JP2009047664A - 非破壊測定方法及び非破壊測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物に存在する表面変化部分の焼入深さを容易かつ正確に測定することが可能な非破壊測定方法及び非破壊測定装置を提供すること。
【解決手段】測定対象物に存在する隣り合う異なった表面Ｘ，Ｙ間の表面変化部分２について、当該測定対象物の焼入深さＨを測定するものであり、表面変化部分２を挟んだ２つの面Ｘ，Ｙに対して第１センサ１１ａ，１２ａと第２センサ１１ｂ，１２ｂとを配置し、その第１センサ１１ａ，１２ａと第２センサ１１ｂ，１２ｂとの間で電気的又は電磁気的な処理を行うことによって得られる電気的出力を測定値とし、一方、測定対象物に存在する一又は二以上の表面変化部分の形状に応じた焼入深さと測定値との相関関係を示す検量線データを予め得ておき、測定値と検量線データとを比較して前記表面変化部分について焼入深さを求める非破壊測定方法。
【選択図】 図３

Description

本発明は、測定対象物を破壊することなくその焼入深さを測定する焼入深さの非破壊測定方法及びその装置に関し、特に、測定対象物に存在する表面変化部分の焼入深さ測定を行うためのものである。

高周波焼入等によって焼入が行われたものについて、その焼入深さを測定する場合、測定対象物を切断せずに測定する非破壊測定方法として、例えば下記特許文献１に開示されているような方法がある。焼入表面硬さの分布と透磁率の分布の関係から、硬さの変化を透磁率の変化を媒介として検出し、焼入された測定対象物の表面硬さ及び焼入深さ（硬化層の深さ）を非破壊で測定する方法である。図８は、同文献に記載された非破壊測定装置を示した図である。

検出コイル体１０１は、焼入表面硬さ及び焼入深さを測定するためのセンサであり、ケース１０２内に、中心軸を共通にして励磁用コイル１１１と検出用コイル１１２が設けられている。そして、段差のついた測定対象物２００の軸部２０１に対し、図示するようにセットされる。励磁用コイル１１１に交流電源１０４からの交流励磁信号Ｖ１が印加されると、軸部２０１内には渦電流が誘導され、測定装置１０３では、検出用コイル１１２から得られる検出信号（電圧信号）Ｖ２の大きさに加え、信号Ｖ２と信号Ｖ１との位相差Φとが検出される。この検出信号Ｖ２に基づいて焼入表面硬さが測定され、また位相差Φに基づいて焼入深さが測定され、それぞれの測定結果が表示器１３１に表示される。
特開２００４−１０８８７３号公報

前述した従来の非破壊測定方法及び装置の場合、測定対象物２００の軸部２０１に段差があっても、その表面変化部分に検出用コイル１１２を配置させることで焼入深さ測定が可能である。しかし、励磁用コイル１１１や検出用コイル１１２の中に軸部２０１が入る従来の構成では、測定対象物が限定されてしまい、例えばクランクシャフトなどのような複雑な形状の測定対象物には対応できない。また、複数の箇所を測定する必要がある場合、従来の装置では最も太い部分に合わせてコイルが設計されるため、測定箇所によっては測定箇所とコイルの距離が大きくなってしまい、測定にバラツキが生じてしまう。

また、従来の測定方法では、交流電源１０４の周波数を複数段階に切り換え、焼入深さなどの相関が最も高い特性を検量線として求め、焼入深さなどの測定を行っている。しかし、測定対象物２００全体に磁束を発生させて判別する方法をとっているため、軸部２０１と段差による変化部分の焼入深さに相関がなければ成立しないことになってしまう。さらに、焼入コイルの破損や変形などによってその相関がずれると、変化部分の測定は更に困難になる。そして、自動測定させようとした場合には、膨大な事前データの採取を要し、複雑な検量線を作成する必要が生じる。

よって、本発明は、かかる課題を解決すべく、測定対象物に存在する表面変化部分の焼入深さを容易かつ正確に測定することが可能な非破壊測定方法及び非破壊測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る非破壊測定方法は、測定対象物に存在する隣り合う異なった表面間の表面変化部分について、当該測定対象物の焼入深さを測定するものであり、前記表面変化部分を挟んだ２つの面に対して第１センサと第２センサとを配置し、その第１センサと第２センサとの間で電気的又は電磁気的な処理を行うことによって得られる電気的出力を測定値とし、一方、前記測定対象物に存在する一又は二以上の表面変化部分の形状に応じた焼入深さと測定値との相関関係を示す検量線データを予め得ておき、前記測定値と検量線データとを比較して前記表面変化部分について焼入深さを求めることを特徴とする。

また、本発明に係る非破壊測定方法は、前記第１センサが、前記表面変化部分を挟んだ一方の面に先端を接触させる第１電流探針と第１測定探針であり、前記第２センサが、前記表面変化部分を挟んだ他方の面に先端を接触させる第２電流探針と第２測定探針であって、その第１電流探針から供給した電流を、前記測定対象物内を通って第２電流探針から戻るように電流を流し、第１測定探針と第２測定探針とによって前記表面変化部分を挟んだ位置の電位差を測定値として得て、当該測定値と前記検量線データとを比較して前記表面変化部分について焼入深さを求めるようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る非破壊測定方法は、前記第１センサが、前記表面変化部分の表層に渦電流を生じさせる励磁コイルであり、前記第２センサが、前記表面変化部分の表層に形成される渦電流を検出する検出コイルであって、その励磁コイルに交流電流を流し、前記測定対象物の表面変化部分に形成される渦電流によって検出コイルから電流値を測定値として得て、当該測定値と前記検量線データとを比較して前記表面変化部分について焼入深さを求めるようにしたものであることが好ましい。

本発明に係る非破壊測定装置は、測定対象物に存在する隣り合う異なった表面間の表面変化部分について、当該測定対象物の焼入深さを測定するものであり、前記表面変化部分を挟んだ２つの面に対して配置する第１センサ及第２センサと、その第１センサと第２センサとの間で電気的又は電磁気的な処理を行わせて電気的出力を得る処理手段とを有し、前記処理手段は、前記測定対象物に存在する一又は二以上の表面変化部分の形状に応じて、焼入深さと前記電気的出力である測定値との相関関係を示す検量線データを記憶したものであり、測定値と検量線データとを比較して前記表面変化部分について焼入深さを求めるものであることを特徴とする。

また、本発明に係る非破壊測定装置は、前記第１センサが、前記表面変化部分を挟んだ一方の面に先端を接触させる第１電流探針と第１測定探針であり、前記第２センサが、前記表面変化部分を挟んだ他方の面に先端を接触させる第２電流探針と第２測定探針であって、前記処理手段は、第１電流探針から前記測定対象物内を通って第２電流探針から戻るように電流を流し、第１測定探針と第２測定探針とによって前記表面変化部分を挟んだ位置の電位差を測定値として得て、当該測定値と前記検量線データとを比較して前記表面変化部分について焼入深さを求めるようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る非破壊測定装置は、前記第１センサ又は第２センサを構成する電流探針及び測定探針に当該探針の移動を案内するカバーを有し、前記測定対象物の表面に押しつけられた前記全探針が、その先端を一直線上に位置させるように接触させるものであることが好ましい。

また、本発明に係る非破壊測定装置は、前記第１センサが、前記表面変化部分の表層に渦電流を生じさせる励磁コイルであり、前記第２センサが、前記表面変化部分の表層に形成される渦電流を検出する検出コイルであって、前記処理手段は、その励磁コイルに交流電流を流し、前記測定対象物の表面変化部分に形成される渦電流によって検出コイルから電流値を測定値として得て、当該測定値と前記検量線データとを比較して前記表面変化部分について焼入深さを求めるようにしたものであることが好ましい。

本発明によれば、表面変化部分を挟んだ隣り合う異なったそれぞれの面に第１センサと第２センサを配置させて測定するようにしたため、例えばクランクシャフトのように全体が複雑な形状をしたものであっても、各測定箇所を容易に測定することができる。また、表面変化部分を挟んだ各面に対応さて第１センサと第２センサとを配置して測定するため、正確な値の焼入深さを求めることができる。

次に、本発明に係る非破壊測定方法及び非破壊測定装置の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、例えば、図１に示すようなクランクシャフトを測定対象物とし、これに対する焼入深さを測定する場合について説明する。図１に示すものは、４気筒エンジン用のクランクシャフト１であり、鍛造加工による一体成形品である。中心軸Ｘを通って配列されたジャーナルＪに対し、直交するアームＡが連結され、互いに対向配置されたアームＡ同士がそれぞれピンＰによって連結されている。そして、クランクシャフト１は、高周波誘導加熱あるいはレーザ加熱などの局部加熱によって焼入処理が行われる。

クランクシャフト１は、このようにアームＡとピンＰ或いはジャーナルＪが連結され、その連結部分が、例えば矢印Ｃで示すように、隣り合う異なった表面間の表面変化部分となっている。図２は、そうした表面変化部分を示した断面図であり、具体的には、図１に示すクランクシャフト１のアームＡとピンＰとの連結部分（矢印Ｃ部分）である。この表面変化部分は、ほぼ直交するアームＡの縦面ＹとピンＰの横面Ｘとが連続し、曲面からなるＲ部２が形成されている。そして、こうしたＲ部２にも焼入処理によって図示するように焼入硬化層３が形成されている。

本実施形態の非破壊測定方法及び装置では、こうしたＲ部２のような表面変化部分について、焼入処理によってできた焼入硬化層３の焼入深さＨを測定する。特に、以下に示す実施形態では、電位差分法や渦流測定法を採用した非破壊測定方法及び非破壊測定装置について説明する。

先ず、第１実施形態として電位差分法を採用した非破壊測定装置について説明するが、図３は、その非破壊測定装置を概念的に示した図である。
非破壊測定装置１０は、図１に示すようにＲ部２が存在する箇所に入り込むようにしたセンサ１８を有している。センサ１８は、測定対象物であるクランクシャフト１に対して接触する探針を備え、Ｒ部２を挟んで２方向を向いて構成されている。すなわち、ほぼ直交する縦面Ｙと横面Ｘに対し、それぞれの面に電流探針１１ａ又は１１ｂと測定探針１２ａ又は１２ｂとが先端を接触させるようして設けられている。

２本の電流探針１１ａ，１１ｂは定電流源１３に接続され、その定電流源１３から供給された電流が、入力側の電流探針１１ａからクランクシャフト１内を流れ、出力側の電流探針１１ｂを介して定電流源１３に戻るようになっている。一方、２本の測定探針１２ａ，１２ｂは、電位差を測定するものであって、電位差計測器１４に接続されている。従って、２本の測定探針１２ａ，１２ｂは、電流探針１１ａ，１１ｂの間にあって、特にＲ部２を挟んだ位置で電位差測定を行うように構成されている。

非破壊測定装置１０は、さらにセンサ１８を所定位置に移動させる駆動機構１７を有し、そうした駆動機構１７のほか定電流源１３や電位差計測器１４に演算制御器１５が接続され、その演算制御器１５には表示器１９が接続されている。
演算制御器１５は、駆動機構１７に対する駆動制御のほか、定電流源１３による通電制御を行い、電位差計測器１４で検出された電位差から測定データに基づいて焼入深さＨを算出するようにしたものである。

図６は、その測定データから得られた検量線を示した図であり、焼入深さと電位差との相関関係が示されている。焼入硬化層３は抵抗率の高いため、図から分かるように、電位差の大きさに比例して焼入深さが大きくなっている。なお、この検量線は、クランクシャフト１と同じ形状のワークについて焼入深さを２水準以上の測定値から作成したものである。演算制御器１５は、こうした検量線（検量線データ）が記憶されており、実際に計測された電位差の値に基づいて換算処理を行い、焼入深さを表示器１９に表示させるよう構成されている。

ところで、４本の探針１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、センサ本体１６内にあって、図３に示すように探針１１ａ，１２ａが縦面Ｙに直交し、探針１１ｂ，１２ｂが横面Ｘに直交するように設けられている。そして、この直交する２組の探針１１ａ，１２ａと探針１１ｂ，１２ｂは、ある程度の長さを有し、実際には図面を貫く方向に重なって交差している。図４は、そうした状態を示した図であり、探針１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの測定時の位置を図３の矢印Ｍ方向から示したものである。

センサ１８の探針１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、非破壊測定装置１０が検量線データに基づいて正確な測定を行うには、その先端が測定対象物に接触した場合、常に一定の状態、すなわち図４に示すように一直線（測定線Ｌ）上に位置する必要がある。
しかし、探針１１ｂ，１２ｂが測定線Ｌに直交しているのに対し、探針１１ｂ，１２ｂが傾いている。すると、探針１１ａ，１２ａが斜めから縦面Ｙに接触する際、押し付け力によって先端が滑り、測定線Ｌ上から外れてしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、探針１１ａ，１２ａが確実に定位置で接触するための構成がとられている。ここで、図５は、その一部構成を簡略化して示した図である。

傾斜して配置された探針１１ａ，１２ａには、位置決めカバー２１が設けられ、その位置決めカバー２１が縦面Ｙに押し当てられた後、探針１１ａ，１２ａが位置決めカバー２１から飛び出して、縦面Ｙに接触するような動きを生じさせるような構成がとられている。詳細な機構は省略するが、センサ１８は、センサ本体１６が縦面Ｙ及び横面Ｘに沿って移動できるように構成され、更に、各組みの探針１１ａ，１２ａと探針１１ｂ，１２ｂとがそれぞれ独立して軸方向への移動が可能な構成になっている。

続いて、非破壊測定装置１０を使用した非破壊測定方法について説明する。先ず、図１に示すようにセンサ１８が測定箇所に配置され、測定準備が行われる。それには、演算制御器１５によって駆動機構１７が制御され、図５に示すように、ある一定位置まで横面Ｘに近づけるようにセンサ本体１６が下降し、その後、横移動して位置決めカバー２１が縦面Ｙに押し当てられる。更に、探針１１ｂ，１２ｂが下降方向に飛び出して横面Ｘに先端が接触するとともに、探針１１ａ，１２ａは、位置決めカバー２１に案内されるようにして横方向に移動し、その先端が横面Ｘに接触する。

次いで、演算制御器１５によって定電流源１３の通電制御が行われ、電流探針１１ａに電流が供給される。すると、この入力側の電流探針１１ａからクランクシャフト１のＲ部２内を電流が流れ、出力側の電流探針１１ｂを介して定電流源１３に戻る。その際、２本の測定探針１２ａ，１２ｂによってＲ部２を挟んだ位置の電位差が電位差計測器１４で計測される。演算制御器１５では、電位差計測器１４で得られた電位差の値と、予め記憶されている検量線データが比較され、換算処理によって焼入深さＨが求められる。そして、その求められた焼入深さＨが表示器１９に表示される。

よって、本実施形態の非破壊測定方法及び非破壊測定装置によれば、Ｒ部２のような表面変化部分に対し、隣り合う異なったそれぞれの面に探針１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを接触させて測定するようにしたため、クランクシャフト１のように全体が複雑な形状をしたものであっても、各測定箇所を容易に測定することができるようになった。また、探針１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを直接接触させて測定するため、正確な値の焼入深さＨを求めることができるようになった。更に、探針１１ａ，１２ａが測定対象物の面に対し斜めから接触するものであっても、位置決めカバー２１によって必ず先端が測定線Ｌ上に位置するようにしたため、安定した測定が可能になった。

次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態の非破壊測定装置を概念的に示した図である。なお、前記第１実施形態と同じものについては同一の符号を付して説明する。
非破壊測定装置３０は、前記第１実施形態と同様に、クランクシャフト１のＲ部２の焼入深さを測定するためのものであり、そうした表面変化部分の表層に渦電流を生じさせる励磁コイル３１と、表層に形成される渦電流を検出する検出コイル３２とを備えている。そして、励磁コイル３１と検出コイル３２は、高透磁率材料のフェライトコア３３に対して設けられている。

励磁コイル３１、検出コイル３２及びフェライトコア３３は、センサ本体３４によって一体に構成されている。励磁コイル３１と検出コイル３２は、Ｒ部２を挟んでほぼ直交する縦面Ｙと横面Ｘのそれぞれ一方に対向するよう設けられている。その励磁コイル３１には電流発生器３６が接続され、もう一方の検出コイル３２には検出電流を増幅させる増幅器３７が接続されている。そして、電流発生器３６に対する通電制御や、増幅器３７を介して得られる電流値を算出する制御演算器３８がそれぞれに接続され、更にその制御演算器３８には測定結果を表示する表示器３９が接続されている。

この非破壊測定装置３０は、図１に示すセンサ１８と同様にセンサ３５がクランクシャフト１に対して配置される。具体的には、Ｒ部２を挟むようにして励磁コイル３１が縦面Ｙに、検出コイル３２が横面Ｘに対向して配置される。そして、励磁コイル３１に交流電流が流され、それによって励磁コイル３１の軸心方向に沿って磁界が形成される。そして、その磁界に基づく電磁誘導によってクランクシャフト１の表層に渦電流が形成され、その渦電流はＲ部２表面付近に新たに磁界を形成するため、検出コイル３２が測定箇所に形成される渦電流により発生する磁界を検出する。

このとき、Ｒ部２の焼入硬化層３は透磁率が高いため多くの磁束を通過させることになる。そこで本実施形態では、焼入深さに対応した電流値の相関関係を示す検量線データ（不図示）を演算器３８が予め記憶しているため、検出コイル３２を介して得られた電流値は、演算器３８によって検量線データに基づいて換算処理が行われ、そこで求められた焼入深さＨが表示器３９に表示される。

よって、本実施形態の非破壊測定方法及び非破壊測定装置によれば、Ｒ部２のような表面変化部分に対し、隣り合う異なったそれぞれの面に励磁コイル３１と検出コイル３２を対向配置させて測定するようにしたため、クランクシャフト１のように測定対象物全体が複雑な形状をしたものであっても容易に測定を行うことができるようになった。

以上、本発明に係る非破壊測定方法及び非破壊測定装置について一実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

測定対象物であるクランクシャフトを示した図である。 図１に示すクランクシャフトのアームとピンとの連結部分（矢印Ｃ部分）を示した拡大断面図である。 第１実施形態の非破壊測定装置を概念的に示した図である。 探針の測定時の位置を図３の矢印Ｍ方向から示したものである。 電流探針と測定探針との配置を示した図である。 検量線を示した図である。 第２実施形態の非破壊測定装置を概念的に示した図である。 従来の非破壊測定装置を概念的に示した図である。

符号の説明

１ クランクシャフト
２ Ｒ部
１１ａ，１１ｂ 電流探針
１２ａ，１２ｂ 測定探針
１３ 定電流源
１４ 電位差計測器
１５ 演算制御器
１６ センサ本体
１７ 駆動機構
１８ センサ
１９ 表示器
２１ 位置決めカバー
Ｈ 焼入深さ

Claims (7)

1. 測定対象物に存在する隣り合う異なった表面間の表面変化部分について、当該測定対象物の焼入深さを測定する非破壊測定方法であり、
   前記表面変化部分を挟んだ２つの面に対して第１センサと第２センサとを配置し、その第１センサと第２センサとの間で電気的又は電磁気的な処理を行うことによって得られる電気的出力を測定値とし、
   一方、前記測定対象物に存在する一又は二以上の表面変化部分の形状に応じた焼入深さと測定値との相関関係を示す検量線データを予め得ておき、
   前記測定値と検量線データとを比較して前記表面変化部分について焼入深さを求めることを特徴とする非破壊測定方法。
2. 請求項１に記載する非破壊測定方法において、
   前記第１センサは、前記表面変化部分を挟んだ一方の面に先端を接触させる第１電流探針と第１測定探針であり、前記第２センサは、前記表面変化部分を挟んだ他方の面に先端を接触させる第２電流探針と第２測定探針であって、
   その第１電流探針から供給した電流を、前記測定対象物内を通って第２電流探針から戻るように電流を流し、第１測定探針と第２測定探針とによって前記表面変化部分を挟んだ位置の電位差を測定値として得て、当該測定値と前記検量線データとを比較して前記表面変化部分について焼入深さを求めることを特徴とする非破壊測定方法。
3. 請求項１に記載する非破壊測定方法において、
   前記第１センサは、前記表面変化部分の表層に渦電流を生じさせる励磁コイルであり、前記第２センサは、前記表面変化部分の表層に形成される渦電流を検出する検出コイルであって、
   その励磁コイルに交流電流を流し、前記測定対象物の表面変化部分に形成される渦電流によって検出コイルから電流値を測定値として得て、当該測定値と前記検量線データとを比較して前記表面変化部分について焼入深さを求めることを特徴とする非破壊測定方法。
4. 測定対象物に存在する隣り合う異なった表面間の表面変化部分について、当該測定対象物の焼入深さを測定する非破壊測定装置であり、
   前記表面変化部分を挟んだ２つの面に対して配置する第１センサ及第２センサと、その第１センサと第２センサとの間で電気的又は電磁気的な処理を行わせて電気的出力を得る処理手段とを有し、
   前記処理手段は、前記測定対象物に存在する一又は二以上の表面変化部分の形状に応じて、焼入深さと前記電気的出力である測定値との相関関係を示す検量線データを記憶したものであり、測定値と検量線データとを比較して前記表面変化部分について焼入深さを求めるものであることを特徴とする非破壊測定装置。
5. 請求項４に記載する非破壊測定装置において、
   前記第１センサは、前記表面変化部分を挟んだ一方の面に先端を接触させる第１電流探針と第１測定探針であり、前記第２センサは、前記表面変化部分を挟んだ他方の面に先端を接触させる第２電流探針と第２測定探針であって、
   前記処理手段は、第１電流探針から前記測定対象物内を通って第２電流探針から戻るように電流を流し、第１測定探針と第２測定探針とによって前記表面変化部分を挟んだ位置の電位差を測定値として得て、当該測定値と前記検量線データとを比較して前記表面変化部分について焼入深さを求めるようにしたものであることを特徴とする非破壊測定装置。
6. 請求項５に記載する非破壊測定装置において、
   前記第１センサ又は第２センサを構成する電流探針及び測定探針に当該探針の移動を案内するカバーを有し、前記測定対象物の表面に押しつけられた前記全探針が、その先端を一直線上に位置させるように接触させるものであることを特徴とする非破壊測定装置。
7. 請求項４に記載する非破壊測定装置において、
   前記第１センサは、前記表面変化部分の表層に渦電流を生じさせる励磁コイルであり、前記第２センサは、前記表面変化部分の表層に形成される渦電流を検出する検出コイルであって、
   前記処理手段は、その励磁コイルに交流電流を流し、前記測定対象物の表面変化部分に形成される渦電流によって検出コイルから電流値を測定値として得て、当該測定値と前記検量線データとを比較して前記表面変化部分について焼入深さを求めるようにしたものであることを特徴とする非破壊測定装置。

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