CN110869756B - 表面特性评价方法、表面特性评价装置以及表面特性评价系统 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够对实施了表面处理的被检体的表面处理状态将深度方向上的分布考虑在内地高精度地进行评价的表面特性评价方法、表面特性评价装置以及表面特性评价系统。包括以下工序：测定工序，获取被检体的在深度方向上的阻抗的分布；评价工序，基于求出的阻抗，对被检体的在深度方向上的表面处理状态进行评价，其中，评价工序包括以下工序：准备未处理品、合格品及评价品，并制作基准测定值组，该基准测定值组是关于未处理品和合格品的阻抗来针对每个频率计算阻抗比(γ1)而得到的；制作评价测定值组，该评价测定值组是关于评价品的阻抗来针对每个频率计算评价品的阻抗与未处理品的阻抗的阻抗比(γ2)而得到的；以及基于根据表面处理工序从区域判定、峰值判定及面积判定中选择出的评价方法，将基准测定值组与评价测定值组进行比较，来对评价品的表面处理状态进行评价。
Description
技术领域
本发明涉及一种关于实施了表面处理的钢材产品等被检体评价其表面处理状态的表面特性评价方法、表面特性评价装置以及表面特性评价系统。
背景技术
作为钢材产品等的表面处理，广泛地进行了各种热处理(渗碳淬火、氮化热处理、高频淬火等)、喷丸处理。通过这些表面处理，能够提高产品的期望的特性。例如，通过喷丸处理来对产品的表面附近赋予残余应力，从而疲劳强度提高。关于表面处理，根据产品的用途来考虑处理条件，以形成期望的残余应力。为了高精度地评价是否适当地进行了这种表面处理，需要掌握在从产品表面起的深度方向上的表面处理状态(例如残余应力的分布)。
在专利文献1中公开了一种测定钢材的疲劳强度的方法。在专利文献1中，对进行了作为表面处理的喷丸处理的钢材的压缩残余应力表示峰值的深度进行了评价。但是，在专利文献1中所公开的评价方法中，需要按每个测定对象、表面处理的条件来设定测定条件。因而，由于材料的个体差异等偏差而无法进行高精度的评价。
在专利文献2中公开了测定钢材的疲劳强度的其它方法。在专利文献2中，通过依次变更与钢材接触的励磁线圈中流通的励磁电流的频率来依次变更钢材表面的磁通的渗透深度(磁导率)，并且依次测定检测线圈的输出电压值，由此计算钢材的压缩残余应力的分布。但是，在检测线圈的输出电压值中包含基于磁导率的变化的电压成分和基于检测线圈自身的阻抗的电压成分。因此，在由于周边环境的变化(温度、噪声等)而检测线圈自身的阻抗的特性发生了变化的情况下，测定值的可靠性降低。另外，关于该测定装置中的励磁线圈，需要考虑检测信号根据励磁线圈与钢材之间的距离而变化的现象(提离现象)来进行设计，但是没有进行基于该观点的公开。这样，专利文献2的测定装置无法准确地评价钢材的压缩残余应力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平07-092140号公报
专利文献2：日本特开平05-203503号公报
专利文献3：国际公开第2016/208382号公报
发明内容
发明要解决的问题
为了解决上述的问题，申请人开发出了一种表面特性评价装置和使用该表面特性评价装置的表面特性评价方法(专利文献3)，该表面特性评价装置通过检测器的线圈来使交流磁场渗透到被检体，获取阻抗相对于频率的变化，关于该阻抗，计算未处理品的阻抗与表面处理品的阻抗之比(阻抗比)，基于计算出的阻抗比，能够将实施了表面处理的钢材的残余应力的在深度方向上的分布考虑在内地高精度地评价该残余应力。
由此，虽然能够将实施了表面处理的钢材的残余应力的在深度方向上的分布考虑在内地高精度地评价该残余应力，但是申请人专心研究发现了更加高精度地评价表面处理状态的表面特性评价方法。
另外，关于被实施了多种表面处理的产品、例如在渗碳处理后进行了喷丸处理的产品，还要求通过一次测定来按工序区分评价各工序中的表面处理状态是否良好。
因此，本发明的目的在于提供一种能够对实施了表面处理的钢材产品等被检体的表面处理状态将深度方向上的分布考虑在内地高精度地进行评价的表面特性评价方法、表面特性评价装置以及表面特性评价系统。另外，本发明的目的还在于提供一种在进行了多个表面处理工序的情况下能够通过一次测定来按工序区分评价各工序中的表面处理状态是否良好的表面特性评价方法、表面特性评价装置以及表面特性评价系统。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本案发明使用以下技术方案：一种表面特性评价方法，用于评价被实施了表面处理的被检体的表面处理状态，所述表面特性评价方法包括以下工序：准备工序，准备未被实施表面处理的未处理品、已进行适当的表面处理的合格品以及作为评价对象的评价品来作为被检体；阻抗分布获取工序，关于各被检体获取阻抗分布；以及阻抗分布分析工序，基于在该阻抗分布获取工序中获取到的阻抗分布，来评价作为评价品的被检体的表面处理状态，阻抗分布获取工序包括以下工序：将被检体配置于线圈的内部，使通过对线圈施加交流电流而由线圈激发的交流磁场渗透到被检体内部；通过改变对线圈施加的交流电流的频率，来改变交流磁场向被检体渗透的渗透深度；以及数据获取工序，关于多个频率测定线圈的阻抗并获取被检体的在深度方向上的阻抗的分布，阻抗分布分析工序包括以下工序：针对多个频率中的每个频率计算阻抗比γ1，并制作基准测定值组Gγ1，所述阻抗比γ1是在数据获取工序中获取到的在该多个频率下的未处理品的阻抗Z0与合格品的阻抗Z1之比；针对与所述基准测定值组Gγ1相同的多个频率中的每个频率计算阻抗比γ2，并制作评价测定值组Gγ2，所述阻抗比γ2是在数据获取工序中关于该多个频率获取到的评价品的阻抗Z2与未处理品的阻抗Z0之比；以及将基于所述基准测定值组Gγ1设定的规定的评价基准与评价测定值组Gγ2进行比较，来对评价品的表面处理状态进行评价，其中，规定的评价基准是从区域基准、峰值基准以及面积基准中选择出的评价基准，所述区域基准为以下基准：基于基准测定值组Gγ1的在各频率下的阻抗比γ1来设定在各频率下能够容许的阻抗比的范围，将该能够容许的阻抗比的范围与阻抗比γ2进行比较来对评价品的表面处理状态进行评价的基准，所述峰值基准为以下基准：基于基准测定值组Gγ1的针对频率的峰值位置来设定能够容许的峰值位置的范围，将该能够容许的峰值位置的范围与阻抗比γ2的峰值位置进行比较来对评价品的表面处理状态进行评价的基准，所述面积基准为以下基准：基于基准测定值组Gγ1的阻抗比γ1的在规定的频率范围内的积分值来设定能够容许的积分值的范围，将该能够容许的积分值的范围与该频率范围内的阻抗比γ2的积分值进行比较来对评价品的表面处理状态进行评价的基准。
根据像这样构成的发明，用于评价被实施了表面处理的被检体的表面处理状态的表面特性评价方法包括以下工序：数据获取工序，获取被检体的在深度方向上的阻抗的分布；以及阻抗分布分析工序，基于通过数据获取工序求出的阻抗，来评价被检体的在深度方向上的表面处理状态，其中，在阻抗分布分析工序中，通过将基准测定值组Gγ1与评价测定值组Gγ2进行比较，来进行将从评价品的表面起的深度方向考虑在内的表面处理状态的评价，该基准测定值组Gγ1是关于多个频率下的未处理品的阻抗和合格品的阻抗来针对每个频率计算阻抗比γ1而得到的，该评价测定值组Gγ2是关于与基准测定值组Gγ1相同的多个频率下的评价品的阻抗来针对每个频率计算评价品的阻抗与未处理品的阻抗的阻抗比γ2而得到的。作为评价基准，由于从区域基准、峰值基准以及面积基准中选择来进行评价，因此能够进行更高精度的评价。
在本发明中，优选的是，使用以下技术方案：阻抗分布分析工序包括基于对线圈施加的交流电流的频率来计算交流磁场向被检体渗透的渗透深度的工序，分别基于基准测定值组Gγ1来制作基准二维对应关系以及基于评价测定值组Gγ2来制作评价二维对应关系，并使用于表面处理状态的评价，所述基准二维对应关系显示出与从合格品的表面起的深度对应的阻抗比γ1，所述评价二维对应关系显示出与从评价品的表面起的深度对应的阻抗比。
根据像这样构成的本发明，能够将基准二维对应关系与评价二维对应关系进行比较，从而能够容易地在视觉上掌握评价结果是否良好、其程度等在深度方向上的表面处理状态。
在本发明中，优选的是，使用以下技术方案：在阻抗分布分析工序中，在对经过了多个表面处理工序后的评价品的表面处理状态进行评价的情况下，根据从评价品的表面起的深度而选择不同的评价基准。
根据表面处理工序的不同，对阻抗产生影响的因素、表面处理所影响的深度不同，因此表面处理品的阻抗与未处理品的阻抗的阻抗比的在深度方向上的倾向根据表面处理工序而不同。像如上所述构成的本发明那样，根据从评价品的表面起的深度来选择不同的评价基准，由此仅对评价品进行一次测定，就能够按工序来区分评价各工序中的表面处理状态是否良好。
在本发明中，优选的是，使用以下技术方案：在对被检体实施的表面处理包括喷丸处理的情况下，选择峰值基准或面积基准以对评价品的表面附近的表面处理状态进行评价。
优选的是，在表面处理包括喷丸处理的情况下，评价测定值组、评价二维对应关系表示喷丸处理特有的特性，因此像如上所述构成的本发明那样，选择适合于对该特性进行评价的峰值基准或面积基准。
在本发明中，优选的是，使用以下技术方案：对通过喷丸处理形成的表面处理状态进行评价。
根据像这样构成的本发明，能够基于利用峰值基准或面积基准得到的评价结果，来判断喷丸处理是否良好。
在本发明中，优选的是，使用以下技术方案：区域基准、峰值基准以及面积基准下的能够容许的范围是基于多个基准测定值组Gγ1的偏差而设定的。
根据像这样构成的本发明，基于多个基准测定值组Gγ1的偏差来设定评价基准的各容许范围，因此能够按照品质管理范围来设定在统计上适当的容许范围，从而能够提高表面处理状态的评价的精度。
另外，本发明是一种用于进行表面特性评价方法的表面特性评价装置，使用以下技术方案，即具备：振荡器，其具备交流电源和频率可变电路，所述频率可变电路能够变更由交流电源输出的交流电流的频率；检测器，其具备线圈，使交流磁场渗透到被检体，所述线圈与振荡器连接，通过从频率可变电路施加的交流电流来激发交流磁场；测量器，其与频率可变电路及检测器连接，针对各被检体获取阻抗分布；以及评价单元，其基于针对评价品获取到的阻抗分布，来对评价品的表面处理状态进行评价。
根据像这样构成的本发明的表面特性评价装置，能够较佳地实施本发明的表面特性评价方法。
另外，本发明是一种表面特性评价系统，使用以下技术方案，即具备：本发明的表面特性评价装置；以及与表面特性评价装置连接的一个或多个表面处理装置，其中，表面特性评价装置构成为能够将评价品的表面处理状态的评价结果送出到被选择的表面处理装置。
根据像这样构成的本发明，能够构成与表面处理装置连接或内置于表面处理装置并送出评价品的表面处理状态的评价结果的表面特性评价系统。
在本发明中，优选的是，使用以下技术方案：表面特性评价装置构成为能够对被选择的表面处理装置进行控制。
根据像这样构成的本发明，能够基于评价品的表面处理状态的评价结果来对表面处理装置进行控制。
在本发明中，优选的是，使用以下技术方案：表面特性评价装置判定由对评价品实施了表面处理的多个表面处理装置中的哪个表面处理装置进行的表面处理存在异常。
根据像这样构成的本发明，由表面特性评价装置基于评价品的表面处理状态的评价结果，来判定由多个表面处理装置中的哪个表面处理装置进行的表面处理工序存在异常。
另外，本发明是一种具备表面特性评价装置的表面特性评价系统，使用以下技术方案：构成为能够记录评价品的表面处理状态的评价结果。
根据像这样构成的本发明，由于能够记录评价记录，因此能够基于记录进行各种分析、表面特性检查装置的测定值的校正、前后工序中的加工条件的校正等。
在本发明中，优选的是，使用以下技术方案：表面特性评价系统还具备与所述表面特性评价装置连接的一个或多个表面处理装置，构成为能够将对评价品实施了表面处理的表面处理装置中的表面处理条件与评价品的评价结果相关联地进行记录。
在像这样构成的本发明中，由于记录针对各个评价品的表面处理的历史记录，因此能够制造可靠性更高的产品。
附图说明
图1是示出表面特性评价装置的结构的电路图。
图2是示意性地示出在线圈中产生的交流磁场(磁通)的说明图。
图3是示出表面特性评价方法的流程图。
图4是渗碳处理品、SP处理品以及在渗碳处理后进行了SP处理的渗碳处理后SP处理品的阻抗比的二维对应关系。
图5A是判定工序中的基于区域基准的评价品的表面处理状态的评价方法的说明图。
图5B是基于区域基准的评价中的容许范围的说明图。
图6A是判定工序中的基于峰值基准的评价品的表面处理状态的评价方法的说明图。
图6B是基于峰值基准的评价中的容许范围的说明图。
图7是示出由在喷丸处理中使用的丸粒的丸粒直径引起的阻抗比的变化的说明图。
图8是判定工序中的基于峰值基准的评价品的表面处理状态的评价方法的说明图。
图9是将区域基准与面积基准组合起来的评价品的表面处理状态的评价方法的说明图。
图10是根据基准二维对应关系和评价二维对应关系来基于区域基准进行的评价品的表面处理状态的评价方法的说明图。
图11是示出表面特性评价系统的结构的框图。
具体实施方式
(表面特性评价装置)
参照附图说明本发明的表面特性评价装置。此外，只要没有特别限定，则下面的说明中的上下左右方向表示图中的方向。
如图1所示，本实施方式的表面特性评价装置1具备振荡器10、检测器20、测量器30。
振荡器10具备交流电源11和频率可变电路12。频率可变电路12与交流电源11连接，能够变更从交流电源11输出的交流电流的频率。
检测器20包括图2所示那样的线圈21。线圈21的一端侧(点A)与交流电源11连接，被供给从交流电源11输出的交流电流。此外，在后面记述线圈21的详细内容。
测量器30具备放大电路31、绝对值电路32、低通滤波器(LPF)33、I/V转换电路34、绝对值电路35、LPF 36、控制单元37、显示器38。控制单元37具备通过后述的评价方法来评价被检体的表面处理状态的评价单元。另外，将存储单元配置在控制单元37的内部或未图示的区域。
放大电路31与线圈21的两端的点A及点B连接。点A与点B之间的电位差的信号被输入到放大电路31，且被放大。放大后的该信号在通过绝对值电路32被进行全波整流之后，通过LPF 33被转换为直流。转换后的该信号被输入到控制单元37。
I/V转换电路34与线圈21的另一端侧(点B)连接。表示流过线圈21的电流的电流值的信号被输入到I/V转换电路34，且被转换为表示电位差的信号。而且，在通过绝对值电路35进行全波整流之后，通过LPF 36转换为直流。转换后的该信号被输入到控制单元37。
控制单元37与频率可变电路12、LPF 33以及LPF 36连接，对控制单元37分别输入施加于线圈21的交流电流的频率和针对该频率的通过了LPF 33、36的信号。控制单元37基于所输入的这些信号进行运算，根据运算结果来进行被检体的表面特性的评价。此外，既可以手动地进行交流电流的频率的变更，也可以使控制单元37具有向频率可变电路12输出使频率连续地变更的信号的功能来自动地进行频率的变更。在本实施方式中，设为后者。
显示器38进行由控制单元37得到的评价结果的显示或警告。
接着，对线圈21进行说明。线圈21是将具有导通性的线材卷绕成圆筒状而形成的。关于该线材，既可以使用单根导线，也可以使用将多根细导线捆扎成一根线所得的线材。在后者的情况下，既可以搓合多根细导线来形成线材，也可以将多根细导线编织成一根线来形成线材。另外，也可以是，在将多根细导线编织成一根线来形成线材之后，将其拧成一根细线。通过使用将多根细导线捆扎成一根线而形成的线材来作为线圈21的线材，能够提高线圈21的(自)谐振频率。
另外，也可以将线圈21设为将线材卷绕于中空的圆筒形状的芯而成的结构(带芯线圈)，但是在本实施方式中设为不具有芯的结构(空芯线圈)。
使通过对线圈21施加交流电流而激发出的交流磁场渗透到被检体，由此在被检体中产生涡电流。由于涡电流而产生针对交流磁场的退磁场，从而交流磁场的渗透深度发生变化。将该退磁场与交流磁场合成所得的磁通的大小根据表示表面处理的程度的残余应力的大小而不同。因此，通过对流过线圈21的电流的电特性进行评价，能够对表面处理的程度进行评价。在该情况下，为了高精度地评价被检体的表面特性，需要更高精度地捕捉退磁场。因此，本实施方式的线圈21调整线材的卷绕圈数，使得谐振频率为使用频带以上。从通过表面处理进行改性的表面起的深度(影响层)大致为10μm～1000μm。在该情况下，也可以将使用频带设为0.5×103Hz～20×106Hz，将线圈21的谐振频率设为10MHz以上(优选为使用频带的2倍以上)。另外，选择喷丸处理来作为表面处理的情况下的影响层大致为10μm～300μm，因此也可以将使用频带设为1×103Hz～20×106Hz，将线圈21的谐振频率设为10MHz以上(优选为使用频带的2倍以上)。
只要使线圈21接近被检体以使线圈21激发出的交流磁场能够渗透到被检体的内部即可，对检测器20的形状不作特别限定。本实施方式的检测器20呈圆筒形状，构成为能够在其中心部插入配置被检体。即，设为如下结构：将被检体插入配置于线圈的中心部，由此线圈21能够包围被检体的侧周面。在该结构中，能够减少因材料所引起的在与被检体内部的深度方向正交的方向上的偏差，因此能够提高评价精度。另外，能够使涡电流流过被检体的侧周面、即整个评价对象面，因此能够通过一次测定来评价整个评价对象面。
由于通过线圈21包围被检体，因此被检体的局部的状态的影响少。例如，通过使用电解研磨进行微小的破坏试验(应力测定、X射线测定)，来将残余应力的实测值等与表面处理状态评价结果进行比较，由此能够进行更准确的表面处理评价。
(表面特性评价方法)
接着，说明对被检体的表面特性状态和表面处理工序进行评价的方法。下面，以进行在作为表面处理实施了渗碳处理后实施喷丸处理(下面称为“SP处理”。)的被检体的表面处理状态和表面处理工序的评价的情况为例进行说明。
本发明中的表面特性评价方法包括准备工序、阻抗分布获取工序以及阻抗分布分析工序。
首先，在准备工序中，准备未被实施表面处理的未处理品、已进行适当的表面处理的合格品以及作为评价对象的评价品来作为被检体。
接着，阻抗分布获取工序包括使交流磁场渗透到被检体内部的工序、改变交流磁场的渗透深度的工序以及获取阻抗的分布的数据获取工序。
在使交流磁场渗透到被检体内部的工序中，首先，将被检体配置在检测器20的线圈21的内部，通过对线圈21施加交流电流来使交流磁场渗透到被检体内部。此外，只要在使线圈21激发出交流磁场时该交流磁场渗透到被检体的内部即可，对被检体进行配置的方法不特别地限定。在本实施方式中，将未处理品以位于线圈21的圆形截面中心且被检体整体位于线圈21的内部的方式进行设置。通过这样设置被检体，能够减轻由于材料所引起的与被检体内部的深度方向正交的方向上的偏差，因此能够提高测定精度。
接着，作为改变交流磁场的渗透深度的工序，从控制单元37向频率可变电路12输出对由交流电源11输出的交流电流的频率进行控制的信号，来使交流电源11工作。通过交流电源11工作，由此使线圈21激发出交流磁场(图2)。由于被检体被设置在线圈21的内周侧，因此该交流磁场渗透到被检体。由于交流磁场的渗透而在被检体的表面产生涡电流。通过涡电流，产生针对交流磁场的退磁场。此时，磁导率根据残余应力的大小而改变。因而，将该退磁场与交流磁场合成所得的磁通的大小根据表示表面处理的程度的残余应力的大小而不同。即，表示交流电流流过线圈时的线圈的电特性的信号(表示线圈间(A-B间)的电位差的信号和表示流过线圈后的电流值的信号)根据残余应力的大小而变化。由控制单元37根据通过放大电路31-绝对值电路32-LPF 33后输入到控制单元37的信号和通过I/V转换电路34-绝对值电路35-LPF 36后输入到控制单元37的信号，来计算该频率下的阻抗Z0。
在此，交流磁场向被检体渗透的深度依赖于交流电流的频率。一边通过控制单元37改变从交流电源11输出的交流电流的频率，一边针对各个频率根据这些信号来计算线圈21的阻抗Z0并存储到存储单元。也就是说，在数据获取工序中，根据多个频率来改变交流磁场向被检体渗透的渗透深度，关于多个频率测定线圈21的阻抗，并获取被检体的在深度方向上的阻抗的分布。
针对合格品和评价品进行同样的操作，分别获取在深度方向上的阻抗Z1、Z2的分布。在此，交流电流的频率设为与未处理品的频率相同的频率。
接着，阻抗分布分析工序包括制作基准测定值组Gγ1的工序、制作评价测定值组Gγ2的工序以及对评价品的表面处理状态进行评价的工序。即，在阻抗分布分析工序中，基于在阻抗分布获取工序中求出的阻抗分布，来评价被检体的在深度方向上的表面处理状态。
如图3所示，在步骤S1中，作为制作基准测定值组Gγ1的工序，关于在多个频率下的未处理品的阻抗Z0和合格品的阻抗Z1，制作由控制单元37针对每个频率计算阻抗比γ1(Z1/Z0)得到的基准测定值组Gγ1。
在此，未处理品的阻抗Z0优选设为将10个以上的未处理品的测定结果按每个频率进行平均并使用其平均值来计算每个频率下的阻抗比γ1的基准值。另外，为了计算在设定后述的评价方法的阈值时使用的标准偏差，优选的是关于30个以上的合格品来测定合格品的阻抗Z1。
在步骤S2中，作为制作评价测定值组Gγ2的工序，关于与基准测定值组相同的多个频率下的评价品的阻抗Z2，制作针对每个频率计算该评价品的阻抗Z2与未处理品的阻抗Z0的阻抗比γ2(Z2/Z0)得到的评价测定值组Gγ2。
通过在表面特性的评价中使用阻抗比γ1、γ2，能够减轻由测定环境的变化(温度、湿度等)引起的电压的漂移。另外，由于能够仅提取由表面处理引起的被检体的电磁特性变化，因此表面特性的评价的精度提高。并且，与阻抗比之差相比，能够显著地检测变化，因此表面特性的评价的精度提高。
在接下来的步骤S3中，基于基准测定值组Gγ1来制作显示出与从合格品的表面起的深度对应的阻抗比γ1的基准二维对应关系。基准二维对应关系是基于频率计算从合格品的表面起的深度并将该深度作为横轴来绘制对应的阻抗比γ1而得到的。关于频率与从合格品表面起的深度之间的关系，能够根据下述的数式制作表示频率与从表面起的深度之间的关系的标准曲线，并根据该标准曲线来进行计算。
y：交流磁场的渗透深度(μm)
k：校正系数
x：交流电流的频率(Hz)
μ：钢材的磁导率(H/m)
σ：钢材的导电率(S/m)
在频率高的情况下，能够获得反映出表面附近的表面处理状态的信号，在频率低的情况下，能够获得反映出更深的区域的表面处理状态的信号。上述数式中的校正系数k是受到被检体的形状(例如被检体的体积)、性状(例如有无作为前阶段的热处理)、SP处理的条件(例如丸粒的粒径、硬度、喷射时间、喷射压力)等的影响而变动的值，通过实验预先计算校正系数k。
在此，也能够针对频率绘制阻抗比来制作基准二维对应关系。
下面，例示阻抗比的基准二维对应关系。在图4中示出渗碳处理品、SP处理品以及在渗碳处理后进行了SP处理的渗碳处理后SP处理品中的阻抗比的基准二维对应关系。
通过喷丸处理机(新东工业株式会社制造)，朝向进行了渗碳淬火的铬钼钢(φ40mm×30mm)以0.3MPa的喷射压力且以覆盖率为300％的方式喷射平均粒径为50μm～1000μm的丸粒(均为新东工业株式会社制造)，来进行喷丸处理。将实施了该喷丸处理的铬钼钢作为被检体。交流电流的频率(使用频率)设为10kHz～20MHz。另外，基于上述的标准曲线，根据使用频率计算出交流磁场的渗透深度。
在阻抗比的基准二维对应关系中，在阻抗比超过1时，与未处理品相比，磁导率上升，在阻抗比小于1时，与未处理品相比，磁导率减少。
根据表面处理工序的不同，对阻抗产生影响的因素、表面处理所影响的深度不同，因此表面处理品的阻抗与未处理品的阻抗的阻抗比的倾向根据表面处理工序而不同。作为对阻抗产生影响的因素，渗碳处理中的组织变化、SP处理中的马氏体转变、由于施加应变引起的残余应力等对阻抗产生影响的因素不同。另外，关于受到表面处理影响的深度，在渗碳处理品中为几百微米(μm)左右，与此相对地，在SP处理品中为几十微米(μm)左右，SP处理品的该深度为表面附近较浅的区域。
关于渗碳处理品，表面附近的阻抗比为1，并呈现随着距表面的距离增大而阻抗比大幅降低的倾向。
关于SP处理品，表面附近的阻抗比超过1。呈现随着距表面的距离增大而阻抗比逐渐降低的倾向。另外，阻抗比的降低程度比渗碳处理品的阻抗比的降低程度小。
关于渗碳处理后SP处理品，表面附近的阻抗比超过1，并呈现阻抗比在从表面起到15μm左右为止增大之后转为减小并在40μm左右处变为1以下的倾向。像这样，在表面处理工序为多个且将渗碳处理与SP处理组合的情况下，阻抗比的基准二维对应关系绘制出具有极大值的曲线。
通过控制单元37，根据所得到的基准二维对应关系和评价测定值组Gγ2来判定表面处理状态是否良好。
在步骤S4中，选择与表面处理工序相应的评价基准。作为评价基准，使用利用了基准二维对应关系和评价测定值组的区域基准、峰值基准以及面积基准这三种基准，从这些基准中选择评价基准。
区域基准为以下基准：根据基准测定值组Gγ1来设定各频率下的阻抗比的容许范围W1，将该容许范围与评价测定值组Gγ2的阻抗比γ2进行比较来评价被检体的表面处理状态。
针对各频率计算阻抗比γ1的平均值和标准偏差σ，基于这些值来设定上述容许范围。例如，设定为阈值组，该阈值组是按照品质管理范围设定标准偏差的倍数：N，并对阻抗比γ1的平均值γ加上和减去标准偏差σ的N倍的值而得到的。
在此，容许范围W1能够取按每个深度而不同的值。另外，容许范围W1可以设定为针对平均值的上下固定的范围，也能够设定为针对特定的频率的上下不同的阈值范围。
在图5A中示出显示出容许范围W1的基准二维对应关系。通过各频率下的阻抗比γ1的平均值来绘制阻抗比γ1的曲线，针对与计算出阻抗比γ1的频率对应的每个深度设定了容许范围W1。容许范围W1的宽度在图5A中用Δ来表示。针对基于区域基准进行评价的深度选择多个点，如图5B所示，针对每个深度将阻抗比γ2(图中：◆)与阻抗比γ1的曲线进行比较。即，如果阻抗比γ2(图中：◆)处于针对该频率(渗透深度)设定的容许范围W1(图中：Δ)的内侧，则评价为良好(OK)，如果处于外侧，则评价为不良(NG)。当在每个深度时阻抗比γ2都收敛于容许范围W1内时，控制单元37评价为表面处理状态良好。另一方面，在阻抗比γ2没有收敛于容许范围W1内时，控制单元37评价为表面处理状态不良。
峰值基准为以下基准：根据基准测定值组Gγ1来设定阻抗比的极值M的位置(峰值位置)的容许范围，将该容许范围与阻抗比γ2的极值的位置进行比较来评价被检体的表面处理状态。
如图6A所示，在基准二维对应关系中，将在表面处理良好时可能存在极值的范围设定为容许范围W2。关于容许范围W2，按照品质管理范围设定为被基于深度的标准偏差和阻抗比的标准偏差决定出的深度的容许幅度以及阻抗比的容许幅度包围的矩形状的区域(图6B)。
如图6B所示，在阻抗比γ2的极值M存在于该矩形状的区域(容许范围W2)内时，控制单元37评价为表面处理状态良好。另一方面，在阻抗比γ2的极值M不存在于该矩形状的区域内时，控制单元37评价为表面处理状态不良。
在此，在被检体的表面附近具有这样的极值的二维对应关系(阻抗比的分布)是由于在被检体的表面附近施加了SP处理的作用而发现了显著的极值，因此能够较佳地使用于SP处理是否良好的判定。此外，在SP处理以外的表面处理中，也能够发现这样的极值。
在图7中示出由在SP处理中使用的丸粒的丸粒直径引起的阻抗比的变化。与上述同样地，使用平均粒径50μm～800μm的4个等级的丸粒(新东工业株式会社制造)对进行了渗碳淬火的铬钼钢(φ40mm×30mm)进行SP处理，得到被检体。交流电流的频率(使用频率)设为10kHz～20MHz。另外，基于上述的标准曲线，根据使用频率计算出交流磁场的渗透深度。丸粒直径越大，则在从表面起越深的方向上发现极值(极大值)，其值也越大。
此外，根据钢材种类、表面处理工序，也存在作为极值而发现极小值的情况。
作为与矩形区域相邻的区域，能够设定图6B所示的下面的区域。
·HI：阻抗比γ2的极值的坐标为虽然深度的容许幅度充分但阻抗比高的区域
·LO：阻抗比γ2的极值的坐标为虽然深度的容许幅度充分但阻抗比低的区域
·LT：阻抗比γ2的极值的坐标为在深度较浅处不在容许幅度内的区域
·RT：阻抗比γ2的极值的坐标为在深度较深处不在容许幅度内的区域
考虑图7所示的倾向，能够根据阻抗比γ2的极值存在于上述的哪个区域内来掌握SP处理状态。
·HI：投射时间长且SP处理量多的情况下的过度喷丸的探测
·LO：投射时间短且SP处理量少的情况下的喷丸不足的探测
·LT：丸粒粒径变小且处理范围靠近最表面的状态的丸粒磨损的探测、或者使用了比标准小的丸粒的情况下的不同粒径混入的探测
·RT：使用了比标准大的丸粒的情况下的不同粒径混入的探测
接着，面积基准为以下基准：设定根据基准测定值组Gγ1预先设定的频率范围内的阻抗比的积分值的容许范围W3，将该容许范围W3与该频率范围内的阻抗比γ2的积分值进行比较来评价被检体的表面处理状态。
具体地说，如图8所示，计算被阻抗比γ2的曲线和表示阻抗比＝规定值的直线包围的面积S。在图8所示的例子中，计算被包含极值M的阻抗比γ2的曲线(评价二维对应关系)和阻抗比＝1的直线包围的区域的面积S。即，在图8所示的例子中，阻抗比γ2的曲线在涡电流的渗透深度＝约20μm的位置处取得极大值M，在涡电流的渗透深度＝约40μm的位置处降低到了阻抗比γ2＝1。因而，通过在涡电流的渗透深度0μm～约40μm的范围内对从阻抗比γ2减去1得到的值进行积分，能够求出图8中的面积S。
计算根据多个基准二维对应关系(阻抗比γ1的曲线)同样计算出的面积S的平均值及其标准偏差，并按照品质管理范围预先设定面积S的容许范围W3。接着，如果针对关于评价品获取到的阻抗比γ2的曲线(阻抗分布)计算出的面积S处于容许范围W3内，则评价为该评价品的表面处理状态良好。
下面，示出各评价方法的特征。
区域基准是能够在深度方向的广范围内进行判定的基准。因而，在渗碳处理等进行改性直到较深的范围为止的表面处理工序中，能够优选使用区域基准以判定是否进行了适当的处理直到规定的深度为止。
由于峰值基准是根据评价二维对应关系中的阻抗比γ2的极值的坐标来进行判定，因此能够在呈现具有极值的评价二维对应关系的表面处理、特别是SP处理是否良好的判定中优选使用峰值基准。
面积基准为以下基准：能够检测通过区域基准、峰值基准难以判定的评价二维对应关系与基准二维对应关系的微小差异。另外，通过设定深度的范围和阻抗并来计算所包围的面积S，能够较佳地使用于SP处理是否良好的判定，该阻抗比设为包含极值的阻抗比γ2的曲线的底边。
在步骤S5中，作为对评价品的表面处理状态进行评价的工序，将基于基准测定值组Gγ1设定的规定的评价基准与评价测定值组Gγ2进行比较，来对评价品的表面处理状态进行评价。针对基于评价测定值组Gγ2求出的评价二维对应关系，应用区域基准、峰值基准以及面积基准中的至少一个基准来对评价品的表面处理状态进行评价。将表面处理状态的评价结果输出到显示器38来进行显示。在显示器38中，既可以仅显示是否良好的结果，也可以在判定为不良时发出警告。
并且，在步骤S6中，如后述那样判定对评价品实施的表面处理工序是否良好。
通过以上的工序，能够选择与表面处理工序相应的评价方法来进行将从被检体的表面起的深度方向考虑在内的表面处理状态的评价。
在步骤S4中，有效利用各判定方法的特征，能够根据对评价品实施的表面处理工序采用多个评价方法。
例如图9所示，针对在渗碳处理后进行了SP处理的评价品，能够采用在阻抗比为1以上的深度区域内使用面积基准、在更深的深度区域内使用区域基准的判定方法。由此，能够按照面积基准进行浅区域内的SP处理工序是否良好的判定，按照区域基准进行深区域内的渗碳处理工序是否良好的判定，因此不需要在渗碳处理后进行被检体的评价，仅对已完成所有表面处理的被检体进行评价，从而能够一次对多个表面处理工序进行评价。
另外，针对在渗碳处理后进行了SP处理的评价品，也能够采用在浅区域内进行基于峰值基准的判定、在深区域内使用区域基准的评价方法。由此，能够按照峰值基准进行在表面附近具有极值的SP处理工序是否良好的判定、按照区域基准进行深区域内的渗碳处理工序是否良好的判定，因此不需要在渗碳处理后进行被检体的评价，仅对已完成所有表面处理的被检体进行评价，从而能够一次对多个表面处理工序进行评价。
除此之外，将进行多个表面处理工序的例子按进行表面处理的顺序示出。
·渗碳淬火回火处理→SP处理→研磨
·渗碳淬火回火处理→SP处理(第一阶段)→SP处理(第二阶段)→研磨
·氮化热处理→SP处理→低温退火
如上所述，在进行多个表面处理工序的情况下，仅对评价品进行一次测定，就能够按工序来区分评价各工序中的表面处理状态是否良好。
在此，在进行多个表面处理工序的情况下，也能够通过一种判定方法、例如仅按照区域基准来评价各工序中的表面处理状态是否良好。
在进行多个表面处理工序的情况下，在步骤S6中，基于表面处理状态的评价结果来判定表面处理工序是否良好。将判定结果输出到显示器38来进行显示。在显示器38中，既可以仅显示是否良好的结果，也可以在判定为不良时发出警告。
与步骤S3同样地，也能够基于评价测定值组Gγ2来制作评价二维对应关系，该评价二维对应关系显示出与从评价品的表面起的深度对应的阻抗比γ2。当制作评价二维对应关系时，通过与基准二维对应关系叠加来进行比较，由此能够易于在视觉上掌握评价结果是否良好、表面处理的程度等。另外，根据在评价二维对应关系中示出的阻抗比γ2的轨迹，能够在视觉上掌握深度方向上的表面处理状态。
例如，在基于区域基准进行判定时，如图10所示，能够将基准二维对应关系与评价二维对应关系叠加来通过与容许范围W1的比较进行判定。
(表面特性评价系统)
表面特性评价装置1能够构成与表面处理装置连接或内置于表面处理装置中并送出评价品的表面处理状态的评价结果的表面特性评价系统。
在图11中示出表面特性评价系统S的例子。表面特性评价系统S具备表面特性评价装置1、表面处理装置40、数据处理装置50。表面特性评价系统S构成为能够基于评价品的表面处理状态的评价结果来对表面处理装置40进行控制。在此，表面处理装置40、数据处理装置50都可以进行表面处理装置40的控制。
在存在多个表面处理工序的情况下，能够选择进行该表面处理的表面处理装置40(热处理机、多个喷丸处理机等)的全部或一部分来与表面特性评价装置1连接，或者能够将表面特性评价装置1内置于表面处理装置40，通过表面特性评价装置1和被选择的表面处理装置构成表面特性评价系统。
在表面特性评价系统S中，能够基于表面特性评价装置1中的评价品的表面处理状态的评价结果，来判定由被选择的多个表面处理装置中的哪个表面处理装置40进行的表面处理工序存在异常。在此，表面处理装置40、数据处理装置50都可以进行该判定。
在表面特性评价系统S中，能够将表面特性评价装置1的评价结果输出到喷丸处理装置等表面处理装置40。由此，能够基于评价结果来变更表面处理条件，因此能够抑制不合格品的产生。关于该表面处理条件的变更，可以由作业者基于评价结果来手动变更，也可以将基于评价结果来对表面处理条件进行校正及变更的信号输出到表面处理装置40来自动地进行变更。
另外，表面特性评价系统S也能够构成为与至少一个以上的表面处理装置40连接，记录评价品的表面处理状态的结果并能够适当地再现。能够将储存的这些数据应用于工序管理。
并且，该表面特性评价系统S能够将所连接的表面处理装置40中的处理条件以与由表面特性评价装置1测定出的评价结果相关联的方式记录到数据处理装置50中。关于各个评价品，以相关联的方式记录有表面处理条件和评价结果，因此例如在后工序中产生问题的情况下，能够确认作为前处理的表面处理的历史记录，来确定在哪个工序中产生了问题。而且，由于能够在各个工序中反映其结果，因此能够制造出更可靠的产品。
(实施方式的效果)
根据本发明的表面特性评价方法和表面特性评价装置1，包括以下工序：阻抗分布获取工序，获取被检体的在深度方向上的阻抗的分布；以及阻抗分布分析工序，基于通过阻抗分布获取工序求出的阻抗分布，来评价被检体的在深度方向上的表面处理状态，其中，在阻抗分布分析工序中，通过将基准测定值组Gγ1与评价测定值组Gγ2进行比较，来进行将从被检体的表面起的深度方向考虑在内的表面处理状态的评价，该基准测定值组Gγ1是关于多个频率下的未处理品的阻抗与合格品的阻抗来针对每个频率计算阻抗比γ1而得到的，该评价测定值组Gγ2是关于与基准测定值组Gγ1相同的多个频率下的评价品的阻抗来针对每个频率计算评价品的阻抗与未处理品的阻抗的阻抗比γ2而得到的。作为评价方法，由于从区域基准、峰值基准以及面积基准中选择与表面处理工序相应的基准来进行评价，因此能够进行更高精度的评价。另外，通过根据从评价品的表面起的深度来选择与表面处理工序对应的评价方法，由此仅对评价品进行一次测定就能够按工序来区分评价各工序中的表面处理状态是否良好。
另外，根据本发明的表面特性评价系统，能够将表面特性评价装置1与表面处理装置40连接或内置于表面处理装置40并送出评价品的表面处理状态的评价结果。另外，表面特性评价系统能够基于评价品的表面处理状态的评价结果来对表面处理装置40进行控制。表面特性评价装置1能够基于评价品的表面处理状态的评价结果，来判定由被选择的多个表面处理装置40中的哪个表面处理装置40进行的表面处理工序存在异常。
附图标记说明
1：表面特性评价装置；10：振荡器；11：交流电源；12：频率可变电路；20：检测器；21：线圈；30：测量器；31：放大电路；32：绝对值电路；33：LPF；34：I/V转换电路；35：绝对值电路；36：LPF；37：控制单元；38：显示器；40：表面处理装置；50：数据处理装置；S：表面特性评价系统；Z0：未处理品的阻抗；Z1：合格品的阻抗；Z2：评价品的阻抗；γ1：基准测定值组的阻抗比；γ2：评价测定值组的阻抗比。
Claims (12)
1.一种表面特性评价方法，用于评价被实施了表面处理的被检体的表面处理状态，所述表面特性评价方法的特征在于，包括以下工序：
准备工序，准备未被实施表面处理的未处理品、已进行适当的表面处理的合格品以及作为评价对象的评价品来作为被检体；
阻抗分布获取工序，关于各所述被检体获取阻抗分布；以及
阻抗分布分析工序，基于在该阻抗分布获取工序中获取到的阻抗分布，来评价作为评价品的被检体的表面处理状态，
所述阻抗分布获取工序包括以下工序：
将被检体配置于线圈的内部，使通过对所述线圈施加交流电流而由所述线圈激发的交流磁场渗透到被检体内部；
通过改变对所述线圈施加的交流电流的频率，来改变所述交流磁场向所述被检体渗透的渗透深度；以及
数据获取工序，关于多个频率测定所述线圈的阻抗并获取被检体的在深度方向上的阻抗的分布，
所述阻抗分布分析工序包括以下工序：
针对多个频率中的每个频率计算阻抗比γ1＝Z1/Z0，并制作基准测定值组Gγ1，所述阻抗比γ1是在所述数据获取工序中获取到的在该多个频率下的未处理品的阻抗Z0与合格品的阻抗Z1之比；
针对与所述基准测定值组Gγ1相同的多个频率中的每个频率计算阻抗比γ2＝Z2/Z0，并制作评价测定值组Gγ2，所述阻抗比γ2是在所述数据获取工序中关于该多个频率获取到的评价品的阻抗Z2与未处理品的阻抗Z0之比；以及
将基于所述基准测定值组Gγ1设定的规定的评价基准与所述评价测定值组Gγ2进行比较，来对评价品的表面处理状态进行评价，
其中，所述规定的评价基准是从区域基准、峰值基准以及面积基准中选择出的评价基准，
所述区域基准为以下基准：基于所述基准测定值组Gγ1的在各频率下的阻抗比γ1来设定在各频率下能够容许的阻抗比的范围，将该能够容许的阻抗比的范围与阻抗比γ2进行比较来对评价品的表面处理状态进行评价的基准，
所述峰值基准为以下基准：基于所述基准测定值组Gγ1的针对频率的峰值位置来设定能够容许的峰值位置的范围，将该能够容许的峰值位置的范围与阻抗比γ2的峰值位置进行比较来对评价品的表面处理状态进行评价的基准，
所述面积基准为以下基准：基于所述基准测定值组Gγ1的阻抗比γ1的在规定的频率范围内的积分值来设定能够容许的积分值的范围，将该能够容许的积分值的范围与该频率范围内的阻抗比γ2的积分值进行比较来对评价品的表面处理状态进行评价的基准。
2.根据权利要求1所述的表面特性评价方法，其特征在于，
所述阻抗分布分析工序包括基于对所述线圈施加的交流电流的频率来计算交流磁场向所述被检体渗透的渗透深度的工序，分别基于所述基准测定值组Gγ1来制作基准二维对应关系以及基于所述评价测定值组Gγ2来制作评价二维对应关系，并使用于表面处理状态的评价，所述基准二维对应关系显示出与从合格品的表面起的深度对应的阻抗比γ1，所述评价二维对应关系显示出与从评价品的表面起的深度对应的阻抗比γ2。
3.根据权利要求1或2所述的表面特性评价方法，其特征在于，
在所述阻抗分布分析工序中，在对经过多个表面处理工序后的评价品的表面处理状态进行评价的情况下，根据从评价品的表面起的深度而选择不同的评价基准。
4.根据权利要求1或2所述的表面特性评价方法，其特征在于，
在对被检体实施的表面处理包括喷丸处理的情况下，选择所述峰值基准或所述面积基准以对评价品的表面附近的表面处理状态进行评价。
5.根据权利要求4所述的表面特性评价方法，其特征在于，
在所述阻抗分布分析工序中，对通过喷丸处理形成的表面处理状态进行评价。
6.根据权利要求1或2所述的表面特性评价方法，其特征在于，
所述区域基准、所述峰值基准以及所述面积基准下的能够容许的范围是基于多个基准测定值组Gγ1的偏差而设定的。
7.一种表面特性评价装置，其特征在于，具备：
振荡器，其具备交流电源和频率可变电路，所述频率可变电路能够变更由所述交流电源输出的交流电流的频率；
检测器，其具备线圈，使交流磁场渗透到被检体，所述线圈与所述振荡器连接，通过从所述频率可变电路施加的所述交流电流来激发交流磁场；
测量器，其与所述频率可变电路及所述检测器连接，针对各被检体获取阻抗分布；以及
评价单元，其基于针对评价品获取到的阻抗分布，来对所述评价品的表面处理状态进行评价，
其中，所述被检体被配置于所述线圈的内部，使通过对所述线圈施加交流电流而由所述线圈激发的交流磁场渗透到被检体内部，通过改变对所述线圈施加的交流电流的频率，来改变所述交流磁场向所述被检体渗透的渗透深度，
所述测量器关于多个频率测定所述线圈的阻抗并获取被检体的在深度方向上的阻抗的分布，
所述评价单元进行以下处理：
针对多个频率中的每个频率计算阻抗比γ1＝Z1/Z0，并制作基准测定值组Gγ1，所述阻抗比γ1是所述测量器获取到的在该多个频率下的未处理品的阻抗Z0与合格品的阻抗Z1之比；
针对与所述基准测定值组Gγ1相同的多个频率中的每个频率计算阻抗比γ2＝Z2/Z0，并制作评价测定值组Gγ2，所述阻抗比γ2是所述测量器关于该多个频率获取到的评价品的阻抗Z2与未处理品的阻抗Z0之比；以及
将基于所述基准测定值组Gγ1设定的规定的评价基准与所述评价测定值组Gγ2进行比较，来对评价品的表面处理状态进行评价，
其中，所述规定的评价基准是从区域基准、峰值基准以及面积基准中选择出的评价基准，
所述区域基准为以下基准：基于所述基准测定值组Gγ1的在各频率下的阻抗比γ1来设定在各频率下能够容许的阻抗比的范围，将该能够容许的阻抗比的范围与阻抗比γ2进行比较来对评价品的表面处理状态进行评价的基准，
所述峰值基准为以下基准：基于所述基准测定值组Gγ1的针对频率的峰值位置来设定能够容许的峰值位置的范围，将该能够容许的峰值位置的范围与阻抗比γ2的峰值位置进行比较来对评价品的表面处理状态进行评价的基准，
所述面积基准为以下基准：基于所述基准测定值组Gγ1的阻抗比γ1的在规定的频率范围内的积分值来设定能够容许的积分值的范围，将该能够容许的积分值的范围与该频率范围内的阻抗比γ2的积分值进行比较来对评价品的表面处理状态进行评价的基准。
8.一种表面特性评价系统，其特征在于，具备：
根据权利要求7所述的表面特性评价装置；以及
与所述表面特性评价装置连接的一个或多个表面处理装置，
其中，所述表面特性评价装置构成为能够将评价品的表面处理状态的评价结果送出到被选择的所述表面处理装置。
9.根据权利要求8所述的表面特性评价系统，其特征在于，
所述表面特性评价装置构成为能够对被选择的所述表面处理装置进行控制。
10.根据权利要求8或9所述的表面特性评价系统，其特征在于，
所述表面特性评价装置判定由对评价品实施了表面处理的多个表面处理装置中的哪个表面处理装置进行的表面处理存在异常。
11.一种表面特性评价系统，具备根据权利要求7所述的表面特性评价装置，所述表面特性评价系统的特征在于，构成为能够记录并再现评价品的表面处理状态的评价结果。
12.根据权利要求11所述的表面特性评价系统，其特征在于，
所述表面特性评价系统还具备与所述表面特性评价装置连接的一个或多个表面处理装置，构成为能够将对评价品实施了表面处理的表面处理装置中的表面处理条件与所述评价品的评价结果相关联地进行记录。
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