JPH03108657A - 金属内異質層検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、焼入層・浸炭層・合金化処理層などの熱処理
部や溶接部等の母材とは異なった組織、硬化、その他物
性を持つ金属的異質層の形状、大きさなどを非破壊、非
接触によって検出する装置に関する。

〔従来の技術〕

金属を非破壊で検査する装置としては種々の装置が知ら
れている。

例えば、金属表面に向けて超音波を発振し、その反射し
た超音波を受信することで金属内部の亀裂等の欠陥を検
出する超音波探傷装置。

ソレノイドコイル、周波数可変発振器、演算部を備え、
ソレノイドコイルに同一周波数の電流を流して金属表面
との間に生じる渦電流の大きさによって浸炭層、焼入れ
層の深さを検出する渦流探傷装置。

等が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前者の装置であると、金属内部の亀裂等の欠陥の検査に
は好適であるか金庫内異質層の形状、大きさを検査でき
ないばかりか、センザー自体を金属表面に水、浦等の媒
体を介して接触させる必要があり、金属表面に媒体を供
給しながら検査せねばならず面倒であると共に、溶接部
などの高温部分を検査すると熱影響を受けてセンサーが
損傷することがある。

後者の装置であると、１つのソレノイドコイルを金属表
面に沿って移動してソレノイドコイルと対向する部分の
透磁率などの変化によって浸炭深さを検出するので、そ
の検出精度はあまり良くないばかりか、浸炭層の形状・
大きさを判断できない。

そこで、本発明は前述の課題を解決できるようにした金
庫内異質層の検出装置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及び作用〕被検出物の母材
と対向した参照用コイルと、異質層と相対的に移動する
検出用コイル、各コイルに与えられる交番電流の周波数
を可変とする機構と、各コイルの出力差を検出し、その
出力差が最大の時の周波数を検出する手段と、その周波
数と前記相対位置によって異質層の形状を出力する手段
とを備えた金属内界質層検出装置であり、これによって
、被検出物の異質層の形状を精度良く検出てきる。

〔実　施　例〕

第１図は装置の説明図であり、基台１にはワーク受台２
がＸ方向に往復動自在に設けられ、このワーク受台２と
対向した本体３には参照用コイル４と検出用コイル５が
Ｘ方向に間隔を置いて配設してあり、前記ワーク受台２
はモータ６によりＸ方向に往復移動される。

例えば、モータ６により送りネジ杆を回転し、その送り
杆をワーク受台２に設けたナツト部材に螺合しである。

前記ワーク受台２には異質層を有する被検出体であるワ
ーク７がセットされ、このワーク７は例えば２枚の板７
ａ、７ａをレーザ光によりスポット溶接したものであり
、その溶接部Ａの形状・大きさを検出するようにしであ
る。

制御・演算回路１０はモータドライブ１１に駆動信号を
送り、それによりモータ６が回転駆動され、制御・演算
回路１０によってワーク受台２の移動ストロークか感知
できるようにしである。

例えば、モータ６の回転をエン、コーダ、ポテンション
メータなどで検出して制御・演算回路１０に送ったり、
モータ６をステップモータとしてそのステップモータに
送るパルス数をカラトンするようにしても良い。、 この様にすることで、参照様コイル４、検出用コイル５
がワーク７の異質層に対して移動したストローク、つま
り相対位置を制御・演算回路１０で検知できるようにし
である。

なお、本体３をモータ６でＸ方向に往復動してワーク受
台２を静止するようにしても良い。

前記制御・演算回路１０よりスィーブ回路１２に信号を
送り、スィーブ回路１２から周波散発振器１３に可変信
号を送って参照用コイル４、検出用コイル５に異なる周
波数の交流電力か送られる。

参照用コイル４と検出用コイル５の出力側は位相検波回
路１４に送られて位相のずれを電圧として検出し、その
検出した電圧を差動増幅器１５で増幅してピーク値ホー
ルド回路１６に送ってピーク電圧値をホールドし、かつ
その電圧がピーク値の時の周波数をデータ記憶回路１７
に記憶し、その記憶した周波数を制御・演算回路１０に
送って周波数により溶接部Ａの深さを求め、その深さと
前記相対位置を組み合せて金庫内異質層、この場合には
溶接部Ａの形状・大きさを表示部１８に表示する。

前記周波数から溶接深さを求めるには、周波数と溶接深
さの関係を実験により予じめ求めてデータ化し、そのデ
ータ化した値を制御・演算回路１０のメモリ部に記憶す
るか、理論演算により周波数を溶接部深さに換算する計
算手段を設ければ良い。

次に検出原理を説明する。

参照用コイル４はワーク７の母材７ｂ部分に常に位置し
、検出用コイル５が母材７ｂと溶接部Ａとに亘って相対
的に移動するように構成しである。

参照用コイル４、検出用コイル５に所定の周波数の交流
電流（交番電流）を与えて励磁すると渦電流が生じ、そ
の渦電流がワーク７に浸透する深さに比例した大きさの
磁束が生じ、その渦電流のワーク７への浸透深さはワー
ク７の透磁率、導電率の値及び周波数で決定される。

すなわち、渦流探傷原理により δ−１／Ｊ−ｙｒｘ丁７ＴＸσとなる。

但し、δ−浸透深さ、ｆ−周波数、μ−透磁率、σ−導
電率である。

この様であるから、参照様コイル４、検出用コイル５が
第２図のようにワーク７の母材７ｂと対向している時に
は浸透深さが同一であるから、参照用コイル４、検出用
コイル５の磁束の大きさは同一となり、両者の出力差は
ゼロである。

第３図のように、参照用コイル４がワーク７の母材７ｂ
と対向し、検出用コイル５が溶接部Ａと対向している時
には、母材７ｂと溶接部Ａの透磁率、導電率の相違によ
り、浸透深さが異なり、両者の出力に差が生じる。

ここで、前記式より周波数を変更すると浸透深さが異な
るので、第３図の状態で参照用コイル４、検出用コイル
５への交番電流の周波数を同一タイミングで異ならせる
と参照用コイル４と検出用コイル５の出力差が異なり、
ある周波数で出力差が最大となる。

よって、出力差が最大の時の周波数を検出し、その周波
数に基づいて前述のように溶接部Ａの深さを検出できる
。

例えば、第４図に示すような溶接部Ａの深さと距離を実
測したところ第５図のようになり、この時の参照用コイ
ル４と検出用コイル５との出力差が最大となった時の周
波数と浸透深さは第６図のようになった。

このことにより、参照用コイル４と検出用コイル５との
出力差が最大となった時の周波数を検出し、その周波数
に基づいて溶接深さを検出できる。

次に第１図に示す装置によるワーク７の溶接部Ａの形状
、大きさを検出する動作を説明する。

モータ６によりワーク受台２をＸ方向に移動してワーク
７を参照用コイル４、検出用コイル５に対して所定スト
ローク毎に移動し、その都度参照用コイル４と検出用コ
イル５の出力差を検出する。

この時、参照用コイル４と検出用コイル５がワーク７の
母材７ｂと対向している場合には出力差がゼロであり、
検出用コイル５が溶接部Ａに対応すると出力差が生じる
。

この出力差は第７図のように交電電流の入力周波数と検
出周波数の位相のずれとして表われ、その位相のずれを
位相検波回路１４で電圧として検出し、差動増幅器］５
で増幅してピーク値ホールド回路１７に送る。

これと同時に出力差が生じた場合にはワーク受台２を静
止してスィーブ回路１２により周波数発振器１３に可変
信号を送って周波数を可変とし、前記電圧が最大の時の
周波数をピーク値ホールド回路１６にホールドしてデー
タ記憶回路１７に記憶する。

以上の動作が終了したらワーク受台２を再び所定ストロ
ーク移動して前述のように周波数を可変として検出電圧
が最大の時の周波数を記憶する。

このようにして所定ストローク毎の検出電圧が最大の時
の周波数を検出して記憶し、その検出電圧がゼロとなっ
た時にモータ６を停止しワーク７を停止させる。

この後に、前述した周波数に基づいて溶接深さを求め、
その溶接深さとワーク７のストロークに基づいて溶接部
Ａの形状・大きさを例えば第８図のように表示する。

次に具体例を説明する。

厚さ０．５ｍｍの炭素鋼より成る２枚の阪７　ａ　。

７ａをレーザ光によりスポット溶接した。

この結果、第９図（ａ）のように良好に溶接されたワー
ク７の場合には表示部１８の表示は第１０図（ａ）のよ
うになり、第９図（ｂ）のように不良の場合には第１０
図（ｂ）のようになり、これにより表示部１８で溶接の
良否が判断できる。

第１１図のようにシリンダーロッド２０の表面を環状に
熱処理したワークの熱処理層Ｂの良否を判断する場合も
、前述と同様にすることで熱処理層の処理深さ、処理幅
を第１２図のように表示できるから、その熱処理の良否
判断できる。

第１３図は第２実施例を示し、参照用コイル４と検出用
コイル５との間に異質層幅検出センサ３０を設けである
。

該異質層幅検出センサ３０は第１４図のように、インジ
ューム、アンチモンなどの磁気抵抗素子３１と永久磁石
３２とを備え、永久磁石３２て作られている磁束３３の
差異を磁気抵抗素子３１で検出するように構成され、そ
の磁束３３がワーク７の母材７ｂと溶接部Ａの透磁率の
差異により変化することを磁気抵抗素子３１の電圧変化
として検出し、その電圧変化をアンプ３４を経て制御・
演算回路１０に入力するようにしである。

このように構成すれば異質層幅検出センサ３０でワーク
７の溶接部等の異質層の幅を検出できるので、その異質
層の幅が検出用コイル５の直径より小さく、参照用コイ
ル４と検出用コイル５により前述のようにして異質層の
幅を検出困難な場合でも前記の異質層幅検出センサ３０
によって異質層の幅を検出して形状・大きさを検出でき
る。

また、溶接法、熱処理法が定められている場合に異質層
の形状（深さ、幅の比率）が一定となる場合があり、こ
の場合には前述の異質層幅検出センサ３０により異質層
幅を検出することで深さを知ることができる。

また、ワーク７のゆがみを検出する変位計を設け、変形
針で検出したワーク７のゆがみによって検出した異質層
の形状を修正するようにしても良い。

このようにすれば、ワーク７が薄肉で溶接や熱処理でゆ
がんだ場合でも異質層の形状を正確に検出できる。

以上の各実施例によれば、ワーク受台２、又は本体３を
Ｘ方向に移動させたが、Ｘ方向及びＹ方向に移動しても
良い。

〔発明の効果〕

（１）被検出物の母材と対向した参照用コイル４の出力
と、異質層と対向した検出用コイル５の出力の差に基づ
いて浸透深さを検出し、その浸透深さと異質層の検出用
コイル５の相対位置に基づいて異質層の形状を検出する
ので、精度良く異質層の形状を検出できる。

また、各コイルは被検出物と非接触であるから、熱影響
を受は難い。

り２）異質層が検出用コイル５の径より小さくとも異質
幅検出センサ３０て異質層の幅を検出できるから、異質
層の形状を正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は装置全体の説明
図、第２図、第３図は検出動作説明図、第４図は溶接部
の拡大図、第５図は溶接深さを示す図表、第６図は浸透
深さと周波数の関係を示す図表、第７図は出力差検出の
説明図、第８図は表示例の正面図、第９図（ａ）　、（
ｂ）は溶接状態図、第１０図（ａ）　、　（ｂ）はその
表示状態説明図、第１１図はシリンダーロッドの斜視図
、第１２図はその検出表示状態の説明図、第１３図は第
２実施例の装置全体説明図、第１４図は異質層幅検出セ
ンサの説明図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）異質層を有する金属の被検出物の母材と対向する
   参照用コイル４及び異質層に対して相対的に移動する検
   出用コイル５と、 前記検出用コイル５と異質層を相対的に移動し、かつそ
   の相対位置を判断する機構と、 前記参照用コイル４と検出用コイル５に交番電流を与え
   、かつ周波数を可変する機構と、前記参照用コイル４と
   検出用コイル５の出力差が最大の時の周波数を記憶する
   手段と、 該周波数と前記相対位置とにより異質層の形状を演算し
   て出力する手段とより構成したことを特徴とする金属内
   異質層検出装置。
2. （２）磁気抵抗素子３１と永久磁石３２を備えた異質層
   幅検出センサ３０を異質層と相対的に移動自在に設けた
   請求項１記載の金属内異質層検出装置。