   とを特徴とする探傷装置。 ２、光出射手段とファラデー回転素子との間の光路上に
   ビームスプリッタを挿入しファラデー回転素子の、被測
   定体と対向する面に、ファラデー回転素子に導入された
   光を反射させる反射膜を形成し、上記反射膜を反射した
   後ファラデー回転素子から出射した光が上記ビームスプ
   リッタで分岐される方向に検光素子を配置した上記特許
   請求の範囲第１項記載の探傷装置。