JP3739118B2 - Method and apparatus for nondestructive inspection of quench hardened layer depth - Google Patents

Method and apparatus for nondestructive inspection of quench hardened layer depth Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば浸炭焼入や高周波焼入などによって焼入硬化層を形成した部材の焼入硬化層深さを渦電流測定方式により部材を破壊することなく測定し、検査する焼入硬化層深さの非破壊検査方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯車やシャフトなどの機械部品に浸炭焼入や高周波焼入などの表面硬化処理を施して焼入硬化層を形成し、強度、疲労強度、耐摩耗性などを向上させることが従来から広く行われている。そして、表面硬化処理部品の品質管理を図るため、形成された焼入硬化層の深さを測定し、検査することが一般的に行われている。このような焼入硬化層深さの検査に際して部品を破壊することなく焼入硬化層深さを測定する方法としては、渦電流測定方式と呼ばれる非破壊の測定方法が広く知られている。
【０００３】
渦電流測定方式は、二つのコイル、すなわち誘導コイルおよび被誘導コイルをテストピース（部品）のシャフト部分に挿通した状態で、一方の誘導コイルに交流の誘導電圧を印加したときに他方の被誘導コイルに発生する被誘導電圧を測定することによって焼入硬化層の深さを求める方法である。この渦電流測定方式には、テストピース以外に同一形状のマスタピースを使用するかどうか、焼入硬化層深さの変動によって影響されるパラメータのうちどのパラメータに着目するかなどによっていろいろなバリエーションがある。
【０００４】
たとえば、テストピースと同一形状のマスタピースを用い、同一特性のテストピース側誘導コイルおよびマスタピース側誘導コイルに誘導電圧を印加したときのテストピース側被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとマスタピース側被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとの合成ベクトルの大きさをパラメータとして測定することによって測定精度を向上させたものがある。
【０００５】
また、より一層の測定精度の向上を図るべく、テストピース用とマスタピース用のそれぞれの被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルの合成ベクトルと誘導電圧ベクトルとの位相差をパラメータとして測定することにより、当該位相差と焼入硬化層深さの間の高度の相関関係を利用して焼入硬化層深さを検出するようにした技術も開発されている（特開平６−２７１９２６号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した渦電流式非破壊測定方法にあっては、被誘導コイルに発生する被誘導電圧は、検査対象である焼入硬化層深さの状態のみでなく、テストピースの温度や形状（たとえば、軸径と軸長）によっても変化するため、測定誤差の発生は避けられない。量産ラインにおいては部品の形状がある幅でばらつくことは避けられず、それをなくすことはきわめて困難である。また、温度を管理するためには冷却装置を設けたり長時間放冷することが必要となるが、いずれも生産性を損なうため、実際の採用は難しい。こうした事情は、マスタピースの使用の有無やパラメータのとり方いかんにかかわらず大なり小なり同じである。したがって、渦電流測定方式による焼入硬化層深さの非破壊検査においては、テストピースの温度や形状の影響を補償して焼入硬化層深さを正確に検出できる非破壊検査方法の確立が、焼入硬化層深さの検査精度の向上、ひいては表面硬化処理部品の品質保証の万全化にとって重要な課題となっている。
【０００７】
本発明は、表面硬化処理部品の品質管理における上記課題に着目してなされたものであり、渦電流測定方式による測定結果（パラメータ測定値）をテストピースの温度や形状により補正して焼入硬化層深さを正確に検出することができる焼入硬化層深さの非破壊検査方法およびそれを自動化した装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、渦電流測定方式によりテストピースの焼入硬化層深さを非破壊測定し、これにより表面硬化処理部品の焼入硬化層深さを検査する焼入硬化層深さの非破壊検査方法において、テストピースの温度・形状と前記渦電流測定方式で測定されるパラメータとの間で比例関係を示す相関関係からテストピースの温度・形状に対する前記パラメータの補正式をあらかじめ作成しておき、検査時にテストピースの温度・形状を測定し、これらの測定値により検査時の前記パラメータの測定値を前記補正式を用いて補正し、この補正したパラメータの値に基づいて焼入硬化層深さを検出することを特徴とし、前記パラメータは、テストピースおよびマスタピースを用いる渦電流測定方式における、テストピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとマスタピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとの合成ベクトルと、同一特性のテストピース側およびマスタピース側の誘導コイルに印加した誘導電圧ベクトルとの間の位相差であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の原理は次のとおりである。
図１は、渦電流測定方式におけるある測定周波数での誘導電圧ベクトルＵおよび被誘導電圧ベクトルＶをベクトル平面上に表わしたものであり、ここでは誘導電圧ベクトルＵの方向をＸ軸として表示してある。なお、θは誘導電圧ベクトルＵと被誘導電圧ベクトルＶとの位相差である。
【００１０】
同一の焼入硬化層深さのテストピースについて、非破壊測定の結果（パラメータ測定値）に対する内乱要因の項目としてテストピースの温度や形状（たとえば、軸径と軸長）を変化させたときの被誘導電圧ベクトルＶの終点Ａの変化について調べたところ、テストピースの温度や形状（軸径と軸長）が変化すると各項目のそれぞれの変化に対して被誘導電圧ベクトルＶの終点Ａは一定の方向に直線的に変化し、その変化量は高度の比例関係にあることがわかった。たとえば、図２の概略図に示すように、テストピースの温度・形状のうちある一つの項目を基準値から順次変化させると、それに伴って被誘導電圧ベクトルＶの終点Ａは基準となる終点Ａ0 から順次Ａ0 →Ａ1 →Ａ2 →Ａ3 →…というように一定の方向に直線的に変化する。
【００１１】
そして、渦電流測定方式で測定されるパラメータは被誘導電圧ベクトルＶ（合成ベクトルである場合を含む。）に関係するものであり、たとえば、誘導電圧ベクトルＵとの位相差θ、被誘導電圧ベクトルＶの大きさまたはその成分（Ｘ成分またはＹ成分）などが用いられる。これらのパラメータは原則として被誘導電圧ベクトルＶの終点Ａの位置と一対一の対応関係にある。
【００１２】
したがって、テストピースの温度・形状と非破壊測定結果（パラメータ測定値）との相関関係（比例関係）を求め、この相関関係からテストピースの温度・形状に対するパラメータの補正値算出式（補正式）をあらかじめ作成しておけば、その補正式を用いて非破壊測定結果（パラメータ測定値）に対して温度・形状補正を行うことにより、非破壊測定の測定結果の精度を向上させることができ、これにより焼入硬化層深さをきわめて正確に算出することが可能になる。
【００１３】
本発明は、上記のように非破壊測定結果（パラメータ測定値）に対するテストピースの温度・形状の影響を補償するものであるため、いかなる渦電流測定方式にも適用可能である。つまり、非破壊測定するパラメータのいかんを問わず適用可能である。なお、パラメータに基づいて検出される焼入硬化層深さの精度は、焼入硬化層深さとの相関関係が高いパラメータを使用するほど高くなることはもちろんである。
【００１４】
前記パラメータは、テストピースおよびマスタピースを用いる渦電流測定方式における、テストピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとマスタピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとの合成ベクトルと、同一特性のテストピース側およびマスタピース側の誘導コイルに印加した誘導電圧ベクトルとの間の位相差である。
【００１５】
前記位相差と焼入硬化層深さとの間に高度の相関関係があるため、測定された位相差を補正することにより、焼入硬化層深さが最も正確に測定されることになる。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、渦電流測定方式によりテストピースの焼入硬化層深さを非破壊測定し、これにより表面硬化処理部品の焼入硬化層深さを検査する焼入硬化層深さの非破壊検査方法において、テストピースの温度・形状と前記渦電流測定方式で測定されるパラメータとの間で比例関係を示す相関関係からテストピースの温度・形状に対する前記パラメータの補正式をあらかじめ作成しておき、検査時にテストピースの温度・形状を測定し、これらの測定値により検査時の前記パラメータの測定値を前記補正式を用いて補正し、この補正したパラメータの値に基づいて焼入硬化層深さを検出することを特徴とし、前記パラメータは、テストピースおよびマスタピースを用いる渦電流測定方式における、同一特性のテストピース側およびマスタピース側の誘導コイルに誘導電圧を印加したときのテストピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとマスタピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとの合成ベクトルの大きさまたはその成分であることを特徴とする 。
【００１８】
請求項３記載の発明は、渦電流測定方式によりテストピースの焼入硬化層深さを非破壊測定し、これにより表面硬化処理部品の焼入硬化層深さを検査する焼入硬化層深さの非破壊検査装置において、渦電流測定方式により前記テストピースの焼入硬化層深さに関係するパラメータを測定する非破壊測定手段と、前記テストピースの温度を測定する温度測定手段と、前記テストピースの形状を測定する形状測定手段と、あらかじめ作成しておいたテストピースの温度・形状に対して比例関係を示す前記非破壊測定手段の出力の補正式を記憶する第１記憶手段と、あらかじめ求めておいた前記パラメータと焼入硬化層深さとの関係を記憶する第２記憶手段と、前記第１記憶手段に記憶されている補正式を用いて、前記非破壊測定手段の出力を前記温度検出手段および前記形状測定手段の測定値により補正する補正手段と、前記補正手段からの出力により、前記第２記憶手段に記憶されている前記パラメータと焼入硬化層深さの関係から前記テストピースの焼入硬化層深さを算出する算出手段と、を有し、前記パラメータは、テストピースおよびマスタピースを用いる渦電流測定方式における、テストピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとマスタピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとの合成ベクトルと、同一特性のテストピース側およびマスタピース側の誘導コイルに印加した誘導電圧ベクトルとの間の位相差、または、同一特性のテストピース側およびマスタピース側の誘導コイルに誘導電圧を印加したときのテストピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとマスタピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとの合成ベクトルの大きさまたはその成分であることを特徴とする。
【００１９】
このように構成された本発明の非破壊検査装置にあっては、実際の非破壊検査時、非破壊測定手段はテストピースの焼入硬化層深さに関係するパラメータを測定し、温度測定手段はテストピースの温度を測定し、形状測定手段はテストピースの形状を測定する。これらの測定結果は補正手段に与えられる。補正手段は、第１記憶手段に記憶されている補正式を用いて、非破壊測定手段の出力を温度検出手段および形状測定手段の測定値により補正し、結果を算出手段に出力する。そして、算出手段は、補正手段からの出力により、第２記憶手段に記憶されている前記パラメータと焼入硬化層深さの関係からテストピースの焼入硬化層深さを算出する。すなわち、パラメータの測定、テストピースの温度・形状の測定、およびこれらの測定結果からのパラメータの補正値演算、ならびに補正されたパラメータからの焼入硬化層深さの算出を自動化したので、本発明に係る上記方法を利用した高精度のオンライン非破壊検査システムが構築され、焼入硬化層深さをオンラインで高精度に非破壊検査することが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の焼入硬化層深さの非破壊検査装置の構成の一例を示す概略図である。ここでは、等速ドライブシャフトアウタレースをテストピース（部品）として焼入硬化層深さを検査する場合を例にとって説明する。
【００２１】
この装置は、マスタピースを使用する渦電流測定方式によりテストピースの焼入硬化層深さを非破壊検査するものであって、検査対象となるテストピース（部品）１と同一形状のマスタピース２を用い、テストピース用の誘導コイル３とこれに同軸に配設された被誘導コイル４と、テストピース用誘導コイル３と同一特性を有しコイルの巻き方向が異なるマスタピース用の誘導コイル５とこれに同軸に配設されるとともにテストピース用被誘導コイル４と同一特性の被誘導コイル６とを備えている。非破壊測定時、テストピース１はこれの硬化処理部分が誘導コイル３と被誘導コイル４に挿通されるようにそれぞれのコイル３、４に装着される。また、マスタピース２はこれのテストピース１の硬化処理位置に相当する部分が誘導コイル５と被誘導コイル６に挿通された状態となっている。上記四つのコイル３、４、５、６は検査装置本体７に接続されている。検査装置本体７は、直列に接続されたテストピース用およびマスタピース用のそれぞれの誘導コイル３、５に所定の誘導電圧を印加し、これによりテストピース用の被誘導コイル４およびマスタピース用の被誘導コイル６にそれぞれ発生する被誘導電圧を入力し、入力した二つの電圧ベクトルを合成し、この合成ベクトルから所定のパラメータを測定する機能を有している。前記パラメータは、合成ベクトルＶと誘導電圧ベクトルＵとの位相差θ、合成ベクトルＶの大きさ、合成ベクトルＶのＸ成分またはＹ成分のどれでもよいが、測定精度の点からは前記位相差θをパラメータとすることが好ましい（図１参照）。検査装置本体７で測定されたパラメータの値は非破壊測定出力Ｑとして後述する演算装置に与えられる。なお、非破壊測定手段は四つのコイル３、４、５、６と検査装置本体７とで構成されている。
【００２２】
また、本発明では、テストピース１の温度や形状の影響を補償するため、検査装置本体７の測定結果（非破壊測定出力Ｑ）を補正するようにしているが、ここでは、補正項目としてテストピース１の温度、形状として軸径と軸長を設定し、これら三つの項目（温度、軸径、軸長）について測定し、補正を行うようにしている。すなわち、本装置は、さらに、テストピース１の温度を測定する温度測定装置８と、テストピース１の軸径を測定する軸径測定装置９と、テストピース１の軸長を測定する軸長測定装置１０とを有している。温度測定装置８、軸径測定装置９、および軸長測定装置１０は検査装置本体７と共に演算装置１１に接続されている。温度測定装置８は温度計８ａに接続されており、温度計８ａからの信号を処理してテストピース１の温度Ｔを測定し、結果を演算装置１１に与える。また、軸径測定装置９および軸長測定装置１０はそれぞれ測定部９ａ、１０ａからの信号を処理してテストピース１の軸径Ｄおよび軸長Ｌを測定し、結果を演算装置１１に出力する。温度の測定は非破壊測定と同じステーションで行われるが、軸径の測定と軸長の測定は非破壊測定のステーションとは別のステーションで行われる。なお、温度測定手段は温度測定装置８と温度計８ａ、形状測定手段は軸径測定装置９と軸長測定装置１０とそれらの測定部９ａ、１０ａとでそれぞれ構成されている。
【００２３】
演算装置１１は、第１記憶手段、第２記憶手段、補正手段、および算出手段として機能するものであって、パソコンなどから構成されている。本発明では、上記したように、テストピース１の温度・形状（軸径と軸長）に対する検査装置本体７の出力（パラメータ）の補正式と、検査装置本体７の出力（パラメータ）と焼入硬化層深さとの関係とをあらかじめそれぞれ作成しておくが、これらの情報は演算装置１１の所定のメモリに格納されている。補正式の具体例については後述する。演算装置１１は、入力した温度、軸径、軸長の各測定値Ｔ、Ｄ、Ｌから、メモリに記憶されているあらかじめ作成しておいた補正式を用いて、検査装置本体７の出力（非破壊測定出力Ｑ）に対する各項目ごとの補正量を算出し、それらを加算することによって非破壊測定出力Ｑ（パラメータ測定値）を補正する。そして、補正後のパラメータ値に基づいて、メモリに記憶されているあらかじめ求めておいたパラメータと焼入硬化層深さとの関係からテストピース１の焼入硬化層深さを算出し、焼入硬化層深さの最終判定を行い、検査結果を外部に出力する。
【００２４】
図４〜図６はそれぞれ補正式の具体例を示す説明図である。ここでは、簡単化のため、パラメータとしての非破壊測定出力Ｑとして前記合成ベクトルＶの終点ＡのＸ座標（Ｘ成分）を用いる場合を示してある。なお、誘導コイル３、４に印加する誘導電圧の周波数は、たとえば、３２Ｈｚとしている。
【００２５】
図４は被誘導電圧の合成ベクトルＶの温度による終点Ａの変化を示しており、温度が２０℃の場合を基準とすると、測定温度がＴ℃のときにおける非破壊測定出力Ｑ（合成ベクトルＶのＸ成分）の補正量ＺT は、たとえば、
ＺT ＝５０（Ｔ−２０）
＝５０Ｔ−１００
で与えられる。
【００２６】
図５は被誘導電圧の合成ベクトルＶの軸径による終点Ａの変化を示しており、軸径が２９．９mmの場合を基準とすると、軸径の測定値がＤmmのときにおける非破壊測定出力Ｑ（合成ベクトルＶのＸ成分）の補正量ＺD は、たとえば、
ＺD ＝−２８７（Ｄ−２９．９）
＝−２８７Ｄ＋８５８１
で与えられる。
【００２７】
図６は被誘導電圧の合成ベクトルＶの軸長による終点Ａの変化を示しており、軸長が１０９．７mmの場合を基準とすると、軸長の測定値がＬmmのときにおける非破壊測定出力Ｑ（合成ベクトルＶのＸ成分）の補正量ＺL は、たとえば、
ＺL ＝−１９（Ｌ−１０９．７）
＝−１９Ｌ＋２０８４
で与えられる。
【００２８】
図７は上記の構成を有する装置における検査結果判定までの処理の流れを示すフローチャートである。
まず、非破壊測定のステーションとは別のステーションにテストピース１を載置し、軸径測定装置９と軸長測定装置１０によってテストピース１の軸径Ｄと軸長Ｌをそれぞれ測定し、結果を演算装置１１に出力する。軸径と軸長の測定が終了すると、テストピース１は非破壊測定のステーションに移載され、二つのコイル３、４に挿通して装着される。この状態で、温度計８ａを含む温度測定装置８によってテストピース１の温度Ｔを測定し、結果を演算装置１１に出力する。また、検査装置本体７によってテストピース１を非破壊測定し、二つの被誘導電圧の合成ベクトルＶから所定のパラメータＱを測定し、結果を演算装置１１に出力する。その後、演算装置１１は、入力した温度、軸径、軸長の各測定値Ｔ、Ｄ、Ｌから、メモリに記憶されている各項目ごとの補正式（たとえば、図４〜図６参照）を用いて、検査装置本体７の出力（非破壊測定出力Ｑ）に対する補正値ＺT 、ＺD 、ＺL を各項目ごとにそれぞれ算出し、求めた補正値ＺT 、ＺD 、ＺL を非破壊測定出力Ｑ（パラメータ測定値）に加算して非破壊測定出力Ｑを補正し、補正された非破壊測定出力Ｑ′を得る。それから、補正後の非破壊測定出力Ｑ′に基づいて、メモリに記憶されているパラメータと焼入硬化層深さの関係からテストピース１の焼入硬化層深さを算出し、この算出結果により最終判定を行い、検査結果を外部に出力する。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、テストピースの温度・形状に対して比例関係を示すパラメータの補正式をあらかじめ作成しておき、検査時にテストピースの温度・形状を測定し、これにより前記補正式を用いて検査時のパラメータの測定値に対して温度・形状補正を行うようにしたので、非破壊測定の精度を上げることができ、焼入硬化層深さをきわめて正確に検査することが可能になる。また、温度や形状の管理を必要とせず冷却装置などを必要としないため、コストの低減や生産性の向上が図られる。さらに、位相差と焼入硬化層深さとの間に高度の相関関係があるため、測定された位相差を補正することにより、焼入硬化層深さが最も正確に測定できる。
【００３１】
また、パラメータの測定、テストピースの温度・形状の測定、およびこれらの測定結果からのパラメータの補正値演算、ならびに補正されたパラメータからの焼入硬化層深さの算出を自動化したので、焼入硬化層深さをオンラインで高精度に非破壊検査することが可能になり、また、省人化のメリットも得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 渦電流測定方式における誘導電圧ベクトルと被誘導電圧ベクトルとの関係を示すベクトル平面図
【図２】 テストピースの温度・形状のある一つの項目を変化させたときの被誘導電圧ベクトルの終点の変化の様子を示す概略図
【図３】 本発明に係る焼入硬化層深さの非破壊検査装置の構成の一例を示す概略図
【図４】 被誘導電圧の合成ベクトルの温度による終点変化を示す概略図
【図５】 被誘導電圧の合成ベクトルの軸径による終点変化を示す概略図
【図６】 被誘導電圧の合成ベクトルの軸長による終点変化を示す概略図
【図７】 検査結果判定までの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１…テストピース
２…マスタピース
３、５…誘導コイル（非破壊測定手段）
４、６…被誘導コイル（非破壊測定手段）
７…検査装置本体（非破壊測定手段）
８…温度測定装置（温度測定手段）
８ａ…温度計（温度測定手段）
９…軸径測定装置（形状測定手段）
１０…軸長測定装置（形状測定手段）
１１…演算装置（第１記憶手段、第２記憶手段、補正手段、算出手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a quench hardened layer that measures and inspects the quench hardened layer depth of a member formed with a hardened hard layer by carburizing quenching or induction hardening without destroying the member by an eddy current measurement method. The present invention relates to a depth non-destructive inspection method and apparatus.
[0002]
[Prior art]
It has been widely practiced to improve the strength, fatigue strength, wear resistance, etc. by subjecting machine parts such as gears and shafts to surface hardening treatment such as carburizing and induction hardening to form a hardened hardening layer. ing. In order to control the quality of the surface-hardened component, it is common practice to measure and inspect the depth of the formed hardened layer. A non-destructive measurement method called an eddy current measurement method is widely known as a method for measuring the quench-hardened layer depth without destroying the parts at the time of such a quench-hardened layer depth inspection.
[0003]
In the eddy current measurement method, when two coils, that is, an induction coil and an induced coil are inserted into the shaft portion of a test piece (component) and an AC induction voltage is applied to one induction coil, the other induced In this method, the depth of the hardened hardened layer is determined by measuring the induced voltage generated in the coil. There are various variations in this eddy current measurement method depending on whether a master piece with the same shape is used in addition to the test piece, and which parameter to focus on due to variations in the depth of the hardened layer. is there.
[0004]
For example, when a master piece having the same shape as the test piece is used and an induced voltage is applied to the test piece side induction coil and the master piece side induction coil having the same characteristics, the induced voltage vector and master generated in the test piece side induced coil Some have improved the measurement accuracy by measuring the magnitude of the combined vector with the induced voltage vector generated in the piece-side induced coil as a parameter.
[0005]
In addition, in order to further improve the measurement accuracy, the phase difference between the combined vector of the induced voltage vector and the induced voltage vector generated in each of the induced coils for the test piece and the master piece is measured as a parameter. Therefore, a technique has been developed in which the quench hardened layer depth is detected using a high degree of correlation between the phase difference and the hardened hard layer depth (see JP-A-6-271926). ).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the eddy current nondestructive measurement method described above, the induced voltage generated in the induced coil is not only the state of the hardened hardened layer depth to be inspected, but also the temperature and shape of the test piece ( For example, the measurement error is unavoidable because it varies depending on the shaft diameter and the shaft length. In the mass production line, it is inevitable that the shape of the part varies within a certain width, and it is extremely difficult to eliminate it. Further, in order to manage the temperature, it is necessary to provide a cooling device or let it cool for a long time. However, both of them impair productivity, and actual adoption is difficult. These circumstances are the same regardless of whether the master piece is used or how the parameters are used. Therefore, in the nondestructive inspection of the quench hardened layer depth by the eddy current measurement method, the establishment of a nondestructive inspection method that can accurately detect the hardened hard layer depth by compensating for the temperature and shape of the test piece. Therefore, it is an important issue for improving the inspection accuracy of the hardened hardened layer depth and for ensuring the quality assurance of the surface-cured parts.
[0007]
The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems in the quality control of surface-hardened parts, and quenching hardening is performed by correcting the measurement results (parameter measurement values) by the eddy current measurement method according to the temperature and shape of the test piece. It is an object of the present invention to provide a non-destructive inspection method for quench-hardened layer depth that can accurately detect the layer depth and an apparatus that automates the method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that the quench hardened layer depth of the test piece is measured nondestructively by an eddy current measurement method, and thereby the quench hardened layer depth of the surface hardened component is determined. in hardened layer depth of non-destructive inspection method for inspecting, for the temperature and shape of the test piece from the correlation shown a proportional relationship between the parameters measured by the temperature and shape of the test piece the eddy current measurement method A correction formula for the parameter is prepared in advance, the temperature and shape of the test piece are measured at the time of inspection, and the measured value of the parameter at the time of inspection is corrected using the correction formula based on these measured values. based on the value of the parameter and detecting a quench-hardened layer depth, the parameters in the eddy current measurement method using the test piece and the master piece, the test Applied to the induction coil on the test piece side and the master piece side with the same characteristics as the combined vector of the induced voltage vector generated on the induced coil on the source side and the induced voltage vector generated on the induced coil on the master piece side The phase difference between the induced voltage vector and the induced voltage vector .
[0009]
The principle of the present invention is as follows.
FIG. 1 shows an induced voltage vector U and an induced voltage vector V at a certain measurement frequency in an eddy current measurement method on a vector plane. Here, the direction of the induced voltage vector U is displayed as an X axis. is there. Is the phase difference between the induced voltage vector U and the induced voltage vector V.
[0010]
For test pieces with the same hardened and hardened layer depth, when the temperature and shape of the test piece (for example, shaft diameter and shaft length) are changed as items of disturbance factors for nondestructive measurement results (parameter measurement values) When the change of the end point A of the induced voltage vector V was examined, the end point A of the induced voltage vector V was constant with respect to each change of each item when the temperature and shape (shaft diameter and shaft length) of the test piece changed. It was found that the amount of change was proportional to the altitude. For example, as shown in the schematic diagram of FIG. 2, when one item of the temperature and shape of the test piece is sequentially changed from the reference value, the end point A of the induced voltage vector V becomes the reference end point A0. From A0 → A1 → A2 → A3 →...
[0011]
The parameter measured by the eddy current measurement method is related to the induced voltage vector V (including the case of the combined vector). For example, the phase difference θ with the induced voltage vector U, the induced voltage vector The magnitude of V or its component (X component or Y component) is used. In principle, these parameters have a one-to-one correspondence with the position of the end point A of the induced voltage vector V.
[0012]
Therefore, a correlation (proportional relationship) between the temperature / shape of the test piece and the non-destructive measurement result (parameter measurement value) is obtained, and a parameter correction value calculation formula for the temperature / shape of the test piece (correction formula) from this correlation , The accuracy of the non-destructive measurement results can be improved by correcting the temperature and shape of the non-destructive measurement results (parameter measurement values) using the correction formula. This makes it possible to calculate the quench hardened layer depth very accurately.
[0013]
Since the present invention compensates for the influence of the temperature and shape of the test piece on the nondestructive measurement result (parameter measurement value) as described above, it can be applied to any eddy current measurement method. That is, it can be applied regardless of the parameter to be measured nondestructively. Needless to say, the accuracy of the quench-hardened layer depth detected based on the parameters increases as a parameter having a high correlation with the hardened-hardened layer depth is used.
[0014]
The parameter is a combined vector of an induced voltage vector generated in the induced coil on the test piece side and an induced voltage vector generated in the induced coil on the master piece side in the eddy current measurement method using the test piece and the master piece. And the induced voltage vector applied to the test piece side and master piece side induction coils having the same characteristics .
[0015]
Since there is a high degree of correlation between the phase difference and the quench hardened layer depth, the quench hardened layer depth is most accurately measured by correcting the measured phase difference.
[0016]
Further, the invention according to claim 2 is a quench hardening layer for nondestructively measuring the quench hardening layer depth of the test piece by an eddy current measurement method, thereby inspecting the quench hardening layer depth of the surface hardening processed part. In the depth non-destructive inspection method, a correction equation for the parameter with respect to the temperature and shape of the test piece is obtained from a correlation indicating a proportional relationship between the temperature and shape of the test piece and the parameter measured by the eddy current measurement method. Prepare in advance, measure the temperature and shape of the test piece at the time of inspection, and correct the measured value of the parameter at the time of inspection using the correction formula based on these measured values, based on the value of the corrected parameter The depth of the hardened layer is detected, and the parameter is the same as that of the test piece in the eddy current measurement method using the test piece and the master piece. The magnitude of the combined vector of the induced voltage vector generated in the induced coil on the test piece side and the induced voltage vector generated in the induced coil on the master piece side when an induced voltage is applied to the induction coil on the master piece side Or a component thereof .
[0018]
The invention according to claim 3 is a quench hardened layer depth in which the quench hardened layer depth of the test piece is nondestructively measured by an eddy current measuring method, thereby inspecting the hardened hardened layer depth of the surface hardened component. In the non-destructive inspection apparatus, a non-destructive measuring means for measuring a parameter related to a quench hardened layer depth of the test piece by an eddy current measuring method, a temperature measuring means for measuring the temperature of the test piece, and the test A shape measuring means for measuring the shape of the piece, a first storage means for storing a correction formula for the output of the non-destructive measuring means indicating a proportional relationship with the temperature and shape of the test piece prepared in advance, The second storage means for storing the relationship between the obtained parameter and the quench hardened layer depth, and the correction formula stored in the first storage means, the output of the nondestructive measurement means is A correction means for correcting the measured value of the degree detection means and the shape measuring means, and an output from the correction means based on the relationship between the parameter stored in the second storage means and the quench hardened layer depth. Calculation means for calculating the depth of the hardened hardened layer of the piece, wherein the parameter is an induced voltage vector generated in the induced coil on the test piece side in the eddy current measurement method using the test piece and the master piece. Phase difference between the combined vector of the induced voltage vector generated in the induced coil on the master piece side and the induced voltage vector on the master piece side, and the induced voltage vector applied to the induction coil on the test piece side and the master piece side having the same characteristics, or the same When the induction voltage is applied to the induction coil on the test piece side and the master piece side of the characteristic, it is generated on the induced coil on the test piece side. Characterized in that it is a size or a component thereof a synthetic vector of the induced voltage vector generated in the induction coil of the induction voltage vector and the master piece side to.
[0019]
In the nondestructive inspection apparatus of the present invention configured as described above, during the actual nondestructive inspection, the nondestructive measuring means measures a parameter related to the quench hardened layer depth of the test piece, and the temperature measuring means Measures the temperature of the test piece and the shape measuring means measures the shape of the test piece. These measurement results are given to the correction means. The correcting means corrects the output of the nondestructive measuring means with the measured values of the temperature detecting means and the shape measuring means using the correction formula stored in the first storage means, and outputs the result to the calculating means. Then, the calculation means calculates the quench hardening layer depth of the test piece from the relationship between the parameter stored in the second storage means and the hardening hardening layer depth, based on the output from the correction means. That is, since measurement of parameters, measurement of the temperature and shape of the test piece, calculation of correction values of parameters from these measurement results, and calculation of the quench hardened layer depth from the corrected parameters are automated, the present invention A high-accuracy online nondestructive inspection system using the above method is constructed, and the hardened layer depth can be nondestructively inspected with high accuracy online.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 3 is a schematic view showing an example of the configuration of the non-destructive inspection apparatus for the depth of the hardened hardened layer according to the present invention. Here, a case where the quench hardened layer depth is inspected using the constant velocity drive shaft outer race as a test piece (part) will be described as an example.
[0021]
This apparatus performs nondestructive inspection of the quench hardened layer depth of a test piece by an eddy current measurement method using a master piece, and has a master piece 2 having the same shape as a test piece (part) 1 to be inspected. , The induction coil 3 for the test piece, the induced coil 4 arranged coaxially therewith, and the induction coil 5 for the master piece having the same characteristics as the induction coil 3 for the test piece and having different coil winding directions And a guided coil 6 having the same characteristics as the test piece guided coil 4. At the time of nondestructive measurement, the test piece 1 is attached to each of the coils 3 and 4 so that the cured portion thereof is inserted into the induction coil 3 and the induced coil 4. Further, the master piece 2 is in a state where a portion corresponding to the curing processing position of the test piece 1 is inserted through the induction coil 5 and the induced coil 6. The four coils 3, 4, 5, 6 are connected to the inspection apparatus body 7. The inspection apparatus main body 7 applies a predetermined induction voltage to each of the induction coils 3 and 5 for the test piece and the master piece connected in series, whereby the induced coil 4 for the test piece and the master piece are applied. It has a function of inputting induced voltages respectively generated in the induced coils 6, synthesizing two input voltage vectors, and measuring a predetermined parameter from the combined vectors. The parameter may be any of the phase difference θ between the combined vector V and the induced voltage vector U, the magnitude of the combined vector V, and the X component or the Y component of the combined vector V. From the viewpoint of measurement accuracy, the phase difference θ Is preferably a parameter (see FIG. 1). The value of the parameter measured by the inspection apparatus main body 7 is given as a nondestructive measurement output Q to the arithmetic unit described later. The nondestructive measuring means is composed of four coils 3, 4, 5, 6 and an inspection apparatus body 7.
[0022]
In the present invention, in order to compensate for the influence of the temperature and shape of the test piece 1, the measurement result (nondestructive measurement output Q) of the inspection apparatus body 7 is corrected. The shaft diameter and the shaft length are set as the temperature and shape of the piece 1, and these three items (temperature, shaft diameter, shaft length) are measured and corrected. That is, the apparatus further includes a temperature measuring device 8 that measures the temperature of the test piece 1, a shaft diameter measuring device 9 that measures the shaft diameter of the test piece 1, and an axial length measurement that measures the axial length of the test piece 1. Device 10. The temperature measuring device 8, the shaft diameter measuring device 9, and the shaft length measuring device 10 are connected to the arithmetic device 11 together with the inspection device body 7. The temperature measuring device 8 is connected to the thermometer 8 a, processes the signal from the thermometer 8 a, measures the temperature T of the test piece 1, and gives the result to the arithmetic device 11. The shaft diameter measuring device 9 and the shaft length measuring device 10 process signals from the measuring units 9 a and 10 a to measure the shaft diameter D and the shaft length L of the test piece 1 and output the results to the arithmetic unit 11. . The temperature measurement is performed at the same station as the nondestructive measurement, but the shaft diameter measurement and the shaft length measurement are performed at a station different from the nondestructive measurement station. The temperature measuring means comprises a temperature measuring device 8 and a thermometer 8a, and the shape measuring means comprises a shaft diameter measuring device 9, a shaft length measuring device 10, and their measuring units 9a and 10a.
[0023]
The arithmetic device 11 functions as a first storage unit, a second storage unit, a correction unit, and a calculation unit, and includes a personal computer or the like. In the present invention, as described above, the correction formula of the output (parameter) of the inspection apparatus body 7 with respect to the temperature and shape (shaft diameter and shaft length) of the test piece 1, the output (parameter) of the inspection apparatus body 7 and quenching The relationship with the hardened layer depth is created in advance, and these pieces of information are stored in a predetermined memory of the arithmetic unit 11. A specific example of the correction formula will be described later. The arithmetic unit 11 outputs the output of the inspection apparatus main body 7 from the input measured values T, D, and L of the temperature, shaft diameter, and shaft length using a correction formula created in advance in the memory ( A non-destructive measurement output Q (parameter measurement value) is corrected by calculating a correction amount for each item with respect to the non-destructive measurement output Q) and adding them. Based on the corrected parameter value, the quench hardened layer depth of the test piece 1 is calculated from the relationship between the parameters stored in the memory and the hardened hardened layer depth, and the quench hardening is performed. The final determination of the layer depth is performed, and the inspection result is output to the outside.
[0024]
4 to 6 are explanatory diagrams showing specific examples of correction equations. Here, for simplification, the case where the X coordinate (X component) of the end point A of the composite vector V is used as the nondestructive measurement output Q as a parameter is shown. In addition, the frequency of the induction voltage applied to the induction coils 3 and 4 is 32 Hz, for example.
[0025]
FIG. 4 shows the change of the end point A according to the temperature of the synthesized vector V of the induced voltage. When the temperature is 20 ° C., the nondestructive measurement output Q (the synthesized vector V when the measured temperature is T ° C. is shown. X component) correction amount Z T is, for example,
Z T = 50 (T-20)
= 50T-100
Given in.
[0026]
FIG. 5 shows changes in the end point A depending on the shaft diameter of the combined vector V of the induced voltage. With reference to the case where the shaft diameter is 29.9 mm, the nondestructive measurement output when the measured value of the shaft diameter is D mm. The correction amount Z D of Q (the X component of the composite vector V) is, for example,
Z D = −287 (D−29.9)
= -287D + 8581
Given in.
[0027]
FIG. 6 shows the change of the end point A according to the axial length of the combined vector V of the induced voltage. When the axial length is 109.7 mm, the nondestructive measurement output when the measured axial length is Lmm. The correction amount Z L of Q (the X component of the composite vector V) is, for example,
Z L = −19 (L−109.7)
= -19L + 2084
Given in.
[0028]
FIG. 7 is a flowchart showing the flow of processing up to inspection result determination in the apparatus having the above-described configuration.
First, the test piece 1 is placed in a station other than the non-destructive measurement station, and the shaft diameter measuring device 9 and the shaft length measuring device 10 measure the shaft diameter D and the shaft length L of the test piece 1 respectively. Is output to the arithmetic unit 11. When the measurement of the shaft diameter and the shaft length is completed, the test piece 1 is transferred to the nondestructive measurement station, and is inserted into the two coils 3 and 4 and attached. In this state, the temperature T of the test piece 1 is measured by the temperature measuring device 8 including the thermometer 8a, and the result is output to the arithmetic device 11. Further, the test piece 1 is nondestructively measured by the inspection apparatus body 7, a predetermined parameter Q is measured from the combined vector V of the two induced voltages, and the result is output to the arithmetic unit 11. Thereafter, the arithmetic unit 11 calculates a correction formula (for example, see FIGS. 4 to 6) for each item stored in the memory from the input measured values T, D, and L of the temperature, the shaft diameter, and the shaft length. The correction values Z T , Z D , and Z L for the output of the inspection apparatus main body 7 (non-destructive measurement output Q) are calculated for each item, and the obtained correction values Z T , Z D , and Z L are not calculated. The nondestructive measurement output Q is corrected by adding to the destructive measurement output Q (parameter measurement value) to obtain a corrected nondestructive measurement output Q ′. Then, based on the corrected nondestructive measurement output Q ′, the quench hardened layer depth of the test piece 1 is calculated from the relationship between the parameters stored in the memory and the hardened hard layer depth. Final decision is made and the inspection result is output to the outside.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in advance to create a correction equation parameters showing the proportional relationship for the temperature and shape of the test piece in advance, the temperature and shape of the test piece was measured during inspection, thereby Temperature and shape corrections are made to the measured values of the parameters at the time of inspection using the correction formula, so the accuracy of nondestructive measurement can be increased and the hardened layer depth is inspected extremely accurately It becomes possible. In addition, since temperature and shape management is not required and a cooling device is not required, costs can be reduced and productivity can be improved. Furthermore, since there is a high degree of correlation between the phase difference and the quench hardened layer depth, the quench hardened layer depth can be measured most accurately by correcting the measured phase difference.
[0031]
In addition, automated measurement of parameters , measurement of test piece temperature and shape, calculation of parameter correction values based on these measurement results, and calculation of the quench hardened layer depth from the corrected parameters. The hardened layer depth can be non-destructively inspected with high accuracy online, and the advantage of labor saving can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vector plan view showing the relationship between an induced voltage vector and an induced voltage vector in an eddy current measurement method. FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a non-destructive inspection apparatus for hardening and hardening layer depth according to the present invention. Schematic diagram showing the end point change [FIG. 5] Schematic diagram showing the end point change due to the shaft diameter of the synthesized vector of the induced voltage. [FIG. Flow chart showing the flow of processing up to inspection result judgment [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Test piece 2 ... Master piece 3, 5 ... Induction coil (nondestructive measuring means)
4, 6 ... Induced coil (non-destructive measuring means)
7 ... Inspection equipment (non-destructive measuring means)
8. Temperature measuring device (temperature measuring means)
8a ... thermometer (temperature measuring means)
9. Shaft diameter measuring device (shape measuring means)
10 ... Axis length measuring device (shape measuring means)
11: Arithmetic device (first storage means, second storage means, correction means, calculation means)

Claims (3)

渦電流測定方式によりテストピースの焼入硬化層深さを非破壊測定し、これにより表面硬化処理部品の焼入硬化層深さを検査する焼入硬化層深さの非破壊検査方法において、
テストピースの温度・形状と前記渦電流測定方式で測定されるパラメータとの間で比例関係を示す相関関係からテストピースの温度・形状に対する前記パラメータの補正式をあらかじめ作成しておき、検査時にテストピースの温度・形状を測定し、これらの測定値により検査時の前記パラメータの測定値を前記補正式を用いて補正し、この補正したパラメータの値に基づいて焼入硬化層深さを検出することを特徴とし、
前記パラメータは、テストピースおよびマスタピースを用いる渦電流測定方式における、テストピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとマスタピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとの合成ベクトルと、同一特性のテストピース側およびマスタピース側の誘導コイルに印加した誘導電圧ベクトルとの間の位相差であることを特徴とする焼入硬化層深さの非破壊検査方法。In the non-destructive inspection method of the quench hardened layer depth in which the quench hardened layer depth of the test piece is nondestructively measured by the eddy current measurement method, and thereby the hardened hard layer depth of the surface hardened part is inspected.
Prepare a correction formula for the parameters for the test piece temperature and shape in advance from the correlation indicating the proportional relationship between the temperature and shape of the test piece and the parameters measured by the eddy current measurement method. The temperature and shape of the piece are measured, and the measured value of the parameter at the time of inspection is corrected by using the correction formula based on these measured values, and the quench hardened layer depth is detected based on the corrected parameter value. It is characterized by
The parameter is a combined vector of an induced voltage vector generated in the induced coil on the test piece side and an induced voltage vector generated in the induced coil on the master piece side in the eddy current measurement method using the test piece and the master piece. And a phase difference between the induction voltage vectors applied to the test piece side and master piece side induction coils having the same characteristics . 渦電流測定方式によりテストピースの焼入硬化層深さを非破壊測定し、これにより表面硬化処理部品の焼入硬化層深さを検査する焼入硬化層深さの非破壊検査方法において、
テストピースの温度・形状と前記渦電流測定方式で測定されるパラメータとの間で比例関係を示す相関関係からテストピースの温度・形状に対する前記パラメータの補正式をあらかじめ作成しておき、検査時にテストピースの温度・形状を測定し、これらの測定値により検査時の前記パラメータの測定値を前記補正式を用いて補正し、この補正したパラメータの値に基づいて焼入硬化層深さを検出することを特徴とし、
前記パラメータは、テストピースおよびマスタピースを用いる渦電流測定方式における、同一特性のテストピース側およびマスタピース側の誘導コイルに誘導電圧を印加したときのテストピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとマスタピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとの合成ベ クトルの大きさまたはその成分であることを特徴とする焼入硬化層深さの非破壊検査方法。 In the non-destructive inspection method of the quench hardened layer depth in which the quench hardened layer depth of the test piece is nondestructively measured by the eddy current measurement method, and thereby the hardened hard layer depth of the surface hardened part is inspected.
Prepare a correction formula for the parameters for the test piece temperature and shape in advance from the correlation indicating the proportional relationship between the temperature and shape of the test piece and the parameters measured by the eddy current measurement method. The temperature and shape of the piece are measured, and the measured value of the parameter at the time of inspection is corrected by using the correction formula based on these measured values, and the quench hardened layer depth is detected based on the corrected parameter value. It is characterized by
The parameter is induced in the induced coil on the test piece side when an induced voltage is applied to the induction coil on the test piece side and the master piece side having the same characteristics in the eddy current measurement method using the test piece and the master piece. non-destructive inspection method of quench hardening depth, which is a size or a component thereof a synthetic vector of the induced voltage vector generated in the induction coil of the voltage vector and the master piece side. 渦電流測定方式によりテストピースの焼入硬化層深さを非破壊測定し、これにより表面硬化処理部品の焼入硬化層深さを検査する焼入硬化層深さの非破壊検査装置において、
渦電流測定方式により前記テストピースの焼入硬化層深さに関係するパラメータを測定する非破壊測定手段と、
前記テストピースの温度を測定する温度測定手段と、
前記テストピースの形状を測定する形状測定手段と、
あらかじめ作成しておいたテストピースの温度・形状に対して比例関係を示す前記非破壊測定手段の出力の補正式を記憶する第１記憶手段と、
あらかじめ求めておいた前記パラメータと焼入硬化層深さとの関係を記憶する第２記憶手段と、
前記第１記憶手段に記憶されている補正式を用いて、前記非破壊測定手段の出力を前記温度検出手段および前記形状測定手段の測定値により補正する補正手段と、
前記補正手段からの出力により、前記第２記憶手段に記憶されている前記パラメータと焼入硬化層深さの関係から前記テストピースの焼入硬化層深さを算出する算出手段と、を有し、
前記パラメータは、テストピースおよびマスタピースを用いる渦電流測定方式における、テストピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとマスタピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとの合成ベクトルと、同一特性のテストピース側およびマスタピース側の誘導コイルに印加した誘導電圧ベクトルとの間の位相差、または、同一特性のテストピース側およびマスタピース側の誘導コイルに誘導電圧を印加したときのテストピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとマスタピース側の被誘導コイルに発生する被誘導電圧ベクトルとの合成ベクトルの大きさまたはその成分であることを特徴とする焼入硬化層深さの非破壊検査装置。 In the non-destructive inspection device of the quench hardening layer depth, which measures the quench hardening layer depth of the test piece by the eddy current measurement method, thereby inspecting the quench hardening layer depth of the surface hardened part,
A nondestructive measuring means for measuring a parameter related to the quench hardened layer depth of the test piece by an eddy current measuring method;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the test piece;
A shape measuring means for measuring the shape of the test piece;
A first storage means for storing a correction formula for the output of the non-destructive measurement means, which indicates a proportional relationship with the temperature and shape of the test piece prepared in advance;
A second storage means for storing a relationship between the parameter obtained in advance and the quench hardening depth;
Correction means for correcting the output of the non-destructive measurement means by the measured values of the temperature detection means and the shape measurement means, using a correction formula stored in the first storage means;
Calculation means for calculating the quench hardening layer depth of the test piece from the relationship between the parameter stored in the second storage means and the quench hardening layer depth by an output from the correction means; ,
The parameter is a combined vector of an induced voltage vector generated in the induced coil on the test piece side and an induced voltage vector generated in the induced coil on the master piece side in the eddy current measurement method using the test piece and the master piece. And the phase difference between the induction voltage vectors applied to the test piece side and master piece side induction coils having the same characteristics, or the induction voltage is applied to the test piece side and master piece side induction coils having the same characteristics. Hardening and hardening characterized in that it is the magnitude or component of the combined vector of the induced voltage vector generated in the induced coil on the test piece side and the induced voltage vector generated on the induced coil on the master piece side Non-destructive inspection equipment for layer depth.
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