JPH08248003A - 磁気光学欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁化器５０による磁束の直接の影響によって
ファラデ−効果素子２１が磁気飽和し疵の検出ができな
くなるのを防止する。磁気シ−ルドを不要にする。 【構成】 磁化器による磁束変化ＳＧ５と疵による漏れ
磁束変化ＳＧ６との位相差を利用し、ＳＧ５のゼロクロ
ス点の近傍でファラデ−効果素子２１の露光を実施し、
それ以外の期間は露光を禁止する。磁化器の付勢周期Ｔ
２を露光周期Ｔ１の２倍に定め、ＳＧ５の各々のゼロク
ロス点で露光を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファラデ−効果を利用
して磁気光学的に検査対象物の欠陥を検出する装置に関
し、例えば厚板鋼板等における表面欠陥及び表層内部欠
陥を検出するのに利用しうる。

【０００２】

【従来の技術】近年、ファラデ−効果を利用して磁気光
学的に検査対象物の欠陥を検出する方法が注目されてい
る。この方法では、強磁性体でなる検査対象物を磁化
し、その表面に近接配置したファラデ−効果素子（又は
磁気光学効果素子と呼ばれる）に直線偏光の光を入射さ
せ、該素子を透過しその底面の反射膜で反射し、再びフ
ァラデ−効果素子を透過した反射光の偏光状態を、検光
子を介して観察する。

【０００３】ファラデ−効果素子上には、全域に渡って
迷路状に磁区が存在している。そして、ファラデ−効果
素子を通過する光の偏光面は、ファラデ−効果素子上の
磁区に応じて回転する。従って、ファラデ−効果素子に
直線偏光を照射した状態で、それを検光子を介して観察
すると、例えば図１０に示すような磁区模様を見ること
ができる。

【０００４】磁気光学欠陥検査装置においては、検査対
象物の近傍に配置したファラデ−効果素子の磁区模様の
太さが、検査対象物からの漏れ磁束によって変わる。即
ち、磁区の自発磁化の方向と同じ向きの磁束によって磁
区が太くなり、反対方向の磁束によって磁区が細くな
る。検査対象物に欠陥がない時には漏れ磁束がないが、
欠陥があると漏れ磁束が生じるので、検査対象物上の欠
陥の有無に応じて、磁区模様の磁区の太さが変わる。従
って、検光子を通して観察される画像光に基づいて、欠
陥の有無を検出しうる。

【０００５】この種の磁気光学欠陥検査装置の従来技術
については、例えば、特開平２−２５３１５２号公報及
び特開平３−２７６０５０号公報に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】磁気光学欠陥検査装置
においては、検査対象物の欠陥部分で漏れ磁束が生じる
ように、電気コイルなどで構成される磁化器を用いて検
査対象物を磁化する必要がある。検査対象物が大形の鋼
材などである場合には、磁気光学欠陥検査装置の磁化
器，ファラデ−効果素子，照明装置，撮像装置などを一
体に構成するのが望ましい。即ち磁気光学欠陥検査装置
を一体化することにより、それを検査対象物上に乗せ
て、それと検査対象物との間隙を一定に保ったまま移動
するのが比較的容易になる。またもしも、検査対象物の
表側の面にファラデ−効果素子を対向させ、検査対象物
の裏側の面に磁化器を対向させるように配置すると、そ
れらを移動する場合に、表側のファラデ−効果素子と裏
側の磁化器との位置合せが難しくなるし、それらの保持
機構や走査機構が大型化する。

【０００７】ところが、磁気光学欠陥検査装置を一体化
し、検査対象物の同一の面上に磁化器とファラデ−効果
素子とを互いに近接させて配置すると、それらの間に遮
蔽物が存在しないので、ファラデ−効果素子が磁化器の
磁界の影響を直接受けることになる。即ち、磁化器の発
生する磁界が、ファラデ−効果素子の検出すべき漏れ磁
束の垂直磁界にノイズとして重畳されるため、それが欠
陥検出に悪影響を及ぼす。特に、磁化器が発生する磁界
は非常に大きいため、そのノイズによってファラデ−効
果素子が磁気飽和し易く、磁気飽和が生じると欠陥検出
が不可能になる。飽和磁束密度の大きなファラデ−効果
素子を用いれば、磁気飽和を防止できるが、そのような
ファラデ−効果素子は感度が低いので、それを用いると
欠陥の検出感度も低下する。

【０００８】例えば、ファラデ−効果素子と磁化器との
間に磁気シ−ルド部材を設置すれば、ファラデ−効果素
子が磁化器から受ける垂直磁界の悪影響を低減すること
が可能である。しかし、磁気シ−ルド部材を設置する
と、磁気光学欠陥検査装置の構造が複雑化し、重量も増
大する。

【０００９】従って本発明は、高感度のファラデ−効果
素子を磁化器の近傍に配置する場合であっても、ファラ
デ−効果素子の磁気飽和によって欠陥の見落しが生じる
のを防止するとともに、ファラデ−効果素子と磁化器と
の間の磁気シ−ルドを不要にすることを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、検査対象物の少なくとも表層部を磁化
する磁化手段（５０）；検査対象物の磁化される面の近
傍に配置され、それが受ける磁界に応じて磁区が変化す
る、ファラデ−効果素子手段（２１）；直線偏光の光
を、前記ファラデ−効果素子手段の面に照射する、照明
手段（１０）；前記ファラデ−効果素子手段からの反射
光を受光する検光子（２２）；該検光子の近傍に配置さ
れ、検光子を通った光の強度から検査対象物上の欠陥を
検出する、欠陥検出手段（２４，４１〜４６）；を含む
磁気光学欠陥検査装置において：前記磁化手段の付勢
と、前記ファラデ−効果素子手段の露光もしくはファラ
デ−効果素子手段からの反射光の検出との同期をとる、
同期制御手段（８１）；及び磁化手段の付勢レベルが小
さい時に、前記ファラデ−効果素子手段の露光もしくは
ファラデ−効果素子手段からの反射光の検出をするよう
に信号の位相を調整する、位相調整手段（８５）；を設
ける。

【００１１】また請求項２の発明では、前記磁化手段を
付勢する交流電力波形の周期が、前記ファラデ−効果素
子手段の露光周期及びファラデ−効果素子手段からの反
射光の検出周期の少なくとも一方の２倍に設定される。

【００１２】また請求項３の発明では、前記ファラデ−
効果素子手段の露光期間及びファラデ−効果素子手段か
らの反射光の検出期間の少なくとも一方を、前記磁化手
段の付勢レベルが小さい期間中のみに制限する、期間制
限手段（９４）を備える。

【００１３】なお上記括弧内に示した記号は、後述する
実施例中の対応する要素の符号を参考までに示したもの
であるが、本発明の各構成要素は実施例中の具体的な要
素のみに限定されるものではない。

【００１４】

【作用】図１５に示すグラフは、磁気光学欠陥検査装置
における垂直方向磁束密度の分布状態を示している。図
１５において、Ｓ１５Ａ，Ｓ１５Ｂ，Ｓ１５Ｃ及びＳ１
５Ｄは、それぞれ磁化器の励磁電流波形に同期した時刻
ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ及びＴＤでサンプリングした信号であ
り、時刻ＴＢは磁化器の励磁電流波形の電流が０になる
位相と一致しており、時刻ＴＡ，ＴＣ及びＴＤは、それ
ぞれ時刻ＴＡに対して−３０度，＋３０度及び＋６０度
ずれた位相と対応している。またこの例では、磁化器の
２つの磁極のほぼ中央に位置する鋼板上の欠陥から漏れ
磁束が生じている場合を想定している。図１５を参照す
ると、時刻ＴＡ，ＴＣ及びＴＤでは、欠陥が存在しない
位置においても、磁束密度が大きくなっていることが分
かる。また、欠陥の位置から離れるに従って、即ち磁化
器の磁極に近づくにつれて、磁束密度が増大している。

【００１５】図１６に示すグラフは、磁気光学欠陥検査
装置の磁化器の磁極の近傍での垂直方向磁束密度の時間
変化Ｓ１６Ａと、磁化器の２つの磁極の略中央の検査対
象鋼板上に欠陥（疵）が存在する場合の欠陥近傍の垂直
方向磁束密度の時間変化Ｓ１６Ｂとの関係を示してい
る。図１６を参照すると、磁化器の付勢によって生じる
垂直方向磁束密度の波形Ｓ１６Ａと欠陥によって生じる
垂直方向磁束密度の波形Ｓ１６Ｂとの間には位相差が存
在することが分かる。この例では、位相差が１３５度に
なっているが、この位相差は一定ではなく、鋼板の厚み
等に応じて位相差が変わる。例えば、鋼板の厚みが薄く
なるに従って、位相差は小さくなる傾向がある。

【００１６】このような位相差があるため、磁化器によ
って直接生じる磁束（Ｓ１６Ａ）の影響が比較的小さい
時に、欠陥によって生じる信号Ｓ１６Ｂの存在の有無を
調べることができる。逆に、磁化器によって直接生じる
磁束（Ｓ１６Ａ）の影響が大きい時に欠陥の検査を禁止
することによって、磁化器によって直接生じる磁束（Ｓ
１６Ａ）の影響を避けることができる。

【００１７】図１７は、鋼板上の疵のある領域を磁気光
学欠陥検査装置で検査した時に磁気光学欠陥検査装置の
内部に得られる信号の例を示している。即ち、ファラデ
−効果素子からの反射光を検光子を介して一次元イメ−
ジセンサで撮像した時の１ラインの画像信号が、Ｓ１７
Ａ及びＳ１７Ｂに対応する。但し、ノイズであるファラ
デ−効果素子上の磁区模様（ノイズ）の成分は予め消去
されている。また、信号Ｓ１７ＡとＳ１７Ｂとは、同一
の走査位置の画像信号を互いに異なるタイミングでサン
プリングして得られたものであり、信号Ｓ１７Ａは磁化
器の磁極近傍の垂直方向磁束密度がほぼ零の時の信号で
あり、信号Ｓ１７Ｂは磁化器の磁極近傍の垂直方向磁束
密度が最大（交流波形のピ−ク）の時の信号である。

【００１８】図１７を参照すると、信号Ｓ１７Ａ上に
は、疵の位置で疵の存在を示すレベル変化が現われてい
るのに対し、信号Ｓ１７Ｂにおいては、疵の位置での特
徴的なレベル変化は現われておらず、疵が存在しない位
置でレベル変化が生じている。即ち、信号Ｓ１７Ｂをサ
ンプリングした時には、磁化器の付勢によって直接生じ
る垂直方向磁束密度が非常に大きいため、その影響によ
ってファラデ−効果素子が両端の近傍で磁気飽和しかか
っている。また、磁化器による磁束と疵によって生じる
漏れ磁束との位相差のために、疵の位置では疵信号が信
号Ｓ１７Ｂに現われない。従って、磁化器の磁極近傍の
垂直方向磁束密度が大きい時に疵の検査を実施すると、
疵の検出漏れが生じる可能性があるが、磁化器の磁極近
傍の垂直方向磁束密度がほぼ零の時に疵の検査を実施す
れば、確実に疵を検出できる。

【００１９】本発明では、同期制御手段（８１）が磁化
手段（５０）の付勢と、ファラデ−効果素子手段（２
１）の露光もしくはファラデ−効果素子手段からの反射
光の検出との同期をとり、位相調整手段（８５）が、磁
化手段の付勢レベルが小さい時に、前記ファラデ−効果
素子手段の露光もしくはファラデ−効果素子手段からの
反射光の検出をするように信号の位相を調整する。従っ
て、欠陥検出手段（２４，４１〜４６）が検出する信号
については、磁化手段が発生する磁束の直接の影響が小
さい。このため、高感度のファラデ−効果素子手段を用
いる場合であっても、それが磁気飽和しない時に検査対
象物を検査することができ、疵の有無を確実に検出でき
る。

【００２０】また請求項２においては、磁化手段を付勢
する交流電力波形の周期（Ｔ２）が、ファラデ−効果素
子手段の露光周期（Ｔ１）及びファラデ−効果素子手段
からの反射光の検出周期の少なくとも一方の２倍に設定
される。磁化手段が発生する磁束の直接の影響が小さく
なるタイミングは、磁化手段を付勢する交流電力波形の
ゼロクロス点の近傍であるため、このタイミングは交流
電力波形の１周期に２回存在する。従って、周期Ｔ２を
周期Ｔ１の２倍にすることによって、磁化手段を付勢す
る交流電力波形のそれぞれのゼロクロス点近傍で、疵の
有無を検出できる。即ち、Ｔ２とＴ１の周期を同一にす
る場合と比べ、２倍の速度で疵の検査を実施しうる。

【００２１】また請求項３においては、ファラデ−効果
素子手段の露光期間及びファラデ−効果素子手段からの
反射光の検出期間の少なくとも一方が、期間制限手段
（９４）によって、磁化手段の付勢レベルが小さい期間
中のみに制限される。

【００２２】

【実施例】実施例の磁気光学欠陥検出装置の主要部であ
る検出ユニットの構成を図１に示す。図１を参照して説
明する。ケ−シング２０の先端部２０ａに薄板状のファ
ラデ−効果素子２１が固定されている。ケ−シング２０
の内部には、ファラデ−効果素子２１の面に光軸を向け
て配置された照明装置１０が備わっている。また、照明
装置１０と別の位置に、ＣＣＤイメ−ジセンサが撮像装
置２４として設置されている。照明装置１０から出た照
明光は、ファラデ−効果素子２１を透過し、その底面の
反射膜で反射して再びファラデ−効果素子２１を透過
し、検光子２２及びレンズ２３を通って撮像装置２４で
受光される。

【００２３】照明装置１０の縦断面を拡大して図２に示
し、照明装置１０の平面図を図３に示す。図２及び図３
を参照して説明する。光拡散体１は、直方体のガラス材
料で構成してある。大きさは、Ｘ軸方向が９０ｍｍ、Ｙ
軸方向が２ｍｍ、Ｚ軸方向が５０ｍｍになっている。光
拡散体１の６つの面１１，１２，１３，１４，１５及び
１６のうち、側方の４面１１，１２，１３及び１４に
は、アルミニウムの蒸着によって形成した光反射膜１ｃ
がそれぞれ設けてあり、残りの２面１５及び１６は透明
になっている。

【００２４】光拡散体１の面１５には、それと対向する
面１６の方向に光軸を向けて配置した５個の発光ダイオ
−ド２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ及び２ＥをＸ軸方向に等間
隔に並べて固定してある。発光ダイオ−ド２Ａ，２Ｂ，
２Ｃ，２Ｄ及び２Ｅは、全て近赤外線の波長（７７０〜
７９０ｎｍ）で発光する特性を有している。近赤外線の
波長で発光する発光ダイオ−ドを照明用光源として用い
ることにより、ファラデ−効果素子２１の検出感度が高
くなる。

【００２５】光拡散体１の上側の面１４には、発光ダイ
オ−ド２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ及び２Ｅの近傍に、それ
ぞれ、フォトダイオ−ド６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ及び６
Ｅが受光面を下に向けて設置してある。フォトダイオ−
ド６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ及び６Ｅの受光面と対向する
部分については、面１４の光反射膜１ｃは取除いてあ
る。即ち、フォトダイオ−ド６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ及
び６Ｅは、それぞれ、発光ダイオ−ド２Ａ，２Ｂ，２
Ｃ，２Ｄ及び２Ｅの近傍での照度を検出することができ
る。

【００２６】光拡散体１の側方の４面１１，１２，１３
及び１４には光反射膜１ｃが形成されているので、発光
ダイオ−ド２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ及び２Ｅから出た光
は、入射面１ａから光拡散体１に入射し、その内空間で
光反射膜１ｃによって反射を繰り返し、出射面１ｂから
光拡散体１の外に出る。発光ダイオ−ドは比較的指向性
が高いため、入射面１ａの近傍では、位置によって照度
に大きな差が生じるが、光拡散体１の内部で反射を繰り
返すことによって、照度が均一化され、照度分布が比較
的平担になる。

【００２７】照明光の光強度分布を更に平担にするため
に、出射面１ｂの外側に、２組の光拡散器３及び４を設
置してある。光拡散器３及び４の材料は、半透明の樹脂
フィルムであり、それを透過する光を拡散する機能を有
する。光拡散器３は、出射面１ｂの全幅に渡ってそれを
覆うように配置した１枚の樹脂フィルムで構成してあ
る。また光拡散器４は、分割された複数の樹脂フィルム
で構成してあり、複数の樹脂フィルムは各々、発光ダイ
オ−ド２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ及び２Ｅの光軸の中心
（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５）が通る位置及びその
周辺部のみを覆うように配置されている。

【００２８】光拡散体１の内部での反射の繰り返し、な
らびに光拡散器３及び４のそれぞれによる光の拡散によ
って、図４に示すように、光強度分布は平担化されるの
で、この照明装置１０の出力には、均一な照度分布が得
られる。また、光拡散器３，４の外側に偏光板５が設置
されているため、照明装置１０の出力には、直線偏光の
照明光が得られる。この照明光が、図１に示すファラデ
−効果素子２１に照射される。

【００２９】この実施例では、光拡散体１の内部におけ
る照度分布を最適にするために、各位置の光量を検出す
るフォトダイオ−ド６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ及び６Ｅ
と、発光ダイオ−ド２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ及び２Ｅの
光量を調節する光量調節回路７を設けてある。

【００３０】光量調節回路７の構成を図５に示す。図５
を参照すると、光量調節回路７には、それぞれ発光ダイ
オ−ド２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ及び２Ｅの光量を調節す
る、独立した５組の回路が備わっている。各々の回路に
は、可変抵抗器７ａ，減算器７ｂ，増幅器７ｃ及びドラ
イバ７ｄが備わっている。５組の回路の可変抵抗器７ａ
には、それぞれ独立した目標レベルＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，
ＶＤ及びＶＥがセットされる。フォトダイオ−ド６Ａ，
６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ及び６Ｅの出力信号は、増幅器７ｃで
増幅され、減算器７ｂに印加される。減算器７ｂは、可
変抵抗器７ａが出力する目標レベルと増幅器７ｃの出力
レベルとの差の信号をドライバ７ｄに印加する。従っ
て、各可変抵抗器７ａにセットされた目標レベルＶＡ〜
ＶＥと、フォトダイオ−ド６Ａ〜６Ｅの検出した光量と
に応じて、発光ダイオ−ド２Ａ〜２Ｅの発光量が自動的
に調節される。この実施例では、フォトダイオ−ド６Ａ
〜６Ｅの検出する光量分布が均一になるように、予め目
標レベルＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ及びＶＥをセットして
ある。従って、側方の面１１，１３からの反射の影響な
ども補償され、均一な照度分布が照明装置１０の出力に
得られる。

【００３１】図１に示した検出ユニットを用いて構成し
た欠陥検出装置を正面から見た状態及び側面から見た状
態の外観を、それぞれ図７及び図８に示す。この欠陥検
査装置は、製造された厚板鋼板６１の検査ラインに設置
されている。厚板鋼板６１は、図７の矢印方向に高速で
搬送されながら、その表面の全域が欠陥検査装置によっ
て検査される。実際の厚板鋼板６１は非常に大きいの
で、その全域を１台の欠陥検査装置で検査することはで
きず、従って実際には、多数の欠陥検査装置が検査ライ
ン上に配列されているが、図では１台の欠陥検査装置の
みが示されている。また、欠陥検査装置は移動しない
が、４つの車輪６２を介して厚板鋼板の表面６１ａと常
時当接しており、表面６１ａに倣って動くように支持さ
れている。

【００３２】この欠陥検査装置は、ファラデ−効果を利
用して、厚板鋼板表面の欠陥を検出する。即ち、厚板鋼
板６１を磁化する場合、欠陥が無ければ表面６１ａ上に
漏洩磁束は生じないが、欠陥があると漏洩磁束が生じ
る。従って、表面６１ａ上にファラデ−効果を生じる素
子を配置すれば、漏洩磁束の有無によって、該素子の磁
区幅が変化するので、偏光の方向によって、漏洩磁束の
有無、つまり欠陥の有無が検出できる。従って、この欠
陥検査装置の主要部は、磁化器５０，ファラデ−効果素
子２１，照明装置１０，検光子２２，レンズ２３及び撮
像装置２４で構成されている。

【００３３】ファラデ−効果素子２１は、薄板状で厚板
鋼板６１の幅方向に長い帯状（長方形状）に形成されて
おり、厚板鋼板６１の表面１ａに近接してそれと対向す
るように配置されている。ファラデ−効果素子２１の主
要部は、希土類・鉄・ガ−ネット（ＲＩＧ）の垂直磁化
膜であり、面に垂直な方向以外は難磁化特性を有し、５
００〜１０００エルステッド程度の水平磁界では磁区の
移動や磁気飽和が生じない物が使用されている。また、
膜の上面（光の入射面）には無反射コ−ティング、膜の
底面（鋼板と対向する面）には全反射コ−ティングがそ
れぞれ施されており、ファラデ−効果素子２１に入射し
た光は、垂直磁化膜内を通り、底面で反射されて再び垂
直磁化膜内を通り、ファラデ−効果素子２１から出る。
光が垂直磁化膜内を往復する間に、各々の位置の磁区に
応じて、偏光面の回転が生じる。従って、検光子２２を
介して観察できる画像（偏光パタ−ン）は、ファラデ−
効果素子２１上の磁区模様に対応する。そして、各磁区
の幅が垂直方向の磁束（価板表面又は表層部の欠陥から
の漏れ磁束）の大きさによって変化する。このため、検
光子２２を介して観察される画像により、欠陥の有無を
識別できる。

【００３４】磁化器５０の外観を図６に示す。図６を参
照すると、この磁化器５０は、強磁性体で構成されたコ
ア５１と、それに巻回された２つの電気コイル５２及び
５３で構成されている。コア５１は、４辺５１ａ，５１
ｂ，５１ｃ及び５１ｄでなる実質上矩形の枠体であり、
互いに対向する２辺５１ｃ及び５１ｄに、それぞれ電気
コイル５２及び５３が巻回してある。また残りの２辺５
１ａ及び５１ｂには、それぞれ突起５１ｅ及び５１ｆが
形成してある。２つの電気コイル５２及び５３は、巻数
が同一になっており、また互いに対称に磁束を発生する
ように結線されている。つまり、電気コイル５２の一端
５２ａがＮ極、他端５２ｂがＳ極になる時には、電気コ
イル５３の一端５３ａがＮ極、他端５３ｂがＳ極にな
り、突起５１ｅ及び５１ｆがそれぞれＮ極及びＳ極の磁
極を形成する。

【００３５】図７及び図８に示すように、突起５１ｅ及
び５１ｆは、厚板鋼板６１の表面６１ａと近接して配置
されているので、電気コイル５２及び５３に通電し、突
起５１ｅ及び５１ｆに磁極を形成することによって、厚
板鋼板６１が磁化される。また、突起５１ｅ及び５１ｆ
は、各辺５１ａ及び５１ｂの中央部に形成されているの
で、厚板鋼板６１は、磁化器５０の中心部と対向する位
置が最も強く磁化される。この位置と対向するように、
ファラデ−効果素子２１が配置されている。また、コア
５１は矩形の枠体であり、その中央部は開口部５１ｇを
形成しているので、この部分に光路が形成されるように
光学系、即ちファラデ−効果素子２１，照明装置１０，
検光子２２，レンズ２３及び撮像装置２４を含む図１の
検出ユニットが配置されている。

【００３６】照明装置１０は、スリット状の光をファラ
デ−効果素子２１に照射するので、ファラデ−効果素子
２１の全領域が同時に照明される。また照明装置１０に
は偏光板５が備わっているので、ファラデ−効果素子２
１は直線偏光された光で照明される。照明光の波長は、
ファラデ−効果素子２１の感度が高い７７０〜７９０ｎ
ｍの範囲になっている。

【００３７】検光子２２，レンズ２３及び撮像装置２４
は、ファラデ−効果素子２１の上方に、照明装置１０と
光学的に対称な位置関係で配置されている。検光子２２
は、偏光板であり、それを透過する光の偏光方向が、偏
光板５に対して４５度傾けてある。検光子２２を透過し
た光は、レンズ２３で集光されて撮像装置２４に入射
し、一次元画像として撮像される。

【００３８】また、ファラデ−効果素子２１を含む検出
ユニットを支持している部材及び突起５１ｅには、それ
ぞれ市販のレ−ザ距離計で構成される間隙センサ７１及
び７２が設置されている。間隙センサ７１は、検出面を
下に向けて配置されており、ファラデ−効果素子２１の
底面と厚板鋼板６１の表面６１ａとの間隙を検出する。
また間隙センサ７２は、検出面を下に向けて配置されて
おり、突起５１ｅ、即ち磁極の先端と厚板鋼板６１の表
面６１ａとの間隙を検出する。この欠陥検査装置は、車
輪６２などで構成される倣い機構によって、厚板鋼板６
１の表面６１ａに倣うように動くので、上記間隙が大き
く変化する機会は少ないが、厚板鋼板６１の移動に伴な
う振動などによって、間隙に僅かな変化が生じうる。し
かし、これらの間隙の大きさが変化すると、検査対象物
である厚板鋼板６１の磁化の程度が変化し、漏れ磁束の
大きさも変化し、欠陥検出に利用される信号のＳ／Ｎ比
が悪化する。そこでこの実施例では、間隙センサ７１及
び７２で検出した間隙に基づいて、電気コイル５２及び
５３に流す電流の大きさを自動的に調整し、常に最高の
Ｓ／Ｎ比が得られるように制御している。

【００３９】この欠陥検査装置の電気回路の構成を図９
に示す。図９を参照して説明する。発振器８１は、この
電気回路の基本的な制御タイミングを定める周期が一定
（Ｔ１）の同期信号ＳＹＮＣを出力する。撮像装置２４
は、同期信号ＳＹＮＣに同期して、一次元画像の読取を
繰り返し実施する。図１４に示すように、撮像装置２４
は、同期信号ＳＹＮＣが低レベルのある周期Ｔ(1)で
は、ｎライン目の一次元画像の露光とｎ−１ライン目の
一次元画像信号の撮像装置２４からの読み出しを実施
し、次の周期Ｔ(2)では、ｎ＋１ライン目の一次元画像
の露光とｎライン目の一次元画像信号の読み出しを実施
し、次の周期Ｔ(3)では、ｎ＋２ライン目の一次元画像
の露光とｎ＋１ライン目の一次元画像信号の読み出しを
実施する。この例では、撮像対象の一次元画像は、厚板
鋼板６１の移動に伴なって時間とともに変化する。従っ
て、鋼板６１上の二次元領域の画像を撮像できる。また
撮像装置２４は、同期信号ＳＹＮＣが高レベルの期間で
は、それまでの露光によって蓄積された１ライン分の各
画素の電荷を、信号読み出し用のシフトレジスタ（図示
せず）に転送する。

【００４０】発振器８１が出力する同期信号ＳＹＮＣ
は、移相器８５にも印加される。移相器８５は、入力さ
れた信号の位相を設定量だけシフトした信号を出力す
る。移相器８５の位相シフト量ψ１は可変になってお
り、オペレ−タの操作により調整できるが、この例では
同期信号ＳＹＮＣに対する位相角で、ψ１を約１２０度
に設定してある。移相器８５が出力する信号ＳＧ１は、
モノマルチ（単安定マルチバイブレ−タ）９４に入力さ
れる。モノマルチ９４は、入力信号の立ち上がりに同期
して、パルス幅ψ２が一定のパルス信号を出力する。モ
ノマルチ９４が出力する信号のパルス幅ψ２は可変にな
っており、オペレ−タの操作により調整できるが、この
例では同期信号ＳＹＮＣに対する位相角で、ψ２を約１
２０度に設定してある。モノマルチ９４が出力する信号
ＳＧ２は、ストロボ電源８２に印加される。ストロボ電
源８２は、入力信号ＳＧ２に同期したパルス電力を、照
明装置１０にその電源として供給する。従って照明は、
信号ＳＧ２が高レベルの時のみ実施され、間欠的な照明
になる。

【００４１】発振器８１が出力する同期信号ＳＹＮＣ
は、分周器９１にも入力される。分周器９１は、フリッ
プフロップであり、周期が入力信号の２倍（Ｔ２）でデ
ュ−ティが５０％の信号ＳＹＮ２を出力する。この信号
ＳＹＮ２が、極性変換器４２とデ−タセレクタ７６に印
加される。デ−タセレクタ７６は、信号ＳＹＮ２が高レ
ベルの時には電流値Ｃ＋、信号ＳＹＮ２が低レベルの時
には電流値Ｃ−を、それぞれＤ／Ａ変換器７７の入力に
印加する。

【００４２】電流値Ｃ＋，Ｃ−は、磁化コイル（電気コ
イル）５２及び５３に流す電流を決定する値であり、検
出信号のＳ／Ｎ比を最大にするように、マイクロコンピ
ュ−タＣＰＵによって決定され、間隙センサ７１が検出
した間隙Ｇ１，間隙センサ７２が検出した間隙Ｇ２，製
造ラインを管理するプロセスコンピュ−タ７８から得ら
れる検出対象鋼板の寸法及び鋼種に応じて変更される。
電流の＋側の値Ｃ＋及び−側の値Ｃ−は、ラッチ７５に
保持され、それらの一方がデ−タセレクタ７６を介して
Ｄ／Ａ変換器７７に印加される。即ち、デ−タセレクタ
７６に印加される２つの信号Ｃ＋，Ｃ−は、信号ＳＹＮ
２の半周期毎に、交互に切換えられ、Ｄ／Ａ変換器７７
に印加される。従って、Ｄ／Ａ変換器７７から出力され
る信号ＳＧ３の波形は、信号ＳＹＮ２と同じ方形波であ
り、ＳＧ３の高レベル及び低レベルが、それぞれ信号Ｃ
＋及びＣ−によって定まる。

【００４３】Ｄ／Ａ変換器７７が出力する信号ＳＧ３
は、積分器９２によって信号ＳＧ４に変換される。信号
ＳＧ３が高レベルの期間では積分器９２の出力レベルは
一定の傾きで上昇し、信号ＳＧ３が低レベルの期間では
積分器９２の出力レベルは一定の傾きで下降する。従っ
て、図１４に示すように、信号ＳＧ４の波形は三角波に
なる。この信号ＳＧ４は、ロ−パスフィルタ９３を通っ
て信号ＳＧ５になる。ロ−パスフィルタ９３は、（１／
Ｔ２）よりも少し高い遮断周波数を有しており、信号Ｓ
Ｇ４に含まれる周波数が（１／Ｔ２）の基本波成分だけ
を通す。従って、ロ−パスフィルタ９３から出力される
信号ＳＧ５は、図１４に示すように、周期がＴ２で、波
形が正弦波になる。電力増幅器６４は、Ｄ／Ａ変換器７
７が出力する信号ＳＧ５のレベルを目標値とする一定の
電流を磁化コイル５２及び５３に流すように制御する。

【００４４】磁化コイル５２及び５３に印加される電力
の極性は周期的に変化するので、磁化コイル５２及び５
３によって磁化器５０に発生する磁極も周期的に変化す
る。この極性変化の周期は非常に短いので、表皮効果が
現われ、厚板鋼板６１中の磁束はその表層部分に集中す
る。これにより、比較的小さい電力で、厚板鋼板６１の
欠陥検出に必要な部分だけを磁化することができる。

【００４５】撮像装置２４は、検光子２２を介して入射
する一次元画像光を繰り返し撮像し、画像信号をシリア
ル信号として出力する。画像の露光と画像信号の読み出
しは、１ライン毎に実施され、図１４に示すように、ｎ
−１ラインの画像信号の読み出しとｎラインの画像の露
光とが同時に実施される。撮像装置２４が出力する画像
信号は、Ａ／Ｄ変換器４１によってデジタル信号に変換
され、極性変換器４２に印加される。極性変換器４２
は、分周器９１が出力する信号ＳＹＮ２によって制御さ
れる。極性変換器４２が出力する画像信号は、ラインバ
ッファ４３と加算器４４に印加される。加算器４４は、
極性変換器４２が出力する画像信号とラインバッファ４
３が出力する画像信号とを加算し、その結果を画像処理
装置４５に出力する。画像処理装置４５は、画像信号に
所定の画像処理を施し、処理の結果を欠陥弁別器４６に
出力する。欠陥弁別器４６は、欠陥の有無を識別する。
モニタＴＶ４７は、画像処理前の画像，画像処理後の画
像，欠陥弁別結果等をその二次元表示画面に表示するこ
とができる。

【００４６】撮像装置２４の位置で見える２次元画像
（検光子２２を通った光像）の例を、図１０及び図１１
に示す。この２次元画像の中の１ラインの画像が、撮像
装置２４によって繰り返し撮像される。図１０及び図１
１に示す画像は、人工的に作られた表面欠陥を含む厚板
表面部に、ファラデ−効果素子２１を対向させた時に得
られた画像であり、図１０は、厚板鋼板６１の磁化極性
が正の場合の画像であり、図１１はそれから磁化極性変
化周期の半周期後（Ｔ１後）の、つまり磁化極性が負の
場合の画像である。画像中の全域にわたって見られる模
様は、ファラデ−効果素子２１の磁区模様である。

【００４７】極性変換器４２は、画像信号の極性（ポジ
／ネガ）を切換える回路であり、信号ＳＹＮ２に従って
ポジ／ネガを切換え、磁化極性変化周期の半周期Ｔ１毎
に、ポジ画像とネガ画像とを交互に出力する。従って例
えば、厚板鋼板６１の磁化極性が正の時にはポジ画像が
出力され、厚板鋼板６１の磁化極性が負の時にはネガ画
像が出力される。

【００４８】図１２は、図１１の画像のネガ画像を示し
ている。図１２を参照すると、磁区模様の白黒が反転し
ており、また欠陥部分の白黒の割合いは磁化極性が逆の
画像（図１０）と同様になっているのが分かる。そこで
この実施例では、図１０のような画像の信号成分と図１
２のような画像の信号成分とを加算器４４で加算するこ
とによって、ノイズである磁区模様の成分を打ち消すよ
うにしている。

【００４９】ラインバッファ４３は、磁化極性変化周期
の半周期毎に、それまでに記憶していた１ラインの画像
信号の出力と新しい１ラインの画像信号の書き込みとを
同時に行なう。従って加算器４４には、極性変換器から
出力される最新の画像信号と、半周期前の画像信号とが
同時に印加されるが、それらのうち一方は反転されたネ
ガ画像であり、他方は反転されないポジ画像であり、し
かも両者は磁化極性が逆であるので、図１０のような画
像と図１２のような画像とを同じタイミングで加算する
ことができる。

【００５０】この加算によって得られる画像は、例えば
図１３の最上部に示すようになり、磁区模様の成分はほ
とんど消え、しかも欠陥部分のコントラストが倍増す
る。図１３の中央部に示す波形は、加算によって得られ
る画像の１ラインの信号レベル変化を示しているが、欠
陥の有無を識別するためには、更に信号を処理する必要
がある。

【００５１】そこで次の画像処理装置４５で、様々な信
号処理を実施している。即ち、ロ−パスフィルタ処理，
画像の縦方向の平均化処理，及びハイパスフィルタ処理
を実施している。ロ−パスフィルタ処理（平滑化）によ
って、磁区模様の残留成分が更に減衰され、縦方向の平
均化処理によって、欠陥信号のＳ／Ｎ比が改善され、ハ
イパスフィルタ処理によって、磁化器による緩やかな垂
直磁界分布によって生じる画像の輝度むらを低減するこ
とができる。この処理の結果、図１３の最下部に示す信
号波形が得られ、この信号が次の欠陥弁別器４６に印加
される。欠陥弁別器４６は、図１３の最下部に示す信号
のような比較的大きなレベル変化を、欠陥として識別す
る。

【００５２】ところで、この実施例では磁化器５０の磁
極が、ファラデ−効果素子２１に比較的近い位置に存在
しており、それらの間に遮蔽部材は特に設置されていな
い。従って、ファラデ−効果素子２１は、厚板鋼板６１
の欠陥から生じる垂直方向の漏れ磁束の影響だけでな
く、磁化器５０の磁極から発生する磁束の直接の影響を
も受ける。図１５は、厚板鋼板６１の欠陥を欠陥検出装
置の中央に配置して、磁化器５０の励磁電流が互いに異
なる時刻ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ及びＴＤにおいて、ファラデ
−効果素子２１の位置における垂直方向磁束密度の分布
を測定した結果を示している。Ｓ１５Ａ，Ｓ１５Ｂ，Ｓ
１５Ｃ及びＳ１５Ｄが、それぞれ時刻ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ
及びＴＤで測定したものである。図１５を参照すると、
Ｓ１５Ｂを除き、欠陥による漏れ磁束以外の影響を受け
ているのが分かる。

【００５３】また、磁化器５０の磁極から発生する磁束
と、欠陥によって生じる漏れ磁束との間には時間的なず
れ（位相差）が生じる。図１６は、磁化器５０の磁極の
直下で測定した垂直方向磁束密度の波形Ｓ１６Ａと、欠
陥検出装置の中央位置で測定した欠陥によって生じた垂
直方向磁束密度の波形Ｓ１６Ｂを示している。図１６を
参照すると、２つの波形Ｓ１６Ａ，Ｓ１６Ｂの間には位
相差が生じているのが分かる。この例では、位相差が１
３５度になっているが、この位相差は一定ではなく、鋼
板の厚み等に応じて位相差が変わる。例えば、鋼板の厚
みが薄くなるに従って、位相差は小さくなる傾向があ
る。

【００５４】このような位相差があるため、磁化器によ
って直接生じる磁束（Ｓ１６Ａ）の影響が比較的小さい
時に、欠陥によって生じる信号Ｓ１６Ｂの存在の有無を
調べることができる。逆に、磁化器によって直接生じる
磁束（Ｓ１６Ａ）の影響が大きい時に欠陥の検査を禁止
することによって、磁化器によって直接生じる磁束（Ｓ
１６Ａ）の影響を避けることができる。

【００５５】図１７は、実施例に似た実験装置で鋼板上
の疵のある領域を検査した時に、画像処理装置４５が出
力する信号の例を示している。信号Ｓ１７ＡとＳ１７Ｂ
とは、同一の走査位置の画像信号を互いに異なるタイミ
ングでサンプリングして得られたものであり、信号Ｓ１
７Ａは磁化器５０の磁極近傍の垂直方向磁束密度がほぼ
零の時の信号であり、信号Ｓ１７Ｂは磁化器５０の磁極
近傍の垂直方向磁束密度が最大（交流波形のピ−ク）の
時の信号である。

【００５６】図１７を参照すると、信号Ｓ１７Ａ上に
は、疵の位置で疵の存在を示すレベル変化が現われてい
るのに対し、信号Ｓ１７Ｂにおいては、疵の位置での特
徴的なレベル変化は現われておらず、疵が存在しない位
置でレベル変化が生じている。即ち、信号Ｓ１７Ｂをサ
ンプリングした時には、磁化器の付勢によって直接生じ
る垂直方向磁束密度が非常に大きいため、その影響によ
ってファラデ−効果素子が両端の近傍で磁気飽和しかか
っている。また、磁化器による磁束と疵によって生じる
漏れ磁束との位相差のために、疵の位置では疵信号が信
号Ｓ１７Ｂに現われない。従って、磁化器の磁極近傍の
垂直方向磁束密度が大きい時に疵の検査を実施すると、
疵の検出漏れが生じる可能性があるが、磁化器の磁極近
傍の垂直方向磁束密度がほぼ零の時に疵の検査を実施す
れば、確実に疵を検出できる。

【００５７】実施例においては、照明装置１０への電源
供給が信号ＳＧ２によって制御されており、信号ＳＧ２
が高レベルの時にのみ照明が実施される。従って、ファ
ラデ−効果素子２１の露光も、信号ＳＧ２が高レベルの
時にのみ実施される。この例では信号ＳＧ２が高レベル
になるのは、図１４に示すように、同期信号ＳＹＮＣの
立上りから移相器８５による位相シフト量ψ１だけ遅れ
たタイミングで始まり、それからモノマルチ９４によっ
て定まるパルス幅ψ２の期間だけである。この期間は、
磁化器５０の付勢波形ＳＧ５のゼロクロス点の近傍に定
めてある。従って、ファラデ−効果素子２１の露光をす
る時には、磁化器５０が発生する磁束の直接の影響はほ
とんどなく、しかも欠陥によって生じる垂直方向磁束密
度の波形ＳＧ６は充分に大きなレベルを有している。こ
のため、露光を実施する期間中は、磁化器５０が発生す
る磁束の直接の影響によってファラデ−効果素子２１が
磁気飽和することがなく、欠陥によって生じる漏れ磁束
を確実に検出できる。

【００５８】この実施例では、磁化器５０を付勢する信
号ＳＧ５の周期Ｔ２を、同期信号ＳＹＮＣの周期Ｔ１の
２倍に定めてある。即ち、交流波形のゼロクロス点は該
波形の１周期に２回存在するので、磁化器の付勢周期Ｔ
２を露光周期Ｔ１の２倍にすることで、磁化器の付勢波
形（ＳＧ５）のそれぞれのゼロクロス点で、露光を実施
することができる。これにより、露光周期を短くして欠
陥検査速度を速くすることができる。つまり、磁化器に
よって生じる磁束の直接の影響を避けるためには、ψ２
／Ｔ２の比率は小さくせざるを得ないので、１ラインあ
たりの露光周期をあまり短くすると、ψ２が小さくなり
露光量が不足する恐れがあるが、磁化器の付勢周期Ｔ２
を露光周期Ｔ１の２倍にすることで、露光周期Ｔ１を短
くした場合でも、充分な露光量が得られる。

【００５９】なお上記実施例においては、磁化器によっ
て生じる磁束密度が小さい時のみに欠陥の検査を実施す
るために、照明装置１０の照明を点灯する期間を信号Ｓ
Ｇ２で制御しているが、照明以外の手段を制御しても本
発明は実施しうる。例えば、照明装置１０の発光面と撮
像装置２４の受光面との間の光路中に、光学的なシャッ
タ−を設置し、それを制御すれば、露光期間を制限しう
る。また例えば、撮像装置２４自体が露光時間を制限す
る機能を有する場合には、その機能を利用して露光を制
御しても良い。

【００６０】また実施例では、装置全体で使用する同期
信号ＳＹＮＣに基づいて、露光時間を定める信号ＳＧ２
を生成しているが、次のような変更も可能である。例え
ば、磁化器の磁極近傍に磁気センサを設置して、この磁
気センサが検出した磁束密度のゼロクロス点に同期する
ように、信号ＳＧ２を生成してもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、同期制御
手段（８１）が磁化手段（５０）の付勢と、ファラデ−
効果素子手段（２１）の露光もしくはファラデ−効果素
子手段からの反射光の検出との同期をとり、位相調整手
段（８５）が、磁化手段の付勢レベルが小さい時に、前
記ファラデ−効果素子手段の露光もしくはファラデ−効
果素子手段からの反射光の検出をするように信号の位相
を調整する。従って、欠陥検出手段（２４，４１〜４
６）が検出する信号については、磁化手段が発生する磁
束の直接の影響が小さい。このため、高感度のファラデ
−効果素子手段を用いる場合であっても、それが磁気飽
和しない時に検査対象物を検査することができ、疵の有
無を確実に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の欠陥検査装置に用いる検出ユニット
の正面図である。

【図２】 図１の検出ユニットの照明装置１０の拡大縦
断面図である。

【図３】 照明装置１０の平面図である。

【図４】 照明装置１０の各部の光量分布を示すグラフ
である。

【図５】 照明装置１０の光量調節回路を示すブロック
図である。

【図６】 図７の磁化器５０の外観を示す斜視図であ
る。

【図７】 実施例の欠陥検査装置の主要部の外観を示す
正面図である。

【図８】 図７の欠陥検査装置の側面図である。

【図９】 欠陥検査装置の電気回路の構成を示すブロッ
ク図である。

【図１０】 撮像装置２４の位置で見える画像の例を示
す平面図である。

【図１１】 図１０の半周期後の画像を示す平面図であ
る。

【図１２】 図１１の画像のネガ画像を示す平面図であ
る。

【図１３】 処理前及び処理後の画像の輝度変化を示す
波形図である。

【図１４】 図９に示す回路各部の信号等を示すタイム
チャ−トである。

【図１５】 複数のタイミングにおける垂直方向磁束密
度分布を示すグラフである。

【図１６】 磁極近傍の磁束密度と漏れ磁束の磁束密度
とを示すタイムチャ−トである。

【図１７】 互いに異なるタイミングで抽出した画像処
理後の２つの信号を示すタイムチャ−トである。

【符号の説明】

１：光拡散体 １ａ：入射面 １ｂ：出射面 １ｃ：光反射膜 ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ：発光ダイオ−ド ３，４：光拡散器 ５：偏光板 ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ：フォトダイオ−ド ７：光量調節回路 ７ａ：可変抵抗器 ７ｂ：減算器 ７ｃ：増幅器 ７ｄ：ドライバ １０：照明装置 １１〜１６：面 ２０：ケ−シング ２１：ファラデ−効果素子 ２２：検光子 ２３：レンズ ２４：撮像装置 ４１：Ａ／Ｄ変換器 ４２：極性変換器 ４３：ラインバッファ ４４：加算器 ４５：画像処理装置 ４６：欠陥弁別器 ４７：モニタＴＶ ５０：磁化器 ５１：コア ５１ａ，５１ｂ，５１
ｃ，５１ｄ：辺 ５１ｅ，５１ｆ：突起 ５１ｇ：開口部 ５２，５３：電気コイル ６１：厚板鋼板 ６２：車輪 ６４：電力増幅器 ７１，７２：間隙センサ ７３：磁束密度決定処
理 ７４：磁化電流決定処理 ７５：ラッチ ７６：デ−タセレクタ ７７：Ｄ／Ａ変換器 ７８：プロセスコンピュ−タ ８１：発振器 ８２：ストロボ電源 ８５：移相器 ９１：分周器 ９２：積分器 ９３：ロ−パスフィルタ ９４：モノマルチ Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５：光軸 ＣＰＵ：マイクロコンピュ−タ ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，ＶＥ：目標レベル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象物の少なくとも表層部を磁化す
   る磁化手段；検査対象物の磁化される面の近傍に配置さ
   れ、それが受ける磁界に応じて磁区が変化する、ファラ
   デ−効果素子手段；直線偏光の光を、前記ファラデ−効
   果素子手段の面に照射する、照明手段；前記ファラデ−
   効果素子手段からの反射光を受光する検光子；該検光子
   の近傍に配置され、検光子を通った光の強度から検査対
   象物上の欠陥を検出する、欠陥検出手段；を含む磁気光
   学欠陥検査装置において：前記磁化手段の付勢と、前記
   ファラデ−効果素子手段の露光もしくはファラデ−効果
   素子手段からの反射光の検出との同期をとる、同期制御
   手段；及び前記磁化手段の付勢レベルが小さい時に、前
   記ファラデ−効果素子手段の露光もしくはファラデ−効
   果素子手段からの反射光の検出をするように信号の位相
   を調整する、位相調整手段；を設けたことを特徴とす
   る、磁気光学欠陥検査装置。
2. 【請求項２】 前記磁化手段を付勢する交流電力波形の
   周期が、前記ファラデ−効果素子手段の露光周期及びフ
   ァラデ−効果素子手段からの反射光の検出周期の少なく
   とも一方の２倍に設定された、前記請求項１記載の磁気
   光学欠陥検査装置。
3. 【請求項３】 前記ファラデ−効果素子手段の露光期間
   及びファラデ−効果素子手段からの反射光の検出期間の
   少なくとも一方を、前記磁化手段の付勢レベルが小さい
   期間中のみに制限する、期間制限手段を備える前記請求
   項１記載の磁気光学欠陥検査装置。