(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショットピーニング処理、熱処理、又は窒化処理が施された被検体の表面の処理状態を検査するための表面特性検査装置であって、
交流ブリッジ回路と、
前記交流ブリッジ回路に交流電力を供給する交流電源と、
前記交流ブリッジ回路からの出力信号に基づいて、被検体の表面特性を評価する評価装置と、を備え、
前記交流ブリッジ回路は、第１の抵抗と第２の抵抗とに分配比が可変に構成された可変抵抗と、交流磁界を作用させ、前記被検体に渦電流を励起するコイルを備えた検査検出器と、前記検査検出器からの出力と比較する基準となる基準状態を検出する基準検出器とを有し、前記第１の抵抗、前記第２の抵抗、前記基準検出器及び前記検査検出器はブリッジ回路を構成し、
前記評価装置は、前記交流ブリッジ回路に交流電力が供給され、前記検査検出器が前記被検体の電磁気特性を検出し、前記基準検出器が基準状態を検出している状態における前記交流ブリッジ回路からの出力信号に基づいて、前記被検体の表面特性を評価し、
前記コイルは、１つの被検体の表面の処理状態を検査すべき表面特性検査領域全体を囲むように巻回されており、前記コイルに交流電力を供給することにより前記表面特性検査領域に渦電流が励起されると共に、前記評価装置は、被検体及び前記コイルが静置された状態で、交流電力が供給されている前記コイルから前記出力信号を取得し、取得した出力信号を所定のしきい値と比較することにより、１つの被検体の表面の処理状態を１回の測定で評価することを特徴とする表面特性検査装置。
【請求項２】
前記表面特性検査装置は、前記表面処理としてショットピーニング処理を行う表面処理装置に組み込まれる表面特性検査装置であり、
前記被検体または前記検査検出器を搬送して移動させることで、前記被検体を前記検査検出器の前記コイルの内側である評価位置に位置させる移動機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の表面特性検査装置。
【請求項３】
さらに、前記被検体を上下に駆動可能とされ、前記検査検出器の前記コイルの内側に位置する評価位置と該評価位置の上方側及び下方側の一方又は両方の位置とに前記被検体を搬送する第１の搬送機構と、
前記被検体の水平面内での位置を位置決めする位置決め部と、を備え、
前記表面処理としてショットピーニング処理を行うショットピーニング装置による表面処理工程におけるインラインまたはアウトラインで被検体の表面特性を評価することを特徴とする請求項１に記載の表面特性検査装置。
【請求項４】
前記検査検出器は、歯車部を備えた被検体に渦電流を励起するように構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の表面特性検査装置。
【請求項５】
前記検査検出器は、さらに、前記コイルの外側に、被検体を囲むように配置され、外部磁気を遮蔽する磁気シールドを備えたことを特徴とする請求項４に記載の表面特性検査装置。
【請求項６】
さらに、前記被検体の表面の温度を検出する温度測定手段が設けられ、
前記評価装置は、前記温度測定手段で検出された温度が所定範囲内である場合に、前記被検体の表面処理状態の良否を判断し、前記温度測定手段で検出された温度が所定範囲外である場合に、前記被検体の表面処理状態の良否の判断を行わないことを特徴とする請求項５に記載の表面特性検査装置。
【請求項７】
請求項２に記載の表面特性検査装置と、前記被検体を位置決めされた状態で保持する保持部と、を備え、前記表面処理としてショットピーニング処理を行う表面処理装置であって、
前記表面特性検査装置は、前記ショットピーニング処理の前後または前記ショットピーニング処理の後に、前記保持部で保持された前記被検体または前記検査検出器を搬送して移動させることで、前記保持部で保持された前記被検体を前記検査検出器の前記コイルの内側である評価位置に位置させ、前記被検体の表面特性を検査することを特徴とする表面処理装置。
【請求項８】
請求項３に記載の表面特性検査装置と、
前記表面処理としてショットピーニング処理を行う表面処理装置と、
前記第１の搬送機構により第１待機位置に移動された前記被検体を水平方向または水平方向に対して傾斜した方向に搬送するとともに、前記被検体を前記表面処理装置の所定位置まで搬送する第２の搬送機構と、
前記被検体を水平方向または水平方向に対して傾斜した方向に搬送可能とされ、ショットピーニング処理前エリアから第２待機位置を経由してショットピーニング処理及び検査済みエリアに搬送する第３の搬送機構とを備え、
前記第１待機位置は、前記評価位置に対して上方側または下方側の位置、且つ前記表面処理装置に対向する位置であり、
前記第２待機位置は、前記評価位置または前記評価位置に対して上方側若しくは下方側の位置であり、
前記第３の搬送機構は、前記ショットピーニング処理前エリアから前記被検体を第２待機位置まで搬送し、
前記第２待機位置まで搬送された前記被検体または前記検査検出器は、少なくともいずれか一方が移動されることにより、前記被検体が前記検査検出器の評価位置に位置させられ、
前記第３の搬送機構は、前記第１の搬送機構により前記第２待機位置に移動された前記被検体を前記ショットピーニング処理及び検査済みエリアに搬送することを特徴とする表面処理システム。
【請求項９】
さらに、前記検査検出器を上下方向に移動させる検査検出器搬送機構を備え、
前記第２待機位置は、前記評価位置であり、
前記第２待機位置まで前記被検体が搬送された際に、前記検査検出器が前記検査検出器搬送機構により上下方向に移動されることで、前記被検体が前記検査検出器の評価位置に位置させられることを特徴とする請求項８に記載の表面処理システム。
【請求項１０】
前記第２待機位置は、前記評価位置に対して上方側若しくは下方側の位置であり、
前記第２待機位置まで搬送された前記被検体は、前記第１搬送機構により上下方向に移動されることで、前記検査検出器の評価位置に位置させられることを特徴とする請求項８に記載の表面処理システム。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の表面特性検査装置を用意し、
前記交流電源から前記交流ブリッジ回路に交流電力が供給された状態で、前記検査検出器を被検体に渦電流が励起されるように配置する配置工程と、
前記交流ブリッジ回路から出力された出力信号に基づいて、被検体の表面特性を評価する評価工程と、を備えた表面特性検査方法。
【請求項１２】
前記基準検出器において基準状態を検出するために、基準出力を出力するための基準検体を用意し、測定することを特徴とする請求項１１に記載の表面特性検査方法。
【請求項１３】
前記基準検出器において基準状態を検出するために、基準出力を出力するための基準検体を用いないことを特徴とする請求項１１に記載の表面特性検査方法。
【請求項１４】
被検体の表面特性を表面処理の前後でそれぞれ測定し、それぞれの測定値を比較することにより被検体の表面処理状態の良否を判断することを特徴とする請求項１３に記載の表面特性検査方法。
【請求項１５】
前記基準検出器は、コイルと、このコイルの内側に配置され、前記コイルに交流電力を供給することにより渦電流が励起される強磁性体コアと、を有することを特徴とする請求項１に記載の表面特性検査装置。
【請求項１６】
前記交流ブリッジ回路は回路基板を備え、この回路基板上に、前記可変抵抗、及び前記基準検出器が配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の表面特性検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットピーニング処理や熱処理、窒化処理などの表面処理を施した処理材の表面処理状態の良否を非破壊で検査する表面特性検査装置、表面特性検査システム及び表面特性検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品などに使用されるギヤ、シャフトなどの鋼材製品では、耐摩耗性向上、疲労強度向上などのために、熱処理、窒化処理などによる表面硬化、ショットピーニング処理などの表面処理が行われている。
従来、これら製品の表面処理後の残留応力、硬度などの表面特性の評価は、抜き取りの破壊検査により行われていた。そのため、製品を全て直接検査できないという問題、破壊検査であるため検査された製品が使えなくなるという問題などがあった。
そこで、製品の表面特性を非破壊で検査できる装置の開発の要請が高まっている。このような装置として、例えば、特許文献１には、ショットピーニング処理面上方に配置されるコイルを備えた検査回路に周波数を変化させながら交流信号を入力して、検査回路におけるインピーダンスの周波数応答特性を用いて検査対象における残留応力の発生状態を検査するショットピーニング処理面の非破壊検査装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、表面処理によって変化する透磁率や導電率等の電磁気測定の要素は、環境変化の影響を受けるため、特開２００８−２９７３号公報記載の装置においては、基準となる検体を測定した環境と被検体を測定する環境が異なる場合、特に温度変化が生じた場合には測定誤差が発生しやすいという問題がある。これにより、インラインの測定に採用することは困難である。また、局所的な測定であるため、渦電流の集中による発熱の影響が生じやすく、表面処理部全体を検査しようとすると多大な時間を要する。更に、接触式の検出器を用いた場合には、被検体毎に形状に応じた検出器を用意しなければならず、汎用性の高い装置とはならない。
【０００５】
そこで、本発明は、ショットピーニング処理や熱処理、窒化処理などの表面処理を施した処理材の表面処理状態を、検査環境の温度変化の影響を小さくして精度よく検査することができるとともにインラインの測定に適用できる表面特性検査装置、表面特性検査システム及び表面特性検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、ショットピーニング処理、熱処理、又は窒化処理が施された被検体の表面の処理状態を検査するための表面特性検査装置であって、交流ブリッジ回路と、前記交流ブリッジ回路に交流電力を供給する交流電源と、前記交流ブリッジ回路からの出力信号に基づいて、被検体の表面特性を評価する評価装置と、を備え、前記交流ブリッジ回路は、第１の抵抗と第２の抵抗とに分配比が可変に構成された可変抵抗と、交流磁界を作用させ、前記被検体に渦電流を励起するコイルを備えた検査検出器と、前記検査検出器からの出力と比較する基準となる基準状態を検出する基準検出器とを有し、前記第１の抵抗、前記第２の抵抗、前記基準検出器及び前記検査検出器はブリッジ回路を構成し、前記評価装置は、前記交流ブリッジ回路に交流電力が供給され、前記検査検出器が前記被検体の電磁気特性を検出し、前記基準検出器が基準状態を検出している状態における前記交流ブリッジ回路からの出力信号に基づいて、前記被検体の表面特性を評価し、コイルは、１つの被検体の表面の処理状態を検査すべき表面特性検査領域全体を囲むように巻回されており、コイルに交流電力を供給することにより表面特性検査領域に渦電流が励起されると共に、前記評価装置は、被検体及び前記コイルが静置された状態で、交流電力が供給されている前記コイルから前記出力信号を取得し、取得した出力信号を所定のしきい値と比較することにより、１つの被検体の表面の処理状態を１回の測定で評価する、という技術的手段を用いる。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、検査検出器のコイルにより被検体に渦電流を励起し、交流ブリッジ回路から出力された出力信号に基づいて被検体の表面特性を評価することができる。これにより、簡単な回路構成で高精度の表面状態の検査が可能である。また、被検体に渦電流を励起して表面特性を検査する方式を採用するため、検査環境の温度変化の影響を小さくすることができる。ここで、表面特性とは、「被検体の最表面から内面の影響層までの特性」のことをいう。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、磁気を安定して被検体に供給することができるとともに、被検体の表面特性検査領域を一度に検査することができる。また、渦電流を分散して被検体表面の発熱を抑制することができるので、被検体の温度変化を小さくすることができ、より精度の高い検査が可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の表面特性検査装置において、前記表面特性検査装置は、前記表面処理としてショットピーニング処理を行う表面処理装置に組み込まれる表面特性検査装置であり、前記被検体または前記検査検出器を搬送して移動させることで、前記被検体を前記検査検出器の前記コイルの内側である評価位置に位置させる移動機構を備える、という技術的手段を用いる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、表面特性検査装置は、表面処理としてショットピーニング処理を行う表面処理装置に組み込まれ、移動機構を備えることにより、ショットピーニング処理後の被検体を迅速に検査することができる。また、表面処理装置（ショットピーニング装置）に、検査装置をパッケージ化して顧客に提供できるので、表面処理装置（ショットピーニング装置）の価値を高め、顧客満足度を高めることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の表面特性検査装置において、さらに、前記被検体を上下に駆動可能とされ、前記検査検出器の前記コイルの内側に位置する評価位置と該評価位置の上方側及び下方側の一方又は両方の位置とに前記被検体を搬送する第１の搬送機構と、前記被検体の水平面内での位置を位置決めする位置決め部と、を備え、前記表面処理としてショットピーニング処理を行うショットピーニング装置による表面処理工程におけるインラインまたはアウトラインで被検体の表面特性を評価する、という技術的手段を用いる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、被検体の位置決めを行う位置決め部及び第１の搬送機構が設けられているため、表面特性の評価時に適切な位置に被検体を位置させることができるので、精度の高い確実な検査を行うことができる。また、この位置決め部及び第１の搬送機構により自動化が可能となり、インラインでの検査が可能となる。ここで、「インライン」の検査とは、ショットピーニング処理前後の被検体の搬送作業（ショットピーニング装置への被検体の搬入出、評価位置への搬入出）がロボット等にて自動で行われる検査であり、ショットピーニング処理ラインの生産工数に合わせた検査を示す。また、「アウトライン」の検査とは、ショットピーニング処理前後の被検体の搬送作業が手動で行われる検査であり、ショットピーニング処理ラインの生産工数には合わせない検査を示す。
ショットピーニング装置の前に検査装置を配置する必要がなくライン外の場所にて検査を行うこともアウトライン検査である。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項２または請求項３に記載の表面特性検査装置において、前記検査検出器は、歯車部を備えた被検体に渦電流を励起するように構成されている、という技術的手段を用いる。
【００１５】
例えば、ギヤのような歯車部を備えた部材は、接触式の検出器では全体を検査することが困難であるが、本発明の表面特性検査装置では、容易に検査することができ好適に用いることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の表面特性検査装置において、前記検査検出器は、さらに、前記コイルの外側に、被検体を囲むように配置され、外部磁気を遮蔽する磁気シールドを備えた、という技術的手段を用いる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、磁気シールドにより外部磁気を遮蔽することができるため、電磁気特性の検出感度を向上させることができ、表面処理状態に対応する電磁気特性の検出感度が向上するので、被検体の表面処理状態をより精度良く評価することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の表面特性検査装置において、さらに、前記被検体の表面の温度を検出する温度測定手段が設けられ、前記評価装置は、前記温度測定手段で検出された温度が所定範囲内である場合に、前記被検体の表面処理状態の良否を判断し、前記温度測定手段で検出された温度が所定範囲外である場合に、前記被検体の表面処理状態の良否の判断を行わない、という技術的手段を用いる。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、温度測定手段で検出された温度が検査の精度に影響を及ぼすような場合に被検体の表面処理状態の良否の判断を行わないようにすることができるので、精度の高い検査を行うことができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、請求項２に記載の表面特性検査装置と、前記被検体を位置決めされた状態で保持する保持部と、を備え、前記表面処理としてショットピーニング処理を行う表面処理装置であって、前記表面特性検査装置は、前記ショットピーニング処理の前後または前記ショットピーニング処理の後に、前記保持部で保持された前記被検体または前記検査検出器を搬送して移動させることで、前記保持部で保持された前記被検体を前記検査検出器の前記コイルの内側である評価位置に位置させ、前記被検体の表面特性を検査する、という技術的手段を用いる。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、被検体を位置決めされた状態で保持する保持部が設けられているため、表面特性の評価時に適切な位置に被検体を位置させることができるので、精度の高い検査を行うことができる。また、この保持部により自動化が可能となり、インラインでの検査が可能となる。また、表面処理装置（ショットピーニング装置）に、検査装置をパッケージ化して顧客に提供できるので、表面処理装置（ショットピーニング装置）の価値を高め、顧客満足度を高めることができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、表面処理システムであって、請求項３に記載の表面特性検査装置と、前記表面処理としてショットピーニング処理を行う表面処理装置と、前記第１の搬送機構により第１待機位置に移動された前記被検体を水平方向または水平方向に対して傾斜した方向に搬送するとともに、前記被検体を前記表面処理装置の所定位置まで搬送する第２の搬送機構と、前記被検体を水平方向または水平方向に対して傾斜した方向に搬送可能とされ、ショットピーニング処理前エリアから第２待機位置を経由してショットピーニング処理及び検査済みエリアに搬送する第３の搬送機構とを備え、前記第１待機位置は、前記評価位置に対して上方側または下方側の位置、且つ前記表面処理装置に対向する位置であり、前記第２待機位置は、前記評価位置または前記評価位置に対して上方側若しくは下方側の位置であり、前記第３の搬送機構は、前記ショットピーニング処理前エリアから前記被検体を第２待機位置まで搬送し、前記第２待機位置まで搬送された前記被検体または前記検査検出器は、少なくともいずれか一方が移動されることにより、前記被検体が前記検査検出器の評価位置に位置させられ、前記第３の搬送機構は、前記第１の搬送機構により前記第２待機位置に移動された前記被検体を前記ショットピーニング処理及び検査済みエリアに搬送する、という技術的手段を用いる。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、第１の搬送機構及び位置決め部が設けられているので、この位置決め部が表面特性の評価時に適切な位置に被検体を位置させることができるので、精度の高い確実な検査を行うことができる。また、第１の搬送機構、第２の搬送機構、第３の搬送機構の組み合わせによりインラインでの検査が可能となる。第１の搬送機構及び位置決め部により、上述の適正な検査を実現するとともに、適切な状態で第２の搬送機構に被検体を搬送させることができ、第２の搬送機構による表面処理装置の適切な位置への搬送を実現する。すなわち、簡易な構成で表面処理装置での位置決めを実現する。
【００２４】
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の表面処理システムにおいて、さらに、前記検査検出器を上下方向に移動させる検査検出器搬送機構を備え、前記第２待機位置は、前記評価位置であり、前記第２待機位置まで前記被検体が搬送された際に、前記検査検出器が前記検査検出器搬送機構により上下方向に移動されることで、前記被検体が前記検査検出器の評価位置に位置させられる、という技術的手段を用いる。
【００２５】
請求項９に記載の発明のように、検査検出器搬送機構により検査検出器を上下方向に移動させることにより被検体を検査検出器の評価位置に位置させる構成を採用することができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明では、請求項８に記載の表面処理システムにおいて、前記第２待機位置は、前記評価位置に対して上方側若しくは下方側の位置であり、前記第２待機位置まで搬送された前記被検体は、前記第１搬送機構により上下方向に移動されることで、前記検査検出器の評価位置に位置させられる、という技術的手段を用いる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明によれば、検査検出器の位置を固定した状態で、被検体のみを移動させることにより検査を行うことができるので、検査検出器の搬送機構を設ける必要がなく、位置ずれも生じにくい。
【００２８】
請求項１１に記載の発明では、表面特性検査方法であって、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の表面特性検査装置を用意し、前記交流電源から前記交流ブリッジ回路に交流電力が供給された状態で、前記検査検出器を被検体に渦電流が励起されるように配置する配置工程と、前記交流ブリッジ回路から出力された出力信号に基づいて、被検体の表面特性を評価する評価工程と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明によれば、表面特性検査装置を用いて、配置工程において交流電源から交流ブリッジ回路に交流電力が供給された状態で、検査検出器を被検体に渦電流が励起されるように配置し、評価工程において交流ブリッジ回路から出力された出力信号に基づいて、被検体の表面特性を評価することにより、被検体の表面特性を評価することができる。
【００３０】
請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の表面特性検査方法において、前記基準検出器において基準状態を検出するために、基準出力を出力するための基準検体を用意し、測定する、という技術的手段を用いる。
【００３１】
請求項１２に記載の発明によれば、基準検出器において基準状態を検出するために、基準出力を出力するための基準検体を用いるため、表面処理状態が良好な基準検体を用いれば、被検体の表面状態の良否を基準検体と比較して評価することができる。
【００３２】
請求項１３に記載の発明では、請求項１１に記載の表面特性検査方法において、前記基準検出器において基準状態を検出するために、基準出力を出力するための基準検体を用いない、という技術的手段を用いる。
【００３３】
請求項１３に記載の発明によれば、基準検出器において基準状態を検出するために、基準出力を出力するための基準検体を用いないため、基準検体の温度変化の影響を受けることがなく、高精度の検査が可能である。
【００３４】
請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の表面特性検査方法において、被検体の表面特性を表面処理の前後でそれぞれ測定し、それぞれの測定値を比較することにより被検体の表面処理状態の良否を判断する、という技術的手段を用いる。
【００３５】
請求項１４に記載の発明によれば、表面処理の前後の表面特性を比較して表面特性の変化を把握することができるので、より正確で精度の高い検査を行うことができる。
【００３６】
請求項１５に記載の発明では、請求項１に記載の表面特性検査装置において、前記基準検出器は、コイルと、このコイルの内側に配置され、前記コイルに交流電力を供給することにより渦電流が励起される強磁性体コアと、を有する、という技術的手段を用いる。
【００３７】
請求項１５に記載の発明によれば、基準検出器がコイルを備え、このコイルの内側に基準検体ではなく、強磁性体コアが配置されるので、被検体の寸法、形状に依存することなく、基準検出器を構成することが可能になり、基準検出器を小型化することができる。
【００３８】
請求項１６に記載の発明では、請求項１５に記載の表面特性検査装置において、前記交流ブリッジ回路は回路基板を備え、この回路基板上に、前記可変抵抗、及び前記基準検出器が配置されている、という技術的手段を用いる。
【００３９】
請求項１６に記載の発明によれば、可変抵抗、及び基準検出器が回路基板上に配置されているので、基準検出器を別途取り扱う必要がなく、表面特性検査装置の取り扱いが容易になると共に、表面特性検査装置の設置の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】表面特性検査装置の構成を示す説明図であり、表面特性検査装置の回路構成を示す図である。
【図１Ｂ】表面特性検査装置の構成を示す説明図であり、検査検出器の構成を示す透視図である。
【図２】交流ブリッジ回路からの出力について説明する等価回路図である。
【図３】表面特性検査方法を示すフローチャートである。
【図４Ａ】第１実施形態の表面特性検査システムの構成及び表面特性検査方法の工程を示す説明図である。
【図４Ｂ】第１実施形態の表面特性検査システムの構成及び表面特性検査方法の工程を示す説明図である。
【図４Ｃ】第１実施形態の表面特性検査システムの構成及び表面特性検査方法の工程を示す説明図である。
【図４Ｄ】第１実施形態の表面特性検査システムの構成及び表面特性検査方法の工程を示す説明図である。
【図５Ａ】第１実施形態の表面特性検査システムの構成及び表面特性検査方法の工程を示す説明図である。
【図５Ｂ】第１実施形態の表面特性検査システムの構成及び表面特性検査方法の工程を示す説明図である。
【図５Ｃ】第１実施形態の表面特性検査システムの構成及び表面特性検査方法の工程を示す説明図である。
【図５Ｄ】第１実施形態の表面特性検査システムの構成及び表面特性検査方法の工程を示す説明図である。
【図６Ａ】表面処理装置の構成を示す説明図である。
【図６Ｂ】表面処理装置の構成を示す説明図である。
【図７】第１実施形態の表面特性評価システムの変更例を示す説明図である。
【図８Ａ】第２実施形態の表面特性検査システムの構成及び表面特性検査方法の工程を示す説明図である。
【図８Ｂ】第２実施形態の表面特性検査システムの構成及び表面特性検査方法の工程を示す説明図である。
【図９】表面特性検査装置の回路構成の変更例を示す説明図である。
【図１０Ａ】本発明の表面検査方法における検査環境の温度変化の影響を従来の表面特性検査方法と比較した実施例の結果を示す説明図である。
【図１０Ｂ】本発明の表面検査方法における検査環境の温度変化の影響を従来の表面特性検査方法と比較した実施例の結果を示す説明図である。
【図１０Ｃ】本発明の表面検査方法における検査環境の温度変化の影響を従来の表面特性検査方法と比較した実施例の結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
（表面特性検査装置）
図１Ａに示すように、本発明の実施形態による表面特性検査装置１は、交流電源１０、交流ブリッジ回路２０及び評価装置３０を備えている。
【００４２】
交流電源１０は、交流ブリッジ回路２０に周波数が可変の交流電力を供給可能に構成されている。
【００４３】
交流ブリッジ回路２０は、可変抵抗２１、被検体Ｍに渦電流を励起するようにコイルを配置可能に形成された検査検出器２３を備えた検査検出器２３及び検査検出器２３からの出力と比較する基準となる基準状態を検出する基準検出器２２を備えている。
【００４４】
可変抵抗２１は、抵抗ＲAを抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とに分配比γを可変に分配することができるように構成されている。抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２は、基準検出器２２及び検査検出器２３とともにブリッジ回路を構成している。本実施形態では、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とを分配する点Ａ及び基準検出器２２と検査検出器２３との間の点Ｂが評価装置３０の交流電源１０に接続され、抵抗Ｒ１と基準検出器２２との間の点Ｃ及び抵抗Ｒ２と検査検出器２３との間の点Ｄが増幅器３１に接続されている。また、ノイズの低減のため、基準検出器２２及び検査検出器２３側が接地されている。
【００４５】
評価装置３０は、交流ブリッジ回路２０から出力される電圧信号を増幅する増幅器３１、全波整流を行う絶対値回路３２、直流変換を行うローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３、交流電源１０から供給される交流電圧と増幅器３１から出力される電圧の位相を比較する位相比較器３４、交流電源１０から供給される交流電圧の周波数を調整する周波数調整器３５、Ｒ１とＲ２の分配を最適化する非平衡調整を行うとともに、ＬＰＦ３３からの出力に基づいて被検体Ｍの表面状態の良否を判断する判断手段３６及び判断手段３６による判断結果を表示、警告する表示手段３７、評価位置の温度を検出する温度測定手段３８を備えている。
【００４６】
増幅器３１は、点Ｃ及び点Ｄに接続され、点Ｃと点Ｄとの間の電位差が入力される。また、絶対値回路３２、ＬＰＦ３３の順に判断手段３６に接続されている。位相比較器３４は、交流電源１０、増幅器３１及び判断手段３６に接続されている。周波数調整器３５は、交流電源１０及び増幅器３１に接続されている。また、判断手段３６は、制御信号を出力することにより、交流ブリッジ回路２０の点Ａの位置、即ち、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の分配比γを変更することができるように構成されており、これにより、後述する可変抵抗設定工程が実行される。
【００４７】
温度測定手段３８は、非接触式の赤外センサや熱電対などからなり、被検体Ｍの表面の温度信号を判断手段３６に出力する。判断手段３６は、温度測定手段３８で検出された被検体Ｍの温度が所定範囲内である場合に、被検体Ｍの表面処理状態の良否を判断し、温度測定手段３８で検出された温度が所定範囲外である場合に、被検体Ｍの表面処理状態の良否の判断を行わない。これにより、被検体Ｍの温度が検査の精度に影響を及ぼすような場合に被検体の表面処理状態の良否の判断を行わないようにすることができるので、精度の高い検査を行うことができる。ここで、熱電対などで評価位置Ｔｓの温度を測定し、被検体Ｍの表面の温度を代表する温度として被検体Ｍの表面処理状態の良否を判断するか否かの判断を行う構成を採用することもできる。
【００４８】
検査検出器２３及び検査検出器２３と同様の構成の基準検出器２２として、被検体の評価部を挿通可能なコアの外周にコイルが巻回されて形成され、コイルを被検体Ｍの表面と対向させて近接させ被検体Ｍに渦電流を励起可能な検出器を用いる。すなわち、このコイルは、被検体の表面特性検査領域を囲むように対向されて巻回されている。ここで、被検体の表面特性検査領域を囲むとは、少なくとも表面特性検査領域の一部を包囲する（包むよう囲む）ことで、表面特性検査領域に渦電流を励起することを含むことを意味している。
【００４９】
ここでは、被検体Ｍとして歯車部を備えた被検体、例えば、歯車部が表面処理されたギヤＧの表面特性を検査するために用いる検査検出器２３について説明する。検査検出器２３は、図１Ｂに示すように、ギヤＧの歯車部を覆うように形成された円筒状のコア２３ａと、コア２３ａの外周面に巻回されたコイル２３ｂと、を備えている。コア２３ａは非磁性材料、例えば、樹脂により形成されている。なお、コア２３ａの形状は、ギヤＧを内側に配置できれば円筒状に限らない。なお、基準検出器２２では、被検体Ｍは配置されず、基準出力を出力するための基準検体Ｓを配置することができる。
【００５０】
本発明の検査検出器２３は、渦電流の反応を高精度に捉えて表面特性を評価することを特徴としているため、表面特性を検査したい領域に渦電流が流れるように、被検体Ｍに対して配置することが好ましい。つまり、コイル２３ｂの巻方向が渦電流を流したい方向と同方向となるように配置することが好ましい。
【００５１】
ギヤＧはショットピーニング処理により歯車部に残留応力層が形成される。被検体ＭとしてギヤＧを評価する場合には、歯先だけではなく、歯面及び歯底の表面特性を評価することが好ましい。そのため、コイル２３ｂの巻方向がギヤＧの回転軸とほぼ直交するようにコイル２３ｂを配置するとよい。これにより、回転軸の方向に磁界ループが発生するため、ギヤＧの回転方向に渦電流を励起させることができるので、歯先だけではなく、歯面及び歯底の表面特性を評価することができる。従来の接触型の検出器では、歯の形状に合わせて数種類の検出器を用意する必要があるとともに、接触部近傍の表面特性しか検査することができなかったが、検査検出器２３によれば、単一の検出器で広い範囲の表面特性を一度に検査することができる。
【００５２】
検査検出器２３は、コイル２３ｂが形状を維持できればコア２３ａを備えていなくてもよい。このようなコイル２３ｂは、例えば、硬化性のエポキシ樹脂等にて、空芯にて巻回したエナメル銅線を接着、若しくは、熱にて硬化する作用のある融着エナメル銅線を用いて空芯にて巻回した後に熱風や乾燥炉等の熱にて硬化させて形成することができる。
【００５３】
コイル２３ｂが被検体Ｍの検査対象面を囲むように対向させて検査検出器２３を配置し、交流電源１０によりコイル２３ｂに所定の周波数の交流電力を供給すると交流磁界が発生し、被検体Ｍの表面に交流磁界に交差する方向に流れる渦電流が励起される。渦電流は残留応力層の電磁気特性に応じて変化するため、残留応力層の特性（表面処理状態）に応じて増幅器３１から出力される出力波形（電圧波形）の位相及び振幅（インピーダンス）が変化する。この出力波形の変化により表面処理層の電磁気特性を検出し、検査を行うことができる。
【００５４】
即ち、コイル２３ｂに交流電力を供給することにより、コイル２３ｂの内側にはコイル２３ｂの軸線に平行な方向の交流磁界が生成される。この交流磁界は、コイル２３ｂの内側に配置され、コイル２３ｂには非接触のギヤＧの内部に、交流磁界の方向に直交する方向の渦電流を励起する。これにより、ギヤＧの内部にはギヤＧの回転方向の渦電流が励起される。このため、渦電流は、表面特性を検査すべきギヤＧの表面特性検査領域（ギヤＧの外周面近傍）に多く流れることとなり、励起される渦電流には表面特性検査領域の表面処理状態が強く反映される。このように、表面特性を検査すべき面（表面特性検査領域）に対し、概ね平行な方向の交流磁界が作用するように被検体を配置することにより、感度良く表面特性を検出することができる。換言すれば、コイルの内周面に沿う方向に表面特性検査領域を配置するのが好適である。
【００５５】
また、ギヤＧの内部に励起される渦電流は、表面特性検査領域（ギヤＧの外周面近傍）にほぼ一様に分布するので、表面特性検査領域全体の特性が渦電流に反映され、表面特性検査領域全体の表面処理状態を正確に検出することができる。また、渦電流が表面特性検査領域全体に分布するので、局部的に大きな渦電流が流れることにより、被検体の温度が上昇して検出精度が低下するのを防止することができる。
さらに、ワークであるギヤＧを囲み、より多くの渦電流変化を取り込むことが可能になるため、検査環境の温度変化の影響を少なくすることができる。
【００５６】
検査検出器２３の外方であって被検体Ｍを囲んで配置される磁気シールド２３ｃを設けることもできる。磁気シールド２３ｃを用いると、外部磁気を遮蔽することができるため、電磁気特性の検出感度を向上させることができ、表面処理状態に対応する電磁気特性の検出感度が向上するので、被検体Ｍの表面処理状態をより精度良く評価することができる。
【００５７】
（交流ブリッジ回路からの出力）
次に、非平衡状態に調整された交流ブリッジ回路２０からの出力について、図２の等価回路を参照して説明する。基準検出器２２には基準出力を出力するための、例えば、表面処理状態が良好であると保証されている基準検体Ｓが近接され、検査検出器２３には表面処理状態の良否を判定すべき被検体Ｍが近接されている。なお、後述するように、基準検出器２２に基準検体Ｓを近接させない、すなわち基準検体Ｓを用いずに表面特性を検査することもできる。以下に、基準検体Ｓを用いる場合の出力について説明するが、基準検体Ｓを用いない場合には、後述のｉαが０になることを除いて同様であるので説明は省略する。なお、後述する表面特性検査方法では、基準検体Ｓを用いない場合について説明している。
【００５８】
可変抵抗ＲAの分配比をγとした場合、抵抗Ｒ１はＲA／（１＋γ）、抵抗Ｒ２はＲAγ／（１＋γ）となる。基準検出器２２のインピーダンスをＲS＋ｊωＬS、検査検出器２３のインピーダンスをＲT＋ｊωＬTとする。また、点Ａの電位をＥとし、基準検出器２２、検査検出器２３に各検体（基準検体Ｓ、被検体Ｍ）を近接させていないときのブリッジの各辺に流れる励磁電流をそれぞれｉ1、ｉ2、各検体を基準検出器２２、検査検出器２３に近接させることにより磁気量が変化し、その変化量に応じて流れる電流をそれぞれｉα、ｉβとする。このときの基準検出器２２及び検査検出器２３の電位Ｅ１、Ｅ２及び励起電流ｉ1、ｉ2は以下の式（１）〜（４）で表される。
【００５９】
【数１】
0005877505.tif 000002
【００６０】
【数２】
0005877505.tif 000003
【００６１】
【数３】
0005877505.tif 000004
【００６２】
【数４】
0005877505.tif 000005
【００６３】
増幅器３１に出力される電圧はＥ１、Ｅ２の差分であり、次式で表される。
【００６４】
【数５】
0005877505.tif 000006
【００６５】
式（３）〜（５）より次式が導かれる。
【００６６】
【数６】
0005877505.tif 000007
【００６７】
式（６）の右辺を次の成分Ａ、Ｂに分けて差分電圧の各成分について考える。
成分Ａ:
0005877505.tif 000008
成分Ｂ：
0005877505.tif 000009
【００６８】
成分Ａは、各検出器成分：（ＲS＋ｊωＬS）、（ＲT＋ｊωＬT）、各検出器に各検体が近接したときに変化する電流量：ｉα、ｉβにより構成される。ｉα、ｉβは各検体の透磁率、導電率などの電磁気特性に起因する検体を通る磁気量によって大きさが変化する。このため各検出器から発生する磁気量を左右する励磁電流ｉ1、ｉ2を変えることでｉα、ｉβの大きさを変化させることができる。また、式（３）、式（４）より、励磁電流ｉ1、ｉ2は可変抵抗の配分比γによって変わるので、可変抵抗の配分比γを調整することにより成分Ａの大きさを変化させることができる。
【００６９】
成分Ｂは、各検出器成分：（ＲS＋ｊωＬS）、（ＲT＋ｊωＬT）、可変抵抗の配分比γで分けられた抵抗のパラメーターにより構成される。このため、成分Ａ同様に可変抵抗の配分比γの調整により成分Ｂの大きさを変化させることができる。
【００７０】
被検体Ｍを所定の位置に配置し、交流電源１０により検査検出器２３のコイル２３ｂに所定の周波数の交流電力を供給すると、被検体Ｍの表面に交流磁界に交差する方向に流れる渦電流が励起される。渦電流は残留応力層の電磁気特性に応じて変化するため、残留応力層の特性（表面処理状態）に応じて増幅器３１から出力される出力波形（電圧波形）の位相及び振幅（インピーダンス）が変化する。この出力波形の変化により残留応力層の電磁気特性を検出し、表面処理層の検査を行うことができる。
【００７１】
ブリッジの増幅器３１から出力される信号は、基準検出器２２及び検査検出器２３の電圧波形の差分面積を抽出した信号であり、検出器を流れる電流（励磁電流）を一定にする回路構成になっているので、抽出された電圧信号は電力信号として考えることができる。また、検出器へ供給する電力は常に一定であり、被検体Ｍへ供給する磁気エネルギーも一定とすることができる。
【００７２】
（表面特性検査方法）
次に、表面特性検査装置１による被検体の表面特性検査方法について図３を参照して説明する。
【００７３】
まず、準備工程Ｓ１では、表面特性検査装置１と、表面処理が良好な基準検体Ｓと、を用意する。併せて、表面処理を施していない検体または表面処理状態が不良な検体である参照検体を用意しておいてもよい。
【００７４】
次に、可変抵抗設定工程Ｓ２を行う。可変抵抗設定工程Ｓ２では、まず、交流電源１０から交流ブリッジ回路２０に交流電力を供給する。この状態で、表面特性検査装置１による検体の検出感度が高くなるように、可変抵抗２１の分配比γを調整する。即ち、検査検出器２３に検体を近接させずに、交流ブリッジ回路２０の出力信号が小さくなるように、可変抵抗２１の分配比γを調整する。このように可変抵抗２１を設定しておくことにより、検査検出器２３に近接した被検体Ｍの表面処理状態が不良である場合と、表面処理状態が良好である場合の出力信号の差異が大きくなり、検出精度を高くすることができる。具体的には、オシロスコープなど波形表示機能を持つ表示装置（例えば、判断手段３６が備えている）にて交流ブリッジ回路２０からの出力信号の電圧振幅、またはＬＰＦ３３からの電圧出力をモニターし、出力が小さくなるように分配比γを調整する。好ましくは、出力が最小値又は極小値（局所平衡点）をとるように、可変抵抗２１の分配比γを調整して、設定する。
【００７５】
可変抵抗２１の分配比γの調整は、差分電圧（Ｅ２−Ｅ１）を小さくすることにより表面状態の差異に応じた出力差を増大させ、検査精度を向上させるために行われる。上述したように成分Ａ、Ｂは分配比γを調整することにより変化するため、基準検出器２２、検査検出器２３のインピーダンス（ＲS＋ｊωＬS）、（ＲT＋ｊωＬT）に応じて、可変抵抗２１の分配比γを調整し、交流ブリッジ回路２０からの出力である差分電圧（Ｅ２−Ｅ１）を小さくすることができる。これにより、基準検出器２２と検査検出器２３との特性の違いを軽減して、被検体Ｍの本来の特性を少しでも大きく抽出することができるので、検査精度を向上させることができる。
【００７６】
周波数設定工程Ｓ３では、基準検体Ｓを検査検出器２３に近接させた状態で、交流電源１０から交流ブリッジ回路２０に交流電力を供給し、周波数調整器３５により交流ブリッジ回路２０に供給する交流電力の周波数を変化させて交流ブリッジ回路２０から電圧振幅出力またはＬＰＦ３３からの電圧出力をモニターする。
【００７７】
周波数調整器３５は、周波数調整器３５において設定された初期周波数ｆ１になるように交流電源１０へ制御信号を出力し、周波数ｆ１における増幅器３１からの出力電圧Ｅｆ１が周波数調整器３５に入力され、記憶される。続いて、周波数ｆ１よりも所定の値、例えば１００Ｈｚ高い周波数ｆ２になるように交流電源１０へ制御信号を出力し、周波数ｆ２における増幅器３１からの出力電圧Ｅｆ２が周波数調整器３５に入力され、記憶される。
続いて、Ｅｆ１とＥｆ２との比較を行い、Ｅｆ２＞Ｅｆ１であれば、周波数ｆ２よりも所定の値高い周波数ｆ３になるように制御信号を出力し、周波数ｆ３における増幅器３１からの出力電圧Ｅｆ３が周波数調整器３５に入力され、記憶される。そして、Ｅｆ２とＥｆ３との比較を行う。これを繰り返し、Ｅｆｎ＋１＜Ｅｆｎとなったときの周波数ｆｎ、つまり出力が最大となる周波数ｆｎを、しきい値設定工程Ｓ４及び交流供給工程Ｓ５で用いる周波数として設定する。これにより、表面処理状態、形状などが異なりインピーダンスが異なる被検体Ｍに対応して交流ブリッジ回路２０からの出力を大きくする周波数を一度の操作により設定することができる。最適な周波数は、被検体の材料、形状、表面処理状態により、変化することとなるが、これがあらかじめわかっている場合、周波数の設定は不要である。これにより、表面処理状態の変化に出力が敏感に対応し、検査の感度を向上させることができる。
ここで、周波数設定工程Ｓ３は、可変抵抗設定工程Ｓ２よりも先に実施することもできる。また、基準検体Ｓを用いると、最適な周波数を選定して、被検体Ｍ本来の特性を少しでも大きく抽出することができるが、基準検体Ｓに代えて参照検体を用いて周波数を設定することもできる。
【００７８】
しきい値設定工程Ｓ４では、基準検体Ｓを検査検出器２３に近接させ、周波数設定工程Ｓ３において設定された周波数の交流電力を交流電源１０から交流ブリッジ回路２０に供給する。交流ブリッジ回路２０から出力された電圧出力は、増幅器３１で増幅され、絶対値回路３２において全波整流を行い、ＬＰＦ３３において直流変換を行い、判断手段３６へ出力される。検査検出器２３に表面処理が良好な基準検体Ｓを近接させたときに判断手段３６へ出力された出力値を正常しきい値として設定し、判断手段３６に記憶させておく。ここで、検査検出器２３に参照検体を近接させたときに判断手段３６へ出力された出力値を不良しきい値として設定し、しきい値を増やすことにより、検査の利便性を高めることもできる。
【００７９】
後述する良否判断工程Ｓ８において、被検体Ｍを検査検出器２３に近接させたときの出力値と、正常しきい値及び不良しきい値を比較して、被検体Ｍの良否が判断する場合、被検体Ｍの出力値が、正常しきい値と不良しきい値の間の値である場合には、良否を判定できないことになる。そこで、表面状態が異なる複数の参照検体を用いて出力測定を行い、正常しきい値との差が小さくなるように不良しきい値を設定することもできる。また、被検体の破壊検査を併用することにより、不良しきい値をより精密に決定しても良い。
【００８０】
交流供給工程Ｓ５では、周波数設定工程Ｓ３において設定された周波数の交流電力を交流電源１０から交流ブリッジ回路２０に供給する。ここで、基準検体Ｓは検査検出器２３に近接していない。
【００８１】
次いで、配置工程Ｓ６では、表面処理状態の良否を判定すべき被検体Ｍを検査検出器２３に近接させ、被検体に渦電流が励起されるように配置する。このとき、交流ブリッジ回路２０から電圧出力信号が出力され、出力信号は、増幅器３１で増幅され、絶対値回路３２において全波整流され、ＬＰＦ３３において直流変換される。
【００８２】
温度測定手段３８は、被検体Ｍが検査検出器２３に近接する前、または被検体Ｍの配置後に被検体Ｍの表面の温度を測定し、被検体Ｍの表面の温度信号を判断手段３６に出力する。
【００８３】
検査状態判断工程Ｓ７では、位相比較器３４により交流電源１０から供給される交流電力の波形と交流ブリッジ回路２０から出力される交流電圧波形を比較し、それらの位相差を検出する。この位相差をモニターすることにより、検査状態が良好である（例えば、検査検出器２３と被検体Ｍの位置ずれがない）か否かを判断することができる。交流ブリッジ回路２０からの出力が同じであっても、位相差が大きく変化した場合には、検査状態に変化があり、検査が適正に行われていない可能性があると判断することができる。また、判断手段３６は、温度測定手段３８で検出された被検体Ｍの温度が所定範囲内である場合に、被検体Ｍの表面処理状態の良否を判断し、温度測定手段３８で検出された温度が所定範囲外である場合に、被検体Ｍの表面処理状態の良否の判断を行わない。ここで、所定の温度範囲は、被検体Ｍの温度変化が検査に実質的に影響を及ぼさない温度範囲であり、例えば、０〜６０℃と設定することができる。被検体Ｍの表面の温度が所定の温度範囲外であった場合には、被検体Ｍが所定の温度範囲内になるまで待機する、被検体Ｍにエアを吹き付ける、被検体Ｍの検査を行わず別のラインに移動させる、などを行うことができる。
【００８４】
良否判断工程Ｓ８では、ＬＰＦ３３において直流変換された信号が判断手段３６に入力され、判断手段３６は、入力された信号に基づいて被検体Ｍの表面状態の良否を判断する。つまり、本工程は交流ブリッジ回路２０から出力された出力信号に基づいて、被検体の表面特性を評価する評価工程である。判断手段３６による判断結果は、表示手段３７により表示され、表面状体が不良である場合には警告する。
【００８５】
被検体Ｍの表面処理状態の良否の判断は、ＬＰＦ３３からの出力値（測定値）と、しきい値設定工程Ｓ４において設定された正常しきい値と、を比較することにより行われる。
不良しきい値を設定した場合には、ＬＰＦ３３からの出力値（測定値）と、正常しきい値及び不良しきい値と、を比較することにより行われる。
【００８６】
以上の工程により、被検体Ｍの表面処理状態の良否を簡単かつ高精度に検査することができる。検査を継続するには、被検体Ｍのみを交換して、配置工程Ｓ６、検査状態判断工程Ｓ７、良否判断工程Ｓ８を繰り返し行えばよい。被検体Ｍの種類、表面処理の種類などを変更する場合には、再度、可変抵抗設定工程Ｓ２、周波数設定工程Ｓ３、しきい値設定工程Ｓ４を実施する。
【００８７】
検査検出器２３は、ギヤＧの表面を流れる渦電流の変化を捉えることにより、表面抵抗変化を間接的に捉えている。ここで、表面処理としてショットピーニング処理を行った場合には、渦電流の流量が変化する要因としてはショットピーニングによる歪みや組織の微細化、転位が挙げられるが、これらは測定環境の温度変化（０℃〜４０℃）程度ではほぼ一定である。検査検出器２３で検出する磁気変化は、渦電流の反磁界の変化によるものであり、渦電流が変化する要因が、測定環境の温度変化の影響を受けにくいことから、温度変化による検査精度への影響を小さくすることができる。なお、基準検出器２２において基準状態を検出するために、基準出力を出力するための基準検体Ｓを用いることもできる。これによれば、例えば、表面処理状態が良好な基準検体Ｓを用いれば、被検体Ｍの表面状態の良否を基準検体Ｓと比較して評価することができる。
【００８８】
このように、基準検出器２２に基準検体Ｓを接近させ（基準検出器２２のコイル２２ｂの内側に基準検体Ｓを配置し）、基準出力を得ることにより、被検体Ｍの表面状態の良否を精度良く評価することができる。しかしながら、表面特性検査装置の設置環境によっては、被検体Ｍの温度と基準検体Ｓの温度を同程度に維持することが困難な場合がある。また、設置環境によっては、被検体Ｍ、基準検体Ｓが夫々受ける誘導ノイズや外乱が被検体Ｍと基準検体Ｓで著しく異なる場合がある。これらの場合には、基準検体Ｓを使用することで、却って被検体Ｍの表面状態を正確に評価することが困難になるため、基準検体Ｓを使用せずに表面特性を評価することが望ましい。
【００８９】
このように、基準検体Ｓを使用せずに表面特性を検査することを前提とした場合、基準検出器２２のコイル２２ｂを検査検出器２３のコイル２３ｂよりも小型に構成することもできる。これにより、基準検出器２２を小型化することが可能になる。好ましくは、基準検出器２２のコイル２２ｂを小型に構成した場合には、コイル２２ｂの内側に強磁性体コア２２ａを配置する。強磁性体コア２２ａが配置されると、基準検出器２２のコイル２２ｂのインダクタンスが上昇するので、印加電圧の周波数を同一にした場合、強磁性体コア２２ａを配置していないコイルよりもインピーダンスが高くなる。これにより、検査検出器２３のコイル２３ｂと同程度のインピーダンスを有するコイル２２ｂをより小型に構成することができる。
【００９０】
また、基準検出器２２のコイル２２ｂの内側に強磁性体コア２２ａを配置することにより、これが磁気シールドとなり、コイル２２ｂ周辺からの誘導ノイズの影響を受けにくくなるという利点もある。さらに、基準検出器２２のコイル２２ｂを小型化することにより、このコイル２２ｂを、交流ブリッジ回路（可変抵抗２１）を実装した回路基板２４上に配置することも可能になる。これにより、基準検出器２２を交流ブリッジ回路と共に容易に取り扱うことが可能になると共に、表面特性検査装置の設置の自由度を向上させることができる。
【００９１】
（表面特性評価システム：第１実施形態）
次に、表面特性検査装置１を含み、表面処理としてショットピーニング処理を行うショットピーニング装置による表面処理工程におけるインラインまたはアウトラインで被検体の表面特性を評価する表面特性評価システムについて説明する。図４Ａ〜４Ｄ、図５Ａ〜５Ｄに示すように、表面特性評価システム１００は、被検体Ｍの表面処理を行う表面処理装置１１０、シリンダからなる第１搬送機構１２０、搬送アームからなる第２搬送機構１２１、コンベアからなる第３搬送機構１２２、シリンダからなる検査検出器搬送機構１２３を備えている。なお、図４Ａ〜４Ｄ、図５Ａ〜５Ｄでは、平面図と側面図を上下に並べて示す。図４Ａ、４Ｂ及び図５Ｄの平面図においては、検査検出器２３の図示を省略する。また、検査検出器２３は表面特性検査装置１に含まれるが、図４Ａ〜４Ｄ、図５Ａ〜５Ｄにおいては説明のため別に表記している。本実施形態では、表面処理としてギヤＧの歯車部のショットピーニング処理を行う。ここで、表面特性評価システム１００は、請求項４に示す表面特性検査装置を含んだ請求項９、１０に示す構成である。なお、本実施形態では、第１搬送機構１２０は表面特性検査装置１に備えられているが、表面特性評価システム１００に設けられている構成も採用することができる。
【００９２】
第１搬送機構１２０は、被検体であるギヤＧを上下に駆動可能とされ、先端にギヤＧを搬送する際に、水平面内での位置を位置決めする位置決め部１２０ａを備えている。位置決め部１２０ａは、例えば、上方に向かってテーパーを有する突起部として形成され、ギヤＧを載置するだけで位置決め可能に構成されている。第１搬送機構１２０は、検査検出器２３のコイル２３ｂの内側でギヤＧの検査を行う評価位置Ｔｓに対して上下方向（評価位置Ｔｓの上方側及び下方側の一方又は両方の位置）にギヤＧを搬送することができる。このように、位置決め部１２０ａは、第１の搬送機構が被検体を搬送する際に、被検体の水平面内での位置を位置決めする位置決め部である。なお、位置決め部は、この構成に限られるものではなく、被検体の水平面内での位置を位置決めできる構成であればよい。例えば、後述するストッパ１２２ａが位置決め機能を有する構成とすることもできる。
【００９３】
第２搬送機構１２１はギヤＧを把持可能な搬送アームからなり、第１搬送機構１２０により後述する第１待機位置Ｔ１に移動されたギヤＧを水平方向に搬送するとともに、ギヤＧを表面処理装置１１０のステージ１１５ａに搬送する。なお、第１待機位置Ｔ１と表面処理装置１１０のステージ１１５ａとの位置関係によっては、第２搬送機構１２１がギヤＧを水平方向に対して傾斜した方向に搬送する構成を採用することができる。
【００９４】
第３搬送機構１２２は、ショットピーニング処理前エリアＡｂから第２待機位置Ｔ２を経由してショットピーニング処理及び検査済みエリアＡａに搬送する。
【００９５】
検査検出器搬送機構１２３は、検査検出器２３を上下方向に移動させ、ギヤＧが検査検出器２３の評価位置Ｔｓに位置させられるようにする。
【００９６】
本実施形態では、表面処理装置１１０として、ショットピーニング装置を採用する。図６Ａに示すように、ショットピーニング装置は、被処理物に投射材を噴射してショットピーニング処理を行う噴射ノズル１１１、噴射ノズル１１１に投射材を供給する供給装置１１２、投射材や粉塵を分級して分離する分離装置１１３などを備えており、処理室１１４内部でショットピーニング処理を行うことができるように構成されている。また、ギヤＧを位置決めされた状態で載置するステージ１１５ａとギヤＧを上方から押さえて固定するためワーク押さえ１１５ｂとからなる保持部１１５と、ステージ１１５ａと連結され、ギヤＧを水平方向に回転させる回転装置１１６を備えている。
【００９７】
表面処理装置１１０によるショットピーニング処理は、図６Ｂに示すように、まず、シリンダ１１７によりワーク押さえ１１５ｂを下方に移動させて、ステージ１１５ａに搬送されたギヤＧを上方から押さえて固定し、回転装置１１６により回転させながら、噴射ノズル１１１から投射材を噴射してギヤＧの歯面の側方から歯車部にショットピーニングを行うことにより実施する。
【００９８】
表面特性評価システム１００を用いたギヤＧの表面特性評価方法を説明する。まず、図４Ａに示すように、円筒状のギヤＧを回転軸が鉛直方向である状態で、第３搬送機構１２２によりショットピーニング処理前エリアＡｂから搬送し、ストッパ１２２ａによりギヤＧを停止させる。
【００９９】
次に、図４Ｂに示すように、第１搬送機構１２０がギヤＧ下方から上昇し、ギヤＧを第２待機位置Ｔ２に位置決めする。ここで、位置決め機構として、例えば、ギヤＧ中心の孔部に挿通可能なテーパー部を備えた受け具を採用することができる。
【０１００】
続いて、図４Ｃに示すように、検査検出器搬送機構１２３により検査検出器２３をギヤＧ側に移動させてコイル２３ｂが歯車部に対向する位置に配置し、表面処理前の表面特性を検査する。表面処理前の表面特性データは評価装置３０の判断手段３６に記憶される。位置決め部１２０ａによりギヤＧが位置決めされているため、表面特性の評価時に適切な位置にギヤＧを位置させることができるので、精度の高い確実な検査を行うことができる。ここで、第２待機位置Ｔ２が表面特性を評価し、検査する評価位置Ｔｓとなる。本実施形態では、第２待機位置Ｔ２が評価位置Ｔｓとなるが、検査検出器２３及びギヤＧを移動させ、第２待機位置Ｔ２が評価位置Ｔｓに対して上方側若しくは下方側の位置とする構成を採用することもできる。
【０１０１】
続いて、図４Ｄに示すように、第１搬送機構１２０によりギヤＧを検査検出器２３より上方の第１待機位置Ｔ１に移動させる。これにより、ギヤＧは検査検出器２３の評価位置Ｔｓから移動し、表面処理装置１１０に搬送可能な状態となる。本実施形態では、第１待機位置Ｔ１は評価位置Ｔｓに対して上方側であるが、評価位置Ｔｓに対して上方側または下方側の位置、且つ表面処理装置１１０に対向する位置であればよい。
【０１０２】
続いて、図５Ａに示すように、ギヤＧを第２搬送機構１２１により把持し、表面処理装置１１０に搬送し、第１待機位置Ｔ１から見て水平方向または水平方向に対して傾斜した方向に位置するステージ１１５ａに載置し、ワーク押さえ１１５ｂにより位置決め固定する。
【０１０３】
表面処理装置１１０により表面処理を行った後に、図５Ｂに示すように、ギヤＧを第２搬送機構１２１により把持し、第１待機位置Ｔ１で待機する第１搬送機構１２０の位置決め部１２０ａに搬送し、載置する。続いて、第１搬送機構１２０によりギヤＧを第２待機位置Ｔ２（評価位置Ｔｓ）に移動させて、表面処理後の表面特性を検査する。ここで、評価装置３０は判断手段３６に記憶された表面処理前の表面特性データと表面処理後の表面特性データとの比較（例えば差分計算）を行い、あらかじめ設定されたしきい値と比較することにより表面処理状態の良否を判断することができる。
【０１０４】
続いて、図５Ｃに示すように、検査検出器搬送機構１２３により検査検出器２３を上昇させてギヤＧと離間させ、図５Ｄに示すように、ストッパ１２２ａを解除して第３搬送機構１２２によりギヤＧを検査済みエリアＡａに搬送する。
【０１０５】
以上の工程のように、表面処理装置１１０を含む表面特性評価システム１００では、第１搬送機構１２０に位置決め部１２０ａが設けられているので、表面特性の評価時に適切な位置にギヤＧを位置させることができるので、精度の高い確実な検査を行うことができる。位置決め部１２０ａを備えた第１搬送機構１２０により、適切な状態で第２搬送機構１２１にギヤＧを搬送させることができ、第２搬送機構１２１による表面処理装置１１０の適切な位置への搬送を実現する。すなわち、簡易な構成で表面処理装置１１０での位置決めを実現することができる。第１搬送機構１２０、第２搬送機構１２１、第３搬送機構１２２、検査検出器搬送機構１２３との組み合わせにより、ショットピーニング処理前後の被検体の搬送作業が自動で行われる検査であり、ショットピーニング処理ラインの生産工数に合わせた検査であるインライン検査が可能となる。
【０１０６】
以上の工程では、図４Ｃに示すように、表面処理前の表面特性検査を行ったが、表面処理後の表面特性検査だけでもよい。この場合には、表面処理状態の良否を判断は、測定値と正常しきい値、または測定値と正常しきい値及び不良しきい値の比較により行う。
【０１０７】
検査検出器２３の位置を固定した状態で、ギヤＧのみを移動させることにより検査を行うこともできる。この場合、図７に示すように、検査検出器２３を第１待機位置Ｔ１と第２待機位置Ｔ２との間に配置し、第２待機位置Ｔ２が評価位置Ｔｓに対して下方側の位置、第１待機位置Ｔ１が評価位置Ｔｓに対して上方側の位置となるようにする。第２待機位置Ｔ２まで搬送されたギヤＧは、第１搬送機構１２０により上方向に移動されることで、検査検出器２３の評価位置Ｔｓに位置させられる。検査検出器２３の位置を固定した状態で、被検体のみを移動させることにより検査を行うことができるので、検査検出器搬送機構１２３を設ける必要がなく、位置ずれも生じにくい。なお、検査検出器２３は、支持用の固定冶具（例えば複数の樹脂製の棒部材）により固定されているが、図７では図示を省略する。
【０１０８】
（表面特性評価システム：第２実施形態）
図８Ａ、８Ｂに示すように、表面特性評価システム２００は、表面処理装置１１０の処理室１１４内に検査検出器２３を内蔵している。なお、図８Ａ、８Ｂでは第１実施形態の第２搬送機構１２１、第３搬送機構１２２などの表面処理装置１１０への被検体Ｍの搬送機構の図示を省略している。
【０１０９】
図８ＡはギヤＧにショットピーニング処理を行っている状態を示す。図８Ａでは、検出器防護パネル１１８の構造及び動作を説明するために、検出器防護パネル１１８近傍の平面図及び図中左方から見た正面図を併記した。検査検出器２３は、検査検出器２３を搬送してコイル２３ｂの内側である評価位置ＴｓにギヤＧを位置させる移動機構であるシリンダ１１９と接続されて、ギヤＧの回転軸と同軸に、ギヤＧの上方に配置されている。検査検出器２３の外方には、ショットピーニング処理を行う際に検査検出器２３を保護するための検出器防護パネル１１８が設けられている。検出器防護パネル１１８は検査検出器２３の側面を覆うように設けられた固定パネル１１８ａと下面を覆うように設けられている可動パネル１１８ｂとからなる。
【０１１０】
可動パネル１１８ｂは、固定パネル１１８ａ側の一端が回動中心であり、回動中心から離れた部分でチェーンや金属ワイヤーに吊られている。このチェーンや金属ワイヤーの基端側がシリンダ１１９で駆動されることで下方が閉塞した状態と、下方が開放された状態との切り換えを行う。ショットピーニング処理を行う際には、検査検出器２３を保護するために下方が閉塞した状態である。
【０１１１】
図８Ｂはショットピーニング処理後にギヤＧの表面特性の検査を行う状態を示す。図８Ｂでは、検出器防護パネル１１８近傍の正面図を併記した。検査検出器２３は、シリンダ１１９により、保持部１１５に保持された状態のギヤＧの評価位置Ｔｓに向かって搬送され、表面特性が検査される。ここで、検査検出器２３の下面を覆っていた可動パネル１１８ｂは回動して下方が開くため、下方側に降りてくる検査検出器２３と干渉することはない。
【０１１２】
上記の構成により、ショットピーニング処理後のギヤＧを迅速に検査することができる。また、ギヤＧを位置決めされた状態で保持する保持部１１５が設けられているため、表面特性の評価時に適切な位置にギヤＧを位置させることができるので、精度の高い検査を行うことができる。また、この保持部１１５により自動化が可能となり、インラインでの検査が可能となる。表面処理装置１１０に、検査装置をパッケージ化して顧客に提供できるので、表面処理装置１１０の価値を高め、顧客満足度を高めることができる。そして、検出器防護パネル１１８により検査検出器２３への投射材の衝突を防止できるため検査検出器２３の長寿命化と検査検出器２３の損傷による誤検知防止を実現することができる。
【０１１３】
投射材の跳ね返りが少ない場合や、投射材の跳ね返りがほとんどない位置まで検査検出器２３を退避できる場合には、検出器防護パネル１１８は必ずしも設ける必要はない。
【０１１４】
（変更例）
内周面に歯車部を有する部材を検査する場合には、検査検出器２３はコイル２３ｂが内周面に対向して配置できるように部材に挿通可能な形状とすればよい。
【０１１５】
図９に示すように、交流ブリッジ回路２０の回路構成として、増幅器３１が点Ａ及び点Ｂに接続され、交流電源１０が点Ｃ及び点Ｄに接続される構成を採用することもできる。
【０１１６】
検査状態判断工程Ｓ７を実施しない場合には、表面特性検査装置１は位相比較器３４を省略することができる。例えば、レーザー変位計などの位置検出手段にて検査検出器２３と被検体Ｍの位置関係の検出を行い、検査検出器２３の軸と被検体Ｍの軸とのずれが所定の範囲内であるか否かを光電センサ（レーザ）等で判定する、などを行う構成とすることができる。また、位相比較器３４、周波数調整器３５または表示手段３７は、判断手段３６に内蔵させるなど一体的に設けることもできる。
【０１１７】
被検体Ｍの測定時の交流ブリッジ回路２０からの出力が十分に大きい場合には、可変抵抗設定工程Ｓ２、周波数設定工程Ｓ３を省略することもできる。周波数設定工程Ｓ３を省略する場合には、表面特性検査装置１は周波数調整器３５を省略することができる。
【０１１８】
［実施形態の効果］
本発明の表面特性検査装置１及び表面特性検査方法によれば、検査検出器２３のコイル２３ｂにより被検体Ｍに渦電流を励起し、交流ブリッジ回路１０から出力された出力信号に基づいて被検体Ｍの表面特性を評価することができる。これにより、簡単な回路構成で高精度の表面状態の検査が可能である。また、被検体Ｍに渦電流を励起して表面特性を検査する方式を採用するため、検査環境の温度変化の影響を小さくすることができる。また、磁気を安定して被検体に供給することができるとともに、被検体の表面特性検査領域を一度に検査することができる。また、渦電流を分散して被検体表面の発熱を抑制することができるので、被検体Ｍの温度変化を小さくすることができ、より精度の高い検査が可能となる。
また、本発明の表面特性検査システムによれば、被検体Ｍの正確な位置決めを行い、搬送する機構を備えているため、表面処理工程におけるインラインでの検査が可能となる。
表面処理装置１１０に、表面特性検査装置１をパッケージ化して顧客に提供できるので、表面処理装置１１０の価値を高め、顧客満足度を高めることができる。
【実施例】
【０１１９】
ガス浸炭処理した円柱形状のＳＣｒ４２０材の側面へショットピーニング処理した被検体を、カバレージの水準が異なる７試料用意し、従来の接触型検出器を用いた検査方法と本発明の表面特性検査方法とで比較した。ここでカバレージとは表面処理後の被検体表面の打痕率を指し、カバレージが大きいほど表面の処理密度が高いことを示している。検査環境の周囲温度は１０〜４０℃で変化させて検査を行い、出力を比較した。
【０１２０】
図１０Ａには、周囲温度１０℃を基準に、カバレージ゛１００％の試料を検査した時の周囲温度によるアンプ出力の変化率を示したグラフであり、縦軸は出力変化率、横軸は周囲温度である。このグラフより本発明の表面特性検査方法による方が温度による出力変化が少ないことが分かる。
【０１２１】
１０〜４０℃の範囲で温度変動を生じさせた状態で、カバレージの水準が異なる7試料の検査を行った結果を図１０Ｂ及び１０Ｃに示す。図１０Ｂは本発明の表面特性検査方法による検査結果であり、図１０Ｃは従来の表面特性検査方法による検査結果である。各グラフにおいて、プロット上下の振れ幅は温度変化時の出力変動範囲を示している。
図１０Ｃに示すように、従来の表面特性検査方法では、出力変動が大きく、カバレージが異なることによる表面特性の差異を検出することができない。つまり、温度変化の激しいインライン環境下に適用することは困難である。一方、本発明の表面特性検査方法では、図１０Ｂに示すように、温度変動による出力変動は極めて小さく、表面特性の差異を精度よく検出できていることがわかる。
以上より、本発明の表面特性検査方法は検査環境の温度変化の影響を受けにくく、インライン検査に好適に用いることができることが確認された。
【符号の説明】
【０１２２】
１…表面特性検査装置
１０…交流電源
２０…交流ブリッジ回路
２１…可変抵抗
２２…基準検出器
２２ａ…強磁性体コア
２２ｂ…コイル
２３…検査検出器
２３ａ…コア
２３ｂ…コイル
２３ｃ…磁気シールド
２４…回路基板
３０…評価装置
３１…増幅器
３２…絶対値回路
３３…ＬＰＦ
３４…位相比較器
３５…周波数調整器
３６…判断手段
３７…表示手段
３８…温度測定手段
１００…表面特性評価システム
１１０…表面処理装置
１１１…噴射ノズル
１１２…供給装置
１１３…分離装置
１１４…処理室
１１５…保持部
１１５ａ…ステージ
１１５ｂ…ワーク押さえ
１１６…回転装置
１１７…シリンダ
１１８…検出器防護パネル
１１８ａ…固定パネル
１１８ｂ…可動パネル
１１９…シリンダ
１２０…第１搬送機構
１２０ａ…位置決め部
１２１…第２搬送機構
１２２…第３搬送機構
１２２ａ…ストッパ
１２３…検査検出器搬送機構
２００…表面特性評価システム、
Ａａ…検査済みエリア
Ａｂ…ショットピーニング処理前エリア
Ｇ…ギヤ
Ｍ…被検体
Ｔ１…第１待機位置
Ｔ２…第２待機位置
Ｔｓ…評価位置
【図１Ａ】
0005877505.tif 000010
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
0005877505.tif 000014
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
0005877505.tif 000016
【図４Ｄ】
0005877505.tif 000017
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
0005877505.tif 000020
【図５Ｄ】
0005877505.tif 000021
【図６Ａ】
0005877505.tif 000022
【図６Ｂ】
0005877505.tif 000023
【図７】
0005877505.tif 000024
【図８Ａ】
0005877505.tif 000025
【図８Ｂ】
0005877505.tif 000026
【図９】
0005877505.tif 000027
【図１０Ａ】
0005877505.tif 000028
【図１０Ｂ】
0005877505.tif 000029
【図１０Ｃ】
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