JP5665098B2 - 焼き入れ深さ測定装置、焼き入れ深さ測定方法、表層深さ測定装置、表層深さ測定方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1の態様は、焼き入れ処理された鋼材の表面に接して配置される2本の電流探針間に電流を流す電源と、前記鋼材の表面に接して配置される2本の検出探針の電位差を計測する電位差計測装置と、前記2本の電流探針間に電流を流したときに生ずる前記2本の検出探針間の電位差に基づいて、前記鋼材の焼き入れ深さを演算する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記鋼材の焼き入れ深さの変化に対する前記2本の検出探針間の電位差の変化の割合が所望の焼き入れ深さにおいて最も大きくなるように、前記2本の検出探針の位置を演算する手段を含む、ことを特徴とする焼き入れ深さ測定装置である。
本発明の第2の態様は、前述した本発明の第1の態様において、前記2本の検出探針は、前記2本の電流探針に対して対称配置される、ことを特徴とする焼き入れ深さ測定装置である。
本発明の第3の態様は、前述した本発明の第1の態様又は第2の態様において、前記制御装置は、前記2本の電流探針間に流れる電流I、前記鋼材の焼き入れ層の抵抗率ρ1、前記鋼材の未焼き入れ層の抵抗率ρ2、及び前記2本の電流探針の配置に基づいて、前記鋼材の焼き入れ層の電位分布及び前記鋼材の未焼き入れ層の電位分布を鏡像法で表現して解析する手段を含む、ことを特徴とする焼き入れ深さ測定装置である。
本発明の第4の態様は、前述した本発明の第3の態様において、前記制御装置は、前記鋼材の表面における前記2本の電流探針及び前記2本の検出探針の配置方向をX1軸、前記鋼材の表面に直交する方向をX2軸、前記鋼材の表面におけるX1軸に直交する方向をX3軸とする三次元空間座標を定義し、前記2本の電流探針の座標を(a,0,0)、(b,0,0)、前記鋼材の内部における任意の位置xの座標を(x1,x2,x3)とし、前記鋼材の焼き入れ層の任意の点の電位をV1、前記鋼材の未焼き入れ層の任意の点の電位をV2とし、次式、
本発明の第4の態様によれば、前述した本発明の第3の態様と同様に、鏡像法による電位分布の表現は、短時間で計算が可能であるとともに、検出探針の位置の解析関数の和で電位を表現することができるので、離散化解法のような問題は生じない。
本発明の第5の態様は、前述した本発明の第1〜第4の態様のいずれかにおいて、前記2本の電流探針、前記2本の検出探針を含み、前記2本の検出探針の位置を調整可能な探針可変プローブをさらに備える、ことを特徴とする焼き入れ深さ測定装置である。
このような特徴によれば、測定する焼き入れ深さに応じて2本の検出探針の位置を最適な位置に調整して、焼き入れ深さを高精度に測定することができる。
本発明の第6の態様は、表層と深層とで抵抗率が異なる被測定材の前記表層の表面に接して配置される2本の電流探針間に電流を流す電流源と、前記表層の表面に接して配置される2本の検出探針の電位差を計測する電位差計測装置と、前記2本の電流探針間に電流を流したときに生ずる前記2本の検出探針間の電位差に基づいて、前記表層の深さを演算する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記表層の深さの変化に対する前記2本の検出探針間の電位差の変化の割合が所望の前記表層の深さにおいて最も大きくなるように、前記2本の検出探針の位置を演算する手段を含む、ことを特徴とする表層深さ測定装置である。
本発明の第6の態様によれば、表層と深層とで抵抗率が異なる被測定材の表層の深さを測定する表層深さ測定装置において、より深い表層深さを高精度に測定することができるという作用効果が得られる。
本発明の第7の態様は、2本の電流探針、2本の検出探針を焼き入れ処理された鋼材の表面に接触させ、前記2本の電流探針間に電流を流したときに生ずる前記2本の検出探針間の電位差に基づいて、前記鋼材の焼き入れ深さを求める焼き入れ深さ測定方法であって、前記鋼材の焼き入れ深さの変化に対する前記2本の検出探針間の電位差の変化の割合が所望の焼き入れ深さにおいて最も大きくなるように、前記2本の検出探針の位置を設定する工程を含む、ことを特徴とする焼き入れ深さ測定方法である。
本発明の第7の態様によれば、鋼材の焼き入れ深さ測定方法において、前述した本発明の第1の態様と同様の作用効果が得られる。
本発明の第8の態様は、前述した本発明の第7の態様において、前記2本の検出探針は、前記2本の電流探針に対して対称配置される、ことを特徴とする焼き入れ深さ測定方法である。
本発明の第8の態様によれば、鋼材の焼き入れ深さ測定方法において、前述した本発明の第2の態様と同様の作用効果が得られる。
本発明の第9の態様は、前述した本発明の第7の態様又は第8の態様において、前記2本の電流探針間に流れる電流I、前記鋼材の焼き入れ層の抵抗率ρ1、前記鋼材の未焼き入れ層の抵抗率ρ2、及び前記2本の電流探針の配置に基づいて、前記鋼材の焼き入れ層の電位分布及び前記鋼材の未焼き入れ層の電位分布を鏡像法で表現して解析する工程を含む、ことを特徴とする焼き入れ深さ測定方法である。
本発明の第9の態様によれば、鋼材の焼き入れ深さ測定方法において、前述した本発明の第3の態様と同様の作用効果が得られる。
本発明の第10の態様は、前述した本発明の第9の態様において、前記鋼材の表面における前記2本の電流探針及び前記2本の検出探針の配置方向をX1軸、前記鋼材の表面に直交する方向をX2軸、前記鋼材の表面におけるX1軸に直交する方向をX3軸とする三次元空間座標を定義し、前記2本の電流探針の座標を(a,0,0)、(b,0,0)、前記鋼材の内部における任意の位置xの座標を(x1,x2,x3)とし、前記鋼材の焼き入れ層の任意の点の電位をV1、前記鋼材の未焼き入れ層の任意の点の電位をV2とし、次式、
本発明の第10の態様によれば、鋼材の焼き入れ深さ測定方法において、前述した本発明の第4の態様と同様の作用効果が得られる。
本発明の第11の態様は、2本の電流探針、2本の検出探針を表層と深層とで抵抗率が異なる被測定材の前記表層の表面に接触させ、前記2本の電流探針間に電流を流したときに生ずる前記2本の検出探針間の電位差に基づいて、前記表層の深さを求める表層深さ測定方法であって、前記表層の深さの変化に対する前記2本の検出探針間の電位差の変化の割合が所望の前記表層の深さにおいて最も大きくなるように、前記2本の検出探針の位置を設定する工程を含む、ことを特徴とする表層深さ測定方法である。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
本発明に係る焼き入れ深さ測定装置の構成について、図1を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る焼き入れ深さ測定装置10の構成を図示したブロック図である。
制御部13は、焼き入れ深さDの変化に対する第1検出探針24と第2検出探針25との間の電位差Vdの変化の割合が所望の焼き入れ深さDにおいて最も大きくなるように、第1検出探針24と第2検出探針25の位置を演算する。より具体的には制御部13は、まず鋼材30の表面31に平行な第1電流探針22、第2電流探針23、第1検出探針24及び第2検出探針25の接点の配置方向をX1軸、鋼材30の表面31に直交する方向をX2軸、鋼材30の表面31に平行な方向でX1軸に直交する方向をX3軸とする三次元空間座標を定義する。そして抵抗率ρ1、ρ2、電流I、第1電流探針22の位置の座標(a,0,0)及び第2電流探針23の位置の座標(b,0,0)に基づいて、焼き入れ層32の電位分布及び未焼き入れ層34の電位分布を鏡像法で表現して解析し、第1検出探針24の最適な位置の座標(x1,0,0)を決定する。
電位差法による焼き入れ深さ測定の数理モデルについて、引き続き図1を参照しつつ図2も参照しながら説明する。
図2は、第1電流探針22と第2電流探針23の周囲における鋼材30の表面31の等電位線図のシミュレーション結果を模式的に図示したものである。
鏡像法(method of images)とは、導体が存在する系の電場を求める問題を仮想的な電荷による電場を求める問題に置き換えて解を求める方法である。
焼き入れ深さDの変化に対する第1検出探針24と第2検出探針25との間の電位差Vdの変化の割合が所望の焼き入れ深さDにおいて最も大きくなるときの第1検出探針24の位置の座標(x1,0,0)は、以下の手順で求めることができる。
出願人らは、本発明の作用効果を確認すべく、前述した焼き入れ深さ測定装置10を用いて実験を行った。具体的には50mm×50mm×50mmの鋼材を4つ用意し、それぞれの焼き入れ深さを2mm、5mm、7mm、10mmとして焼き入れを行って試料を作成し、それぞれの試料について、第1検出探針24と第2検出探針25との間の電位差Vdを測定する実験を行った。第1電流探針22と第2電流探針23の間に流す電流は2A(アンペア)とした。
以上説明したように、鋼材30の焼き入れ深さDの変化に対する第1検出探針24と第2検出探針25の間の電位差Vdの変化の割合が所望の焼き入れ深さDにおいて最も大きくなるように、第1検出探針24と第2検出探針25の位置を設定する。それによってその所望の焼き入れ深さDにおける測定感度を最も高くすることができるので、鋼材30の焼き入れ深さDを高精度に測定することができる。特に従来は測定が困難だった深さの焼き入れ深さDをも高精度に測定することが可能になる。
「焼き入れ処理された鋼材」は、換言すれば「表層と深層とで抵抗率が異なる被測定材」であり、鋼材の「焼き入れ層」は被測定材の「表層」に相当し、鋼材の「未焼き入れ層」は被測定材の「深層」に相当する。したがって上記説明した焼き入れ深さ測定装置及び焼き入れ深さ測定方法は、表層と深層とで抵抗率が異なる被測定材に対し、同様のパラメータ及び数式により、その表層の深さを測定する表層深さ測定装置及び表層深さ測定方法としてそのまま用いることができる。
11 電源
12 電位差計測装置
13 制御部
14 操作部
15 表示部
20 探針可変プローブ
21 プローブ本体
22 第1電流探針
23 第2電流探針
24 第1検出探針
25 第2検出探針
30 鋼材
31 鋼材の表面
32 鋼材の焼き入れ層
33 鋼材の焼き入れ境界
34 鋼材の未焼き入れ層
Claims (7)
- 焼き入れ処理された鋼材の表面に接して配置される2本の電流探針間に電流を流す電源と、
前記鋼材の表面に接して配置される2本の検出探針の電位差を計測する電位差計測装置と、
前記2本の電流探針間に電流を流したときに生ずる前記2本の検出探針間の電位差に基づいて、前記鋼材の焼き入れ深さを演算する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記2本の電流探針間に流れる電流I、前記鋼材の焼き入れ層の抵抗率ρ 1 、前記鋼材の未焼き入れ層の抵抗率ρ 2 、及び前記2本の電流探針の配置に基づいて、前記鋼材の焼き入れ層の電位分布及び前記鋼材の未焼き入れ層の電位分布を鏡像法で表現して解析し、前記鋼材の表面における前記2本の電流探針及び前記2本の検出探針の配置方向をX 1 軸、前記鋼材の表面に直交する方向をX 2 軸、前記鋼材の表面におけるX 1 軸に直交する方向をX 3 軸とする三次元空間座標を定義し、前記2本の電流探針の座標を(a,0,0)、(b,0,0)、前記鋼材の内部における任意の位置xの座標を(x 1 ,x 2 ,x 3 )とし、前記鋼材の焼き入れ層の任意の点の電位をV 1 、前記鋼材の未焼き入れ層の任意の点の電位をV 2 とし、次式、
- 請求項1に記載の焼き入れ深さ測定装置において、前記2本の検出探針は、前記2本の電流探針に対して対称配置される、ことを特徴とする焼き入れ深さ測定装置。
- 請求項1又は2に記載の焼き入れ深さ測定装置において、前記2本の電流探針、前記2本の検出探針を含み、前記2本の検出探針の位置を調整可能な探針可変プローブをさらに備える、ことを特徴とする焼き入れ深さ測定装置。
- 表層と深層とで抵抗率が異なる被測定材の前記表層の表面に接して配置される2本の電流探針間に電流を流す電流源と、
前記表層の表面に接して配置される2本の検出探針の電位差を計測する電位差計測装置と、
前記2本の電流探針間に電流を流したときに生ずる前記2本の検出探針間の電位差に基づいて、前記表層の深さを演算する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記2本の電流探針間に流れる電流I、前記被測定材の表層の抵抗率ρ 1 、前記被測定材の深層の抵抗率ρ 2 、及び前記2本の電流探針の配置に基づいて、前記被測定材の表層の電位分布及び前記被測定材の深層の電位分布を鏡像法で表現して解析し、前記被測定材の表面における前記2本の電流探針及び前記2本の検出探針の配置方向をX 1 軸、前記被測定材の表面に直交する方向をX 2 軸、前記被測定材の表面におけるX 1 軸に直交する方向をX 3 軸とする三次元空間座標を定義し、前記2本の電流探針の座標を(a,0,0)、(b,0,0)、前記被測定材の内部における任意の位置xの座標を(x 1 ,x 2 ,x 3 )とし、前記被測定材の表層の任意の点の電位をV 1 、前記被測定材の深層の任意の点の電位をV 2 とし、次式、
- 2本の電流探針、2本の検出探針を焼き入れ処理された鋼材の表面に接触させ、前記2本の電流探針間に電流を流したときに生ずる前記2本の検出探針間の電位差に基づいて、前記鋼材の焼き入れ深さを求める焼き入れ深さ測定方法であって、
前記2本の電流探針間に流れる電流I、前記鋼材の焼き入れ層の抵抗率ρ 1 、前記鋼材の未焼き入れ層の抵抗率ρ 2 、及び前記2本の電流探針の配置に基づいて、前記鋼材の焼き入れ層の電位分布及び前記鋼材の未焼き入れ層の電位分布を鏡像法で表現して解析し、前記鋼材の表面における前記2本の電流探針及び前記2本の検出探針の配置方向をX 1 軸、前記鋼材の表面に直交する方向をX 2 軸、前記鋼材の表面におけるX 1 軸に直交する方向をX 3 軸とする三次元空間座標を定義し、前記2本の電流探針の座標を(a,0,0)、(b,0,0)、前記鋼材の内部における任意の位置xの座標を(x 1 ,x 2 ,x 3 )とし、前記鋼材の焼き入れ層の任意の点の電位をV 1 、前記鋼材の未焼き入れ層の任意の点の電位をV 2 とし、次式、
- 請求項5に記載の焼き入れ深さ測定方法において、前記2本の検出探針は、前記2本の電流探針に対して対称配置される、ことを特徴とする焼き入れ深さ測定方法。
- 2本の電流探針、2本の検出探針を表層と深層とで抵抗率が異なる被測定材の前記表層の表面に接触させ、前記2本の電流探針間に電流を流したときに生ずる前記2本の検出探針間の電位差に基づいて、前記表層の深さを求める表層深さ測定方法であって、
前記2本の電流探針間に流れる電流I、前記被測定材の表層の抵抗率ρ 1 、前記被測定材の深層の抵抗率ρ 2 、及び前記2本の電流探針の配置に基づいて、前記被測定材の表層の電位分布及び前記被測定材の深層の電位分布を鏡像法で表現して解析し、前記被測定材の表面における前記2本の電流探針及び前記2本の検出探針の配置方向をX 1 軸、前記被測定材の表面に直交する方向をX 2 軸、前記被測定材の表面におけるX 1 軸に直交する方向をX 3 軸とする三次元空間座標を定義し、前記2本の電流探針の座標を(a,0,0)、(b,0,0)、前記被測定材の内部における任意の位置xの座標を(x 1 ,x 2 ,x 3 )とし、前記被測定材の表層の任意の点の電位をV 1 、前記被測定材の深層の任意の点の電位をV 2 とし、次式、
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