JP2010145308A - 磁気測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定対象物への接触が適正な状態で、測定対象物からの磁化信号を正確に測定できる磁気測定装置を提供する。
【解決手段】 この磁気測定装置は、測定対象物２０を励磁する励磁コイル２と、励磁された測定対象物２０からの磁化信号を検出する検出コイル３とを有する。励磁コイル２および検出コイル３の磁心の測定対象物２０に対向する先端部を柔軟性材料６で構成し、その先端部の測定対象物２０との摺接面を硬質磁性体の薄板７で構成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、バルクハウゼンノイズなどの磁化信号を利用して非破壊検査を行う磁気測定装置に関する。

強磁性体の金属材料が磁化する過程では、金属材料中に混在する非磁性体や内部欠陥などにピンニングされて磁壁の移動が不連続性を有することで、バルクハウゼンノイズが発生する。このバルクハウゼンノイズの大きさは、金属材料の硬度や残留応力などと相関を持つため、バルクハウゼンノイズを測定することで、金属材料からなる測定対象物を破壊することなく金属組織推定に用いることができる情報を得ることが可能となる。

このバルクハウゼンノイズを利用した非破壊検査装置として、測定者が手動で検出ヘッドを測定対象物に接触させて測定するバルクハウゼンノイズ検査装置が知られている（例えば特許文献１）。検出ヘッドには、測定対象物を磁化する励磁コイルと、磁化された測定対象物が発するバルクハウゼンノイズを検出する検出コイルが含まれる。特許文献１に開示のバルクハウゼンノイズ検査装置では、予め測定対象物の材質ごとにバルクハウゼンノイズの大きさと材料の硬度との関係性を測定しておいて、検出されるバルクハウゼンノイズの大きさから測定対象物の表面における研削焼けによる異常箇所を検出する。
特開平０２−２６２９５８号公報 特開２００２−３５０４０４号公報

しかし、例えば上記したバルクハウゼンノイズ検査装置を用いて、インラインで大量生産品の全数検査を行う場合、製品である測定対象物と検出ヘッドの接触状態がその都度変化してしまうと、検出されるバルクハウゼンノイズの大きさに影響を及ぼすので、正確な測定が難しくなるという問題がある。また、測定対象物における検出ヘッドの接触面が曲面である場合には、曲率の異なる曲面に対しても検出ヘッドの接触状態を均一に維持できなければ、測定対象物である製品の型番ごとに検出ヘッドを準備する必要が生じ、段取り替え時間や、管理維持スペースの確保のためのコストが生じることになる。

この発明の目的は、測定対象物への接触が適正な状態で、測定対象物からの磁化信号を正確に測定できる磁気測定装置を提供することである。

この発明の磁気測定装置は、測定対象物を励磁する励磁コイルと、励磁された前記測定対象物からの磁化信号を検出する検出コイルとを備えた磁気測定装置において、前記励磁コイルおよび検出コイルの磁心の前記測定対象物に対向させる先端部を柔軟性材料で構成し、この柔軟性材料における前記測定対象物との摺接面を硬質の磁性体の薄板で覆ったことを特徴とする。前記柔軟性材料は、弾性を有することが好ましいが、必ずしも弾性を有していなくても、繰り返し柔軟に塑性変形する材質であれば良い。
この構成によると、励磁コイルおよび検出コイルの磁心の先端部が柔軟性材料で構成され、その測定対象物との摺接面が硬質の磁性体の薄板で構成されているので、磁心の先端部が測定対象物の被測定面の曲率に応じて柔軟に変化し、常に適正な接触状態が得られる。そのため、測定対象物に対するアプローチ角度誤差や、曲面測定時の曲率誤差といった磁心先端の接触状態の誤差を低減することが可能となり、測定対象物からの磁化信号を正確に測定できる。これにより、インラインで大量生産品を磁気測定する際に、測定対象物である生産品の被測定面の曲率が異なる場合においても、同じ磁気測定装置を用いて測定を能率良く正確に行うことができる。柔軟性材料は、測定対象物に直接には接触せず、硬質の磁性体の薄板を介して接するので、この薄板により、測定対象物との摩擦による劣化が保護されると共に、測定対象物に対する摺動が円滑となる。薄板としたので、測定対象物の被測定面が曲面であっても、その曲面に沿って湾曲して適正な接触状態を維持することの妨げとならない。換言すれば、前記薄板は、被測定面となる曲面に沿って接触するのに十分な薄さのものであることが必要である。

この発明において、前記柔軟性材料が、ゴム等の柔軟性のある基材に強磁性体の粉末を混入してなる柔軟性磁性材料であっても良い。このように柔軟性磁性材料とした場合、励磁コイルおよび検出コイルの磁心の先端部と測定対象物との間の磁気抵抗が小さくなるので、測定対象物の磁化に必要な電流が小さくなり、磁化信号の検出感度が高くなる。また、柔軟性のある基材に強磁性体の粉末を混入させた柔軟性磁性材料とすることで、柔軟性磁性材料が容易に製造できる。

この発明において、前記硬質磁性体の薄板が磁性金属板であっても良い。磁性金属板は強磁性を有する金属板のことである。測定対象物に接触させる上記薄板が磁性金属板であると、励磁コイルおよび検出コイルの磁心の先端部と測定対象物との間の磁気抵抗が小さり、磁化信号の検出感度が高くなる。また、上記薄板の摩耗がより少なく、かつより滑り易くなる。

この発明において、前記励磁コイルおよび検出コイルの磁心の先端部をその全面が前記測定対象物の被測定面に接するように押し付けるアクチュエータを付加しても良い。このアクチュエータは、前記測定対象物の被測定面が曲面であっても前記磁性体の薄板の略全面が被測定面に接するだけの力で押し付けるものであることが好ましい。
この構成の場合、励磁コイルおよび検出コイルの磁心の先端部を測定対象物の被測定面にさらに適正に接触させることができ、測定対象物からの磁化信号をより一層正確に測定することができる。

前記アクチュエータを設ける場合、このアクチュエータは、前記励磁コイルの磁心を測定対象物の被測定面に押し付ける押付力と、前記検出コイルの磁心を測定対象物の被測定面に押し付ける押付力とが互いに等しくなるように、これら励磁コイルの磁心と検出コイルの磁心とを個別に測定対象物の被測定面に押し付けるものとしても良い。
このように励磁コイルと検出コイルとを互いに等しい押付力で押し付けるようにすると、より一層精度良く磁化信号を検出することができる。この場合に、励磁コイルと検出コイルとを個別に押し付けるようにすることで、押し付け姿勢やアプローチ角度の違いによって片方のコイルのみが強く押し付けられることを回避し、個々のコイルの押付力を調整して両コイルの押付力が等しくなるように押し付けることができる。

この発明において、前記柔軟性材料と前記硬質磁性体の薄板の弾性率、および前記測定対象物の被測定面の曲率を含む入力情報に基づき、前記アクチュエータによる前記励磁コイルおよび検出コイルの磁心の前記測定対象物の被測定面への押付力を制御するコントローラを設けても良い。このように被測定面の曲率や、柔軟性材料，薄板の弾性率等に基づいて押付力を制御可能とすることで、励磁コイルおよび検出コイルを測定対象物にさらに適正に接触させた状態で、測定対象物からの磁化信号を正確に測定することができる。

この発明において、前記検出コイルは、前記測定対象物が磁化過程で発するバルクハウゼンノイズを検出するコイルであり、このコイルの検出信号からバルクハウゼンノイズを検出するバルクハウゼンノイズ検出回路を設けても良い。バルクハウゼンノイズを検出すると、測定対象物の種々の性状の非破壊検査を行うことができる。

前記バルクハウゼンノイズ検出回路を設けた場合、この回路で抽出したバルクハウゼンノイズに基づき、前記測定対象物の研削加工時における研削焼けを検出する研削焼け検出手段を設けても良い。バルクハウゼンノイズを検出することで、研削焼けの非破壊検査が精度良く行える。

前記バルクハウゼンノイズ検出回路を設けた場合、この回路で抽出したバルクハウゼンノイズに基づき、前記測定対象物の研削加工後の残留応力を測定する残留応力測定手段を設けても良い。バルクハウゼンノイズを検出することで、研削加工後の残留応力の非破壊検査が精度良く行える。

この発明の磁気測定装置は、測定対象物を励磁する励磁コイルと、励磁された前記測定対象物からの磁化信号を検出する検出コイルとを備えた磁気測定装置において、前記励磁コイルおよび検出コイルの磁心の前記測定対象物に対向させる先端部を柔軟性材料で構成し、この柔軟性材料における前記測定対象物との摺接面を硬質の磁性体の薄板で覆ったため、測定対象物への接触を適正な状態として、測定対象物からの磁化信号を正確に測定することができる。

この発明の一実施形態を図１および図２と共に説明する。図１は、この実施形態の磁気測定装置の概略図を示す。この磁気測定装置は、バルクハウゼンノイズを利用して非破壊検査を行うバルクハウゼンノイズ検査装置であって、励磁コイル２と検出コイル３を含む検出ヘッド１と、アクチュエータ１０およびコントローラ１１を備える。測定時には、前記検出ヘッド１が測定対象物２０の被測定面に押し当てられる。

励磁コイル２は、測定対象物２０を磁化するためのコイルであって、磁心となる鉄心４に巻かれている。検出コイル３は、磁化された測定対象物２０が発する磁化信号であるバルクハウゼンノイズを検出するためのコイルであって、磁心となる鉄心５に巻かれている。各鉄心４，５は、フェライトなどの磁性酸化物や積層ケイ素鋼板などからなる。検出ヘッド１を測定対象物２０の被測定面に押し当てた状態で、前記励磁コイル２および検出コイル３の磁心となる各鉄心４，５の先端部が、測定対象物２０の被測定面に押し当てられる。

図１（Ａ）のＢ部を同図（Ｂ）に拡大して示す。同図のように、検出コイル３の磁心となる鉄心５の測定対象物２０に対向する先端部は柔軟性材料６で構成され、この柔軟性材料６の測定対象物２０との摺接面が硬質磁性体の薄板７で構成されている。
励磁コイル２の磁心となる鉄心４の測定対象物２０に対向する先端部も、検出コイル３の鉄心５と同様に、柔軟性材料６で構成され、このこの柔軟性材料６の測定対象物２０との摺接面が硬質磁性体の薄板７で構成されている。

前記柔軟性材料６は、ゴム状の弾性を有する材料であることが好ましい。この柔軟性材料６には、例えば、ゴム等の柔軟性の基材に強磁性体の粉末を混入してなる柔軟性磁性材料が用いられる。柔軟性材料６は、必ずしも弾性を有していなくても良く、繰り返し柔軟に塑性変形する材質であっても良い。鉄心４の先端部の柔軟性材料６が柔軟性磁性材料であると、測定対象物２０に沿って変形してエアギャップがなくなることや、柔軟性材料６が磁気抵抗を生じることが回避されて、鉄心４と測定対象物２０との間の磁気抵抗が小さくなるため、測定対象物２０の磁化に必要な電流が小さくなる。また、鉄心５の先端部の柔軟性材料６も柔軟性磁性材料であると、上記と同様に測定対象物２０との間の磁気抵抗が小さくなるため、バルクハウゼンノイズの検出感度が高くなる。

前記硬質磁性体の薄板７は、柔軟性材料６からなる鉄心５の先端部が測定対象物２０の被測定面での摺動摩擦により劣化するのを保護し、測定対象物２０の被測定面での摺動を円滑にするためのものである。この薄板７は、検出ヘッド１を測定対象物２０に押し当てる力で十分にたわみ、測定対象物２０の被測定面が曲面であってもその曲面に沿って接触するのに十分な薄さであることが望ましい。この硬質磁性体の薄板７として、例えば磁性金属板が用いられる。硬質磁性体の薄板７として磁性金属板を用いると、励磁コイル２の磁心となる鉄心４の先端部と測定対象物２０との間の磁気抵抗が小さくなるため、測定対象物２０の磁化に必要な電流が小さくなる。また、検出コイル３の磁心となる鉄心５の先端部と測定対象物２０との間の磁気抵抗が小さくなるため、バルクハウゼンノイズの検出感度が高くなる。

アクチュエータ１０は、励磁コイル２および検出コイル３の磁心である各鉄心４，５の先端部を、その全面が測定対象物２０の被測定面に接するように押し付けるものである。図１では、アクチュエータ１０は概念的に示しているが、例えば、検出ヘッド１をガイド手段（図示せず）で鉄心４，５の先端側へ直線経路または円弧経路等で進退自在なように支持し、その進退可能な方向に検出ヘッド１を進退させる手段を前記アクチュエータ１０としても良い。
また、検出ヘッド１に対して鉄心４，５のいずれか一方または両方を、鉄心４，５の先端側へ進退自在に支持し、アクチュエータ１０を２つ設けて鉄心４，５を個別に進退させるものとしても良い。その場合、両アクチュエータ１０は、各鉄心４，５の測定対象物２０に対する押付力を互いに同じ大きさとするものであることが好ましい。
上記いずれの構成の場合も、アクチュエータ１０には、エアシリンダ、電磁ソレノイド等の直線動作を行うものや、回転型のモータとその回転を直線運動に変換するボールねじやラック・ピニオン等の回転・直線動作変換機構との組み合わせであっても良い。

コントローラ１１は、アクチュエータ１０を制御する押付力制御手段１２と、励磁コイル２に励磁用の交流電流を与える励磁用電源１３と、検出コイル３の検出電流を処理する検出信号処理手段１４とを備える。コントローラ１１の押付力制御手段１２および検出信号処理手段１４は、マイクロコンピュータ等のコンピュータとこれに実行されるプログラムとで構成され、または論理回路等の電子回路で構成される。

コントローラ１１の押付力制御手段１２は、前記柔軟性材料６と薄板７の弾性率、および測定対象物２０の被測定面の曲率を含む入力情報に基づき、アクチュエータ１０による励磁コイル２および検出コイル３の鉄心４，５の、測定対象物２０の被測定面への押付力を制御する機能を有するものとされる。また、押付力制御手段１２は、上記のように各鉄心４，５を個別に押し付け可能なアクチュエータ１０を設けた構成とした場合は、各鉄心４，５に対応するアクチュエータ１０の押付力を個別に制御可能なものとする。

コントローラ１１の検出信号処理手段１４は、バルクハウゼンノイズ検出回路１５と、性状検出手段１６とを有する。バルクハウゼンノイズ検出回路１５は、検出コイル３が検出した信号から、バルクハウゼンノイズを抽出する回路であり、フィルタ回路およびアンプ等で構成される。
性状検出手段１６は、バルクハウゼンノイズ検出回路１５で抽出されたバルクハウゼンノイズから、測定対象物２０の検出目的の性状を検出する手段である。検出目的の性状は、バルクハウゼンノイズから検出可能な性状であれば良いが、ここでは研削焼けおよび残留応力とされる。これら研削焼けおよび残留応力は、性状検出手段１６を構成する研削焼け検出手段１７および残留応力測定手段１８によってそれぞれ検出される。

この構成の磁気測定装置によると、励磁コイル２および検出コイル３の磁心である鉄心４，５の測定対象物２０に対向する先端部を柔軟性材料６で構成し、その先端部の前記測定対象物２０との摺接面を硬質磁性体の薄板７で構成しているので、鉄心４，５の先端部が測定対象物２０の被測定面の曲率に応じて柔軟に変化する。このため、鉄心４，５の先端部の被測定面へのアプローチ角度誤差や、被測定面の曲面測定時の曲率誤差といった、鉄心４，５の先端部の被測定面への接触状態の誤差を低減することが可能となる。その結果、鉄心４，５の先端部の測定対象物２０への接触が適正な状態で、測定対象物２０からの、バルクハウゼンノイズ等の磁化信号を正確に測定できる。これにより、インラインで大量生産品を磁気測定する際に、測定対象物である生産品の被測定面の曲率が異なる場合でも、同じ磁気測定装置を用いて測定を能率良く正確に行うことができる。

この実施形態のように、前記柔軟性材料６として、柔軟性の基材に強磁性体の粉末を混入してなる柔軟性磁性材料を用いた場合は、励磁コイル２および検出コイル３の磁心である鉄心４，５の先端部と測定対象物２０との間の磁気抵抗が小さくなるので、測定対象物２０の磁化に必要な電流が小さくなり、バルクハウゼンノイズの検出感度が高くなる。
また、前記硬質磁性体の薄板７として磁性金軸板を用いた場合にも、鉄心４，５の先端部と測定対象物２０との間の磁気抵抗が小さくなるので、測定対象物２０の磁化に必要な電流が小さくなり、バルクハウゼンノイズの検出感度が高くなる。

また、この実施形態では、測定対象物２０の被測定面が曲面であっても、励磁コイル２および検出コイル３の磁心である鉄心４，５の先端部を、その全面が接するように押し付けるアクチュエータ１０を設けたので、各鉄心４，５の先端部を測定対象物２０の被測定面にさらに適正に接触させた状態で、測定対象物２０からのバルクハウゼンノイズを正確に測定できる。
また、アクチュエータ１０により、励磁コイル２および検出コイル３の磁心である鉄心４，５の先端部を、それぞれ個別に測定対象物２０の被測定面に等しい力で押し付けるものとした場合は、各鉄心４，５の先端部を測定対象物２０の被測定面により適正に接触させることができる。

また、この実施形態では、励磁コイル２および検出コイル３の磁心である鉄心４，５の先端部の柔軟性材料６と硬質磁性体の薄板７の弾性率、および測定対象物２０の被測定面の曲率に基づき、アクチュエータ１０による励磁コイル２および検出コイル３の磁心の先端部の測定対象物２０の被測定面への押し付け力を制御する押付力制御手段１２を設けたため、鉄心４，５の先端部を測定対象物２０の被測定面にさらに適正に接触させた状態で、測定対象物２０からのバルクハウゼンノイズを正確に測定できる。

図２は、前記磁気測定装置を使用して行う非破壊検査の一例を示す。ここでは、軸受の品質を検出する装置として使用しており、具体的には軸受の内輪２１の転走面２１ａの研削焼けを検出する。磁気測定装置の検出ヘッド１は、移動可能な支持部材２２に支持され、支持部材２２の移動により軸受内輪２１の転走面２１ａの表面を摺動しながら異常箇所を検出する。軸受内輪２１は回転軸２３の外径面に嵌着されており、回転軸２３を回転させることで、軸受内輪２１の転走面２１ａの全周面に前記検出ヘッド１を摺動させて研削焼けを検査することができる。
インライン上で、このような磁気測定装置を使用すると、軸受内輪２１の転走面２１ａの研削焼けなどの異常を全数検査することができ、品質保証能力を高めることができる。

図２では、前記磁気測定装置を軸受内輪２１の転走面２１ａにおける研削焼けの検査に用いた例を示したが、検出する表面情報は残留応力や欠陥であっても良い。また、測定対象物は軸受部品である内輪２１に限らず、例えば軸受そのものの表面情報を検出するものとしても良い。また、測定対象物は軸受に限らず他の転動装置や転動装置部品であっても良く、この場合にもその転動装置や転動装置部品の表面情報を適正な接触状態で正確に検出できる。

この発明の一実施形態にかかる磁気測定装置の概略構成図である。 同磁気測定装置の一使用例を示す説明図である。

符号の説明

１…検出ヘッド
２…励磁コイル
３…検出コイル
４…励磁コイルの鉄心
５…検出コイルの鉄心
６…柔軟性材料
７…硬質磁性体の薄板
１０…アクチュエータ
１１…コントローラ
１２…押付力制御手段
１３…励磁用電源
１４…検出信号処理手段
１５…バルクハウゼンノイズ検出回路
１６…研削焼け検出手段
１７…残留応力測定手段

Claims (10)

1. 測定対象物を励磁する励磁コイルと、励磁された前記測定対象物からの磁化信号を検出する検出コイルとを備えた磁気測定装置において、
   前記励磁コイルおよび検出コイルの磁心の前記測定対象物に対向させる先端部を柔軟性材料で構成し、この柔軟性材料における前記測定対象物との摺接面を硬質の磁性体の薄板で覆ったことを特徴とする磁気測定装置。
2. 請求項１において、前記柔軟性材料が、ゴム等の柔軟性のある基材に強磁性体の粉末を混入してなる柔軟性磁性材料である磁気測定装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記硬質の磁性体の薄板が磁性金属板である磁気測定装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記励磁コイルおよび検出コイルの磁心の先端部をその全面が前記測定対象物の被測定面に接するように押し付けるアクチュエータを設けた磁気測定装置。
5. 請求項４において、前記アクチュエータは、前記測定対象物の被測定面が曲面であっても前記磁性体の薄板の略全面が被測定面に接するだけの力で押し付けるものである磁気測定装置。
6. 請求項４または請求項５において、前記アクチュエータは、前記励磁コイルの磁心を測定対象物の被測定面に押し付ける押付力と、前記検出コイルの磁心を測定対象物の被測定面に押し付ける押付力とが互いに等しくなるように、これら励磁コイルの磁心と検出コイルの磁心とを個別に測定対象物の被測定面に押し付けるものとした磁気測定装置。
7. 請求項４ないし請求項６のいずれか１項において、前記柔軟性材料と前記硬質磁性体の薄板の弾性率、および前記測定対象物の被測定面の曲率を含む入力情報に基づき、前記アクチュエータによる前記励磁コイルおよび検出コイルの磁心の前記測定対象物の被測定面への押付力を制御するコントローラを設けた磁気測定装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記検出コイルは、前記測定対象物が磁化過程で発するバルクハウゼンノイズを検出するコイルであり、このコイルの検出信号からバルクハウゼンノイズを検出するバルクハウゼンノイズ検出回路を設けた磁気測定装置。
9. 請求項８において、前記バルクハウゼンノイズ検出回路で抽出したバルクハウゼンノイズに基づき、前記測定対象物の研削加工時における研削焼けを検出する研削焼け検出手段を設けた磁気測定装置。
10. 請求項８において、前記バルクハウゼンノイズ検出回路で抽出したバルクハウゼンノイズに基づき、前記測定対象物の研削加工後の残留応力を測定する残留応力測定手段を設けた磁気測定装置。

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