TWI691710B - 鋼材的表面特性評估裝置及表面特性評估方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的目的係在提供一種表面特性評估裝置及表面特性評估方法，其係考慮深度方向來評估經施以表面改質處理之鋼材的殘留應力。
表面特性評估裝置具備有振盪器、檢測器、及量測器。鋼材係設置成抵接或接近被包含於檢測器之線圈。從振盪器施加交流電流到線圈，且由表示線圈間的電性特性之信號進行演算。藉由在連續地變更交流電流的頻率的狀態下進行此操作，來評估鋼材的殘留應力。線圈係使自我共振頻率高於使用頻率的構成。

Description

鋼材的表面特性評估裝置及表面特性評估方法
本發明係有關評估經施以表面改質處理之鋼材的殘留應力(Residual stress)之裝置及表面改質處理的程度之評估方法。
就鋼材的表面改質處理而言，廣為人知的有各種熱處理(滲碳淬火、氮化熱處理、高周波淬火等)與珠擊處理。透過表面改質處理，將殘留應力賦予在鋼材的表面附近，而使鋼材的疲勞強度提高。表面改質處理係按照鋼材的用途而形成期望之殘留應力之方式，來考慮處理條件。為了精準地評估該表面改質處理是否適當地進行，必須亦考慮距離鋼材表面之深度方向的殘留應力之分布。
測量鋼材的疲勞強度之方法被揭示在專利文獻1。在專利文獻1中，就表面改質處理評估顯示經珠擊處理之鋼材的壓縮殘留應力其峰值之深度。但是，專利文獻1所揭示之評估方法必須按照測量對象及/或各個表面改質處理的條件來設定測量條件。因此，因受材料之個體差等之落差而無法進行更精準的評估。
測量鋼材的疲勞強度之別的方法被揭示在專利文獻2。在專利文獻2中，在藉依序變更流通於抵接在鋼材的勵磁線圈之勵磁電流頻率而使鋼材表面之磁通的滲透深度(磁導率)依序變更的狀態下，藉由依序測量檢測線圈的輸出電壓值，來算出鋼材的壓縮殘留應力的分布。但是，於檢測線圈之輸出電壓值，包含有因磁導率的變化之電壓成分以及因檢測線圈本身的阻抗之電壓成分。因此，因周邊環境的變化(溫度、雜訊等)而使檢測線圈本身的阻抗之特性產生變化時，使測量值之信賴度降低。再者，此測量裝置之勵磁線圈必須考慮與鋼材的距離之檢測信號產生變化之現象(剝離(lift-off)現象)來設計，而從此觀點沒被揭示。如此，在專利文獻2之測量裝置中無法正確地評估鋼材的壓縮殘留應力。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開平07-092140號公報
專利文獻2：日本特開平05-203503號公報
本發明係鑑於解決以上問題點而研創者，本發明的目的係在提供一種表面特性評估裝置以及使用該表面特性評估裝置之表面特性評估方法，其係以考慮深度方向的分布之方式且而可精準地評估經施以表面改質處理之鋼材的殘留應力。
本發明之一態樣係評估經施以表面改質處理之鋼材的殘留應力的分布之表面特性評估裝置。此表面特性評估裝置具備：振盪器；檢測器，係連接於振盪器；以及量測器，係連接於可變頻率電路及檢測器。振盪器具備交流電源以及可變頻率電路，該可變頻率電路係可變更由交流電源所輸出之交流電流的頻率。檢測器係將被檢體設置成抵接或接近檢測器。並且，檢測器具備有可藉由透過交流電源所施加的交流電流來激發交流磁場之線圈。量測器係構成為：根據由可變頻率電路所設定的複數個頻率中之表示流通於線圈之交流電流的電性特性之信號，而按前述複數個頻率之各頻率進行演算。該線圈之自我共振頻率係在透過可變頻率電路所設定之交流電流的頻帶以上者。
使用此表面特性評估裝置評估經施以表面改質處理之鋼材的殘留應力之分布之表面特性評估方法具備以下(1)至(5)之步驟。上述步驟亦可各別進行，或同時進行2個以上。
(1)將被檢體配置成使交流磁場滲透到被檢體的內部之被檢體配置步驟。
(2)使在被檢體產生渦電流之渦電流產生步驟。藉由使交流電源作動而使交流磁場滲透到被檢體來進行。
(3)連續地變更交流電流的頻率之頻率變更步驟。在持 續上述(2)的狀態之狀態下利用可變頻率電路進行。
(4)檢測表示流通於線圈之電流的電性特性之信號的檢測步驟。對上述(3)的頻率變更步驟中之各頻率進行。
(5)根據所檢測的信號進行演算，來評估被檢體的殘留應力之評估步驟。在上述(4)檢測步驟中對每個所檢測之頻率進行。
透過交流電流的施加使線圈激發交流磁場。藉由使該交流磁場(磁通)滲透到被檢體，從而在被檢體產生渦電流。透過渦電流產生對交流磁場之反磁場。結合該反磁場與交流磁場之磁通的大小係依表示表面改質處理的程度之殘留應力的大小而不同。結合該反磁場與交流磁場之磁通的大小依表示表面改質處理的程度之殘留應力的大小而不同。亦即，依殘留應力的大小，會使表示交流電流流通於線圈時之線圈的電性特性之信號(表示線圈兩端之間的電位差之信號以及表示流通於線圈的電流值之信號)產生變化。因此，藉由評估流通於線圈之交流電流的電性特性，可評估被檢體的表面改質處理之程度。再者，變更交流電流的頻率時，可變更交流磁場的滲透深度。因此，變更交流電流的頻率，且評估對各個頻率之流通於線圈之交流電流的電性特性，而可考慮深度方向來評估被檢體的殘留應力。
考慮深度方向的分布來評估被檢體的殘留應力時，必須對評估之深度順利地檢測線圈兩端之間的電位差及流通於線圈之電流。如一態樣所示，藉由使線圈之自我共振頻 率成為由可變頻率電路所設定之頻帶以上，可在評估目的的範圍內順利地檢測線圈間之電位差以及流通於線圈之電流。
在一實施形態中，亦可將由可變頻率電路所設定之頻帶設定在0.5×103Hz至20×106Hz之範圍內。選擇熱處理(滲碳淬火、氮化熱處理、高周波淬火等)與珠擊處理作為表面改質處理時，距離透過上述處理而改質之表面的深度(影響層)大致為10至1000μm。藉由將設定之頻帶設為上述的範圍，可順利地評估如上述之被檢體之表層附近的殘留應力之分布。
在一實施形態中，亦可將集束有複數條導線之線材予以捲繞來構成線圈。透過此構成，可更提高線圈的共振頻帶。此外，由於變得不易受到周邊環境的影響，故使評估精確度提高。
在一實施形態中，亦可將線圈設為可包圍被檢體的側周面之構成。可減輕與起因於材料之被檢體內部的深度方向呈正交之方向的落差，故可使評估精確度提高。再者，可依一次的測量即評估評估對象表面，亦即評估整體進行過表面改質處理之表面，故可縮短評估時間。
在一實施形態中，量測器亦可具備測量流通於線圈的電流之I/V(current-to-voltage電流/電壓)轉換電路。並且，使用該表面特性評估裝置來評估經施以表面改質處理之鋼材的殘留應力之分布之表面特性評估方法，亦可具備以下(1)至(5)的步驟。上述步驟亦可各別進行，或亦 可同時進行2個以上。
(1)將被檢體配置成使交流磁場滲透到被檢體的內部之被檢體配置步驟。
(2)使在被檢體產生渦電流之渦電流產生步驟。藉由使交流電源作動並使交流磁場滲透到被檢體來進行。
(3)連續地變更交流電流的頻率之頻率變更步驟。在持續上述(2)的狀態之狀態下透過可變頻率電路來進行。
(4)檢測表示線圈兩端之間的電位差及流通於線圈之電流值的信號之檢測步驟。流通於線圈之電流的信號係經由I/V轉換電路進行檢測。此檢測係對上述(3)的頻率變更步驟之各個頻率進行。
(5)根據線圈的阻抗進行演算，且評估被檢體的殘留應力之評估步驟。阻抗係根據在(4)所檢測之表示電位差及電流值的信號而算出。阻抗的算出係對在上述(4)的檢測步驟所檢測之各個頻率進行。
依據此步驟，可針對被檢體之複數個深度各別抽出相當於線圈的阻抗之信號。藉此方式，可加大阻抗的信號及S/N比(S：評估電壓，N：來自評估電壓以外的雜訊)，故使評估精確度提高。
在一實施形態中，亦可將演算設為如下。
(1)將實施表面改質處理前之鋼材(未處理品)設為被檢體且使用量測器，事先檢測表示線圈兩端之間的電位差之信號及流通於線圈之電流值的信號。並且，根據此檢測結果算出阻抗Z0。阻抗Z0的算出係對各個頻率來進行。
(2)將進行過表面改質處理之鋼材(表面改質處理品)設為被檢體且使用量測器，檢測表示線圈兩端之間的電位差之信號及流通於線圈之電流值的信號。並且，根據此檢測結果算出阻抗Z1。阻抗Z1的算出係對各個頻率來進行。
(3)根據所算出之Z0及Z1，演算該比(Z1/Z0或Z0/Z1)。
使用相對於未處理品的阻抗之表面改質處理品的阻抗之比來評估殘留應力時，可減輕周邊的溫度及濕度的變化所引起之電壓的漂移。並且，可僅抽出表面改質處理所引起之電磁氣特性的變化。如此一來，可使評估之精確度提高。
在一實施形態中，量測器亦可復具備相位檢波電路，該相位檢波電路係測量透過交流電源所施加之交流電壓與流通於線圈的電流之相位差。並且，評估使用有此表面特性評估裝置之被檢體的殘留應力的分布之表面特性評估方法可具備以下之(1)至(5)的步驟。上述步驟亦可各別進行，或亦可同時進行2個以上。
(1)將被檢體配置成使交流磁場滲透被檢體的內部之被檢體配置步驟。
(2)使在被檢體產生渦電流之渦電流產生步驟。藉由使交流電源作動並使交流磁場滲透到被檢體來進行。
(3)連續地變更交流電流的頻率之頻率變更步驟。在持續上述(2)的狀態之狀態下透過可變頻率電路來進行。
(4)檢測表示線圈兩端之間的電位差之信號及流通於線圈之電流值的信號，並且檢測透過交流電源所施加之交 流電壓與流通於線圈之電流的相位差之信號之相位差檢測步驟。此檢測係對上述(3)的頻率變更步驟之各個頻率來進行。
(5)算出感性電抗(inductive reactance)，且根據此算出的值，評估被檢體的表面特性之步驟。感性電抗係依照根據在(4)被檢測之表示電位差及電流值之信號所算出之線圈的阻抗與相位差而算出。感性電抗的算出及此演算係對在上述(4)之相位差檢測步驟中所檢測之各個頻率來進行。
藉由算出屬於阻抗的Y軸成分(複數阻抗之虛數成分)之感性電抗，且根據該感性電抗來進行評估，可僅評估被檢體的磁導率。結果，使評估的精確度提高。
在一實施形態中，量測器亦可依透過交流電源所施加之交流電壓的頻率連續被變更之方式，將信號輸出到交流電源。可自動進行被檢體的評估。
依據一態樣及實施形態，可提供表面特性評估裝置及表面特性評估方法，其係可依考慮深度方向之方式精準地評估進行過表面改質處理之被檢體的殘留應力。藉此方式，可依考慮深度方向的分布之方式精準地評估在鋼材經施以表面改質處理的程度。
1‧‧‧表面特性評估裝置
2‧‧‧別的實施形態之表面特性評估裝置(第1替代例)
3‧‧‧別的實施形態之表面特性評估裝置(第2替代例)
10‧‧‧振盪器
11‧‧‧交流電源
12‧‧‧可變頻率電路
20‧‧‧檢測器
21‧‧‧線圈
30‧‧‧量測器
31‧‧‧放大電路
32‧‧‧絕對值電路
33‧‧‧LPF
34‧‧‧I/V轉換電路
35‧‧‧絕對值電路
36‧‧‧LPF
37‧‧‧控制手段
38‧‧‧顯示器
39a‧‧‧A/D轉換電路
39b‧‧‧A/D轉換電路
301‧‧‧相位檢波電路
302‧‧‧絕對值電路
303‧‧‧LPF
第1圖係用以說明本發明的一實施形態之電路圖。
第2圖係說明本發明的一實施形態之產生於線圈的交 流磁場(磁通)之示意圖。
第3圖係說明本發明的一實施形態之表面特性評估方法之流程圖。
第4圖(A)至(C)係用以說明本發明的一實施形態之實施例的圖。
第5圖係用以說明本發明之別的實施形態(第1替代例)之電路圖。
第6圖係用以說明本發明之別的實施形態(第2替代例)之電路圖。
參照圖示就本發明的一實施形態加以說明。此外，所謂以下的說明之上下左右方向，除非特別另作說明，係指表示圖中的方向。
本實施形態之表面特性評估裝置1具備有振盪器10、檢測器20、及量測器30。
振盪器10具備有交流電源11與可變頻率電路12。可變頻率電路12係連接於交流電源11，且可將從交流電源11所輸出之交流電流的頻率予以變更。
檢測器20包含線圈21。線圈21之一端側(點A)係與交流電源11連接，而被供應從交流電源11所輸出之交流電流。此外，第1圖中之顯示線圈21之虛線內的電路記號係表示線圈21的電性等效電路，至於線圈21之詳細內容如後述。
量測器30具備有放大電路31、絕對值電路 32、低通濾波器(LPF(Low-pass filter))33、I/V轉換電路34、絕對值電路35、LPF 36、控制手段37、及顯示器38。再者，將記憶手段具備在控制手段37的內部或未圖示之區域。具體而言，控制手段37可由微處理器、介面電路、記憶體以及使上述構件作動之程式(以上，未圖示)等來構成。
放大電路31係連接於線圈21的兩端之點A與點B。點A與點B之間的電位差之信號被輸入到放大電路31而被放大。此被放大之信號透過絕對值電路32進行全波整流後，透過LPF 33被轉換為直流。此被轉換之信號被輸入到控制手段37。
I/V轉換電路34係連接於線圈21之另一端側(點B)。表示流通於線圈21之電流的電流值之信號被輸入到I/V轉換電路34，且被轉換為表示電位差之信號。然後，透過絕對值電路35進行全波整流後，利用LPF 36被轉換為直流。此被轉換之信號被輸入到控制手段37。
控制手段37係連接於可變頻率電路12、LPF 33及LPF 36，且分別輸入有施加到線圈21之交流電流的頻率、與通過對該頻率的LPF 33,36之信號。根據被輸入之上述信號進行演算，且依據演算結果進行被檢體之表面特性的評估。再者，交流電流的頻率的變更亦可利用手動之方式來進行，且亦可使控制手段37持有使連續地變更頻率之信號輸出到可變頻率電路12之功能來自動地進行頻率的變更。在本實施形態中，設為後者。
顯示器38進行控制手段37之評估結果的顯 示或警告。
以下，就線圈21加以說明。線圈21係將具有導通性之線材予以捲繞而形成為圓筒狀。此線材亦可使用單一的導線，而亦可使用集束複數條細的導線形成如一條線之物。後者的情況，亦可捻合複數條細的導線來形成，亦可編製複數條細的導線而形成如一條線。再者，亦可於編製複數條細的導線形成如一條線之後，藉由將此予以扭轉來形成如細的一條線。藉由將集束複數條細的導線形成如一條線之物設為線圈21的線材來使用，可提高線圈21的共振頻率。
此外，線圈21亦可設為將線材捲繞在中空的圓筒形狀之核心的構成(核心線圈)，惟在本實施形態中，設為不具有核心之構成(空心線圈)。
本實施形態之線圈21的製作方法係首先把將經編製數百條琺瑯銅線且扭轉之線材予以捲繞在樹脂製的圓筒。之後，利用環氧樹脂接合經捲繞之線材後，拆卸圓筒來製作。
就線圈21之其他的製作方法而言，例如，有一種使用以熱硬化性樹脂覆蓋之線材並捲繞該線材後，利用熱風與乾燥爐等加熱來將線材固定成保持線圈狀的形狀的方法。如此，只要使線材可保持線圈狀的形狀，沒特別限定該製作方法。
藉由將交流電流施加在線圈21而使受激發之交流磁場滲透到被檢體，從而於被檢體產生渦電流。透過渦電流，產生對交流磁場之反磁場，且使交流磁場之滲透的深度產生變化。結合該反磁場與交流磁場之磁通的大小係依表示表面改質處理的程度之殘留應力的大小而不同。因此，藉由評估流通於線圈21之電流的電性特性，可評估表面改質處理的程度。此時，為了精準地評估被檢體的表面特性，必須更精準地發覺反磁場。因此，本實施形態的線圈21以共振頻率成為使用頻帶以上之方式，調整捲繞線材之匝數。距離因表面改質處理而被改質的表面之深度(影響層)大致在10至1000μm。此時，亦可將使用頻帶設為0.5×103Hz至20×106Hz，且將線圈21之自我共振頻率設為30MHz以上(最好透過可變頻率電路12所設定之使用頻帶的1.5倍以上)。再者，作為表面改質處理選擇珠擊處理時的影響層大致在10至300μm，故亦可將使用頻帶設為1×103Hz至20×106Hz，且將線圈21之共振頻率設為30MHz以上(最好透過可變頻率電路12所設定之使用頻帶之1.5倍以上)。
以將被線圈21所激發之交流磁場可滲透到被檢體的內部之方式使線圈21可接近被檢體即可，而沒特別限定檢測器20的形狀。本實施形態的檢測器20設為圓筒形狀，且設為可將被檢體插入到中心部來配置之構成。亦即，藉由將被檢體插入到線圈的中心部來配置，而設線圈21為可包圍被檢體的側周面之構成。在此構成中，可減輕與起因於材料之被檢體內部的深度方向呈正交之方向的落差，故可使評估精確度提高。此外，可使渦電流穿透被 檢體的側周面，亦即穿透整個評估對象表面，故可利用一次的測量來評估整個評估對象表面。
以下，就使用本實施形態的表面特性評估裝置1，評估被檢體的表面特性之方法加以說明。以下，選擇珠擊處理(之後，記載為SP(Shot Peening珠擊)處理)作為表面改質處理，且就作為表面改質處理的程度評估經施以SP處理的鋼材之壓縮殘留應力的情況加以說明。
S01：準備步驟
準備未進行表面改質處理之被檢體(未處理品)。在本實施形態中，準備對
Figure 105119296-A0202-12-0013-9
40mm×30mm的鉻鉬鋼(依JIS G4053所規定之SCM420H)，進行滲碳淬火的鋼材。
S02：測量步驟(未處理品)
作為第1被檢體配置步驟，將未處理品設置在檢測器20。在此，將未處理品設置成：在線圈21之圓形剖面中心，且使整個未處理品位於線圈21的內部。
接著，作為第1渦電流產生步驟，將利用控制手段37控制從交流電源11所輸出之交流電流的頻率的信號輸出到可變頻率電路12，並且使交流電源11進行作動。透過交流電源11的作動，使線圈21激發交流磁場(參照第2圖)。於線圈21之內周側設置有未處理品，故該交流磁場滲透到未處理品。透過交流磁場的滲透而於被檢體的表面產生渦電流，故表示交流電流流通於線圈時的線圈之電性特性之信號(表示線圈間(A-B間)的電位差之信號及表示流過線圈後之電流值之信號)產生變化。從上述信 號，利用控制手段37算出該頻率之阻抗Z0。
此外，交流磁場滲透於未處理品之深度係取決於交流電流的頻率。因此，作為第1頻率變更步驟，利用控制手段37使從交流電源11所輸出之交流電流的頻率產生變化。在使交流電流的頻率產生變化的狀態下，作為第1檢測步驟係：按各個頻率檢測表示交流電流之電性的特性之信號，且從該信號演算線圈21之阻抗Z0並將之記憶於記憶手段。
S03：表面改質處理步驟
從檢測器20取出未處理品後，進行表面改質處理。
S04：測量步驟(表面改質處理品)
將對未處理品進行過表面改質處理之鋼材(表面改質處理品)，作為第2被檢體配置步驟，設置在檢測器20，且執行與步驟S02相同的第2渦電流產生步驟、第2頻率變更步驟以及第2檢測步驟。藉此方式，演算將表面改質處理品設為被檢體時之各個頻率之線圈21的阻抗Z1。第2頻率變更步驟中之頻率係設為與步驟S02相同之頻率。
S05：判斷步驟(評估步驟)
利用控制手段37按各個頻率演算：相對於在步驟S02所演算之阻抗Z0(未處理品)之在步驟S04所演算之阻抗Z1(表面改質處理品)的比(Z1/Z0)。藉由使用阻抗的比作為表面特性的評估，可減輕測量環境的變化(溫度與濕度等)所引起之電壓的漂移。此外，可僅抽出由表面改質處理所引起之被檢體的電磁氣特性變化，故使表面特性之評估的精 確度提高。
再者，頻率相當於距離被檢體的表面之深度，故透過此演算可得到對距離被檢體的表面的深度之表面改質處理的程度(壓縮殘留應力)之分布。
藉由利用控制手段37比較該分布與事先被記憶在記憶手段之閾值，來判定表面改質處理的好壞。
S06：輸出步驟
將表面改質處理的好壞之判定結果輸出到顯示器38。在顯示器38中，亦可僅顯示好壞結果，或亦可判定壞時發出警告聲。或亦可顯示在橫軸標繪頻率(或距離被檢體的表面之深度)，而在縱軸標繪阻抗的比之圖表。後者的情況，亦可算出距離被檢體的表面之深度。頻率與距離鋼材表面的深度之關係係從(數學式1)製作頻率與表示距離鋼材表面的深度的關係之檢定線，而可由該檢定線算出。(數學式1)之補正係數k係受到被檢體的形狀(例如被檢體的體積)與性狀(例如，有無前段階之熱處理)與SP處理的條件(例如，珠的粒徑、硬度、噴射時間、噴射壓力)等的影響而變動之值，且透過實驗事先予以算出。
Figure 105119296-A0202-12-0015-1
Y：交流磁場之滲透深度(μm)
K：補正係數
X：交流電流之頻率(Hz)
μ：鋼材之磁導率(H/m)
σ：鋼材的導電率(S/m)
透過以上的步驟，可進行考慮距離被檢體的表面之深度方向的分布之表面改質處理之程度的評估。
就複數個鋼材進行評估時，在第2次之後的測量所使用之未處理品的阻抗Z0亦可使用在第1次的測量(在步驟S02所執行之第1被檢體配置步驟、第1渦電流產生步驟、第1頻率變更步驟以及第1檢測步驟)算出之阻抗Z0。亦即，在第2次之後的測量中，對經施以SP處理之鋼材亦可僅進行步驟S04至S06。
接著，使用本實施形態之表面特性評估裝置1，表示評估鋼材的表面特性之結果。
朝向前述之進行過滲碳淬火之鉻鉬鋼(
Figure 105119296-A0202-12-0016-10
40mm×30mm)，利用珠擊機(新東工業股份有限公司製造)將平均粒徑50μm至1000μm的珠(皆為新東工業股份有限公司製造)，以0.3MPa之噴射壓力且以涵蓋範圍成為300%之方式進行噴射來進行SP處理(參照第1表)。將經施以該SP處理之鉻鉬鋼設為被檢體。
Figure 105119296-A0202-12-0017-2
線圈21係使用自我共振頻率為900kHz、2.2MHz、30MHz之3種類。
交流電流的頻率(使用頻率)係設定為10kHz至20MHz。
將結果表示在第4圖。線圈21之自我共振頻率為900kHz，未達使用頻率之第4圖(A)，及自我共振頻率為2.2MHz，未達使用頻率之第4圖(B)的情況，在被檢體A至D之任一者中，皆得知阻抗的比之分布的曲線相對於頻率無連續性。成為不連續的值係檢測符合將線圈21置換為電性等效電路時之電感(inductor)成分及導體(conductor)成分之成分。
另一方面，線圈21之自我共振頻率為30MHz，且在使用頻率以上之第4圖(C)的情況，在被檢體A至D之任一者中，皆得知阻抗的比之分布的曲線相對於頻率有連續性。
因此，線圈21的自我共振頻率為使用頻率以上時，可順利地評估被檢體的表面改質處理之程度。
(第1替代例)
將別的實施形態之表面特性評估裝置2表示在第5圖。本實施形態之表面特性評估裝置2，在一實施形態的表面特性評估裝置2中之量測器30係具備有：放大電路31、A/D(Analog-to-digital，類比/數位)轉換電路39a、I/V轉換電路34、A/D轉換電路39b、控制手段37、及顯示器38。此外，於控制手段37，內設有記憶手段37a。此外，記憶手段37a亦可被設置在控制手段37的外部。再者，振盪器10及檢測器20的構成與上述一實施形態相同故省略說明，在此，以與一實施形態之不同點為中心加以說明。
放大電路31係連接於線圈21的兩端之點A與點B。點A與點B之間的電位差之信號被輸入到放大電路31而被放大。此被放大之信號透過A/D轉換電路39a從類比電壓的信號被轉換為數位信號。此被轉換之數位信號被輸入到控制手段37。
I/V轉換電路34係連接於線圈21的另一端側(點B)。表示流通於線圈21之電流的電流值之信號係輸入到I/V轉換電路34，且被轉換為類比電壓的信號。從I/V轉換電路34被輸出的類比電壓之信號透過A/D轉換電路39b被轉換為數位信號，且被輸入到控制手段37。
在控制手段37中，透過數位信號處理將從A/D轉換電路39a,39b所各別輸入之數位信號進行加工。亦即，從放大電路31及I/V轉換電路34所輸入之各數位信號係交流性地變動之時間系列信號，而透過與上述一實施 形態之絕對值電路32,35及LPF 33,36(第1圖)等效的數位演算，被轉換為直流性的數位信號。藉此方式，被輸入到各A/D轉換電路39a,39b之類比電壓的交流信號在控制手段37中，被轉換為與交流信號的振幅成比例的數位值。並且，根據上述數位值來算出阻抗。
本實施形態之表面特性評估裝置2係透過數位信號處理進行信號的演算，故成為更不易受到雜訊的影響之構成。因此，在容易產生雜訊之環境下進行評估時，亦可進行精確度更高的評估。
(第2替代例)
將別的實施形態之表面特性評估裝置3表示於第6圖。在本實施形態的表面特性評估裝置3中，於一實施形態的表面特性評估裝置1(第1圖)之量測器30，新添加有相位檢波電路301、絕對值電路302以及LPF 303。此外，振盪器10及檢測器20的構成與上述一實施形態相同故省略說明，在此，以新添加在量測器30之構成為中心加以說明。
相位檢波電路301係連接於交流電源11及線圈21的另一端側(點B)。表示對透過交流電源11所施加的電壓之流通於線圈21之電流的相位差之信號從相位檢波電路301所輸出，且透過從絕對值電路302進行全波整流後，透過LPF 303被轉換為直流。此被轉換之信號被輸入到控制手段37。亦即，將施加在線圈21之電壓以及與流通於線圈21之電流的相位差成比例之電壓信號輸入到 控制手段37。
在控制手段37中，於測量步驟S02(第3圖)中，算出將未處理品設為被檢體時之阻抗Z0。再者，透過從LPF 303所輸入之信號，算出將未處理品設為被檢體時之相位差α0。從所算出之阻抗Z0及相位差α0，透過X0=Z0×sin α0之式子且按各個頻率算出感性電抗X0。再者，在測量步驟S04(第3圖)中，同樣算出將表面改質處理品設為被檢體時之阻抗Z1及相位差α1，且按各個頻率算出感性電抗X1。
在判斷步驟S05(第3圖)中，利用控制手段37且按各個頻率演算：相對於上述感性電抗X0(未處理品)之感性電抗X1(表面改質處理品)的比(X1/X0)。藉由使用感性電抗的比作為表面特性的評估，而可僅評估被檢體的磁導率。比起阻抗，感性電抗的值小，而對電性特性的變化之感度佳。尤其必須進行精密的評估時，藉由以感性電抗的比進行評估，可進行更高精確度的評估。
此外，感性電抗亦可透過如本實施形態之類比信號處理來算出，或亦可使用第5圖的電路且透過控制手段37之數位信號處理來算出。此時，在控制手段37之內部執行與第6圖的電路之相位檢波電路301、絕對值電路302、LPF 303等效的數位演算，且根據所求取之相位差(α0,α1)來演算感性電抗(X0,X1)。亦即，在控制手段37中，進行下列a至c的演算。
a)利用控制手段37來算出：透過A/D轉換電路39a 將線圈兩端之間的電壓進行A/D轉換之數位信號與透過A/D轉換電路39b將流通於線圈之電流的信號進行A/D轉換之數位信號的相位差(α0,α1)。
b)從經由A/D轉換電路39a,39b所輸入之各數位信號，透過根據第5圖所說明的演算來算出阻抗(Z0,Z1)。
c)使用在上述a,b所算出之「相位差」及「阻抗」，算出感性電抗(X0,X1)。
[產業上之可利用性]
在一實施形態中，就在對進行過滲碳淬火之鋼材經施以SP處理時賦予給鋼材之壓縮殘留應力的評估作了說明。但是，本發明之表面特性評估裝置及表面特性評估方法，亦可進行作為表面改質處理進行過各種熱處理時的評估。再者，亦可進行僅進行過SP處理之鋼材的評估。
1‧‧‧表面特性評估裝置
10‧‧‧振盪器
11‧‧‧交流電源
12‧‧‧可變頻率電路
20‧‧‧檢測器
21‧‧‧線圈
30‧‧‧量測器
31‧‧‧放大電路
32‧‧‧絕對值電路
33‧‧‧LPF
34‧‧‧I/V轉換電路
35‧‧‧絕對值電路
36‧‧‧LPF
37‧‧‧控制手段
38‧‧‧顯示器

Claims (10)

  1. 一種表面特性評估裝置，係評估經施以表面改質處理之鋼材的殘留應力者，該表面特性評估裝置具備：振盪器，係具備交流電源以及可變頻率電路，該可變頻率電路係可變更透過前述交流電源所輸出的交流電流的頻率；以及檢測器，係連接於前述振盪器，且以在被檢體產產生渦電流之方式，將被檢體設置為抵接或接近檢測器；而前述檢測器具備有可藉由透過前述交流電源所施加的前述交流電流來激發交流磁場之線圈，並且具備連接於前述可變頻率電路及前述檢測器之量測器，而前述量測器構成為：具備絕對值電路，由前述可變頻率電路所設定的複數個頻率中之表示流通於前述線圈之交流的電流值的信號、及表示前述線圈兩端之電位差的信號，係分別藉由前述絕對值電路所整流，且根據這些經整流後的信號，而按前述複數個頻率之各頻率演算前述線圈之阻抗的大小，且根據所演算出的阻抗的大小來進行殘留應力的評估，且前述線圈之自我共振頻率係在透過前述可變頻率電路所設定之交流電流的頻帶以上者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之表面特性評估裝置，其中，透過前述可變頻率電路所設定之交流電流的頻帶 係設在0.5×103Hz至20×106Hz之範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之表面特性評估裝置，其中，前述線圈係將集束有複數條導線而成之線材予以捲繞而形成者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之表面特性評估裝置，其中，前述線圈係構成為可包圍前述被檢體的側周面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之表面特性評估裝置，其中，前述量測器係具備用以測量流通於前述線圈的電流之I/V轉換電路。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之表面特性評估裝置，其中，前述量測器更具備：相位檢波電路，係測量透過前述交流電源所施加之交流電壓與流通於前述線圈之電流的相位差。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之表面特性評估裝置，其中，前述可變頻率電路係以連續地變更透過前述交流電源所施加之前述交流電壓的頻率之方式，輸出信號到前述交流電源。
  8. 一種表面特性評估方法，係使用如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述之表面特性評估裝置來評估經施以表面改質處理之鋼材的殘留應力者，該表面特性評估方法具備：將前述施以表面改質處理之鋼材設為被檢體，且將被檢體配置成使前述交流磁場滲透到被檢體的內部之被檢體配置步驟； 使前述交流電源作動而使交流磁場滲透到前述被檢體，而在該被檢體產生渦電流之渦電流產生步驟；利用前述可變頻率電路連續地變更該交流電流的頻率之頻率變更步驟；針對前述複數個頻率之各頻率檢測表示流通於前述線圈之交流電流的電性特性之信號之檢測步驟；以及根據所檢測之前述信號對各個前述頻率進行演算，來評估被檢體的殘留應力之評估步驟。
  9. 一種表面特性評估方法，係使用如申請專利範圍第5項所述之表面特性評估裝置來評估經施以表面改質處理之鋼材的殘留應力，該表面特性評估方法具備：將前述施以表面改質處理之鋼材設為被檢體，且將被檢體配置成使前述交流磁場滲透到被檢體的內部之被檢體配置步驟；使前述交流電源作動而使交流磁場滲透到前述被檢體，而在該被檢體產生渦電流之渦電流產生步驟；利用前述可變頻率電路連續地變更該交流電流的頻率之頻率變更步驟；針對前述複數個頻率之各頻率檢測前述線圈兩端之電位差的信號、以及表示經由前述I/V轉換電路所檢測之流通於前述線圈之電流值的信號之檢測步驟；以及根據所檢測之前述信號對各個前述頻率來算出前 述線圈的阻抗的大小，且評估被檢體的殘留應力之評估步驟。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之表面特性評估方法，其中，前述量測器係在前述評估步驟中，將施以表面改質處理前之鋼材設為被檢體且按各個頻率事先算出阻抗的大小，並且將進行過表面改質處理之鋼材設為被檢體且按各個頻率算出阻抗的大小，且算出上述阻抗的大小的比。
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