專利名稱：表面特性評(píng)價(jià)裝置及表面特性評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面特性評(píng)價(jià)裝置及表面特性評(píng)價(jià)方法，尤其是，涉及一種對(duì)被檢對(duì)象的殘余應(yīng)力、硬度等表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)的表面特性評(píng)價(jià)裝置及表面特性評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
在使用于汽車零件等的齒輪、軸等鋼材產(chǎn)品中，為了提高耐磨性、提高疲勞強(qiáng)度等，進(jìn)行有利用熱處理、氮化處理等的表面固化、噴丸處理等表面處理。以往，這些產(chǎn)品的表面處理后的殘余應(yīng)力、硬度等表面特性的評(píng)價(jià)是通過(guò)以抽取方式進(jìn)行破壞檢測(cè)來(lái)進(jìn)行的。因此，存在有下述問(wèn)題:不能夠直接檢測(cè)所有產(chǎn)品、由于是破壞檢測(cè)因此進(jìn)行了檢測(cè)的產(chǎn)品不能使用等。因此，能夠無(wú)損地檢測(cè)產(chǎn)品的表面特性的裝置的開(kāi)發(fā)請(qǐng)求正在增加。作為這種裝置，例如，在日本特開(kāi)2008 — 2973號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)有如下的噴丸處理面的無(wú)損檢測(cè)裝置:一邊使具備配置在噴丸處理面上方的線圈的檢測(cè)電路的頻率發(fā)生變化，一邊向檢測(cè)電路輸入交流信號(hào)，并使用檢測(cè)電路上的阻抗的頻率響應(yīng)特性來(lái)檢測(cè)在檢測(cè)對(duì)象中的殘余應(yīng)力的產(chǎn)生狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題但是，如上述的技術(shù)，存在下述這樣的問(wèn)題:由于在將開(kāi)磁路結(jié)構(gòu)的線圈配置在噴丸處理面的上方的檢測(cè)裝置中，被檢對(duì)象與傳感器之間的磁性的衰減、泄漏較大，因此檢測(cè)靈敏度和測(cè)量值的再現(xiàn)性降低。另外，還存在下述這樣的問(wèn)題:由于使用一邊改變頻率一邊輸入交流信號(hào)來(lái)求得阻抗的頻率響應(yīng)特性的方法，因此磁性對(duì)被檢對(duì)象的滲透深度變化，而不能夠準(zhǔn)確地掌握在深度方向上具有分布的表面特性。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠無(wú)損且高精度地對(duì)進(jìn)行了熱處理、氮化處理、噴丸處理等表面處理的被檢對(duì)象的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)的表面特性評(píng)價(jià)裝置及表面特性評(píng)價(jià)方法。用于解決問(wèn)題的方案為了達(dá)成上述的目的，本發(fā)明是一種對(duì)被檢對(duì)象的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)的表面特性評(píng)價(jià)裝置，其特征在于，該表面特性評(píng)價(jià)裝置具有:磁傳感器，其包括由磁性體構(gòu)成的芯體和卷繞于該芯體的線圈，該磁傳感器用于檢測(cè)被檢對(duì)象的表面的磁特性；電力供給部件，其用于向該磁傳感器的線圈供給交流電力；信號(hào)檢測(cè)部件，其用于檢測(cè)與利用磁傳感器檢測(cè)出的被檢對(duì)象的表面的磁特性相對(duì)應(yīng)的表面特性信號(hào)；存儲(chǔ)部件，其用于存儲(chǔ)表示被預(yù)先設(shè)定的表面特性信號(hào)與被檢對(duì)象的表面特性之間的關(guān)系的值；以及表面特性計(jì)算部件，其用于根據(jù)存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)部件中的值和利用信號(hào)檢測(cè)部件檢測(cè)出的表面特性信號(hào)計(jì)算被檢對(duì)象的表面特性，電力供給部件向磁傳感器的線圈供給恒定頻率的交流電力，由此，磁傳感器的芯體被勵(lì)磁并且與被檢對(duì)象的表面形成閉磁路。
采用這樣構(gòu)成的本發(fā)明，能夠利用從電力供給部件供給交流電力的磁傳感器來(lái)檢測(cè)被檢對(duì)象的表面的磁特性，在信號(hào)檢測(cè)部件中檢測(cè)與利用磁傳感器檢測(cè)出的被檢對(duì)象的表面的磁特性相對(duì)應(yīng)的表面特性信號(hào)，利用表面特性計(jì)算部件，根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部件中的表示被預(yù)先設(shè)定的表面特性信號(hào)與被檢對(duì)象的表面特性之間的關(guān)系的值和表面特性信號(hào)，計(jì)算被檢對(duì)象的表面特性。磁傳感器的芯體與被檢對(duì)象的表面形成閉磁路，因而能夠防止被檢對(duì)象與磁傳感器之間的磁性的衰減、泄漏。由此，能夠增強(qiáng)表面特性信號(hào)的強(qiáng)度，能夠提高磁傳感器的磁特性的檢測(cè)靈敏度，因而能夠無(wú)損且高精度地對(duì)被檢對(duì)象的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外，由于通過(guò)向線圈供給恒定頻率的交流電力，從而對(duì)被檢對(duì)象的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此能夠使磁性對(duì)被檢對(duì)象的滲透深度保持恒定，因而還能夠準(zhǔn)確地掌握在深度方向上具有分布的表面特性。在此，“計(jì)算表面特性”是包括不僅通過(guò)計(jì)算殘余應(yīng)力、硬度等的絕對(duì)值，還通過(guò)計(jì)算表面特性信號(hào)是否相對(duì)于基準(zhǔn)值處于規(guī)定的范圍內(nèi)從而對(duì)表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)的情況的概念。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，表示被預(yù)先設(shè)定的表面特性信號(hào)與被檢對(duì)象的表面特性之間的關(guān)系的值為表示表面特性信號(hào)與被檢對(duì)象之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線。采用如此構(gòu)成的本發(fā)明，能夠計(jì)算被檢物的表面特性(例如，實(shí)施了氮化處理時(shí)的氮化層的厚度、實(shí)施了噴丸處理時(shí)的壓縮殘余應(yīng)力的深度等)。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，表示被預(yù)先設(shè)定的表面特性信號(hào)與被檢對(duì)象的表面特性之間的關(guān)系的值為具有規(guī)定的表面特性的基準(zhǔn)試樣中的表示表面特性信號(hào)的基準(zhǔn)值。采用如此構(gòu)成的本發(fā)明，通過(guò)計(jì)算測(cè)量出的表面特性信號(hào)與該基準(zhǔn)值之間的差值，從而能夠進(jìn)行被檢物的好壞判定(例如，實(shí)施了氮化處理時(shí)的氮化層的厚度、實(shí)施了噴丸處理時(shí)的壓縮殘余應(yīng)力的深度等是否充足)。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，磁傳感器的芯體能夠沿著被檢對(duì)象的表面形狀與被檢對(duì)象接觸。采用如此構(gòu)成的本發(fā)明，由于磁傳感器的芯體能夠沿著被檢對(duì)象的表面形狀與被檢對(duì)象接觸，因此能夠通過(guò)使芯體與被檢對(duì)象的表面相接觸從而防止被檢對(duì)象與磁傳感器之間的磁性的衰減、泄漏。由此，能夠增強(qiáng)表面特性信號(hào)的強(qiáng)度，能夠提高磁傳感器的磁特性的檢測(cè)靈敏度。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，磁傳感器的芯體能夠配置為該芯體與被檢對(duì)象的表面之間的距離呈3.0mm以下。采用如此構(gòu)成的本發(fā)明，如被檢對(duì)象為強(qiáng)磁性體的情況，在利用磁傳感器檢測(cè)出的磁特性的檢測(cè)信號(hào)較強(qiáng)的情況下，能夠配置為芯體與被檢對(duì)象的表面之間的距離呈
3.0mm以下，因而能夠由磁傳感器和被檢對(duì)象的表面來(lái)形成閉磁路，獲得強(qiáng)度充足的磁檢測(cè)信號(hào)，因而能夠無(wú)損且高精度地對(duì)被檢對(duì)象的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，磁傳感器的芯體能夠配置為該芯體與被檢對(duì)象的表面之間的距離呈0.3mm以下。采用如此構(gòu)成的本發(fā)明，能夠配置為芯體與被檢對(duì)象的表面之間的距離呈0.3mm以下，因而即使在測(cè)量磁特性的檢測(cè)信號(hào)較弱的被檢對(duì)象的情況下，也能夠無(wú)損且高精度地對(duì)被檢對(duì)象的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，磁傳感器的芯體由強(qiáng)磁性體形成。采用如此構(gòu)成的本發(fā)明，磁傳感器的芯體由強(qiáng)磁性體形成，因而能夠提高芯體內(nèi)部的磁通密度,能夠提高S/N比(S:滲透至被檢對(duì)象的磁性，N:漏磁)，因而能夠提高磁傳感器的磁特性的檢測(cè)靈敏度。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，磁傳感器的芯體形成為中央的腿部供線圈卷繞的E字型芯體。采用如此構(gòu)成的本發(fā)明，線圈被芯體夾住，因而能夠有效地抑制磁性的泄漏，易于形成閉磁路。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，磁傳感器的芯體包括:圓柱部，其被線圈卷繞；以及圓管部，其圍繞該圓柱部配置且其一端被基部封閉，圓柱部配置在圓管部的軸心且圓柱部的一端與圓管部的基部相連接。采用如此構(gòu)成的本發(fā)明，線圈被芯體包圍，因而能夠有效地抑制磁性的泄漏，易于形成閉磁路。另外，芯體的制造比較容易且成本較低。為了達(dá)成上述的目的，本發(fā)明是一種對(duì)被檢對(duì)象的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)的表面特性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，該表面特性評(píng)價(jià)方法具有以下工序:準(zhǔn)備包括由磁性體構(gòu)成的芯體和卷繞于該芯體的線圈并檢測(cè)被檢對(duì)象的表面的磁特性的磁傳感器；向該磁傳感器的線圈供給恒定頻率的交流電力，由此對(duì)磁傳感器的芯體進(jìn)行勵(lì)磁并且與被檢對(duì)象的表面形成閉磁路；檢測(cè)與利用磁傳感器檢測(cè)出的被檢對(duì)象的表面的磁特性相對(duì)應(yīng)的表面特性信號(hào)；存儲(chǔ)表示被預(yù)先設(shè)定的表面特性信號(hào)與被檢對(duì)象的表面特性之間的關(guān)系的值；以及根據(jù)該被存儲(chǔ)的關(guān)系和利用信號(hào)檢測(cè)部件檢測(cè)出的表面特性信號(hào)，計(jì)算被檢對(duì)象的表面特性。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的表面特性評(píng)價(jià)裝置的框圖。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的表面特性評(píng)價(jià)裝置的磁傳感器的說(shuō)明圖。圖3是分別表示本發(fā)明的實(shí)施方式的表面特性評(píng)價(jià)裝置的磁傳感器的多個(gè)變更例的立體圖。圖4是表示在本發(fā)明的實(shí)施例1中進(jìn)行了噴丸處理的鋼材中的殘余應(yīng)力的深度方向上的分布的圖表。圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施例1中進(jìn)行了噴丸處理的鋼材中的殘余奧氏體量的深度方向上的分布的圖表。圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施例2中的硬度與表面特性信號(hào)的電壓值之間的關(guān)系的圖表。圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例4中的氮化層的厚度與表面特性信號(hào)的電壓值之間的關(guān)系的圖表。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的表面特性評(píng)價(jià)裝置。如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施方式的表面特性評(píng)價(jià)裝置I包括:磁傳感器10，其用于檢測(cè)被檢對(duì)象的表面的磁導(dǎo)率變化、反磁致伸縮效應(yīng)等磁特性并輸出磁檢測(cè)信號(hào)；電力供給部件20，其用于向該磁傳感器10供給交流電力；信號(hào)檢測(cè)部件21，其用于從利用磁傳感器10檢測(cè)出的磁檢測(cè)信號(hào)中提取和檢測(cè)與被檢對(duì)象的表面的磁特性相對(duì)應(yīng)的表面特性信號(hào)；表面特性計(jì)算部件22，其用于根據(jù)利用該信號(hào)檢測(cè)部件21獲得的表面特性信號(hào)計(jì)算殘余應(yīng)力、硬度等被檢對(duì)象的表面特性；以及存儲(chǔ)部件23，其用于存儲(chǔ)表示被預(yù)先設(shè)定的表面特性信號(hào)與利用信號(hào)檢測(cè)部件檢測(cè)出的表面特性之間的關(guān)系的值，具體地說(shuō)，用于存儲(chǔ)表示表面特性信號(hào)與表面特性之間的關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線以及使用硬度、殘余應(yīng)力等表面特性已知的基準(zhǔn)試樣來(lái)預(yù)先獲得的表面特性信號(hào)(基準(zhǔn)值)。另外，還包括用于顯示利用表面特性計(jì)算部件22計(jì)算出的表面特性的顯示畫(huà)面、聲音輸出裝置等顯示部件24。此外，表面特性評(píng)價(jià)裝置I例如能夠包括放大器等其他結(jié)構(gòu)部件。在此，“表面特性”是指被檢對(duì)象的表面附近且到達(dá)受到表面處理的影響的規(guī)定深度的特性，“表面的磁特性”是表示被磁傳感器10激勵(lì)的磁性滲透至被檢測(cè)的被檢對(duì)象的規(guī)定深度的區(qū)域處的磁特性。信號(hào)檢測(cè)部件21包括:同步檢波器21a，其同步檢測(cè)從磁傳感器10輸出的磁檢測(cè)信號(hào)；以及低通濾波器21b，其從同步檢波器21a的檢波輸出中提取與被檢對(duì)象的表面的磁特性相對(duì)應(yīng)的表面特性信號(hào)。磁傳感器10呈能夠由磁傳感器10和被檢對(duì)象的表面來(lái)形成閉磁路的形狀。在此，作為這種磁傳感器的一個(gè)例子，說(shuō)明具備E字型芯體的磁傳感器。E字型芯體的制造比較容易且成本低。如圖2所示，磁傳感器10由E字型芯體11和線圈12構(gòu)成，其中，該E字型芯體11由磁性體構(gòu)成。芯體11由以下部分構(gòu)成:中央的腿部Ila ;腿部llb、llc，其配置在腿部Ila的兩側(cè)；以及基部I ld，其面對(duì)被檢對(duì)象30的表面30a地配置。腿部I la、I lb、I Ic的一端各自連結(jié)于基部lid。芯體11以從基部Ild朝向表面30a呈E字型的方式豎立設(shè)置。線圈12被卷繞于腿部11a。在此，芯體11優(yōu)選由強(qiáng)磁性體形成，在該情況下，能夠提高芯體11內(nèi)部的磁通密度，能夠提高S/N比(S:滲透至鋼材的磁性，N:漏磁)，因而能夠提高磁傳感器10的磁特性的檢測(cè)靈敏度。作為強(qiáng)磁性體，能夠列舉出例如鐵、超導(dǎo)磁合金、坡莫合金、硅鋼、鐵素體(Mn — Zn類、Ni — Zn類)、羰基鐵粉、鑰坡莫合金、山達(dá)斯特合金等。磁傳感器10以腿部I la、I lb、I Ic各自的前端部能夠與被檢對(duì)象30的表面30a相接觸的方式形成。例如，在被檢對(duì)象30為平板的情況下，磁傳感器10以腿部11a、lib、Ilc的頂端部處于同一個(gè)平面的方式形成。接著，說(shuō)明利用表面特性評(píng)價(jià)裝置I來(lái)評(píng)價(jià)被檢對(duì)象的表面特性的表面特性評(píng)價(jià)方法。在此，以利用氮化處理在表面30a附近形成了化合物層30b的鋼材作為被檢對(duì)象30的例子進(jìn)行說(shuō)明。首先，以使腿部I la、I lb、I Ic與被檢對(duì)象30的表面30a相接觸的方式配置磁傳感器10。此外，在本實(shí)施方式中的“接觸”還包括腿部lla、llb、llc中的至少一部分與被檢對(duì)象30的表面30a相接觸的情況(例如，由于該表面30a的形狀、磁傳感器10的制造上的誤差等，該腿部lla、llb、llc的整體與該表面30a未緊貼的情況等)。通過(guò)以使磁傳感器10與被檢對(duì)象30的表面30a相接觸的方式配置該磁傳感器，從而能夠防止在被檢對(duì)象30與磁傳感器10之間的磁性的衰減、泄漏。由此，能夠增強(qiáng)表面特性信號(hào)的強(qiáng)度，能夠提高磁傳感器10的磁特性的檢測(cè)靈敏度。若能夠由磁傳感器10和被檢對(duì)象30的表面(化合物層30b)來(lái)形成閉磁路，獲得強(qiáng)度充足的磁檢測(cè)信號(hào)，則也可以不使磁傳感器10與被檢對(duì)象30的表面30a相接觸。在此，磁傳感器10與被檢對(duì)象30的表面之間的距離優(yōu)選為3.0mm以下，更優(yōu)選的是0.3mm以下。在磁檢測(cè)信號(hào)較弱的材料的情況下，為了獲得充足的磁檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度優(yōu)選將該距離設(shè)為0.3mm以下。在被檢對(duì)象30例如是像強(qiáng)磁性體那樣磁檢測(cè)信號(hào)較強(qiáng)的材料的情況下，能夠利用磁傳感器10獲得充足的磁檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度，因而能夠?qū)⒃摼嚯x設(shè)為3.0mm以下。此外，也可以與被檢對(duì)象物30的形狀相匹配地變更磁傳感器10相對(duì)于被檢對(duì)象物30的配置方向。具體地，在被檢對(duì)象物30為曲面的情況下，例如，如后述的圖3的(D)所示，在被檢對(duì)象物30為圓柱形狀的情況下，沿著圓柱形狀的長(zhǎng)度方向配置磁傳感器10較好。通過(guò)將磁傳感器10與被檢對(duì)象30的表面之間的距離設(shè)定得與獲得了標(biāo)準(zhǔn)曲線、基準(zhǔn)值時(shí)的距離相同，從而能夠排除由提離導(dǎo)致的表面特性信號(hào)的變動(dòng)誤差。通過(guò)以非接觸的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而，例如能夠一邊輸送被檢對(duì)象30 —邊在不需要使該被檢對(duì)象30停止的情況下進(jìn)行測(cè)量，因而能夠縮短檢測(cè)所需的時(shí)間。接著，若利用電力供給部件20向線圈12供給規(guī)定頻率的交流電力，則在芯體11產(chǎn)生交流磁場(chǎng)H，根據(jù)頻率，磁性滲透至被檢對(duì)象30的化合物層30b的規(guī)定深度，由腿部IlaUlc及到達(dá)被檢對(duì)象30的化合物層30b的規(guī)定深度處的區(qū)域形成閉磁路。由于與線圈12交鏈的交流磁場(chǎng)H根據(jù)滲透了磁性的化合物層30b的磁特性而變化，因此能夠利用線圈12檢測(cè)與化合物層30b的特性(表面特性)相對(duì)應(yīng)的磁特性。而且，將根據(jù)表面特性而變化的磁導(dǎo)率、根據(jù)反磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生的磁量變化作為磁檢測(cè)信號(hào)從線圈12向信號(hào)檢測(cè)部件21輸出。在表面特性與磁特性之間的關(guān)系中，例如，若表面進(jìn)行了固化、或者形成了化合物層則磁導(dǎo)率降低。在利用噴丸處理等施加了壓縮的殘余應(yīng)力時(shí)，由于反磁致伸縮效應(yīng)而導(dǎo)致磁導(dǎo)率降低。由于當(dāng)磁導(dǎo)率降低時(shí)磁電路中的磁量減少，因此磁檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度降低。根據(jù)被檢對(duì)象30的材料、評(píng)價(jià)的特性、評(píng)價(jià)的深度等適當(dāng)設(shè)定交流電力的頻率。例如，能夠設(shè)定為對(duì)從鋼材的最表層面至100 μ m 200 μ m的深度集中滲透磁性。在信號(hào)檢測(cè)部件21中，根據(jù)從磁傳感器10輸入的磁檢測(cè)信號(hào)，將與被檢對(duì)象30的表面30a的磁特性(化合物層30b的磁特性)相對(duì)應(yīng)的表面特性信號(hào)作為電壓信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。從磁傳感器10輸入的磁檢測(cè)信號(hào)被輸入到同步檢波器21a中，在同步檢波器21a中，根據(jù)與利用電力供給部件20向線圈12供給的交流電力相同頻率的載波來(lái)進(jìn)行檢波。同步檢波器21a的檢波輸出被輸出至低通濾波器21b，在低通濾波器21b中將與被檢對(duì)象30的表面30a的磁特性相對(duì)應(yīng)的表面特性信號(hào)作為電壓信號(hào)從檢波輸出中提取,輸出至表面特性計(jì)算部件22。表面特性計(jì)算部件22根據(jù)利用信號(hào)檢測(cè)部件21獲得的信號(hào)，計(jì)算殘余應(yīng)力、硬度等被檢對(duì)象30的表面特性。表面特性計(jì)算部件22能夠根據(jù)作為電壓與表面特性之間的關(guān)系存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部件23中的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算硬度、殘余應(yīng)力值等。在此，在作為管理被檢對(duì)象30的表面特性的值而僅使用表面特性信號(hào)的電壓值就足夠的情況下，也可以不進(jìn)行根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線的表面特性的計(jì)算。表面特性計(jì)算部件22也能夠根據(jù)計(jì)算出的表面特性是否在規(guī)定的范圍內(nèi)來(lái)進(jìn)行好壞判定。另外，還可以根據(jù)表示規(guī)定的表面特性的基準(zhǔn)試樣的表面特性信號(hào)(基準(zhǔn)值)與測(cè)量出的表面特性信號(hào)之間的差值來(lái)進(jìn)行好壞判定。在該情況下，首先，準(zhǔn)備表示規(guī)定的表面特性的基準(zhǔn)試樣并預(yù)先測(cè)量表面特性信號(hào)，將其作為基準(zhǔn)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部件23中。表面特性計(jì)算部件22計(jì)算該基準(zhǔn)值與測(cè)量出的表面特性信號(hào)之間的差值，根據(jù)表面特性信號(hào)是否在規(guī)定的范圍內(nèi)來(lái)進(jìn)行好壞判定。例如，在欲將被檢對(duì)象30的表面的硬度管理為H土 α?xí)r，作為基準(zhǔn)試樣使用硬度H的試樣來(lái)設(shè)定基準(zhǔn)值，將與α相對(duì)應(yīng)的表面特性信號(hào)的差值設(shè)定為閾值，在計(jì)算出的差值超過(guò)了閾值時(shí)判定為不良。利用表面特性計(jì)算部件22計(jì)算出的表面特性、判定結(jié)果被輸出至顯示部件24，顯示部件24通過(guò)畫(huà)面、聲音輸出等來(lái)顯示表面特性、判定結(jié)果。例如，能夠顯示硬度、殘余應(yīng)力等表面特性的值。另外，還能夠只顯示表面特性信號(hào)的電壓值。在表面特性計(jì)算部件22中，在進(jìn)行被檢對(duì)象的好壞判定時(shí)，也能夠利用警告音、警告燈來(lái)警告顯示不良。采用表面特性評(píng)價(jià)裝置1，由磁傳感器10和從被檢對(duì)象30的表面30a至規(guī)定的深度的區(qū)域來(lái)形成閉磁路，因而能夠防止在被檢對(duì)象30與磁傳感器10之間的磁性的衰減、泄漏。由此，能夠增強(qiáng)表面特性信號(hào)的強(qiáng)度，并能夠提高磁傳感器10的磁特性的檢測(cè)靈敏度，因而能夠無(wú)損且高精度地對(duì)被檢對(duì)象30的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外，檢測(cè)中通過(guò)向線圈12供給恒定頻率的交流電力，從而對(duì)被檢對(duì)象30的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，因而能夠使磁性對(duì)被檢對(duì)象30的滲透深度保持恒定，因而也能夠準(zhǔn)確地掌握在深度方向上具有分布的表面特性。由此，能夠進(jìn)行氮化層的厚度的評(píng)價(jià)等。在本實(shí)施方式中，說(shuō)明了作為被檢對(duì)象30的、通過(guò)氮化處理形成了化合物層30b的鋼材的表面特性評(píng)價(jià)，但是也能夠準(zhǔn)確地對(duì)伴隨硬度、殘余應(yīng)力等表面的磁特性變化的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)利用電力供給部件20改變向線圈12供給的交流電力的頻率，從而能夠改變磁性的滲透深度。由于頻率越高，磁性的滲透深度就越淺，因此能夠?qū)嚯x表面淺的區(qū)域的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)如此改變交流電力的頻率,從而能夠?qū)堄鄳?yīng)力的深度方向上的分布、化合物層的厚度等進(jìn)行評(píng)價(jià)。接著，利用圖3說(shuō)明磁傳感器的變形例。在上述實(shí)施方式中，使用了具有E字型芯體11的磁傳感器，但是并不限定于此，只要是由磁傳感器和從被檢對(duì)象的表面至規(guī)定深度的區(qū)域來(lái)形成閉磁路，就能夠使用具有各種形狀的芯體的磁傳感器。如圖3的(A)所示，能夠使用如下的磁傳感器40，該磁傳感器40包括:圓柱部41a，其供線圈42卷繞；以及圓管部41b，其圍繞該圓柱部41a配置且其一端被基部41c封閉，圓柱部41a配置在圓管部41b的軸心且圓柱部41a的一端連接在圓管部41b的基部。采用該磁傳感器40，由于線圈42整周被圓管部41b圍繞，因此能夠有效地抑制磁性的泄漏，易于形成閉磁路。
另外，還能夠使用如圖3的(B)所示的在U字型芯體51上卷繞了線圈52的磁傳感器50、如圖3的(C)所示的在L字型芯體61上卷繞了線圈62的磁傳感器60等。而且，如圖3的(D)所示，還能夠使用磁傳感器10，該磁傳感器10使用了以使腿部I la、I lb、I Ic的形狀能夠沿著被檢對(duì)象30的形狀與被檢對(duì)象30進(jìn)行接觸的方式構(gòu)成的芯體11。接著，說(shuō)明上述本發(fā)明的實(shí)施方式的表面特性評(píng)價(jià)裝置的效果。(I)采用本實(shí)施方式的表面特性評(píng)價(jià)裝置1，由磁傳感器10和被檢對(duì)象30的從表面30a至規(guī)定深度的區(qū)域來(lái)形成閉磁路，因而能夠防止被檢對(duì)象30與磁傳感器10之間的磁性的衰減、泄漏。由此，能夠增強(qiáng)表面特性信號(hào)的強(qiáng)度，能夠提高磁傳感器10的磁特性的檢測(cè)靈敏度，因而能夠無(wú)損且高精度地對(duì)被檢對(duì)象30的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外，通過(guò)向線圈12供給恒定頻率的交流電力，從而對(duì)被檢對(duì)象30的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此能夠使磁性對(duì)被檢對(duì)象30的滲透深度保持恒定，因而還能夠準(zhǔn)確地掌握在深度方向上具有分布的表面特性。(2)通過(guò)以使磁傳感器10的芯體11與被檢對(duì)象30的表面30a相接觸的方式配置該芯體11,從而能夠防止被檢對(duì)象30與磁傳感器10之間的磁性的衰減、泄漏。由此，能夠增強(qiáng)表面特性信號(hào)的強(qiáng)度，能夠提高磁傳感器10的磁特性的檢測(cè)靈敏度。另外，能夠排除由提離導(dǎo)致的表面特性信號(hào)的變動(dòng)誤差。(3)在被檢對(duì)象為強(qiáng)磁性體時(shí)，在磁傳感器10的芯體11不與被檢對(duì)象30接觸、且芯體11與被檢對(duì)象30的表面30a之間的距離為3.0mm以下的方式配置的情況下，能夠由磁傳感器10與被檢對(duì)象30的表面來(lái)形成閉磁路，獲得強(qiáng)度充足的磁檢測(cè)信號(hào)，因而能夠無(wú)損且高精度地對(duì)被檢對(duì)象30的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。即使在測(cè)量所獲得的磁檢測(cè)信號(hào)較弱的被檢對(duì)象時(shí)，也能夠配置成芯體與被檢對(duì)象的表面之間的距離為0.3mm以下，從而無(wú)損且高精度地對(duì)被檢對(duì)象的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外，通過(guò)以非接觸的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，例如能夠一邊輸送被檢對(duì)象30 —邊不需要使其停止地進(jìn)行測(cè)量，因而能夠縮短檢測(cè)所需的時(shí)間。(4)在由鐵素體等強(qiáng)磁性體形成了芯體11時(shí)，能夠提高芯體11內(nèi)部的磁通密度，能夠提高S/N比(S:滲透至鋼材的磁性，N:漏磁)，能夠提高磁傳感器10的磁特性的檢測(cè)靈敏度。實(shí)施例以下，表示本發(fā)明的表面特性評(píng)價(jià)裝置的表面特性測(cè)量的實(shí)施例。實(shí)施例1在本實(shí)施例中，對(duì)進(jìn)行了噴丸處理的鋼材的表面的殘余應(yīng)力進(jìn)行評(píng)價(jià)。作為評(píng)價(jià)試樣，使用了對(duì)SCH420H氣體滲碳材料的表面進(jìn)行了噴丸處理的表面處理材料。作為比較材料使用了未進(jìn)行表面處理的未處理材料。噴丸處理使用顆粒徑為100 μ m、硬度為Hv900 Hv950的噴射材料，并在噴射壓力為0.2MPa的條件下進(jìn)行。殘余應(yīng)力的評(píng)價(jià)是使E字型芯體的磁傳感器與表面相接觸而進(jìn)行的。芯體由強(qiáng)磁性體的Mn — Zn類鐵素體構(gòu)成,4mmX4mmX 3mm的角柱狀的腿部以3mm間隔配置形成。將向線圈供給的交流電流設(shè)為20kHz、3.5mA。利用表面特性評(píng)價(jià)裝置檢測(cè)出的表面特性信號(hào)的電壓在未處理材料中為0.79V，而在表面處理材料中降低至0.71V。圖4中表表面處理材料的殘余應(yīng)力在深度方向的分布。殘余應(yīng)力是一邊利用電解研磨來(lái)對(duì)表面處理材料每數(shù)μm地進(jìn)行研磨一邊利用X射線應(yīng)力測(cè)量法來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。如圖5所示可知，在表面處理材料中以深度15 μ m為峰值地施加有比未處理材料大的壓縮殘余應(yīng)力。在SCH420H氣體滲碳材料中存在殘余奧氏體，由于通過(guò)噴丸處理進(jìn)行馬氏體相變，因此殘余奧氏體量減少。圖5中表示殘余奧氏體量的深度方向的分布。如圖5所示可知在表面處理材料中，與未處理材料相比殘余奧氏體量較大地減少。在施加有壓縮的殘余應(yīng)力的情況下，與由殘余奧氏體量的減少導(dǎo)致的磁導(dǎo)率變化相比，由反磁致伸縮效應(yīng)導(dǎo)致的磁特性變化占支配地位,表面處理材料整體的磁導(dǎo)率變化減少。表面特性信號(hào)的電壓變化與磁導(dǎo)率變化相對(duì)應(yīng)，從而確認(rèn)了利用本發(fā)明的表面特性評(píng)價(jià)裝置，能夠高精度地評(píng)價(jià)殘余應(yīng)力的情況。實(shí)施例2在本實(shí)施例中，使用利用熱處理而改變了硬度的鋼材(SKS3)進(jìn)行相對(duì)于鋼材硬度的表面特性信號(hào)的評(píng)價(jià)。硬度的評(píng)價(jià)是使E字型芯體的磁傳感器與表面相接觸而進(jìn)行的。將向線圈供給的交流電流設(shè)為20kHz、3.5mA。圖6中表示維氏硬度與表面特性信號(hào)的電壓(裝置輸出)之間的關(guān)系。確認(rèn)了維氏硬度越變高，相對(duì)應(yīng)地表面特性信號(hào)的電壓越低的傾向，確認(rèn)了利用本發(fā)明的表面特性評(píng)價(jià)裝置，能夠高精度地進(jìn)行評(píng)價(jià)的情況。實(shí)施例3在本實(shí)施例中，對(duì)使磁傳感器與被檢對(duì)象相接觸的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)試樣和條件與實(shí)施例1相同。在配置為芯體不與評(píng)價(jià)試樣表面相接觸，芯體距離評(píng)價(jià)試樣表面的距離為Imm的情況下，表面特性信號(hào)是0.2V的充足的信號(hào)強(qiáng)度，但是在使芯體與評(píng)價(jià)試樣表面相接觸的情況下的表面特性信號(hào)大幅度地增強(qiáng)為0.8V。由此，確認(rèn)了通過(guò)使磁傳感器的芯體與被檢測(cè)對(duì)象相接觸而增強(qiáng)表面特性信號(hào)的強(qiáng)度，能夠提高檢測(cè)靈敏度的情況。實(shí)施例4在本實(shí)施例中，使用利用氮化處理而設(shè)置了氮化層的鋼材，進(jìn)行相對(duì)于氮化層的厚度的表面特性信號(hào)的評(píng)價(jià)。通過(guò)在見(jiàn)13氣氛中以500°C 600°C的溫度對(duì)鋼材(SKD61)進(jìn)行加熱，從而設(shè)置了厚度為1.5 μ m 10.0 μ m的氮化層。評(píng)價(jià)是使E字型芯體的磁傳感器與表面相接觸而進(jìn)行的。將向線圈供給的交流電流設(shè)為 20kHz、3.5mA。利用表面特性評(píng)價(jià)裝置檢測(cè)出的表面特性信號(hào)的電壓如圖7所示隨著氮化層的厚度增加而增加。由此，確認(rèn)了能夠高精度地評(píng)價(jià)氮化層的厚度的情況。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)被檢對(duì)象的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)的表面特性評(píng)價(jià)裝置，其特征在于， 該表面特性評(píng)價(jià)裝置具有: 磁傳感器，其包括由磁性體構(gòu)成的芯體和卷繞于該芯體的線圈，該磁傳感器用于檢測(cè)被檢對(duì)象的表面的磁特性； 電力供給部件，其用于向該磁 傳感器的線圈供給交流電力； 信號(hào)檢測(cè)部件，其用于檢測(cè)與利用上述磁傳感器檢測(cè)出的被檢對(duì)象的表面的磁特性相對(duì)應(yīng)的表面特性信號(hào)； 存儲(chǔ)部件，其用于存儲(chǔ)表示被預(yù)先設(shè)定的表面特性信號(hào)與被檢對(duì)象的表面特性之間的關(guān)系的值；以及 表面特性計(jì)算部件，其用于根據(jù)存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)部件中的值和利用上述信號(hào)檢測(cè)部件檢測(cè)出的表面特性信號(hào)來(lái)計(jì)算被檢對(duì)象的表面特性， 上述電力供給部件向上述磁傳感器的線圈供給恒定頻率的交流電力，由此，上述磁傳感器的上述芯體被勵(lì)磁并且與被檢對(duì)象的表面形成閉磁路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面特性評(píng)價(jià)裝置，其中， 表示上述被預(yù)先設(shè)定的表面特性信號(hào)與被檢對(duì)象的表面特性之間的關(guān)系的值為表示表面特性信號(hào)與被檢對(duì)象之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面特性評(píng)價(jià)裝置，其中， 表示上述被預(yù)先設(shè)定的表面特性信號(hào)與被檢對(duì)象的表面特性之間的關(guān)系的值為具有規(guī)定的表面特性的基準(zhǔn)試樣中的表示表面特性信號(hào)的基準(zhǔn)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的表面特性評(píng)價(jià)裝置，其中， 上述磁傳感器的芯體能夠沿著被檢對(duì)象的表面形狀與被檢對(duì)象接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的表面檢測(cè)特性評(píng)價(jià)裝置，其中， 上述磁傳感器的芯體能夠配置為該芯體與被檢對(duì)象的表面之間的距離呈3.0mm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的表面檢測(cè)特性評(píng)價(jià)裝置，其中， 上述磁傳感器的芯體能夠配置為該芯體與被檢對(duì)象的表面之間的距離呈0.3mm以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的表面特性評(píng)價(jià)裝置，其中， 上述磁傳感器的芯體由強(qiáng)磁性體形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的表面特性評(píng)價(jià)裝置，其中， 上述磁傳感器的芯體為中央的腿部供線圈卷繞的E字型芯體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的表面特性評(píng)價(jià)裝置，其中， 上述磁傳感器的芯體包括:圓柱部，其被線圈卷繞；以及圓管部，其圍繞該圓柱部配置且其一端被基部封閉，圓柱部配置在圓管部的軸心且圓柱部的一端與圓管部的基部相連接。
10.一種對(duì)被檢對(duì)象的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)的表面特性評(píng)價(jià)方法，其特征在于， 該表面特性評(píng)價(jià)方法具有以下工序: 準(zhǔn)備包括由磁性體構(gòu)成的芯體和卷繞于該芯體的線圈并檢測(cè)被檢對(duì)象的表面的磁特性的磁傳感器； 向該磁傳感器的線圈供給恒定頻率的交流電力，由此對(duì)上述磁傳感器的上述芯體進(jìn)行勵(lì)磁，并且使該磁傳感器與被檢對(duì)象的表面形成閉磁路；檢測(cè)與利用上述磁傳感器檢測(cè)出的被檢對(duì)象的表面的磁特性相對(duì)應(yīng)的表面特性信號(hào); 存儲(chǔ)表示被預(yù)先設(shè)定的表 面特性信號(hào)與被檢對(duì)象的表面特性之間的關(guān)系的值；以及 根據(jù)該被存儲(chǔ)的關(guān)系和檢測(cè)出的表面特性信號(hào)，計(jì)算被檢對(duì)象的表面特性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠無(wú)損且高精度地對(duì)進(jìn)行了熱處理、氮化處理、噴丸處理等表面處理的被檢對(duì)象的表面特性進(jìn)行評(píng)價(jià)的表面特性評(píng)價(jià)裝置。本發(fā)明的表面特性評(píng)價(jià)裝置(1)包括磁傳感器(10)，其用于檢測(cè)被檢對(duì)象的表面的磁特性并輸出磁檢測(cè)信號(hào)；電力供給部件(20)，其用于向磁傳感器(10)供給恒定頻率的交流電力；信號(hào)檢測(cè)部件(21)，其用于從磁檢測(cè)信號(hào)中提取、檢測(cè)與被檢對(duì)象的表面的磁特性相對(duì)應(yīng)的表面特性信號(hào)；表面特性計(jì)算部件(22)，其用于根據(jù)表面特性信號(hào)來(lái)計(jì)算表面特性；以及存儲(chǔ)部件(23)，其用于存儲(chǔ)表示表面特性信號(hào)與表面特性之間的關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線、使用表面特性已知的基準(zhǔn)試樣來(lái)預(yù)先獲得的基準(zhǔn)值。磁傳感器(10)包括由磁性體構(gòu)成的芯體(11)和線圈(12)，并由磁傳感器(10)和被檢對(duì)象的表面來(lái)形成閉磁路。
文檔編號(hào)G01N27/80GK103119432SQ201180045278
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者牧野良保 申請(qǐng)人:新東工業(yè)株式會(huì)社