渦電流式検査装置および渦電流式検査方法
【課題】センサの感度を正確に取得することにより、被検体の物理特性を高精度に検出することが可能な渦電流式検査装置および渦電流式検査方法を提供することを目的とする。
【解決手段】渦電流式検査装置１は、渦電流の変化に応じた検出値を出力するセンサ１０と、所定の周波数に設定された励磁電流をセンサ１０に供給する供給手段３１と、工作物２に対してセンサ１０を相対移動させる移動手段１５と、複数の検出値に基づいてセンサ１０の感度を取得する感度取得手段３２とを備える。
【解決手段】渦電流式検査装置１は、渦電流の変化に応じた検出値を出力するセンサ１０と、所定の周波数に設定された励磁電流をセンサ１０に供給する供給手段３１と、工作物２に対してセンサ１０を相対移動させる移動手段１５と、複数の検出値に基づいてセンサ１０の感度を取得する感度取得手段３２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流式の検査装置および検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
渦電流式の検査装置は、磁気センサにより被検体の表層に渦電流を誘導し、その渦電流の変化に基づいて、被検体の物理特性を非破壊で検査するものである。このような渦電流式の検査装置は、例えば、被検体の物理特性から被検体の表層に生じた傷を検出する探傷試験装置などに適用されている。
【０００３】
また、特許文献１，２には、被検体とする工作物の物理特性から加工変質層を検出する渦電流式の検査方法が開示されている。研削加工または切削加工を行う場合には、工作物における加工部位の温度が高温になりやすい。そのため、加工条件によっては工作物の表面に加工変質層（一般に「研削焼け」または「切削焼け」と言う場合がある）が生じることがある。この加工変質層は、その変質状態によっては、工作物の機械的強度を低下させる要因となるおそれがある。そこで、特許文献１，２の検査方法によれば、工作物の加工変質層の有無および変質状態を検出できるものとされている。
【０００４】
ところで、磁気センサは、経年劣化などに起因して感度が変動することがある。このような磁気センサの劣化は、例えば、磁気センサを被検体に対して接触した状態で検査を行った場合に、磁気センサの先端部が摩耗することなどが考えられる。また、磁気センサは、同型であり未使用のものであっても個体差により初期の感度が異なる場合がある。このような磁気センサの感度の変動や差異は、例えば、特許文献１に記載されているように、複数のマスターワークにおける検出値に基づいて適正なゲイン調整を行うことで対応できることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０６３９５号公報
【特許文献２】特開２０００−１８０４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、工作物に加工変質層が生じた場合に、加工変質層の深さや範囲などの変質状態の度合いにより機械的強度への影響も変動するものと考えられることから、加工変質層検出装置においては、工作物における加工変質層の有無および変質状態をより高精度に検出することが望ましい。そのため、加工変質層検出装置は、磁気センサの感度が変動した場合においても工作物の変質状態を正確に把握し、微小範囲の加工変質層を確実に検出するために、変動する磁気センサの感度に対して適正なゲイン調整を行う必要がある。これは、渦流式の検査装置を適用した種々の検査装置においても同様である。しかし、特許文献１に記載の感度を取得する方法では、複数のマスターワークの検査をすることから感度の取得に手間や時間を要し、感度の変動に合わせて微調整するには不適である。
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、センサの感度を正確に取得することにより、被検体の物理特性を高精度に検出することが可能な渦電流式検査装置および渦電流式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】
【０００７】
（渦電流式検査装置）
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、励磁電流により被検体の内部に渦電流を誘導し、渦電流の変化に応じた検出値を出力するセンサと、所定の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給する供給手段と、前記被検体と前記センサの距離が変動するように、前記被検体に対して前記センサを相対移動させる移動手段と、前記距離の異なる複数の検出位置において前記センサにより出力された複数の前記検出値に基づいて、前記センサの感度を取得する感度取得手段と、を備えることである。
【０００８】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記供給手段は、異なる複数の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給し、前記センサは、複数の前記検出位置において、設定された各周波数に応じた各前記検出値をそれぞれ出力し、前記感度取得手段は、複数の前記検出位置における各前記検出値に基づいて前記センサの感度を取得することである。
【０００９】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項２において、前記感度取得手段は、各周波数のうち基準とする基準周波数に応じた各前記検出値に対する他の周波数に応じた各前記検出値の変化の割合に基づいて前記センサの感度を取得することである。
【００１０】
請求項４に係る発明の特徴は、請求項１において、前記供給手段は、単数の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給し、前記センサは、複数の前記検出位置において、設定された周波数に応じた前記検出値をそれぞれ出力し、前記感度取得手段は、複数の前記検出位置における前記距離および前記検出値に基づいて前記センサの感度を取得することである。
【００１１】
請求項５に係る発明の特徴は、請求項４において、前記感度取得手段は、複数の前記検出位置における前記距離に対する前記検出値の変化の割合に基づいて前記センサの感度を取得することである。
【００１２】
請求項６に係る発明の特徴は、請求項１〜５の何れか一項において、前記感度取得手段により取得した前記センサの感度と予め設定された基準感度とに基づいて、前記センサの感度を補正する補正手段をさらに備えることである。
【００１３】
請求項７に係る発明の特徴は、請求項１〜６の何れか一項において、前記感度取得手段により取得した前記センサの感度に基づいて、前記工作物と接触する前記センサの先端部の摩耗量を判定する摩耗量判定手段をさらに備えることである。
【００１４】
請求項８に係る発明の特徴は、請求項１〜７の何れか一項において、前記センサは、前記被検体である工作物の加工変質層、傷および焼き入れに応じた検出値を出力することである。
【００１５】
（渦電流式検査方法）
上記の課題を解決するため、請求項９に係る発明の特徴は、励磁電流により被検体の内部に渦電流を誘導し、渦電流の変化に応じた検出値を出力するセンサと、所定の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給する供給工程と、前記被検体と前記センサの距離が変動するように、前記被検体に対して前記センサを相対移動させる移動工程と、前記距離の異なる複数の検出位置において前記センサにより出力された複数の前記検出値に基づいて、前記センサの感度を取得する感度取得工程と、を備えることである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によると、渦電流式検査装置の感度取得手段は、距離の異なる複数の検出位置においてセンサにより出力された複数の検出値に基づいて、センサの感度を取得する構成としている。この渦電流式検査装置のセンサは、供給手段から供給される励磁電流により被検体の内部に渦電流を誘導し、渦電流の変化に応じた検出値を出力する磁気センサとしている。ここで、渦電流式検査装置は、移動手段によりセンサを被検体に対して所定距離（接触状態を含む）に移動させ、センサが出力する検出値に基づいて被検体の物理特性を検査している。これにより、被検体における加工変質層や傷の有無およびその状態、被検体の焼き入れ状態などを検出している。
【００１７】
このような渦電流式検査装置における磁気を用いたセンサは、移動手段により被検体に対して接近または離反すると、クリアランス（被検体とセンサの距離）に応じて異なる検出値を出力する。また、センサは、供給される励磁電流に設定された周波数によっても異なる検出値を出力する。これは、例えば、被検体の表層から所定距離だけセンサを離間した状態における検出値が所定値となるように、渦電流式検査装置におけるブリッジ回路の平衡バランスを取っていることに起因する。そして、クリアランスまたは励磁電流の周波数に応じて出力される検出値の変化の挙動は、センサの感度によって異なるものである。つまり、感度取得手段は、所定の周波数に設定された励磁電流により異なる複数の検出位置において出力された複数の検出値に基づいて、センサの感度を取得することができる。
【００１８】
上述したように、本発明の渦電流式検査装置の感度取得手段は、異なるクリアランスにおいてセンサが出力した複数の検出値に基づいて、センサの感度を取得するものである。そして、渦電流を用いた検査において、センサは、移動手段により被検体に対して接近および離反する。そのため、渦電流式検査装置は、センサが移動の際に出力した検出値を利用することができるため、感度を取得するために被検体をマスターワークなどに交換する必要がない。よって、渦電流式検査装置は、従来と比較して簡易な構成によりセンサの感度を取得できる。また、センサを被検体に対して接近または離反する度にセンサの感度を取得することができるため、センサの劣化などに対応し、感度の変動に合わせてゲイン調整を適宜行うことができる。
【００１９】
請求項２に係る発明によると、感度取得手段は、複数の検出位置における各検出値に基づいてセンサの感度を取得する。また、センサは、供給手段により異なる複数の周波数に設定された励磁電流を供給され、複数の検出位置において、各周波数に応じた各検出値をそれぞれ出力する構成としている。このように、渦電流式検査装置におけるセンサは、異なる複数の周波数の励磁電流を同時に、または周波数の設定を変更して複数回に亘り供給される。ここで、励磁電流の周波数は、高く設定されるほど浸透深さが浅くなり、低く設定されるほど浸透深さが深くなる。そこで、一般に、渦電流を用いた検査において励磁電流の周波数は、被検体における検査対象の部位により適宜設定される。
【００２０】
そして、上記の構成により出力された各周波数に応じた各検出値について、複数の周波数のうち低周波数側における複数の検出値に対する高周波数側における複数の検出値の変化の挙動は、センサの感度によって異なる。つまり、感度取得手段は、複数の周波数に設定された励磁電流により異なる複数の検出位置においてそれぞれ出力された各検出値に基づいて、センサの感度をより正確に取得することができる。また、励磁電流に対して複数の周波数を設定可能なセンサは、各周波数に応じた各検出値を同時に出力可能である。これに対して、励磁電流に対して単数の周波数のみ設定可能なセンサは、先ず複数の検出位置において周波数に応じた検出値をそれぞれ出力する。そして、周波数を変更した後、複数の検出位置において周波数に応じた検出値をそれぞれ出力する。このような構成においても、複数の周波数が設定された励磁電流を供給される場合と同様の効果を奏する。
【００２１】
請求項３に係る発明によると、感度取得手段は、各周波数のうち基準とする基準周波数に応じた各検出値に対する他の周波数に応じた各検出値の変化の割合に基づいてセンサの感度を取得する構成としている。上述したように、複数の周波数のうち低周波数側における複数の検出値に対する高周波数側における複数の検出値の変化の挙動は、センサの感度によって異なる。そこで、例えば、複数の周波数のうち最も低く設定された周波数を基準周波数とする。そして、基準周波数に応じた各検出値に対して、基準周波数を除く他の周波数に応じた各検出値がどのように変化するかを求める。これにより算出される各検出値の変化の割合に基づいて、感度取得手段は、センサの感度をより高精度に取得することができる。また、この変化の割合については、予め設定された所定区間における各検出値に基づいて、最小自乗法などにより近似直線を算出し、その直線の傾きから求められるものとしてもよい。その他には、上記の所定区間において区間両端の検出値を通る直線の傾きとしたり、複数の検出値により算出される曲線上の点における接線の傾きとしたりすることで求めることができる。
【００２２】
請求項４に係る発明によると、感度取得手段は、複数の検出位置における距離および検出値に基づいてセンサの感度を取得する。また、センサは、供給手段により単数の周波数に設定された励磁電流を供給され、複数の検出位置において、設定された周波数に応じた検出値をそれぞれ出力する構成としている。センサが供給された励磁電流の周波数に応じて出力した複数の検出値について、被検体に近接側の検出位置における検出値に対する離反側の検出位置における検出値の変化の挙動は、センサの感度によって異なる。つまり、感度取得手段は、複数の検出位置における距離と、その検出位置において出力された検出値とに基づいて、センサの感度をより正確に取得することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明によると、感度取得手段は、複数の検出位置における距離に対する検出値の変化の割合に基づいてセンサの感度を取得する構成としている。上述したように、被検体に近接側の検出値に対する離反側の検出値の変化の挙動は、センサの感度によって異なる。そこで、例えば、クリアランスに対して、複数の検出値がどのように変化するかを求める。そして、この変化の割合については、予め設定された所定区間における複数の検出値に基づいて、最小自乗法などにより近似直線を算出し、その直線の傾きから求められるものとしてもよい。その他には、上記の所定区間において区間両端の検出値を通る直線の傾きとしたり、複数の検出値により算出される曲線上の点における接線の傾きとしたりすることで求めることができる。このようにして算出された変化の割合に基づいて、感度取得手段は、センサの感度をより高精度に取得することができる。
【００２４】
請求項６に係る発明によると、感度取得手段により取得したセンサの感度と予め設定された基準感度とに基づいて、センサの感度を補正する補正手段をさらに備える構成としている。ここで、例えば、センサの経年劣化などによりセンサの先端部が摩耗しセンサの感度が変動した場合に、これに応じて検出値が変化し誤検出するおそれがある。そこで、感度取得手段が取得したセンサの感度と基準感度とに基づいて、適正な感度に調整するための補正量を算出する。これにより、補正手段は、適正なゲイン調整を行うことができるので、より高精度に被検体の物理特性を検査できるので、種々の検査における誤検出を防止することができる。
【００２５】
ここで、センサが出力する検出値から高精度に被検体の物理特性を検査するためにはセンサの感度をある程度高める必要があるが、高感度になるに伴い電気的なノイズが増大することになる。そこで、検査対象とする被検体の材質特性を含む物理特性やセンサの特性などに基づいて、渦電流を用いた検査を適正に行うことができる感度にゲイン調整し、この時の感度を「基準感度」としている。
【００２６】
請求項７に係る発明によると、感度取得手段により取得したセンサの感度に基づいて、被検体と接触するセンサの先端部の摩耗量を判定する摩耗量判定手段をさらに備える構成としている。上述したように、センサの感度の変動は、検査において被検体に対して接触した先端部が摩耗することが一因と考えられる。そして、先端部の摩耗量が大きくなると、適正な検査を行うために、センサまたはセンサの先端部の交換が必要となる。そこで、上記構成とすることで、検査におけるセンサの先端部がどの程度摩耗しているかを判定し、センサなどの交換時期を得られる。これにより、渦電流式検査装置として、適正な検査状態を維持することができる。
【００２７】
請求項８に係る発明によると、センサは、被検体である工作物の加工変質層、傷および焼き入れに応じた検出値を出力する構成としている。つまり、渦電流式検査装置は、工作物の加工変質層の有無およびその変質状態を検査する加工変質層検出装置、または工作物に生じた傷を検出する探傷試験装置などに適用した構成としている。例えば、工作物の高品質化を図るために微小な加工変質層、傷などの検出を要することがある。このような場合に、センサの感度の変動に伴い検出値が変動すると、この検出値の変動幅と微小な加工変質層を検出するために設定された閾値との関係から誤検出となるおそれがある。
【００２８】
そこで、上記の構成とすることで、例えば、センサの感度の変動に合わせてゲイン調整を適宜行うことができる。これにより、センサの感度に応じて適正な被検体の物理特性を検出することができるので、より高精度な渦電流式の検査が可能となる。このように、工作物の高品質化を図るため工作物の微小な加工変質層や傷、または工作物の焼き入れ状態などを詳細に把握する必要がある場合に、本発明の渦電流式検査装置を適用した加工変質層検出装置などは特に有用である。
【００２９】
請求項９に係る発明によると、渦電流式検査方法は、感度取得工程において、距離の異なる複数の検出位置においてセンサにより出力された複数の検出値に基づいて、センサの感度を取得する構成としている。この渦電流式検査方法のセンサは、供給工程から供給される励磁電流により被検体の内部に渦電流を誘導し、渦電流の変化に応じた検出値を出力する磁気センサとしている。ここで、渦電流式検査方法は、移動工程によりセンサを被検体に対して所定距離（接触状態を含む）に移動させ、センサが出力する検出値に基づいて被検体の物理特性を検査している。これにより、被検体における加工変質層や傷の有無および変質状態、被検体の焼き入れ状態などを検出している。
【００３０】
このような構成により、渦電流式検査方法は、センサが移動の際に出力した検出値を利用することができるため、感度を取得するために被検体をマスターワークなどに交換する必要がない。よって、渦電流式検査方法は、従来と比較して簡易な構成によりセンサの感度を取得できる。また、センサを被検体に対して接近または離反する度にセンサの感度を取得することができるため、センサの劣化などに対応し、感度の変動に合わせてゲイン調整を適宜行うことができる。
また、本発明の渦電流式検査装置としての他の特徴部分について、本発明の渦電流式検査方法に同様に適用可能である。そして、この場合における効果についても、上記渦電流式検査装置としての効果と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第一実施形態：加工変質層検出装置１の外観を示す概略図である。
【図２】加工変質層検出装置１の磁気センサ１０の内部を透視して示す側面図である。
【図３】磁気センサのブリッジ回路を示す回路図である。
【図４】渦電流を誘導された工作物２の疑似回路を示す回路図である。
【図５】加工変質層の検査における位相と検出値を示すグラフである。
【図６】クリアランスと検出値の関係を示すグラフである。
【図７】基準周波数の検出値に対する他の周波数の検出値を示すグラフである。
【図８】クリアランスに対するインピーダンスの変化を示す概念図である。
【図９】検出値の変化の割合と結合係数の対応表である。
【図１０】結合係数とインピーダンスから推定される材質特性の対応表である。
【図１１】第二実施形態：加工変質層検出装置１０１を示す側面図である。
【図１２】クリアランスと検出の関係を示すグラフである。
【図１３】検出値の変化量と結合係数の対応表である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の渦電流式検査装置および渦電流式検査方法を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各実施形態においては、渦電流式検査装置および渦電流式検査方法を適用した加工変質層検出装置を例示する。
【００３３】
＜第一実施形態＞
（加工変質層検出装置１の構成）
本発明の加工変質層検出装置１について、図１，２を参照して説明する。加工変質層検出装置１は、図１，２に示すように、磁気センサ１０（本発明の「センサ」に相当する）と、回転支持部２０と、制御装置３０を主体として構成される。工作物２は、磁性材料からなり、筒状または柱状、板状、自由曲面状などの形状を含む被加工部材である。この工作物２は、加工変質層検出装置１による検査対象の被検体であり、工作物２の検査表面における加工変質層の有無および変質状態を検査される。本実施形態において、工作物２は、周面を検査表面とする円筒状部材であるものとして説明する。また、工作機械３は、円筒状または円柱状の工作物２の外周面を研削加工する研削盤としている。なお、本発明の加工変質層検出装置および加工変質層検出方法は、工作機械３として、研削盤の他に、旋盤およびマシニングセンタなどの切削加工機を適用することもできる。
【００３４】
また、加工変質層検出装置１は、渦電流式の磁気を用いた磁気方式の非破壊検査により、被検体（工作物２）の加工変質層に応じた信号を出力するものである。ここで、渦電流式による加工変質層の検査について説明する。一般に、渦電流式は、一次コイルにより被検体に磁場を印加し、励磁電流を流すことで渦電流を誘導する。そして、磁場を印加する一次コイルと被検体とを相対的に移動させ、この移動によって変化する渦電流の誘導起電力を二次コイルによって検知する。渦電流式の検査は、検知される誘導起電力が加工変質層の変質状態に伴って変化することから、渦電流の変化による誘導起電力の値や変化量などに基づいて加工変質層の検出を図るものである。
【００３５】
磁気センサ１０は、センサ本体１１と、センサヘッド１２と、測定装置１３と、タッチセンサ１４と、センサ送り機構１５を有している。センサ本体１１は、後述する制御装置３０の供給部３１より低周波側の第一周波数および高周波側の第二周波数を設定された励磁電流を供給される。そして、センサ本体１１は、センサヘッド１２が工作物２に磁場を印加するように上記励磁電流をセンサヘッド１２に供給する。センサヘッド１２は、供給された励磁電流により工作物２に磁場を印加して、工作物２の内部に渦電流を誘導する。これにより、センサヘッド１２は、第一周波数および第二周波数を設定した励磁電流の周波数に応じたそれぞれの浸透深さにおいて、工作物２の変質状態に伴って変化する誘導起電力を信号としてそれぞれ検出している。
【００３６】
測定装置１３は、図２に示すように、センサヘッド１２が検出した信号をセンサ本体１１から信号線を介して受信している。そして、測定装置１３は、この出力信号の値を磁気センサ１０の検出値として、後述する制御装置３０へ出力している。タッチセンサ１４は、センサ本体１１の内部において、センサヘッド１２の基端部に設けられた接触式のセンサである。このタッチセンサ１４は、センサヘッド１２を工作物２に所定の付勢力（押圧力）によって付勢するばね１４ａを有する。ばね１４ａにより、本実施形態において、センサヘッド１２は、加工変質層を検出する検査において、工作物２と常に接触した状態となっている。そして、タッチセンサ１４は、ばね１４ａの伸縮状態に基づいて、センサヘッド１２が工作物２に対して接触または非接触の何れの状態にあるかを検出する。タッチセンサ１４は、検出したセンサヘッド１２の先端部の接触情報を制御装置３０へ出力している。
【００３７】
センサ送り機構１５は、センサ本体１１の後方部（工作物２と反対側）に設けられ、センサ本体１１を工作物２の軸方向および径方向に移動可能に保持する機構である。センサ送り機構１５は、ボールねじとサーボモータ、または、油圧機構などにより構成される。また、センサ送り機構１５は、工作物２とセンサ本体１１の距離を変動させるように、工作物２に対してセンサ本体１１を相対移動させる移動手段である。そして、センサ送り機構１５は、センサ本体１１を保持する保持部の移動方向位置（工作物２における径方向位置）を図示しないサーボモータから検出する。センサ送り機構１５は、検出したセンサ本体１１の位置情報を制御装置３０へ出力している。これにより、制御装置３０は、タッチセンサ１４によるセンサヘッド１２の接触情報と、センサ送り機構１５によるセンサ本体１１の位置情報と、に基づいてセンサヘッド１２の検査表面に対する離間距離（クリアランス）を検知している。
【００３８】
回転支持部２０は、図２に示すように、駆動輪２１と、調整車２２を有し、工作物２を回転可能に支持している。駆動輪２１は、工作物２の周面と接触し、図示しないモータにより回転駆動することで工作物２を回転させている。また、駆動輪２１は、当該モータの回転位置を検出するエンコーダ２１ａを有する。エンコーダ２１ａは、検出したモータの回転位置情報を制御装置３０へ出力している。これにより、制御装置３０は、初期情報である工作物２の直径や周長などを含む形状情報と、モータの回転位置情報と、に基づいてセンサヘッド１２の工作物２に対する周方向位相を検知している。調整車２２は、駆動輪２１と共に工作物２を支持し、工作物２の周面との摩擦力により従動回転している。
【００３９】
制御装置３０は、供給部３１と、感度取得部３２と、補正部３３と、摩耗量判定部３４を有している。供給部３１は、第一周波数および第二周波数を設定した励磁電流を磁気センサ１０のセンサ本体１１に供給する磁気センサ１０の供給手段である。この供給部３１は、測定装置１３を介してセンサ本体１１と連結され、第一周波数および第二周波数を設定した励磁電流をセンサ本体１１に同時に供給している。つまり、センサ本体１１は、供給部３１により同時に複数の周波数の励磁電流を供給されることになる。これにより、磁気センサ１０は、同時に複数の浸透深さにおける加工変質層の有無および変質状態を検査している。第一周波数および第二周波数は、本発明の「所定の周波数」に相当する。
【００４０】
感度取得部３２は、磁気センサ１０により出力された検出値に基づいて、磁気センサ１０の感度を取得する感度取得手段である。また、感度取得部３２は、制御装置３０に入力されたセンサヘッド１２の接触情報およびセンサ本体１１の位置情報からクリアランスを算出する。そして、当該クリアランスとなる位置を磁気センサ１０による検出値が検出された検出位置として関連付けている。補正部３３は、ゲイン調整することにより磁気センサ１０の感度を補正する補正手段である。この補正部３３は、感度取得部３２により取得した磁気センサ１０の感度と、制御装置３０に記憶されている予め設定されている基準感度とに基づいて、適正な感度に調整するための補正量を算出する。そして、補正部３３は、この補正量により磁気センサ１０のゲイン調整を行う。
【００４１】
ここで、磁気センサ１０が出力する検出値から加工変質層の有無および変質状態を検出するには磁気センサ１０の感度をある程度高める必要があるが、高感度になるに伴い電気的なノイズが増大することになる。そこで、検査対象とする被検体の材質特性を含む物理特性や磁気センサ１０の特性などに基づいて、加工変質層を検出する検査を適正に行うことができる感度にゲイン調整している。本実施形態において、調整された磁気センサ１０の感度を「基準感度」としている。
【００４２】
摩耗量判定部３４は、磁気センサ１０におけるセンサヘッド１２の先端部の摩耗量を判定する摩耗量判定手段である。本実施形態における磁気センサ１０は、加工変質層の検査において、センサヘッド１２を工作物２に接触させた状態となっている。そのため、繰り返しの検査により、センサヘッド１２の先端部が工作物２との摩擦により摩耗する。また、センサヘッド１２が摩耗すると、センサヘッド１２に埋設されているコイルと工作物２との距離が変化することから、センサヘッド１２の感度が変動する。そこで、摩耗量判定部３４は、感度取得部３２により取得した磁気センサ１０の感度に基づいて、センサヘッド１２の摩耗量がどの程度であるかを判定する。磁気センサ１０の感度の取得、補正および摩耗量の判定の詳細については後述する。
【００４３】
（加工変質層検出装置１による検査）
加工変質層検出装置１による検査について、図３〜図５を参照して説明する。加工変質層検出装置１は、まず供給工程として、供給部３１により第一周波数および第二周波数に設定された励磁電流を磁気センサ１０に供給する。これにより、磁気センサ１０は、被検体に対して磁場を印加可能な状態となる。次に、移動工程として、磁気センサ１０に励磁電流が供給された状態で、センサ送り機構１５によりセンサ本体１１を工作物２に等速で接近させる。そして、工作物２とセンサヘッド１２の距離であるクリアランスが徐々に小さくなり、センサヘッド１２の先端部が工作物２の周面に接触する。
【００４４】
この時、磁気センサ１０のタッチセンサ１４は、センサヘッド１２の基端部に配置されたばね１４ａが収縮し始めた際に、工作物２とセンサヘッド１２が接触状態となったものとして、制御装置３０にその接触情報を出力する。これにより、制御装置３０は、センサ送り機構１５によるセンサ本体１１の工作物２への接近を停止する。
【００４５】
ここで、磁気センサ１０は、図３に示すように、内部にブリッジ回路が構成されている。本実施形態における磁気センサ１０は、被検体に磁場を印加する励磁コイル（一次コイル）と、誘導起電力を検出する検出コイル（二次コイル）とが一体の励磁兼検出コイルとしている。そして、磁気センサ１０は、この励磁兼検出コイルの他に、キャリブレーションコイルおよび複数の可変抵抗からブリッジ回路を構成し、当該ブリッジ回路におけるそれぞれのインピーダンスをＺ１〜Ｚ４として示している。
【００４６】
次に、磁気センサ１０は、加工変質層が生じていないマスターワークにセンサヘッド１２の先端部が接触している状態で、励磁電流を供給される。そして、磁気センサ１０は、センサヘッド１２の先端部が被検体やマスターワークと十分離間した状態で、増幅回路を設定することでゲイン調整される。また、可変抵抗の抵抗値を調整することにより、ブリッジ回路の平衡バランスを取り、増幅回路に電流が流れない状態とする。このようなブリッジ回路により、出力される検出値Ｖは、［数１］に示すように、各インピーダンスＺ１〜Ｚ４との相関関係がある。
【００４７】
［数１］
Ｖ＝Ｅ｛Ｚ１／（Ｚ２＋Ｚ１)−Ｚ４／（Ｚ３＋Ｚ４）｝
Ｖ：検出値
Ｅ：交流電源の実効値
Ｚ１〜Ｚ４：インピーダンス
【００４８】
また、上記の励磁兼検出コイルのインピーダンスＺ１は、図４に示すように、磁場を印加された被検体を疑似回路とみなすことにより、［Ｚ１＝Ｖ１／Ｉ１］から算出することができる。この時、Ｖ１は電圧値、Ｉ１は電流値としている。これにより、例えば、検査対象とする工作物２の表層に加工変質層が生じていると、その部位の透磁率が低いことから工作物２の抵抗値Ｒ２が大きくなり、励磁兼検出コイルのインピーダンスＺ１が変動する。そうすると、磁気センサ１０のブリッジ回路のバランスが崩れ、増幅回路に電流が流れ検出値が出力される。
【００４９】
このような疑似回路において、各コイルの相互誘導係数Ｍは、［数２］に示すように、各コイルのインダクタンスＬ０，Ｌ２との相関関係がある。また、結合係数Ｋは、被検体とセンサヘッド１２の距離（クリアランス）などにより決まる定数である。つまり、結合係数Ｋは、インピーダンスＺ１と相関関係があることから、インピーダンスＺ１の変動により出力される検出値と相関関係がある。よって、複数の検出値から結合係数Ｋを求めることにより、その検出値を出力した磁気センサ１０の感度がどの程度であるかを取得することができる。
【００５０】
［数２］
Ｍ＝Ｋ√（Ｌ０・Ｌ２）
Ｍ：相互誘導係数（相互インダクタンス）
Ｋ：結合係数
Ｌ０：センサ側コイルのインダクタンス
Ｌ２：工作物側疑似コイルのインダクタンス
【００５１】
続いて、センサヘッド１２が工作物２に接触している状態で、回転支持部２０により工作物２を回転させるとともに、センサ送り機構１５によりセンサ本体１１を工作物２の軸方向に適宜移動させる。この時、回転支持部２０のエンコーダ２１ａにより検出された駆動輪２１モータの回転位置情報を制御装置３０へ出力している。これにより、第一周波数および第二周波数の浸透深さにおける加工変質層の有無および変質状態に応じた検出値が出力される。そして、制御装置３０は、図５に示すように、所定の軸方向位置における研削焼けが生じた加工変質層の検査結果を取得する。本実施形態において制御装置３０は、閾値Ｔが予め設定され、検出値がこの閾値Ｔを超えた工作物２の位相に加工変質層が生じているものと判定する。
【００５２】
加工変質層検出装置１は、検査対象の工作物２について、全周に亘って加工変質層の検査を終了すると、移動工程として、磁気センサ１０に励磁電流が供給された状態で、センサ送り機構１５によりセンサ本体１１を工作物２に等速で離反させる。そうすると、タッチセンサ１４のばね１４ａにより工作物２にセンサヘッド１２を付勢していた付勢力が徐々に小さくなり、センサヘッド１２の先端部が工作物２の周面から離脱する。
【００５３】
この時、磁気センサ１０のタッチセンサ１４は、センサヘッド１２の基端部に配置されたばね１４ａの伸張し終えた際に、工作物２とセンサヘッド１２が非接触状態となったものとして、制御装置３０にその接触情報を出力する。これにより、制御装置３０は、センサ本体１１が工作物２に対して十分に離反した後に、センサ送り機構１５によるセンサ本体１１の工作物２からの離反を停止する。このようにして、加工変質層検出装置１は、加工変質層の有無または変質状態の検査を行う。
【００５４】
（磁気センサ１０の感度の取得）
本実施形態における磁気センサ１０の感度の取得について、図６〜図１０を参照して説明する。先ず、加工変質層検出装置１は、感度取得工程として、加工変質層を検出した後に工作物２からセンサ本体１１を離反させる移動工程において、クリアランスの異なる複数の検出位置で出力された複数の検出値を取得する。各検出位置では、第一周波数および第二周波数に設定された励磁電流によりそれぞれに対応した各検出値が出力される。
【００５５】
ここで、第一周波数と比較して高い周波数である第二周波数は検査対象の部位が被検体の表層側となるため、クリアランスの増大に伴う検出値の変化量も大きい。このように高周波数側および低周波数側の検出値を通る曲線は、設定された周波数によって異なるが、周波数の相違に加えて磁気センサ１０の感度によっても異なることが分かった。具体的には、図６に示すように、磁気センサ１０の感度が高い場合に、高周波数側および低周波数側の検出値は、クリアランスの増大に伴う変化量が大きい。特に低周波数側の変化量の増分が大きいため、それぞれの検出値による曲線Ｃｈ１，Ｃｈ２も近づくことになる。一方で、磁気センサ１０の感度が低い場合に、高周波数側および低周波数側の検出値は、クリアランスの増大に伴う変化量が小さい。よって、それぞれの検出値による曲線Ｃｌ１，Ｃｌ２は、感度が高い場合と比較して離間している。
【００５６】
このように、異なる複数の検出位置において出力された第一周波数および第二周波数の検出値の変化の挙動は、磁気センサ１０の感度によって異なる。そこで、本実施形態において感度取得部３２は、第一周波数を基準周波数とし、基準周波数（第一周波数）に応じた検出値に対する他の周波数（第二周波数）に応じた検出値の変化の割合αを算出している。より具体的には、図７に示すように、基準周波数に応じた検出値Ｖｓ１，Ｖｓ２の変化量ΔＶｓと、他の周波数に応じた検出値Ｖｅ１，Ｖｅ２の変化量ΔＶｅと、に基づいて変化の割合α＝ΔＶｅ／ΔＶｓを算出している。
【００５７】
ここで、上述したように、加工変質層検出装置１の構成におけるインピーダンスＺ１は、工作物２と磁気センサ１０の距離により変動する。このインピーダンスＺ１は、図８に示すように、コイル抵抗成分（実軸）とリアクタンス成分（虚軸）からなり、クリアランスなどにより決まる定数である結合係数Ｋと相関関係にある。この結合係数Ｋの取り得る範囲は、０以上１以下である。例えば、結合係数Ｋが１の場合に、インピーダンスＺ１の取り得る値の軌跡Ｌｏ１は、図８における最も外側の曲線を描く。また、結合係数Ｋが１よりも小さくなると、インピーダンスＺ１の取り得る値の軌跡Ｌｏ２，Ｌｏ３は、図８における、内側に縮小したような曲線を描く。
【００５８】
ここで、被検体である工作物２の周面とセンサヘッド１２の先端部の距離が大きく離れているとき、すなわちクリアランスが十分に大きいとき、結合係数Ｋは０となる。これに対して、クリアランスが小さくなっていくと結合係数Ｋは０から大きくなっていき、被検体である工作物２の周面とセンサヘッド１２の先端部が接触した被検体接触時（クリアランスが０）に結合係数Ｋは最大となる。そして、この被検体接触時における結合係数Ｋの最大値は、そのセンサの感度によって異なる。そこで、被検体接触時の結合係数をＫＴとおくと、結合係数ＫＴが小さいセンサは感度が低く、結合係数ＫＴが大きい（１または１に近い）センサは感度が高いものと判断することができる。すなわち、被検体接触時の結合係数ＫＴはそのセンサの感度を示すパラメータといえる。
【００５９】
また、図８において、インピーダンスＺ１の軌跡Ｌｏ１〜Ｌｏ３と交差する曲線Ｃｒ１，Ｃｒ２は、励磁電流に設定された周波数および検査対象である被検体の材質特性により決まる曲線である。この材質特性は、被検体の透磁率および比抵抗などの特性であり、加工変質層が生じていない部位であれば被検体毎に一定とみなすことができる。よって、被検体の材質特性をθとおくことにする。第一周波数および第二周波数に応じたそれぞれの曲線Ｃｒ１，Ｃｒ２と、インピーダンスＺ１の軌跡Ｌｏ１〜Ｌｏ３との交点がその周波数に設定された励磁電流により検査した際のインピーダンスＺ１の値である。
【００６０】
このように、結合係数Ｋと磁気センサ１０による検出値には相関関係があることから、実験および有限要素法による磁場解析により、検出値の変化の割合αと被検体接触時の結合係数ＫＴの関係と、被検体接触時の結合係数ＫＴおよびインピーダンスＺ１と被検体の材質特性θの関係と、を予め取得することができる。そこで、本実施形態では、上記の実験および解析に基づいて、図９，１０に示すように、それぞれの関係を示す対応表を予め作成し、磁気センサ１０の感度を取得する構成としている。
【００６１】
感度取得工程において、制御装置３０の感度取得部３２は、基準周波数（第一周波数）に応じた各検出値に対する他の周波数（第二周波数）に応じた各検出値の変化の割合αを算出する（図７を参照）。そして、算出した変化の割合αと、図９の対応表とに基づいて、被検体接触時の結合係数ＫＴを導出する。このように、導出された被検体接触時の結合係数ＫＴにより、各周波数に応じた各検出値を出力した磁気センサ１０の感度がどの程度であるかを取得することができる。
【００６２】
次に、基準周波数に応じた検出値Ｖを［数１］に代入し、インピーダンスＺ１を算出する。そして、算出したインピーダンスＺ１および被検体接触時の結合係数ＫＴと、図１０の対応表とに基づいて、材質特性θを導出する。ここで、予め設定された基準結合係数Ｋｓｔｄおよび導出した材質特性θと、図１０の対応表に基づいて、基準インピーダンスＺｓｔｄを導出する。この基準結合係数Ｋｓｔｄは、結合係数の基準値として設定された値であって、基準感度に対応する結合係数である。また、基準インピーダンスＺｓｔｄは、導出された材質特性θにおいて、基準感度（または基準結合係数Ｋｓｔｄ）に対応するインピーダンスである。
【００６３】
導出した基準インピーダンスＺｓｔｄを［数１］に代入し、基準出力値Ｖｓｔｄを算出する。この基準出力値Ｖｓｔｄは、本来、この材質特性θとする被検体の場合に出力されるべき検出値である。よって、加工変質層検出装置１は、補正工程として、検出値Ｖが基準出力値Ｖｓｔｄと等しくなるように補正量を算出しゲイン調整を行う。制御装置３０の補正部３３は、導出した被検体接触時の結合係数ＫＴに基づいて取得された磁気センサ１０の感度と予め設定された基準感度とに基づいて、磁気センサ１０の感度を補正する。本実施形態において、補正部３３は、より具体的にそれぞれの感度における検出値Ｖ，Ｖｓｔｄが等しくなるようにゲイン調整することで、磁気センサ１０の感度の補正としている。
【００６４】
また、加工変質層検出装置１は、摩耗量判定工程として、磁気センサ１０が出力した検出値Ｖのこれまでに変動に基づいて、センサヘッド１２の先端部が初期状態からの摩耗量を判定する。制御装置３０の摩耗量判定部３４は、導出した被検体接触時の結合係数ＫＴに基づいて取得された磁気センサ１０の感度と予め設定された基準感度とに基づいて、磁気センサ１０におけるセンサヘッド１２の先端部の摩耗量がどの程度であるかを判定する。本実施形態において、摩耗量判定部３４は、より具体的にそれぞれの感度における検出値Ｖ，Ｖｓｔｄの変化量に基づいて、当該摩耗量を判定している。そして、制御装置３０は、摩耗量が所定以上になった場合に、センサまたはセンサヘッド１２の交換時期と判断し、作業者へ交換を促すように表示などを適宜行う。
【００６５】
（加工変質層検出装置１による効果）
上述した加工変質層検出装置１によれば、加工変質層検出装置１の感度取得部３２は、距離の異なる複数の検出位置において磁気センサ１０により出力された複数の検出値に基づいて、磁気センサ１０の感度を取得する構成としている。また、加工変質層を検出する検査において、磁気センサ１０は、センサ送り機構１５により被検体である工作物２に対して接近および離反する。そのため、加工変質層検出装置１は、磁気センサ１０が移動の際に出力した検出値を利用することができるため、感度を取得するために工作物２をマスターワークなどに交換する必要がない。よって、加工変質層検出装置１は、従来と比較して簡易な構成により磁気センサ１０の感度を取得できる。また、磁気センサ１０を工作物２に対して接近または離反する度に磁気センサ１０の感度を取得することができるため、磁気センサ１０の劣化などに対応し、感度の変動に合わせてゲイン調整を適宜行うことができる。
【００６６】
制御装置３０の感度取得部３２は、複数の検出位置における各検出値に基づいて磁気センサ１０の感度を取得する。また、磁気センサ１０は、供給部３１により異なる複数の周波数に設定された励磁電流を供給され、複数の検出位置において、各周波数に応じた各検出値をそれぞれ出力する構成としている。そして、この構成により出力された各周波数に応じた各検出値について、複数の周波数のうち低周波数側における複数の検出値に対する高周波数側における複数の検出値の変化の挙動は、磁気センサ１０の感度によって異なる。つまり、感度取得部３２は、複数の周波数に設定された励磁電流により異なる複数の検出位置においてそれぞれ出力された各検出値に基づいて、磁気センサ１０の感度をより正確に取得することができる。
【００６７】
制御装置３０の感度取得部３２は、基準周波数（第一周波数）に応じた各検出値に対する他の周波数（第二周波数）に応じた各検出値の変化の割合αに基づいて磁気センサ１０の感度を取得する構成としている。加工変質層検出装置１は、基準周波数に応じた各検出値に対して、基準周波数を除く他の周波数に応じた各検出値がどのように変化するかを求める。これにより算出される各検出値の変化の割合αに基づいて、感度取得部３２は、磁気センサ１０の感度をより高精度に取得することができる。また、この変化の割合αについては、予め設定された所定区間における各検出値に基づいて、最小自乗法などにより近似直線を算出し、その直線の傾きから求められるものとしてもよい。その他には、上記の所定区間において区間両端の検出値を通る直線の傾きとしたり、複数の検出値により算出される曲線上の点における接線の傾きとしたりすることで求めることができる。
【００６８】
加工変質層検出装置１は、感度取得部３２により取得した磁気センサ１０の感度と予め設定された基準感度とに基づいて、磁気センサ１０の感度を補正する補正部３３をさらに備える構成としている。ここで、例えば、磁気センサ１０の経年劣化などにより磁気センサ１０の先端部が摩耗し磁気センサ１０の感度が変動した場合に、これに応じて検出値が変化し誤検出するおそれがある。そこで、感度取得部３２が取得した磁気センサ１０の感度と基準感度とに基づいて、適正な感度に調整するための補正量を算出する。これにより、補正部３３は、適正なゲイン調整を行うことができるので、より高精度に加工変質層の変質状態を検出できるので、当該検査における誤検出を防止することができる。
【００６９】
加工変質層検出装置１は、感度取得部３２により取得した磁気センサ１０の感度に基づいて、工作物２と接触する磁気センサ１０の先端部の摩耗量を判定する摩耗量判定部３４をさらに備える構成としている。上述したように、磁気センサ１０の感度の変動は、検査において工作物２に対して接触した先端部が摩耗することが一因と考えられる。そして、先端部の摩耗量が大きくなると、適正な検査を行うために、磁気センサ１０または磁気センサ１０の先端部の交換が必要となる。そこで、上記構成とすることで、検査における磁気センサ１０の先端部がどの程度摩耗しているかを判定し、磁気センサ１０などの交換時期を得られる。これにより、加工変質層検出装置１として、適正な検査状態を維持することができる。
【００７０】
本実施形態において、加工変質層検出装置１は、本発明の渦電流式検査装置を適用したものとし、磁気センサ１０が被検体である工作物２の加工変質層に応じた検出値を出力する構成としている。そして、上記のように適正な検査状態を維持することにより、より高精度な渦電流式の検査が可能となる。このように、工作物２の高品質化を図るため工作物２の微小な加工変質層の有無および変質状態を詳細に把握する必要がある場合に、本発明の渦電流式検査装置を適用した加工変質層検出装置などは特に有用である。
【００７１】
＜第一実施形態の変形態様＞
本実施形態において、制御装置３０の感度取得部３２は、第一周波数を基準周波数とし、基準周波数（第一周波数）に応じた検出値に対する他の周波数（第二周波数）に応じた検出値の変化の割合αを算出した。より具体的には、基準周波数に応じた検出値Ｖｓ１，Ｖｓ２の変化量ΔＶｓと、他の周波数に応じた検出値Ｖｅ１，Ｖｅ２の変化量ΔＶｅと、に基づいて変化の割合α＝ΔＶｅ／ΔＶｓを算出するものとした。これに対して、第一周波数および第二周波数のうち第二周波数を基準周波数とするものとしてもよい。
【００７２】
また、基準周波数に応じた検出値Ｖｓ１，Ｖｓ２となる区間を設定するものとした。この区間は、感度を取得するのに複数の周波数に応じた検出値の間で感度の差に影響されやすいなどの理由から適宜設定されるものとしてよい。さらに、多数の検出値を取得し、最小自乗法により近似直線を算出し、その傾きを変化の割合αとしてもよい。同様に、多数の検出値に対して、所定区間における平均、または特定のクリアランスにおける接線を上記の近似直線として算出し、その傾きを変化の割合αとしてもよい。このような構成においても同様の効果を奏する。
【００７３】
その他に、本実施形態では、説明を簡易にするために、第一、第二周波数の二種の周波数による場合について説明した。これに対して、三種以上の周波数により出力された検出値から磁気センサ１０の感度を取得してもよい。このような場合も同様に、三種以上の周波数のうちから基準周波数を設定するものとし、また、選択的に二種の周波数から本実施形態のように感度を取得しても良い。このような構成においても同様の効果を奏する。また、上述したように、本実施形態では複数の周波数により出力された検出値から変化の割合αを算出するものとしたが、この検出値が出力された際におけるクリアランスを位置情報として加えてもよい。これにより、より多面的に検出値の変化の挙動を評価し、磁気センサ１０の感度をより高精度に取得することができる。
【００７４】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の構成について、図１０〜図１３を参照して説明する。ここで、第一実施形態の加工変質層検出装置１は、異なる複数の周波数に設定された励磁電流を磁気センサ１０に供給し、磁気センサ１０の感度を取得するものとした。これに対して、第二実施形態の加工変質層検出装置１０１は、単数の周波数に設定された励磁電流を磁気センサ１０に供給し、磁気センサ１０の感度を取得する。なお、その他の構成については、第一実施形態と同一であるため、詳細な説明を省略する。以下、相違点のみについて説明する。
【００７５】
（加工変質層検出装置１０１の構成）
本発明の加工変質層検出装置１０１について、図１１を参照して説明する。加工変質層検出装置１０１は、図１１に示すように、磁気センサ１０（本発明の「センサ」に相当する）と、回転支持部２０と、制御装置１３０を主体として構成される。本実施形態において、磁気センサ１０のセンサ本体１１は、制御装置１３０の供給部１３１より第三周波数を設定された励磁電流を供給される。そして、センサ本体１１は、センサヘッド１２が工作物２に磁場を印加するように上記励磁電流をセンサヘッド１２に供給する。センサヘッド１２は、供給された励磁電流により工作物２に磁場を印加して、工作物２の内部に渦電流を誘導する。これにより、センサヘッド１２は、励磁電流に設定された第三周波数に応じたそれぞれの浸透深さにおいて、工作物２の変質状態に伴って変化する誘導起電力を信号として検出している。
【００７６】
制御装置１３０は、供給部１３１と、感度取得部１３２と、補正部３３と、摩耗量判定部３４を有している。供給部１３１は、第一実施形態の供給部３１が励磁電流に複数の周波数を設定したのに対して、励磁電流に単数の周波数を設定する。つまり、供給部１３１は、第三周波数を設定した励磁電流を磁気センサ１０のセンサ本体１１に供給する。第三周波数は、本発明の「所定の周波数」に相当する。
【００７７】
感度取得部１３２は、磁気センサ１０により出力された検出値に基づいて、磁気センサ１０の感度を取得する。また、感度取得部１３２は、タッチセンサ１４から制御装置１３０に入力されたセンサヘッド１２の接触情報と、センサ送り機構１５から制御装置１３０に入力されたセンサ本体１１の位置情報と、に基づいてクリアランスを算出する。そして、当該クリアランスとなる位置を磁気センサ１０による検出値が検出された検出位置として関連付けている。
【００７８】
（加工変質層検出装置１０１による検査）
加工変質層検出装置１０１による検査について説明する。加工変質層検出装置１０１は、まず供給工程として、供給部１３１により第三周波数に設定された励磁電流を磁気センサ１０に供給する。これにより、磁気センサ１０は、被検体に対して磁場を印加可能な状態となる。次に、移動工程として、磁気センサ１０に励磁電流が供給された状態で、センサ送り機構１５によりセンサ本体１１を工作物２に等速で接近させる。そして、工作物２とセンサヘッド１２の距離であるクリアランスが徐々に小さくなり、センサヘッド１２の先端部が工作物２の周面に接触する。
【００７９】
この時、磁気センサ１０のタッチセンサ１４は、センサヘッド１２の基端部に配置されたばね１４ａが収縮し始めた際に、工作物２とセンサヘッド１２が接触状態となったものとして、制御装置１３０にその接触情報を出力する。これにより、制御装置１３０は、センサ送り機構１５によるセンサ本体１１の工作物２への接近を停止する。続いて、センサヘッド１２が工作物２に接触している状態で、回転支持部２０により工作物２を回転させるとともに、センサ送り機構１５によりセンサ本体１１を工作物２の軸方向に適宜移動させる。これにより、第三周波数の浸透深さにおける加工変質層の有無および変質状態に応じた検出値が出力される。
【００８０】
加工変質層検出装置１０１は、検査対象の工作物２について、全周に亘って加工変質層の検査を終了すると、移動工程として、磁気センサ１０に励磁電流が供給された状態で、センサ送り機構１５によりセンサ本体１１を工作物２に等速で離反させる。そうすると、タッチセンサ１４のばね１４ａにより工作物２にセンサヘッド１２を付勢していた付勢力が徐々に小さくなり、センサヘッド１２の先端部が工作物２の周面から離脱する。
【００８１】
この時、磁気センサ１０のタッチセンサ１４は、センサヘッド１２の基端部に配置されたばね１４ａの伸張し終えた際に、工作物２とセンサヘッド１２が非接触状態となったものとして、制御装置１３０にその接触情報を出力する。これにより、制御装置１３０は、センサ本体１１が工作物２に対して十分に離反した後に、センサ送り機構１５によるセンサ本体１１の工作物２からの離反を停止する。このようにして、加工変質層検出装置１０１は、加工変質層の有無または変質状態の検査を行う。
【００８２】
（磁気センサ１０の感度の取得）
本実施形態における磁気センサ１０の感度の取得について、図１０，１２，１３を参照して説明する。先ず、加工変質層検出装置１０１は、感度取得工程として、加工変質層を検出した後に工作物２からセンサ本体１１を離反させる移動工程において、クリアランスの異なる複数の検出位置で出力された複数の検出値を取得する。各検出位置では、第三周波数に設定された励磁電流によりそれぞれに対応した各検出値が出力される。
【００８３】
ここで、図１２に示すように、クリアランスの増大に伴い磁気センサ１０により出力される検出値も増大する。検出値の変化量については、設定された周波数によって異なるが、周波数の相違に加えて磁気センサ１０の感度によっても異なることが分かった。具体的には、図１２に示すように、磁気センサ１０の感度が高い場合に、検出値は、クリアランスの増大に伴う変化量が大きい。一方で、磁気センサ１０の感度が低い場合に、検出値は、クリアランスの増大に伴う変化量が小さい。
【００８４】
このように、異なる複数の検出位置において出力された第三周波数の検出値の変化の挙動は、磁気センサ１０の感度によって異なる。そこで、本実施形態において感度取得部１３２は、複数の検出位置における距離（クリアランス）に対する検出値の変化の割合βを算出している。より具体的には、図１１，１２に示すように、所定のクリアランスＸａ，Ｘｂ（図１１においては、ΔＸａ，ΔＸｂとして示す）と、このクリアランスＸａ，Ｘｂにおける検出値の変化量ΔＶと、に基づいて変化の割合β＝ΔＶ／（Ｘｂ−Ｘａ）を算出している。
【００８５】
ここで、上述したように、加工変質層検出装置１０１の構成におけるインピーダンスＺ１は、工作物２と磁気センサ１０の距離により変動する。さらに、結合係数Ｋと磁気センサ１０による検出値には相関関係があることから、実験および有限要素法による磁場解析により、検出値の変化の割合βと被検体接触時の結合係数ＫＴの関係と、被検体接触時の結合係数ＫＴおよびインピーダンスＺ１と被検体の材質特性θの関係を予め取得することができる。そこで、本実施形態では、上記の実験および解析に基づいて、図１３，１０に示すように、それぞれの関係を示す対応表を予め作成し、磁気センサ１０の感度を取得する構成としている。また、図１３は、所定のクリアランスの変化量（Ｘｂ−Ｘａ）に対する検出値の変化量ΔＶと被検体接触時の結合係数ＫＴの関係を示す対応表としている。
【００８６】
感度取得工程において、制御装置１３０の感度取得部１３２は、第一の検出位置Ｘａにおける第三周波数に応じた検出値に対する第二の検出位置Ｘｂにおける第三周波数に応じた検出値の変化量ΔＶを算出する（図１２を参照）。そして、算出した変化量ΔＶと、図１３の対応表とに基づいて、被検体接触時の結合係数ＫＴを導出する。このように、導出された結合係数ＫＴにより、第三周波数に応じた複数の検出値を出力した磁気センサ１０の感度がどの程度であるかを取得することができる。
【００８７】
次に、第三周波数に応じた検出値Ｖを［数１］に代入し、インピーダンスＺ１を算出する。そして、算出したインピーダンスＺ１および被検体接触時の結合係数ＫＴと、図１０の対応表とに基づいて、材質特性θを導出する。ここで、予め設定された基準結合係数Ｋｓｔｄおよび導出した材質特性θと、図１０の対応表に基づいて、基準インピーダンスＺｓｔｄを導出する。さらに、導出した基準インピーダンスＺｓｔｄを［数１］に代入し、基準出力値Ｖｓｔｄを算出する。そして、加工変質層検出装置１０１は、補正工程として、検出値Ｖが基準出力値Ｖｓｔｄと等しくなるように補正量を算出しゲイン調整を行う。ここで、制御装置１３０の補正部３３によるゲイン調整、および摩耗量判定部３４による判定については、第一実施形態と同様なので詳細な説明を省略する。
【００８８】
（加工変質層検出装置１０１による効果）
このような構成においても第一実施形態と同様の効果を奏する。また、制御装置１３０の感度取得部１３２は、複数の検出位置Ｘａ，Ｘｂにおける距離（クリアランス）および検出値に基づいて磁気センサ１０の感度を取得する。そして、磁気センサ１０は、供給部１３１により単数からなる第三周波数に設定された励磁電流を供給され、複数の検出位置において、設定された周波数に応じた検出値をそれぞれ出力する構成としている。磁気センサ１０が供給された励磁電流の第三周波数に応じて出力した複数の検出値について、工作物２に近接側の検出位置における検出値に対する離反側の検出位置における検出値の変化の挙動は、磁気センサ１０の感度によって異なる。つまり、感度取得部３２は、複数の検出位置における距離と、その検出位置において出力された検出値とに基づいて、磁気センサ１０の感度をより正確に取得することができる。
【００８９】
また、制御装置１３０感度取得部１３２は、複数の検出位置における距離に対する検出値の変化の割合βに基づいて磁気センサ１０の感度を取得する構成としている。上述したように、工作物２に近接側の検出値に対する離反側の検出値の変化の挙動は、磁気センサ１０の感度によって異なる。そこで、上記構成とすることにより、感度取得部３２は、変化の割合βに基づいて磁気センサ１０の感度をより高精度に取得することができる。
【００９０】
＜第二実施形態の変形態様＞
本実施形態において、制御装置１３０の感度取得部１３２は、異なる複数の検出位置における距離（クリアランス）に対する検出値の変化の割合βを算出した。より具体的には、所定のクリアランスＸａ，Ｘｂと、このクリアランスＸａ，Ｘｂにおける検出値の変化量ΔＶと、に基づいて変化の割合β＝ΔＶ／（Ｘｂ−Ｘａ）を算出している。
【００９１】
このように、感度取得部１３２では、第一、第二の検出位置Ｘａ，Ｘｂ（クリアランスΔＸａ，ΔＸｂ）となる区間を設定するものとした。この区間は、感度を取得するのに複数の検出値の間で感度の差に影響されやすいなどの理由から適宜設定されるものとしてよい。さらに、多数の検出値を取得し、最小自乗法により近似直線を算出し、その傾きを変化の割合βとしてもよい。同様に、多数の検出値に対して、所定区間における平均、または特定のクリアランスにおける接線を上記の近似直線として算出し、その傾きを変化の割合βとしてもよい。このような構成においても同様の効果を奏する。
【００９２】
＜その他＞
第一、第二実施形態において、磁気センサ１０の感度を取得する感度取得工程では、加工変質層を検出した後に工作物２からセンサ本体１１を離反させる移動工程で出力された複数の検出値に基づいて、磁気センサ１０の感度を取得するものとした。これに対して、感度取得工程は、加工変質層を検出する前に工作物２へセンサ本体１１を接近させる移動工程で出力された複数の検出値に基づいて、磁気センサ１０の感度を取得するものとしてもよい。このような構成においても同様の効果を奏する。また、上記の接近および離反させる両移動工程において、出力された複数の検出値を対象としてもよい。これにより、加工変質層を検出する一回の検査による感度の変動量を算出できるとともに、センサヘッド１２の摩耗量などを判定することができる。
【００９３】
また、第一、第二実施形態において、本発明の渦電流式検査装置および渦電流式検査方法を適用した加工変質層検出装置を例示して説明した。これに対して、本発明の渦電流式検査装置および渦電流式検査方法は、その他に、探傷試験装置など渦電流を用いた各種検査装置に適用することができる。このような構成においても同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００９４】
１，１０１：加工変質層検出装置、 ２：工作物（被検体）、 ３：工作機械
１０：磁気センサ（センサ）、 １１：センサ本体、 １２：センサヘッド
１３：測定装置、 １４：タッチセンサ、 １４ａ：ばね
１５：センサ送り機構（移動手段）
２０：回転支持部、 ２１：駆動輪、 ２１ａ：エンコーダ、 ２２：調整車
３０，１３０：制御装置、 ３１，１３１：供給部（供給手段）
３２，１３２：感度取得部（感度取得手段）、 ３３：補正部（補正手段）
３４：摩耗量判定部（摩耗量判定手段）
Ｔ：閾値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流式の検査装置および検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
渦電流式の検査装置は、磁気センサにより被検体の表層に渦電流を誘導し、その渦電流の変化に基づいて、被検体の物理特性を非破壊で検査するものである。このような渦電流式の検査装置は、例えば、被検体の物理特性から被検体の表層に生じた傷を検出する探傷試験装置などに適用されている。
【０００３】
また、特許文献１，２には、被検体とする工作物の物理特性から加工変質層を検出する渦電流式の検査方法が開示されている。研削加工または切削加工を行う場合には、工作物における加工部位の温度が高温になりやすい。そのため、加工条件によっては工作物の表面に加工変質層（一般に「研削焼け」または「切削焼け」と言う場合がある）が生じることがある。この加工変質層は、その変質状態によっては、工作物の機械的強度を低下させる要因となるおそれがある。そこで、特許文献１，２の検査方法によれば、工作物の加工変質層の有無および変質状態を検出できるものとされている。
【０００４】
ところで、磁気センサは、経年劣化などに起因して感度が変動することがある。このような磁気センサの劣化は、例えば、磁気センサを被検体に対して接触した状態で検査を行った場合に、磁気センサの先端部が摩耗することなどが考えられる。また、磁気センサは、同型であり未使用のものであっても個体差により初期の感度が異なる場合がある。このような磁気センサの感度の変動や差異は、例えば、特許文献１に記載されているように、複数のマスターワークにおける検出値に基づいて適正なゲイン調整を行うことで対応できることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０６３９５号公報
【特許文献２】特開２０００−１８０４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、工作物に加工変質層が生じた場合に、加工変質層の深さや範囲などの変質状態の度合いにより機械的強度への影響も変動するものと考えられることから、加工変質層検出装置においては、工作物における加工変質層の有無および変質状態をより高精度に検出することが望ましい。そのため、加工変質層検出装置は、磁気センサの感度が変動した場合においても工作物の変質状態を正確に把握し、微小範囲の加工変質層を確実に検出するために、変動する磁気センサの感度に対して適正なゲイン調整を行う必要がある。これは、渦流式の検査装置を適用した種々の検査装置においても同様である。しかし、特許文献１に記載の感度を取得する方法では、複数のマスターワークの検査をすることから感度の取得に手間や時間を要し、感度の変動に合わせて微調整するには不適である。
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、センサの感度を正確に取得することにより、被検体の物理特性を高精度に検出することが可能な渦電流式検査装置および渦電流式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】
【０００７】
（渦電流式検査装置）
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、励磁電流により被検体の内部に渦電流を誘導し、渦電流の変化に応じた検出値を出力するセンサと、所定の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給する供給手段と、前記被検体と前記センサの距離が変動するように、前記被検体に対して前記センサを相対移動させる移動手段と、前記距離の異なる複数の検出位置において前記センサにより出力された複数の前記検出値に基づいて、前記センサの感度を取得する感度取得手段と、を備えることである。
【０００８】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記供給手段は、異なる複数の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給し、前記センサは、複数の前記検出位置において、設定された各周波数に応じた各前記検出値をそれぞれ出力し、前記感度取得手段は、複数の前記検出位置における各前記検出値に基づいて前記センサの感度を取得することである。
【０００９】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項２において、前記感度取得手段は、各周波数のうち基準とする基準周波数に応じた各前記検出値に対する他の周波数に応じた各前記検出値の変化の割合に基づいて前記センサの感度を取得することである。
【００１０】
請求項４に係る発明の特徴は、請求項１において、前記供給手段は、単数の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給し、前記センサは、複数の前記検出位置において、設定された周波数に応じた前記検出値をそれぞれ出力し、前記感度取得手段は、複数の前記検出位置における前記距離および前記検出値に基づいて前記センサの感度を取得することである。
【００１１】
請求項５に係る発明の特徴は、請求項４において、前記感度取得手段は、複数の前記検出位置における前記距離に対する前記検出値の変化の割合に基づいて前記センサの感度を取得することである。
【００１２】
請求項６に係る発明の特徴は、請求項１〜５の何れか一項において、前記感度取得手段により取得した前記センサの感度と予め設定された基準感度とに基づいて、前記センサの感度を補正する補正手段をさらに備えることである。
【００１３】
請求項７に係る発明の特徴は、請求項１〜６の何れか一項において、前記感度取得手段により取得した前記センサの感度に基づいて、前記工作物と接触する前記センサの先端部の摩耗量を判定する摩耗量判定手段をさらに備えることである。
【００１４】
請求項８に係る発明の特徴は、請求項１〜７の何れか一項において、前記センサは、前記被検体である工作物の加工変質層、傷および焼き入れに応じた検出値を出力することである。
【００１５】
（渦電流式検査方法）
上記の課題を解決するため、請求項９に係る発明の特徴は、励磁電流により被検体の内部に渦電流を誘導し、渦電流の変化に応じた検出値を出力するセンサと、所定の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給する供給工程と、前記被検体と前記センサの距離が変動するように、前記被検体に対して前記センサを相対移動させる移動工程と、前記距離の異なる複数の検出位置において前記センサにより出力された複数の前記検出値に基づいて、前記センサの感度を取得する感度取得工程と、を備えることである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によると、渦電流式検査装置の感度取得手段は、距離の異なる複数の検出位置においてセンサにより出力された複数の検出値に基づいて、センサの感度を取得する構成としている。この渦電流式検査装置のセンサは、供給手段から供給される励磁電流により被検体の内部に渦電流を誘導し、渦電流の変化に応じた検出値を出力する磁気センサとしている。ここで、渦電流式検査装置は、移動手段によりセンサを被検体に対して所定距離（接触状態を含む）に移動させ、センサが出力する検出値に基づいて被検体の物理特性を検査している。これにより、被検体における加工変質層や傷の有無およびその状態、被検体の焼き入れ状態などを検出している。
【００１７】
このような渦電流式検査装置における磁気を用いたセンサは、移動手段により被検体に対して接近または離反すると、クリアランス（被検体とセンサの距離）に応じて異なる検出値を出力する。また、センサは、供給される励磁電流に設定された周波数によっても異なる検出値を出力する。これは、例えば、被検体の表層から所定距離だけセンサを離間した状態における検出値が所定値となるように、渦電流式検査装置におけるブリッジ回路の平衡バランスを取っていることに起因する。そして、クリアランスまたは励磁電流の周波数に応じて出力される検出値の変化の挙動は、センサの感度によって異なるものである。つまり、感度取得手段は、所定の周波数に設定された励磁電流により異なる複数の検出位置において出力された複数の検出値に基づいて、センサの感度を取得することができる。
【００１８】
上述したように、本発明の渦電流式検査装置の感度取得手段は、異なるクリアランスにおいてセンサが出力した複数の検出値に基づいて、センサの感度を取得するものである。そして、渦電流を用いた検査において、センサは、移動手段により被検体に対して接近および離反する。そのため、渦電流式検査装置は、センサが移動の際に出力した検出値を利用することができるため、感度を取得するために被検体をマスターワークなどに交換する必要がない。よって、渦電流式検査装置は、従来と比較して簡易な構成によりセンサの感度を取得できる。また、センサを被検体に対して接近または離反する度にセンサの感度を取得することができるため、センサの劣化などに対応し、感度の変動に合わせてゲイン調整を適宜行うことができる。
【００１９】
請求項２に係る発明によると、感度取得手段は、複数の検出位置における各検出値に基づいてセンサの感度を取得する。また、センサは、供給手段により異なる複数の周波数に設定された励磁電流を供給され、複数の検出位置において、各周波数に応じた各検出値をそれぞれ出力する構成としている。このように、渦電流式検査装置におけるセンサは、異なる複数の周波数の励磁電流を同時に、または周波数の設定を変更して複数回に亘り供給される。ここで、励磁電流の周波数は、高く設定されるほど浸透深さが浅くなり、低く設定されるほど浸透深さが深くなる。そこで、一般に、渦電流を用いた検査において励磁電流の周波数は、被検体における検査対象の部位により適宜設定される。
【００２０】
そして、上記の構成により出力された各周波数に応じた各検出値について、複数の周波数のうち低周波数側における複数の検出値に対する高周波数側における複数の検出値の変化の挙動は、センサの感度によって異なる。つまり、感度取得手段は、複数の周波数に設定された励磁電流により異なる複数の検出位置においてそれぞれ出力された各検出値に基づいて、センサの感度をより正確に取得することができる。また、励磁電流に対して複数の周波数を設定可能なセンサは、各周波数に応じた各検出値を同時に出力可能である。これに対して、励磁電流に対して単数の周波数のみ設定可能なセンサは、先ず複数の検出位置において周波数に応じた検出値をそれぞれ出力する。そして、周波数を変更した後、複数の検出位置において周波数に応じた検出値をそれぞれ出力する。このような構成においても、複数の周波数が設定された励磁電流を供給される場合と同様の効果を奏する。
【００２１】
請求項３に係る発明によると、感度取得手段は、各周波数のうち基準とする基準周波数に応じた各検出値に対する他の周波数に応じた各検出値の変化の割合に基づいてセンサの感度を取得する構成としている。上述したように、複数の周波数のうち低周波数側における複数の検出値に対する高周波数側における複数の検出値の変化の挙動は、センサの感度によって異なる。そこで、例えば、複数の周波数のうち最も低く設定された周波数を基準周波数とする。そして、基準周波数に応じた各検出値に対して、基準周波数を除く他の周波数に応じた各検出値がどのように変化するかを求める。これにより算出される各検出値の変化の割合に基づいて、感度取得手段は、センサの感度をより高精度に取得することができる。また、この変化の割合については、予め設定された所定区間における各検出値に基づいて、最小自乗法などにより近似直線を算出し、その直線の傾きから求められるものとしてもよい。その他には、上記の所定区間において区間両端の検出値を通る直線の傾きとしたり、複数の検出値により算出される曲線上の点における接線の傾きとしたりすることで求めることができる。
【００２２】
請求項４に係る発明によると、感度取得手段は、複数の検出位置における距離および検出値に基づいてセンサの感度を取得する。また、センサは、供給手段により単数の周波数に設定された励磁電流を供給され、複数の検出位置において、設定された周波数に応じた検出値をそれぞれ出力する構成としている。センサが供給された励磁電流の周波数に応じて出力した複数の検出値について、被検体に近接側の検出位置における検出値に対する離反側の検出位置における検出値の変化の挙動は、センサの感度によって異なる。つまり、感度取得手段は、複数の検出位置における距離と、その検出位置において出力された検出値とに基づいて、センサの感度をより正確に取得することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明によると、感度取得手段は、複数の検出位置における距離に対する検出値の変化の割合に基づいてセンサの感度を取得する構成としている。上述したように、被検体に近接側の検出値に対する離反側の検出値の変化の挙動は、センサの感度によって異なる。そこで、例えば、クリアランスに対して、複数の検出値がどのように変化するかを求める。そして、この変化の割合については、予め設定された所定区間における複数の検出値に基づいて、最小自乗法などにより近似直線を算出し、その直線の傾きから求められるものとしてもよい。その他には、上記の所定区間において区間両端の検出値を通る直線の傾きとしたり、複数の検出値により算出される曲線上の点における接線の傾きとしたりすることで求めることができる。このようにして算出された変化の割合に基づいて、感度取得手段は、センサの感度をより高精度に取得することができる。
【００２４】
請求項６に係る発明によると、感度取得手段により取得したセンサの感度と予め設定された基準感度とに基づいて、センサの感度を補正する補正手段をさらに備える構成としている。ここで、例えば、センサの経年劣化などによりセンサの先端部が摩耗しセンサの感度が変動した場合に、これに応じて検出値が変化し誤検出するおそれがある。そこで、感度取得手段が取得したセンサの感度と基準感度とに基づいて、適正な感度に調整するための補正量を算出する。これにより、補正手段は、適正なゲイン調整を行うことができるので、より高精度に被検体の物理特性を検査できるので、種々の検査における誤検出を防止することができる。
【００２５】
ここで、センサが出力する検出値から高精度に被検体の物理特性を検査するためにはセンサの感度をある程度高める必要があるが、高感度になるに伴い電気的なノイズが増大することになる。そこで、検査対象とする被検体の材質特性を含む物理特性やセンサの特性などに基づいて、渦電流を用いた検査を適正に行うことができる感度にゲイン調整し、この時の感度を「基準感度」としている。
【００２６】
請求項７に係る発明によると、感度取得手段により取得したセンサの感度に基づいて、被検体と接触するセンサの先端部の摩耗量を判定する摩耗量判定手段をさらに備える構成としている。上述したように、センサの感度の変動は、検査において被検体に対して接触した先端部が摩耗することが一因と考えられる。そして、先端部の摩耗量が大きくなると、適正な検査を行うために、センサまたはセンサの先端部の交換が必要となる。そこで、上記構成とすることで、検査におけるセンサの先端部がどの程度摩耗しているかを判定し、センサなどの交換時期を得られる。これにより、渦電流式検査装置として、適正な検査状態を維持することができる。
【００２７】
請求項８に係る発明によると、センサは、被検体である工作物の加工変質層、傷および焼き入れに応じた検出値を出力する構成としている。つまり、渦電流式検査装置は、工作物の加工変質層の有無およびその変質状態を検査する加工変質層検出装置、または工作物に生じた傷を検出する探傷試験装置などに適用した構成としている。例えば、工作物の高品質化を図るために微小な加工変質層、傷などの検出を要することがある。このような場合に、センサの感度の変動に伴い検出値が変動すると、この検出値の変動幅と微小な加工変質層を検出するために設定された閾値との関係から誤検出となるおそれがある。
【００２８】
そこで、上記の構成とすることで、例えば、センサの感度の変動に合わせてゲイン調整を適宜行うことができる。これにより、センサの感度に応じて適正な被検体の物理特性を検出することができるので、より高精度な渦電流式の検査が可能となる。このように、工作物の高品質化を図るため工作物の微小な加工変質層や傷、または工作物の焼き入れ状態などを詳細に把握する必要がある場合に、本発明の渦電流式検査装置を適用した加工変質層検出装置などは特に有用である。
【００２９】
請求項９に係る発明によると、渦電流式検査方法は、感度取得工程において、距離の異なる複数の検出位置においてセンサにより出力された複数の検出値に基づいて、センサの感度を取得する構成としている。この渦電流式検査方法のセンサは、供給工程から供給される励磁電流により被検体の内部に渦電流を誘導し、渦電流の変化に応じた検出値を出力する磁気センサとしている。ここで、渦電流式検査方法は、移動工程によりセンサを被検体に対して所定距離（接触状態を含む）に移動させ、センサが出力する検出値に基づいて被検体の物理特性を検査している。これにより、被検体における加工変質層や傷の有無および変質状態、被検体の焼き入れ状態などを検出している。
【００３０】
このような構成により、渦電流式検査方法は、センサが移動の際に出力した検出値を利用することができるため、感度を取得するために被検体をマスターワークなどに交換する必要がない。よって、渦電流式検査方法は、従来と比較して簡易な構成によりセンサの感度を取得できる。また、センサを被検体に対して接近または離反する度にセンサの感度を取得することができるため、センサの劣化などに対応し、感度の変動に合わせてゲイン調整を適宜行うことができる。
また、本発明の渦電流式検査装置としての他の特徴部分について、本発明の渦電流式検査方法に同様に適用可能である。そして、この場合における効果についても、上記渦電流式検査装置としての効果と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第一実施形態：加工変質層検出装置１の外観を示す概略図である。
【図２】加工変質層検出装置１の磁気センサ１０の内部を透視して示す側面図である。
【図３】磁気センサのブリッジ回路を示す回路図である。
【図４】渦電流を誘導された工作物２の疑似回路を示す回路図である。
【図５】加工変質層の検査における位相と検出値を示すグラフである。
【図６】クリアランスと検出値の関係を示すグラフである。
【図７】基準周波数の検出値に対する他の周波数の検出値を示すグラフである。
【図８】クリアランスに対するインピーダンスの変化を示す概念図である。
【図９】検出値の変化の割合と結合係数の対応表である。
【図１０】結合係数とインピーダンスから推定される材質特性の対応表である。
【図１１】第二実施形態：加工変質層検出装置１０１を示す側面図である。
【図１２】クリアランスと検出の関係を示すグラフである。
【図１３】検出値の変化量と結合係数の対応表である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の渦電流式検査装置および渦電流式検査方法を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各実施形態においては、渦電流式検査装置および渦電流式検査方法を適用した加工変質層検出装置を例示する。
【００３３】
＜第一実施形態＞
（加工変質層検出装置１の構成）
本発明の加工変質層検出装置１について、図１，２を参照して説明する。加工変質層検出装置１は、図１，２に示すように、磁気センサ１０（本発明の「センサ」に相当する）と、回転支持部２０と、制御装置３０を主体として構成される。工作物２は、磁性材料からなり、筒状または柱状、板状、自由曲面状などの形状を含む被加工部材である。この工作物２は、加工変質層検出装置１による検査対象の被検体であり、工作物２の検査表面における加工変質層の有無および変質状態を検査される。本実施形態において、工作物２は、周面を検査表面とする円筒状部材であるものとして説明する。また、工作機械３は、円筒状または円柱状の工作物２の外周面を研削加工する研削盤としている。なお、本発明の加工変質層検出装置および加工変質層検出方法は、工作機械３として、研削盤の他に、旋盤およびマシニングセンタなどの切削加工機を適用することもできる。
【００３４】
また、加工変質層検出装置１は、渦電流式の磁気を用いた磁気方式の非破壊検査により、被検体（工作物２）の加工変質層に応じた信号を出力するものである。ここで、渦電流式による加工変質層の検査について説明する。一般に、渦電流式は、一次コイルにより被検体に磁場を印加し、励磁電流を流すことで渦電流を誘導する。そして、磁場を印加する一次コイルと被検体とを相対的に移動させ、この移動によって変化する渦電流の誘導起電力を二次コイルによって検知する。渦電流式の検査は、検知される誘導起電力が加工変質層の変質状態に伴って変化することから、渦電流の変化による誘導起電力の値や変化量などに基づいて加工変質層の検出を図るものである。
【００３５】
磁気センサ１０は、センサ本体１１と、センサヘッド１２と、測定装置１３と、タッチセンサ１４と、センサ送り機構１５を有している。センサ本体１１は、後述する制御装置３０の供給部３１より低周波側の第一周波数および高周波側の第二周波数を設定された励磁電流を供給される。そして、センサ本体１１は、センサヘッド１２が工作物２に磁場を印加するように上記励磁電流をセンサヘッド１２に供給する。センサヘッド１２は、供給された励磁電流により工作物２に磁場を印加して、工作物２の内部に渦電流を誘導する。これにより、センサヘッド１２は、第一周波数および第二周波数を設定した励磁電流の周波数に応じたそれぞれの浸透深さにおいて、工作物２の変質状態に伴って変化する誘導起電力を信号としてそれぞれ検出している。
【００３６】
測定装置１３は、図２に示すように、センサヘッド１２が検出した信号をセンサ本体１１から信号線を介して受信している。そして、測定装置１３は、この出力信号の値を磁気センサ１０の検出値として、後述する制御装置３０へ出力している。タッチセンサ１４は、センサ本体１１の内部において、センサヘッド１２の基端部に設けられた接触式のセンサである。このタッチセンサ１４は、センサヘッド１２を工作物２に所定の付勢力（押圧力）によって付勢するばね１４ａを有する。ばね１４ａにより、本実施形態において、センサヘッド１２は、加工変質層を検出する検査において、工作物２と常に接触した状態となっている。そして、タッチセンサ１４は、ばね１４ａの伸縮状態に基づいて、センサヘッド１２が工作物２に対して接触または非接触の何れの状態にあるかを検出する。タッチセンサ１４は、検出したセンサヘッド１２の先端部の接触情報を制御装置３０へ出力している。
【００３７】
センサ送り機構１５は、センサ本体１１の後方部（工作物２と反対側）に設けられ、センサ本体１１を工作物２の軸方向および径方向に移動可能に保持する機構である。センサ送り機構１５は、ボールねじとサーボモータ、または、油圧機構などにより構成される。また、センサ送り機構１５は、工作物２とセンサ本体１１の距離を変動させるように、工作物２に対してセンサ本体１１を相対移動させる移動手段である。そして、センサ送り機構１５は、センサ本体１１を保持する保持部の移動方向位置（工作物２における径方向位置）を図示しないサーボモータから検出する。センサ送り機構１５は、検出したセンサ本体１１の位置情報を制御装置３０へ出力している。これにより、制御装置３０は、タッチセンサ１４によるセンサヘッド１２の接触情報と、センサ送り機構１５によるセンサ本体１１の位置情報と、に基づいてセンサヘッド１２の検査表面に対する離間距離（クリアランス）を検知している。
【００３８】
回転支持部２０は、図２に示すように、駆動輪２１と、調整車２２を有し、工作物２を回転可能に支持している。駆動輪２１は、工作物２の周面と接触し、図示しないモータにより回転駆動することで工作物２を回転させている。また、駆動輪２１は、当該モータの回転位置を検出するエンコーダ２１ａを有する。エンコーダ２１ａは、検出したモータの回転位置情報を制御装置３０へ出力している。これにより、制御装置３０は、初期情報である工作物２の直径や周長などを含む形状情報と、モータの回転位置情報と、に基づいてセンサヘッド１２の工作物２に対する周方向位相を検知している。調整車２２は、駆動輪２１と共に工作物２を支持し、工作物２の周面との摩擦力により従動回転している。
【００３９】
制御装置３０は、供給部３１と、感度取得部３２と、補正部３３と、摩耗量判定部３４を有している。供給部３１は、第一周波数および第二周波数を設定した励磁電流を磁気センサ１０のセンサ本体１１に供給する磁気センサ１０の供給手段である。この供給部３１は、測定装置１３を介してセンサ本体１１と連結され、第一周波数および第二周波数を設定した励磁電流をセンサ本体１１に同時に供給している。つまり、センサ本体１１は、供給部３１により同時に複数の周波数の励磁電流を供給されることになる。これにより、磁気センサ１０は、同時に複数の浸透深さにおける加工変質層の有無および変質状態を検査している。第一周波数および第二周波数は、本発明の「所定の周波数」に相当する。
【００４０】
感度取得部３２は、磁気センサ１０により出力された検出値に基づいて、磁気センサ１０の感度を取得する感度取得手段である。また、感度取得部３２は、制御装置３０に入力されたセンサヘッド１２の接触情報およびセンサ本体１１の位置情報からクリアランスを算出する。そして、当該クリアランスとなる位置を磁気センサ１０による検出値が検出された検出位置として関連付けている。補正部３３は、ゲイン調整することにより磁気センサ１０の感度を補正する補正手段である。この補正部３３は、感度取得部３２により取得した磁気センサ１０の感度と、制御装置３０に記憶されている予め設定されている基準感度とに基づいて、適正な感度に調整するための補正量を算出する。そして、補正部３３は、この補正量により磁気センサ１０のゲイン調整を行う。
【００４１】
ここで、磁気センサ１０が出力する検出値から加工変質層の有無および変質状態を検出するには磁気センサ１０の感度をある程度高める必要があるが、高感度になるに伴い電気的なノイズが増大することになる。そこで、検査対象とする被検体の材質特性を含む物理特性や磁気センサ１０の特性などに基づいて、加工変質層を検出する検査を適正に行うことができる感度にゲイン調整している。本実施形態において、調整された磁気センサ１０の感度を「基準感度」としている。
【００４２】
摩耗量判定部３４は、磁気センサ１０におけるセンサヘッド１２の先端部の摩耗量を判定する摩耗量判定手段である。本実施形態における磁気センサ１０は、加工変質層の検査において、センサヘッド１２を工作物２に接触させた状態となっている。そのため、繰り返しの検査により、センサヘッド１２の先端部が工作物２との摩擦により摩耗する。また、センサヘッド１２が摩耗すると、センサヘッド１２に埋設されているコイルと工作物２との距離が変化することから、センサヘッド１２の感度が変動する。そこで、摩耗量判定部３４は、感度取得部３２により取得した磁気センサ１０の感度に基づいて、センサヘッド１２の摩耗量がどの程度であるかを判定する。磁気センサ１０の感度の取得、補正および摩耗量の判定の詳細については後述する。
【００４３】
（加工変質層検出装置１による検査）
加工変質層検出装置１による検査について、図３〜図５を参照して説明する。加工変質層検出装置１は、まず供給工程として、供給部３１により第一周波数および第二周波数に設定された励磁電流を磁気センサ１０に供給する。これにより、磁気センサ１０は、被検体に対して磁場を印加可能な状態となる。次に、移動工程として、磁気センサ１０に励磁電流が供給された状態で、センサ送り機構１５によりセンサ本体１１を工作物２に等速で接近させる。そして、工作物２とセンサヘッド１２の距離であるクリアランスが徐々に小さくなり、センサヘッド１２の先端部が工作物２の周面に接触する。
【００４４】
この時、磁気センサ１０のタッチセンサ１４は、センサヘッド１２の基端部に配置されたばね１４ａが収縮し始めた際に、工作物２とセンサヘッド１２が接触状態となったものとして、制御装置３０にその接触情報を出力する。これにより、制御装置３０は、センサ送り機構１５によるセンサ本体１１の工作物２への接近を停止する。
【００４５】
ここで、磁気センサ１０は、図３に示すように、内部にブリッジ回路が構成されている。本実施形態における磁気センサ１０は、被検体に磁場を印加する励磁コイル（一次コイル）と、誘導起電力を検出する検出コイル（二次コイル）とが一体の励磁兼検出コイルとしている。そして、磁気センサ１０は、この励磁兼検出コイルの他に、キャリブレーションコイルおよび複数の可変抵抗からブリッジ回路を構成し、当該ブリッジ回路におけるそれぞれのインピーダンスをＺ１〜Ｚ４として示している。
【００４６】
次に、磁気センサ１０は、加工変質層が生じていないマスターワークにセンサヘッド１２の先端部が接触している状態で、励磁電流を供給される。そして、磁気センサ１０は、センサヘッド１２の先端部が被検体やマスターワークと十分離間した状態で、増幅回路を設定することでゲイン調整される。また、可変抵抗の抵抗値を調整することにより、ブリッジ回路の平衡バランスを取り、増幅回路に電流が流れない状態とする。このようなブリッジ回路により、出力される検出値Ｖは、［数１］に示すように、各インピーダンスＺ１〜Ｚ４との相関関係がある。
【００４７】
［数１］
Ｖ＝Ｅ｛Ｚ１／（Ｚ２＋Ｚ１)−Ｚ４／（Ｚ３＋Ｚ４）｝
Ｖ：検出値
Ｅ：交流電源の実効値
Ｚ１〜Ｚ４：インピーダンス
【００４８】
また、上記の励磁兼検出コイルのインピーダンスＺ１は、図４に示すように、磁場を印加された被検体を疑似回路とみなすことにより、［Ｚ１＝Ｖ１／Ｉ１］から算出することができる。この時、Ｖ１は電圧値、Ｉ１は電流値としている。これにより、例えば、検査対象とする工作物２の表層に加工変質層が生じていると、その部位の透磁率が低いことから工作物２の抵抗値Ｒ２が大きくなり、励磁兼検出コイルのインピーダンスＺ１が変動する。そうすると、磁気センサ１０のブリッジ回路のバランスが崩れ、増幅回路に電流が流れ検出値が出力される。
【００４９】
このような疑似回路において、各コイルの相互誘導係数Ｍは、［数２］に示すように、各コイルのインダクタンスＬ０，Ｌ２との相関関係がある。また、結合係数Ｋは、被検体とセンサヘッド１２の距離（クリアランス）などにより決まる定数である。つまり、結合係数Ｋは、インピーダンスＺ１と相関関係があることから、インピーダンスＺ１の変動により出力される検出値と相関関係がある。よって、複数の検出値から結合係数Ｋを求めることにより、その検出値を出力した磁気センサ１０の感度がどの程度であるかを取得することができる。
【００５０】
［数２］
Ｍ＝Ｋ√（Ｌ０・Ｌ２）
Ｍ：相互誘導係数（相互インダクタンス）
Ｋ：結合係数
Ｌ０：センサ側コイルのインダクタンス
Ｌ２：工作物側疑似コイルのインダクタンス
【００５１】
続いて、センサヘッド１２が工作物２に接触している状態で、回転支持部２０により工作物２を回転させるとともに、センサ送り機構１５によりセンサ本体１１を工作物２の軸方向に適宜移動させる。この時、回転支持部２０のエンコーダ２１ａにより検出された駆動輪２１モータの回転位置情報を制御装置３０へ出力している。これにより、第一周波数および第二周波数の浸透深さにおける加工変質層の有無および変質状態に応じた検出値が出力される。そして、制御装置３０は、図５に示すように、所定の軸方向位置における研削焼けが生じた加工変質層の検査結果を取得する。本実施形態において制御装置３０は、閾値Ｔが予め設定され、検出値がこの閾値Ｔを超えた工作物２の位相に加工変質層が生じているものと判定する。
【００５２】
加工変質層検出装置１は、検査対象の工作物２について、全周に亘って加工変質層の検査を終了すると、移動工程として、磁気センサ１０に励磁電流が供給された状態で、センサ送り機構１５によりセンサ本体１１を工作物２に等速で離反させる。そうすると、タッチセンサ１４のばね１４ａにより工作物２にセンサヘッド１２を付勢していた付勢力が徐々に小さくなり、センサヘッド１２の先端部が工作物２の周面から離脱する。
【００５３】
この時、磁気センサ１０のタッチセンサ１４は、センサヘッド１２の基端部に配置されたばね１４ａの伸張し終えた際に、工作物２とセンサヘッド１２が非接触状態となったものとして、制御装置３０にその接触情報を出力する。これにより、制御装置３０は、センサ本体１１が工作物２に対して十分に離反した後に、センサ送り機構１５によるセンサ本体１１の工作物２からの離反を停止する。このようにして、加工変質層検出装置１は、加工変質層の有無または変質状態の検査を行う。
【００５４】
（磁気センサ１０の感度の取得）
本実施形態における磁気センサ１０の感度の取得について、図６〜図１０を参照して説明する。先ず、加工変質層検出装置１は、感度取得工程として、加工変質層を検出した後に工作物２からセンサ本体１１を離反させる移動工程において、クリアランスの異なる複数の検出位置で出力された複数の検出値を取得する。各検出位置では、第一周波数および第二周波数に設定された励磁電流によりそれぞれに対応した各検出値が出力される。
【００５５】
ここで、第一周波数と比較して高い周波数である第二周波数は検査対象の部位が被検体の表層側となるため、クリアランスの増大に伴う検出値の変化量も大きい。このように高周波数側および低周波数側の検出値を通る曲線は、設定された周波数によって異なるが、周波数の相違に加えて磁気センサ１０の感度によっても異なることが分かった。具体的には、図６に示すように、磁気センサ１０の感度が高い場合に、高周波数側および低周波数側の検出値は、クリアランスの増大に伴う変化量が大きい。特に低周波数側の変化量の増分が大きいため、それぞれの検出値による曲線Ｃｈ１，Ｃｈ２も近づくことになる。一方で、磁気センサ１０の感度が低い場合に、高周波数側および低周波数側の検出値は、クリアランスの増大に伴う変化量が小さい。よって、それぞれの検出値による曲線Ｃｌ１，Ｃｌ２は、感度が高い場合と比較して離間している。
【００５６】
このように、異なる複数の検出位置において出力された第一周波数および第二周波数の検出値の変化の挙動は、磁気センサ１０の感度によって異なる。そこで、本実施形態において感度取得部３２は、第一周波数を基準周波数とし、基準周波数（第一周波数）に応じた検出値に対する他の周波数（第二周波数）に応じた検出値の変化の割合αを算出している。より具体的には、図７に示すように、基準周波数に応じた検出値Ｖｓ１，Ｖｓ２の変化量ΔＶｓと、他の周波数に応じた検出値Ｖｅ１，Ｖｅ２の変化量ΔＶｅと、に基づいて変化の割合α＝ΔＶｅ／ΔＶｓを算出している。
【００５７】
ここで、上述したように、加工変質層検出装置１の構成におけるインピーダンスＺ１は、工作物２と磁気センサ１０の距離により変動する。このインピーダンスＺ１は、図８に示すように、コイル抵抗成分（実軸）とリアクタンス成分（虚軸）からなり、クリアランスなどにより決まる定数である結合係数Ｋと相関関係にある。この結合係数Ｋの取り得る範囲は、０以上１以下である。例えば、結合係数Ｋが１の場合に、インピーダンスＺ１の取り得る値の軌跡Ｌｏ１は、図８における最も外側の曲線を描く。また、結合係数Ｋが１よりも小さくなると、インピーダンスＺ１の取り得る値の軌跡Ｌｏ２，Ｌｏ３は、図８における、内側に縮小したような曲線を描く。
【００５８】
ここで、被検体である工作物２の周面とセンサヘッド１２の先端部の距離が大きく離れているとき、すなわちクリアランスが十分に大きいとき、結合係数Ｋは０となる。これに対して、クリアランスが小さくなっていくと結合係数Ｋは０から大きくなっていき、被検体である工作物２の周面とセンサヘッド１２の先端部が接触した被検体接触時（クリアランスが０）に結合係数Ｋは最大となる。そして、この被検体接触時における結合係数Ｋの最大値は、そのセンサの感度によって異なる。そこで、被検体接触時の結合係数をＫＴとおくと、結合係数ＫＴが小さいセンサは感度が低く、結合係数ＫＴが大きい（１または１に近い）センサは感度が高いものと判断することができる。すなわち、被検体接触時の結合係数ＫＴはそのセンサの感度を示すパラメータといえる。
【００５９】
また、図８において、インピーダンスＺ１の軌跡Ｌｏ１〜Ｌｏ３と交差する曲線Ｃｒ１，Ｃｒ２は、励磁電流に設定された周波数および検査対象である被検体の材質特性により決まる曲線である。この材質特性は、被検体の透磁率および比抵抗などの特性であり、加工変質層が生じていない部位であれば被検体毎に一定とみなすことができる。よって、被検体の材質特性をθとおくことにする。第一周波数および第二周波数に応じたそれぞれの曲線Ｃｒ１，Ｃｒ２と、インピーダンスＺ１の軌跡Ｌｏ１〜Ｌｏ３との交点がその周波数に設定された励磁電流により検査した際のインピーダンスＺ１の値である。
【００６０】
このように、結合係数Ｋと磁気センサ１０による検出値には相関関係があることから、実験および有限要素法による磁場解析により、検出値の変化の割合αと被検体接触時の結合係数ＫＴの関係と、被検体接触時の結合係数ＫＴおよびインピーダンスＺ１と被検体の材質特性θの関係と、を予め取得することができる。そこで、本実施形態では、上記の実験および解析に基づいて、図９，１０に示すように、それぞれの関係を示す対応表を予め作成し、磁気センサ１０の感度を取得する構成としている。
【００６１】
感度取得工程において、制御装置３０の感度取得部３２は、基準周波数（第一周波数）に応じた各検出値に対する他の周波数（第二周波数）に応じた各検出値の変化の割合αを算出する（図７を参照）。そして、算出した変化の割合αと、図９の対応表とに基づいて、被検体接触時の結合係数ＫＴを導出する。このように、導出された被検体接触時の結合係数ＫＴにより、各周波数に応じた各検出値を出力した磁気センサ１０の感度がどの程度であるかを取得することができる。
【００６２】
次に、基準周波数に応じた検出値Ｖを［数１］に代入し、インピーダンスＺ１を算出する。そして、算出したインピーダンスＺ１および被検体接触時の結合係数ＫＴと、図１０の対応表とに基づいて、材質特性θを導出する。ここで、予め設定された基準結合係数Ｋｓｔｄおよび導出した材質特性θと、図１０の対応表に基づいて、基準インピーダンスＺｓｔｄを導出する。この基準結合係数Ｋｓｔｄは、結合係数の基準値として設定された値であって、基準感度に対応する結合係数である。また、基準インピーダンスＺｓｔｄは、導出された材質特性θにおいて、基準感度（または基準結合係数Ｋｓｔｄ）に対応するインピーダンスである。
【００６３】
導出した基準インピーダンスＺｓｔｄを［数１］に代入し、基準出力値Ｖｓｔｄを算出する。この基準出力値Ｖｓｔｄは、本来、この材質特性θとする被検体の場合に出力されるべき検出値である。よって、加工変質層検出装置１は、補正工程として、検出値Ｖが基準出力値Ｖｓｔｄと等しくなるように補正量を算出しゲイン調整を行う。制御装置３０の補正部３３は、導出した被検体接触時の結合係数ＫＴに基づいて取得された磁気センサ１０の感度と予め設定された基準感度とに基づいて、磁気センサ１０の感度を補正する。本実施形態において、補正部３３は、より具体的にそれぞれの感度における検出値Ｖ，Ｖｓｔｄが等しくなるようにゲイン調整することで、磁気センサ１０の感度の補正としている。
【００６４】
また、加工変質層検出装置１は、摩耗量判定工程として、磁気センサ１０が出力した検出値Ｖのこれまでに変動に基づいて、センサヘッド１２の先端部が初期状態からの摩耗量を判定する。制御装置３０の摩耗量判定部３４は、導出した被検体接触時の結合係数ＫＴに基づいて取得された磁気センサ１０の感度と予め設定された基準感度とに基づいて、磁気センサ１０におけるセンサヘッド１２の先端部の摩耗量がどの程度であるかを判定する。本実施形態において、摩耗量判定部３４は、より具体的にそれぞれの感度における検出値Ｖ，Ｖｓｔｄの変化量に基づいて、当該摩耗量を判定している。そして、制御装置３０は、摩耗量が所定以上になった場合に、センサまたはセンサヘッド１２の交換時期と判断し、作業者へ交換を促すように表示などを適宜行う。
【００６５】
（加工変質層検出装置１による効果）
上述した加工変質層検出装置１によれば、加工変質層検出装置１の感度取得部３２は、距離の異なる複数の検出位置において磁気センサ１０により出力された複数の検出値に基づいて、磁気センサ１０の感度を取得する構成としている。また、加工変質層を検出する検査において、磁気センサ１０は、センサ送り機構１５により被検体である工作物２に対して接近および離反する。そのため、加工変質層検出装置１は、磁気センサ１０が移動の際に出力した検出値を利用することができるため、感度を取得するために工作物２をマスターワークなどに交換する必要がない。よって、加工変質層検出装置１は、従来と比較して簡易な構成により磁気センサ１０の感度を取得できる。また、磁気センサ１０を工作物２に対して接近または離反する度に磁気センサ１０の感度を取得することができるため、磁気センサ１０の劣化などに対応し、感度の変動に合わせてゲイン調整を適宜行うことができる。
【００６６】
制御装置３０の感度取得部３２は、複数の検出位置における各検出値に基づいて磁気センサ１０の感度を取得する。また、磁気センサ１０は、供給部３１により異なる複数の周波数に設定された励磁電流を供給され、複数の検出位置において、各周波数に応じた各検出値をそれぞれ出力する構成としている。そして、この構成により出力された各周波数に応じた各検出値について、複数の周波数のうち低周波数側における複数の検出値に対する高周波数側における複数の検出値の変化の挙動は、磁気センサ１０の感度によって異なる。つまり、感度取得部３２は、複数の周波数に設定された励磁電流により異なる複数の検出位置においてそれぞれ出力された各検出値に基づいて、磁気センサ１０の感度をより正確に取得することができる。
【００６７】
制御装置３０の感度取得部３２は、基準周波数（第一周波数）に応じた各検出値に対する他の周波数（第二周波数）に応じた各検出値の変化の割合αに基づいて磁気センサ１０の感度を取得する構成としている。加工変質層検出装置１は、基準周波数に応じた各検出値に対して、基準周波数を除く他の周波数に応じた各検出値がどのように変化するかを求める。これにより算出される各検出値の変化の割合αに基づいて、感度取得部３２は、磁気センサ１０の感度をより高精度に取得することができる。また、この変化の割合αについては、予め設定された所定区間における各検出値に基づいて、最小自乗法などにより近似直線を算出し、その直線の傾きから求められるものとしてもよい。その他には、上記の所定区間において区間両端の検出値を通る直線の傾きとしたり、複数の検出値により算出される曲線上の点における接線の傾きとしたりすることで求めることができる。
【００６８】
加工変質層検出装置１は、感度取得部３２により取得した磁気センサ１０の感度と予め設定された基準感度とに基づいて、磁気センサ１０の感度を補正する補正部３３をさらに備える構成としている。ここで、例えば、磁気センサ１０の経年劣化などにより磁気センサ１０の先端部が摩耗し磁気センサ１０の感度が変動した場合に、これに応じて検出値が変化し誤検出するおそれがある。そこで、感度取得部３２が取得した磁気センサ１０の感度と基準感度とに基づいて、適正な感度に調整するための補正量を算出する。これにより、補正部３３は、適正なゲイン調整を行うことができるので、より高精度に加工変質層の変質状態を検出できるので、当該検査における誤検出を防止することができる。
【００６９】
加工変質層検出装置１は、感度取得部３２により取得した磁気センサ１０の感度に基づいて、工作物２と接触する磁気センサ１０の先端部の摩耗量を判定する摩耗量判定部３４をさらに備える構成としている。上述したように、磁気センサ１０の感度の変動は、検査において工作物２に対して接触した先端部が摩耗することが一因と考えられる。そして、先端部の摩耗量が大きくなると、適正な検査を行うために、磁気センサ１０または磁気センサ１０の先端部の交換が必要となる。そこで、上記構成とすることで、検査における磁気センサ１０の先端部がどの程度摩耗しているかを判定し、磁気センサ１０などの交換時期を得られる。これにより、加工変質層検出装置１として、適正な検査状態を維持することができる。
【００７０】
本実施形態において、加工変質層検出装置１は、本発明の渦電流式検査装置を適用したものとし、磁気センサ１０が被検体である工作物２の加工変質層に応じた検出値を出力する構成としている。そして、上記のように適正な検査状態を維持することにより、より高精度な渦電流式の検査が可能となる。このように、工作物２の高品質化を図るため工作物２の微小な加工変質層の有無および変質状態を詳細に把握する必要がある場合に、本発明の渦電流式検査装置を適用した加工変質層検出装置などは特に有用である。
【００７１】
＜第一実施形態の変形態様＞
本実施形態において、制御装置３０の感度取得部３２は、第一周波数を基準周波数とし、基準周波数（第一周波数）に応じた検出値に対する他の周波数（第二周波数）に応じた検出値の変化の割合αを算出した。より具体的には、基準周波数に応じた検出値Ｖｓ１，Ｖｓ２の変化量ΔＶｓと、他の周波数に応じた検出値Ｖｅ１，Ｖｅ２の変化量ΔＶｅと、に基づいて変化の割合α＝ΔＶｅ／ΔＶｓを算出するものとした。これに対して、第一周波数および第二周波数のうち第二周波数を基準周波数とするものとしてもよい。
【００７２】
また、基準周波数に応じた検出値Ｖｓ１，Ｖｓ２となる区間を設定するものとした。この区間は、感度を取得するのに複数の周波数に応じた検出値の間で感度の差に影響されやすいなどの理由から適宜設定されるものとしてよい。さらに、多数の検出値を取得し、最小自乗法により近似直線を算出し、その傾きを変化の割合αとしてもよい。同様に、多数の検出値に対して、所定区間における平均、または特定のクリアランスにおける接線を上記の近似直線として算出し、その傾きを変化の割合αとしてもよい。このような構成においても同様の効果を奏する。
【００７３】
その他に、本実施形態では、説明を簡易にするために、第一、第二周波数の二種の周波数による場合について説明した。これに対して、三種以上の周波数により出力された検出値から磁気センサ１０の感度を取得してもよい。このような場合も同様に、三種以上の周波数のうちから基準周波数を設定するものとし、また、選択的に二種の周波数から本実施形態のように感度を取得しても良い。このような構成においても同様の効果を奏する。また、上述したように、本実施形態では複数の周波数により出力された検出値から変化の割合αを算出するものとしたが、この検出値が出力された際におけるクリアランスを位置情報として加えてもよい。これにより、より多面的に検出値の変化の挙動を評価し、磁気センサ１０の感度をより高精度に取得することができる。
【００７４】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の構成について、図１０〜図１３を参照して説明する。ここで、第一実施形態の加工変質層検出装置１は、異なる複数の周波数に設定された励磁電流を磁気センサ１０に供給し、磁気センサ１０の感度を取得するものとした。これに対して、第二実施形態の加工変質層検出装置１０１は、単数の周波数に設定された励磁電流を磁気センサ１０に供給し、磁気センサ１０の感度を取得する。なお、その他の構成については、第一実施形態と同一であるため、詳細な説明を省略する。以下、相違点のみについて説明する。
【００７５】
（加工変質層検出装置１０１の構成）
本発明の加工変質層検出装置１０１について、図１１を参照して説明する。加工変質層検出装置１０１は、図１１に示すように、磁気センサ１０（本発明の「センサ」に相当する）と、回転支持部２０と、制御装置１３０を主体として構成される。本実施形態において、磁気センサ１０のセンサ本体１１は、制御装置１３０の供給部１３１より第三周波数を設定された励磁電流を供給される。そして、センサ本体１１は、センサヘッド１２が工作物２に磁場を印加するように上記励磁電流をセンサヘッド１２に供給する。センサヘッド１２は、供給された励磁電流により工作物２に磁場を印加して、工作物２の内部に渦電流を誘導する。これにより、センサヘッド１２は、励磁電流に設定された第三周波数に応じたそれぞれの浸透深さにおいて、工作物２の変質状態に伴って変化する誘導起電力を信号として検出している。
【００７６】
制御装置１３０は、供給部１３１と、感度取得部１３２と、補正部３３と、摩耗量判定部３４を有している。供給部１３１は、第一実施形態の供給部３１が励磁電流に複数の周波数を設定したのに対して、励磁電流に単数の周波数を設定する。つまり、供給部１３１は、第三周波数を設定した励磁電流を磁気センサ１０のセンサ本体１１に供給する。第三周波数は、本発明の「所定の周波数」に相当する。
【００７７】
感度取得部１３２は、磁気センサ１０により出力された検出値に基づいて、磁気センサ１０の感度を取得する。また、感度取得部１３２は、タッチセンサ１４から制御装置１３０に入力されたセンサヘッド１２の接触情報と、センサ送り機構１５から制御装置１３０に入力されたセンサ本体１１の位置情報と、に基づいてクリアランスを算出する。そして、当該クリアランスとなる位置を磁気センサ１０による検出値が検出された検出位置として関連付けている。
【００７８】
（加工変質層検出装置１０１による検査）
加工変質層検出装置１０１による検査について説明する。加工変質層検出装置１０１は、まず供給工程として、供給部１３１により第三周波数に設定された励磁電流を磁気センサ１０に供給する。これにより、磁気センサ１０は、被検体に対して磁場を印加可能な状態となる。次に、移動工程として、磁気センサ１０に励磁電流が供給された状態で、センサ送り機構１５によりセンサ本体１１を工作物２に等速で接近させる。そして、工作物２とセンサヘッド１２の距離であるクリアランスが徐々に小さくなり、センサヘッド１２の先端部が工作物２の周面に接触する。
【００７９】
この時、磁気センサ１０のタッチセンサ１４は、センサヘッド１２の基端部に配置されたばね１４ａが収縮し始めた際に、工作物２とセンサヘッド１２が接触状態となったものとして、制御装置１３０にその接触情報を出力する。これにより、制御装置１３０は、センサ送り機構１５によるセンサ本体１１の工作物２への接近を停止する。続いて、センサヘッド１２が工作物２に接触している状態で、回転支持部２０により工作物２を回転させるとともに、センサ送り機構１５によりセンサ本体１１を工作物２の軸方向に適宜移動させる。これにより、第三周波数の浸透深さにおける加工変質層の有無および変質状態に応じた検出値が出力される。
【００８０】
加工変質層検出装置１０１は、検査対象の工作物２について、全周に亘って加工変質層の検査を終了すると、移動工程として、磁気センサ１０に励磁電流が供給された状態で、センサ送り機構１５によりセンサ本体１１を工作物２に等速で離反させる。そうすると、タッチセンサ１４のばね１４ａにより工作物２にセンサヘッド１２を付勢していた付勢力が徐々に小さくなり、センサヘッド１２の先端部が工作物２の周面から離脱する。
【００８１】
この時、磁気センサ１０のタッチセンサ１４は、センサヘッド１２の基端部に配置されたばね１４ａの伸張し終えた際に、工作物２とセンサヘッド１２が非接触状態となったものとして、制御装置１３０にその接触情報を出力する。これにより、制御装置１３０は、センサ本体１１が工作物２に対して十分に離反した後に、センサ送り機構１５によるセンサ本体１１の工作物２からの離反を停止する。このようにして、加工変質層検出装置１０１は、加工変質層の有無または変質状態の検査を行う。
【００８２】
（磁気センサ１０の感度の取得）
本実施形態における磁気センサ１０の感度の取得について、図１０，１２，１３を参照して説明する。先ず、加工変質層検出装置１０１は、感度取得工程として、加工変質層を検出した後に工作物２からセンサ本体１１を離反させる移動工程において、クリアランスの異なる複数の検出位置で出力された複数の検出値を取得する。各検出位置では、第三周波数に設定された励磁電流によりそれぞれに対応した各検出値が出力される。
【００８３】
ここで、図１２に示すように、クリアランスの増大に伴い磁気センサ１０により出力される検出値も増大する。検出値の変化量については、設定された周波数によって異なるが、周波数の相違に加えて磁気センサ１０の感度によっても異なることが分かった。具体的には、図１２に示すように、磁気センサ１０の感度が高い場合に、検出値は、クリアランスの増大に伴う変化量が大きい。一方で、磁気センサ１０の感度が低い場合に、検出値は、クリアランスの増大に伴う変化量が小さい。
【００８４】
このように、異なる複数の検出位置において出力された第三周波数の検出値の変化の挙動は、磁気センサ１０の感度によって異なる。そこで、本実施形態において感度取得部１３２は、複数の検出位置における距離（クリアランス）に対する検出値の変化の割合βを算出している。より具体的には、図１１，１２に示すように、所定のクリアランスＸａ，Ｘｂ（図１１においては、ΔＸａ，ΔＸｂとして示す）と、このクリアランスＸａ，Ｘｂにおける検出値の変化量ΔＶと、に基づいて変化の割合β＝ΔＶ／（Ｘｂ−Ｘａ）を算出している。
【００８５】
ここで、上述したように、加工変質層検出装置１０１の構成におけるインピーダンスＺ１は、工作物２と磁気センサ１０の距離により変動する。さらに、結合係数Ｋと磁気センサ１０による検出値には相関関係があることから、実験および有限要素法による磁場解析により、検出値の変化の割合βと被検体接触時の結合係数ＫＴの関係と、被検体接触時の結合係数ＫＴおよびインピーダンスＺ１と被検体の材質特性θの関係を予め取得することができる。そこで、本実施形態では、上記の実験および解析に基づいて、図１３，１０に示すように、それぞれの関係を示す対応表を予め作成し、磁気センサ１０の感度を取得する構成としている。また、図１３は、所定のクリアランスの変化量（Ｘｂ−Ｘａ）に対する検出値の変化量ΔＶと被検体接触時の結合係数ＫＴの関係を示す対応表としている。
【００８６】
感度取得工程において、制御装置１３０の感度取得部１３２は、第一の検出位置Ｘａにおける第三周波数に応じた検出値に対する第二の検出位置Ｘｂにおける第三周波数に応じた検出値の変化量ΔＶを算出する（図１２を参照）。そして、算出した変化量ΔＶと、図１３の対応表とに基づいて、被検体接触時の結合係数ＫＴを導出する。このように、導出された結合係数ＫＴにより、第三周波数に応じた複数の検出値を出力した磁気センサ１０の感度がどの程度であるかを取得することができる。
【００８７】
次に、第三周波数に応じた検出値Ｖを［数１］に代入し、インピーダンスＺ１を算出する。そして、算出したインピーダンスＺ１および被検体接触時の結合係数ＫＴと、図１０の対応表とに基づいて、材質特性θを導出する。ここで、予め設定された基準結合係数Ｋｓｔｄおよび導出した材質特性θと、図１０の対応表に基づいて、基準インピーダンスＺｓｔｄを導出する。さらに、導出した基準インピーダンスＺｓｔｄを［数１］に代入し、基準出力値Ｖｓｔｄを算出する。そして、加工変質層検出装置１０１は、補正工程として、検出値Ｖが基準出力値Ｖｓｔｄと等しくなるように補正量を算出しゲイン調整を行う。ここで、制御装置１３０の補正部３３によるゲイン調整、および摩耗量判定部３４による判定については、第一実施形態と同様なので詳細な説明を省略する。
【００８８】
（加工変質層検出装置１０１による効果）
このような構成においても第一実施形態と同様の効果を奏する。また、制御装置１３０の感度取得部１３２は、複数の検出位置Ｘａ，Ｘｂにおける距離（クリアランス）および検出値に基づいて磁気センサ１０の感度を取得する。そして、磁気センサ１０は、供給部１３１により単数からなる第三周波数に設定された励磁電流を供給され、複数の検出位置において、設定された周波数に応じた検出値をそれぞれ出力する構成としている。磁気センサ１０が供給された励磁電流の第三周波数に応じて出力した複数の検出値について、工作物２に近接側の検出位置における検出値に対する離反側の検出位置における検出値の変化の挙動は、磁気センサ１０の感度によって異なる。つまり、感度取得部３２は、複数の検出位置における距離と、その検出位置において出力された検出値とに基づいて、磁気センサ１０の感度をより正確に取得することができる。
【００８９】
また、制御装置１３０感度取得部１３２は、複数の検出位置における距離に対する検出値の変化の割合βに基づいて磁気センサ１０の感度を取得する構成としている。上述したように、工作物２に近接側の検出値に対する離反側の検出値の変化の挙動は、磁気センサ１０の感度によって異なる。そこで、上記構成とすることにより、感度取得部３２は、変化の割合βに基づいて磁気センサ１０の感度をより高精度に取得することができる。
【００９０】
＜第二実施形態の変形態様＞
本実施形態において、制御装置１３０の感度取得部１３２は、異なる複数の検出位置における距離（クリアランス）に対する検出値の変化の割合βを算出した。より具体的には、所定のクリアランスＸａ，Ｘｂと、このクリアランスＸａ，Ｘｂにおける検出値の変化量ΔＶと、に基づいて変化の割合β＝ΔＶ／（Ｘｂ−Ｘａ）を算出している。
【００９１】
このように、感度取得部１３２では、第一、第二の検出位置Ｘａ，Ｘｂ（クリアランスΔＸａ，ΔＸｂ）となる区間を設定するものとした。この区間は、感度を取得するのに複数の検出値の間で感度の差に影響されやすいなどの理由から適宜設定されるものとしてよい。さらに、多数の検出値を取得し、最小自乗法により近似直線を算出し、その傾きを変化の割合βとしてもよい。同様に、多数の検出値に対して、所定区間における平均、または特定のクリアランスにおける接線を上記の近似直線として算出し、その傾きを変化の割合βとしてもよい。このような構成においても同様の効果を奏する。
【００９２】
＜その他＞
第一、第二実施形態において、磁気センサ１０の感度を取得する感度取得工程では、加工変質層を検出した後に工作物２からセンサ本体１１を離反させる移動工程で出力された複数の検出値に基づいて、磁気センサ１０の感度を取得するものとした。これに対して、感度取得工程は、加工変質層を検出する前に工作物２へセンサ本体１１を接近させる移動工程で出力された複数の検出値に基づいて、磁気センサ１０の感度を取得するものとしてもよい。このような構成においても同様の効果を奏する。また、上記の接近および離反させる両移動工程において、出力された複数の検出値を対象としてもよい。これにより、加工変質層を検出する一回の検査による感度の変動量を算出できるとともに、センサヘッド１２の摩耗量などを判定することができる。
【００９３】
また、第一、第二実施形態において、本発明の渦電流式検査装置および渦電流式検査方法を適用した加工変質層検出装置を例示して説明した。これに対して、本発明の渦電流式検査装置および渦電流式検査方法は、その他に、探傷試験装置など渦電流を用いた各種検査装置に適用することができる。このような構成においても同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００９４】
１，１０１：加工変質層検出装置、 ２：工作物（被検体）、 ３：工作機械
１０：磁気センサ（センサ）、 １１：センサ本体、 １２：センサヘッド
１３：測定装置、 １４：タッチセンサ、 １４ａ：ばね
１５：センサ送り機構（移動手段）
２０：回転支持部、 ２１：駆動輪、 ２１ａ：エンコーダ、 ２２：調整車
３０，１３０：制御装置、 ３１，１３１：供給部（供給手段）
３２，１３２：感度取得部（感度取得手段）、 ３３：補正部（補正手段）
３４：摩耗量判定部（摩耗量判定手段）
Ｔ：閾値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁電流により検出体の内部に渦電流を誘導し、渦電流の変化に応じた検出値を出力するセンサと、
所定の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給する供給手段と、
前記被検体と前記センサの距離が変動するように、前記被検体に対して前記センサを相対移動させる移動手段と、
前記距離の異なる複数の検出位置において前記センサにより出力された複数の前記検出値に基づいて、前記センサの感度を取得する感度取得手段と、
を備えることを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記供給手段は、異なる複数の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給し、
前記センサは、複数の前記検出位置において、設定された各周波数に応じた各前記検出値をそれぞれ出力し、
前記感度取得手段は、複数の前記検出位置における各前記検出値に基づいて前記センサの感度を取得することを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記感度取得手段は、各周波数のうち基準とする基準周波数に応じた各前記検出値に対する他の周波数に応じた各前記検出値の変化の割合に基づいて前記センサの感度を取得することを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記供給手段は、単数の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給し、
前記センサは、複数の前記検出位置において、設定された周波数に応じた前記検出値をそれぞれ出力し、
前記感度取得手段は、複数の前記検出位置における前記距離および前記検出値に基づいて前記センサの感度を取得することを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記感度取得手段は、複数の前記検出位置における前記距離に対する前記検出値の変化の割合に基づいて前記センサの感度を取得することを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項において、
前記感度取得手段により取得した前記センサの感度と予め設定された基準感度とに基づいて、前記センサの感度を補正する補正手段をさらに備えることを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項において、
前記感度取得手段により取得した前記センサの感度に基づいて、前記工作物と接触する前記センサの先端部の摩耗量を判定する摩耗量判定手段をさらに備えることを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項において、
前記センサは、前記被検体である工作物の加工変質層、傷および焼き入れに応じた検出値を出力することを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項９】
励磁電流により被検体の内部に渦電流を誘導し、渦電流の変化に応じた検出値を出力するセンサと、
所定の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給する供給工程と、
前記被検体と前記センサの距離が変動するように、前記被検体に対して前記センサを相対移動させる移動工程と、
前記距離の異なる複数の検出位置において前記センサにより出力された複数の前記検出値に基づいて、前記センサの感度を取得する感度取得工程と、
を備えることを特徴とする渦電流式検査方法。
【請求項１】
励磁電流により検出体の内部に渦電流を誘導し、渦電流の変化に応じた検出値を出力するセンサと、
所定の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給する供給手段と、
前記被検体と前記センサの距離が変動するように、前記被検体に対して前記センサを相対移動させる移動手段と、
前記距離の異なる複数の検出位置において前記センサにより出力された複数の前記検出値に基づいて、前記センサの感度を取得する感度取得手段と、
を備えることを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記供給手段は、異なる複数の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給し、
前記センサは、複数の前記検出位置において、設定された各周波数に応じた各前記検出値をそれぞれ出力し、
前記感度取得手段は、複数の前記検出位置における各前記検出値に基づいて前記センサの感度を取得することを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記感度取得手段は、各周波数のうち基準とする基準周波数に応じた各前記検出値に対する他の周波数に応じた各前記検出値の変化の割合に基づいて前記センサの感度を取得することを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記供給手段は、単数の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給し、
前記センサは、複数の前記検出位置において、設定された周波数に応じた前記検出値をそれぞれ出力し、
前記感度取得手段は、複数の前記検出位置における前記距離および前記検出値に基づいて前記センサの感度を取得することを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記感度取得手段は、複数の前記検出位置における前記距離に対する前記検出値の変化の割合に基づいて前記センサの感度を取得することを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項において、
前記感度取得手段により取得した前記センサの感度と予め設定された基準感度とに基づいて、前記センサの感度を補正する補正手段をさらに備えることを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項において、
前記感度取得手段により取得した前記センサの感度に基づいて、前記工作物と接触する前記センサの先端部の摩耗量を判定する摩耗量判定手段をさらに備えることを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項において、
前記センサは、前記被検体である工作物の加工変質層、傷および焼き入れに応じた検出値を出力することを特徴とする渦電流式検査装置。
【請求項９】
励磁電流により被検体の内部に渦電流を誘導し、渦電流の変化に応じた検出値を出力するセンサと、
所定の周波数に設定された前記励磁電流を前記センサに供給する供給工程と、
前記被検体と前記センサの距離が変動するように、前記被検体に対して前記センサを相対移動させる移動工程と、
前記距離の異なる複数の検出位置において前記センサにより出力された複数の前記検出値に基づいて、前記センサの感度を取得する感度取得工程と、
を備えることを特徴とする渦電流式検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２５２８７７（Ｐ２０１１−２５２８７７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８５２０（Ｐ２０１０−１２８５２０）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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