KR101374937B1

KR101374937B1 - 와류 계측용 센서

Info

Publication number: KR101374937B1
Application number: KR1020127030699A
Authority: KR
Inventors: 다카나리 야마모토
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2014-03-14
Also published as: EP2565641A1; US8890517B2; EP2565641A4; US20130038322A1; BR112012027189A2; JP5365742B2; JPWO2011135872A1; KR20130025904A; CN102859351B; CN102859351A; WO2011135872A1

Abstract

본 발명에 관련된 와류 계측용 센서는, 워크에 대해 소정의 교류 여자 신호를 인가하기 위한 여자부, 및 인가된 교류 여자 신호에 의해 계측 대상 부품에 발생하는 검출 신호를 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 정삼각 형상으로 구성된 프로브 (100) 를 구비함과 함께, 여자부는 프로브 (100) 의 각 변에 배치된 여자 코일 (32aㆍ32bㆍ32c) 을 구비하고, 검출부는 프로브 (100) 의 각 정점에 배치된 검출 코일 (41aㆍ41bㆍ41c) 을 구비한다.

Description

와류 계측용 센서{EDDY CURRENT MEASURING SENSOR}

본 발명은, 와류 계측용 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 와류 계측의 정밀도를 향상시키는 기술에 관한 것이다.

예를 들어, 자동차나 오토바이의 엔진 부품이나 서스펜션 부품 등의 기계 부품에는, 금속 (도전체) 을 고주파 유도 가열하여 퀀칭 (quenching) 을 실시하는, 고주파 퀀칭을 실시한 강재 (이하, 강재라고 한다) 가 사용되고 있다. 상기 강재의 고주파 퀀칭에 있어서는, 표면 퀀칭의 경화층 깊이 (이하, 퀀칭 깊이라고 한다) 및 그 경도에 대하여, 유효 경화층 깊이 및 전체 경화층 깊이가 규격되어 있다. 이 때문에, 강재의 품질을 보증하기 위해, 퀀칭 깊이 및 경도를 측정하여 평가할 필요가 있다.

종래, 상기 강재의 퀀칭 깊이 및 경도는, 샘플로서 빼내어진 강재를 부분적으로 절단하고, 그 단면 강도를 비커스 경도계 등의 각종 경도계로 측정하여, 그 결과로부터 퀀칭 깊이 및 경도를 평가하고 있었다.

그러나, 이 파괴 검사에 의한 수법에서는 샘플로서 사용한 강재가 폐기되기 때문에, 재료 비용의 상승으로 이어지고 있었다. 또, 검사에 필요로 하는 시간이 길어지는 데다가, 인라인에서의 전수 검사가 불가능하기 때문에, 단발적으로 발생하는 불량을 발견하지 못하여 다음 공정으로 반출해 버릴 가능성이 있었다.

그래서, 비파괴 검사인 와류식 검사 (와류 계측) 를 이용하여, 강재의 퀀칭 깊이 및 경도를 측정하는 기술이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 내지 특허문헌 6, 및 비특허문헌 1 을 참조).

와류식 검사는, 교류 전류를 흘린 여자 코일을 상기 강재 근처에 접근시켜 교류 자장을 발생시키고, 그 교류 자장에 의해 강재에 와전류를 일으켜, 그 와전류에 의해 야기된 유도 자장을 검출 코일에 의해 검출하는 것이다. 요컨대, 그 와류식 검사에 의해, 강재를 폐기하지 않고, 단시간에 또한 전수 검사에 의해 강재의 퀀칭 깊이 및 경도를 정량적으로 측정하는 것이 가능해지는 것이다.

상기 와류식 검사는, 상기의 강재의 퀀칭 깊이 및 경도를 측정하기 위한 퀀칭 깊이/경도 측정 시험 (이하, 퀀칭 깊이 측정 시험이라고 한다) 외에, 검사 대상물의 표면에 발생한 균열 등의 흠집을 검출하기 위한 탐상 (探傷) 시험이나, 검사 대상물에 함유된 이물질을 검출하기 위한 이재 (異材) 판별 시험 등에도 이용되고 있다.

상기 강재는, 모재와 경화층에 발생하는 마루텐사이트 사이에서의 도전율에 차가 발생한다. 따라서, 와전류 센서를 사용하여 강재를 측정하면, 퀀칭 깊이의 변화에 수반하여 검출 코일이 검출하는 전압 (진폭) 이 변화한다. 또, 검출 코일이 검출하는 전압은 경화층 깊이의 증가와 함께 단조롭게 감소하는 것이다. 퀀칭 깊이 측정 시험에 있어서는, 이들 현상을 이용하여 강재의 퀀칭 깊이를 산정할 수 있는 것이다.

예를 들어, 상기 특허문헌 1 에 기재된 기술에 의하면, 관통 코일을 사용하여 축 부품의 축부의 퀀칭 깊이를 검사하는 구성으로 하고 있다. 관통 코일은, 축선 방향을 강재에 대해 수직으로 향한 코일로 프로브를 구성하여 퀀칭 깊이 측정 시험을 실시하는 프로브형의 코일 (이하, 간단히 「프로브형 코일」이라고 한다) 과 비교하여 자계가 강하고, 강재와의 거리를 정밀하게 제어할 필요도 없기 때문에, 퀀칭 깊이 측정 시험에 적합한 것이다.

그러나, 검사 대상물인 강재는 관통 코일에 삽입 통과할 필요가 있기 때문에, 외경이 거의 일정한 축 부품에 한정되어 있었다. 요컨대, 예를 들어 등속 조인트 (CVJ：Constant Velocity Joint) 에 사용되는 아우터 레이스 (이하, CVJ 아우터 레이스라고 한다) 와 같이, 그 내주면이 복잡한 형상으로 3 차원적으로 퀀칭이 가해져 있는 강재에 대해서는, 관통 코일에 삽입 통과시킬 수 없기 때문에 와류식 검사의 대상으로 할 수 없었다.

또, 상기 특허문헌 2 의 다른 실시예에 기재된 기술에 의하면, 프로브형 코일을 사용하여 강재의 퀀칭 깊이를 측정하는 구성으로 하고 있다.

또, 상기 특허문헌 3 에는, 복수의 코일을 갖는 자기 센서에 있어서, 코일의 배치 간격을 바꾸는 기술이 기재되어 있다.

또, 상기 특허문헌 4 에는, 4 개의 검출 코일과 여자 코일을 구비한 금속 피검출체 특성 특정 장치가 기재되어 있다.

또, 상기 특허문헌 5 에는, 검출 코일이 고정되어 있는 것을 개선한 자기 측정 장치가 기재되어 있다.

또, 상기 특허문헌 6 에는, 3 개의 검출 코일을 구비한 자성체에 관련된 센서 장치가 기재되어 있다.

또, 상기 비특허문헌 1 에는, 와류 계측을 이용한 고주파 퀀칭 깊이 인라인 전수 계측 기술의 확립과 양산 도입에 관한 기술이 기재되어 있다.

상기 퀀칭 깊이 측정 시험에 대해서는, 다른 탐상 시험이나 이재 판별 시험과 비교하여, 노이즈 성분에 대한 검출하는 신호 성분의 비율이 작기 때문에, 보다 높은 검출 정밀도가 요구된다. 즉, 상기 CVJ 아우터 레이스와 같이, 그 내주면에 복잡한 형상으로 3 차원적으로 퀀칭이 가해져 있는 강재를 계측 대상 부품으로 하여 와류 계측하는 경우에 대해서는, 프로브의 위치 결정에 관하여 높은 안정성 및 재현성이 요구되기 때문에, 와류식 검사를 실용화시키는 것이 곤란하였다.

일본 공개특허공보 2009-236679호 일본 공개특허공보 2007-40865호 일본 공개특허공보 2006-10440호 일본 공개특허공보 2008-185436호 일본 공개특허공보 2009-2681호 일본 공개특허공보 2003-185758호

Takanari Yamamoto and Tetsuya Yamaguchi "Development of Hardening Depth Evaluation Technique using Eddy Current-Establishment and Introduction of In-line Hardening Depth Inspection System-", SAE World Congress, SAE Paper 2009-01-0867, 2009년

그래서, 본 발명은 상기 현 상황을 감안하여, 내주면에 복잡한 형상으로 3 차원적으로 퀀칭이 가해져 있는 강재를 계측 대상 부품으로 하여 와류 계측하는 경우라 하더라도, 프로브의 위치 결정에 관하여 높은 안정성 및 재현성을 확보하여 와류식 검사를 실시할 수 있는, 와류 계측용 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상과 같으며, 다음으로 이 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.
즉, 청구항 1 에 있어서는, 계측 대상 부품에 대해 소정의 교류 여자 신호를 인가하기 위한 여자부, 및 인가된 상기 교류 여자 신호에 의해 계측 대상 부품에 발생하는 검출 신호를 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 정다각 형상으로 구성된 프로브를 구비하는 와류 계측용 센서로서, 상기 여자부는, 정다각 형상의 상기 프로브의 각 변을 따라 배치된 여자 코일을 구비하고, 상기 검출부는, 정다각 형상의 상기 프로브의 각 정점에 배치된 검출 코일과, 정다각 형상의 상기 프로브의 중심부에 배치되고, 상기 검출 코일과 발생하는 기전력을 서로 없애는 밸런스 코일을 구비하고, 상기 프로브를 상기 계측 대상 부품에 근접 배치한 상태에서, 상기 여자 코일 중 적어도 1 개에 교류 여자 신호로서 교류 전압을 가하여, 계측 대상 부품에 있어서의 상기 검출 코일에 대향하는 부분에 자계를 발생시킴과 함께, 그 자계에 의해 와전류를 일으켜, 그 와전류에 의해 발생한 유기 (誘起) 전압을 검출 신호로서 상기 검출 코일 중 적어도 1 개에 의해 검출하고, 그 검출 신호에 기초하여 계측 대상 부품에 있어서의 와류 계측을 실시하는 것이다.
청구항 2 에 있어서는, 상기 검출 코일은, 정다각 형상의 상기 프로브의 각 정점으로부터 외측으로 연출 (延出) 가능하게 구성되는 것이다.
청구항 3 에 있어서는, 상기 검출 코일은, 정다각 형상의 상기 프로브의 각 정점에 탄성 부재를 개재하여 배치됨으로써, 상기 프로브의 각 정점으로부터 외측으로 연출 가능하게 구성되는 것이다.

청구항 4 에 있어서는, 상기 검출부는, 정다각 형상의 상기 프로브에 있어서의 적어도 1 개의 변에 있어서, 상기 여자 코일보다 외측에 배치된 평활부용 검출 코일을 추가로 구비하고, 상기 프로브를 상기 계측 대상 부품에 근접 배치한 상태에서, 상기 여자 코일 중 적어도 1 개에 교류 여자 신호로서 교류 전압을 가하여, 계측 대상 부품에 있어서의 상기 평활부용 검출 코일에 대향하는 부분에 자계를 발생시킴과 함께, 각각의 자계에 의해 와전류를 일으켜, 그 와전류에 의해 발생한 유기 전압을 검출 신호로서 상기 평활부용 검출 코일에 의해 검출하고, 그 검출 신호에 기초하여 계측 대상 부품에 있어서의 와류 계측을 실시하는 것이다.

삭제

본 발명의 효과로서, 이하에 나타내는 바와 같은 효과를 발휘한다.

본 발명에 의해, 내주면에 복잡한 형상으로 3 차원적으로 퀀칭이 가해져 있는 강재를 계측 대상 부품으로 하여 와류 계측하는 경우라 하더라도, 프로브의 위치 결정에 관하여 높은 안정성 및 재현성을 확보하여 와류식 검사를 실시할 수 있다.

도 1 은 퀀칭 부재의 깊이 방향의 층 상태, 경도 및 투자율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 실시형태에 관련된 와류 계측을 실시하기 위한 장치 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3 은 와류 계측에 있어서의 교류 여자 신호와 검출 신호의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4(a) 는 제 1 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서를 나타내는 정면도, 도 4(b) 는 마찬가지로 와류 계측용 센서를 나타내는 평면도이다.
도 5(a) 는 제 1 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서의 제 1 실시예에서 발생하는 자계 분포를 나타낸 도면, 도 5(b) 는 마찬가지로 제 2 실시예에서 발생하는 자계 분포를 나타낸 도면이다.
도 6(a) 는 와류 계측의 계측 대상 부품인 CVJ 아우터 레이스를 나타낸 절단 단면도, 도 6(b) 는 도 6(a) 에 있어서의 A-A 선 단면도이다.
도 7(a) 는 제 1 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서에 의한 계측 상태를 나타낸 끝면도, 도 7(b) 는 마찬가지로 와류 계측용 센서에 의한 계측 상태를 나타낸 평면도이다.
도 8(a) 는 제 2 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서를 나타내는 정면도, 도 8(b) 는 마찬가지로 와류 계측용 센서를 나타내는 평면도이다.
도 9(a) 내지 도 9(c) 는 각각 제 2 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서에 의한 계측 상태를 순서대로 나타낸 끝면도이다.
도 10(a) 는 제 2 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서에 의한 계측 상태를 나타낸 확대 단면도, 도 10(b) 는 마찬가지로 와류 계측용 센서에 의한 계측 결과를 나타낸 도면이다.
도 11(a) 는 제 3 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서에 의한 제 1 실시예에서의 계측 상태를 나타낸 단면도, 도 11(b) 는 마찬가지로 제 2 실시예에서의 계측 상태를 나타낸 단면도이다.

다음으로, 발명의 실시형태를 설명한다.

또한, 본 발명의 기술적 범위는 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 명세서 및 도면에 기재한 사항으로부터 분명해지는 본 발명이 실로 의도하는 기술적 사상의 범위 전체에 널리 미치는 것이다.

본 발명은 와류 계측용 센서가 갖는, 여자부인 여자 코일, 및 검출부인 검출 코일을, 각각 복수의 코일에 의해 구성함과 함께, 그들 코일의 배치나 연결 방법 등을 연구함으로써, 와류 계측의 적용 범위의 확대를 도모하고자 하는 것이다. 이하, 본 발명의 실시형태의 일례를 설명한다. 또한, 본 발명의 실시형태에서는, 와류 계측용 센서에 의한 와류 계측이 고주파 퀀칭 등에 의한 퀀칭 부품의 퀀칭 품질 (퀀칭 깊이ㆍ퀀칭 경도) 의 검사에 이용되는 경우를 주된 예로 하여 설명한다. 요컨대, 와류 계측용 센서를 사용한 와류 계측이 행해짐으로써, 계측 대상 부품인 퀀칭 부품의 퀀칭 품질이 검사된다.

또한, 본 발명에 관련된 와류 계측용 센서는, 퀀칭 깊이 측정 시험에 한정되지 않고, 탐상 시험이나 이재 판별 시험 등에 사용하는 것이 가능하다.

도 1 에, 퀀칭이 실시된 강재 (S45C 등) 인 퀀칭 부재의 깊이 (표면으로부터의 거리) 방향의 층 상태, 경도 및 투자율의 관계를 나타낸다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 퀀칭 부재에 있어서는, 그 개략적인 조직 구성으로서, 표면측부터, 퀀칭이 실시된 부분인 경화층 (1) 과, 모재의 부분인 모층 (2) 이, 경계층 (3) 을 개재하여 형성된다. 경도 변화 곡선 (4) 을 참조하면, 경화층 (1) 과 모층 (2) 은 상이한 경도가 되며, 경화층 (1) 의 경도가 모층 (2) 의 그것보다 크게 된다. 경계층 (3) 에 있어서는, 경도는 경화층 (1) 측에서부터 모층 (2) 측에 걸쳐 점점 감소한다. 경도의 구체예로는, 비커스 경도 (Hv) 로, 경화층 (1) 에서는 Hv=600 ∼ 700, 모층 (2) 에서는 Hv=300 정도의 경도를 나타낸다.

한편, 투자율 변화 곡선 (5) 을 참조하면, 퀀칭 부재의 표면으로부터의 거리에 대한 투자율의 변화는, 퀀칭 부재의 표면으로부터의 거리에 대한 경도의 변화에 대해 거의 반비례의 관계가 된다. 요컨대, 투자율에 대해서는, 경화층 (1) 의 투자율이 모층 (2) 의 그것보다 작게 됨과 함께, 경계층 (3) 에 있어서는 경화층 (1) 측에서부터 모층 (2) 측에 걸쳐 점점 증가한다. 본 실시형태에 관련된 와류 계측에 있어서는, 이와 같은 퀀칭 부재에 있어서의, 표면으로부터의 거리에 대한 경도와 투자율의 관계가 이용된다.

본 실시형태에 관련된 와류 계측을 실시하기 위한 장치 구성의 개략 (계측 원리) 에 대하여, 도 2 를 이용하여 설명한다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 와류 계측에 있어서는, 계측 대상 부품인 워크 (자성체) (6) 의 계측 부위 (6a) 에 대해, 여자부인 여자 코일 (7) 및 검출부인 검출 코일 (8) 을 갖는 와류 계측용 센서 (9) 가 소정 위치에 세팅된다. 이와 같은 구성에 있어서, 여자 코일 (7) 에 전류가 공급되면, 여자 코일 (7) 주위에 자계가 발생한다. 그러면, 전자 (電磁) 유도에 의해 자성체인 워크 (6) 의 계측 부위 (6a) 의 표면 근방에 와전류가 발생한다 (도 2 중의 화살표 C1 참조). 계측 부위 (6a) 의 표면에 있어서의 와전류의 발생에 수반하여, 검출 코일 (8) 을 자속이 관통하여, 검출 코일 (8) 에 유기 전압이 발생한다. 그리고, 검출 코일 (8) 에 의해 유기 전압이 계측되는 것이다.

여자 코일 (7) 은, 그 양단 (양 단자) 이, 교류 전원 (10) 에 접속된다. 교류 전원 (10) 은, 여자 코일 (7) 에 대해 소정의 교류 여자 신호 (여자용 교류 전압 신호) (V1) 를 인가한다. 검출 코일 (8) 은, 그 양단 (양 단자) 이, 계측 장치 (11) 에 접속된다. 계측 장치 (11) 는, 여자 코일 (7) 에 교류 전원 (10) 으로부터의 교류 여자 신호 (V1) 가 인가되었을 때의 검출 코일 (8) 로부터 얻어지는 검출 신호 (상기 유기 전압에 대한 전압 신호) (V2) 의 크기와, 검출 신호 (V2) 의 교류 여자 신호 (V1) 에 대한 위상차 (위상 지연) (φ) (도 3 참조) 를 검출한다. 여기서, 계측 장치 (11) 에는, 위상차 (φ) 를 검출하기 위해, 증폭된 위상 검파로서, 교류 여자 신호 (V1) (파형) 가 부여된다.

검출 코일 (8) 에 의해 검출되는 검출 신호 (V2) 는, 계측 부위 (6a) (워크 (6)) 의 투자율을 반영한다. 요컨대, 계측 부위 (6a) 의 투자율이 높아지면, 전술한 바와 같은 와전류의 발생에 수반하는 자속이 늘어나 검출 신호 (V2) 가 커진다. 반대로, 계측 부위 (6a) 의 투자율이 낮아지면, 와전류의 발생에 수반하는 자속이 줄어들어 검출 신호 (V2) 가 작아진다. 이 와전류에 기초하는 검출 신호 (V2) 를 정량화 (수치화) 하기 위해, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 검출 신호 (V2) 의 크기의 값인 진폭값 (Y) 과, 검출 신호 (V2) 의 교류 여자 신호 (V1) 에 대한 위상차 (φ) 에서 기인하는 값인 값 (X) (=Ycosφ) 이 주목되어, 다음과 같은 지견이 얻어지고 있다.

먼저, 검출 신호 (V2) 의 진폭값 (Y) 은, 퀀칭 표면 경도 (퀀칭된 부분의 경도) 와의 사이에 상관을 갖는다고 하는 경우가 있다. 즉, 도 1 에 있어서의 경도 변화 곡선 (4) 과 투자율 변화 곡선 (5) 의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 퀀칭 표면 경도가 낮을 때에는 투자율은 높다는 관계가 있다. 투자율이 높으면, 교류 여자 신호 (V1) 가 여자 코일 (7) 에 인가되었을 때에 발생하는 자속은 늘어나고, 계측 부위 (6a) 의 표면으로 유도되는 와전류도 증대한다. 이에 수반하여, 검출 코일 (8) 에 의해 검출되는 검출 신호 (V2) 의 진폭값 (Y) 도 증대한다. 따라서, 반대로, 검출 코일 (8) 에 의해 검출되는 검출 신호 (V2) 의 진폭값 (Y) 으로부터, 와전류가 발생하고 있는 계측 부위 (6a) 를 관통하는 자속, 요컨대 투자율이 유도된다. 이로써, 도 1 에 나타내는 경도 변화 곡선 (4) 과 투자율 변화 곡선 (5) 의 관계로부터 퀀칭 표면 경도를 알 수 있다.

다음으로, 검출 신호 (V2) 의 교류 여자 신호 (V1) 에 대한 위상차 (φ) 에서 기인하는 값 (X) 은, 퀀칭 깊이 (퀀칭 경화층의 깊이) 와의 사이에 상관을 갖는다고 하는 경우가 있다. 즉, 퀀칭 깊이가 깊어지는 것, 요컨대 퀀칭 부재에 있어서 퀀칭된 경화층 (1) 이 증대하는 것은, 투자율이 낮은 범위가 깊이 방향으로 늘어나게 되어, 교류 여자 신호 (V1) 에 대해 검출 신호 (V2) 의 위상 지연이 늘어나게 된다. 이로써, 위상차 (φ) 에서 기인하는 값의 대소로부터, 퀀칭 깊이의 깊고 낮음을 알 수 있다.

이상과 같은 계측 원리에 의해 퀀칭 부품의 퀀칭 품질의 검사를 행하기 위한와류 계측에 있어서는, 전술한 바와 같이 여자 코일 및 검출 코일을 갖는 와류 계측용 센서가 사용된다. 이하, 와류 계측용 센서의 구성을, 본 발명의 실시형태로서 설명한다.

[제 1 실시형태]

먼저, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서에 대하여, 도 4 내지 도 7 을 이용하여 설명한다.

본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서는 그 선단에, 도 4(a) 및 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이 여자부 및 검출부를 구비하여 정삼각 형상으로 구성된 프로브 (100) 를 갖는다. 여자부는 상기와 같이, 계측 대상 부품인 워크에 대해 소정의 교류 여자 신호 (상기 교류 여자 신호 (V1) 참조) 를 인가한다. 검출부는, 상기 교류 여자 신호가 인가된 워크로부터 와전류에 의한 검출 신호 (상기 검출 신호 (V2) 참조) 를 검출하는 것이다.

또한, 본 명세서에서는 프로브 (100) 에 대하여, 도 4(a) 에 있어서의 상측의 면을 상면, 하측의 면을 하면으로 하고, 마찬가지로 우측의 면을 우측면, 좌측의 면을 좌측면으로 하고, 지면 앞쪽의 면을 전면, 지면 안쪽의 면을 후면으로 하여 설명한다.

상기 프로브 (100) 는, 와류 계측용 센서의 선단 방향 (워크의 방향) 으로 연장되는 도시 생략된 로드의 선단에 배치 형성되어 있다. 그리고, 그 로드는 와류 계측용 센서의 내부에 있어서 축심 방향으로 슬라이딩 가능하게 구성되어 있다. 즉, 프로브 (100) 는 워크에 대한 상대 거리를 가변으로 구성되어 있는 것이다 (도 7(a) 참조). 또, 워크의 프로브 (100) 와 대향하는 면에 대해 직교하는 방향의 축을 중심으로 하여 와류 계측용 센서를 회전시킴으로써, 프로브 (100) 의 워크를 향하는 자세를 변화시키는 것도 가능하다 (도 7(b) 참조).

본 실시형태에 있어서는 후술하는 바와 같이, 워크가 6 개의 볼 홈을 갖는 CVJ 아우터 레이스이기 때문에, 프로브 (100) 는 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이 정삼각 형상으로 구성하는 것이 바람직하다 (도 6(b) 및 도 7(b) 참조). 또한, 프로브 (100) 의 형상은 정삼각형에 한정되지 않고, 다른 정다각형 (예를 들어, 정방형 등) 의 형상으로 하는 것도 가능하다. 상세하게는, 계측 대상 부품인 워크의 형상에 따라 적절한 형상을 채용할 수 있다.

상기 여자부는, 상기 프로브 (100) 의 각 변에 배치된, 솔레노이드 코일인 제 1 여자 코일 (32a), 제 2 여자 코일 (32b), 및 제 3 여자 코일 (32c) 을 구비한다.

구체적으로는, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 프로브 (100) 를 구성하며, 모퉁이가 잘라내어진 정삼각 형상 (대략 육각 형상) 으로 형성된 케이스 (21) 의 각 변을 따라, 즉 그 길이 방향이 케이스 (21) 의 각 변의 방향과 평행해지도록, 페라이트나 퍼멀로이 등의 투자율이 높은 자성체로 이루어지는 원주상의 제 1 코어 (31a), 제 2 코어 (31b), 및 제 3 코어 (31c) 가 배치 형성된다. 그리고, 각각의 코어 (31a ∼ 31c) 의 주위에 둘레 방향으로 여자 코일 (32a ∼ 32c) 이 감기는 것이다. 또, 각각 여자 코일 (32a ∼ 32c) 의 양단 (양 단자) 은, 도시 생략된 교류 전원에 접속되어 있다. 요컨대, 여자 코일 (32a ∼ 32c) 은 워크에 대해 소정의 교류 여자 신호를 인가하기 위한 여자 코일이고, 코어 (31a ∼ 31c) 는 여자 코일 (32a ∼ 32c) 에 의해 발생하는 자계를 강하게 하는 것이다.

상기 검출부는, 상기 프로브 (100) 의 각 정점에 배치된, 팬케이크 코일인 제 1 검출 코일 (41a), 제 2 검출 코일 (41b), 및 제 3 검출 코일 (41c) 을 구비한다.

구체적으로는 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 케이스 (21) 에 있어서 잘라내어진 각각의 모퉁이 부분에, 제 1 검출 코일 케이스 (22a), 제 2 검출 코일 케이스 (22b), 및 제 3 검출 코일 케이스 (22c) 가 배치 형성된다. 그리고, 각각의 검출 코일 케이스 (22a ∼ 22c) 에 검출 코일 (41a ∼ 41c) 이 배치 형성되는 것이다. 또, 각각의 검출 코일 (41a ∼ 41c) 은, 그 양단 (양 단자) 이, 도시 생략된 계측 장치에 접속되어 있다. 요컨대, 검출 코일 (41a ∼ 41c) 은 교류 여자 신호가 인가된 워크로부터 와전류에 의한 검출 신호를 검출하는 것이다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 워크에 발생하는 수직 방향 자계와 수평 방향 자계를 동일 감도로 균등하게 검출ㆍ평가하기 위해, 검출 코일 (41a ∼ 41c) 로서 팬케이크 코일을 사용하는데, 팬케이크 코일 대신에 박막 플래너 코일을 사용하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 또, 워크에 발생하는 수직 방향 자계를 주로 검출ㆍ평가하는 경우에는, 팬케이크 코일 대신에 수직 솔레노이드 코일을 사용하는 것도 가능하다. 한편, 워크에 발생하는 수평 방향 자계를 주로 검출ㆍ평가하는 경우에는, 팬케이크 코일 대신에 수평 솔레노이드 코일을 사용하는 것도 가능하다. 그 밖에, 홀 소자 등을 검출 코일로서 채용할 수도 있다.

본 실시형태에 있어서 검출부는, 상기 프로브 (100) 의 중심부에 배치된 밸런스 코일 (51) 을 추가로 구비한다.

구체적으로는, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 케이스 (21) 에 있어서 각각의 검출 코일 (41a ∼ 41c) 로부터 거리가 거의 균등해지는 위치에 밸런스 코일 (51) 이 배치 형성되는 것이다. 밸런스 코일 (51) 은 그 양단 (양 단자) 이 상기 계측 장치에 접속되어 있어, 검출 코일 (41a ∼ 41c) 과 발생하는 기전력이 서로 없애도록 결선되어 있다. 이로써, 검출 코일 (41a ∼ 41c) 과 밸런스 코일 (51) 의 차동에 의해, 프로브 (100) 에 있어서의 온도 등의 외란의 영향을 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시형태에 있어서 밸런스 코일 (51) 을 배치 형성하지 않는 구성으로 하는 것도 가능하지만, 상기와 같이 외란의 영향을 저감시킨다고 하는 관점에서는, 검출부가 밸런스 코일 (51) 을 구비하는 구성인 편이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 와류 계측용 센서를 사용하여 와류 계측을 실시하는 경우에는, 프로브 (100) 를 워크에 근접 배치한 상태에서, 여자 코일 (32a ∼ 32c) 중 적어도 1 개에 교류 여자 신호로서 교류 전압을 가한다. 그리고, 워크에 있어서의 검출 코일 (41a ∼ 41c) 중 어느 것에 대향하는 부분에 자계를 발생시킴과 함께, 각각의 자계에 의해 와전류를 일으키는 것이다. 또한, 그 와전류에 의해 발생한 유기 전압을 검출 신호로서 검출 코일 (41a ∼ 41c) 중 적어도 1 개에 의해 검출함으로써, 그 검출 신호에 기초하여 워크에 있어서의 와류 계측을 실시하는 것이다.

본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서의 제 1 실시예에 의한 와류 계측의 방법에 대하여, 도 5(a) 를 이용하여 설명한다. 본 실시예에 관련된 와류 계측 방법은, 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이, 워크에 있어서의, 복수의 검출 코일 중, 1 개에 대향하는 부분에 자계를 수속시켜 강한 자계를 발생시켜 와전류를 일으키는 것이다.

본 실시예에 관련된 와류 계측 방법에 있어서는, 먼저, 교류 전원에 의해 제 1 여자 코일 (32a) 및 제 2 여자 코일 (32b) 에 전압을 인가한다. 상세하게는, 제 1 여자 코일 (32a) 의 내부에 발생하는 자계가 검출 코일 (41a) 을 향하여 발생함과 동시에, 제 2 여자 코일 (32b) 의 내부에 발생하는 자계도 검출 코일 (41a) 을 향하여 발생하도록, 각각의 여자 코일 (32aㆍ32b) 에 전압을 인가하는 타이밍을 조절하는 것이다.

즉, 제 1 여자 코일 (32a) 에 대해 도 5(a) 에 나타내는 화살표 α11 과 같이 전류가 흐른 순간에는, 오른나사의 법칙에 따라 제 1 여자 코일 (32a) 의 내부에 있어서 도 5(a) 중의 화살표 a11 의 방향으로 자계가 발생한다. 또, 동시에 제 2 여자 코일 (32b) 에 대해 도 5(a) 에 나타내는 화살표 α12 와 같이 전류가 흐른 순간에는, 마찬가지로 제 2 여자 코일 (32b) 의 내부에 있어서 도 5(a) 중의 화살표 a12 의 방향으로 자계가 발생한다. 요컨대, 2 개의 여자 코일 (32aㆍ32b) 에 있어서 각각의 내부에 발생하는 자계가 동시에 검출 코일 (41a) 을 향하여 발생하는 것이다.

그리고, 상기와 같이 발생한 자계에 의해 전자 유도를 일으켜, 전자 유도에 의해 자성체인 워크에 와전류를 발생시키는 것이다. 또한, 워크의 표면에 있어서의 와전류의 발생에 수반하여, 검출 코일 (41a) 에 자속을 관통시켜, 검출 코일 (41a) 에 유기 전압을 발생시킨다. 그리고, 검출 코일 (41a) 에 의해 유기 전압을 계측하는 것이다.

본 실시예는 상기와 같이, 여자 코일 (32aㆍ32b) 각각의 내부에 발생하는 자계를, 워크에 있어서의 검출 코일 (41a) 에 대향하는 부분에 수속시킴으로써, 강한 자계를 발생시켜 와전류를 일으키는 것이다. 또한, 교류 전류를 인가하는 여자 코일을 순서대로 (예를 들어, 평면에서 볼 때에 시계 방향으로) 전환하여, 즉 유기 전압을 계측하는 검출 코일 (여자 코일의 내부에 발생하는 자계를 수속시키는 검출 코일) 도 마찬가지로 순서대로 전환하여 와류 계측을 실시하는 것이다. 예를 들어, [여자 코일 (32aㆍ32b) 에 교류 전류를 인가하여, 검출 코일 (41a) 에 의해 유기 전압을 계측한다]→[여자 코일 (32bㆍ32c) 에 교류 전류를 인가하여, 검출 코일 (41b) 에 의해 유기 전압을 계측한다]→[여자 코일 (32cㆍ32a) 에 교류 전류를 인가하여, 검출 코일 (41c) 에 의해 유기 전압을 계측한다] 와 같이, 여자 코일 (32aㆍ32bㆍ32c) 및 검출 코일 (41aㆍ41bㆍ41c) 을 순서대로 전환하여 계측을 실시하는 것이다.

이로써, 프로브 (100) 에 있어서의 3 개의 정점에 배치 형성된 검출 코일 (41a ∼ 41c) 에 의해 마찬가지로 와류 계측을 실시하는 것이 가능해지는 것이다.

본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서의 제 2 실시예에 의한 와류 계측의 방법에 대하여, 도 5(b) 를 이용하여 설명한다. 본 실시예에 관련된 와류 계측 방법은, 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 모든 검출 코일 (41a ∼ 41c) 에 대향하는 부분에 자계를 발생시켜 와전류를 일으키는 것이다.

본 실시예에 관련된 와류 계측 방법에 있어서는, 먼저, 교류 전원에 의해 여자 코일 (32a ∼ 32c) 에 전압을 인가한다. 상세하게는, 제 1 여자 코일 (32a) 의 내부에 발생하는 자계가, 프로브 (100) 의 중앙부를 중심으로 하여, 평면에서 볼 때에 시계 방향을 향하여 발생함과 동시에, 제 2 여자 코일 (32b) 및 제 3 여자 코일 (32c) 의 내부에 발생하는 자계도 평면에서 볼 때에 시계 방향을 향하여 발생하도록, 각각의 여자 코일 (32a ∼ 32c) 에 전압을 인가하는 타이밍을 조절하는 것이다.

즉, 제 1 여자 코일 (32a) 에 대해 도 5(b) 에 나타내는 화살표 α21 와 같이 전류가 흐른 순간에는, 오른나사의 법칙에 따라 제 1 여자 코일 (32a) 의 내부에 있어서 도 5(b) 중의 화살표 a21 의 방향으로 자계가 발생한다. 또, 동시에 제 2 여자 코일 (32b)ㆍ제 3 여자 코일 (32c) 에 대해 도 5(c) 에 나타내는 화살표 α22ㆍα23 과 같이 전류가 흐른 순간에는, 마찬가지로 제 2 여자 코일 (32b)ㆍ제 3 여자 코일 (32c) 의 내부에 있어서 도 5(b) 중의 화살표 a22ㆍa23 의 방향으로 자계가 발생한다. 요컨대, 3 개의 여자 코일 (32a ∼ 32c) 에 있어서 각각의 내부에 발생하는 자계가 평면에서 볼 때에 시계 방향을 향하여 동시에 발생한다. 그리고, 프로브 (100) 의 중심 부분에, 도 5(b) 중의 화살표 a20 과 같이 회전 자계가 발생하는 것이다.

그리고, 상기와 같이 발생한 자계에 의해 전자 유도를 일으켜, 전자 유도에 의해 자성체인 워크에 와전류를 발생시키는 것이다. 또한, 워크의 표면에 있어서의 와전류의 발생에 수반하여, 검출 코일 (41a ∼ 41c) 에 자속을 관통시켜, 검출 코일 (41a ∼ 41c) 에 유기 전압을 발생시킨다. 그리고, 검출 코일 (41a ∼ 41c) 에 의해 유기 전압을 계측하는 것이다.

본 실시예는 상기와 같이, 여자 코일 (32a ∼ 32c) 각각의 내부에 발생하는 자계를, 워크의 검출 코일 (41a ∼ 41c) 에 대향하는 부분에 동시에 동일하게 발생시켜 와전류를 일으켜 와류 계측을 실시하는 것이다. 이로써, 프로브 (100) 에 있어서의 3 개의 정점에 배치 형성된 검출 코일 (41a ∼ 41c) 각각에 의해 동시에 와류 계측을 실시하는 것이 가능해지는 것이다.

상기와 같이, 본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서는, 여자 코일 (32a ∼ 32c) 각각에 인가하는 전압을 조절함으로써, 각각의 여자 코일 (32a ∼ 32c) 의 내부에 발생하는 자계의 방향이나 발생 상태를 변경할 수 있다. 이로써, 상기와 같이 계측 상황에 따라 검출 코일 (41a ∼ 41c) 에 대향하는 부분에 발생하는 와전류의 패턴을 변경하는 것이 가능해지는 것이다.

본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서의 계측 대상 부품 중 하나인, CVJ 아우터 레이스 (W) 에 대하여, 도 6(a) 및 도 6(b) 를 이용하여 설명한다.

도 6(a) 및 도 6(b) 에 나타내는 바와 같이, CVJ 아우터 레이스 (W) 는 이른바 볼 조인트형의 등속 조인트 (CVJ：Constant Velocity Joint) 를 구성하는 부재 중 하나이다.

CVJ 아우터 레이스 (W) 는, 주로 컵부 (Wc) 와 조인트부 (Wj) 를 구비한다.

컵부 (Wc) 는 일방 (도 6(a) 에 있어서는 상방) 으로 개구된 대략 컵상의 형상을 갖고, 그 내부에 도시 생략된 CVJ 이너 레이스 및 복수의 볼을 수용한다. 컵부 (Wc) 의 내주면 (Wi) 에는 개구측으로부터 안쪽 (컵부 (Wc) 의 바닥부측) 을 향하여 연장된 6 개의 볼 홈 (WbㆍWb…) 이 성형되어 있다. 볼 홈 (WbㆍWb…) 은, 컵부 (Wc) 에 있어서의 내주면 (Wi) 의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되어 있으며, 볼 홈 (WbㆍWb…) 에는, 도시 생략된 복수의 볼이 각각 끼워맞춰진다.

조인트부 (Wj) 는 컵부 (Wc) 의 바닥부로부터 컵부 (Wc) 의 개구 방향과 반대 방향으로 돌출된 대략 원주상의 부분이며, 그 선단부에는 도시 생략된 구동력 전달축 등에 고정시키기 위한 수나사부가 형성되어 있다.

CVJ 아우터 레이스 (W) 는 장기간의 사용에 걸쳐 구동력을 효율적으로 전달하기 위해, 높은 치수 정밀도와 내마모성이 요구된다. 이 때문에, 내주면 (Wi) 이나 볼 홈 (WbㆍWb…) 등의 표면의 내마모성을 향상시키기 위한 퀀칭이 이루어지고 있다. 본 실시형태에서는, 퀀칭 부분 (퀀칭 경화층) (WQ) 에 빗금을 쳐서 나타낸다.

본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서로 CVJ 아우터 레이스 (W) 를 와류 계측하는 경우에 대하여, 도 7(a) 및 도 7(b) 를 이용하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 형상이 복잡하기 때문에 특히 와류 계측의 난도(難度)가 높은 볼 홈 (WbㆍWb…) 부분의 계측을 실시하는 경우에 대하여 설명한다.

본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서로 CVJ 아우터 레이스 (W) 의 볼 홈 (WbㆍWb…) 을 와류 계측할 때에는, 먼저, 와류 계측용 센서의 프로브 (100) 를 CVJ 아우터 레이스 (W) 의 컵부 (Wc) 의 개구측과 대향시켜 배치한다. 그리고, 상기 로드를 선단 방향으로 연장시킴으로써, 도 7 중의 화살표 A 에 나타내는 바와 같이, 프로브 (100) 를 컵부 (Wc) 의 내부에 삽입한다. 또한, 도 7(a) 및 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이, 1 개 간격으로 위치하는 3 개의 볼 홈 (WbㆍWbㆍWb) 에 대해, 각각 3 개의 검출 코일 케이스 (22a ∼ 22c) 를 맞닿게 하여 위치 결정을 실시하는 것이다. 즉, 프로브 (100) 를 CVJ 아우터 레이스 (W) 에 근접 배치하여, 볼 홈 (WbㆍWbㆍWb) 에 대해 검출 코일 케이스 (22a ∼ 22c) 를 맞닿게 하는 것이다.

이 상태에서, 상기 제 1 실시예 또는 제 2 실시예와 같이, 여자 코일 (32a ∼ 32c) 중 적어도 1 개에 교류 여자 신호로서 교류 전압을 가한다. 그리고, 워크에 있어서의 검출 코일 (41a ∼ 41c) 중 어느 것에 대향하는 부분에 자계를 발생시킴과 함께, 각각의 자계에 의해 와전류를 일으키는 것이다. 또한, 그 와전류에 의해 발생한 유기 전압을 검출 신호로서 검출 코일 (41a ∼ 41c) 중 적어도 1 개에 의해 검출함으로써, 그 검출 신호에 기초하여 CVJ 아우터 레이스 (W) 에 있어서의 와류 계측을 실시하는 것이다.

그 후, 상기 로드를 기단 방향으로 단축시켜 컵부 (Wc) 내로부터 꺼내어, 프로브 (100) 를 CVJ 아우터 레이스 (W) (컵부 (Wc) 의 개구면) 에 대해 직교하는 방향의 축을 중심으로 하여 180 도 회전시킨다. 또한, 프로브 (100) 를 컵부 (Wc) 의 내부에 삽입하고, 도 7(b) 의 2 점 쇄선에 나타내는 바와 같이, 1 개 간격으로 위치하는 다른 3 개의 볼 홈 (Wb'ㆍWb'ㆍWb') 에 대해, 각각 3 개의 검출 코일 케이스 (22a ∼ 22c) 를 맞닿게 하여 위치 결정을 실시하는 것이다. 이 상태에서, 상기와 마찬가지로 와류 계측을 실시하는 것이다.

본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서는 상기와 같이, 프로브 (100) 를 정삼각 형상으로 구성하고 있기 때문에, 검출 코일 케이스 (22a ∼ 22c) 를 CVJ 아우터 레이스 (W) 의 볼 홈 (WbㆍWb…) 3 개에 맞닿게 하여, 3 점에서 위치 결정을 실시할 수 있다. 즉, 와류 계측에 있어서의 프로브 (100) 의 워크에 대한 위치 결정 정밀도나 재현성을 향상시키는 것이 가능해지는 것이다.

즉, 본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서에 의하면, 그 내주면이 복잡한 형상으로 3 차원적으로 퀀칭이 가해져 있는 강재라 하더라도 와류 계측의 검사 대상으로 할 수 있다. 예를 들어, 본 실시형태와 같이 검사 대상 부품이 CVJ 아우터 레이스 (W) 라 하더라도, 프로브 (100) 의 위치 결정에 관하여 높은 안정성 및 재현성을 확보하여 와류식 검사를 실시할 수 있는 것이다.

또, 본 실시형태에 있어서의 검사 대상 부품인 CVJ 아우터 레이스 (W) 는, 6 개의 볼 홈 (WbㆍWb…) 이 성형되어 있기 때문에, 1 회째의 와류 계측 후, 정삼각 형상의 프로브 (100) 를 180 도 회전시켜 2 회째의 와류 계측을 실시함으로써, 모든 볼 홈 (WbㆍWb…) 에 대하여 와류 계측을 실시하는 것이 가능해진다. 즉, 컵부 (Wc) 에 대해 프로브 (100) 를 2 회 삽입하는 것만으로, 모든 볼 홈 (WbㆍWb…) 에 대하여 와류 계측을 실시할 수 있기 때문에, 계측 시간을 단축시키는 것이 가능해지는 것이다.

또한, 상기와 같이, 프로브 (100) 의 형상은 워크의 형상 등에 따라, 다른 정다각형의 형상으로 하는 것도 가능하다. 예를 들어, CVJ 아우터 레이스 (W) 에 8 개의 볼 홈 (WbㆍWb…) 이 성형되어 있는 경우에는, 프로브 (100) 를 정방 형상으로 할 수도 있는 것이다.

[제 2 실시형태]

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서에 대하여, 도 8 내지 도 10 을 이용하여 설명한다. 또한, 본 실시형태 이후에서 설명하는 와류 계측용 센서에 대하여, 상기 서술한 실시형태와 공통되는 부분에 관해서는 동일 부호를 부여하여, 상세한 설명을 생략하는 것으로 한다.

도 8(a) 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서는, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 여자부 및 검출부를 구비한 프로브 (200) 를 갖는다. 즉, 여자부로서, 프로브 (200) 의 각 변에 배치된, 솔레노이드 코일인 여자 코일 (32a ∼ 32c) 을 구비한다. 또, 검출부로서, 프로브 (200) 의 각 정점에 배치된, 팬케이크 코일인 검출 코일 (41a ∼ 41c), 및 프로브 (200) 의 중심부에 배치된 밸런스 코일 (51) 을 구비한다.

본 실시형태에 있어서는, 검출 코일 (41a ∼ 41c) 은, 프로브 (200) 의 각 정점으로부터 외측으로 연출 가능하게 구성된다.

구체적으로는, 도 8(b) 에 나타내는 바와 같이, 케이스 (21) 에 있어서 잘라내어진 각각의 모퉁이 부분 (프로브 (200) 의 각 정점이 되는 부분) 에, 제 1 검출 코일 케이스 (22a), 제 2 검출 코일 케이스 (22b), 및 제 3 검출 코일 케이스 (22c) 가, 각각 탄성 부재인 제 1 스프링 (23a), 제 2 스프링 (23b), 및 제 3 스프링 (23c) 을 개재하여 배치 형성된다. 그리고, 각각의 검출 코일 케이스 (22a ∼ 22c) 에 검출 코일 (41a ∼ 41c) 이 배치 형성되는 것이다.

본 실시형태에 있어서 검출 코일 (41a ∼ 41c) 은, 프로브 (200) 의 각 정점에 탄성 부재인 스프링 (23a ∼ 23c) 을 개재하여 배치 형성되는데, 검출 코일 (41a ∼ 41c) 이 다른 구성에 의해 외측으로 연장되어 나오는 구성으로 하는 것도 가능하다. 예를 들어, 전동 실린더 등의 액추에이터를 프로브 (200) 의 각 정점에 배치 형성하고, 각각에 검출 코일 (41a ∼ 41c) 을 배치 형성하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 단, 제조 비용의 저렴화나 간이성의 관점에서는, 본 실시형태와 같이 스프링 등의 탄성 부재를 사용하여 검출 코일 (41a ∼ 41c) 을 배치 형성하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서로 CVJ 아우터 레이스 (W) 를 와류 계측하는 경우에 대하여, 도 9(a) 내지 도 9(c) 를 이용하여 설명한다.

본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서로 CVJ 아우터 레이스 (W) 의 볼 홈 (WbㆍWb…) 을 와류 계측할 때에는, 상기 제 1 실시형태와 같이, 프로브 (200) 를 컵부 (Wc) 의 내부에 삽입한다. 그리고, 도 9(a) 에 나타내는 바와 같이, 3 개의 볼 홈 (WbㆍWbㆍWb) 에 대해 각각 3 개의 검출 코일 케이스 (22a ∼ 22c) 를 맞닿게 하여 위치 결정을 실시한다. 이 때, 스프링 (23a ∼ 23c) 은 약간 압축된다. 즉, 검출 코일 케이스 (22a ∼ 22c) 는 스프링 (23a ∼ 23c) 의 탄성력에 의해 외측으로 탄성 지지되어 있고, 그 탄성 지지력에 의해 볼 홈 (WbㆍWbㆍWb) 에 맞닿는 것이다.

이 상태에서, 상기 제 1 실시형태와 같이, 여자 코일 (32a ∼ 32c) 중 적어도 1 개에 교류 여자 신호로서 교류 전압을 가하여, CVJ 아우터 레이스 (W) 에 있어서의 와류 계측을 개시하는 것이다.

그 후, 와류 계측을 계속하면서, 상기 로드를 선단 방향으로 연장함으로써, 프로브 (200) 를 컵부 (Wc) 의 안쪽 (바닥부측) 을 향하여 이동시킨다. 이 때, 스프링 (23a ∼ 23c) 은 컵부 (Wc) 의 형상 (볼 홈 (WbㆍWbㆍWb) 의 형상) 에 따라 서서히 압축량이 변화해 간다. 즉, 프로브 (200) 가 컵부 (Wc) 의 안쪽을 향함에 따라 내주면 (Wi) 의 직경이 작아지기 때문에, 검출 코일 케이스 (22a ∼ 22c) 가 볼 홈 (WbㆍWbㆍWb) 의 내주면에 의해 직경 방향 내측으로 가압되어 스프링 (23a ∼ 23c) 의 압축량이 증가한다. 또, 프로브 (200) 가 컵부 (Wc) 의 안쪽을 향함에 따라, 검출 코일 케이스 (22a ∼ 22c) 는 스프링 (23a ∼ 23c) 의 탄성력에 의해 외측으로 보다 강하게 탄성 지지되기 때문에, 볼 홈 (WbㆍWbㆍWb) 에 계속해서 맞닿는 것이다.

그리고, 도 9(b) 및 9(c) 에 나타내는 바와 같이, 각 계측 포인트에서 프로브 (200) 를 정지시켜, 와류 계측값을 취득하는 것이다. 그리고, 과거의 계측 결과 등을 기초로 하여 미리 작성한 검량선 데이터를 사용함으로써, 이와 같이 하여 얻어진 와류 계측값으로부터 퀀칭 깊이 (표면으로부터의 퀀칭 부분 (WQ) 의 두께) 를 구하는 것이 가능해진다. 즉, 각각의 계측 포인트에 있어서의 퀀칭 깊이를 선으로 연결함으로써, 도 9(a) 내지 도 9(c) 에 나타내는 바와 같은 CVJ 아우터 레이스 (W) 에 있어서의 3 차원적인 퀀칭 형상을 구할 수 있는 것이다.

그 후, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 프로브 (200) 를 CVJ 아우터 레이스 (W) 에 대해 직교 방향의 축을 중심으로 하여 180 도 회전시켜, 다른 3 개의 볼 홈 (Wb'ㆍWb'ㆍWb') 에 대하여 와류 계측을 실시하는 것이다.

본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서는 상기와 같이, 검출 코일 (41a ∼ 41c) 을 프로브 (200) 의 각 정점으로부터 외측으로 연장되어 나올 수 있도록 구성하고 있기 때문에, 내경이 연속적으로 변화하는 것과 같은 계측 대상 부품이라 하더라도 와류 계측을 실시하는 것이 가능해진다. 구체적으로는, CVJ 아우터 레이스 (W) 와 같이, 볼 홈 (WbㆍWb…) 의 형상이 변화하는 계측 대상 부품이라도 연속적으로 와류 검사를 실시할 수 있는 것이다. 요컨대, 비파괴로 CVJ 아우터 레이스 (W) 에 있어서의 3 차원적인 퀀칭 형상을 가시화하는 것이 가능해지는 것이다.

또, 본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서를 사용함으로써, CVJ 아우터 레이스 (W) 의 퀀칭 균열 탐상 시험을 실시할 수도 있다.

구체적으로는, 와류 계측을 실시하면서, 도 10(a) 중의 화살표 a 에 나타내는 바와 같이, 프로브 (200) 를 상기와 같이 컵부 (Wc) 의 내부에서 안쪽 (바닥부측) 을 향하여 이동시킨다. 요컨대, 여자 코일 (32a ∼ 32c) 중 적어도 1 개에 교류 여자 신호로서 교류 전압을 가하면서, 검출 코일 케이스 (22a ∼ 22c) 를 볼 홈 (WbㆍWbㆍWb) 을 따라 슬라이딩시키는 것이다. 그 때, 도 10(a) 에 나타내는 균열 (결함) 을 횡단한 경우에는, 도 10(b) 에 나타내는 바와 같이, 계측 신호가 크게 변화하게 되어, 결함 신호를 검출할 수 있는 것이다. 즉, 본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서에 의해, CVJ 아우터 레이스 (W) 에 발생한 퀀칭 균열을 발견할 수 있는 것이다.

[제 3 실시형태]

다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서에 대하여, 도 11 을 이용하여 설명한다.

도 11(a) 및 도 11(b) 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서는, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 여자부 및 검출부를 구비한 프로브 (300) 를 갖는다. 즉, 여자부로서, 프로브 (300) 의 각 변에 배치된, 솔레노이드 코일인 여자 코일 (32a ∼ 32c) 을 구비한다. 또, 검출부로서, 프로브 (300) 의 각 정점에 배치된, 팬케이크 코일인 검출 코일 (41a ∼ 41c), 및 프로브 (300) 의 중심부에 배치된 밸런스 코일 (51) 을 구비한다.

또, 본 실시형태에 있어서의 검출부는, 프로브 (300) 의 1 변에, 팬케이크 코일인 평활부용 검출 코일 (43) 을 추가로 구비한다. 구체적으로는 도 11(a) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 여자 코일 (32b) 이 배치 형성된 변의 대략 중앙부에서, 제 2 여자 코일 (32b) 보다 외측에, 평활부용 검출 코일 (43) 이 배치되는 것이다. 평활부용 검출 코일 (43) 은, 그 양단 (양 단자) 이, 도시 생략된 계측 장치에 접속되어 있어, 교류 여자 신호가 인가된 워크로부터 와전류에 의한 검출 신호를 검출한다. 또한, 평활부용 검출 코일 (43) 은 프로브 (300) 의 각 변에 배치 형성되는 구성으로 하는 것도 가능하다. 또, 평활부용 검출 코일 (43) 은, 팬케이크 코일 대신에, 박막 플래너 코일, 수직 솔레노이드 코일, 수평 솔레노이드 코일, 홀 소자 등의 다른 검출 부재를 사용하는 구성으로 할 수도 있다.

본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서의 계측 대상 부품의 하나인, 크랭크 샤프트 (C) 의 퀀칭 깊이를 계측하는 경우에 대하여, 도 11(a) 및 도 11(b) 를 이용하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 와류 계측 대상으로서 크랭크 샤프트 (C) 에 있어서의 저널부가 사용되고, 저널부의 중앙부 (Cc) 및 양단의 R 부 (CrㆍCr) 에 걸쳐 퀀칭 부분 (퀀칭 경화층) (CQ) 이 형성되어 있는 것으로 한다. 또한, 본 실시형태에 관련된 와류 계측용 센서는, 크랭크 샤프트 (C) 의 핀부나, 캠 샤프트 등의 와류 계측에도 적용하는 것이 가능하다.

먼저, 제 1 실시예로서, 크랭크 샤프트 (C) 에 있어서의 저널부의 중앙부 (Cc) 의 퀀칭 깊이를 계측하는 경우에 대하여, 도 11(a) 를 이용하여 설명한다.

본 실시예에 있어서는 도 11(a) 에 나타내는 바와 같이, 와류 계측용 센서의 프로브 (300) 에 있어서의, 평활부용 검출 코일 (43) 측을, 저널부의 중앙부 (Cc) 에 대향시켜 근접 배치한다.

그리고, 제 2 여자 코일 (32b) 에 교류 여자 신호로서 교류 전압을 가하여, 평활부용 검출 코일 (43) 에 대향하는 저널부의 중앙부 (Cc) 에 자계를 발생시킴과 함께, 그 자계에 의해 와전류를 일으킨다. 구체적으로는, 제 2 여자 코일 (32b) 에 대해 도 11(a) 에 나타내는 화살표 α31 과 같이 전류가 흐른 순간에는, 오른나사의 법칙에 따라 제 2 여자 코일 (32b) 의 내부에 있어서 도 11(a) 중의 화살표 a31 의 방향으로 자계가 발생하는 것이다. 또한, 그 와전류에 의해 발생한 유기 전압을 검출 신호로서 평활부용 검출 코일 (43) 에 의해 검출함으로써, 그 검출 신호에 기초하여 저널부에 있어서의 퀀칭 부분 (CQ) 중 중앙부 (Cc) 에 있어서의 와류 계측을 실시하는 것이다.

다음으로, 제 2 실시예로서, 크랭크 샤프트 (C) 에 있어서의 저널부의 양단의 R 부 (CrㆍCr) 의 퀀칭 깊이를 계측하는 경우에 대하여, 도 11(b) 를 이용하여 설명한다.

본 실시예에 있어서는 도 11(b) 에 나타내는 바와 같이, 와류 계측용 센서의 프로브 (300) 에 있어서의, 제 1 검출 코일 (41a) 및 제 2 검출 코일 (41b) 을, 각각 저널부의 양단의 R 부 (CrㆍCr) 에 대향시켜 근접 배치한다.

그리고, 제 1 여자 코일 (32a) 및 제 3 여자 코일 (32c) 에 교류 여자 신호로서 교류 전압을 가하여, 제 1 검출 코일 (41a) 및 제 2 검출 코일 (41b) 에 대향하는 저널부의 양단의 R 부 (CrㆍCr) 에 자계를 발생시킴과 함께, 그 자계에 의해 와전류를 일으킨다. 구체적으로는, 제 1 여자 코일 (32a) 및 제 3 여자 코일 (32c) 에 대해 도 11(b) 에 나타내는 화살표 α41ㆍα42 와 같이 전류가 흐른 순간에는, 오른나사의 법칙에 따라 제 1 여자 코일 (32a) 및 제 3 여자 코일 (32c) 의 내부에 있어서 도 11(b) 중의 화살표 a41ㆍa42 의 방향으로 자계가 발생하는 것이다. 또한, 그 와전류에 의해 발생한 유기 전압을 검출 신호로서 제 1 검출 코일 (41a) 및 제 2 검출 코일 (41b) 에 의해 검출함으로써, 그 검출 신호에 기초하여 저널부에 있어서의 퀀칭 부분 (CQ) 중 양단의 R 부 (CrㆍCr) 에 있어서의 와류 계측을 실시하는 것이다.

이와 같이, 본 실시형태에 있어서는 상기와 같이, 크랭크 샤프트 (C) 에 있어서의 저널부의 형상에 따라, 즉 와류 계측을 실시하는 부분에 따라, 여자 코일 (32a ∼ 32c) 에 인가하는 전압을 조절하고 있다. 이로써, 각각의 여자 코일 (32a ∼ 32c) 의 내부에 발생하는 자계의 방향이나 발생 상태를 변경할 수 있다. 즉, 상기와 같이 계측 상황에 따라 저널부에 있어서의 퀀칭 부분 (CQ) 에 발생하는 와전류의 패턴을 변경하는 것이 가능해지는 것이다. 구체적으로는, 저널부에 있어서의 퀀칭 부분 (CQ) 중, 중앙부 (Cc) 와, 양단의 R 부 (CrㆍCr) 각각에 대하여, 적절한 와전류를 발생시켜 와류 계측을 실시할 수 있는 것이다. 바꾸어 말하면, 크랭크 샤프트 (C) 의 저널부나 핀부에 있어서의 퀀칭 깊이/경도를, 퀀칭 부분 (CQ) 중 특정 부분만 검출할 수 있는 것이다.

산업상 이용가능성

본 발명에 관련된 와류 계측용 센서는, 내주면에 복잡한 형상으로 3 차원적으로 퀀칭이 가해져 있는 강재를 계측 대상 부품으로 하여 와류 계측하는 경우라 하더라도, 프로브의 위치 결정에 관하여 높은 안정성 및 재현성을 확보하여 와류식 검사를 실시할 수 있는 것으로부터, 산업상 유용하다.

Claims

계측 대상 부품에 대해 소정의 교류 여자 신호를 인가하기 위한 여자부, 및 인가된 상기 교류 여자 신호에 의해 계측 대상 부품에 발생하는 검출 신호를 검출하기 위한 검출부를 구비하고, 정다각 형상으로 구성된 프로브를 구비하는 와류 계측용 센서로서,
상기 여자부는, 정다각 형상의 상기 프로브의 각 변을 따라 배치된 여자 코일을 구비하고,
상기 검출부는, 정다각 형상의 상기 프로브의 각 정점에 배치된 검출 코일과, 정다각 형상의 상기 프로브의 중심부에 배치되고, 상기 검출 코일과 발생하는 기전력을 서로 없애는 밸런스 코일을 구비하고,
상기 프로브를 상기 계측 대상 부품에 근접 배치한 상태에서, 상기 여자 코일 중 적어도 1 개에 교류 여자 신호로서 교류 전압을 가하여, 계측 대상 부품에 있어서의 상기 검출 코일에 대향하는 부분에 자계를 발생시킴과 함께, 그 자계에 의해 와전류를 일으켜, 그 와전류에 의해 발생한 유기 (誘起) 전압을 검출 신호로서 상기 검출 코일 중 적어도 1 개에 의해 검출하고, 그 검출 신호에 기초하여 계측 대상 부품에 있어서의 와류 계측을 실시하는 것을 특징으로 하는 와류 계측용 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 검출 코일은, 정다각 형상의 상기 프로브의 각 정점으로부터 외측으로 연출 (延出) 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 와류 계측용 센서.
제 2 항에 있어서,
상기 검출 코일은, 정다각 형상의 상기 프로브의 각 정점에 탄성 부재를 개재하여 배치됨으로써, 상기 프로브의 각 정점으로부터 외측으로 연출 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 와류 계측용 센서.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출부는, 정다각 형상의 상기 프로브에 있어서의 적어도 1 개의 변에 있어서, 상기 여자 코일보다 외측에 배치된 평활부용 검출 코일을 추가로 구비하고,
상기 프로브를 상기 계측 대상 부품에 근접 배치한 상태에서, 상기 여자 코일 중 적어도 1 개에 교류 여자 신호로서 교류 전압을 가하여, 계측 대상 부품에 있어서의 상기 평활부용 검출 코일에 대향하는 부분에 자계를 발생시킴과 함께, 각각의 자계에 의해 와전류를 일으켜, 그 와전류에 의해 발생한 유기 전압을 검출 신호로서 상기 평활부용 검출 코일에 의해 검출하고, 그 검출 신호에 기초하여 계측 대상 부품에 있어서의 와류 계측을 실시하는 것을 특징으로 하는 와류 계측용 센서.
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