渦電流検出方法および渦電流検出装置
【課題】励磁兼検出コイルが温度変動したとしても、より高精度に渦電流を検出することができる渦電流検出方法および渦電流検出装置を提供する。
【解決手段】測定対象物に相当する仮想対象物Ｗを対象とし、かつ、励磁兼検出コイル１６の温度を変化させたときに、複素平面上においてインダクタンスブリッジ回路の中点間電位差Ｖの挙動を表した近似直線Ａ１を算出する。続いて、複素平面上において実数軸または虚数軸に対する近似直線Ａ１の傾き角度θａを算出する。続いて、実際の測定対象物Ｗを対象として、複素平面上において中点間電位差Ｖの座標（Ｒｅ１，Ｉｍ１）を算出し、当該座標（Ｒｅ１，Ｉｍ１）に対して傾き角度θａを逆回転させる回転座標変換を行い、変換後座標の実数成分Ｒｅ２または虚数成分Ｉｍ２を算出する。そして、実数成分Ｒｅ２または虚数成分Ｉｍ２を渦電流相関値として出力する。
【解決手段】測定対象物に相当する仮想対象物Ｗを対象とし、かつ、励磁兼検出コイル１６の温度を変化させたときに、複素平面上においてインダクタンスブリッジ回路の中点間電位差Ｖの挙動を表した近似直線Ａ１を算出する。続いて、複素平面上において実数軸または虚数軸に対する近似直線Ａ１の傾き角度θａを算出する。続いて、実際の測定対象物Ｗを対象として、複素平面上において中点間電位差Ｖの座標（Ｒｅ１，Ｉｍ１）を算出し、当該座標（Ｒｅ１，Ｉｍ１）に対して傾き角度θａを逆回転させる回転座標変換を行い、変換後座標の実数成分Ｒｅ２または虚数成分Ｉｍ２を算出する。そして、実数成分Ｒｅ２または虚数成分Ｉｍ２を渦電流相関値として出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励磁兼検出コイルの温度補償を行う渦電流検出方法および渦電流検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
渦電流検出装置は、測定対象物の内部構造により変化する渦電流により発生する磁気変動を検出しており、検出感度を向上するため検出ヘッドを測定対象物に接近もしくは接触させて測定している。このため、測定対象物の温度により励磁兼検出コイルの温度が変化して測定誤差を生じることがあった。そこで、特許文献１には、励磁兼検出コイルの温度を測定し、予め用意した補正表により誤差を補正することが記載されている。また、特許文献２には、温度変動による誤差の大部分が励磁兼検出コイルと参照コイルの温度差に起因することとして、励磁兼検出コイルと参照コイルの温度差が小さくなる構造にすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平4-204319号公報
【特許文献２】特開2007-285804号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の技術では、温度検出センサと励磁兼検出コイルの位置を完全に一致させることはできず、励磁兼検出コイルの温度を正確に検出することは困難である。そのため、高精度に誤差を補正することはできない。特許文献２に記載の技術において、励磁兼検出コイルと参照コイルとの温度差を小さくする構造にしたとしても、そもそも両コイルは磁気的な影響を受けない距離だけ離して配置されるため、熱源となる測定対象物からの各コイルまでの距離が異なる。そのため、両コイルの温度を完全に同一にすることは困難である。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、励磁兼検出コイルが温度変動したとしても、より高精度に渦電流を検出することができる渦電流検出方法および渦電流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】
【０００６】
本発明者らは、鋭意研究を重ね、複素平面上において、インダクタンスブリッジの中点間電位差が励磁兼検出コイルの温度に対して傾斜した直線状の関係を有することを見出し、本発明を発明するに至った。
【０００７】
（渦電流検出方法）
（請求項１）本発明に係る渦電流検出方法は、渦電流検出装置を用いて測定対象物に発生させた渦電流を検出する渦電流検出方法である。ここで、前記渦電流検出装置は、前記測定対象物に渦電流を発生させて当該渦電流による磁界を検出する励磁兼検出コイルと、前記励磁兼検出コイルに直列接続された参照コイルとにより形成される第一ハーフブリッジ回路と、２個の基準抵抗を直列接続され、前記第一ハーフブリッジ回路に並列接続された第二ハーフブリッジ回路と、それぞれの前記ハーフブリッジ回路の両端に交流電圧を印加する交流電源と、２つの前記ハーフブリッジ回路の中点間電位差を測定する電圧計とを備える。
【０００８】
そして、前記渦電流検出方法は、前記測定対象物に相当する仮想対象物を対象とし、かつ、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させたときに、複素平面上において前記中点間電位差の挙動を表した近似直線を算出する近似直線算出工程と、前記複素平面上において実数軸または虚数軸に対する前記近似直線の傾き角度を算出する傾き角度算出工程と、実際の前記測定対象物を対象として、前記複素平面上において前記中点間電位差の座標を算出し、当該座標に対して前記傾き角度を逆回転させる回転座標変換を行い、変換後座標の実数成分または虚数成分を算出する回転座標変換工程と、前記実数成分または虚数成分を渦電流相関値として出力する渦電流算出工程とを備える。
【０００９】
（請求項２）また、前記近似直線算出工程は、前記仮想対象物を対象として前記励磁兼検出コイルの複数の温度に変化させたときにそれぞれの前記中点間電位差を取得し、取得したそれぞれの前記中点間電位差を複素平面上にプロットし、プロットした複数点を直線近似することにより前記近似直線を算出するようにしてもよい。
（請求項３）また、前記近似直線算出工程は、前記仮想対象物の温度を変化させることにより、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させて、前記中点間電位差を取得するようにしてもよい。
【００１０】
（請求項４）また、前記近似直線算出工程は、前記励磁兼検出コイルのインダクタンスおよび巻線抵抗についての温度特性を測定し、前記温度特性に基づいて前記近似直線を算出するようにしてもよい。
【００１１】
（請求項５）また、前記測定対象物に発生する渦電流は、前記測定対象物に生じている加工変質層の状態に応じて変化し、前記渦電流相関値は、前記加工変質層の状態に対応する値であり、前記渦電流検出方法は、前記測定対象物に生じている加工変質層の状態を検出するようにしてもよい。
【００１２】
（渦電流検出装置）
上記においては、本発明を渦電流検出方法として捉えた場合について説明した。この他に、本発明は、渦電流検出装置としても捉えることができる。
（請求項６）本発明に係る渦電流検出装置は、測定対象物に発生させた渦電流を検出する渦電流検出装置において、前記測定対象物に渦電流を発生させて当該渦電流による磁界を検出する励磁兼検出コイルと、前記励磁兼検出コイルに直列接続された参照コイルとにより形成される第一ハーフブリッジ回路と、２個の基準抵抗を直列接続され、前記第一ハーフブリッジ回路に並列接続された第二ハーフブリッジ回路と、それぞれの前記ハーフブリッジ回路の両端に交流電圧を印加する交流電源と、２つの前記ハーフブリッジ回路の中点間電位差を測定する電圧計と、前記中点間電位差に基づいて渦電流相関値を算出する演算部とを備え、前記演算部は、前記測定対象物に相当する仮想対象物を対象とし、かつ、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させたときに、複素平面上において前記中点間電位差の挙動を表した近似直線を算出する近似直線算出手段と、前記複素平面上において実数軸または虚数軸に対する前記近似直線の傾き角度を算出する傾き角度算出手段と、実際の前記測定対象物を対象として、前記複素平面上において前記中点間電位差の座標を算出し、当該座標に対して前記傾き角度を逆回転させる回転座標変換を行い、変換後座標の実数成分または虚数成分を算出する回転座標変換手段と、前記実数成分または虚数成分を前記渦電流相関値として出力する渦電流算出手段とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
（請求項１）本発明によれば、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させたときに、複素平面上において、２つのハーフブリッジ回路の中点間電位差の挙動を表した近似直線を算出している。この近似直線は、複素平面上において、実数軸および虚数軸に対して傾きを有している。そこで、実数軸または虚数軸に対する近似直線の傾き角度を算出する。そして、実際に測定対象物を測定して得られた中点間電位差の複素平面上における座標に対して、傾き角度を逆回転させる回転座標変換を行っている。
【００１４】
そして、変換後座標の実数成分または虚数成分を渦電流相関値として出力している。ここで、励磁兼検出コイルの温度を変化させたときに、複素平面上において、回転座標変換後の座標の挙動は、実数軸または虚数軸に平行な近似直線となる。つまり、複素平面上において、変換後座標の実数成分または虚数成分は、励磁兼検出コイルの温度が変化したとしても変化しない値となる。従って、変換後座標の実数成分または虚数成分を渦電流相関値として出力することで、当該渦電流相関値は、励磁兼検出コイルの温度に依存しない値となる。励磁兼検出コイルの温度が変化したとしても、高精度に渦電流相関値を取得することができる。ここで、渦電流相関値とは、測定対象物に発生する渦電流そのもの、または、当該渦電流に相関を有する値を含む意味で用いている。
【００１５】
（請求項２）本発明によれば、励磁兼検出コイルの温度を実際に変化させた状態でそれぞれの中点間電位差を取得し、複数の中点間電位差を複素平面上にプロットすることにより近似直線を算出している。これにより、確実に近似直線を算出できる。
【００１６】
（請求項３）実際に測定において、励磁兼検出コイルの温度が変化する要因は、測定対象物の温度変化であると考えられる。そこで、近似直線を算出する際において、仮想対象物の温度を変化させることにより、励磁兼検出コイルの温度を変化させた状態で中点間電位差を取得するようにしている。これにより、実際の測定の状態に近い状態における温度依存状態を把握することができる。従って、高精度に渦電流相関値を取得できる。
【００１７】
（請求項４）励磁兼検出コイルのインダクタンスおよび巻線抵抗の温度特性を把握できれば、演算により、複素平面上の中点間電位差を取得することができる。そこで、本発明は、上記温度特性を測定することで、近似直線を演算により算出するようにしている。これにより、より容易に近似直線を取得することができる。
【００１８】
（請求項５）測定対象物に発生する渦電流は、測定対象物に生じている加工変質層の状態に応じて変化することが知られている。そこで、本発明の渦電流検出方法を、加工変質層の状態を検出することに適用することで、高精度に加工変質層の状態を把握することができる。
【００１９】
（請求項６）本発明に係る渦電流検出装置によれば、励磁兼検出コイルの温度が変化したとしても、高精度に渦電流相関値を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第一実施形態：本実施形態における渦電流検出装置の概要構成図である。
【図２】図１の渦電流検出装置の詳細構成図である。
【図３】図２の演算部における傾き角度算出処理を示すフローチャートである。
【図４】図２の演算部における渦電流相関値算出処理を示すフローチャートである。
【図５】図３のＳ５における近似直線およびＳ６における傾き角度θａを示す図である。
【図６】図５の近似直線を傾き角度θａの逆回転した場合を示す図である。
【図７】図４のＳ１３における回転座標変換を示す図である。
【図８】第二実施形態：図２の演算部における傾き角度算出処理を示すフローチャートである。
【図９】図８のＳ２１における励磁兼検出コイルの温度特性を示すグラフである。
【図１０】図８のＳ２２における近似直線およびＳ２３における傾き角度θａを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第一実施形態＞
本実施形態の渦電流検出装置の概要構成について、図１を参照して説明する。本実施形態において、渦電流検出装置は、ワークＷ（測定対象物）に生じている加工変質層の状態、および、ワークＷに生じている疵の有無を検出する。加工変質層とは、例えば研削加工により生じる研削焼けなどである。つまり、当該装置は、どのような状態の研削焼けがワークＷに生じているかを検出する。この渦電流検出装置は、ワークＷに渦電流を発生させて当該渦電流を検出し、加工変質層に対応した渦電流相関値を算出することで、加工変質層の状態を検出する。
【００２２】
渦電流検出装置は、図１に示すように、センサ本体１０と、測定装置２０とを備えて構成される。センサ本体１０は、ワークＷの表面に接触または接近させるセンサヘッド１１を備える。このセンサヘッド１１の内部のうち先端側には、励磁兼検出コイル１６が設けられ、センサヘッド１１の内部のうち後端側には、参照コイル（キャリブレーションコイル）１７が設けられている。
【００２３】
励磁兼検出コイル１６は、励磁によってワークＷに渦電流を発生させるとともに、発生した渦電流による磁界をインピーダンスの変化として検出する。ここで、ワークＷは、励磁される材料により形成されている。参照コイル１７は、インダクタンスブリッジ回路におけるキャリブレーションのために用いるコイルである。この参照コイル１７は、励磁兼検出コイル１６に直列接続されている。測定装置２０は、励磁兼検出コイル１６および参照コイル１７に電気的に接続されており、ワークＷに発生した渦電流相関値を算出する。
【００２４】
次に、センサ本体１０および測定装置２０により形成される電気回路、および、測定装置２０の機能ブロックについて図２を参照して説明する。図２に示すように、渦電流検出装置は、第一ハーフブリッジ回路３０、第二ハーフブリッジ回路４０、交流電源５０、電圧計６０、演算部７０、および、記憶部８０を備える。
【００２５】
第一ハーフブリッジ回路３０は、センサ本体１０に含まれるセンサヘッド１１の部分に相当する。この第一ハーフブリッジ回路３０は、励磁兼検出コイル１６と参照コイル１７とを直列接続して形成されている。ここで、励磁兼検出コイル１６は、自己インダクタンスＬｓと巻線抵抗Ｒｓとを直列接続された回路として表される。また、参照コイル１７は、自己インダクタンスＬｃと巻線抵抗Ｒｃとを直列接続された回路として表される。
【００２６】
第二ハーフブリッジ回路４０は、２個の基準抵抗Ｒ１，Ｒ２を直列接続され、第一ハーフブリッジ回路３０に並列接続される。基準抵抗Ｒ１，Ｒ２は、第一，第二ハーフブリッジ回路３０，４０により形成されるインダクタンスブリッジ回路の基準状態を調整するために、可変抵抗を用いている。交流電源５０は、第一ハーフブリッジ回路３０の両端および第二ハーフブリッジ回路４０の両端に接続され、交流電圧を印加する。
【００２７】
電圧計６０は、第一ハーフブリッジ回路３０の中点と第二ハーフブリッジ回路４０の中点との間の電位差（以下、「中点間電位差」を称する）Ｖを測定する。この中点間電位差Ｖは、式（１）にて表される。式（１）において、Ｚｓは、励磁兼検出コイル１６のインピーダンスであり、式（２）にて表される。また、Ｚｃは、参照コイル１７のインピーダンスであり、式（３）にて表される。Ｅは、交流電源５０の電圧である。ωは、励磁角周波数である。
【００２８】
【数１】
【００２９】
【数２】
【００３０】
【数３】
【００３１】
ここで、ワークＷは、インダクタンスＬ-Ｔと抵抗ＲＴとの直列回路で擬似的に表すことができる。つまり、センサヘッド１１がワークＷから十分に離れた位置からワークＷに接触または接近すると、励磁兼検出コイル１６のインピーダンスＺｓが変化する。このときのインピーダンスＺｓの変化量ΔＺｓは、式（４）にて表される。ここで、式（４）において、Ｍは、相互誘導係数であり、結合係数ｋを用いて式（５）にて表される。なお、式（５）において、２つのコイルが完全に磁界を共有しているときには、ｋ＝１となり、十分に離れているときには、ｋ＝０となる。
【００３２】
【数４】
【００３３】
【数５】
【００３４】
そして、加工変質層のない基準ワークＷについて測定した中点間電位差Ｖがゼロとなるように、基準抵抗Ｒ１，Ｒ２が調整されている。測定対象のワークＷに加工変質層が生じている場合には、励磁兼検出コイル１６のインピーダンスＺｓが変化することに伴って、中点間電位差Ｖが変化する。このように、中点間電位差Ｖにより、励磁兼検出コイル１６のインピーダンスＺｓの変化、すなわち渦電流による磁界を検出できる。
【００３５】
演算部７０は、電圧計６０により測定された中点間電位差Ｖを取得して、中点間電位差Ｖに基づいて温度補償のための演算を行う。ここで、励磁兼検出コイル１６の温度が変化すると、励磁兼検出コイル１６のインピーダンスＺｓが変化する。例えば、Ｒ２０，Ｌ２０を２０℃における励磁兼検出コイル１６の巻線抵抗および自己インダクタンスとした場合に、温度変動後の励磁兼検出コイルの巻線抵抗Ｒｓ２および自己インダクタンスＬｓ２は、式（６）（７）のように表される。ここで、αは、巻線抵抗の温度係数であり、βは、自己インダクタンスの温度係数である。このように、励磁兼検出コイル１６の温度が変化すると、その巻線抵抗Ｒｓおよび自己インダクタンスＬｓが変化する。
【００３６】
【数６】
【００３７】
【数７】
【００３８】
そのため、中点間電位差Ｖは、渦電流の発生による励磁兼検出コイル１６のインピーダンスＺｓの変化に加えて、励磁兼検出コイル１６の温度変化によるインピーダンスＺｓの変化の影響を受ける。そこで、演算部７０は、測定された中点間電位差Ｖから、励磁兼検出コイル１６の温度変化による影響分を除外する処理を行う。記憶部８０は、演算部７０において温度補償のための演算を行うための情報、傾き角度θａを記憶する。ここで、演算部７０による処理および記憶部８０に記憶される傾き角度θａについて、次に説明する。
【００３９】
（演算部による処理について）
次に、演算部による処理について図３および図４のフローチャート、および、図５〜図７のグラフを参照して説明する。演算部７０の処理は、図３に示す傾き角度算出処理と図４に示す渦電流相関値算出処理とを行う。
【００４０】
演算部７０は、最初に、図３に示す傾き角度算出処理を行う。加工変質層が生じていない基準ワークＷを対象として、中点間電位差Ｖの測定を行う（Ｓ１）。続いて、中点間電位差Ｖがゼロとなるような基準抵抗Ｒ１，Ｒ２の調整を行う（Ｓ２）。
【００４１】
続いて、加工変質層が生じている仮想ワークＷを対象として、当該仮想ワークＷを複数の温度にして、それぞれの中点間電位差Ｖを測定する（Ｓ３）。ここで、仮想ワークＷの温度を変化すると、仮想ワークＷの温度がセンサヘッド１１に伝達して、励磁兼検出コイル１６の温度が変化する。
【００４２】
この測定は、次のように行った。加工変質層の状態が異なる２種類の仮想ワークＷを準備し、それぞれの仮想ワークＷの温度を変化させて、中点間電位差Ｖを測定した。ここで、２種類の仮想ワークＷについて測定したが、これは本実施形態を分かりやすく説明するために行ったものであり、１種類の仮想ワークＷについて行えば足りる。なお、以下においても、２種類の仮想ワークＷについて説明する。
【００４３】
測定は、励磁周波数を２０ｋＨｚとし、次の瞬間に行った。（１）仮想ワークＷの温度を８０℃にした時、（２）８０℃にした時から１分後、（３）８０℃にした時から２分後、（４）８０℃にした時から５分後、（５）８０℃にした時から１０分後、（６）仮想ワークＷを室温である３０℃にした時について、測定した。
【００４４】
続いて、測定したそれぞれの中点間電位差Ｖについて、複素平面上における実数成分Ｒｅ１と虚数成分Ｉｍ１を算出する（Ｓ４）。ここで、式（１）は、式（８）のように、実数成分Ｒｅと虚数成分Ｉｍとに分けて表すことができる。
【００４５】
【数８】
【００４６】
そこで、複素平面上に、測定した中点間電位差Ｖをプロットする。そうすると、それぞれの中点間電位差Ｖは、図５の黒丸点および黒四角点にて表される。ここで、複素平面上の原点は、図３のＳ１にて測定した基準ワークＷの中点間電位差Ｖに対応する。そして、図５から分かるように、仮想ワークＷの温度が変化すると、中点間電位差Ｖの実数成分、虚数成分および原点からの絶対値が変化する。
【００４７】
続いて、複素平面上にプロットした後には、仮想ワークＷについて示す複数の黒丸点に対して例えば最小自乗法により直線近似を行って、近似直線Ａ１を算出する（Ｓ５）（近似直線算出工程）。この近似直線Ａ１は、仮想ワークＷについて、複素平面上において中点間電位差Ｖの挙動を表した直線である。また、ここでは、もう一つの仮想ワークＷについて示す複数の黒四角点に対して例えば最小自乗法により直線近似を行って、近似直線Ｂ１を算出することにする。この近似直線Ｂ１は、もう一つの仮想ワークＷについて、複素平面上において中点間電位差Ｖの挙動を表した直線である。
【００４８】
そして、近似直線Ａ１，Ｂ１は、実数軸および虚数軸に対して傾斜している。そこで、実数軸に対する近似直線Ａ１の傾き角度θａ（＝θ１）を算出する（Ｓ６）（傾き角度算出工程）。この傾き角度θａを記憶部８０に記憶する。なお、実数軸に対する近似直線Ｂ１の傾き角は、θ２である。ここで、θａ，θ２は、いずれも負の角度である。そして、近似直線Ａ１と近似直線Ｂ１とは、ほぼ平行になっていることが分かる。このように、加工変質層の状態が異なる場合であっても、実数軸に対する近似直線の傾き角度θａは、ほぼ同一となる。そこで、一つの仮想ワークＷについてのみ測定することで、傾き角度θａを算出することができる。
【００４９】
ここで、複素平面上において、傾き角度θａがゼロになるように、近似直線Ａ１，Ｂ１を回転座標変換した場合について、図６を参照して説明する。図６において、図５に示す近似直線Ａ１，Ｂ１を二点鎖線にて示し、近似直線Ａ１，Ｂ１に対して角度θを回転させる。ここで、回転角度θは、図５の傾き角度θａを逆回転する角度、すなわち傾き角度θａの正負を逆にした角度である。
【００５０】
図６の実線にて示すように、回転変換後の近似直線Ａ２は、実数軸に平行になり、回転変換後の近似直線Ｂ２は、実数軸にほぼ平行になる。つまり、近似直線Ａ２，Ｂ２上の虚数成分は、常に一定となる。このように、温度が変化しているにも関わらず、測定した中点間電位差Ｖの座標に対して角度θを回転させることで、回転後の座標の虚数成分は、温度の影響を受けない値となることが分かる。
【００５１】
そこで、演算部７０は、傾き角度算出処理の次に、図４に示す渦電流相関値算出処理を行う。ここでは、実際の測定対象物としてのワークＷを対象とし、中点間電位差Ｖを測定する（Ｓ１１）。続いて、複素平面上において、測定した中点間電位差Ｖの座標、すなわち実数成分Ｒｅ１および虚数成分Ｉｍ１を算出する（Ｓ１２）。
【００５２】
続いて、中点間電位差Ｖの座標（Ｒｅ１，Ｉｍ１）に対して、傾き角度θａを逆回転させる回転座標変換を行う（Ｓ１３）（回転座標変換工程）。つまり、中点間電位差Ｖの座標（Ｒｅ１，Ｉｍ１）に対して、角度θを回転させる。そうすると、図７に示すように、かつ、式（９）に示すように、中点間電位差Ｖの変換後座標は、（Ｒｅ２，Ｉｍ２）となる。そして、変換後の虚数成分Ｉｍ２を渦電流相関値として出力する（Ｓ１４）（渦電流算出工程）。
【００５３】
【数９】
【００５４】
ここで、励磁兼検出コイル１６の温度を変化させたときに、複素平面上において、図６に示すように、回転座標変換後の座標（Ｒｅ２，Ｉｍ２）の挙動は、実数軸に平行な近似直線Ａ２，Ｂ２となる。つまり、複素平面上において、変換後座標の虚数成分Ｉｍ２は、励磁兼検出コイル１６の温度が変化したとしても変化しない値となる。従って、変換後座標の虚数成分Ｉｍ２を渦電流相関値として出力することで、当該渦電流相関値は、励磁兼検出コイル１６の温度に依存しない値となる。励磁兼検出コイル１６の温度が変化したとしても、高精度に渦電流相関値を取得することができる。そして、渦電流相関値は、ワークＷに生じている加工変質層の状態に応じた値である。従って、本実施形態によれば、高精度に加工変質層の状態を把握することができる。
【００５５】
また、実際に測定において、励磁兼検出コイル１６の温度が変化する要因は、測定対象物としてのワークＷの温度変化であると考えられる。そこで、近似直線Ａ１を算出する際において、仮想ワークＷの温度を変化させることにより、励磁兼検出コイル１６の温度を変化させた状態で中点間電位差Ｖを測定するようにしている。これにより、実際の測定の状態に近い状態における温度依存状態を把握することができる。従って、高精度に渦電流相関値を取得できる。
【００５６】
＜第二実施形態＞
上記実施形態においては、演算部７０による傾き角度算出処理は、仮想ワークＷを実際に複数の温度に変化させて中点間電位差Ｖを測定し、傾き角度θａを算出した。この他に、以下に説明する処理を適用することもできる。本実施形態における傾き角度算出処理について、図８〜図１０を参照して説明する。
【００５７】
図８に示すように、傾き角度算出処理は、励磁兼検出コイル１６の温度を実際に変化させることで、励磁兼検出コイル１６の温度特性を測定する（Ｓ２１）。具体的には、励磁兼検出コイルの温度を変化させたときの、励磁兼検出コイル１６の巻線抵抗Ｒｓおよび自己インダクタンスＬｓを測定する。この測定結果を図９に示す。図９に示すように、自己インダクタンスＬｓおよび巻線抵抗Ｒｓは、いずれも、温度が高くなるほど僅かに大きくなっている。そして、図９より、式（６）（７）おける励磁兼検出コイル１６の巻線抵抗Ｒｓの温度係数αおよび自己インダクタンスＬｓの温度係数βを算出する。
【００５８】
続いて、励磁兼検出コイルの温度特性に基づいて、複素平面上において、中点間電位差Ｖの挙動に相当する近似直線Ｃ１，Ｄ１を算出する（Ｓ２２）。ここで、近似直線Ｃ１は、表１において、測定対象物に相当する試験体Ｐ（仮想ワークＷ）の欄に記載する演算条件により算出した。また、近似直線Ｄ１は、表１において、測定対象物に相当する試験体Ｑ（仮想ワークＷ）の欄に記載する演算条件により算出した。なお、２種類の試験体Ｐ，Ｑについて近似直線Ｃ１，Ｄ１を算出したが、これは本実施形態を分かりやすく説明するために行ったものであり、１種類の試験体Ｐについて行えば足りる。
【００５９】
【表１】
【００６０】
近似直線Ｃ１，Ｄ１は、図１０の実線にて示すようになる。つまり、近似直線Ｃ１，Ｄ１は、実数軸および虚数軸に対して傾斜している。そこで、実数軸に対する近似直線Ｃ１，Ｄ１の傾き角度θａを算出する（Ｓ２３）（傾き角度算出工程）。この傾き角度θａを記憶部８０に記憶する。ここで、傾き角度θａは、正の角度である。そして、近似直線Ｃ１と近似直線Ｄ１とは、平行になっていることが分かる。このように、加工変質層の状態が異なる場合であっても、実数軸に対する近似直線の傾き角度θａは、同一となる。そこで、試験体Ｐについてのみ演算することで、傾き角度θａを算出することができる。
【００６１】
本実施形態によれば、励磁兼検出コイル１６のインダクタンスＬｓおよび巻線抵抗Ｒｓの温度特性を把握できれば、演算により、複素平面上の中点間電位差Ｖを取得することができる。そこで、当該温度特性を測定することで、近似直線Ｃ１，Ｄ１を演算により算出するようにしている。これにより、より容易に近似直線Ｃ１，Ｄ１を取得することができる。
【００６２】
＜その他＞
なお、上記実施形態においては、実数軸に対する傾き角度θａを算出し、回転座標変換後の座標のうち虚数成分Ｉｍ２を渦電流相関値とした。この他に、虚数軸に対する傾き角度θａを算出し、回転座標変換後の座標のうち実数成分Ｒｅ２を渦電流相関値としてもよい。この場合も、上記同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００６３】
１６：励磁兼検出コイル、 １７：参照コイル、 ３０：第一ハーフブリッジ回路、 ４０：第二ハーフブリッジ回路、 ５０：交流電源、 ６０：電圧計、 ７０：演算部、 Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１：中点間電位差の近似直線、 Ｗ：測定対象物、 θａ：傾き角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励磁兼検出コイルの温度補償を行う渦電流検出方法および渦電流検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
渦電流検出装置は、測定対象物の内部構造により変化する渦電流により発生する磁気変動を検出しており、検出感度を向上するため検出ヘッドを測定対象物に接近もしくは接触させて測定している。このため、測定対象物の温度により励磁兼検出コイルの温度が変化して測定誤差を生じることがあった。そこで、特許文献１には、励磁兼検出コイルの温度を測定し、予め用意した補正表により誤差を補正することが記載されている。また、特許文献２には、温度変動による誤差の大部分が励磁兼検出コイルと参照コイルの温度差に起因することとして、励磁兼検出コイルと参照コイルの温度差が小さくなる構造にすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平4-204319号公報
【特許文献２】特開2007-285804号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の技術では、温度検出センサと励磁兼検出コイルの位置を完全に一致させることはできず、励磁兼検出コイルの温度を正確に検出することは困難である。そのため、高精度に誤差を補正することはできない。特許文献２に記載の技術において、励磁兼検出コイルと参照コイルとの温度差を小さくする構造にしたとしても、そもそも両コイルは磁気的な影響を受けない距離だけ離して配置されるため、熱源となる測定対象物からの各コイルまでの距離が異なる。そのため、両コイルの温度を完全に同一にすることは困難である。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、励磁兼検出コイルが温度変動したとしても、より高精度に渦電流を検出することができる渦電流検出方法および渦電流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】
【０００６】
本発明者らは、鋭意研究を重ね、複素平面上において、インダクタンスブリッジの中点間電位差が励磁兼検出コイルの温度に対して傾斜した直線状の関係を有することを見出し、本発明を発明するに至った。
【０００７】
（渦電流検出方法）
（請求項１）本発明に係る渦電流検出方法は、渦電流検出装置を用いて測定対象物に発生させた渦電流を検出する渦電流検出方法である。ここで、前記渦電流検出装置は、前記測定対象物に渦電流を発生させて当該渦電流による磁界を検出する励磁兼検出コイルと、前記励磁兼検出コイルに直列接続された参照コイルとにより形成される第一ハーフブリッジ回路と、２個の基準抵抗を直列接続され、前記第一ハーフブリッジ回路に並列接続された第二ハーフブリッジ回路と、それぞれの前記ハーフブリッジ回路の両端に交流電圧を印加する交流電源と、２つの前記ハーフブリッジ回路の中点間電位差を測定する電圧計とを備える。
【０００８】
そして、前記渦電流検出方法は、前記測定対象物に相当する仮想対象物を対象とし、かつ、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させたときに、複素平面上において前記中点間電位差の挙動を表した近似直線を算出する近似直線算出工程と、前記複素平面上において実数軸または虚数軸に対する前記近似直線の傾き角度を算出する傾き角度算出工程と、実際の前記測定対象物を対象として、前記複素平面上において前記中点間電位差の座標を算出し、当該座標に対して前記傾き角度を逆回転させる回転座標変換を行い、変換後座標の実数成分または虚数成分を算出する回転座標変換工程と、前記実数成分または虚数成分を渦電流相関値として出力する渦電流算出工程とを備える。
【０００９】
（請求項２）また、前記近似直線算出工程は、前記仮想対象物を対象として前記励磁兼検出コイルの複数の温度に変化させたときにそれぞれの前記中点間電位差を取得し、取得したそれぞれの前記中点間電位差を複素平面上にプロットし、プロットした複数点を直線近似することにより前記近似直線を算出するようにしてもよい。
（請求項３）また、前記近似直線算出工程は、前記仮想対象物の温度を変化させることにより、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させて、前記中点間電位差を取得するようにしてもよい。
【００１０】
（請求項４）また、前記近似直線算出工程は、前記励磁兼検出コイルのインダクタンスおよび巻線抵抗についての温度特性を測定し、前記温度特性に基づいて前記近似直線を算出するようにしてもよい。
【００１１】
（請求項５）また、前記測定対象物に発生する渦電流は、前記測定対象物に生じている加工変質層の状態に応じて変化し、前記渦電流相関値は、前記加工変質層の状態に対応する値であり、前記渦電流検出方法は、前記測定対象物に生じている加工変質層の状態を検出するようにしてもよい。
【００１２】
（渦電流検出装置）
上記においては、本発明を渦電流検出方法として捉えた場合について説明した。この他に、本発明は、渦電流検出装置としても捉えることができる。
（請求項６）本発明に係る渦電流検出装置は、測定対象物に発生させた渦電流を検出する渦電流検出装置において、前記測定対象物に渦電流を発生させて当該渦電流による磁界を検出する励磁兼検出コイルと、前記励磁兼検出コイルに直列接続された参照コイルとにより形成される第一ハーフブリッジ回路と、２個の基準抵抗を直列接続され、前記第一ハーフブリッジ回路に並列接続された第二ハーフブリッジ回路と、それぞれの前記ハーフブリッジ回路の両端に交流電圧を印加する交流電源と、２つの前記ハーフブリッジ回路の中点間電位差を測定する電圧計と、前記中点間電位差に基づいて渦電流相関値を算出する演算部とを備え、前記演算部は、前記測定対象物に相当する仮想対象物を対象とし、かつ、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させたときに、複素平面上において前記中点間電位差の挙動を表した近似直線を算出する近似直線算出手段と、前記複素平面上において実数軸または虚数軸に対する前記近似直線の傾き角度を算出する傾き角度算出手段と、実際の前記測定対象物を対象として、前記複素平面上において前記中点間電位差の座標を算出し、当該座標に対して前記傾き角度を逆回転させる回転座標変換を行い、変換後座標の実数成分または虚数成分を算出する回転座標変換手段と、前記実数成分または虚数成分を前記渦電流相関値として出力する渦電流算出手段とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
（請求項１）本発明によれば、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させたときに、複素平面上において、２つのハーフブリッジ回路の中点間電位差の挙動を表した近似直線を算出している。この近似直線は、複素平面上において、実数軸および虚数軸に対して傾きを有している。そこで、実数軸または虚数軸に対する近似直線の傾き角度を算出する。そして、実際に測定対象物を測定して得られた中点間電位差の複素平面上における座標に対して、傾き角度を逆回転させる回転座標変換を行っている。
【００１４】
そして、変換後座標の実数成分または虚数成分を渦電流相関値として出力している。ここで、励磁兼検出コイルの温度を変化させたときに、複素平面上において、回転座標変換後の座標の挙動は、実数軸または虚数軸に平行な近似直線となる。つまり、複素平面上において、変換後座標の実数成分または虚数成分は、励磁兼検出コイルの温度が変化したとしても変化しない値となる。従って、変換後座標の実数成分または虚数成分を渦電流相関値として出力することで、当該渦電流相関値は、励磁兼検出コイルの温度に依存しない値となる。励磁兼検出コイルの温度が変化したとしても、高精度に渦電流相関値を取得することができる。ここで、渦電流相関値とは、測定対象物に発生する渦電流そのもの、または、当該渦電流に相関を有する値を含む意味で用いている。
【００１５】
（請求項２）本発明によれば、励磁兼検出コイルの温度を実際に変化させた状態でそれぞれの中点間電位差を取得し、複数の中点間電位差を複素平面上にプロットすることにより近似直線を算出している。これにより、確実に近似直線を算出できる。
【００１６】
（請求項３）実際に測定において、励磁兼検出コイルの温度が変化する要因は、測定対象物の温度変化であると考えられる。そこで、近似直線を算出する際において、仮想対象物の温度を変化させることにより、励磁兼検出コイルの温度を変化させた状態で中点間電位差を取得するようにしている。これにより、実際の測定の状態に近い状態における温度依存状態を把握することができる。従って、高精度に渦電流相関値を取得できる。
【００１７】
（請求項４）励磁兼検出コイルのインダクタンスおよび巻線抵抗の温度特性を把握できれば、演算により、複素平面上の中点間電位差を取得することができる。そこで、本発明は、上記温度特性を測定することで、近似直線を演算により算出するようにしている。これにより、より容易に近似直線を取得することができる。
【００１８】
（請求項５）測定対象物に発生する渦電流は、測定対象物に生じている加工変質層の状態に応じて変化することが知られている。そこで、本発明の渦電流検出方法を、加工変質層の状態を検出することに適用することで、高精度に加工変質層の状態を把握することができる。
【００１９】
（請求項６）本発明に係る渦電流検出装置によれば、励磁兼検出コイルの温度が変化したとしても、高精度に渦電流相関値を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第一実施形態：本実施形態における渦電流検出装置の概要構成図である。
【図２】図１の渦電流検出装置の詳細構成図である。
【図３】図２の演算部における傾き角度算出処理を示すフローチャートである。
【図４】図２の演算部における渦電流相関値算出処理を示すフローチャートである。
【図５】図３のＳ５における近似直線およびＳ６における傾き角度θａを示す図である。
【図６】図５の近似直線を傾き角度θａの逆回転した場合を示す図である。
【図７】図４のＳ１３における回転座標変換を示す図である。
【図８】第二実施形態：図２の演算部における傾き角度算出処理を示すフローチャートである。
【図９】図８のＳ２１における励磁兼検出コイルの温度特性を示すグラフである。
【図１０】図８のＳ２２における近似直線およびＳ２３における傾き角度θａを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第一実施形態＞
本実施形態の渦電流検出装置の概要構成について、図１を参照して説明する。本実施形態において、渦電流検出装置は、ワークＷ（測定対象物）に生じている加工変質層の状態、および、ワークＷに生じている疵の有無を検出する。加工変質層とは、例えば研削加工により生じる研削焼けなどである。つまり、当該装置は、どのような状態の研削焼けがワークＷに生じているかを検出する。この渦電流検出装置は、ワークＷに渦電流を発生させて当該渦電流を検出し、加工変質層に対応した渦電流相関値を算出することで、加工変質層の状態を検出する。
【００２２】
渦電流検出装置は、図１に示すように、センサ本体１０と、測定装置２０とを備えて構成される。センサ本体１０は、ワークＷの表面に接触または接近させるセンサヘッド１１を備える。このセンサヘッド１１の内部のうち先端側には、励磁兼検出コイル１６が設けられ、センサヘッド１１の内部のうち後端側には、参照コイル（キャリブレーションコイル）１７が設けられている。
【００２３】
励磁兼検出コイル１６は、励磁によってワークＷに渦電流を発生させるとともに、発生した渦電流による磁界をインピーダンスの変化として検出する。ここで、ワークＷは、励磁される材料により形成されている。参照コイル１７は、インダクタンスブリッジ回路におけるキャリブレーションのために用いるコイルである。この参照コイル１７は、励磁兼検出コイル１６に直列接続されている。測定装置２０は、励磁兼検出コイル１６および参照コイル１７に電気的に接続されており、ワークＷに発生した渦電流相関値を算出する。
【００２４】
次に、センサ本体１０および測定装置２０により形成される電気回路、および、測定装置２０の機能ブロックについて図２を参照して説明する。図２に示すように、渦電流検出装置は、第一ハーフブリッジ回路３０、第二ハーフブリッジ回路４０、交流電源５０、電圧計６０、演算部７０、および、記憶部８０を備える。
【００２５】
第一ハーフブリッジ回路３０は、センサ本体１０に含まれるセンサヘッド１１の部分に相当する。この第一ハーフブリッジ回路３０は、励磁兼検出コイル１６と参照コイル１７とを直列接続して形成されている。ここで、励磁兼検出コイル１６は、自己インダクタンスＬｓと巻線抵抗Ｒｓとを直列接続された回路として表される。また、参照コイル１７は、自己インダクタンスＬｃと巻線抵抗Ｒｃとを直列接続された回路として表される。
【００２６】
第二ハーフブリッジ回路４０は、２個の基準抵抗Ｒ１，Ｒ２を直列接続され、第一ハーフブリッジ回路３０に並列接続される。基準抵抗Ｒ１，Ｒ２は、第一，第二ハーフブリッジ回路３０，４０により形成されるインダクタンスブリッジ回路の基準状態を調整するために、可変抵抗を用いている。交流電源５０は、第一ハーフブリッジ回路３０の両端および第二ハーフブリッジ回路４０の両端に接続され、交流電圧を印加する。
【００２７】
電圧計６０は、第一ハーフブリッジ回路３０の中点と第二ハーフブリッジ回路４０の中点との間の電位差（以下、「中点間電位差」を称する）Ｖを測定する。この中点間電位差Ｖは、式（１）にて表される。式（１）において、Ｚｓは、励磁兼検出コイル１６のインピーダンスであり、式（２）にて表される。また、Ｚｃは、参照コイル１７のインピーダンスであり、式（３）にて表される。Ｅは、交流電源５０の電圧である。ωは、励磁角周波数である。
【００２８】
【数１】
【００２９】
【数２】
【００３０】
【数３】
【００３１】
ここで、ワークＷは、インダクタンスＬ-Ｔと抵抗ＲＴとの直列回路で擬似的に表すことができる。つまり、センサヘッド１１がワークＷから十分に離れた位置からワークＷに接触または接近すると、励磁兼検出コイル１６のインピーダンスＺｓが変化する。このときのインピーダンスＺｓの変化量ΔＺｓは、式（４）にて表される。ここで、式（４）において、Ｍは、相互誘導係数であり、結合係数ｋを用いて式（５）にて表される。なお、式（５）において、２つのコイルが完全に磁界を共有しているときには、ｋ＝１となり、十分に離れているときには、ｋ＝０となる。
【００３２】
【数４】
【００３３】
【数５】
【００３４】
そして、加工変質層のない基準ワークＷについて測定した中点間電位差Ｖがゼロとなるように、基準抵抗Ｒ１，Ｒ２が調整されている。測定対象のワークＷに加工変質層が生じている場合には、励磁兼検出コイル１６のインピーダンスＺｓが変化することに伴って、中点間電位差Ｖが変化する。このように、中点間電位差Ｖにより、励磁兼検出コイル１６のインピーダンスＺｓの変化、すなわち渦電流による磁界を検出できる。
【００３５】
演算部７０は、電圧計６０により測定された中点間電位差Ｖを取得して、中点間電位差Ｖに基づいて温度補償のための演算を行う。ここで、励磁兼検出コイル１６の温度が変化すると、励磁兼検出コイル１６のインピーダンスＺｓが変化する。例えば、Ｒ２０，Ｌ２０を２０℃における励磁兼検出コイル１６の巻線抵抗および自己インダクタンスとした場合に、温度変動後の励磁兼検出コイルの巻線抵抗Ｒｓ２および自己インダクタンスＬｓ２は、式（６）（７）のように表される。ここで、αは、巻線抵抗の温度係数であり、βは、自己インダクタンスの温度係数である。このように、励磁兼検出コイル１６の温度が変化すると、その巻線抵抗Ｒｓおよび自己インダクタンスＬｓが変化する。
【００３６】
【数６】
【００３７】
【数７】
【００３８】
そのため、中点間電位差Ｖは、渦電流の発生による励磁兼検出コイル１６のインピーダンスＺｓの変化に加えて、励磁兼検出コイル１６の温度変化によるインピーダンスＺｓの変化の影響を受ける。そこで、演算部７０は、測定された中点間電位差Ｖから、励磁兼検出コイル１６の温度変化による影響分を除外する処理を行う。記憶部８０は、演算部７０において温度補償のための演算を行うための情報、傾き角度θａを記憶する。ここで、演算部７０による処理および記憶部８０に記憶される傾き角度θａについて、次に説明する。
【００３９】
（演算部による処理について）
次に、演算部による処理について図３および図４のフローチャート、および、図５〜図７のグラフを参照して説明する。演算部７０の処理は、図３に示す傾き角度算出処理と図４に示す渦電流相関値算出処理とを行う。
【００４０】
演算部７０は、最初に、図３に示す傾き角度算出処理を行う。加工変質層が生じていない基準ワークＷを対象として、中点間電位差Ｖの測定を行う（Ｓ１）。続いて、中点間電位差Ｖがゼロとなるような基準抵抗Ｒ１，Ｒ２の調整を行う（Ｓ２）。
【００４１】
続いて、加工変質層が生じている仮想ワークＷを対象として、当該仮想ワークＷを複数の温度にして、それぞれの中点間電位差Ｖを測定する（Ｓ３）。ここで、仮想ワークＷの温度を変化すると、仮想ワークＷの温度がセンサヘッド１１に伝達して、励磁兼検出コイル１６の温度が変化する。
【００４２】
この測定は、次のように行った。加工変質層の状態が異なる２種類の仮想ワークＷを準備し、それぞれの仮想ワークＷの温度を変化させて、中点間電位差Ｖを測定した。ここで、２種類の仮想ワークＷについて測定したが、これは本実施形態を分かりやすく説明するために行ったものであり、１種類の仮想ワークＷについて行えば足りる。なお、以下においても、２種類の仮想ワークＷについて説明する。
【００４３】
測定は、励磁周波数を２０ｋＨｚとし、次の瞬間に行った。（１）仮想ワークＷの温度を８０℃にした時、（２）８０℃にした時から１分後、（３）８０℃にした時から２分後、（４）８０℃にした時から５分後、（５）８０℃にした時から１０分後、（６）仮想ワークＷを室温である３０℃にした時について、測定した。
【００４４】
続いて、測定したそれぞれの中点間電位差Ｖについて、複素平面上における実数成分Ｒｅ１と虚数成分Ｉｍ１を算出する（Ｓ４）。ここで、式（１）は、式（８）のように、実数成分Ｒｅと虚数成分Ｉｍとに分けて表すことができる。
【００４５】
【数８】
【００４６】
そこで、複素平面上に、測定した中点間電位差Ｖをプロットする。そうすると、それぞれの中点間電位差Ｖは、図５の黒丸点および黒四角点にて表される。ここで、複素平面上の原点は、図３のＳ１にて測定した基準ワークＷの中点間電位差Ｖに対応する。そして、図５から分かるように、仮想ワークＷの温度が変化すると、中点間電位差Ｖの実数成分、虚数成分および原点からの絶対値が変化する。
【００４７】
続いて、複素平面上にプロットした後には、仮想ワークＷについて示す複数の黒丸点に対して例えば最小自乗法により直線近似を行って、近似直線Ａ１を算出する（Ｓ５）（近似直線算出工程）。この近似直線Ａ１は、仮想ワークＷについて、複素平面上において中点間電位差Ｖの挙動を表した直線である。また、ここでは、もう一つの仮想ワークＷについて示す複数の黒四角点に対して例えば最小自乗法により直線近似を行って、近似直線Ｂ１を算出することにする。この近似直線Ｂ１は、もう一つの仮想ワークＷについて、複素平面上において中点間電位差Ｖの挙動を表した直線である。
【００４８】
そして、近似直線Ａ１，Ｂ１は、実数軸および虚数軸に対して傾斜している。そこで、実数軸に対する近似直線Ａ１の傾き角度θａ（＝θ１）を算出する（Ｓ６）（傾き角度算出工程）。この傾き角度θａを記憶部８０に記憶する。なお、実数軸に対する近似直線Ｂ１の傾き角は、θ２である。ここで、θａ，θ２は、いずれも負の角度である。そして、近似直線Ａ１と近似直線Ｂ１とは、ほぼ平行になっていることが分かる。このように、加工変質層の状態が異なる場合であっても、実数軸に対する近似直線の傾き角度θａは、ほぼ同一となる。そこで、一つの仮想ワークＷについてのみ測定することで、傾き角度θａを算出することができる。
【００４９】
ここで、複素平面上において、傾き角度θａがゼロになるように、近似直線Ａ１，Ｂ１を回転座標変換した場合について、図６を参照して説明する。図６において、図５に示す近似直線Ａ１，Ｂ１を二点鎖線にて示し、近似直線Ａ１，Ｂ１に対して角度θを回転させる。ここで、回転角度θは、図５の傾き角度θａを逆回転する角度、すなわち傾き角度θａの正負を逆にした角度である。
【００５０】
図６の実線にて示すように、回転変換後の近似直線Ａ２は、実数軸に平行になり、回転変換後の近似直線Ｂ２は、実数軸にほぼ平行になる。つまり、近似直線Ａ２，Ｂ２上の虚数成分は、常に一定となる。このように、温度が変化しているにも関わらず、測定した中点間電位差Ｖの座標に対して角度θを回転させることで、回転後の座標の虚数成分は、温度の影響を受けない値となることが分かる。
【００５１】
そこで、演算部７０は、傾き角度算出処理の次に、図４に示す渦電流相関値算出処理を行う。ここでは、実際の測定対象物としてのワークＷを対象とし、中点間電位差Ｖを測定する（Ｓ１１）。続いて、複素平面上において、測定した中点間電位差Ｖの座標、すなわち実数成分Ｒｅ１および虚数成分Ｉｍ１を算出する（Ｓ１２）。
【００５２】
続いて、中点間電位差Ｖの座標（Ｒｅ１，Ｉｍ１）に対して、傾き角度θａを逆回転させる回転座標変換を行う（Ｓ１３）（回転座標変換工程）。つまり、中点間電位差Ｖの座標（Ｒｅ１，Ｉｍ１）に対して、角度θを回転させる。そうすると、図７に示すように、かつ、式（９）に示すように、中点間電位差Ｖの変換後座標は、（Ｒｅ２，Ｉｍ２）となる。そして、変換後の虚数成分Ｉｍ２を渦電流相関値として出力する（Ｓ１４）（渦電流算出工程）。
【００５３】
【数９】
【００５４】
ここで、励磁兼検出コイル１６の温度を変化させたときに、複素平面上において、図６に示すように、回転座標変換後の座標（Ｒｅ２，Ｉｍ２）の挙動は、実数軸に平行な近似直線Ａ２，Ｂ２となる。つまり、複素平面上において、変換後座標の虚数成分Ｉｍ２は、励磁兼検出コイル１６の温度が変化したとしても変化しない値となる。従って、変換後座標の虚数成分Ｉｍ２を渦電流相関値として出力することで、当該渦電流相関値は、励磁兼検出コイル１６の温度に依存しない値となる。励磁兼検出コイル１６の温度が変化したとしても、高精度に渦電流相関値を取得することができる。そして、渦電流相関値は、ワークＷに生じている加工変質層の状態に応じた値である。従って、本実施形態によれば、高精度に加工変質層の状態を把握することができる。
【００５５】
また、実際に測定において、励磁兼検出コイル１６の温度が変化する要因は、測定対象物としてのワークＷの温度変化であると考えられる。そこで、近似直線Ａ１を算出する際において、仮想ワークＷの温度を変化させることにより、励磁兼検出コイル１６の温度を変化させた状態で中点間電位差Ｖを測定するようにしている。これにより、実際の測定の状態に近い状態における温度依存状態を把握することができる。従って、高精度に渦電流相関値を取得できる。
【００５６】
＜第二実施形態＞
上記実施形態においては、演算部７０による傾き角度算出処理は、仮想ワークＷを実際に複数の温度に変化させて中点間電位差Ｖを測定し、傾き角度θａを算出した。この他に、以下に説明する処理を適用することもできる。本実施形態における傾き角度算出処理について、図８〜図１０を参照して説明する。
【００５７】
図８に示すように、傾き角度算出処理は、励磁兼検出コイル１６の温度を実際に変化させることで、励磁兼検出コイル１６の温度特性を測定する（Ｓ２１）。具体的には、励磁兼検出コイルの温度を変化させたときの、励磁兼検出コイル１６の巻線抵抗Ｒｓおよび自己インダクタンスＬｓを測定する。この測定結果を図９に示す。図９に示すように、自己インダクタンスＬｓおよび巻線抵抗Ｒｓは、いずれも、温度が高くなるほど僅かに大きくなっている。そして、図９より、式（６）（７）おける励磁兼検出コイル１６の巻線抵抗Ｒｓの温度係数αおよび自己インダクタンスＬｓの温度係数βを算出する。
【００５８】
続いて、励磁兼検出コイルの温度特性に基づいて、複素平面上において、中点間電位差Ｖの挙動に相当する近似直線Ｃ１，Ｄ１を算出する（Ｓ２２）。ここで、近似直線Ｃ１は、表１において、測定対象物に相当する試験体Ｐ（仮想ワークＷ）の欄に記載する演算条件により算出した。また、近似直線Ｄ１は、表１において、測定対象物に相当する試験体Ｑ（仮想ワークＷ）の欄に記載する演算条件により算出した。なお、２種類の試験体Ｐ，Ｑについて近似直線Ｃ１，Ｄ１を算出したが、これは本実施形態を分かりやすく説明するために行ったものであり、１種類の試験体Ｐについて行えば足りる。
【００５９】
【表１】
【００６０】
近似直線Ｃ１，Ｄ１は、図１０の実線にて示すようになる。つまり、近似直線Ｃ１，Ｄ１は、実数軸および虚数軸に対して傾斜している。そこで、実数軸に対する近似直線Ｃ１，Ｄ１の傾き角度θａを算出する（Ｓ２３）（傾き角度算出工程）。この傾き角度θａを記憶部８０に記憶する。ここで、傾き角度θａは、正の角度である。そして、近似直線Ｃ１と近似直線Ｄ１とは、平行になっていることが分かる。このように、加工変質層の状態が異なる場合であっても、実数軸に対する近似直線の傾き角度θａは、同一となる。そこで、試験体Ｐについてのみ演算することで、傾き角度θａを算出することができる。
【００６１】
本実施形態によれば、励磁兼検出コイル１６のインダクタンスＬｓおよび巻線抵抗Ｒｓの温度特性を把握できれば、演算により、複素平面上の中点間電位差Ｖを取得することができる。そこで、当該温度特性を測定することで、近似直線Ｃ１，Ｄ１を演算により算出するようにしている。これにより、より容易に近似直線Ｃ１，Ｄ１を取得することができる。
【００６２】
＜その他＞
なお、上記実施形態においては、実数軸に対する傾き角度θａを算出し、回転座標変換後の座標のうち虚数成分Ｉｍ２を渦電流相関値とした。この他に、虚数軸に対する傾き角度θａを算出し、回転座標変換後の座標のうち実数成分Ｒｅ２を渦電流相関値としてもよい。この場合も、上記同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００６３】
１６：励磁兼検出コイル、 １７：参照コイル、 ３０：第一ハーフブリッジ回路、 ４０：第二ハーフブリッジ回路、 ５０：交流電源、 ６０：電圧計、 ７０：演算部、 Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１：中点間電位差の近似直線、 Ｗ：測定対象物、 θａ：傾き角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦電流検出装置を用いて測定対象物に発生させた渦電流を検出する渦電流検出方法であって、
前記渦電流検出装置は、
前記測定対象物に渦電流を発生させて当該渦電流による磁界を検出する励磁兼検出コイルと、前記励磁兼検出コイルに直列接続された参照コイルとにより形成される第一ハーフブリッジ回路と、
２個の基準抵抗を直列接続され、前記第一ハーフブリッジ回路に並列接続された第二ハーフブリッジ回路と、
それぞれの前記ハーフブリッジ回路の両端に交流電圧を印加する交流電源と、
２つの前記ハーフブリッジ回路の中点間電位差を測定する電圧計と、
を備え、
前記渦電流検出方法は、
前記測定対象物に相当する仮想対象物を対象とし、かつ、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させたときに、複素平面上において前記中点間電位差の挙動を表した近似直線を算出する近似直線算出工程と、
前記複素平面上において実数軸または虚数軸に対する前記近似直線の傾き角度を算出する傾き角度算出工程と、
実際の前記測定対象物を対象として、前記複素平面上において前記中点間電位差の座標を算出し、当該座標に対して前記傾き角度を逆回転させる回転座標変換を行い、変換後座標の実数成分または虚数成分を算出する回転座標変換工程と、
前記実数成分または虚数成分を渦電流相関値として出力する渦電流算出工程と、
を備える渦電流検出方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記近似直線算出工程は、前記仮想対象物を対象として前記励磁兼検出コイルの複数の温度に変化させたときにそれぞれの前記中点間電位差を取得し、取得したそれぞれの前記中点間電位差を複素平面上にプロットし、プロットした複数点を直線近似することにより前記近似直線を算出する渦電流検出方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記近似直線算出工程は、前記仮想対象物の温度を変化させることにより、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させて、前記中点間電位差を取得する渦電流検出方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記近似直線算出工程は、前記励磁兼検出コイルのインダクタンスおよび巻線抵抗についての温度特性を測定し、前記温度特性に基づいて前記近似直線を算出する渦電流検出方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項において、
前記測定対象物に発生する渦電流は、前記測定対象物に生じている加工変質層の状態に応じて変化し、
前記渦電流相関値は、前記加工変質層の状態に対応する値であり、
前記渦電流検出方法は、前記測定対象物に生じている加工変質層の状態を検出する渦電流検出方法。
【請求項６】
測定対象物に発生させた渦電流を検出する渦電流検出装置において、
前記測定対象物に渦電流を発生させて当該渦電流による磁界を検出する励磁兼検出コイルと、前記励磁兼検出コイルに直列接続された参照コイルとにより形成される第一ハーフブリッジ回路と、
２個の基準抵抗を直列接続され、前記第一ハーフブリッジ回路に並列接続された第二ハーフブリッジ回路と、
それぞれの前記ハーフブリッジ回路の両端に交流電圧を印加する交流電源と、
２つの前記ハーフブリッジ回路の中点間電位差を測定する電圧計と、
前記中点間電位差に基づいて渦電流相関値を算出する演算部と、
を備え、
前記演算部は、
前記測定対象物に相当する仮想対象物を対象とし、かつ、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させたときに、複素平面上において前記中点間電位差の挙動を表した近似直線を算出する近似直線算出手段と、
前記複素平面上において実数軸または虚数軸に対する前記近似直線の傾き角度を算出する傾き角度算出手段と、
実際の前記測定対象物を対象として、前記複素平面上において前記中点間電位差の座標を算出し、当該座標に対して前記傾き角度を逆回転させる回転座標変換を行い、変換後座標の実数成分または虚数成分を算出する回転座標変換手段と、
前記実数成分または虚数成分を前記渦電流相関値として出力する渦電流算出手段と、
を備える渦電流検出装置。
【請求項１】
渦電流検出装置を用いて測定対象物に発生させた渦電流を検出する渦電流検出方法であって、
前記渦電流検出装置は、
前記測定対象物に渦電流を発生させて当該渦電流による磁界を検出する励磁兼検出コイルと、前記励磁兼検出コイルに直列接続された参照コイルとにより形成される第一ハーフブリッジ回路と、
２個の基準抵抗を直列接続され、前記第一ハーフブリッジ回路に並列接続された第二ハーフブリッジ回路と、
それぞれの前記ハーフブリッジ回路の両端に交流電圧を印加する交流電源と、
２つの前記ハーフブリッジ回路の中点間電位差を測定する電圧計と、
を備え、
前記渦電流検出方法は、
前記測定対象物に相当する仮想対象物を対象とし、かつ、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させたときに、複素平面上において前記中点間電位差の挙動を表した近似直線を算出する近似直線算出工程と、
前記複素平面上において実数軸または虚数軸に対する前記近似直線の傾き角度を算出する傾き角度算出工程と、
実際の前記測定対象物を対象として、前記複素平面上において前記中点間電位差の座標を算出し、当該座標に対して前記傾き角度を逆回転させる回転座標変換を行い、変換後座標の実数成分または虚数成分を算出する回転座標変換工程と、
前記実数成分または虚数成分を渦電流相関値として出力する渦電流算出工程と、
を備える渦電流検出方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記近似直線算出工程は、前記仮想対象物を対象として前記励磁兼検出コイルの複数の温度に変化させたときにそれぞれの前記中点間電位差を取得し、取得したそれぞれの前記中点間電位差を複素平面上にプロットし、プロットした複数点を直線近似することにより前記近似直線を算出する渦電流検出方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記近似直線算出工程は、前記仮想対象物の温度を変化させることにより、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させて、前記中点間電位差を取得する渦電流検出方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記近似直線算出工程は、前記励磁兼検出コイルのインダクタンスおよび巻線抵抗についての温度特性を測定し、前記温度特性に基づいて前記近似直線を算出する渦電流検出方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項において、
前記測定対象物に発生する渦電流は、前記測定対象物に生じている加工変質層の状態に応じて変化し、
前記渦電流相関値は、前記加工変質層の状態に対応する値であり、
前記渦電流検出方法は、前記測定対象物に生じている加工変質層の状態を検出する渦電流検出方法。
【請求項６】
測定対象物に発生させた渦電流を検出する渦電流検出装置において、
前記測定対象物に渦電流を発生させて当該渦電流による磁界を検出する励磁兼検出コイルと、前記励磁兼検出コイルに直列接続された参照コイルとにより形成される第一ハーフブリッジ回路と、
２個の基準抵抗を直列接続され、前記第一ハーフブリッジ回路に並列接続された第二ハーフブリッジ回路と、
それぞれの前記ハーフブリッジ回路の両端に交流電圧を印加する交流電源と、
２つの前記ハーフブリッジ回路の中点間電位差を測定する電圧計と、
前記中点間電位差に基づいて渦電流相関値を算出する演算部と、
を備え、
前記演算部は、
前記測定対象物に相当する仮想対象物を対象とし、かつ、前記励磁兼検出コイルの温度を変化させたときに、複素平面上において前記中点間電位差の挙動を表した近似直線を算出する近似直線算出手段と、
前記複素平面上において実数軸または虚数軸に対する前記近似直線の傾き角度を算出する傾き角度算出手段と、
実際の前記測定対象物を対象として、前記複素平面上において前記中点間電位差の座標を算出し、当該座標に対して前記傾き角度を逆回転させる回転座標変換を行い、変換後座標の実数成分または虚数成分を算出する回転座標変換手段と、
前記実数成分または虚数成分を前記渦電流相関値として出力する渦電流算出手段と、
を備える渦電流検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−５３９８４（Ｐ２０１３−５３９８４Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９３５５７（Ｐ２０１１−１９３５５７）
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【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２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【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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