(57)【要約】【課題】  研削等による削り量が部分的に異なる部品であっても、残留応力の影響を小さくして研削焼け検出精度を高め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】  このバルクハウゼンノイズ検査装置は、検査対象物Ｗを磁化する励磁コイル３と、この励磁コイル３に磁化のための交流磁界を発生させる交流電流を供給する電源８とを有する。さらに、磁化された検査対象物Ｗが発するバルクハウゼンノイズを含む信号をそれぞれ検出する複数の磁界センサ５，５と、これら磁界センサ５，５によりそれぞれ検出した信号からバルクハウゼンノイズを求める信号処理手段９とを有する。【選択図】      図１
2012063296.tif 000002
【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と、
この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供給する電源と、
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含む信号をそれぞれ検出する複数の磁界センサと、
前記複数の磁界センサによりそれぞれ検出した信号からバルクハウゼンノイズを求める信号処理手段と、
を有する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、前記信号処理手段は、複数の磁界センサの出力差を求めるものとした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、前記複数の磁界センサを、隣接して配置したバルクハウゼンノイズ検査装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記複数の磁界センサは、それぞれコイルを有し、これら複数のコイルが直列に接続されているバルクハウゼンノイズ検査装置。
【請求項５】
請求項４において、前記複数のコイルは、差動出力になるように接続されているバルクハウゼンノイズ検査装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記信号処理手段で求めたバルクハウゼンノイズから前記検査対象物の被検査面の研削焼けの検出を行う研削焼け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７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記検査対象物が、転動装置または転動装置部品であ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例えば金属部品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】
強磁性体が磁化する過程において、金属材料中に混在する非磁性物や内部欠陥等にピンニングされた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される。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等と相関を持つ。このため、バルクハウゼンノイズを測定することで、試料を破壊することなく金属組織の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。このバルクハウゼンノイズの実際の利用例として、測定者が手動でプローブを試料に接触させて測定する計器が市販されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２６２９５８号公報
【特許文献２】特開２０１０−８５１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁性体が磁化する際に発生するバルクハウゼンノイズの大きさと、材料の硬度との間には相関があり、予め材質毎に測定しておいた両者の関係性から、研削焼けによる異常箇所を検出することが可能である。研削焼けが発生した箇所では、焼き戻しにより硬度が軟化するため、バルクハウゼンノイズは大きくなる。このため、バルクハウゼンノイズから研削焼け箇所を検出することが可能である（特許文献１，２）。
【０００５】
熱処理を施した鋼材部品では、部品表面部には圧縮応力が残留し、内部では引張応力が残留する。そのため、熱処理を施した鋼材部品に研削加工を施した場合、研削による削り量が小さい場合は部品表面には圧縮応力が残留するが、削り量が大きいと表面に引張応力が残留する。
バルクハウゼンノイズは材料硬度以外に応力の影響を受ける。一般に鋼材では、引張応力が印加された場合はバルクハウゼンノイズは大きくなり、圧縮応力が印加された場合はバルクハウゼンノイズは小さくなる。そのため、研削による削り量が部分的に異なる部品では、削り量が大きいところで表面の残留応力が圧縮応力から引張応力に変化する場合があり、その箇所ではバルクハウゼンノイズが大きくなって研削焼け検出精度が悪化する問題がある。
【０００６】
この発明の目的は、研削等による削り量が部分的に異なる部品であっても、残留応力の影響を小さくして研削焼け検出精度を高め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と、この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供給する電源と、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含む信号をそれぞれ検出する複数の磁界センサと、前記複数の磁界センサによりそれぞれ検出した信号からバルクハウゼンノイズを求める信号処理手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
この構成によると、電源から供給される交流電流により励磁コイルに交流磁界を発生させ、この励磁コイルにより検査対象物を磁化する。その際に磁化された検査対象物が発する信号を複数の磁界センサでそれぞれ検出する。信号処理手段は、これら磁界センサによりそれぞれ検出した信号からバルクハウゼンノイズを求める。
この場合に、前記信号処理手段は、複数の磁界センサの出力差を求めることにより、残留応力の影響を小さくして研削焼け検出精度を高めることができる。検査対象物において、研削等による削り量が部分的に異なる被検査面を有する場合にも、複数の磁界センサの出力差を求めることで、被検査面の残留応力の変化を打ち消し、研削焼け箇所を精度良く検出することが可能となる。
【０００９】
前記複数の磁界センサを、隣接して配置しても良い。この場合、研削量が大きい部分と小さい部分とが近接している検査対象物の被検査面における、研削焼け箇所を精度良く検出し得る。また複数の磁界センサを、センサヘッド等に一体に設けることができるため、検査対象物に対し、測定者が手動でセンサヘッド等を操作する際の操作性を高めることができる。
【００１０】
前記複数の磁界センサは、それぞれコイルを有し、これら複数のコイルが直列に接続されているものであっても良い。この場合において、各コイルに誘導される電圧の極性を異ならせることで、各々コイルに誘導される電圧の差を出力することができる。したがって、信号処理手段における処理負荷を低減することが可能となる。
複数のコイルが直列に接続されている場合に、前記複数のコイルは、差動出力になるように接続されていても良い。この場合、直列接続されるコイル同士の巻線の向きが異なるように、複数のコイルが接続される。そのため、各コイルに誘導される電圧の極性が異なるため、各々コイルに誘導される電圧の差を出力する。したがって、例えば、コイルの信号を増幅する増幅器、この増幅器で増幅した信号からバルクハウゼンノイズを抽出する帯域通過フィルタ等の回路を、コイル毎に設ける必要がなくなり、信号処理手段の構成を簡略化できる。
なお、直列接続されるコイル同士の巻線の向きを同じにすることも可能である。
【００１１】
前記信号処理手段で求めたバルクハウゼンノイズから前記検査対象物の被検査面の研削焼けの検出を行う研削焼け検出手段を設けたものであっても良い。焼入れにより表面が硬化した検査対象物の最終工程での研削時、研削条件が適当でないと、検査対象物の温度が上昇して再焼入れ若しくは焼戻しがおきる。再焼入れでは硬くて脆い白層が発生し、焼戻しでは表面が軟化する。この現象を「研削焼け」と呼ぶ。部品に研削焼けがおこると、その箇所にクラック等が発生し、部品の品質上大きな問題になる。
研削焼けによる焼き戻しが発生した箇所では、検査対象物の硬度が軟化し、残留応力が圧縮力から引張力に変化する。鋼材等の検査対象物では、その硬度が軟化するとバルクハウゼンノイズが大きくなり、引張力を印加するとバルクハウゼンノイズが大きくなる。そのため、研削焼けによる焼戻しによりバルクハウゼンノイズは正常箇所よりも大きくなる。
研削焼けにより再焼入れが起こって、検査対象物に硬くて脆い白層が発生した場合でも、この白層の下部には焼戻しによる軟化した層が存在する。このため、バルクハウゼンノイズは大きくなる。
【００１２】
以上説明したようにバルクハウゼンノイズを測定することで、被検査面の研削焼けの有無を検出できる。したがって、検査対象物となる部品を破壊等する必要がなく研削焼けの全数検査または抜取り検査を実施することができる。このように被検査面の研削焼けの有無を検出することで、品質検査精度の向上を図ることができる。
前記検査対象物が、転動装置または転動装置部品であっても良い。
【発明の効果】
【００１３】
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と、この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供給する電源と、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含む信号をそれぞれ検出する複数の磁界センサと、前記複数の磁界センサによりそれぞれ検出した信号からバルクハウゼンノイズを求める信号処理手段とを有するため、研削等による削り量が部分的に異なる部品であっても、残留応力の影響を小さくして研削焼け検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の第１の実施形態に係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】この発明の他の実施形態に係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３】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態に係るバルクハウゼンノイズ検査装置の正面図、（Ｂ）は同バルクハウゼンノイズ検査装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。以下の説明は、バルクハウゼンノイズ検査方法についての説明をも含む。このバルクハウゼンノイズ検査装置は、バルクハウゼンノイズを利用して非破壊検査を行う装置であって、センサヘッド１および測定器２を備えている。
センサヘッド１について説明する。
センサヘッド１は、検査対象物Ｗをバルクハウゼンノイズの検出のために磁化する励磁コイル３、およびこの励磁コイル３が巻かれる磁性体コアとなる鉄心４と、複数の磁界センサ５，５とを有する。前記鉄心４は凹形状に形成される。センサヘッド１は、この例では、励磁コイル３および鉄心４と、複数の磁界センサ５，５とが所定位置に配置されて、例えば、筒状のハウジングからなる共通の外装体内にモールド剤等で互いに固定状態に一体化して設けられる。前記外装体は、例えば、樹脂等の非磁性体からなる。
【００１６】
複数の磁界センサ５，５は、磁化された検査対象物Ｗが発するバルクハウゼンノイズを含む信号をそれぞれ検出する。これら複数の磁界センサ５，５は隣接して配置されている。各磁界センサ５は、前記バルクハウゼンノイズを含む信号を検出するコイル６を有し、このコイル６は、棒状の磁性体コアとなる鉄心７に巻かれている。前記各鉄心４，７，７は、例えば、フェライト等の磁性酸化物や積層ケイ素鋼板等からなる。前記凹形状の鉄心４の両端、および棒状の鉄心７，７の一端は同一平面上に配置される。また棒状の鉄心７，７は、凹形状の鉄心４の両端間に、平行に配置される。センサヘッド１の検出面は、検査対象物Ｗの表面に対向させる平坦面とされる。コイル６，６は、検査対象物Ｗの被検査面近傍に配置されている。鉄心４，７，７は、この例ではセンサヘッド１の外装体内に配置されるが、例えば、センサヘッド１の検出面で外装体から露出して外装体の表面と同一平面であっても良く、また、検出面から引込んだ位置にあっても、あるいは外装体で覆われていても良い。
【００１７】
測定器２について説明する。
測定器２は、電源８と、信号処理手段９とを有する。電源８は、励磁コイル３に磁化のための交流磁界を発生させる交流電流を供給する。信号処理手段９は、磁界センサ５，５のコイル６，６にそれぞれ電気的に接続される。この信号処理手段９は、磁界センサ５，５の信号をそれぞれ増幅する増幅器１０，１０と、増幅器１０，１０でそれぞれ増幅した信号から特定の周波数のバルクハウゼンノイズをそれぞれ抽出するバルクハウゼンノイズ抽出フィルタ１１，１１と、これらフィルタ１１，１１でそれぞれ抽出したバルクハウゼンノイズからバルクハウゼンノイズ値（以下「ＢＮ値」と称す）をそれぞれ計算するＢＮ値計算回路１２とを有する。ここでＢＮ値とは、バルクハウゼンノイズ信号の実効値、波高値、積分値等のいずれか一つであり、検査対象物Ｗにより実効値、波高値、積分値等のうち最適なものを選択する。なお、実効値とは、周期波の電圧または電流の瞬間値の２乗の平均値の平方根である。波高値とは、それぞれの電圧および電流の到達する最高の瞬間値をいう。
【００１８】
ＢＮ値計算回路１２は、バルクハウゼンノイズ抽出フィルタ１１，１１でそれぞれ抽出したバルクハウゼンノイズからＢＮ値をそれぞれ計算し、さらにそのＢＮ値の差を求める。
このような信号処理手段９に代えて、磁界センサ５，５の出力信号からそれぞれ抽出したバルクハウゼンノイズを差動増幅して、その増幅信号からＢＮ値を計算する信号処理手段を適用しても良い。
【００１９】
信号処理手段９の次段には、求められたＢＮ値から検査対象物Ｗの各種性状を検出する性状検出手段１３が接続されている。性状検出手段１３は、検査対象物Ｗにおける研削焼けを検出する研削焼け検出手段１３ａを有する。
【００２０】
ここで検査対象物Ｗとして、鋼材に焼入れを施した焼入れ部品を適用した場合、この焼入れ部品の研削焼け箇所では、焼き戻しにより硬度が低下するため、バルクハウゼンノイズが大きくなる。このため、バルクハウゼンノイズから研削焼けを検出することが可能である。しかし、バルクハウゼンノイズは残留応力の影響も受けるため、試料表面の残留応力が変化する場合、研削焼けが正確に検出できない場合がある。例えば、熱処理を施した鋼材では、一般的に表面に圧縮応力が残留し、内部には引張応力が残留する。鋼材等の検査対象物Ｗでは、圧縮応力によりバルクハウゼンノイズは小さくなり、引張応力でバルクハウゼンノイズは大きくなる。
【００２１】
そのため、焼入れ部材に研削加工を施すと、研削量が大きい箇所ではその研削した表面に引張応力が残留する場合がある。例えば、軸受の円筒ころの転動面では、端面付近は中央部よりも研削量が大きい場合がある。その場合、転動面表面の残留応力が中央部では圧縮応力であるが、端面付近では引張応力になる場合がある。表面に引張応力が残留していると、その箇所のバルクハウゼンノイズが大きくなるため、その箇所を研削焼け箇所と誤検出する可能性がある。
【００２２】
この実施形態では、バルクハウゼンノイズを含む信号を検出する磁界センサ５を、複数個（この例では２個）隣接して設け、これらの信号から抽出し計算したＢＮ値の差を求めることで、試料表面の残留応力の変化を打ち消し、研削焼け箇所を検出し得る。
【００２３】
以上説明したバルクハウゼンノイズ検査装置によると、電源８から供給される交流電流により励磁コイル３に交流磁界を発生させ、この励磁コイル３により検査対象物Ｗを磁化する。その際に磁化された検査対象物Ｗが発する信号を複数の磁界センサ５，５でそれぞれ検出する。信号処理手段９は、これら磁界センサ５，５によりそれぞれ検出した信号からバルクハウゼンノイズを求める。
【００２４】
この場合に、信号処理手段２におけるＢＮ値計算回路１２は、フィルタ１１，１１でそれぞれ抽出したバルクハウゼンノイズからＢＮ値をそれぞれ計算しさらにそのＢＮ値の差を求める。したがって、研削焼け検出手段１３ａは、前記ＢＮ値の差を定められた値と比較して、研削焼けの有無、研削焼けの深さや範囲等を精度良く検出し得る。検査対象物Ｗにおいて、研削等による削り量が部分的に異なる被検査面を有する場合にも、複数の磁界センサ５の出力差を求めることで、被検査面の残留応力の変化を打ち消し、研削焼け箇所を精度良く検出することが可能となる。
【００２５】
複数の磁界センサ５を隣接して配置したため、研削量が大きい部分と小さい部分とが近接している検査対象物Ｗの被検査面における、研削焼け箇所を精度良く検出し得る。また複数の磁界センサ５を、センサヘッド１に一体に設けることができるため、検査対象物Ｗに対し、測定者が手動でセンサヘッド１を操作する際の操作性を高めることができる。
【００２６】
次に、この発明の他の実施形態を図２と共に説明する。以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００２７】
図２のバルクハウゼンノイズ検査装置は、複数の磁界センサ５，５のコイル６，６を直列に接続し、差動出力になるように構成した例である。磁界センサ５，５は鉄心７，７にそれぞれコイル６，６が巻かれ、これらコイル６，６の巻線の向きが互いに異なるように直列接続されている。そのため、各コイル６に誘導される電圧の極性が異なるため、各々コイル６に誘導される電圧の差を出力する。したがって、コイル６の信号を増幅する増幅器１０、この増幅器１０で増幅した信号からバルクハウゼンノイズを抽出する帯域通過フィルタ１１等の回路を、コイル６毎に設ける必要がなくなり、信号処理手段９の構成を簡略化できる。
【００２８】
図３のバルクハウゼンノイズ検査装置は、円柱状の検査対象物の品質を検査する装置である。このバルクハウゼンノイズ検査装置は、図１または図２に示す構成部品に加え、フレーム１４と、一対のローラ１５，１５と、図示外のモータ等の回転駆動源と、センサヘッド移動手段１６とを有する。前記フレーム１４には、一対のローラ１５，１５が回転自在に且つ所定間隔を空けて平行に支持され、これらのローラ１５，１５の外周面上に複数個の円柱状の検査対象物Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃが端面にて互いに接触または近接して軸方向に一列に並ぶように設けられる。一対のローラ１５，１５を回転駆動源により同期して回転させることで、これらのロ−ラ１５，１５上の複数個の検査対象物Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃがその軸心Ｌ１回りに回転するようになっている。
【００２９】
センサヘッド１は、サンサヘッド移動手段１６により、複数個の検査対象物Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃの外周面上を矢符Ａ１にて表記するローラ軸方向に移動する。すなわちセンサヘッド移動手段１６は、モータ等の駆動源１７と、ボールねじ等の送りねじ１８と、ガイド部材１９と、走行体２０とを有する。ガイド部材１９がローラ軸方向に延びるように設置され、このガイド部材１９に走行体２０が移動自在に支持される。走行体２０には、センサヘッド１が複数個の検査対象物Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃの外周面に対向するように取付けられる。送りねじ１８のねじ軸は、ガイド部材１９に所定間隔を空けて平行に設けられ、送りねじ１８のナットが前記走行体２０に取付けられる。送りねじ１８のねじ軸は駆動源１７により回転駆動可能になっている。よって、送りねじ１８を回転させ、走行体２０をガイド部材１９に沿ってローラ軸方向に移動させることで、センサヘッド１をローラ軸方向に移動させ得る。
【００３０】
したがって、前記回転駆動源によりローラ１５，１５を回転させて複数個の検査対象物Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを回転させると共に、センサヘッド移動手段１６によりセンサヘッド１をローラ軸方向に移動させることで、検査対象物全周のバルクハウゼンノイズを検出し得る。この場合、オンライン上で研削焼け等の異常を全数検査することができるので、品質保証能力を高めることができる。その他管理コストの低減を図れる。なお、センサヘッド移動手段１６のモータ等の駆動源１７および送りねじ１８に代えて、流体圧シリンダや電動シリンダを適用しても良い。
【００３１】
励磁コイルと、複数の磁界センサを含むセンサヘッドとを、別体に設けても良い。励磁コイル、各磁界センサのコイルは、それぞれコイル巻線のみからなる空心コイルであっても良い。
磁界センサを３個以上設けた構成としても良い。
検査対象物が、内外輪、転動体等の軸受構成部品であっても良いし、転動装置または転動装置部品であっても良い。
【符号の説明】
【００３２】
３…励磁コイル
５…磁界センサ
６…コイル
８…電源
９…信号処理手段
１３ａ…研削焼け検出手段
Ｗ…検査対象物
【図１】
2012063296.tif 000003
【図２】
2012063296.tif 000004
【図３】
2012063296.tif 000005