JP5640298B2 - 磁気光学探傷方法及びそれに用いる装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気光学膜を用いて円筒状の被検査物の表面欠陥を検出する磁気光学探傷方法及びそれに用いる装置に関するものである。この技術は、例えば電池外装ケースの欠陥検査などに有用である。

磁性材料からなる円筒状の電池外装ケース（電池缶）の表面欠陥を検出する従来の探傷方法としては、磁気センサを用いる方法あるいはコイルを用いる方法などがある。磁気センサを用いる探傷方法では、磁気センサを電池外装ケースに近接させ、励磁された電池外装ケース表面からの漏洩磁界を測定することにより欠陥を検出する（特許文献１参照）。コイルを用いる方法では、交流電流あるいはパルス電流を流したコイルを電池外装ケースに近接させ、電池外装ケースに存在する欠陥でのインピーダンス変化や電圧変化に基づいて欠陥を判別する（特許文献２参照）。

これらの探傷方法では、磁気センサやコイルを電池外装ケースの側面全体にわたって走査する必要がある。通常、電池外装ケースをその中心軸の回りで回転させ、磁気センサやコイルを回転軸と平行な方向に移動させる。そのため、電池外装ケースを回転保持する機構、及び磁気センサやコイルを電池外装ケースに近接した状態を保持しつつ回転軸と平行方向に移動させる機構などが必要となり、構造が複雑になる。その上、何よりも、磁気センサやコイルを電池外装ケースの側面全体にわたって走査するため、電池外装ケース１個当たりの検査に時間がかかる欠点がある。

ところで、磁性材料の探傷技術として、磁気光学膜を用いる探傷方法が知られている。これは、磁性材料を励磁して材料表面の欠陥近傍に生じる漏洩磁界を磁気光学膜に磁気転写し、磁気光学効果を利用して欠陥を検出する方法である（例えば特許文献３参照）。

一般的には、透明基板上に磁気光学膜を形成し、その上にスパッタあるいは蒸着により金属反射膜を形成した磁気光学素子を用いる。反射膜を被検査物の表面に対向するように配置し、透明基板側から光を照射し、透明基板及び磁気光学膜を通った光が反射膜で反射され、再び磁気光学膜及び透明基板を通って出射する光を検出する。このとき磁気光学膜には被検査物表面からの漏洩磁界が磁気転写されているので、漏洩磁界の有無で局所的にファラデー回転角が変化し、偏光子と検光子を組み合わせることで、漏洩磁界を２次元の光強度分布として検出できる。そのため、磁気センサやコイルを用いる探傷方法に比べて広いエリアの欠陥の有無を瞬時に観察できる利点があり、広い表面積を有する鋼帯や鋼板の探傷に利用されている。

このような磁気光学探傷方法は、被検査物表面の漏洩磁界強度を検出するので、被検査物表面から磁気光学膜までの間隔が大きくなると感度が急激に低下する。そのため、欠陥検出感度を向上させるには、磁気光学膜を被検査物表面の極く近傍で一定の間隔（例えば数十〜百μｍ程度以下）を保つように配置して観察する必要がある。しかし、被検査物が平板状の場合と異なり電池外装ケースのような円筒状の場合には、その側面が湾曲しているために従来の装置構成では側面全体を検査することはできない。

勿論、被検査物表面の傷は、ある程度大きければ肉眼やカメラによっても検査できる。ところが、電池外装ケースはプレス加工で成形されるため、成形直後は表面に油類などが付着しており、洗浄して汚れをきれいに除去しなければカメラなどで検査することはできない。しかしながら製品管理などのため、成形直後に、洗浄することなく汚れたままであっても簡便に且つ迅速に欠陥を検出できる方法の開発が望まれている。

特開２００６−１５３８５６号公報 特開２００９−２５２６４４号公報 特許第２６７２９１２号公報

本発明が解決しようとする課題は、円筒状の被検査物の表面欠陥を、磁気光学膜を用いて容易に且つ効率よく短時間で検出できるようにすることである。

本発明は、被検査物に磁界を印加し、その表面の欠陥部に生じた漏洩磁界を、被検査物に近接配置した磁気光学膜に磁気転写し、磁気光学効果を利用して検出する探傷方法において、前記被検査物は円筒状をなし、磁気光学膜の上面に反射膜を設けた磁気光学素子の上部で前記円筒状の被検査物を横方向に転動させることで、前記被検査物の側面を全周にわたって順次前記磁気光学素子に接触させ、それによって前記被検査物側面の漏洩磁界を前記磁気光学膜に順次磁気転写しつつ、前記磁気光学素子の下方から偏光子を通した光を照射し、前記反射膜で反射した光を検光子を通して観察することにより、被検査物の全側面に存在する欠陥部を、前記被検査物の側面全体を展開した２次元の光強度分布として検出するようにしたことを特徴とする磁気光学探傷方法である。

最も単純には、円筒状の被検査物が、磁気光学素子の上面を自重で接触しながら転動するように構成する。あるいは、磁気光学素子を保持部材の凹部に嵌め込んで前記磁気光学素子の上面が保持部材の上面よりも低くなるようにし、円筒状の被検査物が保持部材の上面を自重で接触しながら転動することで、前記被検査物を前記磁気光学素子に対して非接触状態とすることもできる。

最も典型的には、円筒状の被検査物は電池外装ケースである。その底面外側に永久磁石を装着することで被検査物に磁界を印加することができる。

上記のような磁気光学探傷方法を実施する装置としては、磁気光学膜の上面に反射膜を設けた磁気光学素子と、該磁気光学素子の上方に位置し円筒状の被検査物を横方向に搬送する櫛形コンベアと、前記磁気光学素子の下方に位置する光学系とを具備し、前記櫛形コンベアは、円筒状の被検査物が１個ずつ入る溝を複数並設し各溝の深さが被検査物の直径よりも浅い構造であり、前記光学系は、光源からの光が偏光子を通して前記磁気光学素子を照射し、その反射光を検光子を通してＣＣＤカメラで画像化する構成がある。

本発明に係る探傷方法は、磁気光学膜の上面に反射膜を設けた構造の磁気光学素子の上方で円筒状の被検査物を横方向に転動させ、磁気光学素子の下方から観察するように構成しているため、被検査物と磁気光学膜との間隔を常に一定に保ちつつ被検査物が１回転する間に、被検査物側面の欠陥により生じている漏洩磁界を磁気光学膜に磁気転写でき、それによって側面全体を観察することができ、表面欠陥を容易に且つ効率よく短時間で検出できる。

本発明では、円筒状の被検査物が、磁気光学素子の上面を接触しながら転動する場合でも、自重で接触しているだけなので、反射膜あるいはその上の保護膜が損傷する恐れは少ない。また、磁気光学素子を保持部材の凹部に嵌め込んで前記磁気光学素子の上面が保持部材の上面よりも低くなるようにすると、円筒状の被検査物が保持部材の上面に自重で接触しながら転動しても、前記被検査物は前記磁気光学素子に対して浮いて非接触の状態となるため、磁気光学素子の耐久性は向上し、長期間にわたる使用が可能となる。

円筒状の被検査物が電池外装ケースの場合には、有底構造となるので、その底面外側に厚み方向に着磁した円板状の永久磁石を装着することで、該被検査物に磁界を印加することができる。このようにすると、各被検査物に個別に永久磁石を取り付けることになるので、転動しつつ横方向に搬送させても、その搬送の障害となることもない。また、永久磁石による磁界が磁気光学膜に直接作用する恐れも少ない。

円筒状の被検査物を横方向に搬送するために、被検査物が１個ずつ入る溝を複数並設し各溝の深さが被検査物の直径よりも浅い構造の櫛形コンベアを用いると、被検査物を１個ずつ所定の間隔で磁気光学素子の上部を転動させて観察することができる。

本発明に係る磁気光学探傷方法の説明図。 その要部の正面図。 本発明で用いる被検査物の搬送方法の一例を示す説明図。 磁気光学素子の保持構造と、被検査物と磁気光学素子との位置関係の例を示す拡大図。

本発明は、被検査物に磁界を印加し、その表面の欠陥部に生じた漏洩磁界を、被検査物に近接配置した磁気光学膜に磁気転写し、磁気光学効果を利用して検出する磁気光学探傷方法である。本発明で検査の対象とするのは、図１に示すように、円筒状の被検査物１０であり、典型的には電池外装ケースである。電池外装ケースは電池缶とも呼ばれ、鉄系の磁性材料（例えばニッケルメッキなどの表面処理を施した薄板鋼板）からなり、有底円筒状をなしている。一端が開口し、他端（底部）は閉塞して平坦面となっており、通常、プレス絞り加工で成形される。そのため、加工の際に各種の欠陥が発生する可能性がある。

本発明では、この円筒状の被検査物１０を、磁気光学素子１２の上部で横方向（矢印Ａで示す）に転動（回転方向を矢印Ｂで示す）させて検査する。被検査物１０には、その底面外側に、厚み方向に着磁された円板状の永久磁石１４を装着することで、磁界が印加される。もし、被検査物１０の表面に欠陥が存在すれば、その欠陥の近傍に漏洩磁界の変化が生じる。なお、永久磁石１４は直接、各被検査物１０に取り付けられているので、磁気光学素子１２に永久磁石１４による磁界が直接印加される恐れは少ない。

本発明で用いる磁気光学素子１２は、磁気光学膜２０の上面に反射膜２２を設けた構造である。例えば、図２に示すように、透明単結晶基板２４上に液相エピタキシャル法などにより鉄ガーネットのような磁気光学膜２０を育成し、金属などからなる反射膜２２をスパッタあるいは蒸着で形成する。反射膜の上面に更に保護膜を設けてもよい。ここで磁気光学素子１２は四角形状であって、その一方の辺（矢印Ａと直交する方向の辺）が被検査物１０の長さよりやや長く、他方の辺（矢印Ａと同じ方向の辺）が被検査物１０の全周よりもやや長い寸法とする。被検査物１０は、磁気光学素子１２の上で、反射膜２２に接触しつつ横方向に転がる。それによって、被検査物１０は、それが１回転する間、全側面が磁気光学素子１２に接触することになり、欠陥により生じる漏洩磁界が２次元平面の磁気光学膜２０に磁気転写される。

光源３０からの出射光を、偏光子３２を通して直線偏光にし、ビームスプリッタ３４で光路を曲げて、磁気光学素子１２を下方から照射する。反射膜２２で反射した光は、ビームスプリッタ３４を透過し、検光子３６を通ってＣＣＤカメラ３８で観察される。ビームスプリッタに代えてハーフミラーを用いてもよい。このようにして、光源３０からの出射光が磁気光学素子１２全体を照射し、ＣＣＤカメラ３８は磁気光学素子１２全体を撮影する。

ここで、磁気光学膜２０内の磁化方向は、自然状態で面内方向を向いている。この場合に、直線偏光を磁気光学膜２０に照射すると、反射膜２２による反射光の偏波面は回転しない。従って、偏光子３２と検光子３６の透過軸が直交していれば、反射光は検光子３６を透過できずＣＣＤカメラ３８で撮影した画像は暗くなる（黒色）。もし、磁気光学膜２０内の磁化方向が膜面に対して垂直方向を向くと、直線偏光を磁気光学膜２０に照射したとき、反射膜２２による反射光の偏波面は回転する。従って、偏光子３２と検光子３６の透過軸が直交していれば、反射光は検光子３６を透過しＣＣＤカメラ３８で撮影した画像は明るくなる（白色）。

被検査物１０が磁気光学素子１２の上部で横方向に転動することにより、被検査物１０の側面を全周にわたって展開した状態で漏洩磁界が磁気光学膜２０に磁気転写される。つまり、被検査物１０の側面に欠陥があると漏洩磁界の変化が発生し、被検査物１０が転がって欠陥が真下に位置したときに漏洩磁界によって磁気光学膜２０の磁化方向が変えられる。欠陥の有無により磁気光学膜２０の磁化方向が局所的に異なるので、その箇所では検光子３６透過する光の強度に差が生じ、ＣＣＤカメラ３８で撮影した画像は白く光って見える。例えば、中心軸と平行でない線状傷の場合、被検査物の回転に伴って（言い換えれば時間経過と共に）白い点が斜めに走るような動画が得られる。従って、ＣＣＤカメラ３８で撮影した画像における明暗の形や程度（２次元の光強度分布）から、欠陥の形状や大きさを判断できる。このようにして、被検査物１０が１回転する間に、側面に存在する線状傷やＵ字傷、あるいは皺、クラックなどの欠陥を２次元画像として検出することができる。

このように、電池外装ケースのような円筒状の被検査物１０は、磁気光学素子１２上に載置されるので、横方向に転がすことにより、１回転する間に側面全体が順次磁気光学素子１２に接触する。従って、被検査物１０と磁気光学素子１２との間隔を常に一定に且つ極めて小さい状態を維持することができる。被検査物１０を磁気光学素子１２に接触させている場合、反射膜２２あるいはそれを覆う保護膜の劣化が懸念されるが、自重で接触しているのみで膜面垂直方向に過大な負荷がかかることはなく、また滑らすのではなく転がすために、磁気光学素子１２が劣化する恐れは殆ど無い。更に、被検査物が偏心している場合でも、常に接触した状態を保つので検査することが可能となる。

図３は、円筒状の被検査物の搬送方法の一例を示している。ここでは被検査物１０は、磁気光学素子１２の上方に位置する櫛形コンベア４０によって横方向に搬送される。櫛形コンベア４０は、円筒状の被検査物１０が１個ずつ入る溝４２が複数並設され、各溝４２の深さが被検査物１０の直径よりも浅く、溝４２の幅は被検査物１０の直径よりも大きい構造である。各溝４２に被検査物１０を納め、櫛型コンベア４０を横方向に移動させる。それによって、被検査物１０は溝４２内で転がりながら磁気光学素子１２上を移動し、下方に位置する光学系で観察される。

被検査物１０は、磁気光学素子１２に直接接触していてもよいが、磁気光学素子１２に対して常に極く僅かな一定の隙間が形成されるようにすると、磁気光学素子１２の磨耗を防止できる。そのためには、図４に示すように、磁気光学素子１２を保持部材５０の窪み５２に、該磁気光学素子１２の上面が保持部材５０の上面よりも僅かに低くなるように落とし込んで取り付ければよい。保持部材５０は、下側から光が照射できるように中央部に開口を有する枠形状とする。これによって被検査物１０が保持部材５０上、即ち枠部の上面を転動するように構成され、被検査物１０と磁気光学素子１２との間隔ｓを一定に保つことができる。例えば、前記間隔ｓを２０μｍ程度に設定すれば、被検査物表面からの漏洩磁界強度を殆ど減衰させることなく高感度で検出でき、しかも磁気光学素子の最上層の反射膜（あるいは保護膜）の損傷を防ぐこともできる。

このように保持部材５０によって磁気光学素子１２を低い位置で保持するように構成すると、円筒状の被検査物の外径が軸方向で僅かに変わっているような場合（例えば、電池外装ケースでは電池素子を収容した後にかしめるために開口端近傍部が僅かに大径となっていることがある）でも、保持部材と磁気光学素子の高低差を利用して真っ直ぐに転がるように補正することができる。

７００μｍ厚のＳＧＧＧ単結晶基板（透明基板）上に、液相エピタキシャル法により２μｍ厚のＢｉ置換鉄ガーネット膜（磁気光学膜）を育成し、その上に２００ｎｍ厚のＰｔスパッタ膜（反射膜）を形成して磁気光学素子とした。電池外装ケースの底面に永久磁石を装着し、磁気光学素子上に乗せ横方向に転動させた。光源には緑色のＬＥＤを用い、偏光子を用いて直線偏光にして、磁気光学素子の下方から照射し、反射光を検光子を通してＣＣＤカメラで受光し、画像を取得した。

このような装置構成で、電池外装ケースの表面を観察したところ、幅２００μｍ程度の微小な線状傷であっても確実に検出することができた。

１０ 被検査物
１２ 磁気光学素子
１４ 永久磁石
２０ 磁気光学膜
２２ 反射膜
３０ 光源
３２ 偏光子
３４ ビームスプリッタ
３６ 検光子
３８ ＣＣＤカメラ

Claims (4)

1. 被検査物に磁界を印加し、その表面の欠陥部に生じた漏洩磁界を、被検査物に近接配置した磁気光学膜に磁気転写し、磁気光学効果を利用して検出する探傷方法において、
   前記被検査物は円筒状をなし、磁気光学膜の上面に反射膜を設けた磁気光学素子の上部で前記円筒状の被検査物を横方向に転動させることで、前記被検査物の側面を全周にわたって順次前記磁気光学素子に接触させ、それによって前記被検査物側面の漏洩磁界を前記磁気光学膜に順次磁気転写しつつ、前記磁気光学素子の下方から偏光子を通した光を照射し、前記反射膜で反射した光を検光子を通して観察することにより、被検査物の全側面に存在する欠陥部を、前記被検査物の側面全体を展開した２次元の光強度分布として検出するようにしたことを特徴とする磁気光学探傷方法。
2. 円筒状の被検査物が、磁気光学素子の上面を自重で接触しながら転動する請求項１記載の磁気光学探傷方法。
3. 円筒状の被検査物が電池外装ケースであり、その底面外側に永久磁石を装着することで被検査物に磁界を印加する請求項１又は２記載の磁気光学探傷方法。
4. 請求項３の磁気光学探傷方法の実施に用いる装置であって、磁気光学膜の上面に反射膜を設けた磁気光学素子と、該磁気光学素子の上方に位置し円筒状の被検査物を横方向に搬送する櫛形コンベアと、前記磁気光学素子の下方に位置する光学系とを具備し、前記櫛形コンベアは、円筒状の被検査物が１個ずつ入る溝を複数並設し各溝の深さが被検査物の直径よりも浅い構造であり、前記光学系は、光源からの光が偏光子を通して前記磁気光学素子を照射し、その反射光を検光子を通してＣＣＤカメラで画像化する構成をなしている磁気光学探傷装置。

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