JP4598811B2 - 鋼球の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、玉軸受と、ボールネジ、リニアガイド、等速ジョイント等に使用される鋼球の外観キズ検査と異材判別ならびに焼き入れ状態判定を同一のプローブで検査する渦流探傷装置を内蔵した検査装置を用いた鋼球の検査方法に関するものである。

鋼球は製作後、その表面欠陥の有無を判定して良品と不良品とに区別するため検査装置による検査が行なわれるが、現在、用いられている鋼球の検査装置は通常、光学式や画像処理方式を用いて鋼球の表面欠陥を検査する装置と、上記光学式の検査では検出が困難である細かいひび割れ状のキズを検出するための渦流探傷装置（例えば特許文献１参照）の２つによって構成されており、渦流探傷装置は特許文献１で開示される如く、鋼球の回転装置と、検査サイクル制御装置および渦流探傷検査器からなっていて、検出用センサーが位置決め治具によって回転装置に固定されコネクタを介して渦流探傷検査器に連結されている構成からなっている。

そして、この渦流探傷装置を用いて検査するには、先ず基準欠陥球を回転装置に置いて、この欠陥から得られる信号を調整し、検出感度の設定を行い、次いで被検査鋼球を回転装置に置いて回転せさ、検査サイクル制御装置によって全表面に対しセンサーを走査させ、鋼球表面の欠陥を検出し、予め設定した基準欠陥球の欠陥信号と比較し、良品，不良品を判明する手法が採られている。

一方、鋼球について異材判別ならびに焼き入れ状態判定を検査するため、上記表面欠陥を検出する装置とは全く別の装置が用いられて（例えば特許文献２参照）、試験片が挿入されたコイル又は試験片の近傍に配置したコイルに周波数１ＫＨｚ以下の交流電流を流してコイルのインダクタンス値を測定することによって鋼材の硬化層深さを測定したり、鋼材の未焼き入れを測定し、あるいは異材判別を行う手法が採られている。
特開２０００−３１０６１９号公報 特開２００７−４０８６５号公報

しかし、上記従来の検査に用いられる各装置は、鋼球の外観キズ検査と、鋼材の異材判別及び焼き入れ状態の検査を夫々、別個に行なう全く別の装置であり、従って、夫々のプローブは別配置であるため各工程毎に検査装置を設置することが必要となり、そのため設置面積が大きくなり、設備代が嵩み、また工程が長くなることで時間を要するという問題を有していた。

そこで、本発明は上述の如き問題に対処し、それら外観キズ検査，異材判別ならびに焼き入れ状態判定を１つの同一プローブを使用し、高周波数，低周波数の電流を夫々流して行うことを見出すことにより、検査装置の簡素化及び設置面積の節約と処理時間の短縮をはかることを目的とするものである。

即ち、上記目的に適合する本発明鋼球の検査方法の特徴は、上置コイル方式のプローブをもつ渦流探傷装置を内蔵した検査装置を用いて鋼球の検査を行う方法であって、同一のプローブに高周波数の電流と、低周波数の電流を夫々流して高周波数の電流を流したとき渦電流の分布の変化を検知して外観キズの検査，低周波数の電流を流したとき渦電流の電圧と位相の変化を検知して異材判別ならびに焼き入れ状態の判定を行うようにした。なお、高周波数としては０．６ＭＨｚ〜３ＭＨｚ，低周波数としては５０Ｈｚ〜１５００ＫＨｚの交流の電流が用いられる。

ここで、上記鋼球の外観キズ検査を行う渦流探傷装置は、鋼球近傍に設置したプローブに組み込まれている検出コイルの周りの励磁コイルに高周波の交流の電流を流し、鋼球の表面に渦電流が誘導される電磁誘導現象を利用する。キズがない場合、渦電流は鋼球の表面を同心円状に流れるが、キズがある場合は同心円状に流れず、キズの箇所に乱れが生じる。この渦電流の分布の変化を検出コイルで検知してキズの検出を行う。この場合、高周波数を用いると、鋼球表面の渦電流密度が高くなり、微小なキズを検出し易くなる。

一方、異材判別ならびに焼き入れ状態判定の検査には、材料固有の導電率及び透磁率を利用する。鋼球の周りに配置した励磁コイルに低周波の交流の電流を流すと、材料に発生する渦電流は、材料固有の透磁率の影響を受け、電圧と位相が変化する。この電圧と位相の変化を検知して異材判別、焼き入れ状態判定を行う。低周波数を用いると、高周波数に比べて、渦電流が材料深部まで入るので、透磁率と位相の変化が明確になり、異材判別、焼き入れ状態判定がし易くなる。

本発明は以上のような高周波数と低周波数の電流を流すことができる共通の上置コイル方式のプローブを１つ設置することにより、従来分離されていた２つの工程を１つの工程で行うことを可能とし、検査装置の簡素化及び設置面積の節約、処理時間の短縮化を達成することが出来る。

本発明は以上のように外観キズ検査、異材判別ならびに焼き入れ状態判定を行う夫々の検出用プローブを共通の同一プローブとし、周波数を変えて鋼球を回転させ全表面の外観キズ検査と、異材判別、焼き入れ状態判定とを順次行なえるようにしているから、外観キズ検査、異材判別ならびに焼き入れ状態判定を殆ど同時に接近して検査することが可能となり、従来、直径８．７３１ｍｍの鋼球の場合、３２０００個の球の外観キズ検査するためには約５時間要し、異材判別、焼き入れ状態判定には約１０時間を要すると共に、外観キズ検査の工程から異材判別、焼き入れ状態判定の工程へ移る際の、球の取り出しから投入までには約１５分を要していたのを２つの工程を接近して殆ど同時に検査することにより、球の取り出しから投入までに要していた時間を省くことができ、また、外観キズ検査と異材判別、焼き入れ状態判定の処理時間にも、２つの工程で１５時間を要していたのが、１つの検査装置内で続いて検査することにより１０時間に抑えることができる。従って、従来、２つの工程を全て終わらせるのに全体として１５時間１５分かかっていた時間が１０時間となり、検査処理時間を３４％短縮することができ、また、検査装置の簡素化及び設置面積の節約に多大なる効果を有している。

以下、更に添付図面に基づいて本発明方法に使用する検査装置の具体的な態様を説明する。図１は上記検査装置に内蔵された渦流探傷装置の概要を示し、図１において、１は検査される鋼球、２はドライブローラー、３はサポートローラー、４はコントロールローラー、５はホルダー、６は偏心ギヤ、７はキズ検出ならびに異材判別、焼き入れ状態判定用共通のプローブであり、ドライブローラー２とサポートローラー３と２個のコントロールローラー４はその他端に偏心ギヤ６が取り付けられている。そしてドライブローラー２を回転させることにより、ドライブローラー２上の鋼球１が回転し、それと同時にコントロールローラー４も回転する。この時に、中心軸が偏心して回転する偏心ギヤ６によって、鋼球１にひねりが与えられる。このようにひねりが付与されて回転している鋼球１は、近傍に設置された前記共通の１本の検出プローブ７の先端に対して図２に示す子午線軌跡を描くように回転し、プローブ７により全表面を外観キズ検査し、また、異材判別、焼き入れ状態判定を行う。なお、子午線の間隔Ｓは偏心ギヤ６の偏心量によって決まる。例えば鋼球のサイズが大きい場合は、検査時間を短くする必要があるため、子午線の間隔Ｓの幅を広くできるようにホルダー５と偏心ギヤ６は設計されている。ホルダー５と偏心ギヤ６に関しては、鋼球のサイズによって専用部品となる。

なお、本発明では上記の如く回転する鋼球の外観キズ検査、あるいは異材判別ならびに焼き入れ状態判定装置を検査するために、同一の検出プローブ７が使用されるが、このプローブには通常、相互誘導型自己比較方式を使用する。このプローブは渦電流を誘導するために励磁電流を流す励磁コイルと渦電流の変化を検出するための検出コイルによって構成されている。そして、この励磁コイルに、キズを検出するめために０．６ＭＨｚ〜３ＭＨｚの高周波数の電流を流し、次に異材判別、焼き入れ状態判定を行うために、励磁コイルに５０Ｈｚ〜１５００ＫＨｚ、通常、５ＫＨｚ〜５００ＫＨｚの低周波数の電流を流して夫々の電圧と位相の変化を検知する。

外観キズ検査は検査機のモニター用の端子からオシロスコープを継ぎ、人工的に加工された欠陥球を用い、図３のような信号を表示させて感度調整を行う。

即ち、回転装置と鋼球の振動によるノイズａと基準欠陥による信号ｂとは互いに位相を持つため、位相検波回路によりＳＮ比をよくするようにノイズａを水平軸に沿うように位相を調整し、垂直軸に投影する基準欠陥球信号ｂを決められた大きさになるように調整する。そして、この基準欠陥球の欠陥信号の大きさ及び位相を調整して検出感度の設定を行い、基準欠陥球と検査対象球の比較により、良品，不良品の判定を行う。その際に、フィルタを用いて受信した信号の中から雑音を除去し、キズ信号のみを取り出すことによりキズの検出を行う。また、前記欠陥の検査が終われば、同一のプローブを用いて引き続き異材判別、焼き入れ状態判定を行う。

異材判別、焼き入れ状態判定に関しては、図４のような信号を表示させ、検査対象となる材質の基準球を用いて検査対象球と異材の鋼球の電圧と位相の変化を比較し、異材判別、焼き入れ状態判定を行う。その際に、同期検波回路を用いて受信した信号の中から雑音を除去し、試験周波数に同期している信号のみを取り出すことにより異材判別、焼き入れ状態判定を行う。

図４は上記異材判別、焼き入れ状態判定における検査装置の位相検波出力画面で、夫々、鋼球の材料信号を示し、図中、ｃはＳＵＪ２製品球の材料信号、ｄはＳＵＪ２未熱処理球の材料信号、ｅはＳＵＳ４４０Ｃ製品球の材料信号である。

かくして以上のような構成により、鋼球は検査装置において子午線軌跡を描くように回転し、同一のプローブを用いて全表面の外観キズ検査、異材判別ならびに焼き入れ状態判定は継続して行なわれる。

本発明方法に用いる検査装置の１例を示す概要図である。 本発明におけるプローブ（検出センサ）が検査する鋼球上の軌跡を示す図である。 外観キズ検査において、本発明に使用する検査装置の位相検波回路出力画面を示す図である。 異材判別、焼き入れ状態判定において、本発明に使用する検査装置の位相検波出力画面を示す図である。

符号の説明

１：鋼球
２：ドライブモーター
３：サポートローラー
４：コントロールローラー
５：ホルダー
６：偏心ギヤ
７：外観キズ検出及び異材判別、焼き入れ状態判定センサ
ａ：回転装置と鋼球の振動によるノイズ
ｂ：欠陥信号
ｃ：ＳＵＪ２製品球の材料信号
ｄ：ＳＵＪ２未熱処理球の材料信号
ｅ：ＳＵＳ４４０Ｃ製品球の材料信号

Claims (2)

1. 上置コイル方式のプローブをもつ渦流探傷装置を内蔵した検査装置を用いて鋼球の検査を行う方法において、同一のプローブに高周波数の電流と、低周波数の電流を夫々流して高周波数の電流を流したとき渦電流の分布の変化を検知して外観キズの検査を行い、低周波数の電流を流したとき、渦電流の電圧と位相の変化を検知して異材判別ならびに焼き入れ状態の判定を行うことを特徴とする鋼球の検査方法。
2. 高周波数が０．６ＭＨｚ〜３ＭＨｚ，低周波数が５０Ｈｚ〜１５００ＫＨｚの交流の電流を用いた請求項１記載の鋼球の検査方法。

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