渦電流式組織判別方法
【課題】標準試料や被測試料の測定装置へのセッティングが比較的ラフでも正確な材料比較判別を実現する。
【解決手段】標準試料と被測試料を貫通型渦流センサの内部に配置し、貫通型渦流センサのセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定することにより標準試料と被測試料との組織差を検出する渦電流式組織判別方法において、標準試料と被測試料を貫通型渦流センサの内部で移動させて標準試料データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）と被測試料データ動特性関数ｆ（Ｘｍ）を求め、標準試料データ動特性関数と被測試料データ動特性関数の距離Ｌを算出し、この距離Ｌに基づいて標準試料と被測試料の組織差を検出する。
【解決手段】標準試料と被測試料を貫通型渦流センサの内部に配置し、貫通型渦流センサのセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定することにより標準試料と被測試料との組織差を検出する渦電流式組織判別方法において、標準試料と被測試料を貫通型渦流センサの内部で移動させて標準試料データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）と被測試料データ動特性関数ｆ（Ｘｍ）を求め、標準試料データ動特性関数と被測試料データ動特性関数の距離Ｌを算出し、この距離Ｌに基づいて標準試料と被測試料の組織差を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の非破壊判別方法に関し、特に、渦電流を使用して基準となる試料に対して材料の違いを検出する渦電流式組織判別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非破壊の金属組織比較判別方法として、渦電流式組織判別方法が知られている。
以下、従来の渦電流式組織判別方法の一例について説明する。
【０００３】
図１は、渦電流式組織判別方法において使用される渦流センサの例を示す図である。渦流センサ１ａ，１ｂは、ケース２ａ，２ｂの中央部を貫通して設けられた円形状（図１（ａ））または角形状（図１（ｂ））の筒状部に励磁コイルと検出コイルとの二重構造で構成されたコイル３ａ，３ｂが巻装された構成を有しており、筒状部の内側が測定エリア４ａ，４ｂとなっている。渦流センサ１ａ，１ｂのコイル３ａ，３ｂからはコイルリード線５ａ，５ｂが導出されている。なお、渦流センサ１ａ，１ｂを区別する必要がないときは、渦流センサ１と総称し、測定エリア４ａ，４ｂを区別する必要がないときは、測定エリア４と総称する。
【０００４】
検査に際しては、渦流センサ１ａ，１ｂの測定エリア４ａ，４ｂに被測試料（図示せず）を配置し、コイルリード線５ａ，５ｂを介してコイル３ａ，３ｂに交流電流を流して測定エリア４ａ，４ｂ内の被測試料に交流磁界をかけ、被測試料で発生する渦電流の違いにより被測試料の材料比較判別を行う。
【０００５】
具体的には、まず、被測試料で発生する渦電流によって被測試料の導電率・比透磁率を測定するために、被測試料に対する渦流センサのコイルのインピーダンスをベクトル量としてＸ−Ｙ平面に表示する。
【０００６】
次に、標準試料に対しても同様にベクトルインピーダンスを測定し、標準試料のベクトルインピーダンスと被測試料のベクトルインピーダンスとを比較することによって材料判別を行う。
【０００７】
なお、一般に測定感度を高めるために、別に用意した基準試料（図示せず）に対して同様に測定し、標準試料或いは被測試料のベクトルインピーダンス対して、基準試料のベクトルインピーダンスを差し引き、この差分をＸ−Ｙ平面に表示するようにしている。
【０００８】
以下、従来の組織比較判別方法について、エンジンなどで使用されるカムシャフトのジャーナル部の組織比較判別を例に挙げて説明する。
【０００９】
図２は、測定の対象となるカムシャフト６の形状を示す図である。カムシャフト６は、軸部７の中間にカム部８が設けられ、端部にカムシャフト端部９が設けられている。なお、図２、図３において、符号１５はジャーナル部である。
【００１０】
図３は、渦電流測定装置においてカムシャフト６を測定する際のカムシャフト６と渦流センサ１との位置的な関係を模式的に示す図である。測定に際しては、３種類のカムシャフトを用意する。すなわち、基準試料として基準カムシャフト６ａを用意し、被測試料として、標準試料となる標準カムシャフト６ｂと、検査の対象となる、すなわち、組織判別する被測カムシャフト６ｃを用意する。なお、カムシャフトの種類を区別する必要がないときはカムシャフト６と総称する。
【００１１】
また、渦流センサ１として、基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄを用意する。なお、基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄを区別する必要がないときは、渦流センサ１と総称する。
【００１２】
測定に際しては、渦流センサ１ｃ，１ｄの貫通部（図１参照）にカムシャフト６ａ，６ｂ，６ｃのカムシャフト端部９ａ，９ｂ，９ｃが潜った状態として、カムシャフト端部９ａ，９ｂ，９ｃが測定エリア４ａ，４ｂ（図１参照）内に位置するようにする。
【００１３】
以下、従来の組織比較判別方法による測定手順について説明する。
ステップ１：基準試料となる基準カムシャフト６ａを基準ベクトルインピーダンス測定側、すなわち基準渦流センサ１ｃ側にセットする。
ステップ２：被測カムシャフトとして、標準試料（標準カムシャフト６ｂ）を、被測ベクトルインピーダンス測定側（被測渦流センサ１ｄ）側にセットする。
ステップ３：基準渦流センサ１ｃ、被測渦流センサ１ｄをカムシャフト６ａ，６ｂの所定カムシャフト端部９ａ，９ｂに移動させる（図３参照）。
ステップ４：この状態で、基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、Ｘ−Ｙ平面上に記録する。
ステップ５：基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄの両方を元の位置に戻す。
ステップ６：別の標準試料（標準カムシャフト）を用いて前記ステップ２〜ステップ５を繰り返し、被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、Ｘ−Ｙ平面上に記録する。図４は、ベクトルインピーダンスの測定結果の例を示すグラフである。Ｘ軸は抵抗成分を示す実軸であり、Ｙ軸はインダクタンス成分を示す虚軸である。複数の標準試料（標準カムシャフト）の測定結果がデータＲ１（Ｘｒ１，Ｙｒ１）、・・・・、Ｒｎ（Ｘｒｎ，Ｙｒｎ）として示されている。
ステップ７：ステップ２〜ステップ５を操り返すことによって得られたベクトルインピーダンスに基づいて公差域ｒｅｆ（図４参照）を設定する。
ステップ８：組織判別するカムシャフト（被測カムシャフト６ｃ）を被測ベクトルインピーダンス測定側（被測渦流センサ１ｄ側）にセットし、渦流センサをカムシャフト端部に移動させる。
ステップ９：基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、Ｘ−Ｙ平面上に記録する。
ステップ１０：ステップ９のＸ−Ｙデータが公差域ｒｅｆ内にあれば合格（良品）、公差域ｒｅｆ外であれば不合格（不良品）と判定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記の従来の測定方法では次のような問題がある。
ａ．鋳物のカムシャフトなどでは鋳肌の荒れや寸法のバラツキがあるため、測定するカムシャフト（標準試料や被測カムシャフト）を被測ベクトルインピーダンス測定側にセットする場合、被測センサに対して毎回セット位置が若干変動してしまう。この変動により、基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差に違いが発生し、正確な材料判別ができないことがある。
ｂ．上記ａ．の問題を解消するために、マイクロメータ等を用いて被測カムシャフトのセット位置を定めても鋳肌が荒れた試料であるため、マイクロメータの測定端子が接触する位置によってはセット位置は変動してしまう。
ｃ．カムシャフトのカム部を測定する場合、被測カムシャフトを正しくセットしても、製品バラツキにより当該カム位置が異なる場合があり、組織判別の正確さに大きな影響を及ぼしてしまう。
【００１５】
本発明は、上記の従来の測定方法の問題点に鑑み、被測試料のセット位置が変動しても正確に組織比較判別を行える渦電流式組織判別方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１においては、標準試料と被測試料を貫通型渦流センサの内部に配置し、前記貫通型渦流センサのセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定することにより前記標準試料と前記被測試料との組織差を検出する渦電流式組織判別方法において、前記標準試料を前記貫通型渦流センサの内部で移動させ、前記標準試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記標準試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの標準試料データ動特性関数を求め、前記被測試料を前記貫通型渦流センサの内部で移動させ、前記被測試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記被測試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの被測試料データ動特性関数を求め、前記標準試料データ動特性関数と前記被測試料データ動特性関数の距離を算出し、前記距離に基づいて前記標準試料と前記被測試料の組織差を検出するものである。
【００１７】
請求項２においては、前記標準試料データ動特性関数を、前記センサコイルの２組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータから求め、前記被測試料データ動特性関数を、前記センサコイルの１組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータと、前記標準試料データ動特性関数の傾きから求めるものである。
【００１８】
請求項３においては、標準試料と被測試料を貫通型渦流センサの内部に配置し、前記貫通型渦流センサのセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定することにより前記標準試料と被測試料との組織差を検出する渦電流式組織判別方法において、前記標準試料を前記貫通型渦流センサの内部で長軸を中心に回転させ、前記標準試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記標準試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの標準試料データ軌跡を求め、前記標準試料を前記貫通型渦流センサの内部で移動させ、前記標準試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記標準試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの標準試料データ動特性関数を求め、前記被測試料を前記貫通型渦流センサの内部で長軸を中心に回転させ、前記被測試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記被測試料に対する前記センサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの被測試料データ軌跡を求め、前記標準試料データ軌跡と前記被測試料データ軌跡と前記標準試料データ動特性関数に基づいて、前記標準試料データ軌跡と前記被測試料データ軌跡との間の距離を算出し、前記距離に基づいて前記標準試料と前記被測試料の組織差を検出するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、貫通型渦流センサに対して標準試料を移動させてデータ動特性関数を求め、この標準試料データ動特性関数に基づいて組織差を検出しているので、貫通型渦流センサに対する試料の位置がずれた場合でも、試料の良否を正確に判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】渦電流式組織判別方法において使用される渦流センサの例を示す図である。
【図２】測定の対象となるカムシャフトの形状の一例を示す図である。
【図３】カムシャフトと渦流センサとの位置的な関係を示す図である。
【図４】ベクトルインピーダンスの測定結果の例を示す図である。
【図５】複数の標準カムシャフトの測定データと複数の被測カムシャフトの測定データを示す図である。
【図６】第１の実施例の組織判別方法を説明するための図である。
【図７】第２の実施例において検査の対象となるカムシャフトの形状の一例を示す図である。
【図８】カムシャフトを測定する際のカムシャフトと渦流センサとの位置的な関係を示す図である。
【図９】軸中心のずれに起因する判別誤りを説明するための図である。
【図１０】カムシャフトの回転に伴ってベクトルインピーダンスのデータが変動することを説明するための図である。
【図１１】第２の実施例による組織判別手順を説明するための図である
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の渦電流式組織判別方法の第１の実施例について説明する。
【００２２】
本発明の第１の実施例における基本的な測定系の構成は、図３に示されるものとほぼ同じあるので重複説明は省略するが、渦流センサ１ｄに対するカムシャフト６ｂのカムシャフト端部９ｂの位置を、矢印Ｚ１で示されるように、カムシャフト６ｂの長軸方向に移動させることが可能になっている点が異なっている。
【００２３】
以下、第１の実施例による判別方法について説明する。
【００２４】
ステップ１１：基準試料である基準カムシャフト６ａを基準ベクトルインピーダンス測定側（基準渦流センサ１ｃ側）にセットする。
【００２５】
ステップ１２：標準試料である標準カムシャフト６ｂを被測ベクトルインピーダンス測定側（被測渦流センサ１ｄ側）にセットする。
【００２６】
ステップ１３：基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄを基準カムシャフト６ａ，標準カムシャフト６ｂのカムシャフト端部９ａ，９ｂに移動させる。
【００２７】
ステップ１４：この状態で基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、Ｘ（実軸）−Ｙ（虚軸）平面上に記録する。
【００２８】
ステップ１５：標準カムシャフト６ｂを被測渦流センサ１ｄの内部で（矢印Ｚ１方向）長軸方向に若干移動させ、再度基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、データをＸ−Ｙ平面上に記録する。必要に応じて、標準カムシャフト６ｂを更に移動させ複数組のベクトルインピーダンス差をＸ−Ｙ平面上に記録する。
【００２９】
ステップ１６：基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄを元の位置に戻す。
【００３０】
ステップ１７：測定するカムシャフト（標準カムシャフト６ｂ）を別の標準カムシャフトと交換し、上記ステップ１３〜１６を繰り返し、公差巾Ｗ（図６参照）を設定する。
【００３１】
ステップ１８：組織判別するカムシャフト（被測カムシャフト６ｃ）を被測ベクトルインピーダンス測定側（被測渦流センサ１ｄ側）にセットし、渦流センサをカムシャフト端部に移動させる。
【００３２】
ステップ１９：基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を測定し、Ｘ−Ｙ平面上に記録する。図５は、複数の標準カムシャフトの測定データＳ１（Ｘｓ１，Ｙｓ１）、・・・、Ｓｎ（Ｘｓｎ，Ｙｓｎ）と複数の被測カムシャフトの測定データＭ１（Ｘｍ１，Ｙｍ１）、・・・、Ｍｎ（Ｘｍｎ，Ｙｍｎ）を示す図である。
【００３３】
ステップ２０：ステップ１９のＸ−Ｙ平面データから算出される標準試料（標準カムシャフト６ｂ）のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）からの距離Ｌが、公差巾Ｗ内にあれば合格（良品）、公差巾Ｗ外であれば不合格（不良品）と判定する（図６参照）。
【００３４】
次に、組織判別方法について詳細に説明する。図６は第１の実施例の組織判別方法を説明するための図である。
【００３５】
標準試料（標準カムシャフト６ｂ）のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）は、下式に示すように、標準試料を測定して得た２組のＸ，ＹデータＳ１（Ｘ１，Ｙ１），Ｓ２（Ｘ２，Ｙ２）から求めている。
【００３６】
（数１）
ｆ（Ｘｓ）＝ｍ・Ｘ＋Ｃ
（数２）
ｍ＝（Ｙ２−Ｙ１）／（Ｘ２−Ｘ１）
（数３）
Ｃ＝（ｆ（Ｘ１）＋ｆ（Ｘ２）−ｍ・（Ｘ１＋Ｘ２））／２
【００３７】
また、被測試料（被測カムシャフト６ｃ）のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）は被測試料を測定して得た１組のＸ，ＹデータＭａ（Ｘａ，Ｙａ）と、標準試料のデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）の傾きｍから求めている。
【００３８】
金属材料の組織が異なると、金属の導電率より比透磁率が大きく変化し、センサコイルのインダクタンスが比較的大きく変動するため、データ動特性関数ｆ（Ｘｍ）の軌跡はデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）と一定の距離を保った直線状になるので、１組のＸ，ＹデータＭａ（Ｘａ，Ｙａ）とデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）の傾きｍからデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）を求めることができる。
【００３９】
先に述べたように、被測試料の合否の判定は、データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）からの距離Ｌに基づいて行われるが、データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）とｆ（Ｘｍ）との間の距離は、下の式により求められる。なお、データＭａ（Ｘａ，Ｙａ）を通るＹ軸方向の直線が、データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）と交わる位置のデータをＡ１（Ｘα，Ｙβ）とする。
（数４）
Ｌ＝Ｄ・Ｃｏｓθ
（数５）
Ｄ＝Ｙβ−Ｙａ＝ｍ・Ｘａ＋Ｃ−Ｙａ
（数６）
Ｃｏｓθ＝（Ｘ２−Ｘ１）／√（（Ｘ２−Ｘ１）２＋（Ｙ２−Ｙ１）２）
【００４０】
上述した第１の実施例には以下の効果がある。
（１）標準試料や被測試料の測定装置へのセッティングが比較的ラフでも正確な材料比較判別を実現することができ、材料比較判別を短時間で実施可能である。
（２）図４の例のように、二つの被測カムシャフトの被測データＭ１（Ｘｍ１，Ｙｍ１）とＭ２（Ｘｍ２，Ｙｍ２）を比較した場合、従来の測定法では被測データＭ１に対応する被測試料（被測カムシャフト）の方が標準材質に近い金属組織と判定されてしまうが、第１の実施例の判定方法ではデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）の軌跡を判定情報とするため、被測データＭ２に対応する被測試料（被測カムシャフト）が標準材質に近いと正しく判定される。
【００４１】
なお、上記第１の実施例においては、基準試料を固定して標準試料と被測試料を移動させているが、標準試料と被測試料を渦流センサの内部に固定し、基準試料を移動させるようにしてもよい。
【００４２】
以下、この第１の実施例の変形例について簡単に説明する。
標準試料（標準カムシャフト）は渦流センサの内部に固定し、基準試料（基準カムシャフト）を渦流センサの内部で移動させることによって、基準試料に対するセンサコイルの複数組のＸ（抵抗値成分）データ，Ｙ（インダクタンス成分）データを測定し、標準試料のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）を求める。
次に、被測試料（被測カムシャフト）に対しても前記と同様に基準試料を移動させて複数組のＸ（抵抗値成分）データ，Ｙ（インダクタンス成分）データを測定し、被測試料のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）を求める。
そして、上記関数ｆ（Ｘｓ）とｆ（Ｘｍ）との距離を算出し、この距離の違いによって標準試料と被測試料との組織差を検出する。
【００４３】
上記した第１の実施例によれば試料のセット位置の影響を受け難くなるが、セット位置のずれの方向によっては影響が生じる場合がある。
【００４４】
以下、その理由について説明する。
Ａ．渦電流測定装置（第８図参照）を使用する場合には、カムシャフト固定治具１４と基準渦流センサ１ｃ、被測渦流センサ１ｄの貫通部の中心が一致しない場合がある。このため、標準カムシャフト１０ｂ、被測カムシャフト１０ｃの取り付け方によっては、カムシャフトの長軸を回転中心とした回転位相が変化し、標準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差に違いが生じ、正確な組織判別ができないことがある。
Ｂ．仮に、カムシャフト固定治具と基準渦流センサの貫通部の中心が一致した渦電流測定装置で、標準カムシャフト、被測カムシャフトを装置にセットする際に、長軸を回転中心とした回転位相が同じになるようにしても、鋳肌の荒れた試料や寸法にバラツキがある試料の場合には、カムシャフト固定治具の中心と被測カムシャフト（標準カムシャフト）の軸方向中心が一致しない場合がある。
このようなことが原因となって、標準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差に適いが生じ、正確な組織判別ができない場合がある。
【００４５】
図９は、軸中心のずれに起因する判別誤りを説明するための図である。
たとえば、図８に示される基準渦流センサ１ｃ、被測渦流センサ１ｄの貫通部が真円でも、カムシャフト固定治具１４の中心位置（セット位置）がずれていると、図７に示されるような扇型のカムシャフト端部１３の場合には被測試料（標準カムシャフト１０ｂ、被測カムシャフト１０ｃ）を測定装置に固定する際に、長軸を回転中心とした回転角度（位相）が変わると、被測試料とセンサコイルとの距離が変化し、図１０に示されるように、カムシャフトの回転に伴ってベクトルインピーダンスのデータが変動してしまう。図１０において、Ｓ１１（Ｘｓ１１，Ｙｓ１１），・・・，Ｓ１ｎ（Ｘｓ１ｎ，Ｙｓ１ｎ）は、第１の標準カムシャフトを回転させたときのデータ群を示し、Ｓ２１（Ｘｓ２１，Ｙｓ２１），・・・，Ｓ２ｎ（Ｘｓ２ｎ，Ｙｓ２ｎ）は、第２の標準カムシャフトを回転させたときのデータ群を示す。
【００４６】
そこで、以下に説明する第２の実施例においては、カムシャフト固定治具と基準渦流センサの貫通部の中心が一致しない測定装置であっても、また、被測試料（標準カムシャフト，被測カムシャフトのセット位置（カムシャフトの長軸を回転中心とした回転位相）が変動しても、正確に組織比較判別を行えるようにしたものである。
【００４７】
以下、本発明の第２の実施例について説明する。
図７は、測定の対象となるカムシャフトの形状の一例を示す図である。カムシャフト１０は、軸部１１の中間にカム部１２が設けられ、端部に扇状のカムシャフト端部１３が設けられている。なお、図７、図８において、符号１６はジャーナル部である。
【００４８】
図７（ａ）はカムシャフト１０を側面から見た図、図７（ｂ）はカムシャフト１０をジャーナル部側の軸方向から見た図である。カムシャフト１０の軸部１１には、貫通穴１１ａが設けられている。
【００４９】
以下、第２の実施例による判別方法について説明する。
【００５０】
第２の実施例による判別方法は、基本的には第１の実施例における判別方法と同様であるが、試料を長軸を中心して回転させて測定する点が異なっている。
【００５１】
図８は、カムシャフト１０を測定する際のカムシャフト１０と貫通型の渦流センサ１との位置的な関係を示す図である。
【００５２】
測定に際しては、３種類のカムシャフトを用意する。すなわち、基準試料として基準カムシャフト１０ａを用意し、被測試料として、標準試料となる標準カムシャフト１０ｂと、検査の対象となる、すなわち、組織判別する被測カムシャフト１０ｃを用意する。なお、カムシャフトの種類を区別する必要がないときはカムシャフト１０と総称する。
【００５３】
また、渦流センサ１として、基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄを用意する。なお、基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄを区別する必要がないときは、渦流センサ１と総称する。
【００５４】
測定に際しては、渦流センサ１の貫通部（図１参照）にカムシャフト１０のジャーナル部１３が潜った状態として、カムシャフト端部１３が測定エリア４（図１参照）内に位置するようにする。
【００５５】
次に、第２の実施例による測定手順について図８〜図１１を参照して説明する。
【００５６】
ステップ２１：基準試料となる基準カムシャフト１０ａを基準ベクトルインピーダンス測定側、すなわち基準渦流センサ１ｃ側にセットする。
【００５７】
ステップ２２：被測カムシャフトとして、標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）を、被測ベクトルインピーダンス測定側（被測渦流センサ１ｄ）側にセットする。
【００５８】
ステップ２３：基準渦流センサ１ｃ、被測渦流センサ１ｄをカムシャフト１０ａ，１０ｂ，１０ｃの所定カムシャフト端部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに移動させる。
【００５９】
ステップ２４：この状態で、基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、Ｘ−Ｙ平面上に記録する。
【００６０】
ステップ２５：標準カムシャフト１０ｂを渦流センサ１ｄの内部で長軸を中心に、図７に矢印Ｚ３で示される方向に回転させ、図１１に示されるように、標準カムシャフト１０ｂに対するセンサコイルの複数組のＸ（抵抗値成分）データ，Ｙ（インダクタンス成分）データＳ１１（Ｘｓ１１，Ｙｓ１１），・・・，Ｓ１ｎ（Ｘｓ１ｎ，Ｙｓ１ｎ）を測定し、標準カムシャフト１０ｂのＸ，Ｙ領域でのデータ軌跡Ｔｓ（図１１参照）を求める。例えば、標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）を１回測定する毎に４５度回転させ、１回転で８組のＸ，Ｙデータを取得する。
【００６１】
ステップ２６：標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）を被測渦流センサ１ｄの内部で、図８の矢印Ｚ１で示されるように試料の軸方向に若干移動させ、再度 基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、データをＸ−Ｙ平面上に記録する。必要に応じて、標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）を更に移動させ複数組のベクトルインピーダンス差をＸ−Ｙ平面上に記録し、標準試料のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）（図１１参照）を求める。データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）は例えば、データ軌跡Ｔｓ［（Ｘｓ１１），・・・，（Ｘｓ１ｎ），・・・，（Ｙｓ１１），・・・，（Ｙｓ１ｎ），・・・］の中央部を通る関数とする。
【００６２】
ステップ２７：渦流センサ（基準渦流センサ１ｃ、被測渦流センサ１ｄ）を元の位置に戻す。
【００６３】
ステップ２８：測定するカムシャフト（標準カムシャフト１０ｂ）を別の標準カムシャフトと交換し、上記ステップ２３〜２７を繰り返し、公差巾Ｗ（図１１参照）を設定する。
【００６４】
ステップ２９：組織判別するカムシャフト（被測カムシャフト１０ｃ）を被測渦流センサ１ｄ側にセットし、渦流センサをカムシャフト端部に移動させる。
【００６５】
ステップ３０：被測試料（被測カムシャフト１０ｃ）を渦流センサ１ｄの内部で長軸を中心に回転させ、被測試料（被測カムシャフト１０ｃ）に対するセンサコイルの複数組のＸ（抵抗値成分）データ，Ｙ（インダクタンス成分）データを測定し、被測試料（被測カムシャフト１０ｃ）のＸ，Ｙ領域でのデータ軌跡Ｔｍとデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）（図１１参照）を求める。被測カムシャフト１０ｃのデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）の傾きは、標準カムシャフト１０ｂのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）とほぼ等しい。なお、データ動特性関数ｆ（Ｘｍ）もデータ軌跡Ｔｍ［（Ｘｍ１１），・・・，（Ｘｍ１ｎ），・・・，（Ｙｍ１１），・・・，（Ｙｍ１ｎ），・・・］の中央部を通る関数とする。
そして、ステップ３０のＸ−Ｙデータから算出される被測試料のＸ，Ｙ領域でのデータ軌跡Ｔｍ、データ動特性関数ｆ（Ｘｍ）、及び、ステップ２４〜ステップ２６で得られる標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）のＸ，Ｙ領域でのデータ軌跡Ｔｓ、標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）から、被測試料のデータ軌跡Ｔｍと標準試料のデータ軌跡Ｔｓとの中心距離Ｌが、公差巾Ｗ内にあれば合格（良品）、公差巾Ｗ外であれば不合格（不良品）と判定する。
【００６６】
図１１は、第２の実施例による組織判別手順を説明する図である。
【００６７】
上述の標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）は、２点の座標から求める。すなわち、２組のＸ，ＹデータＳ１１（Ｘｓ１１，Ｙｓ１１），Ｓ１Ｚ（Ｘｓ１Ｚ，Ｙｓ１Ｚ）から求める。また、被測カムシャフト１０ｃのＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）は、１点の座標と傾きから求める。すなわち、１組のＸ，ＹデータＭａ（Ｘａ，Ｙａ）とデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）の傾きから求める。
【００６８】
金属材料の組織が異なると、金属の導電率より比透磁率が大きく変化し、センサコイルのインダクタンスが比較的大きく変動するため、データ動特性関数ｆ（Ｘｍ）の軌跡はデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）と一定の距離を保った直線状になるので、１組のＸ，Ｙデータ（Ｘａ，Ｙａ）とｆ（Ｘｓ）の傾きｍからデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）を求めることができる。
先に述べたように、被測試料の合否の判定は、データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）からの距離Ｌに基づいて行われるが、データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）とｆ（Ｘｍ）との間の距離は、下の式により求められる。なお、データＭａ（Ｘａ，Ｙａ）を通るＹ軸方向の直線が、データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）と交わる位置のデータをＡ１（Ｘα，Ｙβ）とする。
（数７）
Ｌ＝Ｄ・Ｃｏｓθ
（数８）
Ｄ＝Ｙβ−Ｙａ＝ｍ・Ｘａ＋Ｃ−Ｙａ
（数９）
Ｃｏｓθ＝（Ｘ２−Ｘ１）／√（（Ｘ２−Ｘ１）２＋（Ｙ２−Ｙ１）２）
【００６９】
上述した第２の実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
渦電流測定装置（図８参照）において、カムシャフト固定治具と基準渦流センサと貫通部の中心が一致しない場合でも、
（１）標準試料や被測試料を測定装置へセットする際、被測試料の軸に直交する方向すなわち半径方向に関する位置が異なっても、正確な材料比較判別を実現することができ、材料比較判別を短時間で実施可能である。
（２）標準試料や被測試料を測定装置へセットする際、被測試料の軸を中心とする回転角度（位相）が異なっても、正確な材料比較判別を実現することができ、材料比較判別を短時間で実施可能である。
（３）図９に示す例のように、被測データＭ１（Ｘｍ１，Ｙｍ１）とＭ２（Ｘｍ２，Ｙｍ２）を比較した場合、従来の測定法では不良品である被測カムシャフトの被測データＭｌの方が、不良品でない被測カムシャフトの被測データＭ２よりも標準材質に近い金属組織と判定されてしまうが、第２の実施例の判定方法においては、データ動特性関数ｆ（Ｘｍ）（図１１参照）を判定情報とするため、被測データＭ２が標準材質に近いと正しく判定される。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、たとえばエンジンのシャフトの非破壊検査に利用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 貫通型渦流センサ
２ａ，２ｂ ケース
３ａ，３ｂ コイル（励磁コイル、検出コイル）
４ａ，４ｂ 測定エリア
５ａ，５ｂ コイルリード線
６ カムシャフト
６ａ 基準カムシャフト
６ｂ 標準カムシャフト
６ｃ 被測カムシャフト
７ 軸部
８ カム部
９ カムシャフト端部
１０ カムシャフト
１１ 軸部
１２ カム部
１３ カムシャフト端部
１４ カムシャフト固定治具
１５、１６ ジャーナル部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の非破壊判別方法に関し、特に、渦電流を使用して基準となる試料に対して材料の違いを検出する渦電流式組織判別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非破壊の金属組織比較判別方法として、渦電流式組織判別方法が知られている。
以下、従来の渦電流式組織判別方法の一例について説明する。
【０００３】
図１は、渦電流式組織判別方法において使用される渦流センサの例を示す図である。渦流センサ１ａ，１ｂは、ケース２ａ，２ｂの中央部を貫通して設けられた円形状（図１（ａ））または角形状（図１（ｂ））の筒状部に励磁コイルと検出コイルとの二重構造で構成されたコイル３ａ，３ｂが巻装された構成を有しており、筒状部の内側が測定エリア４ａ，４ｂとなっている。渦流センサ１ａ，１ｂのコイル３ａ，３ｂからはコイルリード線５ａ，５ｂが導出されている。なお、渦流センサ１ａ，１ｂを区別する必要がないときは、渦流センサ１と総称し、測定エリア４ａ，４ｂを区別する必要がないときは、測定エリア４と総称する。
【０００４】
検査に際しては、渦流センサ１ａ，１ｂの測定エリア４ａ，４ｂに被測試料（図示せず）を配置し、コイルリード線５ａ，５ｂを介してコイル３ａ，３ｂに交流電流を流して測定エリア４ａ，４ｂ内の被測試料に交流磁界をかけ、被測試料で発生する渦電流の違いにより被測試料の材料比較判別を行う。
【０００５】
具体的には、まず、被測試料で発生する渦電流によって被測試料の導電率・比透磁率を測定するために、被測試料に対する渦流センサのコイルのインピーダンスをベクトル量としてＸ−Ｙ平面に表示する。
【０００６】
次に、標準試料に対しても同様にベクトルインピーダンスを測定し、標準試料のベクトルインピーダンスと被測試料のベクトルインピーダンスとを比較することによって材料判別を行う。
【０００７】
なお、一般に測定感度を高めるために、別に用意した基準試料（図示せず）に対して同様に測定し、標準試料或いは被測試料のベクトルインピーダンス対して、基準試料のベクトルインピーダンスを差し引き、この差分をＸ−Ｙ平面に表示するようにしている。
【０００８】
以下、従来の組織比較判別方法について、エンジンなどで使用されるカムシャフトのジャーナル部の組織比較判別を例に挙げて説明する。
【０００９】
図２は、測定の対象となるカムシャフト６の形状を示す図である。カムシャフト６は、軸部７の中間にカム部８が設けられ、端部にカムシャフト端部９が設けられている。なお、図２、図３において、符号１５はジャーナル部である。
【００１０】
図３は、渦電流測定装置においてカムシャフト６を測定する際のカムシャフト６と渦流センサ１との位置的な関係を模式的に示す図である。測定に際しては、３種類のカムシャフトを用意する。すなわち、基準試料として基準カムシャフト６ａを用意し、被測試料として、標準試料となる標準カムシャフト６ｂと、検査の対象となる、すなわち、組織判別する被測カムシャフト６ｃを用意する。なお、カムシャフトの種類を区別する必要がないときはカムシャフト６と総称する。
【００１１】
また、渦流センサ１として、基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄを用意する。なお、基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄを区別する必要がないときは、渦流センサ１と総称する。
【００１２】
測定に際しては、渦流センサ１ｃ，１ｄの貫通部（図１参照）にカムシャフト６ａ，６ｂ，６ｃのカムシャフト端部９ａ，９ｂ，９ｃが潜った状態として、カムシャフト端部９ａ，９ｂ，９ｃが測定エリア４ａ，４ｂ（図１参照）内に位置するようにする。
【００１３】
以下、従来の組織比較判別方法による測定手順について説明する。
ステップ１：基準試料となる基準カムシャフト６ａを基準ベクトルインピーダンス測定側、すなわち基準渦流センサ１ｃ側にセットする。
ステップ２：被測カムシャフトとして、標準試料（標準カムシャフト６ｂ）を、被測ベクトルインピーダンス測定側（被測渦流センサ１ｄ）側にセットする。
ステップ３：基準渦流センサ１ｃ、被測渦流センサ１ｄをカムシャフト６ａ，６ｂの所定カムシャフト端部９ａ，９ｂに移動させる（図３参照）。
ステップ４：この状態で、基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、Ｘ−Ｙ平面上に記録する。
ステップ５：基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄの両方を元の位置に戻す。
ステップ６：別の標準試料（標準カムシャフト）を用いて前記ステップ２〜ステップ５を繰り返し、被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、Ｘ−Ｙ平面上に記録する。図４は、ベクトルインピーダンスの測定結果の例を示すグラフである。Ｘ軸は抵抗成分を示す実軸であり、Ｙ軸はインダクタンス成分を示す虚軸である。複数の標準試料（標準カムシャフト）の測定結果がデータＲ１（Ｘｒ１，Ｙｒ１）、・・・・、Ｒｎ（Ｘｒｎ，Ｙｒｎ）として示されている。
ステップ７：ステップ２〜ステップ５を操り返すことによって得られたベクトルインピーダンスに基づいて公差域ｒｅｆ（図４参照）を設定する。
ステップ８：組織判別するカムシャフト（被測カムシャフト６ｃ）を被測ベクトルインピーダンス測定側（被測渦流センサ１ｄ側）にセットし、渦流センサをカムシャフト端部に移動させる。
ステップ９：基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、Ｘ−Ｙ平面上に記録する。
ステップ１０：ステップ９のＸ−Ｙデータが公差域ｒｅｆ内にあれば合格（良品）、公差域ｒｅｆ外であれば不合格（不良品）と判定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記の従来の測定方法では次のような問題がある。
ａ．鋳物のカムシャフトなどでは鋳肌の荒れや寸法のバラツキがあるため、測定するカムシャフト（標準試料や被測カムシャフト）を被測ベクトルインピーダンス測定側にセットする場合、被測センサに対して毎回セット位置が若干変動してしまう。この変動により、基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差に違いが発生し、正確な材料判別ができないことがある。
ｂ．上記ａ．の問題を解消するために、マイクロメータ等を用いて被測カムシャフトのセット位置を定めても鋳肌が荒れた試料であるため、マイクロメータの測定端子が接触する位置によってはセット位置は変動してしまう。
ｃ．カムシャフトのカム部を測定する場合、被測カムシャフトを正しくセットしても、製品バラツキにより当該カム位置が異なる場合があり、組織判別の正確さに大きな影響を及ぼしてしまう。
【００１５】
本発明は、上記の従来の測定方法の問題点に鑑み、被測試料のセット位置が変動しても正確に組織比較判別を行える渦電流式組織判別方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１においては、標準試料と被測試料を貫通型渦流センサの内部に配置し、前記貫通型渦流センサのセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定することにより前記標準試料と前記被測試料との組織差を検出する渦電流式組織判別方法において、前記標準試料を前記貫通型渦流センサの内部で移動させ、前記標準試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記標準試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの標準試料データ動特性関数を求め、前記被測試料を前記貫通型渦流センサの内部で移動させ、前記被測試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記被測試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの被測試料データ動特性関数を求め、前記標準試料データ動特性関数と前記被測試料データ動特性関数の距離を算出し、前記距離に基づいて前記標準試料と前記被測試料の組織差を検出するものである。
【００１７】
請求項２においては、前記標準試料データ動特性関数を、前記センサコイルの２組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータから求め、前記被測試料データ動特性関数を、前記センサコイルの１組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータと、前記標準試料データ動特性関数の傾きから求めるものである。
【００１８】
請求項３においては、標準試料と被測試料を貫通型渦流センサの内部に配置し、前記貫通型渦流センサのセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定することにより前記標準試料と被測試料との組織差を検出する渦電流式組織判別方法において、前記標準試料を前記貫通型渦流センサの内部で長軸を中心に回転させ、前記標準試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記標準試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの標準試料データ軌跡を求め、前記標準試料を前記貫通型渦流センサの内部で移動させ、前記標準試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記標準試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの標準試料データ動特性関数を求め、前記被測試料を前記貫通型渦流センサの内部で長軸を中心に回転させ、前記被測試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記被測試料に対する前記センサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの被測試料データ軌跡を求め、前記標準試料データ軌跡と前記被測試料データ軌跡と前記標準試料データ動特性関数に基づいて、前記標準試料データ軌跡と前記被測試料データ軌跡との間の距離を算出し、前記距離に基づいて前記標準試料と前記被測試料の組織差を検出するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、貫通型渦流センサに対して標準試料を移動させてデータ動特性関数を求め、この標準試料データ動特性関数に基づいて組織差を検出しているので、貫通型渦流センサに対する試料の位置がずれた場合でも、試料の良否を正確に判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】渦電流式組織判別方法において使用される渦流センサの例を示す図である。
【図２】測定の対象となるカムシャフトの形状の一例を示す図である。
【図３】カムシャフトと渦流センサとの位置的な関係を示す図である。
【図４】ベクトルインピーダンスの測定結果の例を示す図である。
【図５】複数の標準カムシャフトの測定データと複数の被測カムシャフトの測定データを示す図である。
【図６】第１の実施例の組織判別方法を説明するための図である。
【図７】第２の実施例において検査の対象となるカムシャフトの形状の一例を示す図である。
【図８】カムシャフトを測定する際のカムシャフトと渦流センサとの位置的な関係を示す図である。
【図９】軸中心のずれに起因する判別誤りを説明するための図である。
【図１０】カムシャフトの回転に伴ってベクトルインピーダンスのデータが変動することを説明するための図である。
【図１１】第２の実施例による組織判別手順を説明するための図である
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の渦電流式組織判別方法の第１の実施例について説明する。
【００２２】
本発明の第１の実施例における基本的な測定系の構成は、図３に示されるものとほぼ同じあるので重複説明は省略するが、渦流センサ１ｄに対するカムシャフト６ｂのカムシャフト端部９ｂの位置を、矢印Ｚ１で示されるように、カムシャフト６ｂの長軸方向に移動させることが可能になっている点が異なっている。
【００２３】
以下、第１の実施例による判別方法について説明する。
【００２４】
ステップ１１：基準試料である基準カムシャフト６ａを基準ベクトルインピーダンス測定側（基準渦流センサ１ｃ側）にセットする。
【００２５】
ステップ１２：標準試料である標準カムシャフト６ｂを被測ベクトルインピーダンス測定側（被測渦流センサ１ｄ側）にセットする。
【００２６】
ステップ１３：基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄを基準カムシャフト６ａ，標準カムシャフト６ｂのカムシャフト端部９ａ，９ｂに移動させる。
【００２７】
ステップ１４：この状態で基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、Ｘ（実軸）−Ｙ（虚軸）平面上に記録する。
【００２８】
ステップ１５：標準カムシャフト６ｂを被測渦流センサ１ｄの内部で（矢印Ｚ１方向）長軸方向に若干移動させ、再度基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、データをＸ−Ｙ平面上に記録する。必要に応じて、標準カムシャフト６ｂを更に移動させ複数組のベクトルインピーダンス差をＸ−Ｙ平面上に記録する。
【００２９】
ステップ１６：基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄを元の位置に戻す。
【００３０】
ステップ１７：測定するカムシャフト（標準カムシャフト６ｂ）を別の標準カムシャフトと交換し、上記ステップ１３〜１６を繰り返し、公差巾Ｗ（図６参照）を設定する。
【００３１】
ステップ１８：組織判別するカムシャフト（被測カムシャフト６ｃ）を被測ベクトルインピーダンス測定側（被測渦流センサ１ｄ側）にセットし、渦流センサをカムシャフト端部に移動させる。
【００３２】
ステップ１９：基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を測定し、Ｘ−Ｙ平面上に記録する。図５は、複数の標準カムシャフトの測定データＳ１（Ｘｓ１，Ｙｓ１）、・・・、Ｓｎ（Ｘｓｎ，Ｙｓｎ）と複数の被測カムシャフトの測定データＭ１（Ｘｍ１，Ｙｍ１）、・・・、Ｍｎ（Ｘｍｎ，Ｙｍｎ）を示す図である。
【００３３】
ステップ２０：ステップ１９のＸ−Ｙ平面データから算出される標準試料（標準カムシャフト６ｂ）のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）からの距離Ｌが、公差巾Ｗ内にあれば合格（良品）、公差巾Ｗ外であれば不合格（不良品）と判定する（図６参照）。
【００３４】
次に、組織判別方法について詳細に説明する。図６は第１の実施例の組織判別方法を説明するための図である。
【００３５】
標準試料（標準カムシャフト６ｂ）のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）は、下式に示すように、標準試料を測定して得た２組のＸ，ＹデータＳ１（Ｘ１，Ｙ１），Ｓ２（Ｘ２，Ｙ２）から求めている。
【００３６】
（数１）
ｆ（Ｘｓ）＝ｍ・Ｘ＋Ｃ
（数２）
ｍ＝（Ｙ２−Ｙ１）／（Ｘ２−Ｘ１）
（数３）
Ｃ＝（ｆ（Ｘ１）＋ｆ（Ｘ２）−ｍ・（Ｘ１＋Ｘ２））／２
【００３７】
また、被測試料（被測カムシャフト６ｃ）のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）は被測試料を測定して得た１組のＸ，ＹデータＭａ（Ｘａ，Ｙａ）と、標準試料のデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）の傾きｍから求めている。
【００３８】
金属材料の組織が異なると、金属の導電率より比透磁率が大きく変化し、センサコイルのインダクタンスが比較的大きく変動するため、データ動特性関数ｆ（Ｘｍ）の軌跡はデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）と一定の距離を保った直線状になるので、１組のＸ，ＹデータＭａ（Ｘａ，Ｙａ）とデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）の傾きｍからデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）を求めることができる。
【００３９】
先に述べたように、被測試料の合否の判定は、データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）からの距離Ｌに基づいて行われるが、データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）とｆ（Ｘｍ）との間の距離は、下の式により求められる。なお、データＭａ（Ｘａ，Ｙａ）を通るＹ軸方向の直線が、データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）と交わる位置のデータをＡ１（Ｘα，Ｙβ）とする。
（数４）
Ｌ＝Ｄ・Ｃｏｓθ
（数５）
Ｄ＝Ｙβ−Ｙａ＝ｍ・Ｘａ＋Ｃ−Ｙａ
（数６）
Ｃｏｓθ＝（Ｘ２−Ｘ１）／√（（Ｘ２−Ｘ１）２＋（Ｙ２−Ｙ１）２）
【００４０】
上述した第１の実施例には以下の効果がある。
（１）標準試料や被測試料の測定装置へのセッティングが比較的ラフでも正確な材料比較判別を実現することができ、材料比較判別を短時間で実施可能である。
（２）図４の例のように、二つの被測カムシャフトの被測データＭ１（Ｘｍ１，Ｙｍ１）とＭ２（Ｘｍ２，Ｙｍ２）を比較した場合、従来の測定法では被測データＭ１に対応する被測試料（被測カムシャフト）の方が標準材質に近い金属組織と判定されてしまうが、第１の実施例の判定方法ではデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）の軌跡を判定情報とするため、被測データＭ２に対応する被測試料（被測カムシャフト）が標準材質に近いと正しく判定される。
【００４１】
なお、上記第１の実施例においては、基準試料を固定して標準試料と被測試料を移動させているが、標準試料と被測試料を渦流センサの内部に固定し、基準試料を移動させるようにしてもよい。
【００４２】
以下、この第１の実施例の変形例について簡単に説明する。
標準試料（標準カムシャフト）は渦流センサの内部に固定し、基準試料（基準カムシャフト）を渦流センサの内部で移動させることによって、基準試料に対するセンサコイルの複数組のＸ（抵抗値成分）データ，Ｙ（インダクタンス成分）データを測定し、標準試料のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）を求める。
次に、被測試料（被測カムシャフト）に対しても前記と同様に基準試料を移動させて複数組のＸ（抵抗値成分）データ，Ｙ（インダクタンス成分）データを測定し、被測試料のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）を求める。
そして、上記関数ｆ（Ｘｓ）とｆ（Ｘｍ）との距離を算出し、この距離の違いによって標準試料と被測試料との組織差を検出する。
【００４３】
上記した第１の実施例によれば試料のセット位置の影響を受け難くなるが、セット位置のずれの方向によっては影響が生じる場合がある。
【００４４】
以下、その理由について説明する。
Ａ．渦電流測定装置（第８図参照）を使用する場合には、カムシャフト固定治具１４と基準渦流センサ１ｃ、被測渦流センサ１ｄの貫通部の中心が一致しない場合がある。このため、標準カムシャフト１０ｂ、被測カムシャフト１０ｃの取り付け方によっては、カムシャフトの長軸を回転中心とした回転位相が変化し、標準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差に違いが生じ、正確な組織判別ができないことがある。
Ｂ．仮に、カムシャフト固定治具と基準渦流センサの貫通部の中心が一致した渦電流測定装置で、標準カムシャフト、被測カムシャフトを装置にセットする際に、長軸を回転中心とした回転位相が同じになるようにしても、鋳肌の荒れた試料や寸法にバラツキがある試料の場合には、カムシャフト固定治具の中心と被測カムシャフト（標準カムシャフト）の軸方向中心が一致しない場合がある。
このようなことが原因となって、標準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差に適いが生じ、正確な組織判別ができない場合がある。
【００４５】
図９は、軸中心のずれに起因する判別誤りを説明するための図である。
たとえば、図８に示される基準渦流センサ１ｃ、被測渦流センサ１ｄの貫通部が真円でも、カムシャフト固定治具１４の中心位置（セット位置）がずれていると、図７に示されるような扇型のカムシャフト端部１３の場合には被測試料（標準カムシャフト１０ｂ、被測カムシャフト１０ｃ）を測定装置に固定する際に、長軸を回転中心とした回転角度（位相）が変わると、被測試料とセンサコイルとの距離が変化し、図１０に示されるように、カムシャフトの回転に伴ってベクトルインピーダンスのデータが変動してしまう。図１０において、Ｓ１１（Ｘｓ１１，Ｙｓ１１），・・・，Ｓ１ｎ（Ｘｓ１ｎ，Ｙｓ１ｎ）は、第１の標準カムシャフトを回転させたときのデータ群を示し、Ｓ２１（Ｘｓ２１，Ｙｓ２１），・・・，Ｓ２ｎ（Ｘｓ２ｎ，Ｙｓ２ｎ）は、第２の標準カムシャフトを回転させたときのデータ群を示す。
【００４６】
そこで、以下に説明する第２の実施例においては、カムシャフト固定治具と基準渦流センサの貫通部の中心が一致しない測定装置であっても、また、被測試料（標準カムシャフト，被測カムシャフトのセット位置（カムシャフトの長軸を回転中心とした回転位相）が変動しても、正確に組織比較判別を行えるようにしたものである。
【００４７】
以下、本発明の第２の実施例について説明する。
図７は、測定の対象となるカムシャフトの形状の一例を示す図である。カムシャフト１０は、軸部１１の中間にカム部１２が設けられ、端部に扇状のカムシャフト端部１３が設けられている。なお、図７、図８において、符号１６はジャーナル部である。
【００４８】
図７（ａ）はカムシャフト１０を側面から見た図、図７（ｂ）はカムシャフト１０をジャーナル部側の軸方向から見た図である。カムシャフト１０の軸部１１には、貫通穴１１ａが設けられている。
【００４９】
以下、第２の実施例による判別方法について説明する。
【００５０】
第２の実施例による判別方法は、基本的には第１の実施例における判別方法と同様であるが、試料を長軸を中心して回転させて測定する点が異なっている。
【００５１】
図８は、カムシャフト１０を測定する際のカムシャフト１０と貫通型の渦流センサ１との位置的な関係を示す図である。
【００５２】
測定に際しては、３種類のカムシャフトを用意する。すなわち、基準試料として基準カムシャフト１０ａを用意し、被測試料として、標準試料となる標準カムシャフト１０ｂと、検査の対象となる、すなわち、組織判別する被測カムシャフト１０ｃを用意する。なお、カムシャフトの種類を区別する必要がないときはカムシャフト１０と総称する。
【００５３】
また、渦流センサ１として、基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄを用意する。なお、基準渦流センサ１ｃと被測渦流センサ１ｄを区別する必要がないときは、渦流センサ１と総称する。
【００５４】
測定に際しては、渦流センサ１の貫通部（図１参照）にカムシャフト１０のジャーナル部１３が潜った状態として、カムシャフト端部１３が測定エリア４（図１参照）内に位置するようにする。
【００５５】
次に、第２の実施例による測定手順について図８〜図１１を参照して説明する。
【００５６】
ステップ２１：基準試料となる基準カムシャフト１０ａを基準ベクトルインピーダンス測定側、すなわち基準渦流センサ１ｃ側にセットする。
【００５７】
ステップ２２：被測カムシャフトとして、標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）を、被測ベクトルインピーダンス測定側（被測渦流センサ１ｄ）側にセットする。
【００５８】
ステップ２３：基準渦流センサ１ｃ、被測渦流センサ１ｄをカムシャフト１０ａ，１０ｂ，１０ｃの所定カムシャフト端部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに移動させる。
【００５９】
ステップ２４：この状態で、基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、Ｘ−Ｙ平面上に記録する。
【００６０】
ステップ２５：標準カムシャフト１０ｂを渦流センサ１ｄの内部で長軸を中心に、図７に矢印Ｚ３で示される方向に回転させ、図１１に示されるように、標準カムシャフト１０ｂに対するセンサコイルの複数組のＸ（抵抗値成分）データ，Ｙ（インダクタンス成分）データＳ１１（Ｘｓ１１，Ｙｓ１１），・・・，Ｓ１ｎ（Ｘｓ１ｎ，Ｙｓ１ｎ）を測定し、標準カムシャフト１０ｂのＸ，Ｙ領域でのデータ軌跡Ｔｓ（図１１参照）を求める。例えば、標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）を１回測定する毎に４５度回転させ、１回転で８組のＸ，Ｙデータを取得する。
【００６１】
ステップ２６：標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）を被測渦流センサ１ｄの内部で、図８の矢印Ｚ１で示されるように試料の軸方向に若干移動させ、再度 基準ベクトルインピーダンスと被測ベクトルインピーダンスとの差を求め、データをＸ−Ｙ平面上に記録する。必要に応じて、標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）を更に移動させ複数組のベクトルインピーダンス差をＸ−Ｙ平面上に記録し、標準試料のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）（図１１参照）を求める。データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）は例えば、データ軌跡Ｔｓ［（Ｘｓ１１），・・・，（Ｘｓ１ｎ），・・・，（Ｙｓ１１），・・・，（Ｙｓ１ｎ），・・・］の中央部を通る関数とする。
【００６２】
ステップ２７：渦流センサ（基準渦流センサ１ｃ、被測渦流センサ１ｄ）を元の位置に戻す。
【００６３】
ステップ２８：測定するカムシャフト（標準カムシャフト１０ｂ）を別の標準カムシャフトと交換し、上記ステップ２３〜２７を繰り返し、公差巾Ｗ（図１１参照）を設定する。
【００６４】
ステップ２９：組織判別するカムシャフト（被測カムシャフト１０ｃ）を被測渦流センサ１ｄ側にセットし、渦流センサをカムシャフト端部に移動させる。
【００６５】
ステップ３０：被測試料（被測カムシャフト１０ｃ）を渦流センサ１ｄの内部で長軸を中心に回転させ、被測試料（被測カムシャフト１０ｃ）に対するセンサコイルの複数組のＸ（抵抗値成分）データ，Ｙ（インダクタンス成分）データを測定し、被測試料（被測カムシャフト１０ｃ）のＸ，Ｙ領域でのデータ軌跡Ｔｍとデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）（図１１参照）を求める。被測カムシャフト１０ｃのデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）の傾きは、標準カムシャフト１０ｂのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）とほぼ等しい。なお、データ動特性関数ｆ（Ｘｍ）もデータ軌跡Ｔｍ［（Ｘｍ１１），・・・，（Ｘｍ１ｎ），・・・，（Ｙｍ１１），・・・，（Ｙｍ１ｎ），・・・］の中央部を通る関数とする。
そして、ステップ３０のＸ−Ｙデータから算出される被測試料のＸ，Ｙ領域でのデータ軌跡Ｔｍ、データ動特性関数ｆ（Ｘｍ）、及び、ステップ２４〜ステップ２６で得られる標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）のＸ，Ｙ領域でのデータ軌跡Ｔｓ、標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）から、被測試料のデータ軌跡Ｔｍと標準試料のデータ軌跡Ｔｓとの中心距離Ｌが、公差巾Ｗ内にあれば合格（良品）、公差巾Ｗ外であれば不合格（不良品）と判定する。
【００６６】
図１１は、第２の実施例による組織判別手順を説明する図である。
【００６７】
上述の標準試料（標準カムシャフト１０ｂ）のＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）は、２点の座標から求める。すなわち、２組のＸ，ＹデータＳ１１（Ｘｓ１１，Ｙｓ１１），Ｓ１Ｚ（Ｘｓ１Ｚ，Ｙｓ１Ｚ）から求める。また、被測カムシャフト１０ｃのＸ，Ｙ領域でのデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）は、１点の座標と傾きから求める。すなわち、１組のＸ，ＹデータＭａ（Ｘａ，Ｙａ）とデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）の傾きから求める。
【００６８】
金属材料の組織が異なると、金属の導電率より比透磁率が大きく変化し、センサコイルのインダクタンスが比較的大きく変動するため、データ動特性関数ｆ（Ｘｍ）の軌跡はデータ動特性関数ｆ（Ｘｓ）と一定の距離を保った直線状になるので、１組のＸ，Ｙデータ（Ｘａ，Ｙａ）とｆ（Ｘｓ）の傾きｍからデータ動特性関数ｆ（Ｘｍ）を求めることができる。
先に述べたように、被測試料の合否の判定は、データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）からの距離Ｌに基づいて行われるが、データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）とｆ（Ｘｍ）との間の距離は、下の式により求められる。なお、データＭａ（Ｘａ，Ｙａ）を通るＹ軸方向の直線が、データ動特性関数ｆ（Ｘｓ）と交わる位置のデータをＡ１（Ｘα，Ｙβ）とする。
（数７）
Ｌ＝Ｄ・Ｃｏｓθ
（数８）
Ｄ＝Ｙβ−Ｙａ＝ｍ・Ｘａ＋Ｃ−Ｙａ
（数９）
Ｃｏｓθ＝（Ｘ２−Ｘ１）／√（（Ｘ２−Ｘ１）２＋（Ｙ２−Ｙ１）２）
【００６９】
上述した第２の実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
渦電流測定装置（図８参照）において、カムシャフト固定治具と基準渦流センサと貫通部の中心が一致しない場合でも、
（１）標準試料や被測試料を測定装置へセットする際、被測試料の軸に直交する方向すなわち半径方向に関する位置が異なっても、正確な材料比較判別を実現することができ、材料比較判別を短時間で実施可能である。
（２）標準試料や被測試料を測定装置へセットする際、被測試料の軸を中心とする回転角度（位相）が異なっても、正確な材料比較判別を実現することができ、材料比較判別を短時間で実施可能である。
（３）図９に示す例のように、被測データＭ１（Ｘｍ１，Ｙｍ１）とＭ２（Ｘｍ２，Ｙｍ２）を比較した場合、従来の測定法では不良品である被測カムシャフトの被測データＭｌの方が、不良品でない被測カムシャフトの被測データＭ２よりも標準材質に近い金属組織と判定されてしまうが、第２の実施例の判定方法においては、データ動特性関数ｆ（Ｘｍ）（図１１参照）を判定情報とするため、被測データＭ２が標準材質に近いと正しく判定される。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、たとえばエンジンのシャフトの非破壊検査に利用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 貫通型渦流センサ
２ａ，２ｂ ケース
３ａ，３ｂ コイル（励磁コイル、検出コイル）
４ａ，４ｂ 測定エリア
５ａ，５ｂ コイルリード線
６ カムシャフト
６ａ 基準カムシャフト
６ｂ 標準カムシャフト
６ｃ 被測カムシャフト
７ 軸部
８ カム部
９ カムシャフト端部
１０ カムシャフト
１１ 軸部
１２ カム部
１３ カムシャフト端部
１４ カムシャフト固定治具
１５、１６ ジャーナル部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標準試料と被測試料を貫通型渦流センサの内部に配置し、前記貫通型渦流センサのセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定することにより前記標準試料と前記被測試料との組織差を検出する渦電流式組織判別方法において、
前記標準試料を前記貫通型渦流センサの内部で移動させ、前記標準試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記標準試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの標準試料データ動特性関数を求め、
前記被測試料を前記貫通型渦流センサの内部で移動させ、前記被測試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記被測試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの被測試料データ動特性関数を求め、
前記標準試料データ動特性関数と前記被測試料データ動特性関数の距離を算出し、
前記距離に基づいて前記標準試料と前記被測試料の組織差を検出する
ことを特徴とする渦電流式組織判別方法。
【請求項２】
前記標準試料データ動特性関数を、前記センサコイルの２組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータから求め、
前記被測試料データ動特性関数を、前記センサコイルの１組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータと、前記標準試料データ動特性関数の傾きから求める
ことを特徴とする請求項１に渦電流式組織判別方法。
【請求項３】
標準試料と被測試料を貫通型渦流センサの内部に配置し、前記貫通型渦流センサのセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定することにより前記標準試料と被測試料との組織差を検出する渦電流式組織判別方法において、
前記標準試料を前記貫通型渦流センサの内部で長軸を中心に回転させ、前記標準試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記標準試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの標準試料データ軌跡を求め、
前記標準試料を前記貫通型渦流センサの内部で移動させ、前記標準試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記標準試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの標準試料データ動特性関数を求め、
前記被測試料を前記貫通型渦流センサの内部で長軸を中心に回転させ、前記被測試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記被測試料に対する前記センサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの被測試料データ軌跡を求め、
前記標準試料データ軌跡と前記被測試料データ軌跡と前記標準試料データ動特性関数に基づいて、前記標準試料データ軌跡と前記被測試料データ軌跡との間の距離を算出し、
前記距離に基づいて前記標準試料と前記被測試料の組織差を検出する
ことを特徴とする渦電流式組織判別方法。
【請求項１】
標準試料と被測試料を貫通型渦流センサの内部に配置し、前記貫通型渦流センサのセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定することにより前記標準試料と前記被測試料との組織差を検出する渦電流式組織判別方法において、
前記標準試料を前記貫通型渦流センサの内部で移動させ、前記標準試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記標準試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの標準試料データ動特性関数を求め、
前記被測試料を前記貫通型渦流センサの内部で移動させ、前記被測試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記被測試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの被測試料データ動特性関数を求め、
前記標準試料データ動特性関数と前記被測試料データ動特性関数の距離を算出し、
前記距離に基づいて前記標準試料と前記被測試料の組織差を検出する
ことを特徴とする渦電流式組織判別方法。
【請求項２】
前記標準試料データ動特性関数を、前記センサコイルの２組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータから求め、
前記被測試料データ動特性関数を、前記センサコイルの１組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータと、前記標準試料データ動特性関数の傾きから求める
ことを特徴とする請求項１に渦電流式組織判別方法。
【請求項３】
標準試料と被測試料を貫通型渦流センサの内部に配置し、前記貫通型渦流センサのセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定することにより前記標準試料と被測試料との組織差を検出する渦電流式組織判別方法において、
前記標準試料を前記貫通型渦流センサの内部で長軸を中心に回転させ、前記標準試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記標準試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの標準試料データ軌跡を求め、
前記標準試料を前記貫通型渦流センサの内部で移動させ、前記標準試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記標準試料のセンサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの標準試料データ動特性関数を求め、
前記被測試料を前記貫通型渦流センサの内部で長軸を中心に回転させ、前記被測試料に対する前記センサコイルの複数組の抵抗値成分とインダクタンス成分のデータを測定し、前記被測試料に対する前記センサコイルの抵抗値成分とインダクタンス成分をＸ−Ｙ平面上で表したときの被測試料データ軌跡を求め、
前記標準試料データ軌跡と前記被測試料データ軌跡と前記標準試料データ動特性関数に基づいて、前記標準試料データ軌跡と前記被測試料データ軌跡との間の距離を算出し、
前記距離に基づいて前記標準試料と前記被測試料の組織差を検出する
ことを特徴とする渦電流式組織判別方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２７７０（Ｐ２０１２−２７７０Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４０３６７（Ｐ２０１０−１４０３６７）
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（０００１３９０２３）株式会社リケン (101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（０００１３９０２３）株式会社リケン (101)
【Ｆターム（参考）】
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