JP6965863B2 - 鋼材の非破壊検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼材の非破壊検査方法に関する。

従来、鋼材の製造工程においては、多種多様な鋼材が用いられるため、形状は同じであっても材質の異なる鋼材（異材）が、製造ライン上に誤って混入してしまうといったことがある。

このような異材の混入を作業者が目視で検査すると、効率が悪いうえ、作業者の能力に左右され易く、安定した検査精度が得られ難いという問題がある。そこで、製造工程中において、異材を自動的に精度良く検出する様々な方法が提案されている。

例えば、製造ライン上に検査対象の鋼材を搬送し、円筒状コイルの中へ搬送された鋼材を貫通させることで、鋼材が異材か否かを検査できる渦流検査装置を用いた異材判定方法が提案されている。

この異材判定方法では、円筒状のコイルに渦流検査装置からパルス電流を流し、コイル内を通過する検査対象の鋼材に渦電流が流れるようにして、鋼材に誘起された渦電流によって生じるコイルのインピーダンス変化を検査信号として検出する。そして、この検査信号のピーク振幅と該ピーク振幅における位相が、所定の判定領域内にあるか否かを検出することに基づいて、検査対象が異材であるか否かを判定している（特許文献１参照）。

特開２０１２−４２３３３号公報（２０１２年３月１日公開）

上述した異材判定方法では、所定の電流を円筒状のコイルに流すことにより、コイル内を通過する鋼材に渦電流が流れるようにして、この渦電流によって生じるコイルのインピーダンス変化を検出するものである。

しかしながら、この異材判定方法では、鋼材への磁気の浸透深さを変更しながら検査したものではないため、鋼材における検査領域が狭く、鋼材の材料成分の良否検査を高い精度で行うことができないという問題がある。

本発明の一態様は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、検査対象の鋼材の材料成分の良否の検査を高い精度で行うことができる鋼材の非破壊検査方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る鋼材の非破壊検査方法は、準備工程と、配置工程と、渦電流生成工程と、周波数変更工程と、インピーダンス算出工程と、成分検査工程と、を含む鋼材の非破壊検査方法である。準備工程では、交流電流の周波数を変更可能な周波数可変回路と、前記交流電流により交流磁気を励起可能なコイルと、を有する非破壊検査装置を準備する。配置工程では、機械加工後のひずみが生じた前記鋼材を検査対象とし、前記コイルにより励起された交流磁気が前記検査対象の内部に浸透するように該検査対象を配置する。渦電流生成工程では、前記交流磁気を前記検査対象の内部に浸透させることにより、該検査対象に渦電流を発生させる。

そして、周波数変更工程では、前記周波数可変回路によって前記交流電流の周波数を連続的に変更することにより、前記検査対象への前記交流磁気の浸透深さを連続的に変化させる。インピーダンス算出工程では、前記コイル両端の間の電位差及び前記コイルを流れる電流値に基づいて、前記検査対象の前記浸透深さ毎のインピーダンスに関する値を算出する。成分検査工程では、前記インピーダンス算出工程にて算出された前記検査対象の前記浸透深さ毎のインピーダンスに関する値と、適正な材料成分からなる前記鋼材における前記浸透深さ毎の前記インピーダンスに関する値とを比較することにより、前記検査対象の材料成分の良否の検査を行うことを特徴とする。

上記した鋼材の非破壊検査方法によれば、上記非破壊検査装置によって検査対象に渦電流を発生させて検査対象への交流磁気の浸透深さを連続的に変化させ、検査対象の浸透深さ毎のインピーダンスに関する値の変化を、適正な材料成分からなる鋼材の場合における浸透深さ毎のインピーダンスに関する値の変化と比較することで、検査対象を破壊することなく、検査対象の材料成分の良否の検査を高い精度で行うことができる。更に、機械加工後にひずみが生じた鋼材を検査対象として用いることで、良品と不良品との磁気特性の違いを顕著にさせて、良否検査をより正確に実施できる。

また、本発明の一態様に係る鋼材の非破壊検査方法は、成分検査工程において、検査対象の浸透深さ毎のインピーダンスに関する値の分布と適正な材料成分からなる鋼材における浸透深さ毎のインピーダンスに関する値の分布とを比較し、検査対象の浸透深さ毎の前記インピーダンスに関する値の分布が所定の範囲内か否かを判定することにより、検査対象の材料成分の良否の検査を行うことを特徴とする。

上記した鋼材の非破壊検査方法によれば、検査対象の浸透深さ毎のインピーダンスに関する値の分布が所定の範囲内か否かを判定することで、検査対象の材料成分の良否の検査を行うことができるので、良否判定に用いるインピーダンスに関する値の範囲を適切に設定することによって、検査対象の鋼材の材料成分の良否検査を簡易に且つ確実に実施できる。

また、本発明の一態様に係る鋼材の非破壊検査方法は、成分検査工程において、適正な材料成分からなる鋼材における浸透深さ毎のインピーダンスと、検査対象の浸透深さ毎のインピーダンスとのインピーダンス比を算出し、インピーダンス比が所定の範囲内か否かを判定することにより、検査対象の材料成分の良否の検査を行うことを特徴とする。

上記した鋼材の非破壊検査方法によれば、適正な材料成分からなる鋼材を基準とした検査対象の浸透深さ毎のインピーダンス比を算出することに基づいて、検査対象の材料成分の良否の検査を行うので、良否判定に用いるインピーダンス比の範囲を適切に設定することによって、検査対象の鋼材の材料成分の良否の検査をより正確に行うことができる。

また、本発明の一態様に係る鋼材の非破壊検査方法は、成分検査工程の前に、検査対象と同一の加工後における適正な材料成分からなる鋼材に対して浸透深さ毎の基準となるインピーダンスに関する値を予め測定する基準インピーダンス測定工程を行い、成分検査工程において、基準インピーダンス測定工程にて測定された基準となるインピーダンスに関する値と、インピーダンス算出工程にて算出された検査対象の前記浸透深さ毎のインピーダンスに関する値とを比較することにより、検査対象の材料成分の良否の検査を行うことを特徴とする。

上記した鋼材の非破壊検査方法によれば、予め基準となる適正な材料成分からなる鋼材の浸透深さ毎のインピーダンスに関する値を測定しておくことで、複数の鋼材について材料成分の良否の検査を次々と行うことができ、成分検査工程を素早く且つ確実に進めることができる。

また、本発明の一態様に係る鋼材の非破壊検査方法は、成分検査工程の後に、検査対象が良品か不良品かを報知する報知工程を行うことを特徴とする。

上記した鋼材の非破壊検査方法によれば、製造工程中に不良品が混入した場合、報知工程において検査対象が不良品である旨が作業者に報知されるので、作業者が迅速に不良品（異材）を取り除いて、後の製造工程に異材が混ざることを早い段階で防止できる。

本発明の一態様によれば、検査対象の鋼材の材料成分の良否の検査を高い精度で行うことができる。

本発明の実施形態に係る非破壊検査装置の回路図である。 本発明の実施形態に係るコイルに発生する交流磁気を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る鋼材の非破壊検査方法を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態に係る成分検査工程の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る製造工程の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る成分検査工程における検査対象のインピーダンス比を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

［非破壊検査装置］
本実施形態の非破壊検査装置１は、図１に示すように、発振器１０と、検出器２０と、計測器３０とを備えて構成されている。発振器１０は、交流電源１１と、周波数可変回路１２とを有して構成される。周波数可変回路１２は、交流電源１１に接続されており、交流電源１１から出力される交流電流の周波数を変更するためのものである。

検出器２０は、後述するコイル２１を有して構成される。コイル２１の一端側（図１の点Ａ）は、交流電源１１に接続されており、交流電源１１から出力された交流電流が供給される。コイル２１の他端側（図１の点Ｂ）は、後述するＩ／Ｖ変換回路３４に接続されている。この検出器２０は、後述する検査対象Ｍの成分の良否判定の際に用いられる。なお、図１のコイル２１を示す破線内の回路記号は、コイル２１の電気等価回路を示している。

コイル２１は、図２に示すように、複数本の導通性のある線材を巻回して円筒状に形成されたものである。本実施形態では、複数本の細い導線を束ねて一本の線のように形成したものを線材として用いることで、コイル２１の共振周波数を高くすることができる。なお、コイル２１として、中空の円筒形状のコアに線材を巻回したもの（有芯コイル）を用いてもよい。また、線材は、単一の導線を用いてもよい。

本実施形態のコイル２１の製作方法は、まず、数百本のエナメル銅線を編み込みツイストした線材を、樹脂製の円筒に巻回した後、巻回した線材をエポキシ樹脂で接着し、円筒を取り外すことで製作した。

なお、コイル２１の製作方法としては、他にも、例えば熱硬化性樹脂で被覆した線材を用いてこの線材を巻回した後、熱風や乾燥炉等で加熱して線材をコイル状の形状を保つように固定する方法がある。このように、線材がコイル状の形状を保つことができれば、その製作方法は特に限定されない。

計測器３０は、増幅回路３１と、絶対値回路３２と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３と、Ｉ／Ｖ変換回路３４と、絶対値回路３５、ＬＰＦ３６と、制御部３７と、表示器３８とを備えて構成される。計測器３０は、コイル２１を流れる交流電流の電気特性を示す信号に基づいて、コイル２１のインピーダンスの変化を計測する。インピーダンスは、コイル２１の両端間の電位差と、コイル２１を流れる電流値との比を表すものである。

増幅回路３１は、一端側（図１では左側）がコイル２１の両端（図１の点Ａ及び点Ｂ）に接続されていると共に、他端側（図１では右側）が絶対値回路３２に接続されている。この増幅回路３１には、コイル２１の両端間の電位差の信号が入力される。増幅回路３１に入力された信号は増幅され、絶対値回路３２に入力される。

絶対値回路３２は、全波整流回路のことである。絶対値回路３２に入力された電位差信号は、全波整流された後、ＬＰＦ３３により直流に変換される。ＬＰＦ３３で変換された電位差信号は、制御部３７に入力される。

Ｉ／Ｖ変換回路３４は、コイル２１の他端側（図１の点Ｂ）に接続されている。コイル２１を流れた電流の電流値を示す信号は、Ｉ／Ｖ変換回路３４に入力され、電位差を示す信号に変換される。そして、絶対値回路３５により全波整流された後、ＬＰＦ３６により直流に変換される。ＬＰＦ３６で変換された信号は、制御部３７に入力される。

制御部３７は、図示しないが、マイクロプロセッサ、インターフェイス回路、メモリ、及び、これらを作動させるプログラム等を有して構成される。制御部３７は、周波数可変回路１２、ＬＰＦ３３、及びＬＰＦ３６に接続されている。制御部３７には、コイル２１の電気特性を示す信号、すなわち、コイル２１を流れる交流電流の周波数の信号、各周波数に対する電流値の信号及び電位差の信号が入力される。制御部３７は、コイル２１の電気特性を示す信号に基づいて、各周波数におけるインピーダンスを演算する。

また、制御部３７は、周波数可変回路１２に自動で連続的に周波数を変更する信号を出力する機能を有している。本実施形態では、検査対象Ｍである鋼材をコイル２１の内部に配置した状態で、制御部３７からの制御出力により周波数可変回路１２を介して周波数を変更する（図２参照）。なお、交流電流の周波数の変更は手動で行ってもよい。

また、本実施形態の制御部３７は、連続的に変更する周波数毎のインピーダンスＺ_２（インピーダンスに関する値）を算出し、算出したインピーダンスＺ_２と未処理品のインピーダンスＺ_０とのインピーダンス比γ_２（Ｚ_２／Ｚ_０）を算出する。また、制御部３７は、良品の場合の浸透深さ毎のインピーダンスＺ_１（インピーダンスに関する値）と、未処理品のインピーダンスＺ_０とのインピーダンス比γ_１（Ｚ_１／Ｚ_０）を算出する。そして、検査対象Ｍのインピーダンス比γ_２（インピーダンスに関する値）と、良品のインピーダンス比γ_１（インピーダンスに関する値）とを比較することにより、検査対象Ｍの材料成分の良否の検査を行う機能も果たす。

表示器３８は、後述する報知工程（Ｓ７）において、制御部３７による成分検査の結果の報知を行うものであり、検査対象Ｍが良品か否かを表示する。なお、検査対象Ｍが不良品の場合に、表示器３８からエラー音を出力してもよい。また、制御部３７による成分検査の結果により、検査対象Ｍの成分が判明した場合には、その材料成分を表示器３８に表示してもよい。

［渦電流の制御方法］
次に、非破壊検査装置１における渦電流の制御方法について説明する。まず、非破壊検査装置１のコイル２１に、交流電源１１から交流電流を印加する。コイル２１に交流電流が印加されると、後述するようにコイル２１の内部に配置された検査対象Ｍに、コイル２１により励起された交流磁気が浸透する（図２参照）。これにより、検査対象Ｍには渦電流が発生する。

本実施形態の非破壊検査装置１では、制御部３７が、周波数可変回路１２に制御信号を出力することにより、交流電流の周波数を連続的に変更することができる。そして、周波数可変回路１２によって交流電流の周波数を連続的に変更することで、検査対象Ｍへの交流磁気の浸透深さを連続的に変化させることが可能となっている。更に、制御部３７は、検査対象Ｍへの交流磁気の浸透深さを連続的に変化させ、コイル２１の両端間の電位差及びコイル２１を流れる電流値に基づいて、検査対象Ｍの上記浸透深さ毎のインピーダンスＺ_２を算出可能である。この場合、インピーダンスは、鋼材の材料成分に起因する磁気特性に応じて異なる値となる。

制御部３７は、コイル２１の両端（図１の点Ａ及び点Ｂ）の間の電位差と、コイル２１を流れる電流値に基づいて、インピーダンスＺ_２を算出し、算出したインピーダンスＺ_２と未処理品のインピーダンスＺ_０とのインピーダンス比γ_２（Ｚ_２／Ｚ_０）を算出する。

ここで、インピーダンス比γ_２とは、適正な材料成分からなる鋼材における浸透深さ毎のインピーダンスＺ_０、検査対象Ｍの浸透深さ毎のインピーダンスＺ_２との比率を表す。本実施形態では、後述するように良品のインピーダンス比γ_１を１．０としたとき、検査対象Ｍのインピーダンス比γ_２が所定範囲内であれば良品であると判定している。

なお、制御部３７のメモリに、予め種々の材料成分からなる鋼材において、交流磁気の浸透深さを連続的に変化させた場合のインピーダンスを集計したデータを記憶させておき、後述する成分検査工程（Ｓ６）で、このデータを用いるようにしてもよい。

［非破壊検査方法］
次に、図３に示すフローチャートを参照して、本実施形態の非破壊検査装置１による鋼材の非破壊検査方法について説明する。なお、図３に示すフローチャートは一例であり、このフローチャートの順序に限定されない。

本実施形態の鋼材の非破壊検査方法では、まず、検査対象Ｍの鋼材を用意すると共に、上記した非破壊検査装置１を準備する準備工程（Ｓ１）を行う。検査対象Ｍの鋼材としては、例えば、自動車や航空機、建設機械などの構成部品（歯車、ギヤなど）、その他にばねや金型、工具などに使用される鋼材を想定している。本実施形態では、材質がクロム鋼（ＪＩＳ規格：ＳＣｒ４２０Ｈ）であり、後述する鍛造工程（Ｓ２１）の後に、機械加工工程（Ｓ２２）で歯車の形状に加工された鋼材を検査対象Ｍとした場合について説明する。

続いて、検査対象Ｍの鋼材を配置する配置工程（Ｓ２）を行う。具体的には、検査対象Ｍの鋼材を、円筒状であるコイル２１の内部の円形断面中心に配置し、コイル２１により励起された交流磁気が検査対象Ｍの内部に浸透可能な状態にする。なお、配置方法は、これに限られず、コイル２１の交流磁気が検査対象Ｍの内部に浸透する配置であればよく、他にもコイル２１に対向する位置に検査対象Ｍを配置してもよい。

本実施形態では、後述する機械加工工程（Ｓ２２）の後、ひずみが生じた鋼材を検査対象Ｍとする。これは、機械加工した後の鋼材であれば、材料成分が異なるだけの異材（不良品）でも、良品と不良品とで発生する磁気の差が、機械加工前の鍛造品よりも大きくなり、異材を発見し易いためである。

配置工程（Ｓ２）の後、検査対象Ｍに渦電流を発生させる渦電流生成工程（Ｓ３）を行う。具体的には、制御部３７が、周波数可変回路１２を介して交流電源１１を作動させる。交流電源１１が作動すると、コイル２１に交流磁気が励起される（図２を参照）。コイル２１の交流磁気を検査対象Ｍの内部に浸透させることで、検査対象Ｍの内部に渦電流が発生する。

続いて、検査対象Ｍへの交流磁気の浸透深さを連続的に変化させる周波数変更工程（Ｓ４）を行う。具体的には、制御部３７が、周波数可変回路１２に制御信号を出力することにより、交流電源１１から出力される交流電流の周波数を連続的に変更する。これにより、検査対象Ｍへの交流磁気の浸透深さが連続的に変化する。この場合、検査対象Ｍへの交流磁気の浸透深さについては、検査対象Ｍの内部の組成によって、同じ交流磁気を検査対象Ｍに付与したとしても変動が生じるものである。

本実施形態では、検査対象Ｍへの交流磁気の浸透深さを、０μｍ〜１５０μｍまで変化させて、検査対象Ｍの材料成分の良否の検査を行った（図６参照）。なお、非破壊検査装置１における交流の電流値、周波数の変更範囲などの各種の条件は、検査対象Ｍに応じて適宜設定されるものとする。

周波数変更工程（Ｓ４）の後、検査対象Ｍの浸透深さ毎の上記インピーダンス比γ_２を算出するインピーダンス算出工程（Ｓ５）を行う。具体的には、制御部３７は、コイル２１の両端（図１の点Ａ及び点Ｂ）の間の電位差と、コイル２１を流れる電流値に基づいて、検査対象Ｍを配置した状態のコイル２１のインピーダンスＺ_２を算出し、算出したインピーダンスＺ_２と未処理品のインピーダンスＺ_０とのインピーダンス比γ_２（Ｚ_２／Ｚ_０）を算出する。

ここで、未処理品のインピーダンスＺ_０は、１０以上の未処理品の測定結果を周波数毎に平均し、その平均値を用いることが好ましい。また、良品の場合における上記インピーダンスＺ_１を予め算出しておき、この良品の場合のインピーダンスＺ_１と未処理品のインピーダンスＺ_０とのインピーダンス比γ_１（Ｚ_１／Ｚ_０）を予め算出しておくものとする。

次に、検査対象Ｍの材料成分の良否の検査を行う成分検査工程（Ｓ６）を実施する。この成分検査工程（Ｓ６）では、上記インピーダンス算出工程（Ｓ５）により算出された検査対象Ｍの浸透深さ毎のインピーダンス比γ_２と、適正な材料成分からなる鋼材における浸透深さ毎のインピーダンス比γ_１とを比較することにより、検査対象Ｍの材料成分の良否の検査を行う。なお、適正な材料成分からなる鋼材における浸透深さ毎のインピーダンス比γ_１の算出については、検査対象Ｍの浸透深さ毎のインピーダンス比γ_２を算出する後に行ってもよい。

なお、複数の鋼材について材料成分の良否の検査を行う場合、まず、１回目に適正な材料成分からなる鋼材における浸透深さ毎のインピーダンス比γ_１を算出し、この値を制御部３７のメモリに記憶させる。そして、２回目以降は、１回目に算出したインピーダンス比γ_１と、検査対象Ｍの鋼材における浸透深さ毎のインピーダンス比γ_２を比較することにより、検査対象Ｍの材料成分の良否を検査するようにすればよい。

ここで、成分検査工程の具体的な処理の流れについて、図４を参照して説明する。図４に示すように、成分検査工程では、まず、制御部３７は、検査対象Ｍのインピーダンス比γ_２が所定の範囲内か否かを判定する（Ｓ１１）。検査対象Ｍのインピーダンス比γ_２が所定の範囲内である場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、制御部３７は、検査対象Ｍが良品であると判定する（Ｓ１２）。一方、検査対象Ｍのインピーダンス比γ_２が所定の範囲内でない場合（Ｓ１１：Ｎｏ）、制御部３７は、検査対象Ｍが不良品であると判定する（Ｓ１３）。

所定の範囲としては、例えば、良品のインピーダンス比γ_１を１．０としたとき、検査対象Ｍのインピーダンス比γ_２と良品インピーダンス比γ_１との差が０．０１未満であれば良品と判定し、０．０１以上のずれがあれば不良品と判定するものとする（図６参照）。なお、所定の範囲は、これに限られず、適宜変更可能である。

続いて、成分検査工程（Ｓ６）の後に、検査対象Ｍが良品か不良品かを報知する報知工程（Ｓ７）を行う。この報知工程（Ｓ７）では、検査対象Ｍが良品か否かを表示器３８に表示する。なお、検査対象Ｍが不良品の場合に、表示器３８からエラー音を出力してもよい。また、予めメモリに記憶された種々の材料成分からなる鋼材のデータを用いることにより、不良品の材料成分が何であるかを表示したり、不良品の種類によって報知のエラー音が異なるようにしたりしてもよい。

また、本実施形態では、報知工程（Ｓ７）時に、図６に示すように、横軸に浸透深さ、縦軸にインピーダンス比をプロットしたグラフが表示される。図６に示す例では、鋼材としてクロム鋼（ＪＩＳ規格：ＳＣｒ４２０Ｈ）を良品、クロムモリブデン鋼（ＪＩＳ規格：ＳＣＭ４２０Ｈ）を不良品とした場合が示されている。クロムモリブデン鋼にはモリブデン（Ｍｏ）が０．１５〜０．２５％含有されているのに対し、クロム鋼にはモリブデンが含有されていないという成分の違いがある。

なお、本実施形態では、クロム鋼を良品としてクロムモリブデン鋼を不良品としたが、これに限られず、良品・不良品の設定は、適宜変更可能であるとする。例えば、普通鋼を良品として特殊鋼を不良品としてもよく、特殊鋼を良品として普通鋼を不良品としてもよい。

具体的には、クロム鋼のインピーダンス比γ_１を基準（１．０００）としたときの、クロムモリブデン鋼のインピーダンス比γ_２が図示されている。この場合、渦電流の浸透深さが深くなるほど、不良品（異材）であるクロムモリブデン鋼のインピーダンス比γ_２と、良品であるクロム鋼のインピーダンス比γ_１との差が広くなっている。すなわち、渦電流の反応に違いがあることが分かる。なお、これらクロムモリブデン鋼及びクロム鋼は、鍛造後に歯車の形状へ機械加工した同じ形状のものを用いている。

［製造工程］
次に、図５に示すフローチャートを参照して、本実施形態の鋼材の製造工程の流れについて説明する。なお、図５に示すフローチャートは一例でありこれに限定されない。

本実施形態の鋼材の製造工程では、まず、鋳造工程（Ｓ２１）が行われた後に、切削加工などの機械加工工程（Ｓ２２）が行われる。

本実施形態では、機械加工工程（Ｓ２２）の後に、上述した非破壊検査方法を行うようにしている。この機械加工工程（Ｓ２２）では、鋼材にひずみが生じる。このように、機械加工後の鋼材にひずみが生じた状態では、鋼材にひずみが生じていない状態よりも、渦電流の発生に伴うコイルの上記インピーダンス変化が大きくなる。これにより、異材の検出をより確実に行うことを可能としている。

また、機械加工工程（Ｓ２２）の直後に非破壊検査方法で異材を検知することができれば、これ以降の製造工程で不良品に対して無駄な処理を施してしまうことを防止できる。

続いて、熱処理工程（Ｓ２３）が行われる。この熱処理工程（Ｓ２３）では、鋼材に対して、例えば焼入れ、焼ならしなどの熱処理が適宜施される。

熱処理工程（Ｓ２３）の後、ショットピーニング工程（Ｓ２４）が行われる。このショットピーニング工程（Ｓ２４）では、ショットピーニング装置を用いて、鋼材の表面に小さな球状投射材を投射することにより、鋼材の表面に改質硬化を与える処理を行う。

次に、仕上げ工程（Ｓ２５）が行われる。この仕上げ工程（Ｓ２５）では、鋼材に対して、例えばブラシ研磨、バフ研磨、バレル研磨などの仕上げ処理が適宜施される。

［実施形態の効果］
上記した本実施形態の鋼材の非破壊検査方法によれば、上記非破壊検査装置１によって検査対象Ｍ（鋼材）に渦電流を発生させて検査対象Ｍへの交流磁気の浸透深さを連続的に変化させ、検査対象Ｍの浸透深さ毎のインピーダンス比γ_２の変化を、適正な材料成分からなる鋼材の場合における浸透深さ毎のインピーダンス比γ_１の変化と比較することで、検査対象Ｍを破壊することなく、検査対象Ｍの材料成分の良否の検査を高い精度で行うことができる。更に、機械加工後にひずみが生じた鋼材を検査対象Ｍとして用いることで、良品と不良品との磁気特性の違いを顕著にさせて、良否検査をより正確に実施できる。

特に、適正な材料成分からなる鋼材を基準とした検査対象Ｍの浸透深さ毎のインピーダンス比γ_１を算出することにより、検査対象Ｍの材料成分の良否の検査を行うので、良否判定に用いるインピーダンス比の範囲を適切に設定することによって、検査対象Ｍの鋼材の材料成分の良否の検査をより正確に行うことができる。

また、成分検査工程（Ｓ６）の後に、検査対象Ｍが良品か不良品かを報知する報知工程（Ｓ７）を行うので、製造工程中に異材が混入した場合、作業者が表示器３８を視認することで、検査対象Ｍの鋼材が不良品（異材）であることを直ちに認識できる。これにより、作業者が迅速に異材を取り除いて、後の製造工程に異材が混ざることを早い段階で防止できる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、成分検査工程（Ｓ６）にて適正な材料成分からなる鋼材における浸透深さ毎のインピーダンス比γ_１と、検査対象Ｍの浸透深さ毎のインピーダンス比γ_２とを比較することにより、検査対象Ｍの材料成分の良否の検査を行うものとしたが、成分検査方法は、これに限られない。成分検査工程（Ｓ６）にて、良品と不良品とのインピーダンスに関する値を比較することにより、検査対象の材料成分の良否の検査を行うものであればよい。すなわち、検査対象の材料成分の良否検査に用いる「インピーダンスに関する値」としては、インピーダンス比γ_１，γ_２に限られず、インピーダンス値、インピーダンス値の分布、インピーダンス値の最大値などを含むものとする。

例えば、検査対象Ｍの浸透深さ毎のインピーダンス値の分布と、適正な材料成分からなる鋼材における浸透深さ毎のインピーダンス値の分布とを比較し、検査対象Ｍの浸透深さ毎のインピーダンス値の分布が所定の範囲内か否かを判定することにより、検査対象Ｍの材料成分の良否の検査を行うようにしてもよい。

すなわち、検査対象Ｍの浸透深さ毎のインピーダンス値をプロットした分布図が、所定の範囲内であれば良品と判定する一方、所定の範囲外になった場合には不良品と判定する。所定の範囲としては、例えば、良品のインピーダンス値の分布に対して０．５％未満の誤差範囲であれば良品と判定し、０．５％以上の誤差があれば不良品と判定するものとする。なお、これは一例であり、検査対象Ｍの材料成分等に応じて適宜変更可能であるとする。

また、検査対象Ｍの浸透深さ毎のインピーダンスをプロットした分布図が、所定の面積内であれば良品と判定する一方、所定の面積外になった場合には不良品と判定するようにしてもよい。

上記した鋼材の非破壊検査方法によれば、上記インピーダンス比を算出する必要がないので、制御部３７の演算処理の手間を省くことができ、適切な範囲に閾値を設定することで簡易に且つ正確に良否検査を実施できる。

また、検査対象Ｍの浸透深さ毎のインピーダンス値の分布と、適正な材料成分からなる鋼材における浸透深さ毎のインピーダンス値の分布とを比較し、検査対象Ｍの浸透深さ毎のインピーダンスの分布の最大値が、所定の範囲内か否かを判定することにより、検査対象Ｍの材料成分の良否の検査を行うようにしてもよい。

また、インピーダンス算出工程（Ｓ５）の前に、検査対象Ｍと同一の加工後における適正な材料成分からなる鋼材に対して浸透深さ毎の基準インピーダンス比γ_１（基準となるインピーダンスに関する値）を測定する基準インピーダンス測定工程を行ってもよい。そして、成分検査工程（Ｓ６）において、基準インピーダンス測定工程にて測定された基準インピーダンスγ_１の値と、インピーダンス算出工程（Ｓ５）により算出された検査対象Ｍの浸透深さ毎のインピーダンス比γ_２とを比較することにより、検査対象Ｍの材料成分の良否の検査を行うようにしてもよい。

上記した鋼材の非破壊検査方法によれば、予め検査対象Ｍと同一の加工後における適正な材料成分からなる鋼材の浸透深さ毎の基準インピーダンスγ_１を測定しておくことで、複数の鋼材について材料成分の良否の検査を次々と行うことができ、成分検査工程（Ｓ６）を素早く且つ高精度に進めることができる。

また、図３に示す非破壊検査方法の各工程の流れは、一例であり、適宜変更可能である。例えば、準備工程（Ｓ１）と、配置工程（Ｓ２）との順番を入れ替えてもよい。

また、図５に示す製造工程の流れも、一例であり、機械加工工程（Ｓ２２）が含まれていればよく、適宜変更可能であるものとする。例えば、鍛造工程（Ｓ２１）の替わりに、鋳造工程や焼結工程が行われてもよく、ショットピーニング工程（Ｓ２４）がなくてもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 非破壊検査装置
１１ 交流電源
１２ 周波数可変回路
２１ コイル
３７ 制御部
３８ 表示器
Ｍ 検査対象
Ｚ_０，Ｚ_１，Ｚ_２ インピーダンス（インピーダンスに関する値）
γ_１，γ_２ インピーダンス比（インピーダンスに関する値）
Ａ，Ｂ コイル両端
Ｓ１ 準備工程
Ｓ２ 配置工程
Ｓ３ 渦電流生成工程
Ｓ４ 周波数変更工程
Ｓ５ インピーダンス算出工程
Ｓ６ 成分検査工程
Ｓ７ 報知工程

Claims (5)

1. 鋼材の非破壊検査方法であって、
   交流電流の周波数を変更可能な周波数可変回路と、前記交流電流により交流磁気を励起可能なコイルと、を有する非破壊検査装置を準備する準備工程と、
   機械加工後のひずみが生じた前記鋼材を検査対象とし、前記コイルにより励起された交流磁気が前記検査対象の内部に浸透するように該検査対象を配置する配置工程と、
   前記交流磁気を前記検査対象の内部に浸透させることにより、該検査対象に渦電流を発生させる渦電流生成工程と、
   前記周波数可変回路によって前記交流電流の周波数を連続的に変更することにより、前記検査対象への前記交流磁気の浸透深さを連続的に変化させる周波数変更工程と、
   前記コイル両端の間の電位差及び前記コイルを流れる電流値に基づいて、前記検査対象の前記浸透深さ毎のインピーダンスに関する値を算出するインピーダンス算出工程と、
   前記インピーダンス算出工程にて算出された前記検査対象の前記浸透深さ毎のインピーダンスに関する値と、適正な材料成分からなる前記鋼材における前記浸透深さ毎の前記インピーダンスに関する値とを比較することにより、前記検査対象の材料成分について、良品の適正な材料成分または不良品である異材の材料成分のいずれであるかの検査を行う成分検査工程と、
   を含むことを特徴とする鋼材の非破壊検査方法。
2. 前記インピーダンスの値の分布は、前記鋼材の種類に応じて異なる範囲を示し、
   前記成分検査工程において、前記検査対象の前記浸透深さ毎の前記インピーダンスの値の分布と適正な材料成分からなる前記鋼材における前記浸透深さ毎の前記インピーダンスの値の分布とを比較し、前記検査対象の前記浸透深さ毎の前記インピーダンスの値の分布が所定の範囲内か否かを判定することにより、前記検査対象の材料成分が良品の適正な材料成分か不良品である異材の材料成分かの検査を行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼材の非破壊検査方法。
3. 前記成分検査工程において、適正な材料成分からなる前記鋼材における前記浸透深さ毎の前記インピーダンスと、前記検査対象の前記浸透深さ毎の前記インピーダンスとのインピーダンス比を算出し、前記インピーダンス比が所定の範囲内か否かを判定することにより、前記検査対象の材料成分について、良品の適正な材料成分または不良品である異材の材料成分のいずれであるかの検査を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼材の非破壊検査方法。
4. 前記成分検査工程の前に、前記検査対象と同一の加工後における適正な材料成分からなる前記鋼材に対して前記浸透深さ毎の基準となるインピーダンスに関する値を予め測定する基準インピーダンス測定工程を行い、
   前記成分検査工程において、前記基準インピーダンス測定工程にて測定された前記基準となるインピーダンスに関する値と、前記インピーダンス算出工程にて算出された前記検査対象の前記浸透深さ毎のインピーダンスに関する値とを比較することにより、前記検査対象の材料成分について、良品の適正な材料成分または不良品である異材の材料成分のいずれであるかの検査を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鋼材の非破壊検査方法。
5. 前記成分検査工程の後に、前記検査対象が良品か不良品である異材かを報知する報知工程を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の鋼材の非破壊検査方法。

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