JP2015059773A - 熱処理判定装置及び熱処理判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な装置により未熱処理状態のワークと熱処理済みのワークとを容易且つ確実に判定可能な熱処理判定装置と熱処理判定方法を提供する。【解決手段】ワークＷの表面に単色光からなる測定光をスポット状に照射する照射部２２と、ワークＷの表面で反射された測定光を受光して受光量信号を生成する受光部２３と、ワークＷに対応して予め設定された受光量閾値と受光量信号とを比較することで、ワークＷに熱処理が施されているか否かの判定を行う判定部２５と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明はワークに熱処理が施されているか否かを判定するための熱処理判定装置及び熱処理判定方法に関する。

自動車用部品や各種の機械部品等に用いられる棒状ワーク、軸状ワーク、カップ状ワーク等の各種のワークには、機械的性質を向上するために焼入等の熱処理が施されている。
複数のワークを熱処理した場合、熱処理が施された熱処理状態のワークに、熱処理が施されていない部位を有する未熱処理状態のワークが混入することを防止する必要がある。そのため従来から、熱処理後のワークの全品について熱処理されているか否かを判定する検査が行われている。

ワークに熱処理を施すと、ワークの材質に応じて熱処理後の組織が変化することで、可視光の反射状態が変化する。そのため目視による外観観察を行ってワーク表面の変色をチェックし、ワークに熱処理が施されているか否かの検査を行っていた。
しかしながら、複数のワークを熱処理した際、ワークに熱処理が施されているか否かを目視により検査すると、手間を要する。また、自然光、照明光、環境光等の周囲の光の中で判定すると、周囲の光が変化した際、判定し難くなる。さらに、目視による検査では判定にバラツキが生じることがあり、見逃してしまうこともあり得る。

特許文献１では、高度の熱処理品質を確保するために、加熱中のワーク表面を撮像して明度を検出し、基準データに対する一致度をファジイ推論により判別している。さらに冷却したワーク表面を撮像して濃淡度を検出し、基準データに対する一致度をファジイ推論により判別する。この技術では、撮像したデータの一致度をファジイ推論により判別することで、検査のばらつきや見逃しを防止できるとされている。

特開平１１−３１５７９号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、見逃しの危険は解消できるものの、精密な判定を行うために複雑な装置が必要である。また冷却したワーク表面の濃淡を測定する際、やはり周囲の光の影響が生じるため、その影響を排除するには更に複雑な装置を必要とする。

本発明は、簡易な装置により未熱処理状態のワークと熱処理状態のワークとを容易且つ確実に判定可能な熱処理判定装置と熱処理判定方法とを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の熱処理判定装置は、ワーク表面に単色光からなる測定光をスポット状に照射する照射部と、ワーク表面で反射された測定光を受光して受光量信号を生成する受光部と、ワークに対応して予め設定された受光量閾値と受光量信号とを比較することで、ワークに熱処理が施されているか否かの判定を行う判定部と、を備えている。

この装置では、照射部及び受光部を複数有し、判定部はワーク表面の複数位置における受光量信号により判定を行うようにしてもよい。

この熱処理判定装置では、ワークを支持して軸周りに回動させるワーク支持部を有し、受光部はワークの周方向の複数位置でそれぞれ受光量信号を生成可能であり、判定部は複数の受光量信号を用いて判定を行うのがよい。

上記目的を達成する本発明の熱処理判定方法は、単色光からなる測定光をスポット状にワーク表面に照射し、ワーク表面で反射された測定光を受光して受光量信号を生成し、ワークに対応して予め設定された受光量閾値と受光信号とを比較することで、ワークに熱処理が施されているか否かの判定を行う方法である。

この方法では、ワーク表面の複数位置における受光量信号を生成し、これらの複数の受光量信号により判定を行ってもよい。

この熱処理判定方法では、ワークを軸周りに回動させ、ワークの周方向の複数位置でそれぞれ受光量信号を生成し、複数の受光量信号を用いて判定を行うのがよい。

本発明の熱処理判定装置及び熱処理判定方法によれば、ワーク表面に単色光からなる測定光をスポット状に照射して、ワーク表面で反射された測定光を受光して受光量信号を生成する。そのため、ワーク表面の広い範囲に自然光、照明光、環境光等の周囲の光を照射する場合に比べ、未熱処理状態で得られる受光量信号と熱処理状態で得られる受光量信号との差を大きくでき、誤判定を防止して確実な判定を行うことができる。

しかも特定の測定光をスポット状に照射し、その反射光の大きな差により異なる受光量信号を生成し、その受光量信号を受光量閾値で判定すればよいため、判定にバラツキが生じ難く、複雑な装置や処理が不要で、簡易な装置で容易に判定を行うことができ、未焼品の見逃しを解消できる。

本発明の第１実施形態における熱処理装置を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における熱処理判定装置を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における熱処理判定装置の部分拡大図である。 本発明の第２実施形態における熱処理判定装置を示す部分断面図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態は、ワークＷを焼入れして所定の検査を行い、合格品を後工程に搬出することができる自動焼入装置の例である。
この自動焼入装置１０は、図１に示すように、ワークＷの全体又は一部を加熱及び冷却する熱処理部１１と、熱処理後ワークＷを検査して合格品と不合格品とを判定する検査部１２と、ワークＷ（図２を参照）の合格品と不合格品とを分別する分別部１３と、を備える。この自動焼入装置１０では、ワークＷが自動で各部に供給されて各処理が施されるように構成されているが、詳細な図示は省略している。

第１実施形態のワークＷは、軸と直交する断面が略円形の外表面形状を有する棒材、軸材、中空材等の金属長尺材からなる。このワークＷの材質は熱処理により金属組織が変化する鋼材等からなる。

熱処理部１１は、例えば加熱炉、加熱コイルによる誘導加熱装置等、ワークＷを所定の温度と時間で加熱可能な装置であれば特に限定されない。

検査部１２は、本実施形態の熱処理判定装置２０を備えており、図２に示すように、ワークＷを支持するワーク支持部２１と、ワークＷの表面の複数位置にそれぞれ測定光Ｌを照射する複数の照射部２２と、ワークＷの表面の各位置で反射された測定光Ｌをそれぞれ検出する複数の受光部２３と、ワークＷの振れを検出する複数の歪み測定部２４と、受光部２３及び歪み測定部２４の検知結果が伝達されてワークＷの合格品と不合格品とを判定する判定部２５と、を備えている。

ワーク支持部２１は、ワークＷの両端側を支持して軸周りに回動させるもので、回転駆動可能なチャック等により構成されている。

各照射部２２は、図３に示すように、ワークＷの表面の狭い照射領域Ｗｒに測定光Ｌをスポット状に照射するもので、例えば波長６５０ｎｍ程度の可視光レーザダイオードにより構成されている。
照射部２２には、ワークＷに応じて照射領域Ｗｒの大きさや形状を調整するための照射領域調整部２２ａが設けられている。この実施形態では、照射領域調整部２２ａによりワークＷの表面に照射する測定光Ｌの測定面積や照射形状を調整可能となっている。照射領域Ｗｒが過剰に狭いとワークＷの表面粗さ等の影響を受けやすくなり、一方、過剰に広いと光量が低下して測定し難くなるため、ワークＷに応じて照射領域Ｗｒを調整するのがよい。本例では、ワークＷの表面のスポット状の照射領域Ｗｒの大きさは、スポット径が２ｍｍ程度の円形又は扁平形状としている。

照射部２２から照射する測定光Ｌは単色光からなり、コヒーレントな光とするのが好適である。白色光はコヒーレントな光ではないため、熱処理状態のワークＷと未熱処理状態のワークＷとを判別し難くなる。 また、測定光Ｌは操作性の観点から可視光又は可視光以上の波長が大きな光がよく、例えば近赤外線等を使用することもできる。これにより、ワークＷの表面で反射して得られる反射光を効率よく検知可能な受光部２３を選択し易くできる。

各受光部２３は、ワークＷの表面で反射された測定光Ｌを受光することで、受光量信号を生成する。この受光部２３としては、例えばフォトダイオード等の受光素子を用いることができ、受光量信号として受光した光の強さに応じた電圧を生成できる。

この実施形態では、複数の照射部２２と複数の受光部２３とが対になるように設けられており、照射部２２と受光部２３とが一体に形成された光電センサ等を用いている。
照射部２２及び受光部２３とワークＷとの間の距離は、それぞれ異なっていてもよいが、全ての照射部２２及び受光部２３とワークＷとの間の距離が略同等であれば、後述する判定部２５において同じ受光量閾値を用いて判定することができる。

さらに本実施形態の照射部２２及び受光部２３において、ワーク支持部２１により支持されたワークＷを回転させて照射部２２から測定光Ｌを照射することで、ワークＷの周方向の複数位置で各位置における受光量信号が生成される。

この検査部１２の判定部２５では、複数の受光部２３で生成された各受光量信号が伝達されて、ワークＷに熱処理が施されているか否かの判定が行われる。
この判定部２５には、ワークＷに対応して予め設定された受光量閾値を記憶する記憶部が設けられている。この受光量閾値は、ワークＷの材質、形状、大きさ等に応じて予め設定されるが、例えば各種の経験値等に基づいて設定されてもよい。

また熱処理前のワークＷに照射部２２から測定光Ｌを実際に照射することにより、受光部２３で生成された受光量信号やその受光量信号を所定の係数倍した値などを受光量閾値として記憶させてもよい。本実施形態では、熱処理が施されたワークＷと熱処理が施されていないワークＷとを何本か用い、熱処理が施されていないワークＷにより得られた受光量信号と、熱処理が施されているワークＷにより得られた受光量信号と、の間となる中間の値を受光量閾値として設定する。

判定部２５では、予め設定された受光量閾値と各受光部２３からの受光量信号とを比較し、各受光量信号が受光量閾値より小さい場合にワークＷの当該部位において熱処理が施されていると判定する。
さらに判定部２５は、各受光量信号について判定を行い、所定の部位或いは全ての部位において熱処理が施されていると判定した場合に、ワークＷの熱処理について合格とする。

本実施形態の判定部２５には、複数の歪み測定部２４からワークＷの振れの検出値が伝達される。判定部２５の記憶部には、予め振れの許容値が振れ閾値として設定されており、判定部２５は、各部における振れの検出値がこの振れ閾値より小さい場合に、ワークＷの歪みについて合格と判定する。

さらにこの判定部２５では、ワークＷの熱処理が合格と判定され、且つワークＷの歪みについて合格と判定されたとき、ワークＷを合格品と判定する。それ以外は不合格品と判定して、判定結果が後述する分別部１３に伝達される。
分別部１３は、ワークＷが合格品の場合に後工程へ搬出し、不合格品の場合に後工程とは異なる部位に排出するように搬送路（図示省略）を切り替え可能に構成されている。

次に、この熱処理判定装置２０を備えた自動焼入装置１０の動作について説明する。
図１に示すように、まず熱処理部１１においてワークＷの全体又は所定部位に対し、所定の温度、時間、深さなどの熱処理条件で加熱及び冷却して熱処理を施す。
熱処理後、自動でワークＷが検査部１２に搬送され、ワーク支持部２１に両端が支持される。ワークＷは、熱処理後に適宜他の工程を施してから検査部１２に搬送されてもよい。

測定は、図２及び図３に示すように、ワーク支持部２１によりワークＷを支持して回動させつつ行う。具体的には、軸方向の複数位置に配置された照射部２２からこのワークＷに測定光Ｌを照射し、ワークの１回転中に所定時間の間隔で複数回測定する。すなわち、複数の受光部２３によりワークＷの表面で反射された各測定光Ｌを受光し、各受光部２３で生成された受光量信号を判定部２５に伝達する。
判定の際、複数位置に設けられた歪み測定部２４により振れも測定し、それぞれの測定結果も判定部２５に伝達するようにしてもよい。

判定部２５では、まず複数の歪み測定部２４により測定された各振れの値が、それぞれ予め設定されている振れ閾値と比較される。何れかの振れが振れ閾値より大きい場合には、歪みについてワークＷを不合格品と判定し、分別部１３を動作制御してワークＷを不良品として排除する。

振れの判定に次いで、または振れの判定と共に、ワークＷの熱処理の判定が行われる。
この判定部２５では、ワークＷの長手方向の複数箇所、具体的には、例えば３箇所における周方向の各位置についての受光量信号を利用して熱処理が施されているか否かの判定が行われる。判定部２５は、複数の受光部２３においてそれぞれワークＷの１回転中に所定時間間隔で間欠的に複数回測定された受光量信号の平均値を求めることで、この平均値が受光量閾値よりも小さい場合に熱処理が施されていると判定し、大きい場合に熱処理が施されていないと判定し得る。

図２に示すように、本実施形態では、照射部２２及び受光部２３が複数設けられ、ワークＷの表面の複数位置、具体的には３箇所における受光量信号により判定を行っている。そのため、ワークＷの長手方向の一部に溶接部が設けられていたり、傷や汚れなどが付着していたりして、反射光の強度が低下する部位が存在する場合であっても、他の位置における受光量信号を用いて判断することで、誤検出を防止できる。
図３に示すように、周方向の一部に測定光Ｌの反射率が低下する溶接部位Ｗｍなどが存在していても、周方向の複数位置についての受光信号が全て受光量閾値より低いことが検知されることで、熱処理が施されていると判定することができる。

複数の受光量信号により判定を行うには、例えば複数の受光量信号の平均値を求め、その平均値と予め設定されている受光量閾値とを比較してもよい。この場合、ワーク表面の傷や溶接部分等が存在していても、未焼品では平均値が大きくなるため熱処理済であるか否かの判定を行うことができる。また各受光量信号をそれぞれ予め設定されている受光量閾値と比較してもよい。この場合、ワーク表面の傷や溶接部分等が存在していても、未焼品では他の受光量信号が大きくなるため、熱処理済であるか否かの判定を行うことができる。

判定部２５においてワークＷの熱処理が施されていると判定された場合、熱処理についてワークＷを合格品、即ち焼入処理が施されたワークＷと判定し、判定結果に基づいて分別部１３を動作制御してワークＷを後工程に搬出する。

一方、ワークＷの所定の熱処理領域に対応する長手方向の複数箇所において一部に熱処理が施されていないと判定された場合、熱処理についてワークＷを不合格品、即ち焼入処理が施されていない未焼品のワークＷと判定する。この判定結果に基づいて分別部１３を動作制御してワークＷを不良品として後工程とは異なる部位に排出する。
これにより複数のワークＷについての熱処理工程が完了する。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
以上のような熱処理判定装置２０及びこの装置を用いた熱処理判定方法では、ワークＷの表面に単色光からなる測定光Ｌをスポット状に照射して、ワークＷの表面で反射された測定光Ｌを受光して受光量信号を生成している。そのため、ワークＷの表面の広い範囲に自然光、照明光、環境光等の周囲の光や白色光を照射する場合に比べ、未熱処理状態で得られる受光量信号と熱処理状態で得られる受光量信号との差を大きくできる。よって、本発明では誤判定を防止して確実に熱処理の有無の判定を行うことができる。

本発明では、特定の測定光Ｌをスポット状に照射し、その反射光の大きな差により異なる受光量信号を生成し、その受光量信号を受光量閾値で判定する。よって、目視による外観検査のように判定にバラツキが生ぜず、検出時間も短くできる。
本発明では、簡易な照射部２２及び受光部２３を用いて装置を構成でき、未焼品の見逃しを解消できる。
しかも熱処理判定装置２０が簡易な構成であるため、熱処理後の各種の処理や検査を行う部位に熱処理判定装置２０を容易に配設できる。例えば、従来の装置に簡単な改造を施すことで、容易に本実施形態の装置を構成して判定を行うことも可能である。それ故、装置を安価で小型に構成でき、従来の装置であっても、後付けで簡単に組込むことができる。

この熱処理判定装置２０及び方法では、照射部２２及び受光部２３を複数有し、ワークＷの表面の複数位置、具体的には３箇所における受光量信号により、判定部２５で判定を行っている。そのため、ワークＷの長手方向の一部に溶接部が存在していたり、傷や汚れなどが付着していて、反射光の強度が低下する部位が存在する場合でも、他の位置における受光量信号を用いて判断することで、誤検出が生じない。

この熱処理判定装置２０及び方法では、ワークＷを軸周りに回動させ、ワークＷの周方向の複数位置でそれぞれ受光量信号を生成し、この複数の受光量信号を用いて判定を行っている。そのため、図３に示すように、ワークＷが周方向の一部に溶接部位Ｗｍ等の反射光が低下する部位を有する場合でも、周方向の他の部位における受光量信号を用いることができる。従って複数の受光量信号を用いることで確実に未熱処理状態のワークＷと熱処理状態のワークＷとを判定することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態は、ワークＷとして、図４に示すように、カップ部Ｗｃ及び軸部Ｗａを有する等速ジョイントを用い、カップ部Ｗｃ内面に熱処理を施す熱処理装置に本実施形態の熱処理判定装置を装着した例である。この熱処理装置では、図４に示すように、熱処理後のワークＷのカップ部Ｗｃを載置する載置台３１に貫通孔３１ａを設け、載置台３１の下部に熱処理判定装置２０を装着している。

この熱処理判定装置２０は、第１実施形態と同様に、ワークＷのカップ部Ｗｃにおける内表面に単色光からなる測定光Ｌをスポット状に照射する照射部２２と、内表面で反射された測定光Ｌを受光して受光量信号を生成する受光部２３と、ワークＷに熱処理が施されているか否かの判定を行う判定部２５と、判定部２５の判定に基づいて結果を表示する表示部３２とを備えている。判定部２５は、ワークＷに対応した受光量閾値が予め設定されていてこの受光量閾値と受光部２３からの受光量信号とを比較することで、ワークＷに熱処理が施されているか否かの判定を行う。

この熱処理判定装置２０でも、第１実施形態と同様に照射部２２及び受光部２３を利用してワークＷのカップ部Ｗｃにおける内表面について、熱処理が施されているか否かの判定を行うことができる。
この例では、ワークＷを軸周りに回転させつつ、カップ部Ｗｃの所定位置に連続して測定光Ｌが照射され、受光部２３で生成された受光量信号が判定部２５に連続して送信される。この場合、判定部２５では、連続的に受光量信号が受光量閾値と比較され、受光量閾値よりも大きい受光量信号が検出されたときに、ワークＷのカップ部Ｗｃについて熱処理が施されていないと判定する。

この熱処理判定装置２０であっても、実施形態１と同様に、未熱処理状態のワークＷか熱処理状態のワークＷかを確実に判定することができ、また複雑な装置や処理が不要で簡易な装置により判定を行うことができる。

上記各実施形態は本発明の範囲内において適宜変更可能である。例えば上記では、熱処理後のワークＷの振れを検出する部位や、刻印を付す部位に熱処理判定装置を装着しているが、これらの例に限定されるものではない。本発明では、熱処理後の各種の処理や検査を施す部位であれば熱処理判定装置を装着することが可能である。さらに他の処理を施す部位ではなく、独立して熱処理の有無を判定する熱処理判定装置を使用することも可能である。
上記では自動焼入装置１０として、各部を別々に設けた例について説明した。しかし、例えば検査部１２と分別部１３とを判定分別部として一体に設けるなど、各部を一体に設け又は複数に分割して設けるなど、適宜変更することが可能である。

ワークＷは上記実施形態に何ら限定されない。例えばワークＷとして、第１実施形態では軸と直交する断面が略円形の外表面形状を有しているが、断面が多角形の角材や断面が異形状の異形材などであってもよい。また第２実施形態ではワークＷとして等速ジョイントの例を示したが、各種のハウジングや転動輪などであってもよい。
さらに上記各実施形態における熱処理の有無を判定する手順やタイミング等も適宜変更可能であり、例えば照射部２２及び受光部２３を外部スイッチより作業者が切り替えたときだけ判定を行うようにしてもよい。

Ｗ ワーク
Ｗｍ 溶接部位
Ｗｃ カップ部
Ｗａ 軸部
Ｗｒ 照射領域
Ｌ 測定光
１０ 自動焼入装置
１１ 熱処理部
１２ 検査部
１３ 分別部
２０ 熱処理判定装置
２１ ワーク支持部
２２ 照射部
２２ａ 照射領域調整部
２３ 受光部
２４ 歪み測定部
２５ 判定部
３１ 載置台
３１ａ 貫通孔
３２ 表示部

Claims (6)

1. ワーク表面に単色光からなる測定光をスポット状に照射する照射部と、
   前記ワーク表面で反射された前記測定光を受光して受光量信号を生成する受光部と、
   前記ワークに対応して予め設定された受光量閾値と前記受光量信号とを比較することで、前記ワークに熱処理が施されているか否かの判定を行う判定部と、を備えた、熱処理判定装置。
2. 前記照射部及び受光部を複数有し、前記判定部は前記ワーク表面の複数位置における前記受光量信号により前記判定を行う、請求項１に記載の熱処理判定装置。
3. 前記ワークを支持して軸周りに回動させるワーク支持部を有し、前記受光部は前記ワークの周方向の複数位置でそれぞれ前記受光量信号を生成可能であり、前記判定部は複数の前記受光量信号を用いて前記判定を行う、請求項１又は２に記載の熱処理判定装置。
4. 単色光からなる測定光をスポット状にワーク表面に照射し、該ワーク表面で反射された前記測定光を受光して受光量信号を生成し、前記ワークに対応して予め設定された受光量閾値と前記受光信号とを比較することで、前記ワークに熱処理が施されているか否かの判定を行う、熱処理判定方法。
5. 前記ワーク表面の複数位置における前記受光量信号を生成し、該複数の受光量信号により前記判定を行う、請求項４に記載の熱処理判定方法。
6. 前記ワークを軸周りに回動させ、前記ワークの周方向の複数位置でそれぞれ前記受光量信号を生成し、複数の前記受光量信号を用いて前記判定を行う、請求項４又は５に記載の熱処理判定方法。

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