CN103649744B - 表面特性检查装置和表面特性检查方法 - Google Patents

表面特性检查装置和表面特性检查方法 Download PDF

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Abstract

提供一种表面特性检查装置和表面特性检查方法，能够无损地高精度地检查喷丸处理等的表面处理材料的表面处理状态并且通用性高。表面特性检查装置(1)具备交流电源(10)、交流桥电路(20)以及判断装置(30)，交流桥电路(20)由分配比(γ)可变的可变电阻(21)、基准检测器(22)以及检查检测器(23)构成。在可变电阻设定工序(S1)中对可变电阻(21)的分配比(γ)进行调整设定使得交流桥电路(20)的输出变大，在通过频率设定工序(S2)设定了使来自交流桥电路(20)的输出最大的频率之后，在好坏判断工序(S4)中使基准检查体(S)抵接基准检测器(22)，使被检体(M)抵接检查检测器(23)，将来自LPF(33)的输出与在阈值设定工序(S3)中设定的阈值进行比较来判断被检体(M)的表面状态的好坏。

Description

表面特性检查装置和表面特性检查方法
技术领域
本发明涉及一种无损地检查实施喷丸处理、热处理、氮化处理等表面处理后的处理材料的表面处理状态的好坏的表面特性检查装置和表面特性检查方法。
背景技术
在汽车部件等所使用的齿轮、轴等钢材料产品中，为了提高耐磨损性、提高疲劳强度等，而进行了利用热处理、氮化处理等的表面硬化、喷丸处理等表面处理。
以往，通过抽样的破坏性检查对这些产品的表面处理后的残留应力、硬度等表面特性进行了评价。因此，存在无法对所有产品直接进行检查这样的问题、由于是破坏性检查因此检查过的产品不能再使用这样的问题等。
因此，开发能够无损地检查产品的表面特性的装置的需求高涨。作为这样的装置，例如在专利文献1中公开了如下一种喷丸处理面的无损检查装置：针对配置于喷丸处理面上方的具备线圈的检查电路，在使频率变化的同时输入交流信号，利用检查电路中的阻抗的频率响应特性来检查在检查对象中的残留应力的产生状态。
专利文献1：日本特开2008-2973号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，通过表面处理而改变的磁导率、导电率等磁性测量的要素由于受到环境变化的影响，因此在日本特开2008-2973号公报所记载的装置中，存在如下问题：在测量作为基准的检查体的环境和测量被检体的环境不同的情况下，容易产生测量误差。
另外，在利用了阻抗的频率响应特性的表面处理面的检查方法中，针对用于测量而施加的电力的频率的变化，检测器以及被检体的阻抗一同发生变化，因此很难高精度地检测被检体的表面处理状态所引起的电磁变化。
关于用于测量而施加的交流电力，检测被检体的好坏的灵敏度变高的频率根据被检体的材质、表面处理状态而变化。因此，在仅具备一个检测器的测量装置中，对于表面处理品和未处理品需要分别事先测量与频率的变化对应的输出值，选定表面处理品和未处理品的输出值之差大的最佳的频率。因而，存在频率选定作业费时、费力这样的问题。
另外，在被检体的形状、材质、表面处理方法不同的情况下，必须将检测电路设计成对应检测器整体的阻抗的变化。并且，还需要进行阻抗值所对应的残留应力分布的校正等，从而不会是通用性高的装置。
因此，本发明的目的在于提供一种能够无损地高精度地检查实施喷丸处理、热处理、氮化处理等表面处理后的钢材料等处理材料的表面处理状态并且通用性高的表面特性检查装置和表面特性检查方法。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，发明1所记载的发明具有以下特征，即具备：交流桥电路；交流电源，其向交流桥电路供给交流电力；以及判断装置，其根据来自交流桥电路的输出信号，判断被检体的表面处理状态的好坏，其中，交流桥电路具有：可变电阻，其被构成为第一电阻与第二电阻之间的分配比可变；基准检测器，其具备用于检测表面处理状态良好的基准检查体的磁性特性的第一磁传感器；以及检查检测器，其具备用于检测要检查表面处理状态的好坏的被检体的磁性特性的第二磁传感器，第一电阻、第二电阻、基准检测器以及检查检测器构成桥电路，判断装置根据在向交流桥电路供给交流电力，第一磁传感器检测基准检查体的磁性特性、第二磁传感器检测被检体的磁性特性的状态下的来自交流桥电路的输出信号，判断被检体的表面处理状态的好坏。
根据发明1所记载的发明，由于由判断装置根据从交流桥电路输出的输出信号来判断被检体的表面处理状态的好坏，因此能够在始终与基准检查体进行比较的同时在相同的测量环境下检查被检体的表面处理状态，从而能够通过简单的电路结构来进行高精度的表面状态的检查。通过采用交流桥电路的结构，不需要进行温度校正、与被检体的材质相应的试验数据的获取、残留应力分布等所对应的装置输出的校正。另外，由于可变电阻的分配比可变，因此即使基准检测器、检查检测器的阻抗改变，也不需要重新设计电路。
通过以上内容，能够实现能够无损地高精度地检查实施喷丸处理、热处理、氮化处理等表面处理后的钢材料等处理材料的表面处理状态并且通用性高的表面特性检查装置。
发明2所记载的发明在发明1所记载的表面特性检查装置中，还具备频率调整器，该频率调整器对从交流电源供给的交流电力的频率进行调整设定。
根据发明2所记载的发明，由于还能够调整从交流电源供给的交流电力的频率，因此还能够对应基准检测器、检查检测器的更广泛的阻抗变化。
发明3所记载的发明被构成为在发明2所记载的表面特性检查装置中，频率调整器在第一磁传感器检测基准检查体的磁性特性、第二磁传感器检测未实施表面处理的检查体或表面处理状态不良的检查体即参照检查体的磁性特性的状态下，对频率进行设定使得来自交流桥电路的输出信号的振幅变大。
根据发明3所记载的发明，由于具有由频率调整器改变向交流桥电路供给的交流电力的频率来设定使从交流桥电路输出的信号的振幅变大的频率的结构，因此能够与表面处理状态、形状等不同、阻抗不同的被检体相对应地通过一次的操作来设定使来自交流桥电路的输出变大的频率。由此，能够使输出灵敏地对应表面处理状态的变化，来提高检查的灵敏度。
发明4所记载的发明被构成为在发明3所记载的表面特性检查装置中，对于可变电阻，在第一磁传感器检测基准检查体的磁性特性、第二磁传感器检测未实施表面处理的检查体或表面处理状态不良的检查体即参照检查体的磁性特性的状态下，对可变电阻的分配比进行设定使得来自交流桥电路的输出信号的振幅变大。
根据发明4所记载的发明，通过由分配比可变的可变电阻构成交流桥电路的两条边，能够以使来自交流桥电路的输出变大的方式调整分配比，从而设定成能够在合适的状态下进行检查，因此能够使可应用表面特性检查装置的被检体的种类、表面处理的种类等的范围扩大，并且能够设为可对应多种检测器的通用性高的装置。
发明5所记载的发明具有如下结构：在发明4所记载的表面特性检查装置中，还具备相位比较器，该相位比较器检测从交流电源供给的交流电力的波形与来自交流桥电路的输出信号波形的相位差，判断装置根据由相位比较器检测出的相位差，来判断是否良好地进行了检查。
根据发明5所记载的发明，能够由相位比较器检测从交流电源供给的交流电力与交流桥电路的输出的相位差。通过监视该相位差，能够判断检查状态是否良好。例如虽然来自交流桥电路的输出相同但相位差变化较大的情况下，能够判断为有可能检查状态发生了变化。
发明6所记载的发明具有如下结构，在发明5所记载的表面特性检查装置中，第一磁传感器和第二磁传感器分别具有由磁性体构成的芯体以及卷绕在该芯体上的线圈，第二磁传感器通过向线圈供给来自交流电源的交流电力，由此在芯体和被检体的表面形成闭合磁路，来检测被检体的电磁特性。
根据发明6所记载的发明，第一磁传感器和第二磁传感器由于它们的芯体和被检体的表面形成闭合磁路，因此能够防止被检体与磁传感器之间的磁力的衰减、泄漏。由此，能够提高基准检测器和检查检测器检测电磁特性的灵敏度，从而与表面处理状态相应的电磁特性的检测灵敏度提高，因此能够无损地高精度地评价被检体的表面处理状态。
发明7所记载的发明在发明6所记载的表面特性检查装置中，还具备被检体配置装置，该被检体配置装置调整使被检体抵接第二磁传感器的位置以及推压负荷。
根据发明7所记载的发明，由于能够将使各检查体抵接各磁传感器的位置、推压负荷调整为大致同等，因此能够使各检查体与各磁传感器的接触条件一致，从而能够提高检查精度。
发明8所记载的发明是一种表面特性检查方法，具备以下工序：准备交流桥电路和交流电源的工序，该交流桥电路具有：被构成为第一电阻与第二电阻的分配比可变的可变电阻、具备用于检测表面处理状态良好的基准检查体的磁性特性的第一磁传感器的基准检测器、以及具备用于检测要判断表面处理状态的好坏的被检体的磁性特性的第二磁传感器的检查检测器，第一电阻、第二电阻、基准检测器以及检查检测器构成桥电路，该交流电源向交流桥电路供给交流电力；检查体配置工序，使基准检查体抵接或靠近第一磁传感器且使被检体抵接或靠近第二磁传感器以检测磁性特性；交流供给工序，从交流电源向交流桥电路供给交流电力；以及好坏判断工序，根据从交流桥电路输出的输出信号，来判断被检体的表面处理状态的好坏。
根据发明8所记载的发明，由于根据从交流桥电路输出的信号来判断被检体的表面处理状态的好坏，因此能够在始终与基准检查体进行比较的同时在相同的测量环境下检查被检体的表面处理状态，从而能够通过简单的电路结构进行高精度的表面状态的检查。通过采用交流桥电路的结构，不需要进行温度校正、与被检体的材质相应的试验数据的获取、残留应力分布等所对应的装置输出的校正。
另外，由于可变电阻的分配比是可变的，因此即使基准检测器、检查检测器的阻抗改变，也不需要重新设计电路。
通过以上内容，能够实现能够无损地高精度地检查实施喷丸处理、热处理、氮化处理等表面处理后的钢材料等处理材料的表面处理状态并且通用性高的表面特性检查方法。
发明9所记载的发明在发明8所记载的表面特性检查方法中，具备以下结构，即还具备频率设定工序，还具备频率设定工序，在该频率设定工序中，在第一磁传感器检测基准检查体的磁性特性、第二磁传感器检测未实施表面处理的检查体或表面处理状态不良的检查体即参照检查体的磁性特性的状态下，改变从交流电源供给的交流电力的频率，决定频率使得从交流桥电路输出的信号的振幅变大，在交流供给工序中，供给在频率设定工序中决定的频率的交流电力。
根据发明9所记载的发明，通过改变向交流桥电路供给的交流电力的频率来设定使从交流桥电路输出的电压的振幅变大的频率，由此能够与表面处理状态、形状等不同、阻抗不同的被检体相对应地通过一次操作来设定使来自交流桥电路的输出变大的频率。由此，能够使输出灵敏地对应表面处理状态的变化，来提高检查的灵敏度。
发明10所记载的发明在发明9所记载的表面特性检查方法中具备以下结构：还具备可变电阻设定工序，在该可变电阻设定工序中，在第一磁传感器检测基准检查体的磁性特性、第二磁传感器检测未实施表面处理的检查体或表面处理状态不良的检查体即参照检查体的磁性特性的状态下，调整可变电阻来决定分配比使得输出变大，在交流供给工序中，对可变电阻进行设定使其成为在可变电阻设定工序中决定的分配比。
根据发明10所记载的发明，通过由分配比可变的可变电阻构成交流桥电路的两条边，能够以使来自交流桥电路的输出变大的方式调整分配比，从而设定成能够在合适的状态下进行检查，因此能够将表面特性检查装置设为能够使可检查的被检体的种类、表面处理的种类等的范围扩大并且可对应多种检测器的通用性高的装置。
发明11所记载的发明在发明10所记载的表面特性检查方法中具备以下结构，还具备阈值设定工序，在该阈值设定工序中，根据在第一磁传感器检测基准检查体的磁性特性、第二磁传感器检测未实施表面处理的检查体或表面处理状态不良的检查体即参照检查体的磁性特性的状态下的来自交流桥电路的输出信号以及第一磁传感器、第二磁传感器各自检测基准检查体的磁性特性的状态下的来自交流桥电路的输出信号，来决定好坏判断的阈值，在好坏判断工序中，根据阈值来判断被检体的表面处理状态的好坏。
根据发明11所记载的发明，能够根据在检测基准检查体和参照检查体的磁性特性的状态下从交流桥电路输出的各个输出信号来分别对第二磁传感器设定阈值，并在好坏判断工序中的被检体的表面处理状态的好坏判断中使用。
发明12所记载的发明在发明11所记载的表面特性检查方法中，还具备检查状态判断工序，在该检查状态判断工序中，检测从交流电源供给的交流电力的波形与来自交流桥电路的输出信号波形的相位差，根据检测出的相位差来判断检查状态的好坏。
根据发明12所记载的发明，能够通过检查状态判断工序检测从交流电源供给的交流电力波形与从交流桥电路输出的信号波形的相位差，根据检测出的相位差来判断检查状态的好坏。例如在虽然来自交流桥电路的输出相同但相位差变化较大的情况下，能够判断为有可能检查状态发生了变化。
发明13所记载的发明在发明12所记载的表面特性检查方法中，构成为第一磁传感器和第二磁传感器分别具备由磁性体构成的芯体以及卷绕在该芯体上的线圈，第二磁传感器通过向线圈供给来自交流电源的交流电力，由此在芯体和被检体的表面形成闭合磁路，来检测被检体的电磁特性。
根据发明13所记载的发明，第一磁传感器和第二磁传感器由于芯体与被检体的表面形成闭合磁路，因此能够防止被检体与磁传感器之间的磁力的衰减、泄漏。由此，能够提高基准检测器和检查检测器检测电磁特性的灵敏度，由于与表面处理状态相应的电磁特性的检测灵敏度提高，因此能够无损地高精度地评价被检体的表面处理状态。
发明14所记载的发明在发明13所记载的表面特性检查方法中，在检查体配置工序中，使第一磁传感器与基准检查体抵接的推压负荷和使第二磁传感器与参照检查体或被检体抵接的推压负荷被设定为大致相同。
根据发明14所记载的发明，能够将使各检查体抵接各磁传感器的推压负荷设为大致相同，并使各检查体与各磁传感器的接触条件一致，因此能够提高检查精度。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的表面特性检查装置的电路结构的说明图。
图2是表示磁传感器的一例的说明图。
图3是针对来自交流桥电路的输出进行说明的等效电路图。
图4是表示表面特性检查方法的流程图。
图5是表示本发明的变形实施方式的表面特性检查装置的电路结构的变更例的说明图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的实施方式的表面特性检查装置1具备交流电源10、交流桥电路20以及判断装置30。
交流电源10被构成为能够向交流桥电路20供给频率可变的交流电力。
交流桥电路20具备可变电阻21、基准检测器22以及检查检测器23，该基准检测器22具备检测基准检查体S的磁性特性的磁传感器，该检查检测器23具备检测被检体M的磁性特性的磁传感器。
可变电阻21被构成为能够以分配比γ可变的方式将电阻RA分配成电阻R1和电阻R2。电阻R1、电阻R2与基准检测器22和检查检测器23一起构成了桥电路。在本实施方式中，对电阻R1和电阻R2进行分配的点A以及基准检测器22与检查检测器23之间的点B连接于判断装置30的交流电源10，电阻R1与基准检测器22之间的点C以及电阻R2与检查检测器23之间的点D连接于放大器31。另外，为了降低噪声，基准检测器22和检查检测器23侧被接地。
判断装置30具备：放大器31，其将从交流桥电路20输出的电压信号放大；绝对值电路32，其进行全波整流；低通滤波器(LPF)33，其进行直流变换；相位比较器34，其将从交流电源10供给的交流电压与从放大器31输出的电压的相位进行比较；频率调整器35，其对从交流电源10供给的交流电压的频率进行调整；判断单元36，其进行使R1和R2的分配优化的非平衡调整，并且根据来自LPF33的输出来判断被检体M的表面状态的好坏；以及显示单元37，其对判断单元36的判断结果进行显示、警告。
放大器31与点C和点D连接，被输入点C与点D之间的电位差。另外，按绝对值电路32、LPF33的顺序与判断单元36相连接。相位比较器34与交流电源10、放大器31以及判断单元36相连接。频率调整器35与交流电源10和放大器31相连接。另外，判断单元36被构成为能够通过输出控制信号来变更交流桥电路20的点A的位置、即电阻R1与电阻R2的分配比γ，由此执行后述的可变电阻设定工序。
作为构成基准检测器22和检查检测器23的磁传感器，使用通过使磁传感器抵接或靠近被检体的表面来形成闭合磁路的形状的磁传感器。在本实施方式中，如图2所示那样采用了具备E字型的芯体的磁传感器。
磁传感器40由E字型的芯体41以及线圈42构成，该E字型的芯体41由磁性体构成，以中央的脚部41a以及配置在脚部41a两侧的脚部41b、41c从与被检体M的表面Ma相向配置的基部41d朝向表面Ma而形成E字型的方式竖立设置，该线圈42被缠绕在脚部41a上。
在此，当由磁性体形成芯体41时，能够提高芯体41内部的磁通密度，从而能够提高S/N比(S：渗透到钢材料的磁力、N：漏磁力)，因此能够提高磁传感器40检测电磁特性的灵敏度，是优选的。作为强磁性体，例如列举有铁、超导磁合金(supermalloy)、坡莫合金(permalloy)、硅钢、铁氧体(Mn-Zn系、Ni-Zn系)、羰基铁粉、钼坡莫合金、铝硅铁粉等。
磁传感器40形成为脚部41、41b、41c各自的前端部能够与被检体M的表面接触。例如，在被检体M是平板的情况下，使脚部41a、41b、41的前端部形成在同一平面上，并将磁传感器40配置成脚部41a、41b、41c分别抵接被检体M的表面。
此外，本实施方式的表面特性检查装置1具备用于配置成使基准检查体S抵接基准检测器22的磁传感器的基准检查体配置装置51以及用于配置成使被检体M抵接检查检测器23的磁传感器的被检体配置装置52(图1)。
将在表面Ma附近形成有由喷丸处理产生的残留应力层Mb的钢材料作为被检体M的例子进行说明。当由交流电源10向线圈42供给规定频率的交流电力时，在芯体41中产生交流磁场H，磁力与频率相应地渗透到被检体M的残留应力层Mb的规定深度，通过脚部41a、41c以及到达被检体M的残留应力层Mb的规定深度为止的区域形成闭合磁路。
与线圈12交链的交流磁场H根据渗透了磁力的残留应力层Mb的电磁特性而变化，因此线圈42的阻抗与残留应力层Mb的特性(表面处理状态)相应地变化。因此，能够通过线圈42检测残留应力层Mb的电磁特性。
优选的是，将磁传感器40以与被检体M的表面Ma接触的方式进行配置，由此能够防止被检体M与磁传感器40之间的磁力的衰减、泄漏。由此，由于与表面处理状态相应的电磁特性的检测灵敏度提高，因此能够无损地高精度地评价被检体的表面处理状态。另外，能够降低因提离引起的变动误差。
此外，在通过磁传感器40以及被检体M的表面(残留应力层Mb)形成闭合磁路并能够从交流桥电路20输出足够大小的电压的情况下，也可以不使磁传感器40与被检体M的表面Ma接触，只要靠近即可。
接着，参照图3的等效电路说明来自被调整为非平衡状态的交流桥电路20的输出。将保证了表面处理状态良好的基准检查体S抵接基准检测器22，将要判断表面处理状态的好坏的被检体M抵接检查检测器23。
在将可变电阻RA的分配比设为γ的情况下，电阻R1为RA/(1+γ)，电阻R2为RAγ/(1+γ)。将基准检测器22的阻抗设为RS+jωLS，将检查检测器23的阻抗设为RT+jωLT。另外，将点A的电位设为E，将流过没有使各检查体(基准检查体S、被检体M)抵接基准检测器22、检查检测器23时的桥的各边的励磁电流分别设为i1、i2，由于使各检查体抵接基准检测器22、检查检测器23而磁量发生变化，将与其变化量相应地流动的电流分别设为iα、iβ。此时的基准检测器22和检查检测器23的电位E1、E2以及激励电流i1、i2用下面的式(1)～(4)表示。
[式1]
E1=(RS+jωLs)(iα+i1) (1)
[式2]
E2＝(RT+jωLT)(iβ+i2) (2)
[式3]
i 1 = E R A 1 + γ + R S + jω L S - - - ( 3 )
[式4]
i 2 = E R A γ 1 + γ + R T + jω L T - - - ( 4 )
向放大器31输出的电压为E1、E2之差，用下式表示。
[式5]
E2-E1＝[{(RT+jωLT)iβ-(RS+jωLS)iα}+{(RT+jωLT)i2-(RS+jωLS)i1}] (5)
由式(3)～(5)导出下式。
[式6]
E 2 - E 1 = [ { ( R T + Jω L T ) iβ - ( R S + jω L S ) iα } + { ( R T + jω L T ) E R A γ 1 + γ + R T + jω L T - ( R S + jω L S ) E R A 1 + γ + R S + jω L S } ] - - - ( 6 )
将式(6)的右边分开为下面的成分A、B来考虑差电压的各成分。
成分A：
(RT+jωLT)iβ-(RS+jωLS)iα
成分B：
( R T + jω L T ) E R A γ 1 + γ + R T + jω L T - ( R S + jω L S ) E R A 1 + γ + R S + jω L S
成分A由各检测器成分：(RS+jωLS)、(RT+jωLT)、在各检查体抵接各检测器时发生变化的电流量：iα、iβ构成。iα、iβ根据因各检查体的磁导率、导电率等电磁特性引起的穿过检查体的磁量的不同而大小发生变化。因此，能够通过改变从各检测器产生的影响磁量的励磁电流i1、i2，来改变iα、iβ的大小。另外，依据式(3)、式(4)，励磁电流i1、i2根据可变电阻的分配比γ的不同而改变，因此能够通过调整可变电阻的分配比γ，来改变成分A的大小。
成分B由各检测器成分：(RS+jωLS)、(RT+jωLT)、以可变电阻的分配比γ分配得到的电阻的参数构成。因此与成分A同样地能够通过调整可变电阻的分配比γ来改变成分B的大小。
接着，参照图4说明表面特性检查装置1对被检体的表面特性检查方法。
首先，在准备工序S1中，准备本发明的实施方式的表面特性检查装置1。另外，事先准备保证了表面处理状态良好的基准检查体以及未实施表面处理的检查体或表面处理状态不良的检查体即参照检查体。
接着，在可变电阻设定工序S2中，使基准检查体S抵接基准检测器22，使参照检查体抵接检查检测器23。在此，为了提高检查精度，优选事先使各检查体与各检测器的接触条件相一致。在本实施方式中，由基准检查体配置装置51设定基准检查体S与基准检测器22之间的位置关系和推压负荷，由被检体配置装置52设定参照检查体或被检体M与检查检测器23之间的位置关系和推压负荷。另外，基准检查体配置装置51和被检体配置装置52被设定成各检查体与检测器的位置关系和推压负荷大致相同。此外，在本实施方式中，基准检查体配置装置51和被检体配置装置52由载置各检查体的位置可调的XY台以及使推压负荷固定的负载负荷调整装置构成。另外，负载负荷调整装置通过将测微仪和被施加一定负荷时进行空转的公知的机构组合来构成。并且，基准检测器22和检查检测器23靠近配置，因此能够使这些检测器的设置环境相同，即使在温湿度、周围的电磁环境发生了变化的情况下，也不容易受其影响。
接着，从交流电源10向交流桥电路20供给交流电力。在该状态下，调整可变电阻21的分配比γ以使表面特性检查装置1检测不良的检查体的检测灵敏度变高。即，调整可变电阻21的分配比γ以在基准检查体S被推压到基准检测器22上并且参照检查体被推压到检查检测器23上的状态下从交流桥电路20输出较大的输出信号。通过像这样事先设定可变电阻21，能够使被推压到检查检测器23上的被检体M在表面处理状态不良的情况和表面处理状态良好的情况下的输出信号的差异变大，从而提高检测精度。具体地说，由示波器等具有波形显示功能的显示装置(例如判断单元36所具备的)监视来自交流桥电路20的输出信号的电压振幅、或者来自LPF33的电压输出，调整分配比γ以使输出变大。优选的是，调整设定可变电阻21的分配比γ以使输出取得最大值或极大值(局部平衡点)。
进行可变电阻21的分配比γ的调整以使差电压(E2-E1)变大，由此使与表面状态的差异相应的输出差增大，提高检查精度。如上述那样，成分A、B通过调整分配比γ而改变，因此能够与基准检测器22、检查检测器23的阻抗(RS+jωLS)、(RT+jωLT)相应地调整可变电阻21的分配比γ，使作为来自交流桥电路20的输出的差电压(E2-E1)变大，从而能够提高检查精度。
在频率设定工序S3中，在使基准检查体S抵接基准检测器22并且使参照检查体抵接检查检测器23的状态下，从交流电源10向交流桥电路20供给交流电力，由频率调整器35改变向交流桥电路20供给的交流电力的频率，来监视来自交流桥电路20的电压振幅输出或来自LPF33的电压输出。
频率调整器35向交流电源10输出控制信号以形成在频率调整器35中设定的初始频率f1，频率f1时的来自放大器31的输出电压Ef1被输入并存储到频率调整器35中。接着，向交流电源10输出控制信号以形成比频率f1高规定的值、例如100Hz的频率f2，频率f2时的来自放大器31的输出电压Ef2被输入并存储到频率调整器35中。
接着，进行Ef1与Ef2的比较，如果Ef2>Ef1，则输出控制信号以形成比频率f2高规定的值的频率f3，频率f3时的来自放大器31的输出电压Ef3被输入并存储到频率调整器35。然后，进行Ef2与Ef3的比较。反复进行该处理，将Efn+1<Efn时的频率fn、即输出为最大的频率fn设定为在阈值设定工序S4和交流供给工序S6中使用的频率。由此，能够与表面处理状态、形状等不同、阻抗不同的被检体M相对应地通过一次操作来设定使来自交流桥电路20的输出变大的频率。最佳的频率是根据被检体的材料、形状、表面处理状态而变化的，在事先知道该变化的情况下，不需要进行频率的设定。由此，能够使输出灵敏地对应表面处理状态的变化，提高检查的灵敏度。
在此，频率设定工序S3也能够在可变电阻设定工序S2之前实施。
在阈值设定工序S4中，使基准检查体S抵接基准检测器22，使基准检查体S或参照检查体抵接检查检测器23，从交流电源10向交流桥电路20供给在频率设定工序S3中设定的频率的交流电力。从交流桥电路20输出的电压输出被放大器31放大，在绝对值电路32中进行全波整流，并在LPF33中进行直流变换，被输出到判断单元36。
将在使基准检查体S抵接检查检测器23时向判断单元36输出的输出值设定为正常阈值，将在使参照检查体抵接检查检测器23时向判断单元36输出的输出值设定为不良阈值，并事先存储在判断单元36中。
在表面处理状态与电磁特性的关系中，例如当形成化合物层时，磁导率下降。另外，当表面硬化时，磁导率上升。在由于喷丸处理等而施加了压缩的残留应力的情况下，由于反磁致伸缩效应而磁导率下降。不良阈值是与磁导率的差相对应地从正常阈值变化而得到的。
在后述的好坏判断工序(S7)中，将使被检体M抵接检查检测器23时的输出值与正常阈值和不良阈值进行比较，来判断被检体M的好坏。在所设定的正常阈值大于不良阈值的情况下，在被检体M的输出值为正常阈值以上时判断为合格品，在被检体M的输出值为不良阈值以下时判断为次品。
此外，根据被检体的种类等的不同，有时不良阈值大于正常阈值。在这种情况下，在被检体M的输出值为正常阈值以下时判断为合格品，在被检体M的输出值为不良阈值以上时判断为次品。
另外，在如上述那样对被检体M的好坏进行了判断的情况下，在被检体M的输出值是正常阈值与不良阈值之间的值的情况下，无法判断好坏。因此，还能够使用表面状态不同的多个参照检查体进行输出测量，以与正常阈值之差变小的方式设定不良阈值。另外，也可以通过同时使用被检体的破坏性检查，来更精密地决定不良阈值。
在检查体配置工序S5中，使要判断表面处理状态的好坏的被检体M抵接检查检测器23。此外，基准检测器22仍然处于被在阈值设定工序S4中进行抵接的基准检查体S抵接的状态。
接着，在交流供给工序S6中，从交流电源10向交流桥电路20供给在频率设定工序S3中设定的频率的交流电力。通过向交流桥电路20供给交流电力，来从交流桥电路20输出电压输出信号。该输出信号被放大器31放大，在绝对值电路32中进行全波整流，在LPF33中进行直流变换。
在好坏判断工序S7中，在LPF33中进行直流变换后的信号被输入到判断单元36，判断单元36根据被输入的信号来判断被检体M的表面状态的好坏。判断单元36的判断结果由显示单元37显示，在表面状态不好的情况下发出警告。
被检体M的表面处理状态的好坏判断通过将来自LPF33的输出值(测量值)与在阈值设定工序S4中设定的正常阈值和不良阈值进行比较来进行。
在检查状态判断工序S8中，由相位比较器34将从交流电源10供给的交流电力的波形与从交流桥电路20输出的交流电压波形进行比较，检测它们的相位差。通过监视该相位差，能够判断检查状态是否良好。例如，当检查检测器23接触被检体M的状态不同而检测器与被检体之间的提离发生变化时，存在相位发生偏移的情况。因此，在虽然来自交流桥电路20的输出相同但相位差变化较大的情况下，检查状态发生变化，能够判断为有可能没有适当地进行检查。
通过以上的工序，能够简单且高精度地检查被检体M的表面处理状态的好坏。为了继续进行检查，仅更换被检体M来重复进行检查体配置工序S5、交流供给工序S6、好坏判断工序S7、检查状态判断工序S8即可。在变更被检体M的种类、表面处理的种类等的情况下，再次实施可变电阻设定工序S2、频率设定工序S3、阈值设定工序S4。
在此，通过改变可变电阻21的分配比γ，能够使可检查的被检体的种类、表面处理的种类等的范围扩大。例如在对不同材质的被检体M进行检查的情况下，上述的iα、iβ变化，差电压(E2-E1)变化。因此，通过在可变电阻设定工序S1中调整分配比γ来与被检体M的材质相应地进行设定使得差电压(E2-E1)变大，由此在测量材质不同的被检体M的情况下，也能够对各个被检体在适合的状态下进行检查。
另外，在表面特性检查装置1中，优选的是，事先准备适合于与被检体M的大小、形状相对应地形成闭合磁路的多种基准检测器22、检查检测器23，并与被检体M相应地更换使用。
在此，虽然每个检测器的阻抗都不同，但是能够在可变电阻设定工序S1中调整分配比γ来与检测器的阻抗相应地进行设定使得差电压(E2-E1)变大，因此能够对多个检测器的各个检测器在适合的状态下进行检查。
如以上那样，通过由分配比γ可变的可变电阻21构成交流桥电路20的两条边，由此能够调整差电压(E2-E1)，因此能够将表面特性检查装置1设为可对应多种检测器、被检体的通用性高的装置。
而且，在本电路结构中，通过调整分配比γ，能够使流过基准检测器22、检查检测器23的励磁电流i1、i2的比例具有很大的差，因此也能够使表面处理状态的检查所需要的因被检体M的电磁特性而产生的成分A更大。
(变更例)
如图5所示，作为交流桥电路20的电路结构，也能够采用放大器31与点A和点B连接、交流电源10与点C和点D连接的结构。
可变电阻设定工序S2也能够在使两个基准检查体S分别抵接基准检测器22和检查检测器23的状态下进行调整。根据该方法，也存在通过调整可变电阻21的分配比γ以使来自交流桥电路20的电压振幅输出或来自LPF33的电压输出变大由此检测灵敏度变高的情况。可变电阻21可以与要检查的被检体的种类、表面处理的种类等相应地适当设定分配比γ以在使基准检查体S或参照检查体抵接检查检测器23的状态下检测灵敏度变高。
在不实施检查状态判断工序S8的情况下，表面特性检查装置1能够省略相位比较器34。另外，相位比较器34、频率调整器35或显示单元37也能够内置于判断单元36中等一体地设置。
在测量被检体M时的来自交流桥电路20的输出足够大的情况下，也能够省略可变电阻设定工序S2、频率设定工序S3。在省略频率设定工序S3的情况下，表面特性检查装置1能够省略频率调整器35。
基准检测器22和检查检测器23能够高精度地检测随着表面处理状态的变化而产生的磁性变化即可，可采用各种检测器。
磁传感器40的芯体41能够构成为可沿着被检体M的表面形状进行接触。例如在被检体M的外形形状是圆筒形状的情况下，能够将芯体41的与被检体M接触的部分设为沿着圆筒面的形状。由此，能够确保芯体41与被检体M的足够的接触面积，并且能够防止被检体与磁传感器之间的磁力的衰减、泄漏。
[实施方式的效果]
在本发明的实施方式的表面特性检查装置1中，交流桥电路20具备被构成为分配比γ可变的可变电阻21、检测保证了表面处理状态良好的基准检查体S的磁性特性的基准检测器22以及检测要判断表面处理状态的好坏的被检体S的磁性特性的检查检测器23。交流桥电路20通过电阻R1、电阻R2、基准检测器22以及检查检测器23被构成为非平衡状态的桥电路。
根据本发明的表面特性检查装置1和表面特性检查方法，由判断装置30根据从交流桥电路20输出的电压值，来判断被检体M的表面处理状态的好坏，因此能够在始终与基准检查体S进行比较的同时在相同的测量环境下检查被检体M的表面处理状态，并能够通过简单的电路结构进行高精度的表面状态的检查。
通过采用交流桥电路20的结构，从而不需要进行温度校正、与被检体的材质相应的试验数据的获取、残留应力分布等所对应的装置输出的校正。另外，由于可变电阻21的分配比γ、交流电源10的频率是可变的，因此即使基准检测器22、检查检测器23的阻抗改变也不需要重新设计电路。
另外，通过由分配比γ可变的可变电阻21构成交流桥电路20的两条边，能够调整分配比使得来自交流桥电路20的输出最大，从而可设为能够在最佳的状态下进行检查，因此能够将表面特性检查装置1设为能够使可检查的被检体的种类、表面处理的种类等的范围扩大并且可对应多种检测器的通用性高的装置。
而且，通过由频率调整器35改变向交流桥电路20供给的交流电力的频率来设定使从交流桥电路20输出的电压的振幅最大的频率的结构，能够与表面处理状态、形状等不同、阻抗不同的被检体M相对应地通过一次操作设定使来自交流桥电路20的输出变大的频率。由此，能够使输出灵敏地对应表面处理状态的变化，提高检查的灵敏度。
根据以上内容，能够实现能够无损地高精度地检查实施了喷丸处理、热处理、氮化处理等表面处理后的钢材料等处理材料的表面处理状态并且通用性高的表面特性检查装置1和表面特性检查方法。
附图标记说明
1：表面特性检查装置；10：交流电源；20：交流桥电路；21：可变电阻；22：基准检测器；23：检查检测器；30：判断装置；31：放大器；32：绝对值电路；33：低通滤波器(LPF)；34：相位比较器；35：频率调整器；36：判断单元；37：显示单元；40：磁传感器；41：芯体；42：线圈；S：基准检查体；M：被检体。

Claims (11)

1.一种表面特性检查装置，判断实施硬化处理后的被检体的表面处理状态的好坏，该表面特性检查装置具备：
交流桥电路；
交流电源，其向上述交流桥电路供给交流电力；以及
判断装置，其根据来自上述交流桥电路的输出信号，判断被检体的表面处理状态的好坏，
其中，上述交流桥电路具有：
可变电阻，其被构成为第一电阻与第二电阻之间的分配比可变；
基准检测器，其具备用于检测磁性特性的第一磁传感器；以及
检查检测器，其具备用于检测要检查表面处理状态的好坏的被检体的磁性特性的第二磁传感器，
上述第一电阻、上述第二电阻、上述基准检测器以及上述检查检测器构成桥电路，
上述判断装置根据在向上述交流桥电路供给交流电力、上述第二磁传感器检测上述被检体的磁性特性的状态下的来自上述交流桥电路的输出信号，判断上述被检体的表面处理状态的好坏，
所述表面特性检查装置还具备频率调整器，该频率调整器对从上述交流电源供给的交流电力的频率进行调整设定，
上述频率调整器构成为在上述第一磁传感器检测表面状态良好的基准检查体的磁性特性、上述第二磁传感器检测未实施表面处理的检查体或表面处理状态不良的检查体的磁性特性的状态下，确定使来自上述交流桥电路的输出信号的振幅变大的频率，并且存储该频率，将该频率设定为从上述交流电源供给的交流电力的频率。
2.根据权利要求1所述的表面特性检查装置，其特征在于，
对于上述可变电阻，在上述第一磁传感器检测上述基准检查体的磁性特性、上述第二磁传感器检测未实施表面处理的检查体或表面处理状态不良的检查体的磁性特性的状态下，对上述可变电阻的分配比进行设定使得来自上述交流桥电路的输出信号的振幅变大。
3.根据权利要求2所述的表面特性检查装置，其特征在于，
还具备相位比较器，该相位比较器对从上述交流电源供给的交流电力的波形与来自上述交流桥电路的输出信号波形的相位差进行检测，
上述判断装置根据由上述相位比较器检测出的相位差，来判断是否良好地进行了检查。
4.根据权利要求3所述的表面特性检查装置，其特征在于，
上述第一磁传感器和上述第二磁传感器分别具有由磁性体构成的芯体以及卷绕在该芯体上的线圈，
上述第二磁传感器通过向上述线圈供给来自上述交流电源的交流电力，而在上述芯体和被检体的表面之间形成闭合磁路，来检测被检体的电磁特性。
5.根据权利要求4所述的表面特性检查装置，其特征在于，
还具备被检体配置装置，该被检体配置装置调整使被检体抵接上述第二磁传感器的位置以及推压负荷。
6.一种表面特性检查方法，判断实施硬化处理后的被检体的表面处理状态的好坏，该表面特性检查方法具备以下工序：
准备交流桥电路和交流电源的工序，该交流桥电路具有：被构成为第一电阻与第二电阻的分配比可变的可变电阻、具备用于检测磁性特性的第一磁传感器的基准检测器、以及具备用于检测要判断表面处理状态的好坏的被检体的磁性特性的第二磁传感器的检查检测器，上述第一电阻、上述第二电阻、上述基准检测器以及上述检查检测器构成桥电路，该交流电源向上述交流桥电路供给交流电力；
频率设定工序，在第一磁传感器检测表面状态良好的基准检查体的磁性特性、第二磁传感器检测未实施表面处理的检查体或表面处理状态不良的检查体的磁性特性的状态下，改变从交流电源供给的交流电力的频率，决定上述频率使得从交流桥电路输出的信号的振幅变大；
检查体配置工序，使上述被检体抵接或靠近上述第二磁传感器以检测磁性特性；
交流供给工序，从上述交流电源向上述交流桥电路供给在上述频率设定工序中决定的频率的交流电力；以及
好坏判断工序，根据从上述交流桥电路输出的输出信号，来判断被检体的表面处理状态的好坏。
7.根据权利要求6所述的表面特性检查方法，其特征在于，
还具备可变电阻设定工序，在该可变电阻设定工序中，在上述第一磁传感器检测上述基准检查体的磁性特性、上述第二磁传感器检测未实施表面处理的检查体或表面处理状态不良的检查体的磁性特性的状态下，调整上述可变电阻来决定分配比使得输出变大，
在上述交流供给工序中，对上述可变电阻进行设定使其成为在上述可变电阻设定工序中决定的分配比。
8.根据权利要求7所述的表面特性检查方法，其特征在于，
还具备阈值设定工序，在该阈值设定工序中，根据在上述第一磁传感器检测上述基准检查体的磁性特性、上述第二磁传感器检测未实施表面处理的检查体或表面处理状态不良的检查体的磁性特性的状态下的来自上述交流桥电路的输出信号以及上述第一磁传感器、上述第二磁传感器各自检测上述基准检查体的磁性特性的状态下的来自上述交流桥电路的输出信号，来决定好坏判断的阈值，
在上述好坏判断工序中，根据上述阈值来判断被检体的表面处理状态的好坏。
9.根据权利要求8所述的表面特性检查方法，其特征在于，
还具备检查状态判断工序，在该检查状态判断工序中，对从上述交流电源供给的交流电力的波形与来自上述交流桥电路的输出信号波形的相位差进行检测，根据检测出的相位差来判断检查状态的好坏。
10.根据权利要求9所述的表面特性检查方法，其特征在于，
上述第一磁传感器和上述第二磁传感器分别具备由磁性体构成的芯体以及卷绕在该芯体上的线圈，上述第二磁传感器通过向上述线圈供给来自上述交流电源的交流电力，而在上述芯体和被检体的表面之间形成闭合磁路，来检测被检体的电磁特性。
11.根据权利要求10所述的表面特性检查方法，其特征在于，
在上述检查体配置工序中，使上述第一磁传感器与上述基准检查体抵接的推压负荷和使上述第二磁传感器与上述被检体抵接的推压负荷被设定为大致相同。
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