KR20180034629A - 강재 제품의 표면 특성 검사 방법 및 표면 특성 검사 장치 - Google Patents

Abstract

표면 처리를 실시한 강재 제품에 대하여 열처리가 적정하게 행해졌는지의 여부를 비파괴로 행하는 표면 특성 검사 방법을 제공한다. 교류 브리지 회로와, 상기 교류 브리지 회로에 교류 전력을 공급하는 교류 전원과, 상기 교류 브리지 회로로부터의 출력 신호에 기초하여, 열처리를 포함하는 표면 처리를 실시한 강재 제품인 피검체의 표면 특성을 평가하는 평가 장치를 구비하는 표면 특성 검사 장치를 사용한다. 브리지 회로에 포함되는 기준 검출기 및 검사 검출기의 각각의 코일에 교류 자기를 여자하여 기준 검체 및 상기 피검체에 각각 와전류를 여기시킴과 함께, 상기 기준 검출기가 기준 상태를 검출하고 있는 상태에 있어서의 상기 피검체의 전자기 특성을 제1 출력 신호로서 출력한다. 이때, 평가 장치에 의하여 제1 출력 신호를 제1 역치와 비교하여 피검체의 열처리의 정도를 평가한다.

Description

강재 제품의 표면 특성 검사 방법 및 표면 특성 검사 장치

본 발명은, 표면 처리를 실시한 강재 제품의 표면 상태를 검사하는 표면 특성 검사 방법 및 표면 특성 검사 방법에 관한 것이다.

자동차 부품 등에 사용되는 기어나 샤프트 등의 강재 제품에 대하여 그 기계적 성질을 향상시킬 목적으로 열처리(??칭, 템퍼링, 질화 처리, 침탄 처리 등)를 행하는 것은 널리 알려져 있다. 또한 열처리 후의 강재 제품에 대하여 압축 잔류 응력을 부여하는 숏 피닝 처리(숏 피닝을 이후 「SP」라 기재함)를 실시하는 표면 처리 방법이 널리 채용되어 있다.(예를 들어 특허문헌 1)

열처리는 통상, 뱃치 처리로 행해지므로, 열처리의 정도는 강재 제품마다 변동이 발생한다. 그 때문에, SP의 처리 조건을 적정하게 관리하더라도 강재 제품에 대한 표면 처리의 정도에 변동이 발생한다. 그 때문에, 강재 제품에 대하여 이들의 표면 처리가 적정하게 행해졌는지의 여부를 검사할 필요가 있다.

본원 발명자는, 표면 처리를 실시한 강재 등의 처리재의 표면 처리 상태를 검사할 수 있는 표면 특성 검사 장치로서 특허문헌 2를 개시하고 있다.

일본 특허 공개 평06-158159호 공보 일본 특허 공개 제2013-529286호 공보

그러나 열처리는 SP에 비하여 영향층이 깊어서, 종래의 표면 특성 검사 방법으로는 열처리의 정도를 고정밀도로 측정하는 것은 곤란하였다. 본 발명은, 표면 처리로서 적어도 열처리가 실시된 강재 제품을 검사하여, 이 열처리가 적정하게 행해졌는지의 여부를 고정밀도로 검사하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 일 측면의 표면 특성 검사 방법은, 열처리를 포함하는 표면 처리를 실시한 강재 제품의 열처리의 정도를 평가하는 표면 특성 검사 방법이다. 이 표면 특성 검사 방법은, 교류 브리지 회로와, 교류 브리지 회로에 교류 전력을 공급하는 교류 전원과, 교류 브리지 회로로부터의 출력 신호에 기초하여, 열처리를 포함하는 표면 처리를 실시한 강재 제품의 열처리의 정도를 평가하는 평가 장치를 구비하는 표면 특성 검사 장치를 사용한다. 교류 브리지 회로는, 제1 저항과 제2 저항으로 분배비가 가변으로 구성된 가변 저항과, 교류 자기를 여자 가능한 코일을 구비한 기준 검출기와, 교류 자기를 여자 가능한 코일을 구비한 검사 검출기에 의하여 구성된 브리지 회로이다. 그리고 이 표면 특성 검사 방법은 하기 1 내지 5의 공정을 구비한다. 이들 공정은 제각기 행해도 되고 2개 이상을 동시에 행해도 된다.

(1) 준비 공정: 적어도 열처리를 실시한 강재 제품, 및 해당 강재 제품과 동일 구조의 기준 검체, 및 표면 특성 검사 장치를 준비하는 공정.

(2) 배치 공정: 기준 검출기의 코일을 상기 기준 검체에 와전류가 여기하도록 배치함과 함께, 검사 검출기의 코일을 상기 강재 제품에 와전류가 여기하도록 배치하는 공정.

(3) 교류 공급 공정: 교류 브리지 회로에 교류 전력을 공급하는 공정.

(4) 검출 공정: 기준 검출기의 코일 및 상기 검사 검출기의 코일에 각각 교류 자기를 여자하여 기준 검체 및 상기 강재 제품에 각각 와전류를 여기시킴과 함께, 기준 검출기가 기준 상태를 검출하고 있는 상태에 있어서의 상기 강재 제품의 전자기 특성을 제1 출력 신호로서 검출하는 공정.

(5) 열처리 평가 공정: 평가 장치에 의하여 제1 출력 신호로부터 연산한 값을 제1 역치와 비교하여, 상기 강재 제품에 실시되어 있는 열처리의 정도를 평가하는 공정.

그리고 상기 기준 검출기 및 상기 검사 검출기의 각 코일의 여자 주파수를 500㎐ 내지 10×10³㎐로 설정한다.

기준 검출기 및 상기 검사 검출기의 각 코일의 여자 주파수를 500㎐ 내지 10×10³㎐의 범위에서 설정함으로써, 코일로부터 발생하는 와전류가 피검체에 침투하는 깊이를 열처리의 영향층의 깊이에 맞추어 설정할 수 있다. 그 후에 강재 제품의 전자기 특성을 검출하고 그 결과에 기초하여 연산함으로써, 열처리의 정도를 고정밀도로 평가할 수 있다.

여기서 「표면 특성」이란, 피검체의 최표면으로부터 내면의 영향층까지의 특성을 말한다. 또한 「동일 구조」란, 재질, 형상이 동일한 것을 의미하며, 표면 처리의 유무는 불문한다. 따라서 표면 처리의 유무에 관계없이 재질, 형상이 동일한 강재 제품을 기준 검체로서 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태의 표면 특성 검사 방법에 있어서, 검출 공정은, 열처리 후에 숏 피닝 처리가 실시된 강재 제품에 대하여 실행해도 된다. 그리고 상기 제1 출력 신호는, 열처리 후에 숏 피닝 처리가 실시된 강재 제품의 전자기 특성으로 해도 된다.

통상, 열처리는 뱃치 처리에 의하여 행해지기 때문에 피검체마다 변동이 발생하기 쉬움과 함께, 표면 처리 중에서도 영향층이 깊어서 열처리의 정도를 비파괴로 고정밀도로 평가하는 것은 곤란하였다. 한편, SP 처리는, SP 처리 조건을 제어함으로써 비교적 안정되게 처리를 행할 수 있다. 이러한 상황에 있어서 본건 발명자는, 열처리 및 SP를 실시한 후의 강재 제품의 전자기 특성을 평가함으로써, 열처리 직후에 측정한 경우에 비하여 열처리의 정도를 더 고정밀도로 평가할 수 있는 것을 알아내었다. 또한 그 평가 결과를 열처리 공정에 피드백할 수 있다. 그 때문에, 열처리 불량에 의한 제품 수율의 저하를 억제할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태의 표면 특성 검사 방법에 있어서, 상기 준비 공정에서 준비하는 강재 제품은, 열처리가 실시되고 숏 피닝 처리가 실시되어 있지 않은 강재 제품으로 해도 된다. 그리고 이 열처리가 실시된 강재 제품의 전자기 특성을 상기 표면 특성 검사 장치에 의하여 검출하는 예비 검출 공정과, 해당 예비 검출 공정 후에 해당 강재 제품에 숏 피닝 처리를 실시하는 숏 피닝 공정을 더 포함해도 된다. 상기 예비 검출 공정은, 상기 기준 검출기 및 상기 검사 검출기의 코일에 교류 전압을 공급하여, 상기 기준 검출기 및 상기 검사 검출기의 각각에 배치된 상기 기준 검체 및 피검체에 각각 와전류를 여기시킴과 함께, 상기 기준 검출기가 기준 상태를 검출하고 있는 상태에 있어서의 상기 피검체의 전자기 특성을 제2 출력 신호로서 취득하는 것이고, 상기 평가 장치는, 상기 열처리 평가 공정에 있어서, 상기 제1 출력 신호 및 상기 제2 출력 신호에 기초하여 상기 피검체의 열처리의 정도를 평가할 수도 있다.

그리고 본 발명의 일 실시 형태의 표면 특성 검사 방법에 있어서의 상기 열처리 평가 공정은, 제1 출력 신호와 제2 출력 신호의 비를 연산하고 이 값과 상기 제1 역치와 비교함으로써, 상기 강재 제품의 열처리의 정도를 평가하는 공정을 포함해도 된다. 제2 출력 신호에 의하여, 강재 제품의 개체차에 의한 제1 출력 신호의 변동을 적게 할 수 있으므로, 측정 정밀도를 더 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태의 표면 특성 검사 방법에 있어서의 상기 제1 출력 신호 및 상기 제2 출력 신호는 모두 상기 기준 검출기 및 상기 검사 검출기 간의 전위차로 해도 된다. 역치의 설정 시나 검사 시의 주위 환경(온도, 습도, 노이즈 등)의 영향을 저감할 수 있다. 또한 상기 교류 브리지 회로의 하류에 차동 증폭기를 마련함으로써 전위차를 증폭할 수 있다. 이것에 의하여 정밀도가 높은 검사를할 수 있다.

일 실시 형태의 표면 특성 검사 방법에 있어서의 상기 제1 역치는, 열처리 및 SP 처리를 실시하고 있지 않은, 즉, 어느 표면 처리도 실시하고 있지 않은 미처리된 강재 제품(이후, 「미처리품」이라 기재함)의 전자기 특성과, 이 미처리된 강재 제품에 열처리만을 적정하게 실시한 강재 제품(이후, 「열처리 기준품」이라 기재함)의 전자기 특성에 기초하여 산출되는 값으로 해도 된다. 그리고 상기 열처리 평가 공정은, 상기 제1 출력 신호 및 상기 제2 출력 신호에 기초하여 산출된 값을 당해 제1 역치와 비교함으로써, 상기 강재 제품의 열처리의 정도를 평가해도 된다. 강재 제품의 개체차에 의한 측정값의 변동을 적게 할 수 있으므로 역치를 적절히 설정할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태의 표면 특성 검사 방법에 있어서의 상기 열처리 평가 공정은, 상기 제1 출력 신호를 연산하고 그 값을 제2 역치와 비교하여, 상기 피검체에 대하여 SP 처리가 적정하게 행해져 있는지의 여부를 평가하는 것을 더 포함해도 된다. SP 처리에 대한 평가 결과를 SP 처리에 피드백할 수 있으므로 안정된 SP 처리를 행할 수 있음과 함께, 열처리의 정도를 평가하는 정밀도가 향상된다. 즉, 열처리 불량에 의한 제품 수율의 저하를 더 억제할 수 있다.

일 실시 형태의 표면 특성 검사 방법에 있어서의 상기 제2 역치 E_th2는, 열처리 및 숏 피닝 처리를 실시하고 있지 않은 미처리된 피검체를 상기 검사 검출기에 배치한 때의 출력 신호 E_A, 및 상기 열처리 및 상기 숏 피닝 처리가 적정하게 행해진 피검체를 상기 검사 검출기에 배치한 때의 출력 신호 E_C에 기초하여 하기 식에 의하여 계산된 값이고, 이 제2 역치를 초깃값으로 하여 상기 평가 장치는 상기 열처리 평가 공정을 반복하여 실행해도 된다. 단, 하기 식에 있어서는 E_Aav: 출력 신호 E_A의 평균값, E_Cav: 출력 신호 E_C의 평균값, σ_A: 출력 신호 E_A의 표준 편차, σ_C: 출력 신호 E_C의 표준 편차로 한다.

이 식에 의하여, 적은 측정 수로도 정밀도가 높은 적절한 초기 역치를 설정할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은, 적어도 열처리를 포함하는 표면 처리를 실시한 강재 제품에 있어서의 열처리의 정도를 평가하는 표면 특성 검사 장치이다. 이 표면 특성 검사 장치는, 가변 저항과 기준 검출기와 검사 검출기를 구비하는 교류 브리지 회로와, 상기 교류 브리지 회로에 교류 전력을 공급하는 교류 전원과, 상기 교류 브리지 회로로부터의 출력 신호에 기초하여 상기 강재 제품의 열처리의 정도를 평가하는 평가 장치를 구비한다. 가변 저항은 제1 저항과 제2 저항으로 분배비가 가변으로 구성되어 있다. 기준 검출기는 교류 자기를 여자 가능한 코일을 구비하고 있다. 검사 검출기는 교류 자기를 여자 가능한 코일을 구비하고 있다. 그리고 상기 기준 검출기 및 상기 검사 검출기의 각 코일의 여자 주파수는 500㎐ 내지 10×10³㎐로 설정된다.

기준 검출기 및 상기 검사 검출기의 각 코일의 여자 주파수를 이 범위에서 설정함으로써, 코일로부터 발생하는 와전류가 피검체에 침투하는 깊이를 열처리의 영향층의 깊이에 맞추어 설정할 수 있다. 그 후에 강재 제품의 전자기 특성을 검출하고 그 결과에 기초하여 연산함으로써, 열처리의 정도를 고정밀도로 평가할 수 있다.

또한 이 표면 특성 검사 방법에 사용하는 표면 특성 검사 장치는, 검출 신호로서 출력할 때 피검체와 동일 구조의 기준 검체를 사용하고 있는 점에서, 측정 시기의 차이에 의한 주위의 환경(온도나 습도)의 영향을 받기 어렵다. 그 때문에 측정 정밀도를 높게 할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태는, 상기 표면 처리를 실시한 강재 제품을, 열처리 후에 숏 피닝 처리를 실시한 강재 제품으로 해도 된다. 열처리 및 SP를 실시한 후의 강재 제품의 전자기 특성을 평가함으로써, 열처리 직후에 측정한 경우에 비하여 열처리의 정도를 고정밀도로 평가할 수 있다.

일 측면 및 일 실시 형태에 의하여, 강재 제품에 대하여 적어도 열처리를 실시하는 표면 처리가 양호하게 행해졌는지의 여부의 검사를 고정밀도로 행할 수 있는 표면 특성 검사 방법을 제공할 수 있다.

도 1a는 실시 형태에서 사용한 표면 특성 검사 장치의 구성을 도시하는 설명도이며, 표면 특성 검사 장치의 회로 구성을 도시하는 모식도이다.
도 1b는 실시 형태에서 사용한 표면 특성 검사 장치의 구성을 도시하는 설명도이며, 검사 검출기의 구성을 도시하는 모식도(투시도)이다.
도 2는 실시 형태에서 사용한 교류 브리지 회로로부터의 출력에 대하여 설명하는 모식도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 표면 특성 검사 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 있어서의 실시예의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제2 실시 형태의 표면 특성 검사 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 제2 초기 역치의 설정 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7a는 실시 형태의 효과를 설명하기 위한 그래프이며, 열처리의 양부에 대한 SP 처리 전후의 측정 전압의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7b는 실시 형태의 효과를 설명하기 위한 그래프이며, SP 처리 전후에 있어서의 열처리의 양부의 측정 전압비를 나타내는 그래프이다.

(제1 실시 형태)

본 발명에 있어서 표면 특성이 검사되는 강재 제품에 실시되고 있는 표면 처리는, 강재 제품에 열처리(??칭, 템퍼링, 어닐링, 질화 처리, 오스템퍼 처리 등)를 실시한 후 SP 처리를 실시하고 있다. 이 표면 처리를 실시한 강재 제품의 표면 특성 검사 방법의 일 측면의 실시 형태를 제1 실시 형태로서, 도면을 참조하여 설명한다. 또한 이하의 설명에 있어서의 상하 좌우 방향은, 특별히 정하지 않는 한 도면에 있어서의 방향을 가리킨다.

(표면 특성 검사 장치)

도 1a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 의한 표면 특성 검사 장치(1)는 교류 전원(10), 교류 브리지 회로(20) 및 평가 장치(30)를 구비하고 있다.

교류 전원(10)은, 교류 브리지 회로(20)에 주파수가 가변의 교류 전력을 공급 가능하게 구성되어 있다.

교류 브리지 회로(20)는 가변 저항(21), 기준 검출기(22), 검사 검출기(23)를 구비하고 있다. 검사 검출기(23)는 피검체 M에 와전류를 여기하도록 코일을 배치 가능하게 형성되어 있다. 또한 기준 검출기(22)는 피검체 M과 동일 구조의 기준 검체 S를 배치 가능하게 형성되어 있다. 여기서 「피검체 M과 동일 구조」란, 재질, 형상이 동일한 것을 의미하며, 표면 처리의 유무를 불문한다.

가변 저항(21)은 저항 R_A를 분배비 γ로 저항 R₁과 저항 R₂로 분배할 수 있도록 구성되어 있다. 분배비 γ는 임의로 설정할 수 있다. 저항 R₁, 저항 R₂는 기준 검출기(22) 및 검사 검출기(23)와 함께 브리지 회로를 구성하고 있다. 본 실시 형태에서는, 저항 R₁과 저항 R₂를 분배하는 점 A 및 기준 검출기(22)와 검사 검출기(23) 사이의 점 B가 표면 특성 검사 장치(1)의 교류 전원(10)에 접속되고, 저항 R₁과 기준 검출기(22) 사이의 점 C 및 저항 R₂와 검사 검출기(23) 사이의 점 D가 평가 장치(30)의 증폭 회로(31)에 접속되어 있다. 또한 노이즈의 저감을 위하여 기준 검출기(22)와 검사 검출기(23)의 접속점 B가 접지되어 있다. 또한 기준 검출기(22) 및 검사 검출기(23)의 상세는 후술한다.

평가 장치(30)는 증폭 회로(31), 절댓값 회로(32), 저역 통과 필터(LPF)(33), 위상 비교기(34), 주파수 조정기(35), 판단 수단(36), 표시 수단(37), 온도 측정 수단(38)을 구비하고 있다. 또한 기억 수단을 판단 수단(36)의 내부 또는 도시되지 않은 영역에 구비하고 있다.

증폭 회로(31)는 점 C 및 점 D에 접속되어 점 C와 점 D 사이의 전위차, 즉, 기준 검출기(22)와 검사 검출기(23) 사이의 전위차가 입력되고, 이 전압 신호를 증폭한다. 그리고 증폭 회로(31)로부터 출력된 신호는, 이 신호를 전파 정류하는 절댓값 회로(32)에 입력되고, 절댓값 회로(32)로부터 출력된 신호는, 이 신호를 직류로 변환하는 LPF(33)를 통하여 판단 수단(36)에 접속되어 있다.

위상 비교기(34)는 교류 전원(10) 및 증폭 회로(31) 및 판단 수단(36)에 접속되어 있으며, 교류 전원(10)으로부터 공급되는 교류 전압과 증폭 회로(31)로부터 출력되는 전압의 위상을 비교하여, 그 결과를 판단 수단(36)에 출력한다.

주파수 조정기(35)는 교류 전원(10) 및 LPF(33)의 출력측에 접속되어 있으며, LPF(33)의 출력에 기초하여 교류 전원(10)으로부터 공급되는 교류 전압의 주파수를 조정하는 기능을 구비하고 있다.

판단 수단(36)은 제어 신호를 출력함으로써 교류 브리지 회로(20)의 점 A의 위치, 즉, 저항 R₁과 저항 R₂의 분배비 γ를 변경할 수 있도록 구성되어 있다. 이것에 의하여, R₁과 R₂의 분배를 최적화하는 비평형 조정(후술하는 가변 저항 설정 공정)을 행할 수 있다. 또한 LPF(33)로부터의 출력에 기초하여 피검체 M의 표면 상태의 양부를 판단한다.

표시 수단(37)은 판단 수단(36)에 의한 판단 결과의 표시 또는 경고를 행한다.

온도 측정 수단(38)은 평가 위치의 온도, 즉, 피검체 M의 표면의 온도를 검출하고, 그 온도 신호를 판단 수단(36)에 출력한다. 온도 측정 수단(38)으로서 비접촉식의 적외 센서나 열전대 등을 사용할 수 있다.

판단 수단(36)은, 온도 측정 수단(38)으로 검출된 피검체 M의 온도가 소정 범위 내인 경우에 피검체 M의 표면 처리 상태의 양부를 판단한다. 또한 온도 측정 수단(38)으로 검출된 온도가 소정 범위 외인 경우에 피검체 M의 표면 처리 상태의 양부의 판단을 행하지 않는다. 후자에서는, 피검체 M의 온도가 검사의 정밀도에 영향을 미치는 경우에 피검체의 표면 처리 상태의 양부의 판단을 행하지 않도록 할 수 있으므로, 정밀도가 높은 검사를 행할 수 있다. 여기서, 열전대 등으로 평가 위치의 온도를 측정하고, 피검체 M의 표면의 온도를 대표하는 온도로서 피검체 M의 표면 처리 상태의 양부를 판단할지의 여부의 판단을 행하는 구성을 채용할 수도 있다.

다음으로, 기준 검출기(22) 및 검사 검출기(23)에 대하여 설명한다. 기준 검출기(22) 및 검사 검출기(23)는 마찬가지의 구성이며, 피검체 M의 평가부를 삽입 관통 가능한 코어의 외주에 코일이 권회되어 형성되고, 코일을 피검체 M의 표면과 대향시키고 근접시켜 피검체 M에 와전류를 여기 가능하게 구성된 검출기로 하였다. 즉, 이 코일은 피검체의 표면 특성 검사 영역을 둘러싸도록 대향되고 권회되어 있다. 여기서, 피검체의 표면 특성 검사 영역을 둘러싼다는 것은, 적어도 표면 특성 검사 영역의 일부를 포위함으로써(에워싸듯이 둘러쌈으로써) 표면 특성 검사 영역에 와전류를 여기하는 것을 포함하는 것을 의미하고 있다.

여기서는, 피검체 M으로서 기어부를 구비한 기어 G의 표면 특성을 검사하기 위하여 사용하는 검사 검출기(23)에 대하여 설명한다. 검사 검출기(23)는 도 1b에 도시한 바와 같이, 기어 G의 기어부를 덮도록 형성된 원통상의 코어(23a)와, 코어(23a)의 외주면에 권회된 코일(23b)을 구비하고 있다. 코어(23a)는 비자성 재료(예를 들어 수지)에 의하여 형성되어 있다. 또한 코어(23a)의 형상은, 기어 G를 내측에 배치할 수 있으면 원통상에 한정되지 않는다. 또한 표면 특성의 검사 시에 있어서는, 기준 검출기(22)에는 피검체 M은 배치되지 않으며, 기준 출력을 출력하기 위한 기준 검체 S를 배치하여 검사를 행할 수 있다.

본 실시 형태의 검사 검출기(23)는, 표면 특성을 검사하고자 하는 영역에 와전류가 흐르도록 피검체 M에 대하여 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 코일(23b)의 권회 방향이, 와전류를 흐르게 하고자 하는 방향과 동일한 방향으로 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하여, 와전류의 반응을 고정밀도로 파악하여 표면 특성을 평가할 수 있다.

기어 G는, SP 처리에 의하여 기어부에 잔류 응력층이 형성된다. 피검체 M으로서 기어 G를 평가하는 경우에는, 치선뿐 아니라 치면 및 치저의 표면 특성을 평가하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 코일(23b)의 권회 방향이 기어 G의 회전축과 거의 직교하도록 코일(23b)을 배치하면 된다. 이것에 의하여, 회전축의 방향으로 자계 루프가 발생하기 때문에 기어 G의 회전 방향으로 와전류를 여기시킬 수 있으므로, 치선뿐 아니라 치면 및 치저의 표면 특성을 평가할 수 있다. 종래의 접촉형의 검출기에서는, 톱니의 형상에 맞추어 몇 종류의 검출기를 준비할 필요가 있음과 함께, 접촉부 근방의 표면 특성밖에 검사할 수 없었다. 이에 대하여, 본 실시 형태의 표면 특성 검사 장치(1)는 단일의 검출기로 넓은 범위의 표면 특성을 한 번에 검사할 수 있다.

검사 검출기(23)는, 코일(23b)이 형상을 유지할 수 있으면 코어(23a)를 구비하고 있지 않아도 된다. 이러한 코일(23b)은, 예를 들어 경화성의 에폭시 수지 등으로 공심으로 권회한 에나멜 동선을 접착하여 형성하거나, 또는 열로 경화되는 작용이 있는 융착 에나멜 동선을 사용하여 공심으로 권회한 후에 열풍이나 건조로 등의 열로 경화시켜 형성해도 된다.

코일(23b)이 피검체 M의 검사 대상면을 둘러싸도록 대향시켜 검사 검출기(23)를 배치하고, 교류 전원(10)에 의하여 코일(23b)에 소정의 주파수의 교류 전력을 공급하면, 교류 자계가 발생하여, 피검체 M의 표면에 교류 자계에 교차하는 방향으로 흐르는 와전류가 여기된다. 와전류는 피검체 M의 표면 특성에 의하여 변화된다. 따라서 증폭 회로(31)로부터 출력되는 C-D 간의 전위차의 변화에 의하여 전자기 특성을 검출하여, 열처리의 정도에 관한 검사를 행할 수 있다.

또한 와전류는 SP 처리 후의 잔류 응력층의 특성(표면 처리 상태)에 따라, 증폭 회로(31)로부터 출력되는 출력 파형(전압 파형)의 위상 및 진폭(임피던스)이 변화된다. 이 출력 파형의 변화에 의하여 표면 처리층의 전자기 특성을 검출하여, 표면 처리 전체의 정도에 관한 검사를 행할 수 있다.

검사 검출기(23)에는 자기 실드(23c)를 마련해도 된다. 본 실시 형태에서는 자기 실드(23c)를, 검사 검출기(23)의 외측에 피검체 M을 둘러싸도록 배치하였다. 자기 실드(23c)에 의하여 외부 자기를 차폐할 수 있기 때문에 오검지를 방지할 수 있다.

다음으로, 비평형 상태로 조정된 교류 브리지 회로(20)로부터의 출력에 대하여 도 2의 등가 회로를 참조하여 설명한다. 기준 검출기(22)에는 기준 출력을 출력하기 위한 기준 검체 S가 근접하도록 배치되고, 검사 검출기(23)에는 표면 처리 상태의 양부를 판정해야 하는 피검체 M이 근접하도록 배치되어 있다. 여기서, 기준 검체 S는 피검체 M과 동일 구조이며, 바람직하게는 표면 처리를 행하고 있지 않은 미처리품을 사용한다.

가변 저항 R_A의 분배비를 γ라 한 경우, 저항 R₁은 R_A/(1+γ), 저항 R₂는 R_Aγ/(1+γ)로 된다. 기준 검출기(22)의 임피던스를 R_S+jωL_S, 검사 검출기(23)의 임피던스를 R_γ+jωL_T라 한다. 또한 점 A의 전위를 E라 하고, 기준 검출기(22), 검사 검출기(23)에 각 검체(기준 검체 S, 피검체 M)를 근접시키고 있지 않을 때의 브리지의 각 변에 흐르는 여자 전류를 각각 i₁, i₂, 각 검체를 기준 검출기(22), 검사 검출기(23)에 근접시킴으로써 자기량이 변화되고 그 변화량에 따라 흐르는 전류를 각각 i_α, i_β라 한다. 이때의 기준 검출기(22) 및 검사 검출기(23)의 전위 E₁, E₂ 및 여기 전류 i₁, i₂는 이하의 식 (1) 내지 (4)로 표시된다.

증폭 회로(31)에 출력되는 전압은 E₁, E₂의 차분이며, 다음 식으로 표시된다.

식 (5)에 식 (3) 및 식 (4)를 대입하여 얻어진 식의 우변을 다음의 성분 A, B로 나누고 차분 전압의 각 성분에 대하여 고려한다.

성분 A:

성분 B:

성분 A는, 각 검출기 성분: (R_S+jωL_S), (R_γ+jωL_T), 각 검출기에 각 검체가 근접한 때 변화되는 전류량: i_α, i_β에 의하여 구성된다. i_α, i_β는, 각 검체의 투자율, 도전율 등의 전자기 특성에 기인하는 검체를 통과하는 자기량에 의하여 크기가 변화된다. 이 때문에, 각 검출기로부터 발생하는 자기량을 좌우하는 여자 전류 i₁, i₂를 변화시킴으로써 i_α, i_β의 크기를 변화시킬 수 있다. 또한 식 (3), 식 (4)로부터, 여자 전류 i₁, i₂는 가변 저항의 분배비 γ에 의하여 변화되므로, 가변 저항의 분배비 γ를 조정함으로써 성분 A의 크기를 변화시킬 수 있다.

성분 B는, 각 검출기 성분: (R_S+jωL_S), (R_γ+jωL_T), 가변 저항의 분배비 γ로 나뉜 저항의 파라미터에 의하여 구성된다. 이 때문에, 성분 A와 마찬가지로 가변 저항의 분배비 γ의 조정에 의하여 성분 B의 크기를 변화시킬 수 있다.

피검체 M을 소정의 위치에 배치하고, 교류 전원(10)에 의하여 검사 검출기(23)의 코일(23b)에 소정의 주파수의 교류 전력을 공급하면, 피검체 M의 표면에 교류 자계에 교차하는 방향으로 흐르는 와전류가 여기된다. 와전류는 잔류 응력층의 전자기 특성에 따라 변화되기 때문에, 잔류 응력층의 특성(표면 처리 상태)에 따라 증폭 회로(31)로부터 출력되는 출력 파형(전압 파형)의 위상 및 진폭(임피던스)이 변화된다. 이 출력 파형의 변화에 의하여 잔류 응력층의 전자기 특성을 검출하여, 표면 처리층의 검사를 행할 수 있다.

브리지의 증폭 회로(31)로부터 출력되는 신호는, 기준 검출기(22) 및 검사 검출기(23)의 전압 파형의 차분 면적을 추출한 신호이며, 검출기를 흐르는 전류(여자 전류)를 일정하게 하는 회로 구성으로 되어 있다. 또한 추출된 전압 신호는 전력 신호로서 생각할 수 있다. 또한 검출기에 공급하는 전력은 항시 일정해진다. 이것에 의하여, 피검체 M에 공급하는 자기 에너지도 일정하게 할 수 있다.

(표면 특성 검사 방법)

다음으로, 표면 처리 특성 검사 장치(1)에 의한 강재 제품의 표면 특성 검사 방법에 대하여 도 3을 더 참조하여 설명한다.

<S01: 준비 공정>

표면 특성 검사 장치(1), 기준 검체 S, 미처리품, 열처리만을 실시한 강재 제품(이후, 「열처리품」이라 기재함)을 준비한다.

<S02: 가변 저항 설정 공정>

먼저, 교류 전원(10)으로부터 교류 브리지 회로(20)에 교류 전력을 공급한다. 이 상태에서, 표면 특성 검사 장치(1)에 의한 검체의 검출 감도가 높아지도록 가변 저항(21)의 분배비 γ를 조정한다. 즉, 기준 검출기(22) 및 검사 검출기(23)에 기준 검체 S, 피검체 M을 각각 근접시키지 않고 교류 브리지 회로(20)의 출력 신호가 작아지도록 가변 저항(21)의 분배비 γ를 조정한다. 이와 같이 가변 저항(21)을 설정해 둠으로써, 검사 검출기(23)에 근접한 표면 처리를 실시한 강재 제품(이후, 「표면 처리품」이라 기재함)의 표면 처리 상태가 불량한 경우와, 표면 처리 상태가 양호한 경우의 출력 신호의 차이가 커져, 검출 정밀도를 높게 할 수 있다. 구체적으로는, 오실로스코프 등 파형 표시 기능을 갖는 표시 장치{예를 들어 판단 수단(36)이 구비하고 있음}로 교류 브리지 회로(20)로부터의 출력 신호의 전압 진폭, 또는 LPF(33)로부터의 전압 출력을 모니터하여, 출력이 작아지도록 분배비 γ를 조정한다. 바람직하게는, 출력이 최솟값 또는 극솟값(국소 평형점)을 취하도록 가변 저항(21)의 분배비 γ를 조정하여 설정한다.

가변 저항(21)의 분배비 γ의 조정은, 증폭 회로(31)의 출력 전압(E₂-E₁)을 작게 함으로써 표면 상태의 차이에 따른 출력 차를 증대시켜 검사 정밀도를 향상시키기 위하여 행해진다. 상술한 바와 같이 성분 A, B는 분배비 γ를 조정함으로써 변화되기 때문에, 기준 검출기(22), 검사 검출기(23)의 임피던스(R_S+jωL_S), (R_γ+jωL_T)에 따라 가변 저항(21)의 분배비 γ를 조정하여, 교류 브리지 회로(20)로부터의 차분 출력인 증폭 회로(31)의 출력 전압(E₂-E₁)을 작게 할 수 있다. 이것에 의하여, 기준 검출기(22)와 검사 검출기(23)의 특성의 차이를 경감하여 피검체 M의 본래의 특성을 약간이라도 크게 추출할 수 있으므로, 검사 정밀도를 향상시킬 수 있다.

<S03: 주파수 설정 공정>

기준 검체 S를 기준 검출기(22)에 근접시킨 상태에서 교류 전원(10)으로부터 교류 브리지 회로(20)에 교류 전력을 공급하고, 주파수 조정기(35)에 의하여 교류 브리지 회로(20)에 공급하는 교류 전력의 주파수를 변화시키고 교류 브리지 회로(20)로부터 전압 진폭 출력 또는 LPF(33)로부터의 전압 출력을 모니터한다.

주파수 조정기(35)는, 주파수 조정기(35)에 있어서 설정된 초기 주파수 f₁로 되도록 교류 전원(10)에 제어 신호를 출력하고, 주파수 f₁에 있어서의 증폭 회로(31)로부터의 출력 전압 E_f1이 주파수 조정기(35)에 입력되고 기억된다. 계속해서, 주파수 f₁보다도 소정의 값, 예를 들어 100㎐ 높은 주파수 f₂로 되도록 교류 전원(10)에 제어 신호를 출력하고, 주파수 f₂에 있어서의 증폭 회로(31)로부터의 출력 전압 E_f2가 주파수 조정기(35)에 입력되고 기억된다. 계속해서, E_f1과 E_f2의 비교를 행하여 E_f2>E_f1이면, 주파수 f₂보다도 소정의 값만큼 높은 주파수 f₃으로 되도록 제어 신호를 출력하고, 주파수 f₃에 있어서의 증폭 회로(31)로부터의 출력 전압 E_f3이 주파수 조정기(35)에 입력되고 기억된다. 그리고 E_f2와 E_f3의 비교를 행한다. 이를 반복하여 E_fn+1<E_fn으로 된 때의 주파수 f_n, 즉, 출력이 최대로 되는 주파수 f_n을 역치 설정 공정 S04 및 교류 공급 공정 S05에서 사용하는 주파수로서 설정한다. 이것에 의하여, 표면 처리 상태, 형상 등이 상이하고 임피던스가 상이한 피검체 M에 대응하여 교류 브리지 회로(20)로부터의 출력을 크게 하는 주파수를 한 번의 조작에 의하여 설정할 수 있다. 최적의 주파수는 피검체의 재료, 형상, 표면 처리 상태에 의하여 변화되게 되지만, 이를 미리 알고 있는 경우, 주파수의 설정은 불요하다. 이것에 의하여, 표면 처리 상태의 변화에 출력이 민감하게 대응하여 검사의 감도를 향상시킬 수 있다. 여기서, 주파수 설정 공정 S03은 가변 저항 설정 공정 S02보다도 먼저 실시할 수도 있다.

<S04: 제1 역치 설정 공정>

표면 처리품의 표면 상태의 양부를 판단하기 위하여 이용하는 역치를 설정한다. 여기서는, 표면 처리품의 평가 개시 시에 이용하기 위하여 미리 설정해 두는 역치(이하, 「제1 초기 역치」라 기재함)의 설정 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 기준 검체 S를 기준 검출기(22)에 근접시키고, 주파수 설정 공정 S03에 있어서 설정된 주파수의 교류 전력을 교류 전원(10)으로부터 교류 브리지 회로(20)에 공급한다. 교류 브리지 회로(20)로부터 출력된 전압 출력은 증폭 회로(31)에서 증폭되고, 절댓값 회로(32)에 있어서 전파 정류를 행하고, LPF(33)에 있어서 직류 변환을 행하여 판단 수단(36)에 출력된다. 피검체 M으로서 미처리품(열처리 또는 SP 처리 중 어느 것도 실시되어 있지 않은 강재 제품) 및 열처리 기준품(열처리만을 적정하게 실시한 강재 제품)을 각각 십 내지 수십 개 정도 준비하고, 먼저, 각 미처리품을 검사 검출기(23)에 근접시켜 모든 미처리품의 출력값 E_A를 계측하고, 그 평균값 E_Aav를 산출한다. 이어서, 각 열처리 기준품을 검사 검출기(23)에 근접시켜 출력값 E_B를 계측하고, 미처리품의 출력값의 평균값에 대한 열처리 기준품의 비 E_B/E_Aav를 산출한다. 이것으로부터 얻어진 값의 최솟값이 제1 초기 역치 E_th1로 된다.

이것에 의하여, 적은 측정 수에 의하여 정밀도가 높은 적절한 역치를 설정할 수 있다. 이 초기 역치 E_th1을 역치로서 설정하고 기억 수단에 기억시켜 둔다.

또한 제1 초기 역치 E_th1을 설정하는 다른 방법으로서, 예를 들어 미처리품의 출력값 E_A 및 그 표준 편차 σ_A, 적정하게 열처리 기준품의 출력값 E_B 및 그 표준 편차 σ_B에 기초하여 다음 식에 의하여 정할 수 있다. 이 식에 의하여 제1 초기 역치를 정한 경우에는, 후술하는 평가 공정에 있어서, 제2 출력 신호인 전압값과 제1 초기 역치를 비교함으로써 양부를 판단할 수 있다.

또한 적당한 역치를 미리 알고 있는 경우에는 그 값을 제1 역치 E_th1로 할 수도 있다.

또한 제1 역치 설정 공정 S04에서는, 검사 검출기(23)에 피검체 M이 근접해 있지 않은 상태에서의 출력 신호를 제1 초기 오프셋값 E_i1로서 기억 수단에 기억시켜 둔다.

<S05: 교류 공급 공정>

주파수 설정 공정 S03에 있어서 설정된 주파수의 교류 전력을 교류 전원(10)으로부터 교류 브리지 회로(20)에 공급한다. 여기서, 기준 검체 S는 기준 검출기(22)에 근접해 있다.

<S06: 열처리품 배치·예비 검출 공정>

열처리품(열처리만을 실시한 강재 제품)을 피검체 M으로 하여 검사 검출기(23)에 근접시키고, 피검체 M에 와전류가 여기되도록 배치한다. 동시에, 기준 검체 S를 기준 검출기(22)에 근접시키고 있는 상태에서 교류 브리지 회로(20)의 C-D 간의 전위차의 신호를 출력시킨다. 이 신호는 증폭 회로(31)에서 증폭되고, 절댓값 회로(32)에 있어서 전파 정류되고, LPF(33)에 있어서 직류 변환된 전위차의 신호가 제2 출력 신호로서 예비적으로 검출된다. 여기서 기준 상태란, 검사 검출기(23)로부터의 출력과 비교하기 위한 기준으로 되는 상태를 가리킨다.

이때, 온도 측정 수단(38)은, 피검체 M이 검사 검출기(23)에 근접하기 전, 또는 피검체 M의 배치 후에 피검체 M의 표면의 온도를 측정하고, 그 온도의 신호를 판단 수단(36)에 출력한다.

<S07: 검사 상태 판단 공정>

피검체 M의 검사 상태의 양부를 판정한다. 위상 비교기(34)에 의하여 교류 전원(10)으로부터 공급되는 교류 전력의 파형과 교류 브리지 회로(20)로부터 출력되는 교류 전압 파형을 비교하여, 그것들의 위상차를 검출한다. 이 위상차를 모니터함으로써, 검사 상태가 양호한지의{예를 들어 검사 검출기(23)와 피검체 M의 위상 어긋남이 없는지의) 여부를 판단할 수 있다. 교류 브리지 회로(20)로부터의 출력이 동일하더라도 위상차가 크게 변화된 경우에는 검사 상태에 변화가 있어서, 검사가 적정하게 행해지고 있지 않을 가능성이 있다고 판단할 수 있다.

또한 판단 수단(36)은, 온도 측정 수단(38)으로 검출된 피검체 M의 온도가 소정 범위 내인 경우에 피검체 M의 표면 처리 상태의 양부를 판단하고, 온도 측정 수단(38)으로 검출된 온도가 소정 범위 외인 경우에 피검체 M의 표면 처리 상태의 양부의 판단을 행하지 않는다. 여기서, 소정의 온도 범위는, 피검체 M의 온도 변화가 검사에 실질적으로 영향을 미치지 않는 온도 범위이며, 예를 들어 0 내지 60℃로 설정할 수 있다. 피검체 M의 표면의 온도가 소정의 온도 범위 외였은 경우에는, 피검체 M이 소정의 온도 범위 내로 될 때까지 대기하거나, 피검체 M에 에어를 분사하거나, 피검체 M의 검사를 행하지 않고 다른 라인으로 이동시키거나 할 수 있다.

<S08: 열처리품의 전위차 신호 기억 공정>

검사 상태 판단 공정 S07에서 피검체 M의 검사 상태가 「양」으로 판정된 경우, 열처리품 배치·예비 검출 공정 S06에 있어서 LPF(33)에서 직류 변환된 전위차의 신호를 제2 출력 신호로서 기억 수단에서 기억한다.

<S09: SP 처리 공정>

전위차 E_h를 측정한 열처리품에 대하여 SP 처리를 실시한다. SP 처리는, 고경도(예를 들어 비커스 경도 Hv가 500 내지 850)의 숏(대략 구형 또는 절단된 선재를 라운딩 가공한 것) 등을 고속도로 피처리재에 충돌시켜 행한다. 또한 상술한 비커스 경도의 수치는 JIS Z2244(2009)에 의하여 기재된 시험 방법으로 측정된 것이다.

투사재는 입경 0.5 내지 4.0㎜의 범위로부터 적절히 선정할 수 있다. 또한 투사 조건으로서는, 예를 들어 직압식 숏 피닝 장치를 사용한 경우, 투사압은 0.05 내지 0.7㎫, 투사량은 최대 20㎏/min이라는 고강도의 조건을 채용할 수 있다.

예를 들어 입경 0.6㎜, 비커스 경도 Hv 700의 스틸제의 숏을 사용하여, 분사 압력을 0.3㎫, 분사량을 13㎏/min, 투사 시간을 10초로 하여 SP 처리를 행할 수 있다.

<S10: 표면 처리품 배치·검출 공정>

표면 처리품(SP 공정 후의 강재 제품)을 피검체 M으로 하여 열처리품 배치·예비 검출 공정 S06과 마찬가지의 공정을 행하여, LPF(33)에 있어서 직류 변환된 전위차의 신호가 제1 출력 신호로서 검출된다.

<S11: 검사 상태 판단 공정>

피검체 M의 검사 상태의 양부를 판정한다. 이 공정은 검사 상태 판단 공정 S07과 마찬가지의 공정이다.

<S12: 표면 처리품의 전위차 신호 기억 공정>

검사 상태 판단 공정 S11에서 피검체 M의 검사 상태가 「양」으로 판정된 경우, 표면 처리품 배치·검출 공정 S10에 있어서 LPF(33)에서 직류 변환된 전위차의 신호를 제1 출력 신호로서 기억 수단에서 기억한다.

<S13: 열처리의 평가 공정>

강재 제품에 적정하게 열처리가 실시되어 있는지의 여부를 판정하는 공정이다. 먼저, 제2 출력 신호인 출력 전압값 E_H에 대한 제1 출력 신호인 출력 전압값 E_S의 비(출력 전압비: E_S/E_H)를 판단 수단(36)으로 연산한다. 이 출력 전압비와 제1 역치 E_th1을 비교하여, 열처리가 적정하게 실시되어 있는지의 여부를 판단 수단(36)에 의하여 판정한다. 예를 들어 후술하는 실시예의 경우, 출력 전압비가 제1 역치 E_th1을 하회하고 있으면 「열처리가 적정하게 실시되어 있었다(양품)」고 판단하고, 출력 전압비가 제1 역치 E_th1 이상인 경우에는 「열처리가 적정하게 실시되어 있지 않다(불량품)」고 판단한다(도 4 참조). 판단 수단(36)에 의한 판단 결과는 표시 수단(37)에 의하여 표시되며, 「열처리가 적정하게 실시되어 있지 않다」고 판정한 경우에는 경고를 발한다.

열처리품 배치 공정 S06 및 표면 처리품 배치 공정 S10에 있어서 피검체 M에 와전류를 여기시킨 때의 기준 검출기(22) 및 검사 검출기(23)의 각 코일의 여자 주파수를 500㎐ 내지 10×10³㎐로 설정할 수 있다. 코일로부터 발생하는 와전류가 피검체 M에 침투하는 깊이를 열처리의 영향층의 깊이에 맞추어 설정할 수 있으므로, 열처리의 조건에 맞추어 적절한 평가를 행할 수 있다.

또한 상술한 SP 처리 공정에서, 미리 알아낸 최적의 SP 처리의 조건에서 항시 적절한 SP 처리를 행한 경우에는, 열처리의 정도만이 표면 처리가 적정하게 행해져 있는지의 여부의 판정에 영향을 미친다. 이 경우에는 열처리의 평가 공정 S13에 의하여 표면 처리 전체의 평가를 겸할 수 있다.

또한 자동화 가능한 시스템으로서 구축한 때, 전술한 열처리의 평가 공정 S13에 있어서 「열처리가 적정하게 실시되어 있지 않다(불량품)」고 판단된 결과를 열처리 공정에 피드백하는 시스템을 구성할 수도 있다. 검사 결과에 따라 열처리 조건을 수정할 수 있으므로, 열처리 불량에 의한 강재 제품의 불량품 발생율을 저감할 수 있다.

(실시예)

일 실시 형태의 표면 특성 검사 방법을 이용하여 기어 G의 표면 특성을 검사한 결과에 대하여 설명한다. 크롬몰리브덴 강재로 구성되고, 적정한 조건에서 가스 침탄 ??칭을 행한 기어 G(양품)와, 부적정한 조건에서 열처리를 행한 기어 G(불량품)를 각각 준비한다. 여기서의 「부적정한 조건」이란, 적정한 조건에서 2회 가스 침탄 ??칭을 행하였다. SP 처리는, 입자 직경 600㎛의 철계 숏(신토 고교 가부시키가이샤 제조)을 에어식의 숏 피닝 장치(신토 고교 가부시키가이샤 제조)를 사용하여 0.3㎫의 분사 압력으로 행하였다.

도 4에, 열처리품을 측정한 경우에 있어서의 출력값 E_H에 대한 표면 처리품을 측정한 경우에 있어서의 출력값 E_S의 비(출력 전압비: E_S/E_H)를 연산한 결과를 나타낸다. 열처리가 적정하게 행해져 있는지의 여부에 의하여 출력 전압비에 차이가 발생하고 있다. 제1 역치 E_th1을 적절히 설정함으로써, 열처리가 적절히 행해졌는지의 여부를 판정할 수 있다.

다음으로, 다른 실시 형태를 제2 실시 형태로서 설명한다. 또한 이하의 설명에서는 제1 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명한다.

다른 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 표면 특성 검사 장치를 사용하여, 열처리가 적정하게 행해졌는지의 여부의 판정과 SP 처리가 적정하게 행해졌는지의 여부의 판정의 양쪽을 행한다.

도 5에 제2 실시 형태의 표면 특성 검사 방법의 흐름도를 도시한다.

준비 공정 S101, 가변 저항 설정 공정 S102, 주파수 설정 공정 S103, 제1 역치 설정 공정 S104는 순서대로 제1 실시 형태에 있어서의 S01 내지 S04와 동일하다.

<S105: 제2 역치 설정 공정>

열처리 및 SP 처리에 의한 표면 처리 전체의 정도에 관한 검사를 행할 때의, 표면 처리품의 표면 상태의 양부를 판단하기 위하여 이용하는 역치를 설정한다. 여기서는, 표면 처리품의 평가 개시 시에 이용하기 위하여 미리 설정해 두는 역치(이하, 「제2 초기 역치」라 기재함)의 설정 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 기준 검체 S를 기준 검출기(22)에 근접시키고, 주파수 설정 공정 S103에 있어서 설정된 주파수의 교류 전력을 교류 전원(10)으로부터 교류 브리지 회로(20)에 공급한다. 교류 브리지 회로(20)로부터 출력된 전압 출력은 증폭 회로(31)에서 증폭되고, 절댓값 회로(32)에 있어서 전파 정류를 행하고, LPF(33)에 있어서 직류 변환을 행하여 판단 수단(36)에 출력된다. 미처리품과, 적정하게 표면 처리(열처리 및 SP 처리)된 양품이라고 판단되는 것을 각각 십 내지 수십 개 정도 준비하고, 검사 검출기(23)에 각각의 피검체를 근접시킨 때 판단 수단(36)에 출력된 출력값으로부터 출력값의 분포 데이터를 취득한다. 도 6에 모식적으로 나타낸다.

제2 초기 역치 E_th2는, 검사 검출기(23)에 미처리된 피검체 M을 배치한 때의 출력 신호 E_A 및 검사 검출기(23)에 양품인 표면 처리 후의 피검체 M을 배치한 때의 출력 신호 E_C에 기초하여, 각각의 출력 신호의 변동을 고려하여 다음 식에 의하여 정한다. 도 6에, 미처리된 피검체 출력 신호 E_A 및 표면 처리 후의 피검체의 출력 신호 E_C의 분포를 모식적으로 나타낸다.

이것에 의하여, 적은 측정 수에 의하여 정밀도가 높은 적절한 역치를 설정할 수 있다. 이 제2 초기 역치 E_th2를 역치로서 설정하고 판단 수단(36)에 기억시켜 둔다. 여기서, 제2 초기 역치 E_th2는 출력 신호 E_A의 최댓값 E_Amax 및 출력 신호 E_C의 최솟값 E_Cmin 사이에

의 관계를 갖는다.

또한 상기 관계가 성립하지 않는 경우에도, 출력 신호 E_A 및 출력 신호 E_C의 변동, 분포로부터 크게 벗어난 특이적인 측정값이 없는지 등을 고려하여 적절한 제2 초기 역치 E_th2를 설정할 수 있다. 예를 들어 동일한 피검체의 미처리 상태, 표면 처리 상태를 복수 개 측정하고, 이를 이용하여 초기 역치 E_th2를 다시 산출하는 등의 방법이 있다.

또한 적당한 역치를 미리 알고 있는 경우에는 그 값을 제2 역치 E_th2로 할 수도 있다.

또한 제2 역치 설정 공정 S105에서는, 검사 검출기(23)에 피검체 M이 근접해 있지 않은 상태에서의 출력 신호를 제2 초기 오프셋값 E_i2로서 기억 수단에 기억시켜 둔다.

교류 공급 공정 S106은 제1 실시 형태에 있어서의 S05와 동일하다.

<S107: 미처리품 배치·예비 검출 공정>

미처리품을 피검체 M으로 하여 제1 실시 형태에 있어서의 열처리품 배치 공정 S06과 마찬가지의 공정을 행한다.

<S108: 검사 상태 판단 공정>

피검체 M의 검사 상태의 양부를 판정한다. 이 공정은 제1 실시 형태에 있어서의 검사 상태 판단 공정 S07과 마찬가지의 공정이다.

<S109: 미처리품의 전위차 신호 기억 공정>

검사 상태 판단 공정 S108에서 피검체 M의 검사 상태가 「양」으로 판정된 경우, 미처리품 배치 공정 S107에 있어서 LPF(33)에서 직류 변환된 전위차의 신호를 기억 수단으로 기억한다.

열처리품 배치 공정 S110, 열처리품의 검사 상태 판단 공정 S111, 열처리품의 전위차 신호 기억 공정 S112, SP 처리 공정 S113, 표면 처리품 배치 공정 S114, 표면 처리품의 검사 상태 판단 공정 S115, 표면 처리품의 전위차 신호 기억 공정 S116, 열처리의 평가 공정 S117은 순서대로 제1 실시 형태에 있어서의 S06 내지 S13과 동일하다.

<S118: 표면 처리 전체의 평가 공정>

표면 처리품이 적정하게 표면 처리가 실시되어 있는지의 여부를 판정하는 공정이다. 제1 출력 신호인 출력 전압값 E_s와 제2 역치 E_th2를 비교하여 출력 전압값 E_s가 제2 역치 E_th2를 하회하고 있으면 「표면 처리가 적정하게 실시되어 있었다(양품)」고, 출력 전압값 E_s가 제2 역치 E_th2 이상인 경우에는 「표면 처리가 적정하게 실시되어 있지 않다(불량품)」고 판단 수단(36)에 의하여 판단한다. 판단 수단(36)에 의한 판단 결과는 표시 수단(37)에 의하여 표시되며, 「표면 처리가 적정하게 실시되어 있지 않다」고 판정한 경우에는 경고를 발한다.

또한 열처리의 평가 공정 S117에 있어서 「열처리가 적정하게 실시되어 있다」고 판정되고, 표면 처리 전체의 평가 공정 S118에 있어서 「표면 처리가 적정하게 실시되어 있지 않다」고 판정된 경우에는, SP 처리가 적정하게 실시되어 있지 않을 가능성이 있기 때문에 그 취지를 경고함과 함께, 이 점을 SP 처리에 피드백할 수도 있다.

(제1 역치 및 제2 역치 갱신)

제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 있어서, 제1 초기 역치 E_th1은, 검사 검출기(23)에 미처리된 피검체 M을 배치한 때의 출력 신호 E_A 및 검사 검출기(23)에 표면 상태가 양호한 표면 처리 후의 피검체 M을 배치한 때의 출력 신호 E_B의 차가 큰 경우 등에는 출력 신호 E_A의 평균값 E_Aav측에 근접하여, 양품으로 판정되는 출력의 폭이 커질 가능성이 있다. 제2 초기 역치 E_th2도 마찬가지이다. 그 때문에, 더 정밀도가 높은 역치를 설정하고자 하는 경우에는, 제1 초기 역치 E_th1 및 제2 초기 역치 E_th2를 이용하여 반복 측정을 행함으로써 축적된 수많은 검사 데이터에 기초하여 역치를 재설정할 수 있다.

(측정값의 교정)

제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 있어서, 전술한 제1 초기 오프셋값 E_i1 및 제2 초기 오프셋값 E_i2와, 제1 검사 오프셋값 E_ik1 및 제2 검사 오프셋값 E_ik2를 이용하여 측정값의 교정을 행할 수 있다.

또한 미처리품 배치·예비 검출 공정 S107에 있어서 취득되고, 미처리품의 전위차 신호 기억 공정 S109에 있어서 기억된 검출 신호를 이용하여, 제1 또는 제2 역치를 수정하거나, 또는 열처리 평가 및/또는 표면 처리 평가의 신뢰도를 평가할 수도 있다.

(제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 효과)

이상과 같이, 표면 처리로서 열처리 및 SP 처리를 행한 강재 제품에 대한, 표면 처리가 적정하게 행해졌는지의 여부의 평가는, SP 처리 후의 강재 제품의 측정을 행함으로써 양호하게 평가할 수 있다. 이 사항에 대하여 도 7a 및 도 7b를 이용하여 설명을 추가한다.

도 7a 및 도 7b는 모두, 전술한 실시예의 기어 G를 측정한 결과를 편집한 그래프이다. 도 7a는, SP 처리 전후에 있어서의 기어 G(양품) 및 기어 G(불량품) 각각의 측정 전압을 나타낸다. SP 전에 있어서의 기어 G(양품) 및 기어 G(불량품)의 측정값의 차 ΔE1과, SP 후에 있어서의 기어 G(양품) 및 기어 G(불량품)의 측정값의 차 ΔE2를 비교하면, 명백히 ΔE2 쪽이 크다. 이는, SP 처리 후의 기어 G를 측정하는 편이, 더 정밀도가 높은 판정을 행할 수 있음을 시사하고 있다.

도 7b는, SP 처리 전후에 있어서의 기어 G(양품) 및 기어 G(불량품) 각각의 측정 전압의 비[1-{기어 G(양품)/기어 G(불량품)}×100]를 나타낸다. SP 후의 값쪽이 명백히 커져 있는 점에서, 도 7a와 마찬가지로 SP 처리 후의 기어 G를 측정하는 편이, 더 정밀도가 높은 판정을 행할 수 있음을 시사하고 있다.

실시예에서는 기어에 대한 표면 처리의 판정에 대하여 설명했지만, 스프링, 샤프트, 베어링 등 강재 제품의 표면 처리의 판정에 널리 이용할 수 있다.

1: 표면 특성 검사 장치
10: 교류 전원
20: 교류 브리지 회로
21: 가변 저항
22: 기준 검출기
23: 검사 검출기
23a: 코어
23b: 코일
23c: 자기 실드
30: 평가 장치
31: 증폭 회로
32: 절댓값 회로
33: LPF
34: 위상 비교기
35: 주파수 조정기
36: 판단 수단
37: 표시 수단
38: 온도 측정 수단
G: 기어
M: 피검체
S: 기준 검체

Claims (10)

1. 제1 저항과 제2 저항으로 분배비가 가변으로 구성된 가변 저항, 및 교류 자기를 여자 가능한 코일을 구비한 기준 검출기, 및 교류 자기를 여자 가능한 코일을 구비한 검사 검출기를 구비하는 교류 브리지 회로와, 상기 교류 브리지 회로에 교류 전력을 공급하는 교류 전원과, 상기 교류 브리지 회로로부터의 출력 신호에 기초하여, 열처리를 포함하는 표면 처리를 실시한 강재 제품의 표면 특성을 평가하는 평가 장치를 구비하는 표면 특성 검사 장치를 사용하여, 상기 강재 제품의 열처리의 정도를 검사하는 표면 특성 검사 방법이며,
   상기 표면 처리를 실시한 강재 제품, 및 해당 강재 제품과 동일 구조의 기준 검체, 및 상기 표면 특성 검사 장치를 준비하는 준비 공정과,
   상기 기준 검출기의 코일을 상기 기준 검체에 와전류가 여기하도록 배치함과 함께, 상기 검사 검출기의 코일을 상기 강재 제품에 와전류가 여기하도록 배치하는 배치 공정과,
   상기 교류 브리지 회로에 교류 전력을 공급하는 교류 공급 공정과,
   상기 기준 검출기의 코일 및 상기 검사 검출기의 코일에 각각 교류 자기를 여자하여 상기 기준 검체 및 상기 강재 제품에 각각 와전류를 여기시킴과 함께, 상기 기준 검출기가 기준 상태를 검출하고 있는 상태에 있어서의 상기 강재 제품의 전자기 특성을 제1 출력 신호로서 검출하는 검출 공정과,
   상기 제1 출력 신호에 기초하여 상기 평가 장치에 의하여 연산한 값을 제1 역치와 비교하여, 상기 강재 제품에 실시되어 있는 열처리의 정도를 평가하는 열처리 평가 공정을
   포함하고,
   상기 기준 검출기 및 상기 검사 검출기의 각 코일의 여자 주파수를 500㎐ 내지 10×10³㎐로 설정하는 것을 특징으로 하는, 표면 특성 검사 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 검출 공정은, 열처리 후에 숏 피닝 처리가 실시된 강재 제품에 대하여 실행되고,
   상기 제1 출력 신호는, 열처리 후에 숏 피닝 처리가 실시된 강재 제품의 전자기 특성인 것을 특징으로 하는, 표면 특성 검사 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 준비 공정에서 준비하는 강재 제품은, 열처리가 실시되고 숏 피닝 처리가 실시되어 있지 않은 강재 제품이고,
   상기 준비 공정 후 상기 배치 공정 전에, 열처리가 실시되고 숏 피닝 처리가 실시되어 있지 않은 강재 제품의 전자기 특성을 상기 표면 특성 검사 장치에 의하여 검출하는 예비 검출 공정과, 해당 예비 검출 공정 후에 해당 강재 제품에 숏 피닝 처리를 실시하는 숏 피닝 공정을 더 포함하고,
   상기 예비 검출 공정은, 상기 기준 검출기 및 상기 검사 검출기의 코일에 교류 전압을 공급하여, 상기 기준 검출기 및 상기 검사 검출기의 각각에 배치된 상기 기준 검체 및 열처리가 실시된 강재 제품에 각각 와전류를 여기시킴과 함께, 상기 기준 검출기가 기준 상태를 검출하고 있는 상태에 있어서의 해당 강재 제품의 전자기 특성을 제2 출력 신호로서 취득하는 것이고,
   상기 평가 장치는, 상기 열처리 평가 공정에 있어서, 상기 제1 출력 신호 및 상기 제2 출력 신호에 기초하여 상기 강재 제품의 열처리의 정도를 평가하는 것을 특징으로 하는, 표면 특성 검사 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 역치는, 상기 표면 처리를 실시하고 있지 않은 미처리된 강재 제품의 전자기 특성과, 해당 미처리된 강재 제품에 열처리만을 적정하게 실시한 강재 제품의 전자기 특성에 기초하여 산출된 값이고,
   상기 평가 장치는, 상기 열처리 평가 공정에 있어서, 상기 제1 출력 신호 및 상기 제2 출력 신호에 기초하여 산출된 값을 당해 제1 역치와 비교함으로써, 상기 강재 제품의 열처리의 정도를 평가하는 것을 특징으로 하는, 표면 특성 검사 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 평가 장치는, 상기 열처리 평가 공정에 있어서, 상기 제1 출력 신호와 상기 제2 출력 신호의 비를 연산하고 이 값과 상기 제1 역치를 비교함으로써, 상기 강재 제품의 열처리의 정도를 평가하는 것을 특징으로 하는, 표면 특성 검사 방법.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 출력 신호 및 상기 제2 출력 신호는 모두 상기 기준 검출기 및 상기 검사 검출기 간의 전위차인 것을 특징으로 하는, 표면 특성 검사 방법.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 평가 장치는, 상기 열처리 평가 공정에 있어서, 또한 상기 제1 출력 신호를 제2 역치와 비교하여, 상기 숏 피닝 공정에 있어서 숏 피닝 처리가 적정하게 행해져 있었는지의 여부를 평가하는 것을 특징으로 하는, 표면 특성 검사 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2 역치 E_th2는, 열처리 및 숏 피닝 처리를 실시하고 있지 않은 미처리된 강재 제품을 상기 검사 검출기에 배치한 때의 출력 신호 E_A, 및 상기 표면 처리가 적정하게 행해진 강재 제품을 상기 검사 검출기에 배치한 때의 출력 신호 E_C에 기초하여 하기 식에 의하여 계산된 값이고, 이 제2 역치를 초깃값으로 하여 상기 평가 장치는 상기 열처리 평가 공정을 반복하여 실행하는 것을 특징으로 하는, 표면 특성 검사 방법. 단, 다음 식에 있어서는 E_Aav: 출력 신호 E_A의 평균값, E_Cav: 출력 신호 E_C의 평균값, σ_A: 출력 신호 E_A의 표준 편차, σ_C: 출력 신호 E_C의 표준 편차로 한다.
   

   
9. 적어도 열처리를 포함하는 표면 처리를 실시한 강재 제품에 있어서의 열처리의 정도를 평가하는 표면 특성 검사 장치이며,
   상기 표면 특성 검사 장치는, 제1 저항과 제2 저항으로 분배비가 가변으로 구성된 가변 저항, 및 교류 자기를 여자 가능한 코일을 구비한 기준 검출기, 및 교류 자기를 여자 가능한 코일을 구비한 검사 검출기를 구비하는 교류 브리지 회로와,
   상기 교류 브리지 회로에 교류 전력을 공급하는 교류 전원과,
   상기 교류 브리지 회로로부터의 출력 신호에 기초하여 상기 강재 제품의 열처리의 정도를 평가하는 평가 장치를 구비하고,
   상기 기준 검출기 및 상기 검사 검출기의 각 코일의 여자 주파수는 500㎐ 내지 10×10³㎐로 설정되는 것을 특징으로 하는, 표면 특성 검사 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 표면 처리를 실시한 강재 제품은 열처리 후에 숏 피닝 처리를 실시한 강재 제품인 것을 특징으로 하는, 표면 특성 검사 장치.

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