JP2523379B2 - 金属内異質層検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、焼入層・浸炭層・合金化処理層などの熱処
理部や溶接部等の母材とは異なった組織、硬化、その他
物性を持つ金属内異質層の形状、大きさなどを非破壊、
非接触によって検出する装置に関する。

〔従来の技術〕

金属を非破壊で検査する装置としては種々の装置が知
られている。

例えば、金属表面に向けて超音波を発振し、その反射
した超音波を受信することで金属内部の亀裂等の欠陥を
検出する超音波探傷装置。

ソレノイドコイル、周波数可変発振器、演算部を備
え、ソレノイドコイルに同一周波数の電流を流して金属
表面との間に生じる渦電流の大きさによって浸炭層、焼
入れ層の深さを検出する渦流探傷装置。

等が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前者の装置であると、金属内部の亀裂等の欠陥の検査
には好適であるが金属内異質層の形状、大きさを検査で
きないばかりか、センサー自体を金属表面に水、油等の
媒体を介して接触させる必要があり、金属表面に媒体を
供給しながら検査せねばならず面倒であると共に、溶接
部などの高温部分を検査すると熱影響を受けてセンサー
が損傷することがある。

後者の装置であると、１つのソレノイドコイルを金属
表面に沿って移動してソレノイドコイルと対向する部分
の透磁率などの変化によって浸炭深さを検出するので、
その検出精度はあまり良くないばかりか、浸炭層の形状
・大きさを判断できない。

そこで、本発明は前述の課題を解決できるようにした
金属内異質層の検出装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

被検出物の母材と対向した参照用コイルと、異質層と
相対的に移動する検出用コイル、各コイルに与えられる
交番電流の周波数を可変とする機構と、各コイルの出力
差を検出し、その出力差が最大の時の周波数を検出する
手段と、その周波数と前記相対位置によって異質層の形
状を出力する手段とを備えた金属内異質層検出装置であ
り、これによって、被検出物の異質層の形状を精度良く
検出できる。

〔実 施 例〕

第１図は装置の説明図であり、基台１にはワーク受台
２がＸ方向に往復動自在に設けられ、このワーク受台２
と対向した本体３には参照用コイル４と検出用コイル５
がＸ方向に間隔を置いて配設してあり、前記ワーク受台
２はモータ６によりＸ方向に往復移動される。

例えば、モータ６により送りネジ杆を回転し、その送
り杆をワーク受台２に設けたナット部材に螺合してあ
る。

前記ワーク受台２には異質層を有する被検出体である
ワーク７がセットされ、このワーク７は例えば２枚の板
7a,7aをレーザ光によりスポット溶接したものであり、
その溶接部Ａの形状・大きさを検出するようにしてあ
る。

制御・演算回路10はモータドライブ11に駆動信号を送
り、それによりモータ６が回転駆動され、制御・演算回
路10によってワーク受台２の移動ストロークが感知でき
るようにしてある。

例えば、モータ６の回転をエンコーダ，ポテンション
メータなどで検出して制御・演算回路10に送ったり、モ
ータ６をステップモータとしてそのステップモータに送
るパルス数をカウトンするようにしても良い。

この様にすることで、参照様コイル４、検出用コイル
５がワーク７の異質層に対して移動してストローク、つ
まり相対位置を制御・演算回路10で検知できるようにし
てある。

なお、本体３をモータ６でＸ方向に往復動してワーク
受台２を静止するようにしても良い。

前記制御・演算回路10よりスィープ回路12に信号を送
り、スィープ回路12から周波数発振器13に可変信号を送
って参照用コイル４、検出用コイル５に異なる周波数の
交流電力が送られる。

参照用コイル４と検出用コイル５の出力側は位相検波
回路14に送られて位相のずれを電圧として検出し、その
検出した電圧を差動増幅器15で増幅してピーク値ホール
ド回路16に送ってピーク電圧値をホールドし、かつその
電圧がピーク値の時の周波数をデータ記憶回路17に記憶
し、その記憶した周波数を制御・演算回路10に送って周
波数により溶接部Ａの深さを求め、その深さと前記相対
位置を組み合せて金属内異質層、この場合には溶接部Ａ
の形状・大きさを表示部18に表示する。

前記周波数から溶接深さを求めるには、周波数と溶接
深さの関係を実験により予じめ求めてデータ化し、その
データ化した値を制御・演算回路10のメモリ部に記憶す
るか、理論演算により周波数を溶接部深さに換算する計
算手段を設ければ良い。

次に検出原理を説明する。

参照用コイル４はワーク７の母材7b部分に常に位置
し、検出用コイル５が母材7bと溶接部Ａとに亘って相対
的に移動するように構成してある。

参照用コイル４、検出用コイル５に所定の周波数の交
流電流（交番電流）を与えて励磁すると渦電流が生じ、
その渦電流がワーク７に浸透する深さに比例した大きさ
の磁束が生じ、その渦電流のワーク７への浸透深さはワ
ーク７の透磁率、導電率の値及び周波数で決定される。

すなわち、渦流探傷原理により となる。

但し、δ＝浸透深さ、ｆ＝周波数、μ＝透磁率、σ＝
導電率である。

この様であるから、参照様コイル４、検出用コイル５
が第２図のようにワーク７の母材7bと対向している時に
は浸透深さが同一であるから、参照用コイル４、検出用
コイル５の磁束の大きさは同一となり、両者の出力差は
ゼロである。

第３図のように、参照用コイル４がワーク７の母材7b
と対向し、検出用コイル５が溶接部Ａと対向している時
には、母材7bと溶接部Ａの透磁率、導電率の相違によ
り、浸透深さが異なり、両者の出力に差が生じる。

ここで、前記式より周波数を変更すると浸透深さが異
なるので、第３図の状態で参照用コイル４、検出用コイ
ル５への交番電流の周波数を同一タイミングで異ならせ
ると参照用コイル４と検出用コイル５の出力差が異な
り、ある周波数で出力差が最大となる。

よって、出力差が最大の時の周波数を検出し、その周
波数に基づいて前述のように溶接部Ａの深さを検出でき
る。

例えば、第４図に示すように溶接部Ａの深さと距離を
実測したところ第５図のようになった。また、異なる複
数の距離において参照用コイル４と検出用コイル５の出
力差が最大となった時の周波数を実測し、その実測した
距離の溶接深さを第５図より求めたところ周波数と溶接
深さの関係は第６図のようになった。

このことにより、参照用コイル４と検出用コイル５と
の出力差が最大となった時の周波数を検出し、その周波
数に基づいて溶接深さを検出できる。

次に第１図に示す装置によるワーク７の溶接部Ａの形
状、大さを検出検出する動作を説明する。

モータ６によりワーク受台２をＸ方向に移動してワー
ク７を参照用コイル４、検出用コイル５に対して所定ス
トローク毎に移動し、その都度参照用コイル４と検出用
コイル５の出力差を検出する。

この時、参照用コイル４と検出用コイル５がワーク７
の母材7bと対向している場合には出力差がゼロであり、
検出用コイル５が溶接部Ａに対応すると出力差が生じ
る。

この出力差は第７図のように交電電流の入力周波数と
検出周波数の位相のずれとして表われ、その位相のずれ
を位相検波回路14で電圧として検出し、差動増幅器15で
増幅してピーク値ホールド回路17に送る。

これと同時に出力差が生じた場合にはワーク受台２を
静止してスィープ回路12により周波数発振器13に可変信
号を送って周波数を可変とし、前記電圧が最大の時の周
波数をピーク値ホールド回路16にホールドしてデータ記
憶回路17に記憶する。

以上の動作が終了したらワーク受台２を再び所定スト
ローク移動して前述のように周波数を可変として検出電
圧が最大の時の周波数を記憶する。

このようにして所定ストローク毎の検出電圧が最大の
時の周波数を検出して記憶し、その検出電圧がゼロとな
った時にモータ６を停止しワーク７を停止させる。

この後に、前述した周波数に基づいて溶接深さを求
め、その溶接深さとワーク７のストロークに基づいて溶
接部Ａの形状・大きさを例えば第８図のように表示す
る。

次に具体例を説明する。

厚さ0.5mmの炭素鋼より成る２枚の板7a,7aをレーザ光
によりスポット溶接した。

この結果、第９図（ａ）のように良好に溶接されたワ
ーク７の場合には表示部18の表示は第10図（ａ）のよう
になり、第９図（ｂ）のように不良の場合には第10図
（ｂ）のようになり、これにより表示部18で溶接の良否
が判断できる。

第11図のようにシリンダーロッド20の表面を環状に熱
処理したワークの熱処理層Ｂの良否を判断する場合も、
前述と同様にすることで熱処理層の処理深さ、処理幅を
第12図のように表示できるから、その熱処理の良否判断
できる。

第13図は第２実施例を示し、参照用コイル４と検出用
コイル５との間に異質層幅検出センサ30を設けてある。

該異質層幅検出センサ30は第14図のように、インジユ
ーム、アンチモンなどの磁気抵抗素子31と永久磁石32と
を備え、永久磁石32で作られている磁束33の差異を磁気
抵抗素子31で検出するように構成され、その磁束33がワ
ーク７の母材7bと溶接部Ａの透磁率の差異により変化す
ることを磁気抵抗素子31の電圧変化として検出し、その
電圧変化をアンプ34を経て制御・演算回路10に入力する
ようにしてある。

このように構成すれば異質層幅検出センサ30でワーク
７の溶接部等の異質層の幅を検出できるので、その異質
層の幅が検出用コイル５の直径より小さく、参照用コイ
ル４と検出用コイル５により前述のようにして異質層の
幅を検出困難な場合でも前記の異質層幅検出センサ30に
よって異質層の幅を検出して形状・大きさを検出でき
る。

また、溶接法、熱処理法が定められている場合に異質
層の形状（深さ、幅の比率）が一定となる場合があり、
この場合には前述の異質層幅検出センサ30により異質層
幅を検出することで深さを知ることができる。

また、ワーク７のゆがみを検出する変位計を設け、変
形計で検出したワーク７のゆがみによって検出した異質
層の形状を修正するようにしても良い。

このようにすれば、ワーク７が薄肉で溶接や熱処理で
ゆがんだ場合でも異質層の形状を正確に検出できる。

以上の各実施例によれば、ワーク受台２、又は本体３
をＸ方向に移動させたが、Ｘ方向及びＹ方向に移動して
も良い。

〔発明の効果〕

（１）被検出物の母材と対向した参照用コイル４の出力
と、異質層と対向した検出用コイル５の出力の差に基づ
いて浸透深さを検出し、その浸透深さと異質層の検出用
コイル５の相対位置に基づいて異質層の形状を検出する
ので、精度良く異質層の形状を検出できる。

また、各コイルは被検出物と非接触できるから、熱影響
を受け難い。

（２）異質層が検出用コイル５の径より小さくとも異質
幅検出センサ30で異質層の幅を検出できるから、異質層
の形状を正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は装置全体の説明
図、第２図，第３図は検出動作説明図、第４図は溶接部
の拡大図、第５図は溶接深さを示す図表、第６図は溶接
深さと周波数の関係を示す図表、第７図は出力差検出の
説明図、第８図は表示例の正面図、第９図（ａ），
（ｂ）は溶接状態図、第10図（ａ），（ｂ）はその表示
状態説明図、第11図はシリンダロッドの斜視図、第12図
はその検出表示状態の説明図、第13図は第２実施例の装
置全体説明図、第14図は異質層幅検出センサの説明図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−173864（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−178356（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−152950（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−81262（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−17350（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−29244（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】異質層を有する金属の被検出物の母材と対
   向する参照用コイル４及び異質層に対して相対的に移動
   する検出用コイル５と、 前記検出用コイル５と異質層を相対的に移動し、かつそ
   の相対位置を判断する機構と、 前記参照用コイル４と検出用コイル５に交番電流を与
   え、かつ周波数を可変する機構と、 前記参照用コイル４と検出用コイル５の出力差が最大の
   時の周波数を記憶する手段と、 該周波数と前記相対位置とにより異質層の形状を演算し
   て出力する手段とより構成したことを特徴とする金属内
   異質層検出装置。
2. 【請求項２】磁気抵抗素子31と永久磁石32を備えた異質
   層幅検出センサ30を異質層と相対的に移動自在に設けた
   請求項１記載の金属内異質層検出装置。