JP3163260U

JP3163260U - 異材判定装置

Info

Publication number: JP3163260U
Application number: JP2010004956U
Authority: JP
Inventors: 功村上
Original assignee: 功村上
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2017-07-05

Abstract

【課題】簡易な装置であって、部品を破壊することなく、かつ人が判断することを要せず画一的な判定がなされるような、異材判定装置を提供する。【解決手段】被判定材を内部に受容するコイル２を含む共振回路５を利用した異材判定装置であり、コイル２の内部に被判定材を収容して発振部１を作動させた場合、共振回路５は被判定材が有する透磁率に応じて固有の振幅の信号を出力するため、検出手段９でその振幅レベルを検出し、検出された振幅レベルに基づいて被判定材の異同を画一的に判定することができる。【選択図】図５

Description

本考案は、金属材料のうち異質の金属材料を判定する異材判定装置に関する。

例えばベアリングが組み立てられる工場内では、同一組立ライン上に、形状や寸法等が同一の異材部品、または熱処理が異なる部品が混入して搬送される可能性があり、順次搬送される部品に対する異材判定検査が必要とされている。

従来この種の異材判定方法としては、火花試験により判定する方法（特許文献１参照）、インピーダンス等の物性値を測定して判定する方法（特許文献２参照）や漏洩磁束を測定する方法（特許文献３参照）等が知られている。

特開平９−１２０４５４号公報特開２００７−４０８６５号公報特開２００１−１５３８４３号公報

しかし、火花試験による判定方法にあっては、材料を研削しなければならず、組み立て直前の段階の部品に適用するのは困難であり、また発生する火花を人が観察して判断するため、誤判定が生じ易いという問題がある。また、物性値による判定方法は、ＬＣＲメータ等で部品の物性値を直接測定するものであるが、最終的には読み取った値に基づき人が異同を判断するため、やはり誤判定を生ずるリスクが高い。一方、漏洩磁束を測定する方法にあっては、特殊な探傷装置が別途必要となり高コストとなる。

そこで、簡易な装置であって、部品を破壊することなく、かつ人が判断することを要せず画一的な判定がなされるような、異材判定装置が求められていた。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、基準材と、該基準材と透磁率において差異を有する異材とを判定する異材判定装置であって、発振周波数を変化させることができる発振部と、被判定材を内部に収容するコイルと、前記コイルを含むとともに前記発振部の発振周波数に応じて共振する共振回路と、前記共振回路からの、基準材をコイルの内部に収容した状態での発振周波数を掃引して出力振幅が最大となる共振周波数における出力信号の振幅を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された振幅に基づき被判定材と基準材との異同を判定する判定手段とからなり、前記判定手段は、前記検出手段によってコイルの内部に被判定材を収容した前記共振回路から検出された前記共振周波数における振幅と、基準材を前記コイルに収容したときに共振回路から得られる共振曲線のピーク値と同一若しくは当該ピーク値より若干下げた値に設定された基準電圧とを比較し、検出された振幅が基準電圧より低い場合は異材と判定して判定信号を出力する比較部を備えることを特徴とする異材判定装置である。

請求項１に記載の考案によれば、コイルの内部に被判定材を収容して発振部を作動させた場合、共振回路は被判定材が有する透磁率に応じて固有の振幅の信号を出力するため、検出手段でその振幅レベルを検出し、検出された振幅レベルに基づいて被判定材の異同を画一的に判定することができる。

請求項２に記載の考案は、前記検出手段は、交流信号の振幅成分を直流信号に変換する検波回路と、前記直流信号から脈流成分を除去する弁別部と、信号レベルを増幅する増幅部とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の異材判定装置である。

請求項２に記載の考案によれば、共振回路から出力される交流信号を検波回路によって直流信号に変換し、弁別部において脈流成分を含む直流信号から当該脈流成分を除去してフラットな直流信号とし、増幅部において当該直流信号を判定可能なレベルにまで増幅し、判定手段に信号を送出することができる。検出手段には特殊な計測装置を必要とせず、簡易なアナログ回路を構成するだけで信号を検出することができる。

請求項１または２に記載の考案によれば、予め比較部において基準電圧を設定しておき、この基準電圧と被判定材をコイル内部に収容したときに検出される信号とを比較して判定信号の発生を制御し、材料の異同を判定することができる。なおこの基準電圧は、基準材をコイル内部に収容したときに発生する信号とともに、基準材の個体差によるばらつきを考慮して設定することができる。

本考案によれば、簡易な構成によって異材判定装置を実現しており、部品の異同を判定する為にほかに必要となるものは異同の基準となる基準材のみであり、高価な装置を必要とすることはない。また人の主観および判断ミスなどが混入する余地がなく、基準材との異同を画一的に判定することができる。さらに、個体差によるばらつきを考慮して同一の範囲に幅を持たせ、異同を判断することができる。

さらに、被判定材の材質の違いのみならず、比較部における基準電圧を適宜調整することによって、材質が同一だが熱処理が異なるような材料をも識別することができる。

本考案の実施例１に係るブロック図である。基準材をコイル２の内部に収容したときの共振曲線（実線）と、異材を収容したときの共振曲線（破線）とを示すグラフである。共振曲線の形状の差異による同一範囲の幅の差異を示した図である。発振周波数掃引および基準電圧掃引による共振周波数探索方法を示した図である。本考案の実施例２に係るブロック図である。

つぎに、この考案の実施の形態について図面に基づき説明する。

図１は、本考案にかかる異材判定装置のうち、直列共振回路を利用した実施例１のブロック図を示し、図２はコイル内部に基準材を収容した場合と、異材を収容した場合とでの共振曲線の差異を示す。

図１において、共振回路５は、被判定材を内部に収容するコイル２と、コンデンサ３とからなる直列共振回路である。なお図１および図５には回路が有する抵抗として抵抗４を図示しているが、回路の抵抗は、後述する共振曲線の鋭さに影響を与える要素であるため、抵抗器の使用の有無を含め適宜選択すべきものであり、必須のものではない。

ここでコイル２の内部に被判定材を収容すると磁心として働くため、コイルのインダクタンスが変化する。このインダクタンスは収容した被判定材の透磁率によって決まる。

ここで基準材をコイル２の内部に収容した場合、共振回路５での共振周波数ｆ_ｒは、基準材をコイル２の内部に収容したときのコイルのインダクタンスをＬ_０、コンデンサのキャパシタンスをＣとした場合、
ｆ_ｒ＝１／（２π・（Ｌ_０・Ｃ）^０．５）
で表わされる。

このときの共振曲線を図２における実線に示す。横軸は発振部の発振周波数を示し、縦軸は共振回路の出力信号の振幅を示す。この状態において発振部の発振周波数をｆ_ｒに設定した場合、出力信号の振幅はＶ_ｒとなる。

ここでコイル２の内部に、基準材とは異なる被判定材が収容された場合、材料の透磁率の違いにより、コイルのインダクタンス値も異なる値Ｌ_１をとる。これに伴って共振周波数ｆ_１はｆ_ｒとは異なる値となり、このときの共振曲線は、図２における破線のようになる。すなわち、ピークの高さは不変でありかつ曲線の形状はほぼ同じでありながら、ピークの位置が横軸方向にシフトするような曲線となる。

前記異材が収容された状態で、発振部の発振周波数をｆ_ｒとすると、共振回路の出力信号の振幅は、Ｖ_ｎとなる。Ｖ_ｎは共振曲線のピークから外れているため、必ずＶ_ｎ＜Ｖ_ｒとなる。

ここで、Ｖ_ｎ＜Ｖ_ｒであることを判定することが、すなわち収容された部材が異材であると判定することと等価となる。本考案はこの原理を利用したものである。

なお、共振曲線のピーク位置の変化に対する、出力信号の振幅の低下の割合は、共振曲線のピークの鋭さ、すなわちピーク部周辺での曲線の勾配に依存する。このピークの鋭さの指標であるＱ値は、共振回路を構成する素子の特性値（回路の抵抗値も含む）で決まり、特性値を適宜選択することによって感度を調整することができる。

次に、検波回路６は、共振回路５から出力された振幅Ｖ_ｎの交流信号を直流信号に変換し、これを弁別部７に与える。

弁別部７は、入力信号からノイズや脈流を除去し、フラットな直流成分のみに変換し増幅部８に送る。

増幅部８は、入力信号を判定可能なレベルまで増幅させ、比較部１０に与える。

比較部１０では、入力信号が基準電圧Ｖ_ＲＥＦと比較され、基準電圧Ｖ_ＲＥＦより低い場合は異材と判定され判定信号を出力する。基準電圧Ｖ_ＲＥＦより高い場合は同材と判定され判定信号は出力されない。

ここでＶ_ＲＥＦを共振曲線のピーク値Ｖ_ｒと設定すれば、厳密な異同が判定されるが、同材のばらつきの範囲を考慮して、後述のように、Ｖ_ＲＥＦはＶ_ｒより若干低い値に設定しておくのが好適である。

なお、本実施例では、異材判定時に判定信号を出力するように構成しているが、さらにこの出力信号に基づいて、警報音を鳴らす、搬送ラインを止める、別の機構が作動して異材品をラインから除去するなどのシステムを構成することも可能である。

また、本実施例では基準電圧は一つとしてあるが、複数の基準電圧、すなわち複数の閾値を設ける構成も可能である。一般に、材質それ自体の違いに起因する透磁率の差異は大きいが、材質の熱処理の違いに起因する透磁率の差異は小さい。そこで基準電圧を２つ、すなわち二段階の閾値を設け、超過した閾値に応じて異なる判定信号を出力するような構成とすると、材質自体が異なるときの判定信号と、材質は同一でも熱処理が異なるときの判定信号とを別のものにすることができる。

次に、異材判定装置を用いた異材判定の手順を説明する。

異同の基準となる基準材をコイル２の内部に収容し、発振部１の発振周波数ｆ_０と比較部１０の基準電圧Ｖ_ＲＥＦを設定する。

ここで発振周波数ｆ_０は、基準材をコイル２の内部に収容した状態での共振周波数ｆ_ｒに一致するよう設定する。別途オシロスコープ等の計測装置が使用できる場合は、発振周波数を掃引して出力振幅が最大となった周波数が共振周波数ｆ_ｒであるので、そこに合わせればよい。

しかし外部の計測装置が使用できない場合でも、以下の手順によって共振周波数を探索することができる。この手順を図４に基づき説明する。

［ステップ１］まず比較部１０における基準電圧を適当な値Ｖ_１に仮設定する。

［ステップ２］次に発振周波数を低周波数側から高周波数側に向けて掃引する。発振周波数が十分低い領域では発振回路の出力振幅が基準電圧Ｖ_１を下回るため、比較部１０から判定信号が連続して出力しているが、ある周波数ｆ_２を超過すると共振回路の出力振幅が基準電圧Ｖ_１を上回り、判定信号の出力が止む。このときの発振周波数ｆ_２を記録する。

［ステップ３］さらに発振周波数を上に掃引し、ある周波数ｆ_３を超過すると出力振幅が再び基準電圧Ｖ_１を下回るようになり、判定信号が出力される。このときの発振周波数ｆ_３を記録する。

［ステップ４］次に発振周波数を、ｆ_２とｆ_３の中間値ｆ_４に仮設定する。共振曲線は単峰のピークを有するため、前記中間値ｆ_４は共振周波数ｆ_ｒに近づいている。

［ステップ５］この状態で基準電圧を下から上に掃引する。基準電圧が共振回路の出力電圧より低い状態では、比較部１０から判定信号が連続して出力しているが、基準電圧が出力振幅Ｖ_５を超過すると、判定信号の出力が止む。

［ステップ６］このときの基準電圧Ｖ_５を、ステップ１において仮設定した基準電圧とし、再び同様の手順を繰り返す。

上記ステップ１からステップ６を複数回繰り返すことによって、発振周波数ｆ_０を共振周波数ｆ_ｒにほぼ一致させることができる。

比較部１０における基準電圧Ｖ_ＲＥＦは、原則として基準材をコイル２の内部に収容して共振させた時の出力振幅、すなわち共振曲線のピークＶ_ｒと一致するよう設定する。しかし完全に一致させてしまうと、材料が保有する透磁率が完全に一致したときのみに同一と判定されるような、個々の部品が有する個体差を全く許容しない極めて厳格なものとなる。すなわち、本来同一と判断されるべき材料でさえも、加工硬化等に起因する微小な透磁率の違いにより、異材と判定される場合がある。

したがって、ピーク値Ｖ_ｒより若干下げた値に基準電圧Ｖ_ＲＥＦを設定することによって、個々の部品が有する個体差を許容するような異同の判定が可能となる。ここでピーク値と基準電圧との差が個体差を考慮した同一の範囲の幅であり、判定対象の部品の材質、熱処理の種別、部品を加工した方法、混入するリスクのある材質等に応じて決定すれば、高い確度で異同を判定することができる。

なお、同一の範囲の幅は、ピーク値Ｖ_ｒと基準電圧Ｖ_ＲＥＦの差に依存するのみならず、前述の共振曲線のピークの鋭さにも依存する。図３における実線のようにＱ値が大きい、すなわちピークが鋭い共振曲線の場合、同一の範囲の幅Ｗ_１は狭いが、同図の破線のようにＱ値が小さい場合、すなわちなだらかな共振曲線の場合、同一の範囲の幅Ｗ_２は広い。したがって、判定対象の材料および混入する恐れのある材料に応じた共振回路を適宜設計するのが好適である。

以上の手順により、発振周波数ｆ_０と基準電圧Ｖ_ＲＥＦの設定が完了した後、基準材を取り出し、被判定材をコイル２の内部に収容し、装置を作動させる。

被判定材が基準材と同一であれば、共振回路からの出力振幅は基準材と同レベル（図２におけるＶ_ｒ）であり、予め設定していた基準電圧Ｖ_ＲＥＦを上回るため、比較部において判定信号は出力されない。

被判定材が基準材と異なる場合、共振曲線は図２の破線のように、基準材の場合の共振曲線に比べ横軸方向にシフトする。ここで発振周波数はｆ_０＝ｆ_ｒで一定に保持されているため、出力振幅は低下しＶ_ｎとなる。このとき基準電圧Ｖ_ＲＥＦを下回ると、判定信号が出力される。また、それに応じて警報音を鳴らすようプログラムしておくことも、適宜行い得る。さらには、本装置をベアリング等の組立ラインに組み入れた場合、判定信号に従って搬送ラインを止める、もしくは別の機構が作動して当該異材をラインから除去するなどの動作を行わせることも可能である。

図５は、本考案にかかる異材判定装置のうち、並列共振回路を利用した実施例２のブロック図を示す。

本実施例では、並列共振回路を利用しているため、発信部１として定電流源を用いる。検波回路６より下流のブロックでの動作は、実施例１と同様である。

１発振部
２コイル
３コンデンサ
４抵抗
５共振回路
６検波回路
７弁別部
８増幅部
９検出手段
１０比較部
１１基準電圧設定部
１２判定手段
ｆ_０発振周波数
ｆ_ｒ基準材収容時の共振周波数
Ｖ_ｒ発振周波数がｆ_ｒで、基準材収容時の共振回路の出力振幅（共振振幅）
Ｖ_ｎ発振周波数がｆ_ｒで、異材収容時の共振回路の出力振幅
Ｖ_ＲＥＦ基準電圧

Claims

基準材と、該基準材と透磁率において差異を有する異材とを判定する異材判定装置であって、
発振周波数を変化させることができる発振部と、
被判定材を内部に収容するコイルと、
前記コイルを含むとともに前記発振部の発振周波数に応じて共振する共振回路と、
前記共振回路からの、基準材をコイルの内部に収容した状態での発振周波数を掃引して出力振幅が最大となる共振周波数における出力信号の振幅を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された振幅に基づき被判定材と基準材との異同を判定する判定手段とからなり、
前記判定手段は、
前記検出手段によってコイルの内部に被判定材を収容した前記共振回路から検出された前記共振周波数における振幅と、基準材を前記コイルに収容したときに共振回路から得られる共振曲線のピーク値と同一若しくは当該ピーク値より若干下げた値に設定された基準電圧とを比較し、検出された振幅が基準電圧より低い場合は異材と判定して判定信号を出力する比較部を備える
ことを特徴とする異材判定装置。
前記検出手段は、
交流信号の振幅成分を直流信号に変換する検波回路と、
前記直流信号から脈流成分を除去する弁別部と、
信号レベルを増幅する増幅部とから構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の異材判定装置。