JP2017223585A - 工作物の異常検査装置及び工作物の異常検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】母材のムラが存在する場合であっても、工作物の異常の有無を確実に判定できる工作物の異常検査装置及び工作物の異常検査方法を提供する。
【解決手段】異常検査装置（１）は、励磁電流により工作物（２）の内部に渦電流を誘導して出力電圧を得るセンサ（１０）と、検査対象の実工作物（２Ａ）とセンサ（１０）とを相対移動させた場合に、実工作物（２Ａ）について第一周波数の励磁電流により得られる出力電圧の第一波形、及び、第一周波数より低い第二周波数の励磁電流により得られる出力電圧の第二波形を取得する取得部（３２）と、第一波形と第二波形との差分の波形を演算する第一演算部（３３）と、差分の波形に基づいて、実工作物（２Ａ）が異常を有すると判定する判定部（３７）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作物の異常の有無を検査する異常検査装置及び異常検査方法に関するものである。

特許文献１には、研削加工された円筒状の工作物を軸線回りに一周回転させ、その回転中の工作物にコイルで所定周波数よりも高い周波数の励磁電流を付与して渦電流を発生させ、得られる出力電圧が低下した部分に工作物の研削焼け（以下、工作物の異常という）が有ると判定する装置が記載されている。

特開２０１３−２２４９１６号公報

特許文献１に記載の装置は、高周波数の励磁電流を使用しているが、この励磁電流では工作物の異常のみならず母材の残留オーステナイト量のムラ（以下、母材のムラという）に対しても反応するためこれらを区別する必要があり、工作物の異常の有無の判定が困難となる。

本発明は、母材のムラが存在する場合であっても、工作物の異常の有無を確実に判定できる工作物の異常検査装置及び工作物の異常検査方法を提供することを目的とする。

本発明の異常検査装置は、励磁電流により工作物の内部に渦電流を誘導して出力電圧を得るセンサと、検査対象の実工作物と前記センサとを相対移動させた場合に、前記実工作物について第一周波数の前記励磁電流により得られる前記出力電圧の第一波形、及び、前記第一周波数より低い第二周波数の前記励磁電流により得られる前記出力電圧の第二波形を取得する取得部と、前記第一波形と前記第二波形との差分の波形を演算する第一演算部と、前記差分の波形に基づいて、前記実工作物が異常を有すると判定する判定部と、を備える。

出力電圧は、励磁電流の周波数に応じた工作物の深さ位置の成分の影響を大きく受ける。つまり、相対的に高い第一周波数の励磁電流を供給した場合には、出力電圧は、工作物の浅い位置の成分の影響を受ける。一方、相対的に低い第二周波数の励磁電流を供給した場合には、出力電圧は、工作物の深い位置の成分の影響を大きく受ける。ここで、母材にムラがある場合には、工作物の表層は、母材のムラの影響を受けると共に、表層付近に存在する異常（例えば、研削焼け等の加工変質層や、クラック、巣等の傷）の影響を受ける。一方、工作物の深層は、母材のムラの影響を受けるが、表層付近に存在する異常の影響を受けない。

つまり、相対的に高い第一周波数の励磁電流によるセンサの出力電圧の第一波形は、母材のムラによる影響と、表層付近の異常による影響を含む。一方、相対的に低い第二周波数の励磁電流によるセンサの出力電圧の第二波形は、深い位置における母材のムラによる影響を含むが、表層付近の異常による影響を含まない。そして、第一演算部が、第一波形と第二波形との差分の波形を求めている。従って、差分の波形には、表層付近の異常による影響が含まれるが、母材のムラによる影響が取り除かれている。そして、判定部が、差分の波形に基づいて実工作物の異常の有無を判定している。つまり、母材のムラが存在するとしても、第一演算部が、表層付近の異常の影響分を確実に抽出することができ、判定部は、表層付近に生じ得る実工作物の異常の有無を確実に判定できる。

本発明の異常検査方法は、検査対象の実工作物と励磁電流により前記実工作物の内部に渦電流を誘導して出力電圧を得るセンサとを相対移動させた場合に、前記実工作物について第一周波数の前記励磁電流により得られる前記出力電圧の第一波形、及び、前記第一周波数より低い第二周波数の前記励磁電流により得られる前記出力電圧の第二波形を取得する取得工程と、前記第一波形と前記第二波形との差分の波形を演算する第一演算工程と、前記差分の波形に基づいて、前記実工作物が異常を有すると判定する判定工程と、を備える。これにより、上述の異常検査装置で得られる効果と同様の効果が得られる。

本発明の実施形態の工作物の異常検査装置の平面図である。 図１の異常検査装置の磁気センサの内部を透視して示す側面図である。 図１の異常検査装置の閾値設定処理を説明するためのフローチャートである。 基準工作物の回転位相角度毎の高周波数の励磁電流によるセンサヘッドの出力電圧の第一波形を示す図である。 基準工作物の回転位相角度毎の低周波数の励磁電流によるセンサヘッドの出力電圧の第二波形を示す図である。 図４の第一波形と図５の第二波形の差分の波形を示す図である。 複数の基準工作物の差分の波形を周波数分析して求めた周波数毎の出力電圧の閾値の波形を示す図である。 図１の異常検査装置の異常検査処理を説明するためのフローチャートである。 第一例の実工作物の回転位相角度毎の高周波数の励磁電流によるセンサヘッドの出力電圧の第一波形を示す図である。 第一例の実工作物の回転位相角度毎の低周波数の励磁電流によるセンサヘッドの出力電圧の第二波形を示す図である。 図９の第一波形と図１０の第二波形の差分の波形を示す図である。 第一例の実工作物の差分の波形を周波数分析して求めた周波数毎の出力電圧の波形及び閾値の波形を示す図である。 第二例の実工作物の回転位相角度毎の高周波数の励磁電流によるセンサヘッドの出力電圧の第一波形を示す図である。 第二例の実工作物の回転位相角度毎の低周波数の励磁電流によるセンサヘッドの出力電圧の第二波形を示す図である。 図１３の第一波形と図１４の第二波形の差分の波形を示す図である。 第二例の実工作物の差分の波形を周波数分析して求めた周波数毎の出力電圧の波形及び閾値の波形を示す図である。 本発明の実施形態の変形態様の工作物の異常検査装置の平面図である。 図１７の異常検査装置の磁気センサの内部を透視して示す側面図である。 図１７の異常検査装置の異常検査処理を説明するためのフローチャートである。 基準工作物の回転位相角度毎の高周波数の励磁電流によるセンサヘッドの出力電圧の第一波形、低周波数の励磁電流によるセンサヘッドの出力電圧の第二波形及び第一波形と第二波形の差分の波形を示す図である。 基準工作物の第一波形と第二波形の差分の波形から求めた閾値を、第一波形の出力電圧に対する第二波形の出力電圧を示す図に表したものである。

＜実施形態＞
（１．工作物の異常検査装置の構成）
本発明の実施形態の工作物の異常検査装置の構成について図を参照して説明する。図１及び図２に示すように、工作物の異常検査装置１は、磁気センサ１０（本発明の「センサ」に相当）と、回転支持部２０と、制御装置３０とを主体として構成される。

この工作物の異常検査装置１は、渦電流方式の磁気を用いた磁気方式の非破壊検査により、工作機械３で加工した工作物２の異常（研削焼け等の加工変質層や、クラック、巣等の傷）を検査する。すなわち、工作物の異常検査装置１は、一次コイルにより工作物２に磁場を印加し、異なる２つの周波数に設定された励磁電流をそれぞれ流すことで２つの渦電流を誘導する。そして、磁場を印加する一次コイルと工作物２とを相対的に移動させ、この移動によって変化する２つの渦電流の誘導起電力（出力電圧）の第一波形及び第二波形を二次コイルによってそれぞれ検知して取得する。

ここで、詳細は後述するが、発明者は、上述の出力電圧の第一波形及び第二波形の差分の波形を求めることで、工作物２の異常に関する出力電圧の波形の山数が、母材のムラに関する出力電圧の波形の山数と同じように発生した場合であっても、工作物２の異常の有無を判定できることを見出した。工作物の異常検査装置１は、取得した出力電圧の第一波形及び第二波形から求めた差分の波形を周波数解析し、この周波数解析により求めた出力電圧に基づいて工作物２の異常の有無を判定する。

ここで、工作物２は、本実施形態では磁性材料であって浸炭焼き入れした円筒状又は円柱状のものを対象として説明する。また、工作機械３は、本実施形態では研削盤とし円筒状又は円柱状の工作物２の外周面を研削加工するものとする。そして、本実施形態の工作物の異常検査装置１は、工作物２の外周面における異常を検査するものとして説明する。

磁気センサ１０は、センサ本体１１と、センサヘッド１２と、測定装置１３と、タッチセンサ１４と、センサ送り機構１５とを有する。センサ本体１１には、後述する制御装置３０の供給部３１より異なる２つの周波数に設定された励磁電流がそれぞれ供給される。そして、センサ本体１１は、センサヘッド１２が工作物２に磁場を印加するように上記励磁電流をセンサヘッド１２に供給する。

センサヘッド１２は、供給される励磁電流により工作物２に磁場を印加して、工作物２の内部に渦電流を誘導する。これにより、センサヘッド１２は、励磁電流の周波数に応じた浸透深さにおいて、工作物２の変質状態に伴って変化する出力電圧を信号としてそれぞれ検出する。

測定装置１３は、センサヘッド１２が検出した信号をセンサ本体１１から信号線を介して受信する。そして、測定装置１３は、この出力信号の値を磁気センサ１０の検出値として、後述する制御装置３０へ出力する。タッチセンサ１４は、センサ本体１１の内部において、センサヘッド１２の基端部に設けられた接触式のセンサである。このタッチセンサ１４は、センサヘッド１２を工作物２に所定の付勢力（押圧力）によって付勢するばね１４ａを有する。

ばね１４ａにより、センサヘッド１２は、工作物２と常に接触した状態となる。そして、タッチセンサ１４は、ばね１４ａの伸縮状態に基づいて、センサヘッド１２が工作物１に対して接触又は非接触の何れの状態にあるかを検出する。タッチセンサ１４は、検出したセンサヘッド１２の先端部の接触情報を制御装置３０に出力する。

センサ送り機構１５は、センサ本体１１の後方部（工作物２と反対側）に設けられ、センサ本体１１を工作物２の軸方向に移動可能に保持する。このセンサ送り機構１５は、例えば、ボールねじとサーボモータ、または、油圧機構等により構成される。また、センサ送り機構１５は、工作物２とセンサ本体１１の距離を変動させるように、工作物２に対してセンサ本体１１を相対移動させる移動手段である。

そして、センサ送り機構１５は、センサ本体１１を保持する保持部の移動方向位置（工作物２における径方向位置）を図示しないサーボモータから検出する。位置センサ１５ａは、検出したセンサ本体１１の位置情報を制御装置３０へ出力する。これにより、制御装置３０は、タッチセンサ１４によるセンサヘッド１２の接触情報及びセンサ送り機構１５によるセンサ本体１１の位置情報に基づいて、センサヘッド１２の検査表面に対する離間距離（クリアランス）を検知する。

回転支持部２０は、駆動輪２１と、調整車２２を有し、工作物２を回転可能に支持する。駆動輪２１は、工作物２の周面と接触し、図示しないモータにより回転駆動することで工作物２を回転させる。また、駆動輪２１は、当該モータの回転位置を検出するエンコーダ２１ａを有する。

エンコーダ２１ａは、検出したモータの回転位置情報を制御装置３０へ出力する。これにより、制御装置３０は、初期情報である工作物２の直径や周長などを含む形状情報及びモータの回転位置情報に基づいて、センサヘッド１２の工作物２に対する周方向位相を検知する。調整車２２は、駆動輪２１と共に工作物２を支持し、工作物２の周面との摩擦力により従動回転する。

制御装置３０は、供給部３１と、取得部３２と、第一演算部３３と、第二演算部３４と、基準演算部３５と、記憶部３６と、判定部３７とを備える。供給部３１は、測定装置１３を介してセンサ本体１１と連結され、異なる２つの周波数に設定された励磁電流をセンサ本体１１にそれぞれ供給する。

異なる２つの周波数の一方の周波数（第一周波数）は、工作物２において異常が生じない深層部より工作物２の表層側に位置する表層部を浸透深さとする周波数帯に含まれる周波数である。この周波数は、１００ｋＨｚより高く１．０ＭＨｚより低い範囲に設定され、本例では２５０ｋＨｚに設定される。異なる２つの周波数の他方の周波数（第二周波数）は、工作物２において異常が生じない深層部を浸透深さとする周波数帯に含まれる周波数である。この周波数は、１００ｋＨｚより低く０．１ｋＨｚより高い範囲に設定され、本例では５００Ｈｚに設定される。

取得部３２は、検査対象の工作物２（以下、実工作物２Ａという）とセンサ本体１１とを相対移動させた場合に、実工作物２Ａについて第一周波数及び第二周波数に設定された励磁電流によりそれぞれ得られるセンサヘッド１２の出力電圧の第一波形及び第二波形を取得する。

第一演算部３３は、取得部３２で取得したセンサヘッド１２の出力電圧の第一波形と第二波形との差分の波形を演算する。第二演算部３４は、第一演算部３３で求めた第一波形と第二波形との差分の波形を周波数解析して周波数毎の出力電圧を演算する。

基準演算部３５は、実工作物２Ａの異常の有無を判定するための出力電圧の閾値を求める処理を行う。すなわち、取得部３２、第一演算部３３及び第二演算部３４は、実工作物２Ａに対し行った処理と同様の処理を母材にムラが有って異常の無い正常な工作物２（以下、基準工作物２Ｂという）に対し行い、周波数毎の出力電圧を求める。この処理を複数の基準工作物２Ｂに対して行う。そして、基準演算部３５は、求めた複数の周波数毎の出力電圧のうち最大値を出力電圧の閾値として演算する。

記憶部３６は、基準演算部３５で求めた周波数毎の出力電圧の閾値を記憶する。判定部３７は、第二演算部３４で求めた周波数毎の出力電圧が記憶部３６から読み出した出力電圧の閾値を超えたら異常が有ると判定する。

（２．工作物の異常の検査の概要）
異常検査装置１は、工作物２に対し、２５０ｋＨｚの高周波数の励磁電流を供給し、センサヘッド１２で検知される出力電圧の第一波形を取得する。さらに、工作物２に対し、５００Ｈｚの低周波数の励磁電流を供給し、センサヘッド１２で検知される出力電圧の第二波形を取得する。そして、取得した第一波形と第二波形との差分の波形を演算する。

２５０ｋＨｚの高周波数は、工作物２において異常が生じない深層部より工作物２の表層側に位置する表層部を浸透深さとする周波数帯に含まれる周波数である。一方、５００Ｈｚの低周波数は、工作物２において異常が生じない深層部を浸透深さとする周波数帯に含まれる周波数である。母材にムラがある場合には、工作物２の表層は、母材のムラの影響を受けると共に、表層付近に存在する異常（例えば、研削焼け等の加工変質層や、クラック、巣等の傷）の影響を受ける。一方、工作物２の深層は、母材のムラの影響を受けるが、表層付近に存在する異常の影響を受けない。

従って、母材にムラが有って異常が無い正常な工作物２では、２５０ｋＨｚの高周波数の励磁電流で得られる出力電圧の第一波形の山数は、５００Ｈｚの低周波数の励磁電流で得られる出力電圧の第二波形の山数と同じように発生する（例えば図４及び図５参照）。よって、第一波形と第二波形との差分の波形は、略平坦な波形となる（例えば図６参照）。

一方、母材にムラが少なくて異常が有る工作物２では、２５０ｋＨｚの高周波数の励磁電流で得られる出力電圧の第一波形の山数は、母材にムラが有って異常の無い正常な工作物２で得られる出力電圧の波形の山数と同じように発生するが、５００Ｈｚの低周波数の励磁電流で得られる出力電圧の第二波形は、略平坦な波形となる（例えば図９及び図１０参照）。よって、第一波形と第二波形との差分の波形は、第一波形に近似した山数を有する波形となる（例えば図１１参照）。

つまり、母材にムラが少なくて異常が有る工作物２で得られる第一波形と第二波形との差分の波形は、母材にムラが有って異常が無い正常な工作物２で得られる第一波形と第二波形との差分の波形と異なり、山を有する形状になる。従って、母材にムラが少なくて異常が有る工作物２で得られる第一波形と第二波形との差分の波形を周波数解析して求めた周波数毎の出力電圧の波形（例えば図１２の実線で示す波形参照）は、母材にムラが有って異常が無い正常な工作物に基づいて設定した周波数毎の出力電圧の閾値の波形（例えば図１２の一点鎖線で示す波形参照）を超える部分が出現することになるので、異常が有ると判定できる。

（３．閾値の設定処理）
上述した構成からなる異常検査装置１の制御装置３０による閾値の設定処理を図を参照して説明する。制御装置３０は、基準工作物２Ｂ（母材にムラが有って異常が無い正常な工作物）を６ｒｐｍの回転数で回転させ（図３のステップＳ１）、２５０ｋＨｚの高周波数に設定された励磁電流をセンサ本体１１に供給する（図３のステップＳ２）。なお、基準工作物２Ｂの回転数は、上記値に限定されるものではない。

制御装置３０は、基準工作物２Ｂの回転位相毎のセンサヘッド１２の出力電圧を測定して第一波形を取得する（図３のステップＳ３）。そして、基準工作物２Ｂを回転させた状態で、５００Ｈｚの低周波数に設定された励磁電流をセンサ本体１１に供給する（図３のステップＳ４）。そして、基準工作物２Ｂの回転位相毎のセンサヘッド１２の出力電圧を測定して第二波形を取得する（図３のステップＳ５）。

制御装置３０は、取得した第一波形と第二波形との差分の波形を求め（図３のステップＳ６）、求めた差分の波形を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して周波数毎の出力電圧を求める（図３のステップＳ７）。そして、所定数、例えば３０個の基準工作物２Ｂに対して上述の一連の処理が完了したか否かを判断し（図３のステップＳ８）、所定数の基準工作物２Ｂの処理が完了していないと判断したときは、ステップＳ１に戻って上述の処理を繰り返す。一方、所定数の基準工作物２Ｂの処理が完了したと判断したときは、求めた周波数毎の出力電圧の最大値を閾値として設定し（図３のステップＳ９）、全ての処理を終了する。

図４及び図５は、３０個の基準工作物２Ｂの回転位相毎のセンサヘッド１２の出力電圧を平均化したときの第一波形Ｗｃ及び第二波形Ｗｃｃを示し、図６は、第一波形Ｗｃと第二波形Ｗｃｃとの差分の波形Ｗｃｄを示す。このように、第一波形Ｗｃの山数は、第二波形Ｗｃｃの山数と同じように発生するので、第一波形Ｗｃと第二波形Ｗｃｃとの差分の波形Ｗｃｄは、略平坦な波形となる。そして、３０個の基準工作物２Ｂに対して取得した第一波形Ｗｃと第二波形Ｗｃｃとの差分の波形Ｗｃｄを高速フーリエ変換して求めた周波数毎の出力電圧の最大値が、図７に示すように、閾値の波形Ｗｔとして設定される。

（４．異常検査処理）
上述した構成からなる異常検査装置１の制御装置３０による異常検査処理を図を参照して説明する。制御装置３０は、実工作物２Ａを基準工作物２Ｂと同様に６ｒｐｍの回転数で回転させ（図８のステップＳ１１）、２５０ｋＨｚの高周波数に設定された励磁電流をセンサ本体１１に供給する（図８のステップＳ１２）。なお、実工作物２Ａの回転数は、上記値に限定されるものではない。

制御装置３０は、実工作物２Ａの回転位相毎のセンサヘッド１２の出力電圧を測定して第一波形を取得する（図８のステップＳ１３）。そして、実工作物２Ａを回転させた状態で、５００Ｈｚの低周波数に設定された励磁電流をセンサ本体１１に供給する（図８のステップＳ１４）。そして、実工作物２Ａの回転位相毎のセンサヘッド１２の出力電圧を測定して第二波形を取得する（図８のステップＳ１５）。

制御装置３０は、取得した第一波形と第二波形との差分の波形を求め（図８のステップＳ１６）、求めた差分の波形を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して周波数毎の出力電圧を求める（図８のステップＳ１７）。そして、求めた出力電圧が閾値を超えているか否かを判断し（図８のステップＳ１８）、出力電圧が閾値を超えている実工作物２Ａは異常有りと判断し（図８のステップＳ１９）、出力電圧が閾値を超えていない実工作物２Ａは異常無しと判断し（図８のステップＳ２０）、全ての処理を終了する。

具体的には、従来の異常検査装置では異常が有ると判定できなかった母材にムラが少なくて異常が有る実工作物２Ａにおいては、図９に示すように、回転位相毎のセンサヘッド１２の出力電圧の第一波形Ｗｂには、３つの山が出現している。一方、図１０に示すように、第二波形Ｗｂｂには、山は殆ど出現せず、第二波形Ｗｂｂは略平坦な波形となる。よって、図１１に示すように、第一波形Ｗｂと第二波形Ｗｂｂとの差分の波形Ｗｂｄには、３つの山が出現することになるので、図１２に示すように、差分の波形Ｗｂｄを高速フーリエ変換して求めた周波数毎の出力電圧の波形ＷＢＤには、閾値の波形Ｗｔを超えている部分Ｂが出現し、当該実工作物２Ａは異常が有ると判定される。

また、従来の異常検査装置でも異常が有ると判定できた母材にムラが有って異常が有る実工作物２Ａにおいては、図１３に示すように、回転位相毎のセンサヘッド１２の出力電圧の第一波形Ｗａには、９つの山が出現している。一方、図１４に示すように、第二波形Ｗａａにも、第一波形Ｗａの出力電圧より低い９つの山が出現している。よって、図１５に示すように、第一波形Ｗａと第二波形Ｗａａとの差分の波形Ｗａｄには、本例では５つの山が出現しているので、図１６に示すように、差分の波形Ｗａｄを高速フーリエ変換して求めた周波数毎の出力電圧の波形ＷＡＤには、閾値の波形Ｗｔを超えている部分Ａが出現し、当該実工作物２Ａは異常が有ると判定される。

＜実施形態の変形態様＞
（５−１．工作物の異常検査装置の構成）
上述の実施形態では、センサヘッド１２で検知される出力電圧の第一波形と第二波形との差分の波形を周波数解析して工作物２の異常の有無を判定する構成としたが、出力電圧の第一波形と第二波形との差分の波形を周波数解析せず、当該差分の波形から工作物２の異常の有無を判定する構成としてもよい。

図１７及び図１８は、変形態様の工作物の異常検査装置４０の構成を図１及び図２に対応させて示す図であり、同一構成部材は同一番号を付して詳細な説明を省略する。変形態様の工作物の異常検査装置４０は、制御装置５０が実施形態の工作物の異常検査装置１の制御装置３０と異なる構成となっている。すなわち、制御装置５０には、第二演算部３４が備えられておらず、基準演算部３５で演算され記憶部３６に記憶される閾値が実施形態の閾値とは異なるものとなる。

（５−２．工作物の異常の検査の概要）
母材にムラが有って異常が無い正常な工作物２の場合、図２０に示すように、一点鎖線で示す出力電圧の第一波形Ｗｃと二点鎖線で示す第二波形Ｗｃｃとの差分の実線で示す波形Ｗｃｄは、明確なピークが発生しない略一定の出力電圧値の波形となる。そこで、制御装置５０の基準演算部３５は、第二波形の出力電圧に対する第一波形の出力電圧を示す図２１において、差分の波形Ｗｃｄに基づく閾値Ｔを演算して記憶部３６に記憶する。閾値Ｔは、例えば、複数の差分の波形Ｗｃｄの最大値で設定、又は複数の差分の波形Ｗｃｄの平均値及び標準偏差に基づいて設定する。

そして、母材にムラが少なくて異常が有る工作物２の場合、図９に示すように、異常が有る部分で第一波形Ｗｂの出力電圧は低下し、図１０に示すように、第二波形Ｗｂｂの出力電圧は略変動しないので、工作物２において異常が有る部分では、第一波形Ｗｂの出力電圧に対して第二波形Ｗｂｂの出力電圧が、図２１に示す閾値Ｔの下側に位置する。一方、工作物２において異常が無い部分では、第一波形Ｗｂの出力電圧に対して第二波形Ｗｂｂの出力電圧が、図２１に示す閾値Ｔの上側に位置する。

よって、制御装置５０の判定部３７は、図１１に示す差分の波形Ｗｃｄの出力電圧が閾値Ｔの下側に位置するか上側に位置するかを判断して異常の有無を判定する。すなわち、差分の波形Ｗｃｄの出力電圧は、第一波形Ｗの出力電圧と第二波形の出力電圧との差分が小さいほど閾値Ｔの上側に位置し、差分が大きいほど閾値Ｔの下側に位置することになる。よって、判定部３７による上記判定は、第一波形Ｗの出力電圧と第二波形の出力電圧との差分と閾値Ｔとを間接的に比較していることになる。

（５−３．異常検査処理）
上述した構成からなる異常検査装置４０の制御装置５０による異常検査処理を図８に対応させて示す図１９を参照して説明する。なお、図１９においては、図８と同一処理（ステップＳ１１−Ｓ１６）は同一番号を付して説明を省略し、異なる処理（ステップＳ２１−Ｓ２３）のみを説明する。

制御装置５０は、第一波形と第二波形との差分の波形における出力電圧が、図２１に示すテーブルにおいて閾値Ｔの下側に位置するか否かを判断する（ステップＳ２１）。そして、差分の波形における出力電圧が閾値Ｔの下側に位置する場合は工作物に異常が有ると判定し（ステップＳ２２）、差分の波形における出力電圧が閾値Ｔの上側に位置する場合は工作物に異常が無いと判定し（ステップＳ２３）、全ての処理を終了する。

（６．その他）
上述の実施形態では、複数の周波数毎の出力電圧のうち最大値を閾値として設定したが、複数の周波数毎の出力電圧の平均値（ａ）及び標準偏差（σ）を求め、例えばａ±４σの範囲に基づいて閾値を設定してもよい。また、基準演算部３５で求めた周波数毎の出力電圧の閾値を記憶部３６に記憶する構成としたが、作業者が予め制御装置３０の外部で求めた周波数毎の出力電圧の閾値を記憶部３６に記憶する構成としてもよい。

また、上述の実施形態及び変形態様では、異常検査装置１の適用可能な工作物２としては、浸炭焼き入れした材料に限定されるものではなく、ずぶ焼き入れした材料も適用可能である。また、円筒状又は円柱状に限らず、平板状等の任意の形状のものを対象とできる。そして、工作物２の異常の検査対象部位は、円筒状又は円柱状の外周面の他に、円筒状の内周面、平板状の表面、及び、自由曲面状の表面等とすることもできる。また、工作機械３として、研削盤の他に、旋盤及びマシニングセンタなどの切削加工機を適用できる。そして、工作機械３は、異常検査装置１の機能を備える構成としてもよい。

（７．実施形態及び変形態様の効果）
本実施形態の工作物２の異常検査装置１は、励磁電流により工作物２の内部に渦電流を誘導して出力電圧を得るセンサ１０と、検査対象の実工作物２Ａとセンサ１０とを相対移動させた場合に、実工作物２Ａについて第一周波数の励磁電流により得られる出力電圧の第一波形、及び、第一周波数より低い第二周波数の励磁電流により得られる出力電圧の第二波形を取得する取得部３２と、第一波形と第二波形との差分の波形を演算する第一演算部３３と、差分の波形に基づいて、実工作物２Ａが異常を有すると判定する判定部３７と、を備える。

出力電圧は、励磁電流の周波数に応じた工作物２の深さ位置の成分の影響を大きく受ける。つまり、相対的に高い第一周波数の励磁電流を供給した場合には、出力電圧は、工作物２の浅い位置の成分の影響を受ける。一方、相対的に低い第二周波数の励磁電流を供給した場合には、出力電圧は、工作物２の深い位置の成分の影響を大きく受ける。ここで、母材にムラがある場合には、工作物２の表層は、母材のムラの影響を受けると共に、表層付近に存在する異常（例えば、研削焼け等の加工変質層や、クラック、巣等の傷）の影響を受ける。一方、工作物２の深層は、母材のムラの影響を受けるが、表層付近に存在する異常の影響を受けない。

つまり、相対的に高い第一周波数の励磁電流によるセンサの出力電圧の第一波形は、母材のムラによる影響と、表層付近の異常による影響を含む。一方、相対的に低い第二周波数の励磁電流によるセンサの出力電圧の第二波形は、深い位置における母材のムラによる影響を含むが、表層付近の異常による影響は含まない。そして、第一演算部３３が、第一波形と第二波形との差分の波形を求めている。従って、差分の波形には、表層付近の異常による影響が含まれるが、母材のムラによる影響が取り除かれている。そして、判定部３７が、差分の波形に基づいて実工作物２Ａの異常の有無を判定している。つまり、母材のムラが存在するとしても、第一演算部３３が、表層付近の異常の影響分を確実に抽出することができ、判定部３７は、表層付近に生じ得る実工作物の異常の有無を確実に判定できる。

また、異常検査装置１は、差分の波形の周波数解析により周波数毎の出力電圧を演算する第二演算部３４と、周波数毎の出力電圧に対応する周波数毎の閾値を記憶する記憶部３６と、を備え、判定部３７は、周波数毎の出力電圧が記憶部３６に記憶された対応する周波数の前記閾値を超えた場合に、実工作物２Ａが異常を有すると判定する。差分の波形を周波数解析して周波数毎の出力電圧を得ることで、閾値との比較を容易に行うことができ、実工作物２Ａの異常の有無を確実に判定できる。

また、記憶部３６は、異常を有しない基準工作物２Ｂとセンサ１０とを相対移動させた場合に、基準工作物２Ｂについて第一周波数の励磁電流により得られる出力電圧の第一波形と、第二周波数の励磁電流により得られる出力電圧の第二波形との差分の波形を周波数解析して、得られた周波数毎の閾値を記憶するので、工作物２に適合した正確な閾値を設定できる。
また、異常検査装置１は、複数の基準工作物２Ｂを用いて閾値を演算する基準演算部３５を備え、記憶部３６は、基準演算部２Ｂにより演算された閾値を記憶するので、検査処理を高速で行える。

また、周波数毎の閾値は、複数の基準工作物２Ｂについての周波数解析により得られた周波数毎の複数の出力値のうち最大値に基づいて求められるので、閾値を容易に設定できる。
また、周波数毎の閾値は、複数の基準工作物２Ｂについての周波数解析により得られた周波数毎の複数の出力値の平均値（ａ）及び標準偏差（σ）を求め、ａ及びσに基づいて求められるので、異常の有無の判定精度を高められる。
また、判定部３７は、周波数毎の出力電圧が閾値を超えた場合に、実工作物２Ａに加工変質層又は傷が存在すると判定するので、異常の有無を容易に判定できる。

また、実工作物２Ａは、浸炭焼き入れが施された工作物であるので、従来装置では困難であった異常検査を本実施形態の異常検査装置１で行うことができる。
また、センサ１０は、工作物２と相対回転させて励磁電流により工作物２の内部に渦電流を誘導して出力電圧を得るので、円筒状又は円柱状の工作物２の異常を容易に検査できる。
また、センサ１０は、工作物２を加工している最中に、励磁電流により工作物２の内部に渦電流を誘導して出力電圧を得るので、工作物２の不良発生を抑制できる。

本実施形態の工作物２の異常検査方法は、検査対象の実工作物２Ａと励磁電流により実工作物２Ａの内部に渦電流を誘導して出力電圧を得るセンサ１０とを相対移動させた場合に、実工作物２Ａについて第一周波数の励磁電流により得られる出力電圧の第一波形、及び、第一周波数より低い第二周波数の励磁電流により得られる出力電圧の第二波形を取得する取得工程と、第一波形と第二波形との差分の波形を演算する第一演算工程と、差分の波形に基づいて、実工作物２Ａが異常を有すると判定する判定工程と、を備える。これにより、上述の異常検査装置１，４０で得られる効果と同様の効果が得られる。

また、差分の波形の周波数解析により周波数毎の出力電圧を演算する第二演算工程と、周波数毎の出力電圧に対応する周波数毎の閾値を記憶する記憶工程と、を備え、判定行程は、周波数毎の出力電圧が記憶された対応する周波数の前記閾値を超えた場合に、実工作物が異常を有すると判定する。これにより、上述の異常検査装置１で得られる効果と同様の効果が得られる。

１，４０：異常検査装置、 ２：工作物、 １０：磁気センサ、 １１：センサ本体、 １２：センサヘッド、 ２０：回転支持部、 ３０，５０：制御装置、 ３１：供給部、 ３２：取得部、 ３３：第一演算部、 ３４：第二演算部、 ３５：基準演算部、 ３６：記憶部、 ３７：判定部

Claims (12)

1. 励磁電流により工作物の内部に渦電流を誘導して出力電圧を得るセンサと、
   検査対象の実工作物と前記センサとを相対移動させた場合に、前記実工作物について第一周波数の前記励磁電流により得られる前記出力電圧の第一波形、及び、前記第一周波数より低い第二周波数の前記励磁電流により得られる前記出力電圧の第二波形を取得する取得部と、
   前記第一波形と前記第二波形との差分の波形を演算する第一演算部と、
   前記差分の波形に基づいて、前記実工作物が異常を有すると判定する判定部と、
   を備える、工作物の異常検査装置。
2. 前記工作物の異常検査装置は、
   前記差分の波形の周波数解析により周波数毎の出力電圧を演算する第二演算部と、
   前記周波数毎の出力電圧に対応する周波数毎の閾値を記憶する記憶部と、
   を備え、
   前記判定部は、前記周波数毎の出力電圧が前記記憶部に記憶された対応する周波数の前記閾値を超えた場合に、前記実工作物が異常を有すると判定する、請求項１に記載の工作物の異常検査装置。
3. 前記記憶部は、異常を有しない基準工作物と前記センサとを相対移動させた場合に、前記基準工作物について前記第一周波数の前記励磁電流により得られる前記出力電圧の第一波形と、前記第二周波数の前記励磁電流により得られる前記出力電圧の第二波形との差分の波形を周波数解析して、得られた周波数毎の前記閾値を記憶する、請求項２に記載の工作物の異常検査装置。
4. 前記工作物の異常検査装置は、複数の前記基準工作物を用いて前記閾値を演算する基準演算部を備え、
   前記記憶部は、前記基準演算部により演算された前記閾値を記憶する、請求項３に記載の工作物の異常検査装置。
5. 周波数毎の前記閾値は、複数の前記基準工作物についての周波数解析により得られた周波数毎の複数の出力電圧のうち最大値に基づいて求められる、請求項３又は４に記載の工作物の異常検査装置。
6. 周波数毎の前記閾値は、複数の前記基準工作物についての周波数解析により得られた周波数毎の複数の出力電圧の平均値（ａ）及び標準偏差（σ）を求め、ａ及びσに基づいて求められる、請求項３又は４に記載の工作物の異常検査装置。
7. 前記判定部は、周波数毎の出力電圧が前記閾値を超えた場合に、前記実工作物に加工変質層又は傷が存在すると判定する、請求項２−６の何れか一項に記載の工作物の異常検査装置。
8. 前記実工作物は、浸炭焼き入れが施された工作物である、請求項１−７の何れか一項に記載の工作物の異常検査装置。
9. 前記センサは、前記工作物と相対回転させて励磁電流により前記工作物の内部に渦電流を誘導して出力電圧を得る、請求項１−８の何れか一項に記載の工作物の異常検査装置。
10. 前記センサは、前記工作物を加工している最中に、励磁電流により前記工作物の内部に渦電流を誘導して出力電圧を得る、請求項１−９の何れか一項に記載の工作物の異常検査装置。
11. 検査対象の実工作物と励磁電流により前記実工作物の内部に渦電流を誘導して出力電圧を得るセンサとを相対移動させた場合に、前記実工作物について第一周波数の前記励磁電流により得られる前記出力電圧の第一波形、及び、前記第一周波数より低い第二周波数の前記励磁電流により得られる前記出力電圧の第二波形を取得する取得工程と、
    前記第一波形と前記第二波形との差分の波形を演算する第一演算工程と、
    前記差分の波形に基づいて、前記実工作物が異常を有すると判定する判定工程と、
    を備える工作物の異常検査方法。
12. 前記工作物の異常検査方法は、
    前記差分の波形の周波数解析により周波数毎の出力電圧を演算する第二演算工程と、
    前記周波数毎の出力電圧に対応する周波数毎の閾値を記憶する記憶工程と、
    を備え、
    前記判定行程は、前記周波数毎の出力電圧が記憶された対応する周波数の前記閾値を超えた場合に、前記実工作物が異常を有すると判定する、請求項１１に記載の工作物の異常検査方法。

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