KR101218442B1 - 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법 및 담금질 깊이 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

측정 정밀도의 온도 의존성을 저감 또는 배제하면서, 와류 측정에 사용되는 교류 여자 신호의 상이한 2 종류의 주파수의 조합을 적정 또한 용이하게 선정할 수 있는 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 여자 코일 (111) 에 의해 측정 대상물 (102) 에 상이한 3 개 이상의 주파수의 교류 여자 신호를 인가하여 유도 전류를 발생시키고, 검출 코일 (121) 에 의해 각 주파수에 대응하는 검출 신호를 검출하고, 각 주파수에 대응하는 검출 신호에 기초하여 각 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차를 산출하고, 각 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 중 위상차의 차분이 소정 범위에 들어가는 2 개의 주파수의 조합을 추출하여, 당해 조합에 있어서의 2 개의 주파수 중 낮은 쪽의 주파수를 제 1 주파수로 함과 함께, 높은 쪽의 주파수를 제 2 주파수로 함으로써, 2 종류의 주파수의 조합을 선정한다.

Description

와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법 및 담금질 깊이 측정 방법{FREQUENCY SELECTION METHOD FOR EDDY CURRENT MEASUREMENT AND METHOD OF MEASURING DEPTH OF HARDENING}
본 발명은 와전류를 이용하여 측정 대상물을 비접촉 (비파괴) 으로 측정하는 기술, 예를 들어 담금질 처리를 실시함으로써 철강 재료로 이루어지는 부품 등의 표면에 형성되는 담금질층의 깊이 (담금질 깊이) 를 측정하는 기술에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 상기 와전류를 발생시키기 위한 유도 전류의 주파수를 적정하게 선정하는 기술에 관한 것이다.
종래, 담금질 처리에 의해 철강 재료로 이루어지는 부품 등의 표면에 형성되는 담금질층의 깊이 (담금질 깊이) 를 측정하는 방법으로서, 동일 배치 (batch) 에서 담금질 처리된 부품 등의 일부를 절단하여, 그 절단면의 조직을 관찰하거나, 혹은 당해 절단면에 있어서의 비커스 경도의 깊이 방향의 분포를 측정하는 방법이 알려져 있다.
그러나, 이 방법은, (1) 제품이 될 수 있는 부품 등의 일부를 절단하는 공정을 포함하기 때문에, 절단 후의 측정 대상물을 측정 후에 폐기해야 하므로 제품 수율 저하의 요인이 된다는 점, (2) 절단, 절단면의 처리 (연마, 에칭 등), 전자 현미경 등에 의한 절단면의 관찰 혹은 비커스 경도계에 의한 경도 측정과 같은 일련의 공정을 거쳐 이루어지기 때문에 측정에 요하는 시간이 길다는 점, (3) 상기 이유로부터 전수 (全數) 검사에 적용할 수 없다는 점, (4) 본디 샘플링 검사에 의한 전수의 품질 보증에는 한계가 있고, 측정 대상물의 측정 결과에 따라서는 동일 뱃치에서 담금질 처리된 부품 등을 모두 불량품으로 취급해야 해서, 이 역시 제품 수율 저하의 요인이 된다는 점과 같은 여러 가지 문제가 있다.
이러한 문제를 해소하는 방법으로서, 이른바 와류 센서를 사용하여 비접촉으로 실시하는 담금질 깊이의 측정이 검토되고 있다. 예를 들어 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에 기재된 바와 같다.
특허문헌 1 에 기재된 방법은, 측정 대상물에 삽입 통과된 와류 센서의 여자 코일에 의해 교류 자장을 발생시키고, 당해 교류 자장에 의해 측정 대상물의 표면에 와전류를 발생시키고, 당해 와전류에 의해 발생하는 유도 자장의 크기를 측정 대상물에 삽입 통과된 와류 센서의 검출 코일에 의해 출력 전압의 형태로 검출하고, 동종의 재료로 이루어지는 이미 알려진 측정 대상물의 담금질 깊이와 출력 전압의 관계와 당해 검출 코일의 출력 전압을 비교함으로써 담금질층의 깊이를 측정하는 것이다.
특허문헌 2 에 기재된 방법은, 측정 대상물에 삽입 통과된 와류 센서의 여자 코일에 복수의 상이한 주파수의 교류 전압 (교류 여자 신호) 을 인가하여, 여자 코일에 의해 측정 대상물의 표면에 와전류를 발생시키고, 당해 와전류에서 기인하는 유도 자장의 크기를 측정 대상물에 삽입 통과된 와류 센서의 검출 코일의 출력 전압 (검출 신호) 으로서 검출하고, 교류 여자 신호와 검출 신호의 진폭비에 기초하여 측정 대상물 경도의 깊이 방향의 분포를 측정함과 함께, 교류 여자 신호에 대한 검출 신호의 위상차에 기초하여 측정 대상물의 담금질 깊이를 측정하는 것이다.
특허문헌 2 에 기재된 방법은, 비접촉으로 측정 대상물 경도의 깊이 방향의 분포 및 담금질 깊이의 양방 모두를 동시에 측정할 수 있어, 전수 검사에 대하여 적용할 수 있다.
그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에 기재된 방법은, 측정 대상물의 로트 변동이나 측정 환경의 변동 등에 따라 측정 대상물의 측정시의 온도가 변동하면 담금질 깊이의 측정 결과가 변동하여, 담금질 깊이를 양호한 정밀도로 측정하기 곤란하다는 문제가 있다.
이는, 측정 대상물의 온도가 변동하면 측정 대상물의 투자율이나 도전율이 변화되고, 나아가서는 검출 코일의 출력 전압 (검출 신호) 이 변동함으로 인한 것이다.
측정 대상물이 고주파 담금질을 실시한 철강 재료로 이루어지는 드라이브 샤프트인 경우, 당해 드라이브 샤프트의 제조 공장의 환경 온도는 한여름의 낮 (35 ℃ 정도) 과 한겨울의 이른 아침 (5 ℃ 정도) 에서는 약 30 ℃ 의 온도 변동이 있으며, 같은 날이라도 밤낮으로 큰 온도 변동이 있다.
또, 고주파 담금질을 실시한 직후의 드라이브 샤프트는 환경 온도보다 고온이기 때문에, 예를 들어 일시 휴지되어 있던 제조 공장이 가동을 재개할 때 등, 통상적인 가동시와, 담금질하고 나서 담금질 깊이의 측정을 개시하기까지 요하는 시간이 상이한 경우에는, 담금질 깊이의 측정시에 있어서의 드라이브 샤프트의 온도가 변동한다.
이러한 온도 변동에 의한 담금질 깊이의 측정 정밀도의 저하를 방지하는 방법으로는, (1) 공조 설비를 이용함으로써 측정 대상물, 측정 장치 및 그 주위 환경의 온도를 일정하게 유지하여 담금질 깊이를 측정하거나, (2) 담금질 깊이를 측정하기 직전에 측정 대상물의 온도를 측정하고, 당해 측정 온도에 기초하여 담금질 깊이의 측정 결과를 보정하는 등의 방법을 생각할 수 있다.
그러나, 상기 (1) 의 방법은 설비 비용이 비싸고, 또 측정 대상물, 측정 장치 및 그 주위 환경의 온도가 일정하게 유지될 때까지 측정할 수 없다 (작업 효율이 양호하지 않다) 는 문제를 갖는다.
또, 상기 (2) 의 방법은, 담금질 깊이의 측정뿐만 아니라 측정 대상물의 온도 측정을 실시하기 때문에, 공정수가 증대된다는 문제를 갖는다. 특히, 온도 측정은 단시간에 실시하는 것이 일반적으로 곤란하기 (측정 온도가 평형 상태에 이를 때까지 유지할 필요가 있기) 때문에, 측정 대상물 1 개당 담금질 깊이의 측정에 요하는 시간이 길어져, 측정 대상물의 제조 공정에 있어서의 전수 검사 등에 적용하기 곤란해진다.
상기 문제를 해소하는 방법으로서, 발명자는, 여자 코일에 의해 드라이브 샤프트에 상이한 2 종류의 주파수의 교류 여자 신호를 인가하여 드라이브 샤프트에 상이한 2 종류의 주파수에 각각 대응하는 와전류로 이루어지는 유도 전류를 발생시키고, 검출 코일에 의해 상이한 2 종류의 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호를 검출하고, 상이한 2 종류의 주파수 중 일방에 대응하는 검출 신호의 진폭값, 상이한 2 종류의 주파수 중 일방에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차, 상이한 2 종류의 주파수 중 타방에 대응하는 검출 신호의 진폭값, 그리고 상이한 2 종류의 주파수 중 타방에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차에 기초하여 이하의 수학식 1 로 나타내는 차분값 (D) 을 산출하고, 당해 차분값 (D) 에 기초하여 드라이브 샤프트의 담금질 깊이를 측정한다는 일련의 작업을 하는 방법을 실시함으로써, 환경 온도 및 드라이브 샤프트 자체의 온도 변화에 상관없이 드라이브 샤프트의 담금질 깊이를 비접촉 (비파괴) 또한 고속으로 측정할 수 있으며, 나아가서는 측정 대상물의 전수 검사 (인라인 검사) 에 대한 적용이 가능하다는 지견을 얻었다.
[수학식 1]
Figure 112010055141168-pct00001
그러나, 상기 방법은, 이하의 문제를 갖는다.
즉, 상기한 방법에 있어서 충분한 측정 정밀도를 확보하기 위해서는 드라이브 샤프트에 인가되는 교류 여자 신호의 상이한 2 종류의 주파수의 조합을 적정하게 선정할 필요가 있는데, 상이한 2 종류의 주파수의 조합을 선정하는 작업은 실제로는 시행 착오에 의해 (구체적으로는, 측정 대상물의 복수의 측정 부위에 대하여 주파수의 조합을 여러 가지로 변경하면서 검출 신호를 취득하고, 이에 기초하여 담금질 깊이를 산출한 결과와 실제로 측정 부위를 절단하여 현미경 관찰 혹은 비커스 경도 측정에 의해 구한 담금질 깊이를 비교함으로써) 선정해야 하므로, 적정한 2 종류의 주파수의 조합을 선정하기 위하여 다대한 노력 및 시간을 요한다.
또, 이러한 적정한 2 종류의 주파수의 조합은 측정 대상물의 형상 혹은 측정 부위가 바뀌면 변동하기 때문에, 적정한 2 종류의 주파수의 조합을 선정하는 작업을 측정 대상물마다, 혹은 측정 부위마다 실시해야 한다.
상기 주파수의 조합을 선정하는 작업에 있어서 시행 착오를 수반하는 원인은, 측정시의 환경 온도 및 측정 대상물의 온도 변동에 수반하는 측정 정밀도의 저하에 의한 것으로, 측정 정밀도의 온도 의존성의 메커니즘을 해명하여, 측정 정밀도의 온도 의존성을 일정한 법칙에 따라 효율적으로 저감 또는 배제할 수 있는 주파수 조합의 선정 방법이 요구된다.
일본 공개특허공보 2002-14081호 일본 공개특허공보 2004-108873호
본 발명은 이상과 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, 측정 정밀도의 온도 의존성을 저감 또는 배제하면서, 와류 측정에 사용되는 교류 여자 신호의 상이한 2 종류의 주파수의 조합을 적정 또한 용이하게 선정할 수 있는 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상과 같으며, 다음으로 이 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.
본 발명의 제 1 양태에 관련된 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법은, 여자 코일에 의해 측정 대상물에 제 1 주파수 및 상기 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수의 교류 여자 신호를 인가하여 상기 측정 대상물에 상기 제 1 주파수 및 상기 제 2 주파수에 각각 대응하는 와전류로 이루어지는 유도 전류를 발생시키고, 검출 코일에 의해 상기 제 1 주파수 및 상기 제 2 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호를 검출하고, 상기 제 1 주파수에 대응하는 검출 신호의 진폭값 (Y1), 상기 제 1 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (X1), 상기 제 2 주파수에 대응하는 검출 신호의 진폭값 (Y2), 그리고 상기 제 2 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (X2) 에 기초하여 수학식 1 로 나타내는 차분값 (D) 을 산출하고, 상기 차분값 (D) 에 기초하여 측정 대상물을 측정하는 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법이다.
상기 주파수 선정 방법에 있어서는, 상기 여자 코일에 의해 상기 측정 대상물에 상이한 3 개 이상의 주파수의 교류 여자 신호를 인가하여 상기 측정 대상물에 상기 상이한 3 개 이상의 주파수에 각각 대응하는 유도 전류를 발생시키고, 상기 검출 코일에 의해 상기 상이한 3 개 이상의 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호를 검출하는 주파수 선정용 여자·검출 공정과, 상기 주파수 선정용 여자·검출 공정에 있어서 검출된 상기 상이한 3 개 이상의 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호에 기초하여, 상기 상이한 3 개 이상의 주파수의 각각에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차를 산출하는 위상차 산출 공정과, 상기 위상차 산출 공정에 있어서 산출된 상기 상이한 3 개 이상의 주파수 중, 상기 위상차의 차분이 소정 범위에 들어가는 2 개의 주파수의 조합을 추출하여, 당해 조합에 있어서의 2 개의 주파수 중 낮은 쪽의 주파수를 상기 제 1 주파수로 함과 함께, 높은 쪽의 주파수를 상기 제 2 주파수로 하는 주파수 추출 공정을 구비하는 것이다.
[수학식 1]
Figure 112010055141168-pct00002
본 발명의 주파수 선정 방법에 있어서는, 상기 차분값 (D) 을 수학식 2 로 나타내는 차분값 (D), 측정 대상물의 담금질 깊이 (H), 상수 (A) 및 상수 (B) 의 관계식에 대입함으로써, 상기 측정 대상물의 담금질 깊이 (H) 를 산출하는 것이 바람직하다.
[수학식 2]
Figure 112010055141168-pct00003
본 발명의 제 2 양태에 관련된 담금질 깊이 측정 방법은, 여자 코일에 의해 측정 대상물에 제 1 주파수 및 상기 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수의 교류 여자 신호를 인가하여 상기 측정 대상물에 상기 제 1 주파수 및 상기 제 2 주파수에 각각 대응하는 와전류로 이루어지는 유도 전류를 발생시키고, 검출 코일에 의해 상기 제 1 주파수 및 상기 제 2 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호를 검출하는 여자·검출 공정과, 상기 제 1 주파수에 대응하는 검출 신호의 진폭값 (Y1), 상기 제 1 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (X1), 상기 제 2 주파수에 대응하는 검출 신호의 진폭값 (Y2), 그리고 상기 제 2 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (X2) 에 기초하여 수학식 1 로 나타내는 차분값 (D) 을 산출하는 차분값 산출 공정과, 상기 차분값 산출 공정에 있어서 산출된 차분값 (D) 을 수학식 2 로 나타내는 차분값 (D), 측정 대상물의 담금질 깊이 (H), 상수 (A) 및 상수 (B) 의 관계식에 대입함으로써, 상기 측정 대상물의 담금질 깊이 (H) 를 산출하는 담금질 깊이 산출 공정을 구비한다.
본 발명의 제 1 양태인 주파수 선정 방법에 의하면, 측정 정밀도의 온도 의존성을 저감 또는 배제하면서, 와류 측정에 사용되는 교류 여자 신호의 상이한 2 종류의 주파수의 조합을 적정 또한 용이하게 선정할 수 있다는 효과를 발휘한다.
본 발명의 제 2 양태인 담금질 깊이 측정 방법에 의하면, 측정 대상물의 담금질 깊이를 비접촉으로 양호한 정밀도로 측정할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1 은 본 발명에 관련된 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법의 일 실시형태 및 본 발명에 관련된 담금질 깊이 측정 방법의 일 실시형태가 적용되는 담금질 깊이 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2 는 측정 대상물의 결정 조직, 경도 및 투자율과 표면으로부터의 거리와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3 은 상기 담금질 깊이 측정 장치의 측정 원리를 나타내는 도면이다.
도 4 는 교류 여자 신호와 검출 신호의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5 는 상기 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법의 일 실시형태를 나타내는 플로우도이다.
도 6 은 위상차 (X) 와 진폭값 (Y) 의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7 은 상기 담금질 깊이 측정 방법의 일 실시형태를 나타내는 플로우도이다.
도 8 은 담금질 깊이 (H) 와 차분값 (D) 의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9 는 위상차 (X) 와 담금질 깊이 (H) 의 관계를 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하에서는, 도 1 을 이용하여 본 발명에 관련된 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법의 일 실시형태 및 본 발명에 관련된 담금질 깊이 측정 방법의 일 실시형태가 적용되는 담금질 깊이 측정 장치 (100) 의 장치 구성에 대하여 설명한다.
담금질 깊이 측정 장치 (100) 는 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이를 측정하는 것으로서, 주로 여자부 (110), 검출부 (120) 및 제어 장치 (130) 를 구비한다.
여기서, 「담금질 깊이」 는, 일본 공업 규격의 「강의 염 (炎) 담금질 및 고주파 담금질 경화층 깊이 측정 방법 (JIS G 0559)」 에 개시되는 「유효 경화층 깊이」 (탄소 농도가 0.45 wt％ 인 강의 경우, 비커스 경도가 450 Hv 가 되는 깊이) 에 상당하지만, 본 발명에 관련된 담금질 깊이는 이에 한정되지 않고, 동일 일본 공업 규격의 「강의 염담금질 및 고주파 담금질 경화층 깊이 측정 방법 (JIS G 0559)」 에 개시되는 「전체 경화층 깊이 (경화층의 표면으로부터 생지 (生地 : 모층) 와의 물리적 성질 (경도) 또는 화학적 성질 (매크로 조직) 의 차이를 구별할 수 없게 되는 위치까지의 깊이)」 로 해도 되고, 다른 방법으로 정한 것이어도 된다.
측정 대상물 (102) 은 철강 재료 등의 금속 재료로 이루어지며, 미리 담금질 처리된 부품 등이다.
본 실시형태의 측정 대상물 (102) 은 자동차의 구동력 전달 기구에 사용되는 드라이브 샤프트로서, 기계 구조용 탄소강인 S45C (탄소 농도 : 약 0.45 wt％) 에 고주파 담금질을 실시한 것인데, 본 발명에 관련된 측정 대상물의 형상 (부품의 종류 등) 및 재질은 이에 한정되지 않고, 담금질 처리를 할 수 있는 금속 재료 (주로 철강 재료) 로 이루어지는 부품 등을 폭넓게 포함한다.
또, 본 발명에 관련된 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법이 적용되는 와류 측정의 측정 대상물은, 본 실시형태와 같은 「담금질 처리된 부품」 에 한정되지 않고, 여러 가지 금속 재료로 이루어지는 물품을 포함한다. 본 발명에 관련된 측정 대상물의 다른 실시형태로는, 표면에 침탄 처리가 이루어진 물품, 표면에 질화 처리가 이루어진 물품 등을 들 수 있다.
여자부 (110) 는, 측정 대상물 (102) 에 교류 자장을 작용시킴으로써 측정 대상물 (102) 에 (보다 엄밀하게는, 측정 대상물 (102) 의 표면 및 내부에) 유도 전류를 발생시키는 것이다.
여자부 (110) 는 여자 코일 (111), 교류 전원 (112) 등을 구비한다.
여자 코일 (111) 은 본 발명에 관련된 여자 코일의 일 실시형태이다.
여자 코일 (111) 은 도전체로 이루어지는 코일로서, 복수의 상이한 주파수 (Fa, Fb …, Fx) 의 교류 여자 신호가 인가됨으로써 측정 대상물 (102) 에 각 주파수에 대응하는 유도 전류 (와전류) 를 발생시키는 것이다.
여기서, 「교류 여자 신호를 인가한다」 란, 여자 코일에 소정 주파수를 갖는 소정 진폭의 교류 전압을 인가하는 것을 가리킨다.
여자 코일 (111) 의 양단에는 각각 단자 (111a·111b) 가 형성된다.
또한, 본 실시형태에서는 도 1 에 나타내는 바와 같이, 측정 대상물 (102) 을 여자 코일 (111) 에 삽입 통과시킨 상태에서 여자 코일 (111) 에 교류 여자 신호를 인가하는 구성으로 하였는데, 본 발명에 관련된 담금질 깊이 측정 장치는 이에 한정되지 않고, 예를 들어 평판 형상의 측정 대상물의 판면으로부터 소정 거리만큼 이간된 위치에 여자 코일을 배치한 상태에서 당해 여자 코일에 교류 여자 신호를 인가하는 구성으로 해도 된다.
교류 전원 (112) 은 소정 주파수를 갖는 소정 진폭의 교류 전압을 발생시킴으로써, 여자 코일 (111) 에 교류 여자 신호 (교류 전압) 를 인가하는 것이다. 교류 전원 (112) 은 여자 코일 (111) 의 단자 (111a·111b) 에 접속된다.
또, 교류 전원 (112) 은 교류 전압의 주파수를 5 ㎐ 이상 30 ㎑ 이하의 범위에서 변경할 수 있으며, 5 ㎐ 이상 30 ㎑ 이하의 범위에 들어가는 복수의 주파수 (Fa, Fb, …, Fx) 의 교류 여자 신호 (교류 전압) 를 선택적으로 여자 코일 (111) 에 인가할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 담금질 깊이 측정 장치 (100) 의 여자 코일에 인가되는 교류 여자 신호의 주파수의 범위는 5 ㎐ 이상 30 ㎑ 이하인데, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 교류 여자 신호의 주파수의 범위를 측정 대상물의 재질, 크기, 형상 등에 따라 적절히 선택할 수 있다.
검출부 (120) 는 측정 대상물 (102 : 보다 엄밀하게는, 측정 대상물 (102) 의 표면 및 내부) 에 발생하는 유도 전류에서 기인하는 유도 전압 (검출 신호) 을 검출하는 것이다.
검출부 (120) 는 주로 검출 코일 (121), 전압계 (122) 등을 구비한다.
검출 코일 (121) 은 본 발명에 관련된 검출 코일의 일 실시형태이다.
검출 코일 (121) 은 측정 대상물 (102) 에 삽입 통과되는 코일로서, 측정 대상물 (102 : 보다 엄밀하게는, 측정 대상물 (102) 의 표면 및 내부) 에 발생하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호를 검출하는 것이다.
검출 코일 (121) 의 양단에는 각각 단자 (121a·121b) 가 형성된다.
검출 코일 (121) 및 여자 코일 (111) 은, 양자의 중심축이 대략 일직선이 되도록 배치된다.
또한, 본 실시형태에서는 도 1 에 나타내는 바와 같이, 측정 대상물 (102) 을 검출 코일 (121) 에 삽입 통과시킨 상태에서 검출 신호를 검출하는 구성으로 하였는데, 본 발명에 관련된 담금질 깊이 측정 장치는 이에 한정되지 않고, 예를 들어 평판 형상의 측정 대상물의 판면으로부터 소정 거리만큼 이간된 위치에 검출 코일을 배치한 상태에서 검출 신호를 검출하는 구성으로 해도 된다.
전압계 (122) 는 단자 (121a·121b) 에 접속되어, 검출 코일 (121) 에 의해 검출되는 검출 신호 (유도 전압) 를 소정 디지털 신호로 변환하는 것이다.
또한, 본 실시형태는, 여자 코일인 여자 코일 (111) 과 검출 코일인 검출 코일 (121) 을 동일한 케이스체 (105) 에 수용하고, 케이스체 (105), 여자 코일 (111) 및 검출 코일 (121) 을 합친 것을 「와류 센서」 로 하는 구성인데, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 여자 코일 및 검출 코일을 각각 별개의 케이스체에 수용하는 구성이어도 된다.
제어 장치 (130) 는, 담금질 깊이 측정 장치 (100) 의 동작을 제어함과 함께 검출부 (120) 로부터의 검출 신호에 기초하여 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이를 산출하는 (담금질 깊이의 측정 결과를 취득하는) 것이다.
제어 장치 (130) 는 주로 제어부 (131), 입력부 (132), 표시부 (133) 등을 구비한다.
제어부 (131) 는 여러 가지 프로그램 등을 저장할 수 있고, 이들 프로그램 등을 전개할 수 있으며, 이들 프로그램 등에 따라 소정 연산을 실시할 수 있고, 당해 연산의 결과 등을 기억할 수 있다.
제어부 (131) 는 실체적으로는, CPU, ROM, RAM, HDD 등이 버스로 서로 접속되는 구성이어도 되고, 혹은 원 칩의 LSI 등으로 이루어지는 구성이어도 된다.
본 실시형태의 제어부 (131) 는 전용품이지만, 시판되는 퍼스널 컴퓨터나 워크스테이션 등에 상기 프로그램 등을 저장한 것으로 달성할 수도 있다.
제어부 (131) 는 교류 전원 (112) 에 접속되어, 교류 전원 (112) 에 소정 제어 신호를 송신함으로써 교류 전원 (112) 의 교류 여자 신호의 주파수 및 진폭을 변경할 수 있다.
또, 제어부 (131) 는 전압계 (122) 에 접속되어, 「검출 코일 (121) 에 의해 검출된 검출 신호 (유도 전압) 를 다시 전압계 (122) 에 의해 소정 디지털 신호로 변환한 것」 을 취득할 수 있다.
제어부 (131) 는, 기능적으로는 기억부 (131a), 주파수 변경부 (131b), 차분값 산출부 (131c), 담금질 깊이 산출부 (131d), 판정부 (131e), 선정용 주파수 변경부 (131f), 위상차 산출부 (131g) 및 선정용 주파수 추출부 (131h) 를 구비한다.
실체적으로는, 제어부 (131) 가 제어부 (131) 에 저장된 프로그램에 따라 소정 연산 등을 실시함으로써, 기억부 (131a), 주파수 변경부 (131b), 차분값 산출부 (131c), 담금질 깊이 산출부 (131d), 판정부 (131e), 선정용 주파수 변경부 (131f), 위상차 산출부 (131g) 및 선정용 주파수 추출부 (131h) 로서 기능한다.
제어부 (131) 중, 기억부 (131a), 선정용 주파수 변경부 (131f), 위상차 산출부 (131g) 및 선정용 주파수 추출부 (131h) 가 협동함으로써, 본 발명에 관련된 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법의 일 실시형태를 구성하는 각 공정이 이루어진다.
제어부 (131) 중, 기억부 (131a), 주파수 변경부 (131b), 차분값 산출부 (131c), 담금질 깊이 산출부 (131d) 및 판정부 (131e) 가 협동함으로써, 본 발명에 관련된 담금질 깊이 산출 방법의 일 실시형태를 구성하는 각 공정이 이루어진다.
기억부 (131a), 주파수 변경부 (131b), 차분값 산출부 (131c), 담금질 깊이 산출부 (131d), 판정부 (131e), 선정용 주파수 변경부 (131f), 위상차 산출부 (131g) 및 선정용 주파수 추출부 (131h) 의 각각의 구체적인 기능에 대해서는 후술한다.
입력부 (132) 는 제어부 (131) 에 접속되어, 제어부 (131) 에 담금질 깊이 측정 장치 (100) 에 의한 담금질 깊이의 측정에 관련된 여러 정보·지시 등을 입력하는 것이다.
본 실시형태의 입력부 (132) 는 전용품이지만, 예를 들어 시판되는 키보드, 마우스, 포인팅 디바이스, 버튼, 스위치 등을 사용해도 동일한 효과를 달성할 수 있다.
표시부 (133) 는, 예를 들어 입력부 (132) 로부터 제어부 (131) 에 대한 입력 내용, 담금질 깊이 측정 장치 (100) 의 동작 상황, 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 측정 결과 등을 표시하는 것이다.
본 실시형태의 표시부 (133) 는 전용품이지만, 예를 들어 시판되는 액정 디스플레이 (LCD ; Liquid Crystal Display) 나 CRT 디스플레이 (Cathode Ray Tube Display) 등을 사용해도 동일한 효과를 달성할 수 있다.
본 실시형태는, 입력부 (132) 와 표시부 (133) 를 별체로 하는 구성으로 하였는데, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어 터치 패널과 같이 정보를 입력하는 기능과 정보를 표시하는 기능을 겸하는 구성 (입력부와 표시부를 일체로 한 구성) 이어도 된다.
이하에서는, 도 2 내지 도 4 를 사용하여 담금질 깊이 측정 장치 (100) 의 측정 원리에 대하여 설명한다.
도 2 는 담금질 처리된 측정 대상물 (102) 의 결정 조직 (층), 경도 및 투자율과 측정 대상물 (102) 의 표면으로부터의 거리 (깊이) 와의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 측정 대상물 (102) 의 결정 조직은, 표면으로부터 순서대로 경화층 (1), 경계층 (2), 모층 (3) 의 3 개의 층으로 구성된다.
경화층 (1) 은 측정 대상물 (102) 의 표면 근방에 형성되는 층으로서, 담금질 처리시에 있어서의 냉각 속도가 가장 빠른 부분이다.
경화층 (1) 의 주된 결정 조직은 마르텐사이트 (martensite) 이다.
경계층 (2) 은 경화층 (1) 보다 표면으로부터의 거리가 멀고, 담금질 처리시에 있어서의 냉각 속도가 경화층 (1) 보다 느린 부분에 형성되는 층이다.
본 실시형태에서는, 측정 대상물 (102) 을 구성하는 재료인 S45C 는 중탄소강으로 분류되는 것 (탄소 농도가 0.45 wt％ 정도인 것) 으로서, 경계층 (2) 의 주된 결정 조직은 트루스타이트 (troostite) 및 소르바이트 (sorbite) 로 이루어지는 미세 펄라이트 (fine pearlite), 열 영향층 등이다.
또한, 경계층을 구성하는 결정 조직은 측정 대상물을 구성하는 재료의 조성에 따라 상이한 것으로서, 본 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
경계층을 구성할 수 있는 결정 조직의 다른 예로는, 상부 베이나이트 (upper bainite) 및 하부 베이나이트 (lower bainite) 등을 들 수 있다.
모층 (3) 은 경계층 (2) 보다 표면으로부터의 거리가 멀고, 담금질 처리시에 있어서의 냉각 속도가 경계층 (2) 보다 느린 부분에 형성되는 층이다.
본 실시형태에서는, 측정 대상물 (102) 을 구성하는 재료인 S45C 는 중탄소강으로 분류되는 것으로서, 모층 (3) 의 주된 결정 조직은 펄라이트 (pearlite) 및 페라이트 (ferrite) 의 혼합 조직이다.
또한, 모층을 구성하는 결정 조직은 측정 대상물을 구성하는 재료의 조성에 따라 상이한 것으로서, 본 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
모층을 구성할 수 있는 결정 조직의 다른 예로는, 펄라이트 조직, 페라이트와 시멘타이트의 혼합 조직 등을 들 수 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 측정 대상물 (102) 의 경도 (비커스 경도) 는 결정 조직과 밀접한 관계가 있다.
경화층 (1) 을 구성하는 마르텐사이트는 일반적으로 결정 입경이 작고 전위 밀도가 크기 때문에 경도가 높다. 단, 경화층 (1) 의 경도는 일반적으로 표면으로부터의 거리가 변화되어도 거의 변화되지 않는다. 본 실시형태의 경화층 (1) 의 경도는 비커스 경도로 600 ~ 700 (Hv) 정도이다.
경계층 (2) 을 구성하는 미세 펄라이트나 열 영향층은, 경화층 (1) 을 구성하는 마르텐사이트에 비해 일반적으로 결정 입경이 크고 전위 밀도도 작기 때문에, 경도도 상대적으로 낮다.
또, 경계층 (2) 의 경도는 표면으로부터의 거리가 멀어질수록 (깊어질수록) 작아진다.
모층 (3) 을 구성하는 펄라이트 및 페라이트의 혼합 조직은, 경계층 (2) 을 구성하는 미세 펄라이트나 열 영향층에 비해 일반적으로 결정 입경이 크기 때문에, 경도도 상대적으로 낮다. 단, 모층 (3) 의 경도는 일반적으로 표면으로부터의 거리가 변화되어도 거의 변화되지 않는다. 본 실시형태의 모층 (3) 의 경도는 비커스 경도로 300 (Hv) 정도이다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 측정 대상물 (102) 의 투자율은 결정 조직과 밀접한 관계가 있다. 이는, 일반적으로 측정 대상물 (102) 의 결정 입경이 작아지면 측정 대상물 (102) 의 투자율은 낮아지는 경향이 있음과 함께, 철강 재료는 결정 입경이 작아지면 그 경도가 커지는 경향이 있음으로 인한 것이다. 따라서, 측정 대상물 (102) 의 투자율과 경도는 대략 반비례의 관계에 있다.
경화층 (1) 의 투자율은 낮고, 일반적으로 표면으로부터의 거리가 변화되어도 거의 변화되지 않는다.
경계층 (2) 의 투자율은 경화층 (1) 보다 상대적으로 크고, 표면으로부터의 거리가 멀어질수록 (깊어질수록) 커진다.
모층 (3) 의 투자율은 경화층 (1) 및 경계층 (2) 보다 상대적으로 크고, 일반적으로 표면으로부터의 거리가 변화되어도 거의 변화되지 않는다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 측정 대상물 (102) 이 여자 코일 (111) 및 검출 코일 (121) 의 근방에 배치된 상태에서, 복수의 주파수 (Fa, Fb, …, Fx) 의 교류 여자 신호를 여자 코일 (111) 에 인가하면, 여자 코일 (111) 의 주위에 자계가 발생하고, 측정 대상물 (102) 의 표면 및 내부 (특히, 여자 코일 (111) 에 주위가 둘러싸여 있는 부분) 에 유도 전류 (와전류) 가 발생한다.
그리고, 당해 유도 전류에 의해 발생하는 자속이 검출 코일 (121) 을 관통함으로써, 검출 코일 (121) 에 검출 신호 (유도 전압) 가 발생한다.
또, 표면 효과에 의해, 여자 코일 (111) 에 인가되는 교류 여자 신호의 주파수가 커질수록 (높아질수록) 유도 전류 (와전류) 는 측정 대상물 (102) 의 표면에 집중되고, 유도 전류 (와전류) 의 침투 깊이 (δ) 는 작아지는 경향이 있다 (δ ＝ (π × Fn × μ × σ)-0.5 ; μ 는 투자율, σ 는 도전율).
즉, 교류 여자 신호의 주파수를 변경함으로써 유도 전류 (와전류) 의 침투 깊이 (δ) 를 변경할 수 있다. 또한, 유도 전류 (와전류) 의 침투 깊이 (δ) 는 측정 대상물의 표면으로부터의 깊이와 대응한다.
또, 교류 여자 신호와 검출 신호의 위상차 (X) 는 표면으로부터의 깊이 (d) 에 비례하며, 침투 깊이 (δ) 에 반비례하는 경향을 갖는다 (X ＝ d/δ).
도 4 에 나타내는 바와 같이, 검출 신호는 소정 진폭값 (Y) 을 가짐과 함께, 교류 여자 신호에 대하여 소정 위상차 (X) 를 갖는다.
측정 대상물 (102) 의 투자율은, (1) 검출 신호의 진폭값 (Y), 및 (2) 교류 여자 신호에 대한 검출 신호의 위상차 (X) 와 상관 관계에 있다.
따라서, 교류 여자 신호의 주파수를 적절히 변경하면서 당해 주파수에 대응하는 검출 신호를 검출하여, 당해 검출 신호의 진폭값 (Y) 이나 위상차 (X) 를 구하는 것은, 측정 대상물 (102) 에 있어서 표면으로부터의 깊이가, 교류 여자 신호의 각 주파수에 있어서의 침투 깊이에 대응하는 부분의 투자율을 구하는 것에 상당한다.
이와 같이, 측정 대상물 (102) 의 교류 여자 신호의 주파수 (나아가서는 침투 깊이) 와 당해 주파수에 대응하는 검출 신호의 진폭값 (Y) 및 위상차 (X) 와의 관계를 구함으로써, 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이를 비접촉으로 (비파괴로) 구할 수 있다.
이하에서는, 도 1, 도 5 및 도 6 을 이용하여 본 발명에 관련된 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법의 일 실시형태에 대하여 설명한다.
본 발명에 관련된 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법의 일 실시형태는, 담금질 깊이 측정 장치 (100) 에 의한 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 측정에 사용하는 2 개의 주파수 (제 1 주파수 및 제 2 주파수) 의 조합을 선정하는 방법으로서, 담금질 깊이 측정 장치 (100) 에 의한 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 측정에 앞서 이루어진다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 관련된 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법의 일 실시형태는, 주파수 선정용 여자·검출 공정 (S1100), 위상차 산출 공정 (S1200) 및 주파수 추출 공정 (S1300) 을 구비한다.
주파수 선정용 여자·검출 공정 (S1100) 은 여자 코일 (111) 에 의해 측정 대상물 (102) 에 상이한 3 개 이상의 주파수의 교류 여자 신호를 인가하여 측정 대상물 (102) 에 상이한 3 개 이상의 주파수에 각각 대응하는 유도 전류를 발생시키고, 검출 코일 (121) 에 의해 상이한 3 개 이상의 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호를 검출하는 공정이다.
주파수 선정용 여자·검출 공정 (S1100) 에 있어서, 제어부 (131) 의 선정용 주파수 변경부 (131f) 는, 교류 전원 (112) 에 주파수 (Fa, Fb, …, Fx) 합계 24 종류의 주파수 (도 6 참조) 의 교류 여자 신호를 순서대로 인가하는 취지의 제어 신호를 송신한다.
제어부 (131) 의 선정용 주파수 변경부 (131f) 로부터 제어 신호를 수신한 교류 전원 (112) 은, 당해 제어 신호에 따라 여자 코일 (111) 에 주파수 (Fa, Fb, …, Fx) 합계 24 종류의 주파수의 교류 전압을 인가하고, 여자 코일 (111) 은 주파수 (Fa, Fb, …, Fx) 합계 24 종류의 주파수의 교류 여자 신호를 측정 대상물 (102) 에 순서대로 인가한다.
그 결과, 측정 대상물 (102) 에는, 각 주파수에 대응하는 유도 전류 (와전류) 가 순서대로 발생한다. 이 때, 검출 코일 (121) 은 각 주파수에 대응하는 검출 신호를 검출한다.
검출 코일 (121) 에 의해 검출된 검출 신호는 전압계 (122) 에 의해 소정 디지털 신호 (제어부 (131) 가 취득할 수 있는 형식의 디지털 신호) 로 변환된 후, 제어부 (131) 에 송신된다.
제어부 (131) 에 송신된 검출 신호는 제어부 (131) 의 기억부 (131a) 에 의해 기억된다.
이 때, 기억부 (131a) 에 의해 기억되는 검출 신호는, 파라미터로서 「대응하는 주파수」, 「진폭값」, 및 「위상」을 갖는다.
기억부 (131a) 는 제어부 (131) 에 의한 제어나 연산 등을 실시하는 데에 사용되는 각종 파라미터 (수치), 동작 상황의 이력, 연산 결과 (산출 결과) 등을 기억하는 것이다.
기억부 (131a) 는, 실체적으로는 HDD (하드 디스크 드라이브), CD-ROM, DVD-ROM 등의 기억 매체로 이루어진다.
주파수 선정용 여자·검출 공정 (S1100) 이 종료되면, 위상차 산출 공정 (S1200) 으로 이행한다.
위상차 산출 공정 (S1200) 은, 주파수 선정용 여자·검출 공정 (S1100) 에 있어서 검출된 「상이한 3 개 이상의 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호」 에 기초하여, 상이한 3 개 이상의 주파수의 각각에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차를 산출하는 공정이다.
위상차 산출 공정 (S1200) 에 있어서, 위상차 산출부 (131g) 는, 기억부 (131a) 가 기억하고 있는 「교류 전원 (112) 의 동작 이력」 및 「검출 코일 (121) 에 의해 검출된 검출 신호」 에 기초하여, 주파수 (Fa, Fb, …, Fx) 합계 24 종류의 주파수의 각각에 대한 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (교류 여자 신호의 위상에 대한 검출 신호의 위상의 편차 : Xa, Xb, …, Xx) 를 산출한다.
산출된 위상차 (Xa, Xb, …, Xx) 는 제어부 (131) 의 기억부 (131a) 에 의해 기억된다. 이 때, 위상차 (Xa, Xb, …, Xx) 는, 대응하는 주파수와 관련지어져 기억된다.
위상차 산출 공정 (S1200) 이 종료되면, 주파수 추출 공정 (S1300) 으로 이행한다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 각 주파수에 대응하는 검출 신호를 위상차-진폭값 평면 (교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (X) 를 가로축으로 함과 함께 진폭값 (Y) 을 세로축으로 하는 평면) 상에 플롯하고, 이들 플롯된 점을 주파수가 낮은 순서대로 (Fa, Fb, …, Fx 의 순서대로) 꺾은선으로 이으면, 당해 꺾은선은 이하의 경향을 나타낸다.
주파수가 비교적 낮은 영역 (Fa ~ Fk) 에서는, 꺾은선은 위상차의 마이너스 방향으로 약간 볼록한 형상을 나타낸다. 즉, 주파수의 증대에 수반하는 위상차의 변동량은 비교적 작고, 주파수의 증대에 수반하는 유도 전류의 진폭값 (검출 신호의 진폭값) 의 증대량은 비교적 크다. 또, 위상차는 마이너스의 값을 나타낸다.
주파수가 중간인 영역 (Fl ~ Ft) 에서는, 꺾은선은 진폭값의 플러스 방향으로 볼록한 형상을 나타낸다. 즉, 주파수의 증대에 수반하는 유도 전류의 진폭값 (검출 신호의 진폭값) 의 변동은 비교적 작고, 주파수의 증대에 수반하는 위상차의 증대량은 비교적 크다.
주파수가 비교적 높은 영역 (Fu ~ Fx) 에서는, 꺾은선은 위상차의 플러스 방향으로 약간 볼록한 형상을 나타낸다. 즉, 주파수의 증대에 수반하는 위상차의 변동량은 비교적 작고, 주파수의 증대에 수반하는 유도 전류의 진폭값 (검출 신호의 진폭값) 의 감소량은 비교적 크다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 주위 환경 온도가 5 ℃ (겨울의 공장 내의 분위기 온도를 상정), 25 ℃ (봄 및 가을의 공장 내의 분위기 온도를 상정), 및 45 ℃ (여름의 공장 내의 분위기 온도를 상정) 의 3 가지 경우에 대하여 각각 주파수 선정용 여자·검출 공정 (S1100) 및 위상차 산출 공정 (S1200) 을 실시한 결과를 각각 플롯하고 있다. 또한, 측정 대상물 (102) 의 온도는 주위 환경 온도와 동일 온도로 설정된다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 주파수가 비교적 낮은 영역 (Fa ~ Fk) 에서는, 동일 주파수에 대응하는 플롯의 점의 위치는 온도가 변화되어도 거의 동일하다 (위상차 및 진폭값의 온도 의존성이 작다).
이에 반해, 주파수가 중간인 영역 (Fl ~ Ft) 에서는 동일 주파수에 대응하는 플롯의 점의 위치가 온도 변화에 따라 약간 불규칙해지는 경향이 나타난다.
또, 주파수가 비교적 높은 영역 (Fu ~ Fx) 에서는 동일 주파수에 대응하는 플롯의 점의 위치가 온도에 따라 크게 불규칙해진다 (위상차 및 진폭값의 온도 의존성이 크다).
도 6 에 나타내는 바와 같은 경향을 보이는 원인으로는, 일반적으로 주파수가 비교적 낮은 영역 (Fa ~ Fk) 은 측정 대상물 (102) 의 표면으로부터의 거리가 비교적 먼 (깊은) 부분에 대응하므로 투자율이 지배적인데 반해, 주파수가 비교적 높은 영역 (Fu ~ Fx) 은 측정 대상물 (102) 의 표면으로부터의 거리가 비교적 가까운 (얕은) 부분에 대응하므로 도전율이 지배적인 점, 및 도전율은 전기 저항률의 역수로 나타내어짐과 함께 전기 저항률은 일반적으로 온도의 함수인 (온도 의존성을 갖는) 점을 들 수 있다.
또, 도 6 에 나타내는 위상차-진폭값 평면의 가로축인 위상차 (X) 는 이하의 수학식 3 으로 나타내는 관계식으로 나타내며, 세로축인 진폭값 (Y) 은 이하의 수학식 4 로 나타내는 관계식으로 나타낸다.
[수학식 3]
Figure 112010055141168-pct00004
[수학식 4]
Figure 112010055141168-pct00005
여기서, 수학식 3 에 있어서의 R 은 검출 코일 (121) 의 저항 성분을 나타내고, 수학식 3 에 있어서의 VR 은 검출 코일 (121) 의 양단 기전력을 나타내며, 수학식 4 에 있어서의 ω 는 검출 코일 (121) 의 각주파수를 나타내고, 수학식 4 에 있어서의 L 은 검출 코일 (121) 의 인덕턴스 성분을 나타내며, 수학식 3 및 수학식 4 에 있어서의 I 는 검출 코일 (121) 을 흐르는 전류값을 나타낸다.
이와 같이, 도 6 에 나타내는 위상차-진폭값 평면은, 실질적으로는 검출 코일 (121) 의 임피던스 평면과 상사 (相似) 의 관계에 있다.
와류 측정에 있어서 문제가 되는 측정 결과의 온도 의존성은, 검출 코일 (121) 및 측정 대상물 (102) 의 임피던스에 있어서의 저항 성분의 온도 의존성에서 기인한다.
따라서, 검출 코일 (121) 및 측정 대상물 (102) 의 임피던스에 있어서의 저항 성분을 상쇄시킬 수 있는 주파수의 조합을 선정함으로써, 와류 측정에 있어서의 측정 결과의 온도 의존성 문제를 해소할 수 있다.
주파수 추출 공정 (S1300) 은, 위상차 산출 공정 (S1200) 에 있어서 산출된 「상이한 3 개 이상의 주파수 (본 실시형태의 경우, Fa, Fb, …, Fx)」 의 각각에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (본 실시형태의 경우, Xa, Xb, …, Xx) 중, 위상차의 차분이 소정 범위에 들어가는 2 개의 주파수의 조합을 추출하여, 당해 조합에 있어서의 2 개의 주파수 중 낮은 쪽의 주파수를 담금질 깊이 측정 장치 (100) 에 의한 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 측정에 사용하는 「제 1 주파수」 로 함과 함께, 높은 쪽의 주파수를 「제 2 주파수」 로 하는 공정이다.
주파수 추출 공정 (S1300) 에 있어서, 제어부 (131) 의 선정용 주파수 추출부 (131h) 는 기억부 (131a) 에 의해 기억되어 있는 검출 신호의 위상차 (Xa, Xb, …, Xx) 의 차분을 모든 조합에 대하여 산출한다 (구체적으로는, Xa-Xb, Xa-Xc, …, Xv-Xx, Xw-Xx 를 산출한다). 본 실시형태의 경우, 합계 24 종류의 위상차중에서 2 개를 선택하여 양자의 차분을 산출하기 때문에, 산출되는 위상차의 차분의 값은 276 가지 (＝ 24 × 23 / 2) 존재한다.
다음으로, 선정용 주파수 추출부 (131h) 는 산출된 위상차의 차분의 값이 「소정 범위」 에 들어가는 (소정 범위의 하한값 이상 또한 상한값 이하인) 2 개의 주파수의 조합을 추출한다.
여기서, 「소정 범위」 는 제로를 포함하며, 또한 그 하한값 및 상한값이 최대한 제로에 가까운 값을 선택하는 것이 바람직하다. 이는, 위상차의 차분이 제로에 가까울수록 (위상차의 차분의 절대값이 작을수록) 도 6 에 나타내는 위상차-진폭값 평면에 있어서의 2 개의 주파수에 각각 대응하는 플롯을 잇는 벡터 (흰 화살표) 의 가로축 방향의 성분 (임피던스에 있어서의 저항 성분에 상사의 관계를 갖는 성분) 이 제로에 가까워지고, 나아가서는 검출 코일 (121) 및 측정 대상물 (102) 의 임피던스에 있어서의 저항 성분이 상쇄됨으로 인한 것이다.
본 실시형태의 경우, 위상차 (X) 의 값이 가까운 「주파수 Fb 와 Fj 의 조합」, 「주파수 Fd 와 Fi 의 조합」, 및 「주파수 Ff 와 Fh 의 조합」의 합계 3 개의 조합이, 「위상차의 차분의 값이 소정 범위에 들어가는 조합」 으로서 추출된다 (도 6 참조).
계속해서, 선정용 주파수 추출부 (131h) 는, 추출된 3 개의 「위상차의 차분의 값이 소정 범위에 들어가는 조합」 중, 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 상정 범위로부터 벗어나 있는 주파수를 포함하는 조합을 제외하고, 다시 주파수의 차가 가장 커지는 조합을 추출하여, 추출된 조합에 있어서의 2 개의 주파수 중 낮은 쪽의 주파수를 「제 1 주파수」 로 함과 함께, 높은 쪽의 주파수를 「제 2 주파수」 로 한다.
여기서, 「측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 상정 범위」 는, 통상적인 작업 순서에 따라 측정 대상물 (102) 에 담금질 처리를 한 경우에 상정할 수 있는 담금질 깊이의 범위를 가리킨다.
본 실시형태의 경우, 「주파수 Fb 와 Fj 의 조합」, 「주파수 Fd 와 Fi 의 조합」, 및 「주파수 Ff 와 Fh 의 조합」 은 모두 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 상정 범위로부터 벗어나 있는 주파수를 포함하지 않기 때문에, 선정용 주파수 추출부 (131h) 는, 이들 조합 중 주파수의 차가 가장 큰 조합인 「주파수 Fb 와 Fj 의 조합」 을 추출하여, 주파수 (Fb) 를 제 1 주파수로서 선정함과 함께, 주파수 (Fj) 를 제 2 주파수로서 선정하게 된다.
제 1 주파수 및 제 2 주파수의 선정 결과는, 기억부 (131a) 에 의해 기억된다.
주파수의 차가 가장 큰 조합을 추출함으로써, 담금질 깊이 측정 장치 (100) 에 의한 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 측정시에 있어서 측정 대상물 (102) 에 발생하는 유도 전류의 침투 깊이의 범위를 최대한 넓게 하고, 나아가서는 측정 결과를 측정 대상물 (102) 의 깊이 방향에 있어서의 넓은 범위를 반영한 것으로 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 관련된 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법의 일 실시형태는, 여자 코일 (111) 에 의해 측정 대상물 (102) 에 제 1 주파수 및 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수의 교류 여자 신호를 인가하여 측정 대상물 (102) 에 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 각각 대응하는 와전류로 이루어지는 유도 전류를 발생시키고, 검출 코일 (121) 에 의해 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호를 검출하고, 제 1 주파수에 대응하는 검출 신호의 진폭값 (Y1), 제 1 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (X1), 제 2 주파수에 대응하는 검출 신호의 진폭값 (Y2), 그리고 제 2 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (X2) 에 기초하여 수학식 1 로 나타내는 차분값 (D) 을 산출하고, 차분값 (D) 에 기초하여 측정 대상물 (102) (의 담금질 깊이) 을 측정하는 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법으로서, 여자 코일 (111) 에 의해 측정 대상물 (102) 에 상이한 3 개 이상의 주파수 (Fa, Fb, … Fx) 의 교류 여자 신호를 인가하여 측정 대상물 (102) 에 상이한 3 개 이상의 주파수에 각각 대응하는 유도 전류를 발생시키고, 검출 코일 (121) 에 의해 상이한 3 개 이상의 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호를 검출하는 주파수 선정용 여자·검출 공정 (S1100) 과, 주파수 선정용 여자·검출 공정 (S1100) 에 있어서 검출된 「상이한 3 개 이상의 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호」 에 기초하여, 상이한 3 개 이상의 주파수의 각각에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차를 산출하는 위상차 산출 공정 (S1200) 과, 위상차 산출 공정 (S1200) 에 있어서 산출된 「상이한 3 개 이상의 주파수 (본 실시형태의 경우, Fa, Fb, …, Fx)」 의 각각에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (본 실시형태의 경우, Xa, Xb, …, Xx) 중, 위상차의 차분이 소정 범위에 들어가는 2 개의 주파수의 조합을 추출하여, 당해 조합에 있어서의 2 개의 주파수 중 낮은 쪽의 주파수를 담금질 깊이 측정 장치 (100) 에 의한 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 측정에 사용하는 「제 1 주파수」 로 함과 함께, 높은 쪽의 주파수를 「제 2 주파수」 로 하는 주파수 추출 공정 (S1300) 을 구비한다.
이와 같이 구성하는 것은, 이하의 이점을 갖는다.
즉, 3 개 이상의 주파수의 각각에 대한 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차를 산출하고, 이들 차분값이 소정 범위에 들어가는 주파수의 조합을 추출하는 것만으로, 측정 정밀도의 온도 의존성을 저감 또는 배제하면서 적정한 2 개의 주파수를 용이하게 선정할 수 있고, 나아가서는 적정한 2 개의 주파수를 선정하는 작업을 생력화 (선정 작업의 노력 삭감 및 시간 단축을 달성) 할 수 있다.
이하에서는, 도 1, 도 7, 도 8 및 도 9 를 사용하여 본 발명에 관련된 담금질 깊이 측정 방법의 일 실시형태에 대하여 설명한다.
본 발명에 관련된 담금질 깊이 측정 방법의 일 실시형태는, 담금질 깊이 측정 장치 (100 : 도 1 참조) 를 사용하여 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이를 측정하는 방법이다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 관련된 담금질 깊이 측정 방법의 일 실시형태는, 여자·검출 공정 (S6100), 차분값 산출 공정 (S6200), 담금질 깊이 산출 공정 (S6300) 및 판정 공정 (S6400) 을 구비한다.
여자·검출 공정 (S6100) 은 여자 코일 (111) 에 의해 측정 대상물 (102) 에 제 1 주파수 (본 실시형태의 경우, 주파수 (Fb)) 및 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수 (본 실시형태의 경우, 주파수 (Fj)) 의 교류 여자 신호를 인가하여 측정 대상물 (102) 에 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 각각 대응하는 와전류로 이루어지는 유도 전류를 발생시키고, 검출 코일 (121) 에 의해 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호를 검출하는 공정이다.
여자·검출 공정 (S6100) 에 있어서, 주파수 변경부 (131b) 는, 기억부 (131a) 에 의해 기억되어 있는 「제 1 주파수 및 제 2 주파수의 선정 결과」 에 기초하여, 교류 전원 (112) 에 제 1 주파수에 대응하는 교류 전압을 발생시키는 취지의 제어 신호를 송신한다.
교류 전원 (112) 은, 주파수 변경부 (131b) 로부터 수신한 제어 신호에 따라, 여자 코일 (111) 에 제 1 주파수 (주파수 (Fb)) 및 제 2 주파수 (주파수 (Fj)) 의 교류 전압을 순서대로 인가하고, 여자 코일 (111) 은 제 1 주파수 (주파수 (Fb)) 및 제 2 주파수 (주파수 (Fj)) 의 교류 여자 신호를 순서대로 측정 대상물 (102) 에 인가한다.
그 결과, 측정 대상물 (102) 에는, 제 1 주파수 (주파수 (Fb)) 에 대응하는 유도 전류 (와전류) 및 제 2 주파수 (주파수 (Fb)) 에 대응하는 유도 전류가 순서대로 발생한다. 이 때, 검출 코일 (121) 은 제 1 주파수 (주파수 (Fb)) 에 대응하는 검출 신호 및 제 2 주파수 (주파수 (Fj)) 에 대응하는 검출 신호를 순서대로 검출한다.
검출 코일 (121) 에 의해 검출된 제 1 주파수 (주파수 (Fb)) 에 대응하는 검출 신호 및 제 2 주파수 (주파수 (Fj)) 에 대응하는 검출 신호는, 전압계 (122) 에 의해 소정 디지털 신호 (제어부 (131) 가 취득할 수 있는 형식의 디지털 신호) 로 변환된 후, 제어부 (131) 에 송신된다.
제어부 (131) 에 송신된 제 1 주파수 (주파수 (Fb)) 에 대응하는 검출 신호 및 제 2 주파수 (주파수 (Fj)) 에 대응하는 검출 신호는 제어부 (131) 의 기억부 (131a) 에 의해 기억된다.
여자·검출 공정 (S6100) 이 종료되면, 차분값 산출 공정 (S6200) 으로 이행한다.
차분값 산출 공정 (S6200) 은 제 1 주파수 (주파수 (Fb)) 에 대응하는 검출 신호의 진폭값 (Y1), 제 1 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (X1), 제 2 주파수 (주파수 (Fj)) 에 대응하는 검출 신호의 진폭값 (Y2), 그리고 제 2 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (X2) 에 기초하여 수학식 1 로 나타내는 차분값 (D) 을 산출하는 공정이다.
[수학식 1]
Figure 112010055141168-pct00006
차분값 산출 공정 (S6200) 에 있어서, 차분값 산출부 (131c) 는 기억부 (131a) 에 의해 기억되어 있는 제 1 주파수 (주파수 (Fb)) 에 대응하는 검출 신호 및 제 2 주파수 (주파수 (Fj)) 에 대응하는 검출 신호에 기초하여, 제 1 주파수에 대응하는 검출 코일 (121) 의 검출 신호의 진폭값 (Y1), 제 1 주파수에 대응하는 여자 코일 (111) 의 교류 여자 신호 및 제 1 주파수에 대응하는 검출 코일 (121) 의 검출 신호의 위상차 (X1), 제 2 주파수에 대응하는 검출 코일 (121) 의 검출 신호의 진폭값 (Y2), 그리고 제 2 주파수에 대응하는 여자 코일 (111) 의 교류 여자 신호 및 제 2 주파수에 대응하는 검출 코일 (121) 의 검출 신호의 위상차 (X2) 를 각각 산출한다. 산출된 Y1, X1, Y2 및 X2 는 기억부 (131a) 에 의해 적절히 기억된다.
다음으로, 차분값 산출부 (131c) 는, 산출된 Y1, X1, Y2 및 X2 를 수학식 1 로 나타내는 차분값 (D) 과 상기 Y1, X1, Y2 및 X2 의 관계식에 대입함으로써, 차분값 (D) 을 산출한다. 산출된 차분값 (D) 은 기억부 (131a) 에 의해 적절히 기억된다.
차분값 산출 공정 (S6200) 이 종료되면, 담금질 깊이 산출 공정 (S6300) 으로 이행한다.
수학식 1 로 나타내는 차분값 (D) 은, 검출 신호의 진폭값을 Y 축, 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차를 X 축으로 하는 제 1 주파수에 관련된 벡터 (X1, Y1) 의 길이 ((X12 ＋ Y12)0.5) 에서 제 2 주파수에 관련된 벡터 (X2, Y2) 의 길이 ((X22 ＋ Y22)0.5) 를 뺀 것을, 다시 제 2 주파수에 관련된 벡터의 길이로 나눈 값이다.
제 1 주파수에 관련된 벡터에는 측정 대상물 (102) 의 표면으로부터 제 1 주파수에 대응하는 침투 깊이까지의 결정 조직 및 당해 결정 조직의 온도의 영향이 반영되어 있다.
제 2 주파수에 관련된 벡터에는 측정 대상물 (102) 의 표면으로부터 제 2 주파수에 대응하는 침투 깊이까지의 결정 조직 및 당해 결정 조직의 온도의 영향이 반영되어 있다.
또, 제 1 주파수는 제 2 주파수보다 낮기 때문에, 제 1 주파수의 교류 여자 신호에 의해 측정 대상물 (102) 에 발생하는 유도 전류의 침투 깊이는, 제 2 주파수의 교류 여자 신호에 의해 측정 대상물 (102) 에 발생하는 유도 전류의 침투 깊이보다 크다 (깊다).
따라서, 제 1 주파수에 관련된 벡터의 길이로부터 제 2 주파수에 관련된 벡터의 길이를 뺌으로써, 제 1 주파수에 관련된 벡터 및 제 2 주파수에 관련된 벡터에 공통적으로 포함되는 정보인 측정 대상물 (102) 의 표면으로부터 얕은 부분의 정보를 상쇄시키고, 담금질 깊이의 측정에 밀접한 관계를 갖는 정보인 담금질 깊이 근방 부분의 정보를 강조할 수 있다.
특히, 측정 대상물 (102) 의 온도는 측정 대상물 (102) 의 표면과 주위 분위기 사이의 열전도에 따라 변동하기 때문에, 측정 대상물 (102) 의 표면으로부터 깊은 부분 (벌크) 보다 표면으로부터 얕은 부분 (표면 근방) 이 온도 변동이 커지는 경향이 있어, 측정 대상물 (102) 의 표면으로부터 얕은 부분 (표면 근방) 이 온도 변동에 따른 측정 정밀도의 저하에 대한 기여가 크다.
따라서, 제 1 주파수에 관련된 벡터 및 제 2 주파수에 관련된 벡터에 공통되는 정보인 측정 대상물 (102) 의 표면으로부터 얕은 부분의 정보를 상쇄시키는 것은, 측정 대상물 (102) 의 온도 변동에 의한 담금질 깊이의 측정 정밀도의 저하를 억제하는 데에 있어서 효과가 크다.
또, 제 1 주파수에 관련된 벡터로부터 제 2 주파수에 관련된 벡터의 길이를 뺀 것을, 다시 제 2 주파수에 관련된 벡터의 길이로 나눔으로써, 강조된 「담금질 깊이 근방 부분의 정보」 에 대한 온도 변동의 영향을 더욱 억제할 수 있다.
담금질 깊이 산출 공정 (S6300) 은 차분값 산출 공정 (S6200) 에 있어서 산출된 차분값 (D) 을 수학식 2 로 나타내는 차분값 (D), 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 (H), 상수 (A) 및 상수 (B) 의 관계식에 대입함으로써, 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 (H) 를 산출하는 공정이다.
[수학식 2]
Figure 112010055141168-pct00007
수학식 2 에 있어서의 상수 (A) 및 상수 (B) 는, 미리 기준 측정 대상물을 사용한 실험을 실시함으로써 구해진다.
여기서, 「기준 측정 대상물」 은 측정 대상물과 동일 재질, 동일 형상, 또한 동일 열처리가 이루어진 부품 등이다.
담금질 깊이 산출 공정 (S6300) 에 있어서, 담금질 깊이 산출부 (131d) 는, 차분값 산출부 (131c) 에 의해 산출된 차분값 (D) 을, 수학식 2 로 나타내는 「담금질 깊이 (H) 와 차분값 (D) 의 관계식 (보다 엄밀하게는, 상수 (A) 및 상수 (B))」 에 대입함으로써 담금질 깊이 (H) 를 산출한다. 산출된 담금질 깊이 (H) 는 기억부 (131a) 에 의해 적절히 기억된다.
담금질 깊이 산출 공정 (S6300) 이 종료되면, 판정 공정 (S6400) 으로 이행한다.
도 8 은 환경 온도를 5 ℃, 25 ℃ 및 45 ℃ 로 설정하였을 때의 측정 대상물 (102) 의 복수의 측정 부위마다의 담금질 깊이 (H) 와 차분값 (D) 의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 8 의 가로축의 담금질 깊이 (H) 는, 측정 대상물 (102) 의 측정 부위를 절단하여 절단면을 비커스 경도 측정함으로써 구해진 측정 부위마다의 담금질 깊이를 나타내는 것이다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 동일 측정 부위의 데이터 사이 (가로축의 값이 동일한 데이터 사이) 에서는, 온도가 변동해도 차분값 (D) 의 변동은 작아, 차분값 (D) 의 온도 의존성이 작은 것을 알 수 있다.
또, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 담금질 깊이 (H) 와 차분값 (D) 의 관계를 수학식 2 로 나타내는 바와 같이 삼차 함수로 근사한 경우에는, 담금질 깊이 (H) 와 차분값 (D) 의 관계를 일차 함수 (직선) 로 근사한 경우보다, 측정 대상물 (102) 의 측정 부위를 절단하여 절단면을 비커스 경도 측정함으로써 구해진 측정 부위마다의 담금질 깊이의 높은 상관 (R2 ＝ 0.982) 이 얻어진다.
즉, 수학식 2 로 나타내는 바와 같이 삼차 함수에 차분값 (D) 을 대입하여 담금질 깊이 (H) 를 산출함으로써, 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 (H) 를 비접촉으로 (비파괴로) 양호한 정밀도로 측정할 수 있다.
담금질 깊이 (H) 와 차분값 (D) 의 관계를 수학식 2 로 나타내는 바와 같이 삼차 함수로 근사하는 것은, 제 1 주파수 및 제 2 주파수의 2 개의 주파수를 이용하여 담금질 깊이 (H) 를 측정하는 본 발명과 같은 담금질 깊이 측정 방법의 측정 원리에 적합하다.
즉, 제 1 주파수 및 제 2 주파수는 각각 측정 대상물 (102) 에 대한 유도 전류가 상이한 2 개의 침투 깊이에 대응하는 것이기 때문에, 삼차 함수로 근사한 경우에는, 당해 삼차 함수의 2 개의 변곡점을 각각 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 각각 대응하는 침투 깊이의 근방에 배치하고, 이들 2 개의 변곡점 사이에 위치하는 부분에 대해서는 직선에 가까운 근사를 실시할 수 있다.
또, 삼차 함수 중 2 개의 변곡점 사이에 위치하고 있는 부분 이외의 부분에 대해서는 차분값이 조금 변동한 것만으로 담금질 깊이가 크게 변동하는 경향을 나타내기 때문에, 삼차 함수 중 2 개의 변곡점 사이에 위치하고 있는 부분을 담금질 깊이의 허용 범위로 설정함과 함께, 삼차 함수 중 2 개의 변곡점 사이에 위치하고 있는 부분 이외의 부분을 담금질 깊이의 허용 범위 외로 설정한 경우에는, 담금질 깊이가 허용 범위 외가 되는 측정 대상물을 보다 확실하게 검지할 수 있다.
도 9 는 환경 온도를 5 ℃, 25 ℃ 및 45 ℃ 로 설정하였을 때의 측정 대상물 (102) 의 복수의 측정 부위마다의 위상차 (X) 와 담금질 깊이 (H) 의 관계를 나타내는 그래프로서, 온도가 변동하면 위상차 (X) 가 크게 변동하는 것, 위상차 (X) 와 담금질 깊이 (H) 의 관계를 일차 함수로 근사한 경우에는 상관이 낮아 (R2 ＝ 0.681), 나아가서는 당해 일차 함수에 기초하여 담금질 깊이 (H) 를 산출해도 환경 온도의 변동에서 기인하는 측정 오차가 큰 것을 알 수 있다.
판정 공정 (S6400) 은 담금질 깊이 산출 공정 (S6300) 에 있어서 산출된 담금질 깊이 (H) 와 미리 설정된 허용 담금질 깊이 범위를 비교하여, 담금질 깊이 (H) 가 허용 담금질 깊이 범위에 들어가 있는 경우에는 측정 대상물 (102) 이 담금질 깊이에 관하여 우량품인 것으로 판정하고, 담금질 깊이 (H) 가 허용 담금질 깊이 범위에 들어가 있지 않은 경우에는 측정 대상물 (102) 이 담금질 깊이에 관하여 불량품인 것으로 판정하는 공정이다.
「허용 담금질 깊이 범위」 는, 측정 대상물의 담금질 깊이로서 허용할 수 있는 범위를 가리킨다.
「담금질 깊이가 허용 담금질 깊이 범위에 들어가 있는」 이란, 담금질 깊이가 허용 담금질 깊이 범위의 하한값 이상 또한 허용 담금질 깊이 범위의 상한값 이하인 것을 가리킨다.
「담금질 깊이가 허용 담금질 깊이 범위에 들어가 있지 않은」 이란, 담금질 깊이가 허용 담금질 깊이 범위의 하한값보다 작거나, 또는 허용 담금질 깊이 범위의 상한값보다 큰 것을 가리킨다.
판정 공정 (S6400) 에 있어서, 판정부 (131e) 는 담금질 깊이 산출부 (131d) 에 의해 산출된 담금질 깊이 (H) 와 기억부 (131a) 에 기억되어 있는 허용 담금질 깊이 범위의 하한값 및 상한값을 비교한다.
상기 비교의 결과, 담금질 깊이 (H) 가 허용 담금질 깊이 범위에 들어가 있는 경우에는, 판정부 (131e) 는 측정 대상물 (102) 이 담금질 깊이에 관하여 우량품인 것으로 판정한다.
또, 상기 비교의 결과, 담금질 깊이 (H) 가 허용 담금질 깊이 범위에 들어가 있지 않은 경우에는, 판정부 (131e) 는 측정 대상물 (102) 이 담금질 깊이에 관하여 불량품인 것으로 판정한다. 판정부 (131e) 에 의한 측정 대상물 (102) 의 판정 결과는 기억부 (131a) 에 의해 적절히 기억된다.
이상과 같이, 본 발명에 관련된 담금질 깊이 측정 방법의 일 실시형태는, 여자 코일 (111) 에 의해 측정 대상물 (102) 에 제 1 주파수 (본 실시형태의 경우, 주파수 (Fb)) 및 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수 (본 실시형태의 경우, 주파수 (Fj)) 의 교류 여자 신호를 인가하여 측정 대상물 (102) 에 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 각각 대응하는 와전류로 이루어지는 유도 전류를 발생시키고, 검출 코일 (121) 에 의해 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호를 검출하는 여자·검출 공정 (S6100) 과, 제 1 주파수 (주파수 (Fb)) 에 대응하는 검출 신호의 진폭값 (Y1), 제 1 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (X1), 제 2 주파수 (주파수 (Fj)) 에 대응하는 검출 신호의 진폭값 (Y2), 그리고 제 2 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (X2) 에 기초하여 수학식 1 로 나타내는 차분값 (D) 을 산출하는 차분값 산출 공정 (S6200) 과, 차분값 산출 공정 (S6200) 에 있어서 산출된 차분값 (D) 을 수학식 2 로 나타내는 차분값 (D), 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 (H), 상수 (A) 및 상수 (B) 의 관계식에 대입함으로써, 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 (H) 를 산출하는 담금질 깊이 산출 공정 (S6300) 을 구비한다.
이와 같이 구성함으로써, 측정 대상물 (102) 의 담금질 깊이 (H) 를 비접촉 (비파괴) 으로 양호한 정밀도로 측정할 수 있다.

Claims (3)

  1. 여자 코일에 의해 측정 대상물에 제 1 주파수 및 상기 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수의 교류 여자 신호를 인가하여 상기 측정 대상물에 상기 제 1 주파수 및 상기 제 2 주파수에 각각 대응하는 와전류로 이루어지는 유도 전류를 발생시키고, 검출 코일에 의해 상기 제 1 주파수 및 상기 제 2 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호를 검출하고, 상기 제 1 주파수에 대응하는 검출 신호의 진폭값 (Y1), 상기 제 1 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (X1), 상기 제 2 주파수에 대응하는 검출 신호의 진폭값 (Y2), 그리고 상기 제 2 주파수에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차 (X2) 에 기초하여 이하의 수학식 1 로 나타내는 차분값 (D) 을 산출하고, 상기 차분값 (D) 에 기초하여 측정 대상물을 측정하는 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법으로서,
    상기 여자 코일에 의해 상기 측정 대상물에 상이한 3 개 이상의 주파수의 교류 여자 신호를 인가하여 상기 측정 대상물에 상기 상이한 3 개 이상의 주파수에 각각 대응하는 유도 전류를 발생시키고, 상기 검출 코일에 의해 상기 상이한 3 개 이상의 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호를 검출하는 주파수 선정용 여자·검출 공정과,
    상기 주파수 선정용 여자·검출 공정에 있어서 검출된 상기 상이한 3 개 이상의 주파수에 각각 대응하는 유도 전류에서 기인하는 검출 신호에 기초하여, 상기 상이한 3 개 이상의 주파수의 각각에 대응하는 교류 여자 신호 및 검출 신호의 위상차를 산출하는 위상차 산출 공정과,
    상기 위상차 산출 공정에 있어서 산출된 상기 상이한 3 개 이상의 주파수 중, 상기 위상차의 차분이 0 을 포함하고, 그 하한값 및 상한값이 최대한 0 에 가까운 값이 되도록 2 개의 주파수의 조합을 추출하여, 당해 조합에 있어서의 2 개의 주파수 중 낮은 쪽의 주파수를 상기 제 1 주파수로 함과 함께, 높은 쪽의 주파수를 상기 제 2 주파수로 하는 주파수 추출 공정을 구비하는, 와류 측정에 있어서의 주파수 선정 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112012056598639-pct00008
  2. 제 1 항에서 산출된 상기 차분값 (D) 을 이하의 수학식 2 로 나타내는 차분값 (D), 측정 대상물의 담금질 깊이 (H), 상수 (A) 및 상수 (B) 의 관계식에 대입함으로써, 상기 측정 대상물의 담금질 깊이 (H) 를 산출하는, 담금질 깊이 측정 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112012056598639-pct00009

    (단, 상수 (A) 및 상수 (B) 는 미리 상기 측정 대상물을 사용한 실험을 수행하여 구해진 값)
  3. 삭제
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