JP5850414B2 - 表面特性検査装置及び表面特性検査方法 - Google Patents
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Description
従来、これら製品の表面処理後の残留応力、硬度などの表面特性の評価は、抜き取りの破壊検査により行われていた。そのため、製品を全て直接検査できないという問題、破壊検査であるため検査された製品が使えなくなるという問題などがあった。
そこで、製品の表面特性を非破壊で検査できる装置の開発の要請が高まっている。このような装置として、例えば、特許文献1には、ショットピーニング処理面上方に配置されるコイルを備えた検査回路に周波数を変化させながら交流信号を入力して、検査回路におけるインピーダンスの周波数応答特性を用いて検査対象における残留応力の発生状態を検査するショットピーニング処理面の非破壊検査装置が開示されている。
また、インピーダンスの周波数応答特性を用いた表面処理面の検査方法では、測定用に印加する電力の周波数の変化に対して、検出器及び被検体のインピーダンスがともに変化してしまうため、被検体の表面処理状態に起因する電磁気変化を精度よく検出することが困難である。
測定用に印加する交流電力は、被検体の良否を検出する感度が高くなる周波数が、被検体の材質や表面処理状態によって変化する。このため、検出器を1つだけ備えた測定装置においては、表面処理品及び未処理品夫々について、周波数の変化に対する出力値を測定しておき、表面処理品と未処理品で出力値の差が大きくなる最適な周波数を選定する必要がある。従って、周波数選定作業に時間や労力を費やすという問題がある。
また、被検体の形状や材質、表面処理方法が異なる場合には、検出器全体のインピーダンスの変化に対応するように検出回路を設計しなければならない。更に、インピーダンス値に対する残留応力分布との校正なども必要となり、汎用性の高い装置とはならない。
以上より、ピーニング処理を施した鋼材などの処理材の表面処理状態を、非破壊で精度よく検査することができるとともに汎用性が高い表面特性検査装置を実現することができる。
また、可変抵抗の分配比が可変であるため、基準検出器、検査検出器のインピーダンスが変わっても回路を再設計する必要がない。
以上より、ピーニング処理を施した鋼材などの処理材の表面処理状態を、非破壊で精度よく検査することができるとともに汎用性が高い表面特性検査方法を実現することができる。
なお、本実施形態の表面特性検査装置1は、基準検出器22の磁気センサに基準検体Sを当接させて配置するための基準検体配置装置51、及び検査検出器23の磁気センサに被検体Mを当接させて配置するための被検体配置装置52を備えている(図1)。
なお、磁気センサ40と被検体Mの表面(残留応力層Mb)とにより閉磁路を形成し、交流ブリッジ回路20から十分な大きさの電圧を出力することができる場合には、磁気センサ40を被検体Mの表面Maに接触させなくてもよく、近接させるだけでよい。
続いて、Ef1とEf2との比較を行い、Ef2>Ef1であれば、周波数f2よりも所定の値高い周波数f3になるように制御信号を出力し、周波数f3における増幅器31からの出力電圧Ef3が周波数調整器35に入力され、記憶される。そして、Ef2とEf3との比較を行う。これを繰り返し、Efn+1<Efnとなったときの周波数fn、つまり出力が最大となる周波数fnを、しきい値設定工程S4及び交流供給工程S6で用いる周波数として設定する。これにより、表面処理状態、形状などが異なりインピーダンスが異なる被検体Mに対応して交流ブリッジ回路20からの出力を大きくする周波数を一度の操作により設定することができる。最適な周波数は、被検体の材料、形状、表面処理状態により、変化することとなるが、これがあらかじめわかっている場合、周波数の設定は不要である。これにより、表面処理状態の変化に出力が敏感に対応し、検査の感度を向上させることができる。
ここで、周波数設定工程S3は、可変抵抗設定工程S2よりも先に実施することもできる。
検査検出器23に基準検体Sを当接させたときに判断手段36へ出力された出力値を正常しきい値、検査検出器23に参照検体を当接させたときに判断手段36へ出力された出力値を不良しきい値として設定し、判断手段36に記憶させておく。
後述する良否判断工程(S7)においては、被検体Mを検査検出器23に当接させたときの出力値と、正常しきい値及び不良しきい値を比較して、被検体Mの良否が判断される。設定された正常しきい値が不良しきい値よりも大きい場合には、被検体Mの出力値が正常しきい値以上のとき良品と判断され、被検体Mの出力値が不良しきい値以下のとき不良品と判断される。
なお、被検体の種類等によっては、不良しきい値の方が正常しきい値よりも大きくなる場合がある。このような場合には、被検体Mの出力値が正常しきい値以下のとき良品と判断され、被検体Mの出力値が不良しきい値以上のとき不良品と判断される。
次いで、交流供給工程S6では、周波数設定工程S3において設定された周波数の交流電力を交流電源10から交流ブリッジ回路20に供給する。交流ブリッジ回路20に交流電力が供給されることにより、交流ブリッジ回路20から電圧出力信号が出力される。この出力信号は、増幅器31で増幅され、絶対値回路32において全波整流され、LPF33において直流変換される。
良否判断工程S7では、LPF33において直流変換された信号が判断手段36に入力され、判断手段36は、入力された信号に基づいて被検体Mの表面状態の良否を判断する。判断手段36による判断結果は、表示手段37により表示され、表面状体が不良である場合には警告する。
ここで、検出器毎にインピーダンスが異なるが、可変抵抗設定工程S1において分配比γを調整して、検出器のインピーダンスに応じて差分電圧(E2−E1)が大きくなるように設定することができるので、複数の検出器のそれぞれに対して適切な状態で検査することが可能となる。
そして、本回路構成では、分配比γを調整して、基準検出器22、検査検出器23に流れる励磁電流i1、i2の割合に大きな差を持たせることができるので、表面処理状態の検査で必要な、被検体Mの電磁気特性に起因する成分Aをより大きくすることも可能である。
図5に示すように、交流ブリッジ回路20の回路構成として、増幅器31が点A及び点Bに接続され、交流電源10が点C及び点Dに接続される構成を採用することもできる。
本発明の実施形態による表面特性検査装置1では、交流ブリッジ回路20が、分配比γが可変に構成された可変抵抗21、表面処理状態が良好であると保証されている基準検体Sの磁気的特性を検出する基準検出器22及び表面処理状態の良否を判定する被検体Sの磁気的特性を検出する検査検出器23を備えている。交流ブリッジ回路20は、抵抗R1、抵抗R2、基準検出器22及び検査検出器23により非平衡状態のブリッジ回路として構成されている。
本発明の表面特性検査装置1及び表面特性検査方法によれば、交流ブリッジ回路20から出力された電圧値に基づいて、判断装置30により被検体Mの表面処理状態の良否を判断するため、基準検体Sと常に比較しながら同じ測定環境で被検体Mの表面処理状態を検査することができ、簡単な回路構成で高精度の表面状態の検査が可能である。
交流ブリッジ回路20の構成を採用することにより、温度補正、被検体の材質に応じた試験データの取得、残留応力分布などに対する装置出力の校正を行う必要がない。また、可変抵抗21の分配比γ、交流電源10の周波数が可変であるため、基準検出器22、検査検出器23のインピーダンスが変わっても回路を再設計する必要がない。
また、交流ブリッジ回路20の2辺を分配比γが可変な可変抵抗21で構成することにより、交流ブリッジ回路20から出力が最大となるように分配比を調整して、最適な状態で検査することができるように設定することができるので、表面特性検査装置1を検査可能な被検体の種類、表面処理の種類などの範囲を拡げることができるとともに、複数種の検出器に対応可能な汎用性が高い装置とすることができる。
そして、周波数調整器35により交流ブリッジ回路20に供給する交流電力の周波数を変化させて交流ブリッジ回路20から出力される電圧の振幅が最大となる周波数を設定する構成により、表面処理状態、形状などが異なりインピーダンスが異なる被検体Mに対応して交流ブリッジ回路20からの出力を大きくする周波数を一度の操作により設定することができる。これにより、表面処理状態の変化に出力が敏感に対応し、検査の感度を向上させることができる。
以上より、ショットピーニング処理や熱処理、窒化処理などの表面処理を施した鋼材などの処理材の表面処理状態を、非破壊で精度よく検査することができるとともに汎用性が高い表面特性検査装置1及び表面特性検査方法を実現することができる。
1.本発明は、交流ブリッジ回路と、交流ブリッジ回路に交流電力を供給する交流電源と、交流ブリッジ回路からの出力信号に基づいて、被検体の表面処理状態の良否を判断する判断装置と、を備え、交流ブリッジ回路は、第1の抵抗と第2の抵抗とに分配比が可変に構成された可変抵抗と、表面処理状態が良好な基準検体の磁気的特性を検出するための第1の磁気センサを備えた基準検出器と、表面処理状態の良否を検査すべき被検体の磁気的特性を検出するための第2の磁気センサを備えた検査検出器とを有し、第1の抵抗、第2の抵抗、基準検出器及び検査検出器はブリッジ回路を構成し、判断装置は、交流ブリッジ回路に交流電力が供給され、第1の磁気センサが基準検体の磁気的特性を検出し、第2の磁気センサが被検体の磁気的特性を検出している状態における交流ブリッジ回路からの出力信号に基づいて、被検体の表面処理状態の良否を判断する、という特徴を備えている。
以上より、ショットピーニング処理や熱処理、窒化処理などの表面処理を施した鋼材などの処理材の表面処理状態を、非破壊で精度よく検査することができるとともに汎用性が高い表面特性検査装置を実現することができる。
上記2に記載の発明によれば、交流電源から供給する交流電力の周波数も調整することができるので、基準検出器、検査検出器のより広汎なインピーダンスの変化にも対応することができる。
3.また、本発明は、上記2に記載の表面特性検査装置において、周波数調整器が、第1の磁気センサが基準検体の磁気的特性を検出し、第2の磁気センサが表面処理を施していない検体または表面処理状態が不良な検体である参照検体の磁気的特性を検出している状態において、交流ブリッジ回路からの出力信号の振幅が大きくなるように周波数が設定されるように構成されている。
また、可変抵抗の分配比が可変であるため、基準検出器、検査検出器のインピーダンスが変わっても回路を再設計する必要がない。
以上より、ショットピーニング処理や熱処理、窒化処理などの表面処理を施した鋼材などの処理材の表面処理状態を、非破壊で精度よく検査することができるとともに汎用性が高い表面特性検査方法を実現することができる。
10…交流電源
20…交流ブリッジ回路
21…可変抵抗
22…基準検出器
23…検査検出器
30…判断装置
31…増幅器
32…絶対値回路
33…ローパスフィルタ(LPF)
34…位相比較器
35…周波数調整器
36…判断手段
37…表示手段
40…磁気センサ
41…コア
42…コイル
S…基準検体
M…被検体
Claims (7)
- ピーニング処理を施した被検体の表面処理状態の良否を判断する表面特性検査装置であって、
交流ブリッジ回路と、
前記交流ブリッジ回路に交流電力を供給する交流電源と、
前記交流ブリッジ回路からの出力信号に基づいて、被検体の表面処理状態の良否を判断する判断装置と、を備え、
前記交流ブリッジ回路は、第1の抵抗と第2の抵抗とに分配比が可変に構成された可変抵抗と、磁気的特性を検出可能な第1の磁気センサを備えた基準検出器と、表面処理状態の良否を検査すべき被検体の磁気的特性を検出可能な第2の磁気センサを備えた検査検出器とを有し、前記第1の抵抗、前記第2の抵抗、前記基準検出器及び前記検査検出器はブリッジ回路を構成し、
前記判断装置は、前記交流ブリッジ回路に交流電力が供給され、前記第2の磁気センサが前記被検体の磁気的特性を検出している状態における前記交流ブリッジ回路からの出力信号に基づいて、前記被検体の表面処理状態の良否を判断し、
更に、前記交流電源から供給する交流電力の周波数を調整し、設定する周波数調整器を有し、
前記周波数調整器は、前記第1の磁気センサが表面状態が良好な基準検体の磁気的特性を検出し、前記第2の磁気センサが表面処理を施していない検体または表面処理状態が不良な検体である参照検体の磁気的特性を検出している状態において、前記交流ブリッジ回路からの出力信号の振幅が大きくなる周波数を特定すると共に、この周波数を記憶して、前記交流電源から供給する交流電力の周波数として設定するように構成されている表面特性検査装置。 - 前記可変抵抗は、その分配比が、前記第1の磁気センサが前記基準検体の磁気的特性を検出し、前記第2の磁気センサが表面処理を施していない検体または表面処理状態が不良な検体である参照検体の磁気的特性を検出している状態において、前記交流ブリッジ回路からの出力信号の振幅が大きくなるように設定される請求項1に記載の表面特性検査装置。
- 更に、前記交流電源から供給される交流電力の波形と前記交流ブリッジ回路からの出力信号波形の位相差を検出する位相比較器を備え、前記判断装置は、前記位相比較器により検出された位相差に基づいて、検査が良好に行われているか否かを判断する請求項2に記載の表面特性検査装置。
- 前記第1の磁気センサ及び第2の磁気センサは、夫々、磁性体からなるコアおよびこのコアに巻回されたコイルを備え、前記第2の磁気センサは、前記交流電源からの交流電力を前記コイルに供給することにより、前記コアおよび被検体の表面に閉磁路を形成して、被検体の電磁気特性を検出する請求項3に記載の表面特性検査装置。
- 更に、被検体を前記第2の磁気センサに当接させる箇所及び押付荷重を調整する被検体配置装置を有する請求項4に記載の表面特性検査装置。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載された表面特性検査装置を用い、ピーニング処理を施した被検体の表面処理状態の良否を判断する表面特性検査方法。
- ピーニング処理を施した被検体の表面処理状態の良否を判断する表面特性検査方法であって、
第1の抵抗と第2の抵抗とに分配比が可変に構成された可変抵抗、磁気的特性を検出可能な第1の磁気センサを備えた基準検出器、及び表面処理状態の良否を判定すべき被検体の磁気的特性を検出可能な第2の磁気センサを備えた検査検出器を有し、前記第1の抵抗、前記第2の抵抗、前記基準検出器、及び前記検査検出器により構成される交流ブリッジ回路と、前記交流ブリッジ回路に交流電力を供給する交流電源と、を準備する工程と、
第1の磁気センサが表面状態が良好な基準検体の磁気的特性を検出し、第2の磁気センサが表面処理を施していない検体または表面処理状態が不良な検体である参照検体の磁気的特性を検出している状態において、交流電源から供給される交流電力の周波数を変化させ、交流ブリッジ回路から出力される信号の振幅が大きくなるように周波数を決定する周波数設定工程と、
磁気的特性が検出されるように、前記被検体を前記第2の磁気センサに当接または近接させる検体配置工程と、
前記周波数設定工程において設定された交流電力を、前記交流電源から前記交流ブリッジ回路に供給する交流供給工程と、
前記交流ブリッジ回路から出力された出力信号に基づいて、被検体の表面処理状態の良否を判断する良否判断工程と、を備えた表面特性検査方法。
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