TW201300772A - 表面特性檢查裝置及表面特性檢查方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的係提供一種可藉由非破壞方式以良好精確度檢查珠擊處理等之表面處理材之表面處理狀態，並且通用性高的表面特性檢查裝置及表面特性檢查方法。表面特性檢查裝置1係具備交流電源10、交流橋接電路20及判斷裝置30，交流橋接電路20係由分配比γ為可變之可變電阻21、基準檢測器22及檢查檢測器23所構成。在可變電阻設定步驟S1中將可變電阻21之分配比γ調整設定為使交流橋接電路20之輸出變大，且藉由頻率設定步驟S2設定來自交流橋接電路20之輸出成為最大之頻率之後，在良好與否判斷步驟S4中使基準檢體S抵接於基準檢測器22，且使被檢體M抵接於檢查檢測器23，而比較來自LPF 33之輸出與在臨限值設定步驟S3所設定之臨限值來判斷被檢體M之表面狀態良好與否。

Description

表面特性檢查裝置及表面特性檢查方法
本發明係關於一種以非破壞方式檢查施行有珠擊(shot peening)處理或熱處理、氮化處理等之表面處理的處理材之表面處理狀態良好與否的表面特性檢查裝置及表面特性檢查方法。
在使用於汽車零件等之齒輪(gear)、軸(shaft)等之鋼材製品中，為了提升耐磨耗性、及提升疲乏強度等，係進行了藉由熱處理、氮化處理等之表面硬化、珠擊處理等之表面處理。
以往，此等製品之表面處理後之殘留應力、硬度等之表面特性的評估，係藉由抽樣的破壞檢查來進行。因此，會有無法將製品全部直接進行檢查的問題、及因為是破壞檢查，故所檢查的製品不能再使用的問題等。
因此，要求開發一種可藉由非破壞方式來檢查製品表面特性的裝置已增加。以此種裝置而言，例如，在專利文獻1中係揭示一種珠擊處理面的非破壞檢查裝置，其係一面使頻率變化一面將交流信號輸入於具備配置於珠擊處理面上方之線圈之檢查電路，且使用檢查電路中之阻抗(impedance)之頻率響應特性來檢查檢查對象中之殘留應力的產生狀態。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2008-2973號公報
然而，因為表面處理而變化之導磁率或導電率等之磁性測量的要素，會受到環境變化的影響，因此在日本特開2008-2973號公報記載的裝置中，當測量過成為基準之檢體的環境與要測量之被檢體的環境不同時，會有容易產生測量誤差的問題。
此外，在使用阻抗之頻率響應特性之表面處理面的檢查方法中，對於施加於測量用之電力之頻率的變化，由於檢測器及被檢體之阻抗均會變化，因此難以精確度良好地檢測出因為被檢體之表面處理狀態所引起的電磁變化。
施加於測量用之交流電力，其用以檢測被檢體良好與否之增高靈敏度的頻率，會因為被檢體之材質或表面處理狀態而變化。因此，在只具備1個檢測器的測量裝置中，係需先就表面處理品及未處理品各者，測量相對於頻率之變化的輸出值，來選定在表面處理品與未處理品中輸出值之差變大之最佳頻率。因此，會有在頻率選定作業耗費時間及人力的問題。
此外，在被檢體之形狀或材質、表面處理方法不同時，必須設計檢測電路以對應於檢測器整體之阻抗的變化。再者，亦需進行相對於阻抗值之殘留應力分布的校正等，而無法成為通用性高的裝置。
因此，本發明之目的係提供一種可藉由非破壞方式以 良好精確度檢查施行有珠擊處理或熱處理、氮化處理等之表面處理之鋼材等之處理材之表面處理狀態，並且通用性高的表面特性檢查裝置及表面特性檢查方法。
為了達成上述目的，申請專利範圍第1項記載之發明之特徵為係具備：交流橋接(bridge)電路；交流電源，用以供給交流電力至交流橋接電路；及判斷裝置，根據來自交流橋接電路之輸出信號，來判斷被檢體之表面處理狀態良好與否；交流橋接電路係具有：可變電阻，分配比以可變方式構成為第1電阻與第2電阻；基準檢測器，具備用以檢測表面處理狀態為良好之基準檢體之磁性特性之第1磁性感測器(sensor)；及檢查檢測器，具備用以檢測應檢查表面處理狀態良好與否之被檢體之磁性特性之第2磁性感測器；第1電阻、第2電阻、基準檢測器及檢查檢測器係構成橋接電路；判斷裝置係根據，供給交流電力至交流橋接電路而由第1磁性感測器檢測出基準檢體之磁性特性、及由第2磁性感測器檢測出被檢體之磁性特性之狀態中之來自交流橋接電路的輸出信號，來判斷被檢體之表面處理狀態良好與否。
依據申請專利範圍第1項之發明，由於係根據從交流橋接電路所輸出之輸出信號，藉由判斷裝置來判斷被檢體之表面處理狀態良好與否，因此可一直一面與基準檢體比較一面在相同測量環境下檢查被檢體之表面處理狀態，且可藉由簡單的電路構成而進行高精確度之表面狀態的檢 查。藉由採用交流橋接電路之構成，就不需針對溫度修正、與被檢體之材質對應之實驗資料的取得、殘留應力分布等進行裝置輸出的校正。此外，由於可變電阻之分配比為可變，因此即使基準檢測器、檢查檢測器之阻抗變更，也不需再度設計電路。
綜上，可藉由非破壞方式以良好精確度檢查施行有珠擊處理或熱處理、氮化處理等之表面處理之鋼材等之處理材的表面處理狀態，並且可實現通用性高的表面特性檢查裝置。
申請專利範圍第2項所述之發明係在申請專利範圍第1項所述之表面特性檢查查裝置中，復具有頻率調整器，用以調整且設定從前述交流電源供給之交流電力的頻率。
依據申請專利範圍第2項所述之發明，由於亦可調整從交流電源供給之交流電力的頻率，因此亦可對應較基準檢測器、檢查檢測器之更為廣泛之阻抗的變化。
申請專利範圍第3項所述之發明係構成為如申請專利範圍第2項所述之表面特性檢查裝置，其中，頻率調整器係在第1磁性感測器檢測出基準檢體之磁性特性，而第2磁性感測器檢測出屬於未施行表面處理之檢體或表面處理狀態不良之檢體之參照檢體之磁性特性的狀態下，以來自交流橋接電路之輸出信號之振幅變大之方式設定頻率。
依據申請專利範圍第3項所述之發明，由於具有藉由頻率調整器使供給至交流橋接電路之交流電力之頻率變化且設定從交流橋接電路輸出之信號之振幅變大之頻率的構 成，因此可將與表面處理狀態、形狀等不同且阻抗不同之被檢體對應而增大來自交流橋接電路之輸出之頻率，藉由一次操作來設定。藉此，即可使輸出敏感地對應於表面處理狀態的變化，而提升檢查的靈敏度。
申請專利範圍第4項所述之發明係構成為如申請專利範圍第3項所述之表面特性檢查裝置，其中，可變電阻之分配比係設定為，在第1磁性感測器檢測出基準檢體之磁性特性，而第2磁性感測器檢測出屬於未施行表面處理之檢體或表面處理狀態不良之檢體之參照檢體之磁性特性的狀態下，使來自交流橋接電路之輸出信號之振幅變大。
依據申請專利範圍第4項所述之發明，由於係以分配比為可變之可變電阻來構成交流橋接電路的2邊，藉此設定為調整分配比使來自交流橋接電路之輸出變大，且可在適當狀態下檢查，因此可擴大可適用表面特性檢查裝置之被檢體之種類、表面處理之種類等的範圍，並且可構成可與複數種檢測器對應之通用性高的裝置。
申請專利範圍第5項所述之發明係如申請專利範圍第4項所述之表面特性檢查裝置，其中，復具有以下構成：具備相位比較器，用以檢測從交流電源供給之交流電力之波形與來自交流橋接電路之輸出信號波形之相位差，而判斷裝置係根據由相位比較器所檢測出的相位差，來判斷檢查是否有良好地進行。
依據申請專利範圍第5項所述之發明，係可藉由相位比較器，來檢測出從交流電源供給之交流電力與交流橋接 電路之輸出的相位差。藉由監控此此相位差，即可判斷檢查狀態是否良好。例如，即使來自交流橋接電路之輸出相同，相位差亦大幅變化時，即可判斷檢查狀態有變化之虞。
申請專利範圍第6項所述之發明係如申請專利範圍第5項所述之表面特性檢查裝置，其中，具有以下構成：第1磁性感測器及第2磁性感測器係分別具備由磁性體所構成的鐵芯(core)及捲繞於該鐵芯的線圈(coil)，第2磁性感測器係將來自交流電源之交流電力供給至線圈，藉此在鐵芯及被檢體之表面形成封閉磁路，來檢測被檢體的電磁性特性。
依據申請專利範圍第6項所述之發明，由於第1磁性感測器及第2磁性感測器之該等鐵芯與被檢體之表面形成封閉磁路，因此可防止被檢體與磁性感測器之間之磁性的衰減、洩漏。藉此，即可提升基準檢測器及檢查檢測器所進行之電磁性特性之檢測靈敏度，且可提升與表面處理狀態對應之電磁性特性之檢測靈敏度，因此可藉由非破壞方式以良好精確度評估被檢體的表面處理狀態。
申請專利範圍第7項所述之發明係如申請專利範圍第6項所述之表面特性檢查裝置，其中，復具有被檢體配置裝置，用以調整使被檢體抵接於第2磁性感測器之位置及推壓荷重。
依據申請專利範圍第7項所述之發明，由於可將使各檢體抵接於各磁性感測器之位置、推壓荷重調整為大致相同，因此可使各檢體與各磁性感測器之接觸條件一致，且 可提升檢查精確度。
申請專利範圍第8項所述之發明係一種表面特性檢查方法，係具備下列步驟：準備具有：可變電阻，以分配比可變之方式構成為第1電阻與第2電阻；基準檢測器，具備用以檢測表面處理狀態為良好之基準檢體之磁性特性之第1磁性感測器；及檢查檢測器，具備用以檢測應判定表面處理狀態良好與否之被檢體之磁性特性之第2磁性感測器；且由第1電阻、第2電阻、基準檢測器及檢查檢測器所構成之橋接電路；及供給交流電力至交流橋接電路之交流電源的步驟；檢體配置步驟，為檢測磁性特性，使基準檢體抵接或接近於第1磁性感測器，並且使被檢體抵接或接近於第2磁性感測器；交流供給步驟，從交流電源供給交流電力至交流橋接電路；及良好與否判斷步驟，根據從交流橋接電路所輸出之輸出信號，來判斷被檢體之表面處理狀態良好與否。
依據申請專利範圍第8項所述之發明，由於係根據從交流橋接電路所輸出之信號來判斷被檢體之表面處理狀態的良好與否，因此可一直一面與基準檢體比較一面在相同測量環境下檢查被檢體之表面處理狀態，且可藉由簡單的電路構成而進行高精確度之表面狀態的檢查。藉由採用交流橋接電路的構成，不需對於溫度修正、與被檢體之材質對應之實驗資料的取得、殘留應力分布等進行裝置輸出的校正。
此外，由於可變電阻之分配比為可變，因此即使基準 檢測器、檢查檢測器之阻抗改變，也不需要再度設計電路。
綜上，可實現藉由非破壞方式以良好精確度檢查施行有珠擊處理或熱處理、氮化處理等之表面處理之鋼材等之處理材的表面處理狀態，並且通用性高的表面特性檢查方法。
申請專利範圍第9項所述之發明係如申請專利範圍第8項所述之表面特性檢查方法，其中，復具備以下的構成：復具備頻率設定步驟，其係在第1磁性感測器檢測出基準檢體之磁性特性，而第2磁性感測器檢測出屬於未施行表面處理之檢體或表面處理狀態不良之檢體之參照檢體之磁性特性的狀態下，使從交流電源供給之交流電力之頻率變化，且以從交流橋接電路輸出之信號之振幅變大之方式決定頻率，且在交流供給步驟中，係供給在頻率設定步驟中所決定之頻率的交流電力。
依據申請專利範圍第9項所述之發明，係藉由使供給至交流橋接電路之交流電力之頻率變化再設定從交流橋接電路輸出之電壓之振幅變大之頻率，即可將與表面處理狀態、形狀等不同且阻抗不同之被檢體對應而增大來自交流橋接電路之輸出之頻率，藉由一次的操作來設定。藉此，即可使輸出敏感地對應於表面處理狀態的變化，且可提升檢查的靈敏度。
申請專利範圍第10項所述之發明係如申請專利範圍第9項所述之表面特性檢查方法，其中，復具備以下的構成：復具備可變電阻設定步驟，其係在第1磁性感測器檢 測出基準檢體之磁性特性而第2磁性感測器檢測出屬於未施行表面處理之檢體或表面處理狀態不良之檢體之參照檢體之磁性特性的狀態下，以調整可變電阻而使輸出變大之方式來決定分配比，且在交流供給步驟中，係以成為在可變電阻設定步驟中所決定之分配比之方式設定可變電阻。
依據申請專利範圍第10項所述之發明，由於係以分配比為可變之可變電阻來構成交流橋接電路的2邊，藉此設定為調整分配比使來自交流橋接電路之輸出變大，且可在適當狀態下檢查，因此可將表面特性檢查裝置擴大可檢查之被檢體之種類、表面處理之種類等之範圍，並且可構成可與複數種檢測器對應之通用性高的裝置。
申請專利範圍第11項所述之發明係如申請專利範圍第10項所述之表面特性檢查方法，其中，復具備以下的構成：具備臨限值設定步驟，其係根據在第1磁性感測器檢測出基準檢體之磁性特性，而第2磁性感測器檢測出屬於未施行表面處理之檢體或表面處理狀態不良之檢體之參照檢體之磁性特性的狀態下之來自交流橋接電路之輸出信號、及在第1、第2磁性感測器分別檢測出基準檢體之磁性特性之狀態下之來自交流橋接電路之輸出信號，來決定良好與否判斷的臨限值，且在良好與否判斷步驟中，係根據臨限值來判斷被檢體之表面處理狀態良好與否。
依據申請專利範圍第11項所述之發明，係在檢測出基準檢體及參照檢體之磁性特性之狀態下根據從交流橋接電路輸出之各個輸出信號將各個臨限值設定在第2磁性感測 器，且可使用在良好與否判斷步驟中之被檢體之表面處理狀態的良好與否判斷。
申請專利範圍第12項所述之發明係如申請專利範圍第11項所述之表面特性檢查方法，其中，復具備檢查狀態判斷步驟，用以檢測從交流電源供給之交流電力之波形與來自交流橋接電路之輸出信號波形之相位差，且根據所檢測出的相位差來判斷檢查狀態良好與否。
依據申請專利範圍第12項所述之發明，係可藉由檢查狀態判斷步驟檢測從交流電源供給之交流電力波形與從交流橋接電路輸出之信號波形的相位差異，且根據所檢測出的相位差來判斷檢查狀態的良好與否。例如，即使來自交流橋接電路的輸出相同而相位差仍大幅變化時，係可判斷為檢查狀態有變化之虞。
申請專利範圍第13項所述之發明係如申請專利範圍第12項所述之表面特性檢查方法，其中，係構成為：第1磁性感測器及第2磁性感測器係分別具備由磁性體所構成的鐵芯及捲繞於該鐵芯的線圈，第2磁性感測器係將來自交流電源之交流電力供給至線圈，藉此在鐵芯及被檢體之表面形成封閉磁路，來檢測被檢體的電磁性特性。
依據申請專利範圍第13項所述之發明，由於第1磁性感測器及第2磁性感測器之該等鐵芯與被檢體之表面形成封閉磁路，因此可防止被檢體與磁性感測器之間之磁性的衰減、洩漏。藉此，即可提升基準檢測器及檢查檢測器所進行之電磁性特性之檢測靈敏度，且可提升與表面處理狀 態對應之電磁性特性之檢測靈敏度，因此可藉由非破壞方式以良好精確度評估被檢體的表面處理狀態。
申請專利範圍第14項所述之發明係如申請專利範圍第13項所述之表面特性檢查方法，其中，在檢體配置步驟中，使基準檢體與第1磁性感測器抵接之推壓荷重、及使參照檢體或被檢體與第2磁性感測器抵接之推壓荷重，係設定為大致相同。
依據申請專利範圍第14項所述之發明，由於可將使各檢體抵接於各磁性感測器之推壓荷重調整為大致相同，因此可使各檢體與各磁性感測器之接觸條件一致，且可提升檢查精確度。
如第1圖所示，本發明之實施形態之表面特性檢查裝置1，係具備交流電源10、交流橋接電路20及判斷裝置30。
交流電源10係以可供給頻率為可變之交流電力至交流橋接電路20之方式構成。
交流橋接電路20係具備：可變電阻21；基準檢測器22，具備用以檢測基準檢體S之磁性特性之磁性感測器；及檢查檢測器23，具備用以檢測被檢體M之磁性特性之磁性感測器。
可變電阻21係構成為將電阻RA以可變方式將分配比γ分配於電阻R1與電阻R2。電阻R1、電阻R2係與基準檢測器22及檢查檢測器23一同構成橋接電路。在本實施形 態中，係用以分配電阻R1與電阻R2的點A及基準檢測器22與檢查檢測器23之間的點B連接於判斷裝置30之交流電源10，而電阻R1與基準檢測器22之間的點C及電阻R2與檢查檢測器23之間的點D則連接於放大器31。此外，為了降低雜訊(noise)，基準檢測器22及檢查檢測器23側係接地。
判斷裝置30係具備：放大器31，用以將自交流橋接電路20輸出之電壓信號予以放大；絕對值電路32，用以進行全波整流；低通濾波器(Low Pass Filter)33，用以進行直流轉換；相位比較器34，用以比較自交流電源10供給之交流電壓及自放大器31輸出之電壓的相位；頻率調整器35，用以調整自交流電源10供給之交流電壓的頻率；判斷手段36，係進行將R1與R2之分配予以最佳化的非平衡調整，並且根據來自LPF 33的輸出來判斷被檢體M之表面狀態良好與否；及顯示手段37，用以顯示由判斷手段36所作判斷結果並予以警告。
放大器31係連接於點C及點D，且輸入有點C與點D之間的電位差。此外，依絕對值電路32、LPF 33之順序連接於判斷手段36。相位比較器34係連接於交流電源10、放大器31及判斷手段36。頻率調整器35係連接於交流電源10及放大器31。此外，判斷手段36係構成為藉由輸出控制信號，可變更交流橋接電路20之點A的位置，亦即可變更電阻R1與電阻R2之分配比γ，藉此，來執行後述之可變電阻設定步驟。
做為構成基準檢測器22及檢查檢測器23的磁性感測器，係使用藉由使被檢體之表面與磁性感測器抵接或接近而形成封閉磁路之形狀的磁性感測器。在本實施形態中，如第2圖所示，係採用具備E字形鐵芯的磁性感測器。
磁性感測器40係由E字形鐵芯41、及捲繞於腳部41a之線圈42所構成，該E字形鐵芯41係由磁性體所構成，該磁性體係以中央之腳部41a、與配置於腳部41a之兩旁的腳部41b、41c從與被檢體M之表面Ma相對向配置之基部41d朝向表面Ma成為E字形之方式立設。
在此，當藉由磁性體形成鐵芯41時，可提高鐵芯41內部之磁通密度，且可提高S/N比(S：滲透至鋼材的磁性，N：洩漏磁性)，因此可提升由磁性感測器40所進行電磁性特性的檢測靈敏度，故較佳。以強磁性體而言，例如有鐵、超透磁合金(supermalloy)、透磁合金(permalloy)、矽鋼、鐵氧體(ferrite)(Mn-Zn系，Ni-Zn系)、羰基鐵粉末、含鉬(molybdenum)導磁合金(permalloy)、鋁矽鐵粉(Sendust)等。
磁性感測器40係以腳部41、腳部41b、41c各者之前端部可與被檢體M之表面接觸之方式形成。例如，被檢體M為平板時，係將腳部41a、41b、41之前端部形成為相同平面上，且以腳部41a、41b、41c分別抵接於被檢體M之表面之方式配置磁性感測器40。
另外，本實施形態之表面特性檢查裝置1係具備用以使基準檢體S抵接於基準檢測器22之磁性感測器所配置的 基準檢體配置裝置51、及用以使被檢體M抵接於檢查檢測器23之磁性感測器所配置的被檢體配置裝置52(第1圖)。
茲以在表面Ma附近形成有由於珠擊所導致之殘留應力層Mb之鋼材做為被檢體M之例進行說明。當藉由交流電源10對線圈42供給預定頻率之交流電力時，會在鐵芯41產生交流磁場H，且磁性會與頻率對應而滲透至被檢體M之殘留應力層Mb之預定的深度，且藉由直到腳部41a、41c及被檢體M之殘留應力層Mb之預定深度為止的區域而形成封閉磁路。
由於與線圈12鏈接的交流磁場H，會依據磁性滲透之殘留應力層Mb之電磁性特性而變化，因此線圈42之阻抗會依據殘留應力層Mb之特性(表面處理狀態)而變化。因此，藉由線圈42即可檢測出殘留應力層Mb的電磁性特性。
較佳為以與被檢體M之表面Ma接觸之方式配置磁性感測器40，即可藉此來防止在被檢體M與磁性感測器40之間之磁性的衰減、洩漏。藉此，即可提升電磁性特性與表面處理狀態的檢測靈敏度，因此可藉由非破壞方式以良好精確度來評估被檢體的表面處理狀態。此外，可降低因為掀離(lift off)所導致的變動誤差。
另外，在可藉由磁性感測器40與被檢體M之表面(殘留應力層Mb)形成封閉磁路，且從交流橋接電路20輸出充分大小的電壓時，亦可不使磁性感測器40接觸於被檢體M的表面Ma，只要使之接近即可。
接著，參照第3圖之等效電路來說明從調整為非平衡 狀態之交流橋接電路20的輸出。在基準檢測器22中係抵接有被保證為表面處理狀態良好的基準檢體S，而在檢查檢測器23中則抵接有應判定表面處理狀態良好與否的被檢體M。
將可變電阻RA之分配比設為γ時，電阻R1係成為RA/(1+γ)，而R2係成為電阻RA γ/(1+γ)。茲將基準檢測器22之阻抗設為RS+j ω LS、及將檢查檢測器23之阻抗設為RT+j ω LST。此外，將點A之電位設為E，將在未使各檢體(基準檢體S、被檢體M)抵接於基準檢測器22、檢查檢測器23時之橋接之各邊流通之激磁電流分別設為i1、i2，將藉由使各檢體抵接於基準檢測器22、檢查檢測器23而使磁量變化，且依據該變化量而流通之電流分別設為i α、i β。此時之基準檢測器22及檢查檢測器23之電位E1、E2及激磁電流i1、i2係以下列公式(1)至(4)來表示。
[數式1] E1=(R S +jωL S )(iα+i 1 ) (1)
[數式2] E2=(R T +jωL T )(iβ+i 2 ) (2)
[數式4]
輸出於放大器31的電壓係為E1、E2的差分，且以下列公式來表示。
[數式5]E2-E1=[{(R T +jωL T )iβ-(R S +jωL S )iα}+{(R T +jωL T )i 2-(R S +jωL S )i 1}] (5)
由公式(3)至(5)導出以下公式。
茲將公式(6)的右邊區分為以下的成分A、B來考量差分電壓的各成分。
成分A：(R T +jωL T )iβ-(R S +jωL S )iα
成分B：
成分A係藉由各檢測器成分：(RS+j ω LS)、(RT+j ω LT)、各檢體抵接於各檢測器時變化的電流量：i α、i β所構成。i α、i β之大小係依據通過因為各檢體之導磁率、導電率等之電磁性特性所引起之檢體的磁量而變化。因此，藉由 改變左右從各檢測器產生之磁量之激磁電流i1、i2，即可使i α、i β之大小變化。此外，從公式(3)、公式(4)可得知，由於激磁電流i1、i2係依可變電阻之分配比γ而改變，因此藉由調整可變電阻的分配比γ，可使成分A的大小變化。
成分B係藉由各檢測器成分：(RS+j ω LS)、(RT+j ω LT)、以可變電阻之分配比γ區分之電阻之參數所構成。因此，成分A亦同樣地可藉由調整可變電阻之分配比γ來使成分B的大小變化。
接著參照第4圖來說明藉由表面特性檢查裝置1所進行被檢體的表面特性檢查方法。
首先，在準備步驟S1中，係準備本發明之實施形態之表面特性檢查裝置1。此外，先準備經保證為表面處理狀態良好之基準檢體及未施行表面處理之檢體或表面處理狀態不良之檢體的參照檢體。
接著，在可變電阻設定步驟S2中，係使基準檢體S抵接於基準檢測器22，且使參照檢體抵接於檢查檢測器23。在此，為了提升檢查精確度，係以使各檢體與各檢測器之接觸條件一致為佳。在本實施形態中，係藉由基準檢體配置裝置51，來設定基準檢體S與基準檢測器22之間之位置關係及推壓荷重，且藉由被檢體配置裝置52，來設定參照檢體或被檢體M與檢查檢測器23之間之位置關係及推壓荷重。此外，基準檢體配置裝置51及被檢體配置裝置52係設定為各檢體與檢測器之位置關係及推壓成為大致相 同。另外，在本實施形態中，基準檢體配置裝置51及被檢體配置裝置52係藉由用以載置各檢體之可調整位置之XY平台(stage)、及將推壓荷重設為固定之負荷荷重調整裝置而構成。此外，負荷荷重調整裝置係藉由將測微計(micrometer)、及當負荷固定荷重時即空轉之公知的機構加以組合而構成。再者，由於基準檢測器22及檢查檢測器23係以接近方式配置，因此可將此等檢測器之設置環境設為相同，即使溫濕度或周圍電磁性環境變化，亦不易受到其影響。
接下來，從交流電源10供給交流電力至交流橋接電路20。在此狀態下，調整可變電阻21之分配比γ，使藉由表面特性檢查裝置1進行檢測不良檢體的靈敏度變高。亦即，在基準檢體S推壓於基準檢測器22，且參照檢體推壓於檢查檢測器23的狀態下，以從交流橋接電路20輸出較大輸出信號之方式調整可變電阻21之分配比γ。如此，藉由先設定可變電阻21，當推壓於檢查檢測器23之被檢體M之表面處理狀態為不良時，表面處理狀態良好時之輸出信號的差異會變大，而可提高檢測精確度。具體而言，係在示波器(oscilloscope)等具有波形顯示功能之顯示裝置(例如判斷手段36所具備)監控來自交流橋接電路20之輸出信號的電壓振幅、或是來自LPF 33之電壓輸出，且調整分配比γ使輸出變大。較佳為調整並設定可變電阻21之分配比γ，以使輸出取得最大值或極大值(局部平衡點)。
可變電阻21之分配比γ的調整，係藉由加大差分電壓 (E2-E2)來增大與表面狀態之差異對應的輸出差，且為了提升檢查精確度而進行。如上所述，由於成分A、B係藉由調整分配比γ而變化，因此可依據基準檢測器22、檢查檢測器23之阻抗(RS+j ω LS)、(RT+j ω LT)調整可變電阻21之分配比γ，且增大來自交流橋接電路20之輸出之差分電壓(E2-E1)，而可提升檢查精確度。
在頻率設定步驟S3中，係在使基準檢體S抵接於基準檢測器22，且使參照檢體抵接於檢查檢測器23之狀態下，從交流電源10供給交流電力至交流橋接電路20，且藉由頻率調整器35使供給至交流橋接電路20之交流電力的頻率變化來監控自交流橋接電路20之電壓振幅輸出或來自LPF 33之電壓輸出。
頻率調整器35係以成為在頻率調整器35中設定之初期頻率f1之方式輸出控制信號至交流電源10，且將頻率f1中之來自放大器31之輸出電壓Ef1輸入且記憶於頻率調整器35。接下來，以成為較頻率f1還高預定的值，例如高100Hz之頻率f2之方式輸出控制信號至交流電源10，且將頻率f2中之來自放大器31之輸出電壓Ef2輸入且記憶於頻率調整器35。
接下來，進行Ef1與Ef2的比較，若為Ef2>Ef1，則以成為較頻率f2還高預定之值之頻率f3之方式輸出控制信號，且將頻率f3中之來自放大器31之輸出電壓Ef3輸入且記憶於頻率調整器35。然後，進行Ef2與Ef3的比較。重複此步驟，將成為Efn+1<Efn時之頻率fn，亦即輸出 成為最大之頻率fn，設定做為在臨限值設定步驟S4及交流供給步驟S6中所使用的頻率。藉此，即可將與表面處理狀態、形狀等不同且阻抗不同之被檢體M對應而增大來自交流橋接電路20之輸出的頻率，藉由一次操作來設定。最佳的頻率雖會因為被檢體的材料、形狀、表面處理狀態而變化，但在預知此等之情形下，則不需頻率的設定。藉此，即可使輸出敏感地對應於表面處理狀態的變化，且提升檢查的靈敏度。
在此，頻率設定步驟S3，係可先於可變電阻設定步驟S2來實施。
在臨限值設定步驟S4中，係使基準檢體S抵接於基準檢測器22，且使基準檢體S或參照檢體抵接於檢查檢測器23，而將在頻率設定步驟S3中所設定之頻率的交流電力從交流電源10供給至交流橋接電路20。從交流橋接電路20輸出的電壓輸出，係在放大器31被放大，且在絕對值電路32進行全波整流，又在LPF 33進行直流轉換，再輸出至判斷手段36。
將使基準檢體S抵接於檢查檢測器23時輸出至判斷手段36之輸出值設定為正常臨限值，且將使參照檢體抵接於檢查檢測器23時輸出至判斷手段36之輸出值設定為不良臨限值，且先記憶於判斷手段36。
在表面處理狀態與電磁性特性的關係中，例如，當化合物層形成時，導磁率會降低。此外，當表面硬化時，則導磁率會上升。在藉由珠擊處理等賦予壓縮的殘留應力 時，導磁率會因為反磁歪效應而降低。不良臨限值係與導磁率之差對應而從正常臨限值變化。
在後述之良好與否判斷步驟(S7)中，係比較使被檢體M抵接於檢查檢測器23時之輸出值、正常臨限值及不良臨限值，來判斷被檢體M的良好與否。當所設定之正常臨限值較不良臨限值還大之情形下，被檢體M之輸出值為正常臨限值以上時係被判斷為良品，而被檢體M之輸出值為不良臨限值以下時則被判斷為不良品。
另外，依被檢體之種類等，會有不良臨限值較正常臨限值更大的情形。在此種情形下，被檢體M之輸出值為正常臨限值以下時係被判斷為良品，而被檢體M之輸出值為不良臨限值以上時，則被判斷為不良品。
此外，如上所述在判斷被檢體M之良好與否時，被檢體M之輸出值為正常臨限值與不良臨限值之間之值的情形下，將無法判定良好與否。因此，亦可使用表面狀態不同之複數個參照檢體來進行輸出測量，且以與正常臨限值之差變小之方式設定不良臨限值。此外，亦可藉由併用被檢體之破壞檢查，而更精密地決定不良臨限值。
在檢體配置步驟S5中，係使應判定表面處理狀態良好與否之被檢體M抵接於檢查檢測器23。另外，基準檢測器22係成為抵接有在臨限值設定步驟S4中所抵接之基準檢體S的狀態。
接下來，在交流供給步驟S6中，係將在頻率設定步驟S3中所設定之頻率的交流電力從交流電源10供給至交流 橋接電路20。藉由將交流電力供給至交流橋接電路20，而從交流橋接電路20輸出電壓輸出信號。此輸出信號係在放大器31被放大，且在絕對值電路32進行全波整流，又在LPF 33進行直流轉換。
在良好與否判斷步驟S7中，係將在LPF 33中經直流轉換之信號輸入至判斷手段36，而判斷手段36係根據所輸入之信號來判斷被檢體M之表面狀態良好與否。由判斷手段36所進行之判斷結果，係藉由顯示手段37來顯示，且於表面狀態不良時進行警告。
被檢體M之表面處理狀態良好與否的判斷，係藉由比較來自LPF 33的輸出值(測量值)、及在臨限值設定步驟S4中所設定之正常臨限值及不良臨限值來進行。
在檢查狀態判斷步驟S8中，係藉由相位比較器34比較從交流電源10供給之交流電力之波形與自交流橋接電路20輸出之交流電壓波形，且檢測此等相位差。藉由監控此相位差，即可判斷檢查狀態是否良好。例如，當檢查檢測器23接觸於被檢體M的狀態不同且檢測器與被檢體之掀離變化時，會有相位偏移的情形。因此，即使來自交流橋接電路20之輸出相同，當相位差大幅變化之情形下，也可判斷為檢查狀態有變化，且有未適當進行檢查之可能性。
藉由以上的步驟，可簡單且高精確度地檢查被檢體M之表面處理狀態良好與否。若要繼續檢查，只要更換被檢體M，再重複進行檢體配置步驟S5、交流供給步驟S6、良好與否判斷步驟S7、檢查狀態判斷步驟S8即可。要變更 被檢體M的種類、表面處理之種類等時，係再度實施可變電阻設定步驟S2、頻率設定步驟S3、臨限值設定步驟S4。
在此，藉由使可變電阻21之分配比γ變化，即可擴增可檢查之被檢體的種類、表面處理之種類等的範圍。例如，在進行不同材質之被檢體M的檢查時，上述之i α、i β會變化，且差分電壓(E2-E1)會變化。因此，藉由在可變電阻設定步驟S1中調整分配比γ，且以差分電壓(E2-E1)對應被檢體M之材質變大之方式設定，即使測量材質不同的被檢體M時，也可在適當的狀態下對各者進行檢查。
此外，在表面特性檢查裝置1中，較佳為先行準備為了對應被檢體M之大小及形狀而形成封閉磁路所適合的複數種基準檢測器22、檢查檢測器23，且依據被檢體M而進行更換使用。
在此，阻抗雖依每一檢測器有所不同，但由於可在可變電阻設定步驟S1調整分配比γ，且以差分電壓(E2-E1)對應檢測器之阻抗變大之方式設定，因此可在適當的狀態下對複數個檢測器之各者進行檢查。
綜上所述，藉由以分配比γ為可變之可變電阻21來構成交流橋接電路20的2邊，即可進行差分電壓(E2-E1)的調整，因此可使表面特性檢查裝置1構成為可對應複數種檢測器、被檢體之通用性高的裝置。
再者，在本電路構成中，係可調整分配比γ，而使流通於基準檢測器22、檢查檢測器23之激磁電流i1、i2之比例具有較大的差，因此亦可將在表面處理狀態之檢查中所 需，因為被檢體M之電磁性特性所引起的成分A更進一步增大。
(變更例)
如第5圖所示，亦可採用放大器31連接於點A及點B，且交流電源10連接於點C及點D之構成，做為交流橋接電路20的電路構成。
可變電阻設定步驟S2亦可在將2個基準檢體S分別抵接於基準檢測器22及檢查檢測器23的狀態下進行調整。依據此方法，亦會有藉由以來自交流橋接電路20之電壓振幅輸出或來自LPF 33之電壓輸出變大之方式調整可變電阻21之分配比γ而使檢測靈敏度變高的情形。可變電阻21係可依據應檢查之被檢體的種類、表面處理之種類等在使基準檢體S或參照檢體抵接於檢查檢測器23的狀態下，以檢測靈敏度變高之方式適當設定分配比γ。
不實施檢查狀態判斷步驟S8時，表面特性檢查裝置1係可省略相位比較器34。此外，相位比較器34、頻率調整器35或顯示手段37亦可內建於判斷手段36等而一體設置。
測量被檢體M時來自交流橋接電路20之輸出極大時，亦可省略可變電阻設定步驟S2、頻率設定步驟S3。省略頻率設定步驟S3時，表面特性檢查裝置1係可省略頻率調整器35。
基準檢測器22及檢查檢測器23只要是可高精確度地檢測出隨著表面處理狀態之變化的磁性變化者，則可採用 各種檢測器。
磁性感測器40之鐵芯41係以可沿著被檢體M之表面形狀接觸之方式構成。例如，被檢體M之外形形狀為圓筒形狀時，係可將鐵芯41接觸於被檢體M的部分設為沿著圓筒面的形狀。藉此，即可確保鐵芯41與被檢體M之充分的接觸面積，並且可防止在被檢體與磁性感測器之間之磁性的衰減、洩漏。
[實施形態之效果]
在本發明之實施形態之表面特性檢查裝置1中，交流橋接電路20係具備：分配比γ以可變方式構成的可變電阻21；用以檢測經保證為表面處理狀態良好之基準檢體S之磁性特性的基準檢測器22；及用以檢測判定表面處理狀態良好與否之基準檢體S之磁性特性的檢查檢測器23。交流橋接電路20係藉由電阻R1、電阻R2、基準檢測器22及檢查檢測器23而構成做為非平衡狀態的橋接電路。
依據本發明之表面特性檢查裝置1及表面特性檢查方法，係根據從交流橋接電路20所輸出之電壓值，藉由判斷裝置30來判斷被檢體M之表面處理狀態良好與否，因此可一直一面與基準檢體S比較一面在相同測量環境下檢查被檢體M之表面處理狀態，而可藉由簡單的電路構成來進行高精確度之表面狀態的檢查。
藉由採用交流橋接電路20的構成，不需要對於與溫度修正、被檢體之材質對應之實驗資料之取得、殘留應力分布等進行裝置輸出的校正。此外，由於可變電阻21之分配 比γ、交流電源10之頻率為可變，因此即使基準檢測器22、檢查檢測器23之阻抗改變，也不需再度設計電路。
此外，由於藉由以分配比γ為可變之可變電阻21來構成交流橋接電路20的2邊，以來自交流橋接電路20之輸出成為最大之方式調整分配比，且以在最佳狀態下可檢查之方式設定，因此可擴增表面特性檢查裝置1可檢查之被檢體之種類、表面處理之種類等的範圍，並且可構成為可與複數種檢測器對應之通用性高的裝置。
再者，藉由以頻率調整器35使供給至交流橋接電路20之交流電力之頻率變化來設定從交流橋接電路20輸出之電壓之振幅成為最大之頻率的構成，即可將與表面處理狀態、形狀等不同且阻抗不同之被檢體M對應而增大來自交流橋接電路20之輸出的頻率，藉由一次操作來設定。藉此，即可使輸出敏感地對應表面處理狀態的變化，且可提升檢查的靈敏度。
綜上所述，即可藉由非破壞方式以良好精確度檢查施行有珠擊處理或熱處理、氮化處理等之表面處理之鋼材等之處理材的表面處理狀態，並且可實現通用性高的表面特性檢查裝置1及表面特性檢查方法。
1‧‧‧表面特性檢查裝置
10‧‧‧交流電源
12‧‧‧線圈
20‧‧‧交流橋接電路
21‧‧‧可變電阻
22‧‧‧基準檢測器
23‧‧‧檢查檢測器
30‧‧‧判斷裝置
31‧‧‧放大器
32‧‧‧絕對值電路
33‧‧‧低通濾波器(LPF)
34‧‧‧相位比較器
35‧‧‧頻率調整器
36‧‧‧判斷手段
37‧‧‧顯示手段
40‧‧‧磁性感測器
41‧‧‧鐵芯
41a至41c‧‧‧腳部
41d‧‧‧基部
42‧‧‧線圈
51‧‧‧基準檢體配置裝置
52‧‧‧被檢體配置裝置
A、B、C、D‧‧‧點
E1、E2‧‧‧電位
Ef1至Ef3‧‧‧輸出電壓
f1至f3、fn‧‧‧頻率
H‧‧‧交流磁場
i1、i2‧‧‧激磁電流
M‧‧‧被檢體
Ma‧‧‧表面
Mb‧‧‧殘留應力層
RA、R1、R2‧‧‧電阻
γ‧‧‧分配比
S‧‧‧基準檢體
第1圖係為顯示本發明之實施形態之表面特性檢查裝置之電路構成的說明圖。
第2圖係為顯示磁性感測器之一例圖。
第3圖係為說明來自交流橋接電路之輸出的等效電路 圖。
第4圖係為顯示表面特性檢查方法的流程圖。
第5圖係為顯示本發明之變形實施形態之表面特性檢查裝置之電路構成之變更例的說明圖。
1‧‧‧表面特性檢查裝置
10‧‧‧交流電源
20‧‧‧交流橋接電路
21‧‧‧可變電阻
22‧‧‧基準檢測器
23‧‧‧檢查檢測器
30‧‧‧判斷裝置
31‧‧‧放大器
32‧‧‧絕對值電路
33‧‧‧低通濾波器(LPF)
34‧‧‧相位比較器
35‧‧‧頻率調整器
36‧‧‧判斷手段
37‧‧‧顯示手段
51‧‧‧基準檢體配置裝置
52‧‧‧被檢體配置裝置
A、B、C、D‧‧‧點
RA、R1、R2‧‧‧電阻

Claims (14)

  1. 一種表面特性檢查裝置，係具備：交流橋接(bridge)電路；交流電源，用以供給交流電力至前述交流橋接電路；及判斷裝置，根據來自前述交流橋接電路之輸出信號，來判斷被檢體之表面處理狀態良好與否；前述交流橋接電路係具有：可變電阻，以分配比可變之方式構成為第1電阻與第2電阻；基準檢測器，具備用以檢測表面處理狀態為良好之基準檢體之磁性特性之第1磁性感測器(sensor)；及檢查檢測器，具備用以檢測應檢查表面處理狀態良好與否之被檢體之磁性特性之第2磁性感測器；前述第1電阻、前述第2電阻、前述基準檢測器及前述檢查檢測器係構成橋接電路；前述判斷裝置係根據，供給交流電力至前述交流橋接電路而由前述第1磁性感測器檢測出前述基準檢體之磁性特性、及由前述第2磁性感測器檢測出前述被檢體之磁性特性之狀態中之來自前述交流橋接電路的輸出信號，來判斷前述被檢體之表面處理狀態良好與否。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之表面特性檢查裝置，其中，復具有頻率調整器，用以調整且設定從前述交流電源供給之交流電力的頻率。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之表面特性檢查裝置，其中，前述頻率調整器係在前述第1磁性感測器檢測出前 述基準檢體之磁性特性，而前述第2磁性感測器檢測出屬於未施行表面處理之檢體或表面處理狀態不良之檢體之參照檢體之磁性特性的狀態下，以來自前述交流橋接電路之輸出信號之振幅變大之方式設定頻率。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之表面特性檢查裝置，其中，前述可變電阻之分配比係設定為，在前述第1磁性感測器檢測出前述基準檢體之磁性特性，而前述第2磁性感測器檢測出屬於未施行表面處理之檢體或表面處理狀態不良之檢體之參照檢體之磁性特性的狀態下，使來自前述交流橋接電路之輸出信號之振幅變大。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之表面特性檢查裝置，其中，復具備相位比較器，用以檢測從前述交流電源供給之交流電力之波形與來自前述交流橋接電路之輸出信號波形之相位差，而前述判斷裝置係根據由前述相位比較器所檢測出的相位差，來判斷檢查是否有良好地進行。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之表面特性檢查裝置，其中，前述第1磁性感測器及第2磁性感測器係分別具備由磁性體所構成的鐵芯(core)及捲繞於該鐵芯的線圈(coil)，前述第2磁性感測器係將來自前述交流電源之交流電力供給至前述線圈，藉此在前述鐵芯及被檢體之表面形成封閉磁路，來檢測被檢體的電磁性特性。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之表面特性檢查裝置，其中，復具有被檢體配置裝置，用以調整使被檢體抵接於 前述第2磁性感測器之位置及推壓荷重。
  8. 一種表面特性檢查方法，係具備下列步驟：準備交流橋接電路及交流電源之步驟，該交流橋接電路係準備具有：可變電阻，係以分配比可變之方式構成為第1電阻與第2電阻；基準檢測器，具備用以檢測表面處理狀態為良好之基準檢體之磁性特性之第1磁性感測器；及檢查檢測器，具備用以檢測應判定表面處理狀態良好與否之被檢體之磁性特性之第2磁性感測器；且為由前述第1電阻、前述第2電阻、前述基準檢測器及前述檢查檢測器所構成之橋接電路；該交流電源係供給交流電力至前述交流橋接電路；檢體配置步驟，為檢測磁性特性，使前述基準檢體抵接或接近於前述第1磁性感測器，並且使前述被檢體抵接或接近於前述第2磁性感測器；交流供給步驟，從前述交流電源供給交流電力至前述交流橋接電路；及良好與否判斷步驟，根據從前述交流橋接電路所輸出之輸出信號，來判斷被檢體之表面處理狀態良好與否。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之表面特性檢查方法，其中，復具備頻率設定步驟，其係在前述第1磁性感測器檢測出前述基準檢體之磁性特性，而前述第2磁性感測器檢測出屬於未施行表面處理之檢體或表面處理狀態不良之檢體之參照檢體之磁性特性的狀態下，使從前述 交流電源供給之交流電力之頻率變化，且以從前述交流橋接電路輸出之信號之振幅變大之方式決定頻率，且在前述交流供給步驟中，係供給在前述頻率設定步驟中所決定之頻率的交流電力。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之表面特性檢查方法，其中，復具備可變電阻設定步驟，其係在前述第1磁性感測器檢測出前述基準檢體之磁性特性，而前述第2磁性感測器檢測出屬於未施行表面處理之檢體或表面處理狀態不良之檢體之參照檢體之磁性特性的狀態下，以調整前述可變電阻而使輸出變大之方式來決定分配比，且在前述交流供給步驟中，係以成為在前述可變電阻設定步驟中所決定之分配比之方式設定前述可變電阻。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之表面特性檢查方法，其中，復具備臨限值設定步驟，其係根據在前述第1磁性感測器檢測出前述基準檢體之磁性特性而前述第2磁性感測器檢測出屬於未施行表面處理之檢體或表面處理狀態不良之檢體之參照檢體之磁性特性的狀態下之來自前述交流橋接電路之輸出信號、及在前述第1、第2磁性感測器分別檢測出前述基準檢體之磁性特性之狀態下之來自前述交流橋接電路之輸出信號，來決定良好與否判斷的臨限值，且在前述良好與否判斷步驟中，係根據前述臨限值來判斷被檢體之表面處理狀態良好與否。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之表面特性檢查方法，其 中，復具備檢查狀態判斷步驟，用以檢測從前述交流電源供給之交流電力之波形與來自前述交流橋接電路之輸出信號波形之相位差，且根據所檢測出的相位差來判斷檢查狀態良好與否。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之表面特性檢查方法，其中，前述第1磁性感測器及第2磁性感測器係分別具備由磁性體所構成的鐵芯及捲繞於該鐵芯的線圈，前述第2磁性感測器係將來自前述交流電源之交流電力供給至前述線圈，藉此在前述鐵芯及被檢體之表面形成封閉磁路，來檢測被檢體的電磁性特性。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之表面特性檢查方法，其中，在前述檢體配置步驟中，使前述基準檢體與前述第1磁性感測器抵接之推壓荷重、及使前述被檢體與前述第2磁性感測器抵接之推壓荷重，係設定為大致相同。
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