(57)【要約】【課題】  金属製品の研削焼けで生成される軟化箇所および白層の両方を精度良く検出することができるバルクハウゼンノイズ検査装置を提供する。【解決手段】  検査対象物３０を磁化する励磁コイル２、および磁化された検査対象物３０が発するバルクハウゼンノイズを検出する検出コイル３を有する検出ヘッド１を設ける。励磁コイル２に磁化のための交流磁界を発生させる交流電流を印加する交流電源１２を設ける。交流電源１２は、互いに周波数の異なる複数種の交流電流を励磁コイル２に励磁電流として印加する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物を磁化する励磁コイル、および磁化された前記検査対象物が発するバルクハウゼンノイズを検出する検出コイルを有する検出ヘッドと、前記励磁コイルに磁化のための交流磁界を発生させる交流電流を印加する交流電源とを備えたバルクハウゼンノイズ検査装置において、
前記交流電源は互いに周波数の異なる複数種の交流電流を前記励磁コイルに励磁電流として印加するものとしたことを特徴とするバルクハウゼンノイズ検査装置。
【請求項２】
請求項１において、前記交流電源は、前記互いに周波数の異なる交流電流をそれぞれ出力する複数のファンクションジェネレータを有するバルクハウゼンノイズ検査装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記交流電源は、互いに周波数の異なる複数種の交流電流を加算して励磁電流として前記励磁コイルに印加するものとしたバルクハウゼンノイズ検査装置。
【請求項４】
請求項３において、前記検出コイルの検出するバルクハウゼンノイズを、カットオフ周波数の異なる複数のバンドパスフィルタを用いて、前記周波数の異なる各交流電流の周波数に対応した複数のバルクハウゼンノイズに分別して抽出する出力信号処理部を設けたバルクハウゼンノイズ検査装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、前記交流電源は、互いに周波数の異なる複数種の交流電流を時分割して励磁電流として前記励磁コイルに印加するものとしたバルクハウゼンノイズ検査装置。
【請求項６】
請求項５において、各周波数の交流電流が前記励磁コイルに時分割して供給される各タイミング毎に、各周波数に対応してカットオフ周波数が自動変更されるバンドパスフィルタを用いて、前記検出コイルの検出するバルクハウゼンノイズを、前記各周波数の交流電流に対応した複数のバルクハウゼンノイズに分別して抽出する出力信号処理部を設けたバルクハウゼンノイズ検査装置。
【請求項７】
請求項４または請求項６において、前記出力信号処理部は、分別して抽出したバルクハウゼンノイズの最大振幅、平均値、パルス間隔、周波数スペクトラムのうち、少なくともいずれか１つ以上の値を求め、その値から、検査対象物の検査対象となる性状の検出に用いるバルクハウゼンノイズ値を出力するバルクハウゼンノイズ検査装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記検出ヘッドで検出されたバルクハウゼンノイズから、検査対象物の検査対象となる性状を検出する性状検出手段を設けたバルクハウゼンノイズ検査装置。
【請求項９】
請求項４または請求項６または請求項７において、前記出力信号処理部で分別して抽出された各周波数に対応するバルクハウゼンノイズを用いて、検査対象物の検査対象となる性状を検出する性状検出手段を設けたバルクハウゼンノイズ検査装置。
【請求項１０】
請求項８または請求項９において、前記検査対象物が研削加工された金属製品であり、前記性状検出手段は、前記金属製品の研削焼けを検出する研削焼け検出部を有するバルクハウゼンノイズ検査装置。
【請求項１１】
請求項９において、前記検査対象物が研削加工された金属製品であり、前記性状検出手段は、前記出力信号処理部で分別して抽出された各周波数に対応するバルクハウゼンノイズを用いて、前記金属製品の白層の厚みを測定する白層厚み検出部を有するバルクハウゼンノイズ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バルクハウゼンノイズを利用して金属製品の研削焼け等の非破壊検査を行うバルクハウゼンノイズ検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
強磁性体の金属材料が磁化する過程では、金属材料中に混在する非磁性体や内部欠陥などにピンニングされて磁壁の移動が不連続性を有することで、バルクハウゼンノイズが発生する。このバルクハウゼンノイズの大きさは、金属材料の硬度や残留応力などと相関を持つため、バルクハウゼンノイズを測定することで、金属材料からなる検査対象物を破壊することなく金属組織推定に用いることができる情報を得ることが可能となる。
【０００３】
このバルクハウゼンノイズを利用した非破壊検査装置として、測定者が検出ヘッドを検査対象物に押し当てて検査するバルクハウゼンノイズ検査装置が知られている（例えば特許文献１）。検出ヘッドには、検査対象物を磁化する励磁コイルと、磁化された検査対象物が発するバルクハウゼンノイズを検出する検出コイルが含まれる。特許文献１に開示のバルクハウゼンノイズ検査装置では、予め検査対象物の材質ごとにバルクハウゼンノイズの大きさと材料の硬度との関係性を測定しておいて、検出されるバルクハウゼンノイズの大きさから検査対象物の表面における研削焼けによる異常箇所を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０２−２６２９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記したバルクハウゼンノイズ検査装置を用いて研削焼けを検出する場合、研削焼けによって生成される軟化箇所と硬質な白層箇所とでは、検出するのに適切な励磁周波数が異なるので、単一の励磁周波数では研削焼けによる軟化箇所と白層箇所を精度よく検出することができないという問題がある。
【０００６】
この発明の目的は、一種類の周波数の励磁電流では検出が困難な検査対象性状の検出、例えば、金属製品の研削焼けで生成される軟化箇所および白層の両方等の検出が精度良く行えるバルクハウゼンノイズ検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のバルクハウゼンノイズ検査装置は、検査対象物を磁化する励磁コイル、および磁化された前記検査対象物が発するバルクハウゼンノイズを検出する検出コイルを有する検出ヘッドと、前記励磁コイルに磁化のための交流磁界を発生させる交流電流を印加する交流電源とを備えたバルクハウゼンノイズ検査装置において、前記交流電源は互いに周波数の異なる複数種の交流電流を前記励磁コイルに励磁電流として印加するものとしたことを特徴とする。前記交流電源は、例えば、互いに周波数の異なる交流電流をそれぞれ出力する複数のファンクションジェネレータを有するものとする。
このように、交流電源から励磁コイルに励磁電流として互いに周波数の異なる複数種の交流電流を印加すると、検出コイルで検出されるバルクハウゼンノイズの周波数も、それぞれの励磁周波数（各交流電流の周波数）によって生じるバルクハウゼンノイズの周波数帯を含んだものとなる。その検出されたバルクハウゼンノイズを、例えばカットオフ周波数の異なる複数のバンドパスフィルタに通すと、異なる励磁周波数によって生じるバルクハウゼンノイズを各バンドフィルタで分別して一度に抽出することができる。
このように異なる周波数の励磁電流から得られた各バルクハウゼンノイズを抽出することで、検査対象物の励磁電流周波数に対応する異なる性状を検出することができる。そのため、一種類の周波数の励磁電流では検出が困難な性状等の検査対象事項の検出が行える。例えば、このバルクハウゼンノイズ検査装置を用いて、検査対象物である金属製品の研削焼けを検出する場合、研削焼けにより金属製品の表面に生成される軟化箇所と白層箇所とで検出に適切な励磁周波数が異なる。そこで、この場合に、交流電源から印加する複数種の交流電流として、少なくとも前記軟化箇所の検出に適切な周波数の交流電流、および前記白層箇所の検出に適切な周波数の交流電流を選択しておけば、前記各バンドフィルタで分別して抽出されるバルクハウゼンノイズとして、軟化箇所に対応するバルクハウゼンノイズと白層箇所に対応するバルクハウゼンノイズとを一度に抽出することができる。これにより、金属製品の研削焼けで生成される軟化箇所および白層の両方を精度良く検出することができる。
前記交流電源として、複数のファンクションジェネレータを設けた場合は、励磁電流となる、互いに周波数の異なる複数種の交流電流を容易に得ることができる。
【０００８】
この発明において、前記交流電源は、互いに周波数の異なる複数種の交流電流を加算して前記励磁コイルに印加するものとしても良い。この場合に、前記検出コイルの検出するバルクハウゼンノイズを、カットオフ周波数の異なる複数のバンドパスフィルタを用いて、前記周波数の異なる交流電流に対応した複数のバルクハウゼンノイズに分別して抽出する出力信号処理部を設けるのが望ましい。この構成の場合、異なる励磁周波数によって生じるバルクハウゼンノイズを各バンドフィルタで分別して一度に抽出することが可能である。
【０００９】
この発明において、前記交流電源は、互いに周波数の異なる複数種の交流電流を時分割して前記励磁コイルに印加するものとしても良い。この場合に、各周波数の交流電流が前記励磁コイルに時分割して供給される各タイミング毎に、各周波数に対応してカットオフ周波数が自動変更されるバンドパスフィルタを用いて、前記検出コイルの検出するバルクハウゼンノイズを、前記各周波数の交流電流に対応した複数のバルクハウゼンノイズに分別して抽出する出力信号処理部を設けるのが望ましい。この構成の場合、複数のバルクハウゼンノイズがシリアル信号として出力されるものの、１度の検査動作でほぼ同時に出力される点は複数のバンドパスフィルタを用いる場合と同様である。
【００１０】
この発明において、前記出力信号処理部は、分別して抽出したバルクハウゼンノイズの最大振幅、平均値、パルス間隔、周波数スペクトラムのうち、少なくともいずれか１つ以上の値を求め、その値から検査対象物の検査対象となる性状の検出に用いるバルクハウゼンノイズ値、すなわち実際に用いるバルクハウゼンノイズ値を出力するものとしても良い。
【００１１】
この発明において、前記検出ヘッドで検出されたバルクハウゼンノイズから、検査対象物の検査対象となる性状を検出する性状検出手段を設けても良い。この場合の性状の検出は、特定の性状を有する部分が有るか否かの検出の他、特定の性状を有する部分の厚さや範囲等の量の検出を含む意味である。
この発明のバルクハウゼンノイズ検査装置は、必ずしも上記性状検出手段を有していなくても良く、得られたバルクハウゼンノイズをこの発明のバルクハウゼンノイズ検査装置とは別の演算手段で演算しても良いが、性状検出手段まで設けておくことで、専用の検査対象事項の検出装置としての使い勝手の良いものとなる。
【００１２】
前記のように出力信号処理部を設けた場合は、その前記出力信号処理部で分別して抽出された各周波数に対応するバルクハウゼンノイズを用いて、検査対象物の検査対象となる性状を検出する性状検出手段を設けることが好ましい。
このような性状検出手段を設ける場合に、前記検査対象物が研削加工された金属製品であり、前記性状検出手段は、前記金属製品の研削焼けを検出する研削焼け検出部を有するものとしても良い。研削焼けの検出の場合に、この発明における励磁電流として複数種類の交流電流を印加することによる検出精度の向上の効果が効果的に発揮される。
【００１３】
特に、前記検査対象物が研削加工された金属製品であって、前記性状検出手段が、前記出力信号処理部で分別して抽出された各周波数に対応するバルクハウゼンノイズを用いて、前記金属製品の白層の厚みを測定する白層厚み検出部を有するものとすることが好ましい。
前述のように、研削焼けにより金属製品の表面に生成される軟化箇所と白層箇所とで検出に適切な励磁周波数が異なる。これに対し、交流電源から印加する複数種の交流電流として、軟化箇所の検出に適切な周波数の交流電流、および白層箇所の検出に適切な周波数の交流電流を選択しておくことで、前記各バンドフィルタで分別して抽出されるバルクハウゼンノイズとして、軟化箇所に対応するバルクハウゼンノイズと白層箇所に対応するバルクハウゼンノイズとを一度に抽出することができる。これにより、金属製品の研削焼けで生成される軟化箇所および白層の両方を精度良く検出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のバルクハウゼンノイズ検査装置は、検査対象物を磁化する励磁コイル、および磁化された前記検査対象物が発するバルクハウゼンノイズを検出する検出コイルを有する検出ヘッドと、前記励磁コイルに磁化のための交流磁界を発生させる交流電流を印加する交流電源とを備えたバルクハウゼンノイズ検査装置において、前記交流電源は互いに周波数の異なる複数種の交流電流を前記励磁コイルに励磁電流として印加するものとしたため、一種類の周波数の励磁電流では検出が困難な検査対象事項の検出、例えば、金属製品の研削焼けで生成される軟化箇所および白層の両方を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態にかかるバルクハウゼンノイズ検査装置の概略構成図である。
【図２】同バルクハウゼンノイズ検査装置における交流電源の構成を示すブロック図である。
【図３】同バルクハウゼンノイズ検査装置における抽出フィルタの構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の他の実施形態にかかるバルクハウゼンノイズ検査装置の一部構成を示すブロック図である。
【図５】同バルクハウゼンノイズ検査装置の一使用例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この実施形態のバルクハウゼンノイズ検査装置は、励磁コイル２と検出コイル３を含む検出ヘッド１と、前記励磁コイル２に磁化のための交流磁界を発生させる交流電流を印加する交流電源１２を含む電流制御部１１と、前記検出コイル３の出力信号を処理してバルクハウゼンノイズを抽出する出力信号処理部２１とを備える。また、出力信号処理部２１で検出されたバルクハウゼンノイズから、検査対象物３０の検査対象となる性状を検出する性状検出手段２５が設けられている。検査時には、前記検出ヘッド１が検査対象物３０の表面に押し当てられる。
【００１７】
検出ヘッド１における励磁コイル２は、検査対象物３０を磁化するためのコイルであって、磁心となる鉄心４に巻かれている。鉄心４は、一対のアーム部と両アーム部を繋ぐ中間部分からなるＵ字状に形成され、その両アーム部の先端が検査対象物３０に対する接触部となり、中間部に励磁コイル２が巻かれている。検出ヘッド１における検出コイル３は、磁化された前記検査対象物３０が発するバルクハウゼンノイズを検出するためのコイルであって、磁心となる鉄心５に巻かれている。この鉄心５は、励磁コイル２の鉄心４の両アーム部間の中央に配置されている。前記各鉄心４，５は、フェライトなどの磁性酸化物や積層ケイ素鋼板などからなる。検出ヘッド１を検査対象物３０の表面に押し当てた状態で、前記各鉄心４，５が検査対象物３０の表面に押し当てられる。
【００１８】
前記検出ヘッド１には、前記励磁コイル２や検出コイル３のほか、検査対象物３０を励磁する磁束を検出する磁界センサ６が設けられている。前記電流制御部１１は、前記交流電源１２のほか、前記磁界センサ６が検出する磁束の強さに基づき交流電源１２の交流電流を制御して検査対象物３０を励磁する磁束を一定に保つ制御装置１３を有する。
【００１９】
交流電源１２は、図２にブロック図で示すように、それぞれ互いに周波数の異なる交流電流を生成する複数のファンクションジェネレータ７と、これらのファンクションジェネレータ７が生成する各交流電流を加算して、これを励磁電流として前記励磁コイル２に印加する加算回路８とを有する。
【００２０】
出力信号処理部２１は、検出コイル３の検出信号を増幅する増幅器２２と、その増幅された検出信号からバルクハウゼンノイズを抽出する抽出フィルタ２３などからなる。抽出フィルタ２３は、前記検出信号の入力端子に対して、カットオフ周波数の異なる複数のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９を並列接続して構成される。これにより、前記検出信号として抽出フィルタ２３に入力されるバルクハウゼンノイズが、周波数の異なる前記各交流電流に対応した複数のバルクハウゼンノイズに分別して前記各バンドパスフィルタ９から抽出される。
【００２１】
また、出力信号処理部２１は、抽出フィルタ２３により抽出した各バルクハウゼンノイズ信号毎に、最大振幅値、平均値、パルス間隔、周波数スペクトラムのうち、少なくともいずれか１つ以上の値を求める抽出信号処理手段２４を有している。出力信号処理部２１は、この抽出信号処理手段２４で求めた処理結果値を、抽出した各バルクハウゼンノイズ信号として出力し、またはこの処理の前のバルクハウゼンノイズ信号と共に、上記処理結果値を出力する。
【００２２】
性状検出手段２５は、電子回路により、またはマイクロコンピュータを含む電子回路により構成される。性状検出手段２５は、出力信号処理部２１の出力する各バルクハウゼンノイズ信号から、検査対象物３０の検査対象となる性状を検出する手段である。この性状検出に用いるバルクハウゼンノイズ信号は、前記抽出信号処理手段２４による処理後の処理結果値、およびその処理前のバルクハウゼンノイズのいずれか片方を用いるものであっても、両方を用いるものであっても良い。性状検出手段２５による性状の検出は、例えば検査対象物３０が研削加工された金属製品である場合の研削焼けや、検査対象物３０の残留応力の検出等である。
【００２３】
この例では、性状検出手段２５は、金属製品からなる検査対象物３０の研削焼けを検出する研削焼け検出部２６を有している。また、この研削焼け検出部２６は、金属製品からなる検査対象物３０の白層の厚みを測定する白層厚み検出部２７を有している。この白層厚み検出部２７は、前記出力信号処理部２１で分別して抽出された各周波数に対応するバルクハウゼンノイズを用いて、前記白層の厚みを測定するものである。
【００２４】
次に、上記構成のバルクハウゼンノイズ検査装置の動作を説明する。検査対象物３０に検出ヘッド１を押し当てると、鉄心４，５が検査対象物３０に接触し、鉄心４と検査対象物３０とで磁気閉回路が構成される。励磁コイル２は交流電源１２から交流電流を供給されて交流磁界を発生させ、これにより検査対象物３０が磁化する。検出コイル５は、磁化された検査対象物３０が発するバルクハウゼンノイズを検出する。検出コイル５が検出したバルクハウゼンノイズ信号は、出力信号処理部２１において、増幅器２２で増幅され、抽出フィルタ２３によりバルクハウゼンノイズが抽出される。
【００２５】
上記動作において、交流電源１２から励磁コイル２に励磁電流として供給される交流電流は、互いに周波数の異なる複数種の交流電流を加算したものとなる。このため、検出コイル５で検出されるバルクハウゼンノイズ信号の周波数も、それぞれの励磁周波数（各交流電流の周波数）によって生じるバルクハウゼンノイズの周波数帯を含んだものとなる。そのバルクハウゼンノイズ信号を入力する出力信号処理部２１の抽出フィルタ２３では、前記バルクハウゼンノイズ信号をカットオフ周波数の異なる複数のバンドパスフィルタ９に通すので、異なる励磁周波数によって生じるバルクハウゼンノイズを各バンドフィルタ９で分別して一度に抽出することができる。
【００２６】
上記バルクハウゼンノイズ検査装置を用いて検査対象物である金属製品の研削焼けを検出する場合、研削焼けにより金属製品の表面に生成される軟化箇所と白層の生成箇所とで検出に適切な励磁周波数が異なる。そこで、この場合に、交流電源２１において加算する複数種の交流電流として、少なくとも前記軟化箇所の検出に適切な周波数の交流電流、および前記白層の生成箇所の検出に適切な周波数の交流電流を選択しておく。これにより、前記抽出フィルタ２３の各バンドフィルタ９で分別して抽出されるバルクハウゼンノイズとして、軟化箇所に対応するバルクハウゼンノイズと白層の生成箇所に対応するバルクハウゼンノイズとを一度に抽出することができる。つまり、研削焼けによる軟化箇所と白層生成箇所を同時に精度良く検出することが可能となる。このような研削焼けによる軟化箇所と白層生成箇所の検出を、上記研削焼け検出部２６が行い、その白層生成箇所の白層の厚みの測定を白層厚み検出部２７が行う。このように非破壊検査で研削焼けによる軟化箇所と白層生成箇所を同時に精度良く、また効率良く検出できるため、インライン上での検査などの場合には、サイクルタイムの短縮が可能となる。
【００２７】
図４は、この発明の他の実施形態の一部をブロック図で示したものである。このバルクハウゼンノイズ検査装置では、図１〜図３の実施形態において、電流制御部１１における交流電源１２は、それぞれ互いに周波数の異なる交流電流を生成する複数のファンクションジェネレータ７と、これらのファンクションジェネレータ７が生成する各交流電流を時分割して励磁コイル２に印加するマルチプレクサ１０とを有するものとする。また、出力信号処理部２１における抽出フィルタ２３は、カットオフ周波数が自動変更される１つのバンドパスフィルタ９Ａで構成され、前記交流電源１２から励磁コイル２に時分割して供給される各タインミング毎に、前記バンドパスフィルタ９Ａのカットオフ周波数が前記各励磁周波数に対応した値に自動変更される。
【００２８】
これにより、抽出フィルタ２３からは、各周波数の交流電流に対応した複数のバルクハウゼンノイズが時分割で分別して抽出される。この場合、複数のバルクハウゼンノイズがシリアル信号として出力されるものの、１度の検査動作でほぼ同時に出力される点では図１〜図３の実施形態の場合と同様である。その他の構成は、図１〜図３の実施形態の場合と同様である。
【００２９】
図５は、前記バルクハウゼンノイズ検査装置を使用して行う非破壊検査の一例を示す。ここでは、軸受の内輪３１の転走面３１ａの研削焼けを検出する。バルクハウゼンノイズ検査装置の検出ヘッド１は、移動可能な支持部材３２に支持され軸受内輪３１の転走面３１ａに垂直姿勢で接触させられており、支持部材３２の移動により転走面３１ａの表面を摺動しながら異常箇所を検出する。軸受内輪１は回転軸３３の外径面に嵌着されており、回転軸３３を回転させることで、軸受内輪３１の転走面３１ａの全周面に前記検出ヘッド１を摺動させて研削焼けを検査することができる。
オンライン上で、このようにバルクハウゼンノイズ検査装置を使用すると、軸受内輪３１の転走面３１ａの研削焼けを正確に全数検査することができ、品質保証能力を高めることができる。
【００３０】
図５では、前記バルクハウゼンノイズ検査装置を軸受内輪３１の転走面３１ａにおける研削焼けの検査に用いた例を示したが、検査対象物は軸受部品である内輪３１に限らず、例えば軸受そのもの表面情報を検出するものとしても良い。また、検査対象物は軸受に限らず他の転動装置や転動装置部品であっても良く、この場合にもその転動装置や転動装置部品の研削焼けを精度良く検査することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１…検出ヘッド
２…励磁コイル
３…検出コイル
７…ファンクションジェネレータ
８…加算回路
９，９Ａ…バンドパスフィルタ
１０…マルチプレクサ
１２…交流電源
２１…出力信号処理部
２３…抽出フィルタ
２５…性状検出手段
２６…研削焼け検出部
２７…白層厚み検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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