表面硬化深さの渦電流検査
【課題】部品の表面硬化深さを検査する多周波渦電流（ＭＦＥＣ）検査システムを提供する。
【解決手段】ＭＦＥＣ検査システムは、多周波励起信号を発生するように構成された発生器と、部品の一方の側に配設されるように構成された渦電流プローブとを具備する。渦電流プローブは、ドライバ及びピックアップセンサを具備する。ドライバは、多周波励起信号を受信して、部品中に渦電流を誘導するように構成される。ピックアップセンサは、部品の局所領域内で誘導された渦電流を検出して、多周波応答信号を発生するように構成される。ＭＦＥＣシステムは、多周波応答信号を受信して、部品の局所領域の表面硬化深さを判定するために処理を行うように構成されたプロセッサを更に具備する。パルス渦電流検査システム及び渦電流検査方法も提示される。
【解決手段】ＭＦＥＣ検査システムは、多周波励起信号を発生するように構成された発生器と、部品の一方の側に配設されるように構成された渦電流プローブとを具備する。渦電流プローブは、ドライバ及びピックアップセンサを具備する。ドライバは、多周波励起信号を受信して、部品中に渦電流を誘導するように構成される。ピックアップセンサは、部品の局所領域内で誘導された渦電流を検出して、多周波応答信号を発生するように構成される。ＭＦＥＣシステムは、多周波応答信号を受信して、部品の局所領域の表面硬化深さを判定するために処理を行うように構成されたプロセッサを更に具備する。パルス渦電流検査システム及び渦電流検査方法も提示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に検査システム及び検査方法に関する。特に、本発明は、部品の表面硬化深さを検査する渦電流検査システム及び渦電流検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランク軸、弁、歯車、ピストンシリンダなどの部品の耐磨耗性を向上するように、部品の表面に表面硬化層を形成するために、部品に対して熱処理及び浸炭処理を行うことが多い。一般に、部品が異なれば、部品に形成される表面硬化層の表面硬化深さに対する要求も異なる。従って、そのような部品の表面硬化深さが品質管理上適切であるか否かを判定するために検査を実施する必要がある。
【０００３】
部品の表面硬化深さを検査するために、非破壊評価（ＮＤＥ）技術が求められている。表面硬化領域における導電率及び透磁率は他の領域の導電率及び透磁率とは異なるので、部品の表面硬化深さを検査するために渦電流検査技術を利用できる。
【０００４】
用途によっては、円筒形の物体の表面硬化深さを検査するために、物体を取り囲む形状のプローブを使用して、渦電流検査方法が使用される。しかし、渦電流プローブは部品の周囲に装着されるので、プローブは、部品の局所情報ではなく、部品の平均表面硬化深さに関する情報を提供するのみである。更に、渦電流プローブは、円筒形の部品の表面硬化深さの検査に一般に使用され、他の形状を有する部品の表面硬化深さの検査には適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第４０４１３９２Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、部品の表面硬化深さを検査する新たな改良された渦電流検査システム及び渦電流検査方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る部品の表面硬化深さを検査する多周波渦電流（ＭＦＥＣ）検査システムが提供される。ＭＦＥＣ検査システムは、１つ以上の多周波励起信号を発生するように構成された発生器と、部品の一方の側に配設されるように構成された渦電流プローブとを具備する。渦電流プローブは、１つ以上のドライバ及び１つ以上のピックアップセンサを具備する。１つ以上のドライバは、１つ以上の多周波励起信号を受信して、部品中に渦電流を誘導するように構成される。１つ以上のピックアップセンサは、部品の局所領域内で誘導された渦電流を検出して、１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成される。ＭＦＥＣシステムは、１つ以上の多周波応答信号を受信して、部品の局所領域の表面硬化深さを判定するために処理を行うように構成されたプロセッサを更に具備する。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、部品の表面硬化深さを検査するパルス渦電流（ＰＥＣ）検査システムを提供する。ＰＥＣ検査システムは、１つ以上のパルス励起信号を発生するように構成されたパルス発生器と、部品の一方の側に配設されるように構成された渦電流プローブとを具備する。渦電流プローブは、１つ以上のドライバ及び１つ以上のピックアップセンサを具備する。１つ以上のドライバは、１つ以上のパルス励起信号を受信して、部品中に渦電流を誘導するように構成される。１つ以上のピックアップセンサは、部品の局所領域内で誘導された渦電流を検出して、１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成される。ＰＥＣシステムは、１つ以上の多周波応答信号を受信して、部品の局所領域の表面硬化深さを判定するために処理を行うように構成されたプロセッサを更に具備する。
【０００９】
本発明の別の態様は、部品の表面硬化深さを検査する方法を提供する。方法は、１つ以上の多周波励起信号又は１つ以上のパルス励起信号を発生することと、１つ以上の多周波励起信号又は１つ以上のパルス励起信号を受信し且つ１つ以上の多周波応答信号を出力するために、部品の一方の側に配設されるように構成された渦電流プローブを設けることと、部品の局所領域の表面硬化深さを判定するために、１つ以上の多周波応答信号を処理することとから成る。渦電流プローブは、１つ以上のドライバ及び１つ以上のピックアップセンサを具備する。１つ以上のドライバは、１つ以上の多周波励起信号を受信して、部品中に渦電流を誘導するように構成される。１つ以上のピックアップセンサは、部品の局所領域内で誘導された渦電流を検出して、１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の上記の態様、特徴及び利点並びに他の態様、特徴及び利点は、添付の図面と関連させて以下の詳細な説明を読むことにより更に明らかになるだろう。
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る渦電流検査システムを示した概略図である。
【図２】図２は、本発明の別の実施形態に係る渦電流検査システムを示した概略図である。
【図３】図３は、本発明の種々の実施形態に係る渦電流プローブ及び部品の構成の例を示した概略図である。
【図４】図４は、本発明の種々の実施形態に係る渦電流プローブ及び部品の構成の例を示した概略図である。
【図５】図５は、本発明の種々の実施形態に係る渦電流プローブ及び部品の構成の例を示した概略図である。
【図６】図６は、本発明の種々の実施形態に係る渦電流プローブ及び部品の構成の例を示した概略図である。
【図７】図７は、本発明の種々の実施形態に係る渦電流プローブ及び部品の構成の例を示した概略図である。
【図８】図８は、図１に示される渦電流検査システムを使用して収集された実験データの例を示した図である。
【図９】図９は、図２に示される渦電流検査システムを使用して収集された実験データの例を示した図である。
【図１０】図１０は、部品の表面硬化深さの測定を概略的に示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付の図面を参照して、本発明の実施形態を以下に説明する。以下の説明中、開示内容を無用に詳細に説明してわかりにくくするのを避けるために、既知の機能又は構成については詳細に説明しない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る部品１００を検査するための渦電流検査システム１０の概略図である。本明細書において使用される場合の用語「部品」は、物品、構成要素、構造、試験標本などを含むが、それらに限定されない検査に適するあらゆる物体を示してもよい。用途によっては、部品１００は、耐磨耗性を向上するために熱処理及び浸炭処理などの硬化処理を１回以上受けており、従って部品１００の面に１つ以上の硬化層が形成されている場合もある。構成によっては、部品１００は円筒形の形状を有する。他の例では、部品１００は、矩形のような他の形状又は他の不規則な形状を有してもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態において、渦電流検査システム１０は、部品１００の表面硬化深さを検査するように構成されてもよい。図１の構成の場合、渦電流検査システム１０は、多周波渦電流（ＭＦＥＣ）検査システムである。図１に示されるように、ＭＦＥＣシステム１０は、関数発生器１１、渦電流プローブ１２及びプロセッサ１３を具備する。
【００１４】
いくつかの実施形態において、関数発生器１１は、１つ以上の多周波励起信号を発生し且つそれらの多周波励起信号を渦電流プローブ１２へ出力するように構成される。渦電流プローブ１２は、１つ以上の多周波励起信号を受信し且つ部品１００中に渦電流を誘導して、１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成される。プロセッサ１３は、例えば、多周波位相解析（ＭＦＰＡ）アルゴリズムを使用して、部品１００の表面硬化深さを判定するために１つ以上の多周波応答信号を解析するように構成される。プロセッサ１３は、例えば、本明細書に参考として全内容が取り入れられている米国特許第７，２０６，７０６号公報に更に詳細に説明されている。
【００１５】
用途によっては、プロセッサ１３は、入力される多周波応答信号を解析するロックイン増幅器を具備してもよい。従って、図１に示されるように非限定的な一実施例において、関数発生器１１は、ロックイン増幅器１３で応答信号を復調するために各多周波励起信号と同一の周波数を有する基準信号１０１を更に発生する。ある特定の実施例において、基準信号は使用されなくてもよい。
【００１６】
図示される実施例の場合、ＭＦＥＣシステム１０は、渦電流プローブ１２とプロセッサ１３との間に配設され且つ多周波応答信号がプロセッサ１３に入力される前に多周波応答信号を増幅する増幅器１４を更に具備する。更に、ＭＦＥＣシステム１０は、部品１００の表面硬化深さの情報を表示するためにプロセッサ１３に接続された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイ１５を具備してもよい。本発明は、何らかの特定の種類のディスプレイに限定されない。いくつかの実施例において、増幅器１４は使用されなくてもよい。関数発生器１１、プロセッサ１３及び／又はディスプレイ１５の代わりに、多周波渦電流デバイスが使用されてもよい。
【００１７】
図２は、本発明の別の実施形態に係る渦電流検査システム１０の概略図である。図２をわかりやすくするため、図１及び図２において、同一の図中符号は同様の要素を示す。図２に示される構成の場合、渦電流検査システム１０は、パルス渦電流（ＰＥＣ）システムである。
【００１８】
図１の構成と同様に、ＰＥＣシステム１０は、種々の周波数を供給する複数のパルス励起信号を発生し且つそれらのパルス励起信号を渦電流プローブ１２へ出力するように構成されたパルス発生器１１を具備する。渦電流プローブ１２は、パルス励起信号を受信し且つ部品１００の表面硬化深さを判定するために１つ以上の多周波応答信号を発生するように部品１００中に渦電流を誘導するように構成される。更に、ＰＥＣシステム１０は、渦電流プローブ１２からの応答信号をデジタル化し且つデジタル化応答信号をプロセッサ１３に供給するように構成されたアナログ／デジタル変換器１６を具備する。プロセッサ１３は、例えば、多周波位相解析アルゴリズムを使用して、部品１００の局所領域の表面硬化深さを判定するためにデジタル化応答信号を解析するように構成される。ある特定の用途において、アナログ／デジタル変換器１６は採用されなくてもよい。
【００１９】
いくつかの実施例において、ＰＥＣシステム１０は、部品１００の表面硬化深さのデータを表示するためにプロセッサ１３に接続された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイ１５を具備してもよい。
【００２０】
尚、本発明は、本発明の処理タスクを実行するための何らかの特定のプロセッサに限定されない。本明細書において使用される場合の用語「プロセッサ」は、本発明のタスクを実行するために必要な計算又は演算を実行可能なあらゆる機械を示すことを意図する。当業者には理解されるように、「プロセッサ」という用語は、構造化入力を受け入れることが可能であり且つ出力を発生するために規定の規則に従ってその入力を処理することが可能なあらゆる機械を示すことを意図する。更に、当業者には理解されるように、本明細書において使用される用語「〜ように構成される」は、本発明のタスクを実行するためのハードウェア及びソフトウェアの組み合わせをプロセッサが具備していることを示す。更に、本明細書において、複数形は、通常単数形及び複数形の双方を含む。従って、ある用語が複数形である場合、その用語で表される要素は１つ以上あるものとする。
【００２１】
図３〜図７は、部品１００の表面硬化深さの判定を示した渦電流プローブ１２及び部品１００の構成の例の概略図である。本発明の実施形態において、渦電流プローブ１２は、部品１００の１つ以上の局所領域に対して表面硬化深さを検査するための反射プローブであってもよい。更に、図３〜図８に示される構成は、単なる例であることに注意すべきである。図３〜図８において、同一の図中符号は同様の要素を示す。
【００２２】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、渦電流プローブ１２及び部品１００の構成の一例を示した概略側面図及び概略平面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示される構成の場合、渦電流プローブ１２は、部品１００の一方の側に配設され且つドライバ１７及びドライバ１７の脇に配置されたピックアップセンサ１８を具備する。ある特定の実施形態において、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は、共に巻線によって形成されてもよい。非限定的な実施例において、ピックアップセンサ１８は、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサ、異常磁気抵抗（ＥＭＲ）センサ、巨大磁気インピーダンス（ＧＭＩ）センサ又はホールセンサを含むが、それに限定されない固体磁気センサであってもよい。
【００２３】
本発明の実施形態において、ドライバ１７は、関数発生器又はパルス発生器１１（図１及び図２に示される）からの複数の異なる周波数を有する励起信号を受信して、部品１００中に渦電流を誘導するように構成される。ピックアップセンサ１８は、部品１００中で誘導された渦電流を検出して、１つ以上の応答信号を発生し且つその応答信号を処理するためにプロセッサ１３へ応答信号を出力するように構成される。
【００２４】
本実施例の構成において、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は共に中空円筒形の形状を有する。ドライバ１７はピックアップセンサ１８に隣接して配置される。部品１００の表面硬化深さを判定するために、ドライバ巻線１７及びピックアップセンサ１８の底面（図中符号なし）は、部品１００の局所領域（図中符号なし）に面するように同一の平面内に配置される。
【００２５】
いくつかの実施例において、部品１００の局所領域の表面硬化深さを判定するために、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は部品１００と接触してもよい。表面硬化深さの検査を改善するために、フェライトコアを含むがそれに限定されない２つの磁心１９がドライバ１７及びピックアップセンサ１８の中にそれぞれ配設されてもよい。ある特定の用途において、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は、部品１００から空間的に離間して配置されてもよい。他の実施例において、ドライバ１７及び／又はピックアップセンサ１８に磁心１９が設けられなくてもよい。
【００２６】
ある特定の用途において、ドライバ１７は矩形の形状を有してもよい。この構成の場合、円筒形のピックアップセンサ１８は、円筒形のままであってもよく且つ矩形のドライバ１７の脇に配設されてもよい。図３の構成と同様に、矩形のドライバ巻線１７及び円筒形のピックアップセンサ１８の底面は、部品１００に面するように同一の平面内に配置される。更に、ドライバ１７及び／又はピックアップセンサ１８の内部に磁心が設けられてもよいが、磁心は設けられなくてもよい。
【００２７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、渦電流プローブ１２及び部品１００の構成の別の例を概略的に示した側面図及び平面図である。図３の構成と同様に、図４に示されるように、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は、共に中空円筒形の形状を有する。図４のドライバ１７及びピックアップセンサ１８は、部品１００の局所領域の表面硬化深さを検査するためにドライバ１７及びピックアップセンサ１８の底面が部品１００の周囲と接するような状態で配設され、この点が図３の構成とは異なる。すなわち、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８の底面は互いに角度を成しており、従って、ドライバ１７の底面とピックアップセンサ１８の底面は共面ではない。更に磁心１９は、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８の内部に設けられても設けられなくてもよい。
【００２８】
他の実施例において、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は、共に矩形の形状であってもよい。図４の構成と同様に、矩形のドライバ１７の底面及び矩形のピックアップセンサ１８の底面は、部品１００の周囲に接していてもよい。
【００２９】
あるいは、図３の構成と同様に、矩形のドライバ１７の底面及び矩形のピックアップセンサ１８の底面は、部品１００の周囲に面するように同一の平面内に配置されてもよい。ある特定の用途において、部品１００が矩形の形状である場合、矩形のドライバ１７及び矩形のピックアップセンサ１８は、部品１００の局所領域に水平に配置されてもよい。
【００３０】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の更に別の実施形態に係る渦電流プローブ１２及び部品１００の構成の例を概略的に示した平面図及び斜視図である。図５の構成は、図３及び図４の構成に類似している。図５のドライバ１７は、部品１００中に渦電流を誘導するためにドライバ軸（図示せず）が部品１００の軸（図中符号なし）と平行になるように局所領域の付近に配設されており、この点が図３及び図４の構成とは異なる。すなわち、ドライバ１７の底面ではなく、側面が部品１００の局所領域に面し且つ局所領域と接触していてもよい。更に、図５のピックアップセンサ１８は、ドライバ１７に隣接し且つピックアップセンサ軸がドライバ１７の軸に対して垂直になるように局所領域の付近に配設される。
【００３１】
他の構成の場合、ピックアップセンサ１８は、その側面が部品１００に面し且つ軸は部品１００の軸と平行になるように配設されてもよい。ドライバ１７は、その軸がピックアップセンサ１８の軸に対して垂直になるように配設されてもよい。更に、磁心は設けられても設けられなくてもよい。
【００３２】
非限定的な実施例において、ドライバ及び／又はピックアップセンサは、楕円形の形状を有してもよい。部品の形状に応じて、部品に面するドライバ及びピックアップセンサの面は、ドライバ及びピックアップセンサと部品とを更によく結合させるような形状に形成されてもよい。
【００３３】
図６は、渦電流プローブ１２及び部品１００の構成の一例を示した概略横断面図である。図示される構成の場合、渦電流プローブ１２は、部品１００の局所領域（図中符号なし）に面し且つドライバ１７及び１対のピックアップセンサ１８を具備する。
【００３４】
ドライバ１７は、対のピックアップセンサ１８の周囲に延出し、ピックアップセンサ１８は、ドライバ１７を貫通するように配設される。ピックアップセンサ１８は、上部ピックアップセンサ２０と、上部ピックアップセンサ２０の下方に配設された下部ピックアップセンサ２１とを具備する。非限定的な一実施例において、ドライバ１７の底面及び下部ピックアップセンサ２１の底面は、部品１００の局所領域に面するように同一平面内に配置されてもよい。上部ピックアップセンサ２０及び下部ピックアップセンサ２１を貫通し且つそれらのピックアップセンサの周囲に沿うように、１対の磁心２３がそれぞれ配設されてもよい。更に、ピックアップセンサ２０、２１の磁束を収束し且つドライバ１７からの信号とピックアップセンサ２０、２１からの信号との相互干渉を回避するために、磁気シールド２２がドライバ１７とピックアップセンサ１８との間に配設され且つドライバ１７とピックアップセンサ１８とを分離してもよい。
【００３５】
非限定的な実施例において、ドライバ１７及び対のピックアップセンサ１８は、中空円筒形の形状を有してもよい。あるいは、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は、種々の用途に基づいて部品１００と協働するための他の形状を有してもよい。
【００３６】
従って、動作中、ドライバ１７は、関数発生器又はパルス発生器１１（図１及び図２に示される）からの周波数の異なる複数の励起信号を受信して、部品１００中に渦電流を誘導する。下部ピックアップセンサ２１は、渦電流を感知し且つ１つ以上の応答信号をプロセッサ１３へ出力する。その間、上部ピックアップセンサ２０は、渦電流及び周囲環境中の雑音信号を感知し、それらの信号をプロセッサ１３へ出力する。プロセッサ１３は、部品１００の局所領域の表面硬化深さの測定精度を向上するために上部ピックアップセンサ２０及び下部ピックアップセンサ２１からの信号を解析する。
【００３７】
図７は、本発明の別の実施形態に係る渦電流プローブ１２及び部品１００の構成の一例を示した概略横断面図である。図示される構成の場合、渦電流プローブ１２は、上部構体２２と、上部構体２２の下方に配設された下部構体２３とを具備する。上部構体２２は、上部ドライバ２４及び上部ピックアップセンサ２５を具備する。下部構体２３は、下部ドライバ２６及び下部ピックアップセンサ２７を具備する。下部ドライバは下部ピックアップセンサの周囲に延出し且つ上部ドライバは上部ピックアップセンサの周囲に延出する。
【００３８】
いくつかの実施例において、下部ピックアップセンサ及び上部ピックアップセンサを貫通し且つ上部ドライバ及び下部ドライバの周囲に沿うように、２つの磁心２８が配設されてもよいが、磁心は配設されなくてもよい。更に、上部構体２２及び下部構体２３を取り囲むように磁気シールド２９が設けられてもよい。ある特定の用途において、ドライバ及びピックアップセンサは、中空円筒形の形状を有してもよいが、他の形状であってもよい。
【００３９】
あるいは、ある特定の実施例において、図中符号２４及び２６はピックアップセンサを示してもよく、且つ図中符号２５及び２７はドライバを示してもよい。
【００４０】
図８は、１組の試料（図示せず）を検査するためにＭＦＥＣ検査システム（図１に示される）を使用して収集された実験データの一例を示す。図８に示されるように、実験データを取り出すために、図７に示される実施例の渦電流プローブ１２がＭＦＥＣ検査システムに設けられてもよい。一実施例において、ドライバ２４及び２６の外径は１６ｍｍであった。１組の試料は、例えば、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ及び６ｍｍの所定の表面硬化深さをそれぞれ有していた。本実施例の実験データを取り出すように４回の測定（図８にラン１〜４として示される）を実行するために、渦電流プローブ１２に１２０Ｈｚ励起信号が入力された。
【００４１】
本実施例の実験データに関して、４回の測定から取り出された曲線は類似する湾曲を示したので、４回の測定は繰り返し性を有し、従って、所定の表面硬化深さ値とＭＦＥＣシステムから取り出された各表面硬化深さ測定値との間には安定した相関があることがわかる。同一の試料から取り出された各測定値の分散は、異なる表面硬化深さを有する試料から取り出された測定値の差より小さかったので、表面硬化深さの変化によるプローブ応答信号は、プローブ位置決めの誤差、リフトオフ効果、角度及び他の望ましくない試料の差異などの雑音要因に起因するプローブ応答信号より大きいことがわかる。従って、このデータは、ＭＦＥＣシステムが表面硬化深さの測定に適することを示す。いくつかの実施例において、リフトオフ効果などの雑音要因を補償するために、多周波位相解析（ＭＦＰＡ）アルゴリズムを使用してデータが解析されてもよい。
【００４２】
図９は、１組の試料（図示せず）を検査するためにＰＥＣ検査システム（図２に示される）を使用して収集された実験データの一例を示す。図９に示されるように、実験データを取り出すために、図４に示される実施例の渦電流プローブ１２がＰＥＣ検査システムに設けられてもよい。一実施例において、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８の外径は、それぞれ２０ｍｍであった。１組の試料は、例えば、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ及び６ｍｍの所定の表面硬化深さをそれぞれ有していた。
【００４３】
図８に示されるデータの場合と同様に、本実施例の実験データを取り出すように同一の試料群に対して４回の測定（図９にラン１〜ラン４として示される）を実行するために、渦電流プローブ１２に９５Ｈｚ励起信号が入力された。
【００４４】
本実施例の実験データに関して、４回の測定から取り出された曲線は類似する湾曲を示したので、４回の測定は繰り返し性を有し、従って、所定の表面硬化深さ値とＰＥＣシステムから取り出された各表面硬化深さ測定値との間には安定した相関があることがわかる。同一の試料から取り出された各測定値の間の分散は、異なる表面硬化深さを有する試料から取り出された測定値の差より小さかったので、表面硬化深さの変化によるプローブ応答信号は、プローブ位置決め誤差、リフトオフ効果、角度及び他の望ましくない試料の差異などの雑音要因に起因するプローブ応答信号より大きいことがわかる。従って、このデータは、ＰＥＣシステムが表面硬化深さの測定に適することを示す。いくつかの実施例において、リフトオフ分散などの雑音要因を補償するために、多周波位相解析（ＭＦＰＡ）アルゴリズムを使用してデータが解析されてもよい。
【００４５】
図１０は、部品１００の表面硬化深さの測定を概略的に示したフローチャートである。図１０に示されるように、ステップ３０において、検査すべき部品１００の中に渦電流を誘導するために、関数発生器又はパルス発生器１１から渦電流プローブ１２に周波数の異なる複数の励起信号が印加される。次に、ステップ３１において、多周波応答信号が発生される。多周波応答信号を発生するために必要とされる周波数の数は、排除すべき望ましくない雑音要因の数に基づいて選択されてもよい。一実施例において、発生される多周波応答信号は、多周波応答データセットに含まれる。本明細書において使用される場合の用語「多周波応答データセット」は、渦電流プローブに多周波励起信号が印加されたことにより考慮すべき被検査部品中に渦電流が誘導された結果として発生されるあらゆる応答信号を含むデータセットを表す。
【００４６】
次に、ステップ３２において、リフトオフ効果などの雑音要因を抑制し且つ複数のＭＦＰＡパラメータを判定するために、コントローラ１３は、多周波位相解析を使用して多周波応答信号を解析する。多周波位相解析の詳細については、例えば、米国特許第７，２０６，７０６号公報を参照。
【００４７】
次にステップ３３において、多周波応答信号の多周波位相解析に基づいて伝達関数が確定される。伝達関数は当業者により容易に実現可能である。最後にステップ３４において、その伝達関数及びＭＦＰＡパラメータに基づいて部品の表面硬化深さが取り出されてもよい。
【００４８】
典型的な実施形態によって本発明を例示し且つ説明したが、本発明の精神からまったく逸脱することなく種々の変形及び置き換えを実施可能であるので、以上の開示は、示される詳細に限定されることを意図しない。従って、当業者には単なる日常的な実験作業を使用して本開示内容の更なる変形及び均等物が明らかであろう。そのような変形及び均等物は、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の精神及び範囲にすべて含まれると考えられる。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 渦電流検査システム、ＭＦＥＣシステム、ＰＥＣシステム
１１ 関数発生器、パルス発生器
１２ 渦電流プローブ
１３ プロセッサ、ロックイン増幅器、コントローラ
１４ 増幅器
１５ ディスプレイ
１６ アナログ／デジタル変換器
１７ ドライバ、ドライバ巻線
１８ ピックアップセンサ
１９ 磁心
２０ 上部ピックアップセンサ
２１ 下部ピックアップセンサ
２２ 磁気シールド、上部構体
２３ 下部構体、磁心
２４ 上部ドライバ、ピックアップセンサ
２５ 上部ピックアップセンサ、ドライバ
２６ 下部ドライバ、ピックアップセンサ
２７ 下部ピックアップセンサ、ドライバ
２８ 磁心
２９ 磁気シールド
１００ 部品
１０１ 基準信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に検査システム及び検査方法に関する。特に、本発明は、部品の表面硬化深さを検査する渦電流検査システム及び渦電流検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランク軸、弁、歯車、ピストンシリンダなどの部品の耐磨耗性を向上するように、部品の表面に表面硬化層を形成するために、部品に対して熱処理及び浸炭処理を行うことが多い。一般に、部品が異なれば、部品に形成される表面硬化層の表面硬化深さに対する要求も異なる。従って、そのような部品の表面硬化深さが品質管理上適切であるか否かを判定するために検査を実施する必要がある。
【０００３】
部品の表面硬化深さを検査するために、非破壊評価（ＮＤＥ）技術が求められている。表面硬化領域における導電率及び透磁率は他の領域の導電率及び透磁率とは異なるので、部品の表面硬化深さを検査するために渦電流検査技術を利用できる。
【０００４】
用途によっては、円筒形の物体の表面硬化深さを検査するために、物体を取り囲む形状のプローブを使用して、渦電流検査方法が使用される。しかし、渦電流プローブは部品の周囲に装着されるので、プローブは、部品の局所情報ではなく、部品の平均表面硬化深さに関する情報を提供するのみである。更に、渦電流プローブは、円筒形の部品の表面硬化深さの検査に一般に使用され、他の形状を有する部品の表面硬化深さの検査には適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第４０４１３９２Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、部品の表面硬化深さを検査する新たな改良された渦電流検査システム及び渦電流検査方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る部品の表面硬化深さを検査する多周波渦電流（ＭＦＥＣ）検査システムが提供される。ＭＦＥＣ検査システムは、１つ以上の多周波励起信号を発生するように構成された発生器と、部品の一方の側に配設されるように構成された渦電流プローブとを具備する。渦電流プローブは、１つ以上のドライバ及び１つ以上のピックアップセンサを具備する。１つ以上のドライバは、１つ以上の多周波励起信号を受信して、部品中に渦電流を誘導するように構成される。１つ以上のピックアップセンサは、部品の局所領域内で誘導された渦電流を検出して、１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成される。ＭＦＥＣシステムは、１つ以上の多周波応答信号を受信して、部品の局所領域の表面硬化深さを判定するために処理を行うように構成されたプロセッサを更に具備する。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、部品の表面硬化深さを検査するパルス渦電流（ＰＥＣ）検査システムを提供する。ＰＥＣ検査システムは、１つ以上のパルス励起信号を発生するように構成されたパルス発生器と、部品の一方の側に配設されるように構成された渦電流プローブとを具備する。渦電流プローブは、１つ以上のドライバ及び１つ以上のピックアップセンサを具備する。１つ以上のドライバは、１つ以上のパルス励起信号を受信して、部品中に渦電流を誘導するように構成される。１つ以上のピックアップセンサは、部品の局所領域内で誘導された渦電流を検出して、１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成される。ＰＥＣシステムは、１つ以上の多周波応答信号を受信して、部品の局所領域の表面硬化深さを判定するために処理を行うように構成されたプロセッサを更に具備する。
【０００９】
本発明の別の態様は、部品の表面硬化深さを検査する方法を提供する。方法は、１つ以上の多周波励起信号又は１つ以上のパルス励起信号を発生することと、１つ以上の多周波励起信号又は１つ以上のパルス励起信号を受信し且つ１つ以上の多周波応答信号を出力するために、部品の一方の側に配設されるように構成された渦電流プローブを設けることと、部品の局所領域の表面硬化深さを判定するために、１つ以上の多周波応答信号を処理することとから成る。渦電流プローブは、１つ以上のドライバ及び１つ以上のピックアップセンサを具備する。１つ以上のドライバは、１つ以上の多周波励起信号を受信して、部品中に渦電流を誘導するように構成される。１つ以上のピックアップセンサは、部品の局所領域内で誘導された渦電流を検出して、１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の上記の態様、特徴及び利点並びに他の態様、特徴及び利点は、添付の図面と関連させて以下の詳細な説明を読むことにより更に明らかになるだろう。
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る渦電流検査システムを示した概略図である。
【図２】図２は、本発明の別の実施形態に係る渦電流検査システムを示した概略図である。
【図３】図３は、本発明の種々の実施形態に係る渦電流プローブ及び部品の構成の例を示した概略図である。
【図４】図４は、本発明の種々の実施形態に係る渦電流プローブ及び部品の構成の例を示した概略図である。
【図５】図５は、本発明の種々の実施形態に係る渦電流プローブ及び部品の構成の例を示した概略図である。
【図６】図６は、本発明の種々の実施形態に係る渦電流プローブ及び部品の構成の例を示した概略図である。
【図７】図７は、本発明の種々の実施形態に係る渦電流プローブ及び部品の構成の例を示した概略図である。
【図８】図８は、図１に示される渦電流検査システムを使用して収集された実験データの例を示した図である。
【図９】図９は、図２に示される渦電流検査システムを使用して収集された実験データの例を示した図である。
【図１０】図１０は、部品の表面硬化深さの測定を概略的に示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付の図面を参照して、本発明の実施形態を以下に説明する。以下の説明中、開示内容を無用に詳細に説明してわかりにくくするのを避けるために、既知の機能又は構成については詳細に説明しない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る部品１００を検査するための渦電流検査システム１０の概略図である。本明細書において使用される場合の用語「部品」は、物品、構成要素、構造、試験標本などを含むが、それらに限定されない検査に適するあらゆる物体を示してもよい。用途によっては、部品１００は、耐磨耗性を向上するために熱処理及び浸炭処理などの硬化処理を１回以上受けており、従って部品１００の面に１つ以上の硬化層が形成されている場合もある。構成によっては、部品１００は円筒形の形状を有する。他の例では、部品１００は、矩形のような他の形状又は他の不規則な形状を有してもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態において、渦電流検査システム１０は、部品１００の表面硬化深さを検査するように構成されてもよい。図１の構成の場合、渦電流検査システム１０は、多周波渦電流（ＭＦＥＣ）検査システムである。図１に示されるように、ＭＦＥＣシステム１０は、関数発生器１１、渦電流プローブ１２及びプロセッサ１３を具備する。
【００１４】
いくつかの実施形態において、関数発生器１１は、１つ以上の多周波励起信号を発生し且つそれらの多周波励起信号を渦電流プローブ１２へ出力するように構成される。渦電流プローブ１２は、１つ以上の多周波励起信号を受信し且つ部品１００中に渦電流を誘導して、１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成される。プロセッサ１３は、例えば、多周波位相解析（ＭＦＰＡ）アルゴリズムを使用して、部品１００の表面硬化深さを判定するために１つ以上の多周波応答信号を解析するように構成される。プロセッサ１３は、例えば、本明細書に参考として全内容が取り入れられている米国特許第７，２０６，７０６号公報に更に詳細に説明されている。
【００１５】
用途によっては、プロセッサ１３は、入力される多周波応答信号を解析するロックイン増幅器を具備してもよい。従って、図１に示されるように非限定的な一実施例において、関数発生器１１は、ロックイン増幅器１３で応答信号を復調するために各多周波励起信号と同一の周波数を有する基準信号１０１を更に発生する。ある特定の実施例において、基準信号は使用されなくてもよい。
【００１６】
図示される実施例の場合、ＭＦＥＣシステム１０は、渦電流プローブ１２とプロセッサ１３との間に配設され且つ多周波応答信号がプロセッサ１３に入力される前に多周波応答信号を増幅する増幅器１４を更に具備する。更に、ＭＦＥＣシステム１０は、部品１００の表面硬化深さの情報を表示するためにプロセッサ１３に接続された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイ１５を具備してもよい。本発明は、何らかの特定の種類のディスプレイに限定されない。いくつかの実施例において、増幅器１４は使用されなくてもよい。関数発生器１１、プロセッサ１３及び／又はディスプレイ１５の代わりに、多周波渦電流デバイスが使用されてもよい。
【００１７】
図２は、本発明の別の実施形態に係る渦電流検査システム１０の概略図である。図２をわかりやすくするため、図１及び図２において、同一の図中符号は同様の要素を示す。図２に示される構成の場合、渦電流検査システム１０は、パルス渦電流（ＰＥＣ）システムである。
【００１８】
図１の構成と同様に、ＰＥＣシステム１０は、種々の周波数を供給する複数のパルス励起信号を発生し且つそれらのパルス励起信号を渦電流プローブ１２へ出力するように構成されたパルス発生器１１を具備する。渦電流プローブ１２は、パルス励起信号を受信し且つ部品１００の表面硬化深さを判定するために１つ以上の多周波応答信号を発生するように部品１００中に渦電流を誘導するように構成される。更に、ＰＥＣシステム１０は、渦電流プローブ１２からの応答信号をデジタル化し且つデジタル化応答信号をプロセッサ１３に供給するように構成されたアナログ／デジタル変換器１６を具備する。プロセッサ１３は、例えば、多周波位相解析アルゴリズムを使用して、部品１００の局所領域の表面硬化深さを判定するためにデジタル化応答信号を解析するように構成される。ある特定の用途において、アナログ／デジタル変換器１６は採用されなくてもよい。
【００１９】
いくつかの実施例において、ＰＥＣシステム１０は、部品１００の表面硬化深さのデータを表示するためにプロセッサ１３に接続された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイ１５を具備してもよい。
【００２０】
尚、本発明は、本発明の処理タスクを実行するための何らかの特定のプロセッサに限定されない。本明細書において使用される場合の用語「プロセッサ」は、本発明のタスクを実行するために必要な計算又は演算を実行可能なあらゆる機械を示すことを意図する。当業者には理解されるように、「プロセッサ」という用語は、構造化入力を受け入れることが可能であり且つ出力を発生するために規定の規則に従ってその入力を処理することが可能なあらゆる機械を示すことを意図する。更に、当業者には理解されるように、本明細書において使用される用語「〜ように構成される」は、本発明のタスクを実行するためのハードウェア及びソフトウェアの組み合わせをプロセッサが具備していることを示す。更に、本明細書において、複数形は、通常単数形及び複数形の双方を含む。従って、ある用語が複数形である場合、その用語で表される要素は１つ以上あるものとする。
【００２１】
図３〜図７は、部品１００の表面硬化深さの判定を示した渦電流プローブ１２及び部品１００の構成の例の概略図である。本発明の実施形態において、渦電流プローブ１２は、部品１００の１つ以上の局所領域に対して表面硬化深さを検査するための反射プローブであってもよい。更に、図３〜図８に示される構成は、単なる例であることに注意すべきである。図３〜図８において、同一の図中符号は同様の要素を示す。
【００２２】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、渦電流プローブ１２及び部品１００の構成の一例を示した概略側面図及び概略平面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示される構成の場合、渦電流プローブ１２は、部品１００の一方の側に配設され且つドライバ１７及びドライバ１７の脇に配置されたピックアップセンサ１８を具備する。ある特定の実施形態において、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は、共に巻線によって形成されてもよい。非限定的な実施例において、ピックアップセンサ１８は、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサ、異常磁気抵抗（ＥＭＲ）センサ、巨大磁気インピーダンス（ＧＭＩ）センサ又はホールセンサを含むが、それに限定されない固体磁気センサであってもよい。
【００２３】
本発明の実施形態において、ドライバ１７は、関数発生器又はパルス発生器１１（図１及び図２に示される）からの複数の異なる周波数を有する励起信号を受信して、部品１００中に渦電流を誘導するように構成される。ピックアップセンサ１８は、部品１００中で誘導された渦電流を検出して、１つ以上の応答信号を発生し且つその応答信号を処理するためにプロセッサ１３へ応答信号を出力するように構成される。
【００２４】
本実施例の構成において、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は共に中空円筒形の形状を有する。ドライバ１７はピックアップセンサ１８に隣接して配置される。部品１００の表面硬化深さを判定するために、ドライバ巻線１７及びピックアップセンサ１８の底面（図中符号なし）は、部品１００の局所領域（図中符号なし）に面するように同一の平面内に配置される。
【００２５】
いくつかの実施例において、部品１００の局所領域の表面硬化深さを判定するために、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は部品１００と接触してもよい。表面硬化深さの検査を改善するために、フェライトコアを含むがそれに限定されない２つの磁心１９がドライバ１７及びピックアップセンサ１８の中にそれぞれ配設されてもよい。ある特定の用途において、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は、部品１００から空間的に離間して配置されてもよい。他の実施例において、ドライバ１７及び／又はピックアップセンサ１８に磁心１９が設けられなくてもよい。
【００２６】
ある特定の用途において、ドライバ１７は矩形の形状を有してもよい。この構成の場合、円筒形のピックアップセンサ１８は、円筒形のままであってもよく且つ矩形のドライバ１７の脇に配設されてもよい。図３の構成と同様に、矩形のドライバ巻線１７及び円筒形のピックアップセンサ１８の底面は、部品１００に面するように同一の平面内に配置される。更に、ドライバ１７及び／又はピックアップセンサ１８の内部に磁心が設けられてもよいが、磁心は設けられなくてもよい。
【００２７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、渦電流プローブ１２及び部品１００の構成の別の例を概略的に示した側面図及び平面図である。図３の構成と同様に、図４に示されるように、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は、共に中空円筒形の形状を有する。図４のドライバ１７及びピックアップセンサ１８は、部品１００の局所領域の表面硬化深さを検査するためにドライバ１７及びピックアップセンサ１８の底面が部品１００の周囲と接するような状態で配設され、この点が図３の構成とは異なる。すなわち、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８の底面は互いに角度を成しており、従って、ドライバ１７の底面とピックアップセンサ１８の底面は共面ではない。更に磁心１９は、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８の内部に設けられても設けられなくてもよい。
【００２８】
他の実施例において、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は、共に矩形の形状であってもよい。図４の構成と同様に、矩形のドライバ１７の底面及び矩形のピックアップセンサ１８の底面は、部品１００の周囲に接していてもよい。
【００２９】
あるいは、図３の構成と同様に、矩形のドライバ１７の底面及び矩形のピックアップセンサ１８の底面は、部品１００の周囲に面するように同一の平面内に配置されてもよい。ある特定の用途において、部品１００が矩形の形状である場合、矩形のドライバ１７及び矩形のピックアップセンサ１８は、部品１００の局所領域に水平に配置されてもよい。
【００３０】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の更に別の実施形態に係る渦電流プローブ１２及び部品１００の構成の例を概略的に示した平面図及び斜視図である。図５の構成は、図３及び図４の構成に類似している。図５のドライバ１７は、部品１００中に渦電流を誘導するためにドライバ軸（図示せず）が部品１００の軸（図中符号なし）と平行になるように局所領域の付近に配設されており、この点が図３及び図４の構成とは異なる。すなわち、ドライバ１７の底面ではなく、側面が部品１００の局所領域に面し且つ局所領域と接触していてもよい。更に、図５のピックアップセンサ１８は、ドライバ１７に隣接し且つピックアップセンサ軸がドライバ１７の軸に対して垂直になるように局所領域の付近に配設される。
【００３１】
他の構成の場合、ピックアップセンサ１８は、その側面が部品１００に面し且つ軸は部品１００の軸と平行になるように配設されてもよい。ドライバ１７は、その軸がピックアップセンサ１８の軸に対して垂直になるように配設されてもよい。更に、磁心は設けられても設けられなくてもよい。
【００３２】
非限定的な実施例において、ドライバ及び／又はピックアップセンサは、楕円形の形状を有してもよい。部品の形状に応じて、部品に面するドライバ及びピックアップセンサの面は、ドライバ及びピックアップセンサと部品とを更によく結合させるような形状に形成されてもよい。
【００３３】
図６は、渦電流プローブ１２及び部品１００の構成の一例を示した概略横断面図である。図示される構成の場合、渦電流プローブ１２は、部品１００の局所領域（図中符号なし）に面し且つドライバ１７及び１対のピックアップセンサ１８を具備する。
【００３４】
ドライバ１７は、対のピックアップセンサ１８の周囲に延出し、ピックアップセンサ１８は、ドライバ１７を貫通するように配設される。ピックアップセンサ１８は、上部ピックアップセンサ２０と、上部ピックアップセンサ２０の下方に配設された下部ピックアップセンサ２１とを具備する。非限定的な一実施例において、ドライバ１７の底面及び下部ピックアップセンサ２１の底面は、部品１００の局所領域に面するように同一平面内に配置されてもよい。上部ピックアップセンサ２０及び下部ピックアップセンサ２１を貫通し且つそれらのピックアップセンサの周囲に沿うように、１対の磁心２３がそれぞれ配設されてもよい。更に、ピックアップセンサ２０、２１の磁束を収束し且つドライバ１７からの信号とピックアップセンサ２０、２１からの信号との相互干渉を回避するために、磁気シールド２２がドライバ１７とピックアップセンサ１８との間に配設され且つドライバ１７とピックアップセンサ１８とを分離してもよい。
【００３５】
非限定的な実施例において、ドライバ１７及び対のピックアップセンサ１８は、中空円筒形の形状を有してもよい。あるいは、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８は、種々の用途に基づいて部品１００と協働するための他の形状を有してもよい。
【００３６】
従って、動作中、ドライバ１７は、関数発生器又はパルス発生器１１（図１及び図２に示される）からの周波数の異なる複数の励起信号を受信して、部品１００中に渦電流を誘導する。下部ピックアップセンサ２１は、渦電流を感知し且つ１つ以上の応答信号をプロセッサ１３へ出力する。その間、上部ピックアップセンサ２０は、渦電流及び周囲環境中の雑音信号を感知し、それらの信号をプロセッサ１３へ出力する。プロセッサ１３は、部品１００の局所領域の表面硬化深さの測定精度を向上するために上部ピックアップセンサ２０及び下部ピックアップセンサ２１からの信号を解析する。
【００３７】
図７は、本発明の別の実施形態に係る渦電流プローブ１２及び部品１００の構成の一例を示した概略横断面図である。図示される構成の場合、渦電流プローブ１２は、上部構体２２と、上部構体２２の下方に配設された下部構体２３とを具備する。上部構体２２は、上部ドライバ２４及び上部ピックアップセンサ２５を具備する。下部構体２３は、下部ドライバ２６及び下部ピックアップセンサ２７を具備する。下部ドライバは下部ピックアップセンサの周囲に延出し且つ上部ドライバは上部ピックアップセンサの周囲に延出する。
【００３８】
いくつかの実施例において、下部ピックアップセンサ及び上部ピックアップセンサを貫通し且つ上部ドライバ及び下部ドライバの周囲に沿うように、２つの磁心２８が配設されてもよいが、磁心は配設されなくてもよい。更に、上部構体２２及び下部構体２３を取り囲むように磁気シールド２９が設けられてもよい。ある特定の用途において、ドライバ及びピックアップセンサは、中空円筒形の形状を有してもよいが、他の形状であってもよい。
【００３９】
あるいは、ある特定の実施例において、図中符号２４及び２６はピックアップセンサを示してもよく、且つ図中符号２５及び２７はドライバを示してもよい。
【００４０】
図８は、１組の試料（図示せず）を検査するためにＭＦＥＣ検査システム（図１に示される）を使用して収集された実験データの一例を示す。図８に示されるように、実験データを取り出すために、図７に示される実施例の渦電流プローブ１２がＭＦＥＣ検査システムに設けられてもよい。一実施例において、ドライバ２４及び２６の外径は１６ｍｍであった。１組の試料は、例えば、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ及び６ｍｍの所定の表面硬化深さをそれぞれ有していた。本実施例の実験データを取り出すように４回の測定（図８にラン１〜４として示される）を実行するために、渦電流プローブ１２に１２０Ｈｚ励起信号が入力された。
【００４１】
本実施例の実験データに関して、４回の測定から取り出された曲線は類似する湾曲を示したので、４回の測定は繰り返し性を有し、従って、所定の表面硬化深さ値とＭＦＥＣシステムから取り出された各表面硬化深さ測定値との間には安定した相関があることがわかる。同一の試料から取り出された各測定値の分散は、異なる表面硬化深さを有する試料から取り出された測定値の差より小さかったので、表面硬化深さの変化によるプローブ応答信号は、プローブ位置決めの誤差、リフトオフ効果、角度及び他の望ましくない試料の差異などの雑音要因に起因するプローブ応答信号より大きいことがわかる。従って、このデータは、ＭＦＥＣシステムが表面硬化深さの測定に適することを示す。いくつかの実施例において、リフトオフ効果などの雑音要因を補償するために、多周波位相解析（ＭＦＰＡ）アルゴリズムを使用してデータが解析されてもよい。
【００４２】
図９は、１組の試料（図示せず）を検査するためにＰＥＣ検査システム（図２に示される）を使用して収集された実験データの一例を示す。図９に示されるように、実験データを取り出すために、図４に示される実施例の渦電流プローブ１２がＰＥＣ検査システムに設けられてもよい。一実施例において、ドライバ１７及びピックアップセンサ１８の外径は、それぞれ２０ｍｍであった。１組の試料は、例えば、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ及び６ｍｍの所定の表面硬化深さをそれぞれ有していた。
【００４３】
図８に示されるデータの場合と同様に、本実施例の実験データを取り出すように同一の試料群に対して４回の測定（図９にラン１〜ラン４として示される）を実行するために、渦電流プローブ１２に９５Ｈｚ励起信号が入力された。
【００４４】
本実施例の実験データに関して、４回の測定から取り出された曲線は類似する湾曲を示したので、４回の測定は繰り返し性を有し、従って、所定の表面硬化深さ値とＰＥＣシステムから取り出された各表面硬化深さ測定値との間には安定した相関があることがわかる。同一の試料から取り出された各測定値の間の分散は、異なる表面硬化深さを有する試料から取り出された測定値の差より小さかったので、表面硬化深さの変化によるプローブ応答信号は、プローブ位置決め誤差、リフトオフ効果、角度及び他の望ましくない試料の差異などの雑音要因に起因するプローブ応答信号より大きいことがわかる。従って、このデータは、ＰＥＣシステムが表面硬化深さの測定に適することを示す。いくつかの実施例において、リフトオフ分散などの雑音要因を補償するために、多周波位相解析（ＭＦＰＡ）アルゴリズムを使用してデータが解析されてもよい。
【００４５】
図１０は、部品１００の表面硬化深さの測定を概略的に示したフローチャートである。図１０に示されるように、ステップ３０において、検査すべき部品１００の中に渦電流を誘導するために、関数発生器又はパルス発生器１１から渦電流プローブ１２に周波数の異なる複数の励起信号が印加される。次に、ステップ３１において、多周波応答信号が発生される。多周波応答信号を発生するために必要とされる周波数の数は、排除すべき望ましくない雑音要因の数に基づいて選択されてもよい。一実施例において、発生される多周波応答信号は、多周波応答データセットに含まれる。本明細書において使用される場合の用語「多周波応答データセット」は、渦電流プローブに多周波励起信号が印加されたことにより考慮すべき被検査部品中に渦電流が誘導された結果として発生されるあらゆる応答信号を含むデータセットを表す。
【００４６】
次に、ステップ３２において、リフトオフ効果などの雑音要因を抑制し且つ複数のＭＦＰＡパラメータを判定するために、コントローラ１３は、多周波位相解析を使用して多周波応答信号を解析する。多周波位相解析の詳細については、例えば、米国特許第７，２０６，７０６号公報を参照。
【００４７】
次にステップ３３において、多周波応答信号の多周波位相解析に基づいて伝達関数が確定される。伝達関数は当業者により容易に実現可能である。最後にステップ３４において、その伝達関数及びＭＦＰＡパラメータに基づいて部品の表面硬化深さが取り出されてもよい。
【００４８】
典型的な実施形態によって本発明を例示し且つ説明したが、本発明の精神からまったく逸脱することなく種々の変形及び置き換えを実施可能であるので、以上の開示は、示される詳細に限定されることを意図しない。従って、当業者には単なる日常的な実験作業を使用して本開示内容の更なる変形及び均等物が明らかであろう。そのような変形及び均等物は、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の精神及び範囲にすべて含まれると考えられる。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 渦電流検査システム、ＭＦＥＣシステム、ＰＥＣシステム
１１ 関数発生器、パルス発生器
１２ 渦電流プローブ
１３ プロセッサ、ロックイン増幅器、コントローラ
１４ 増幅器
１５ ディスプレイ
１６ アナログ／デジタル変換器
１７ ドライバ、ドライバ巻線
１８ ピックアップセンサ
１９ 磁心
２０ 上部ピックアップセンサ
２１ 下部ピックアップセンサ
２２ 磁気シールド、上部構体
２３ 下部構体、磁心
２４ 上部ドライバ、ピックアップセンサ
２５ 上部ピックアップセンサ、ドライバ
２６ 下部ドライバ、ピックアップセンサ
２７ 下部ピックアップセンサ、ドライバ
２８ 磁心
２９ 磁気シールド
１００ 部品
１０１ 基準信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品の表面硬化深さを検査する多周波渦電流（ＭＦＥＣ）検査システムにおいて、
１つ以上の多周波励起信号を発生するように構成された発生器と；
前記１つ以上の多周波励起信号を受信して前記部品中に渦電流を誘導するように構成された１つ以上のドライバ及び前記部品の局所領域内で前記誘導された渦電流を検出して１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成された１つ以上のピックアップセンサを具備し且つ前記部品の一方の側に配設されるように構成された渦電流プローブと；
前記１つ以上の多周波応答信号を受信して、前記部品の前記局所領域の表面硬化深さを判定するために処理を行うように構成されたプロセッサとを具備するＭＦＥＣ検査システム。
【請求項２】
前記発生器は関数発生器である請求項１記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項３】
前記プロセッサはロックイン増幅器を具備し、且つ前記関数発生器は、前記１つ以上の多周波応答信号の各々と同一の周波数を有する１つ以上の基準信号を前記ロックイン増幅器に供給するように更に構成される請求項２記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項４】
前記渦電流プローブと前記プロセッサとの間に配設され且つ前記多周波応答信号を増幅するように構成された増幅器を更に具備する請求項１記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項５】
前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサは巻線を具備し、且つ前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサの各々は、円筒形又は矩形の形状を有する請求項１記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項６】
前記１つ以上のピックアップセンサは、１つ以上の固体磁気センサであり、且つ前記１つ以上の固体磁気センサは、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサ、異常磁気抵抗（ＥＭＲ）センサ、巨大磁気インピーダンス（ＧＭＩ）センサ及びホールセンサのうち１つ以上を含む請求項５記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項７】
前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサの各々は円筒形の形状を有し、前記部品は円筒形の形状を有し、且つ前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサのうち１つの少なくとも１つの軸は、前記部品の軸と平行である請求項５記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項８】
前記１つ以上のドライバの少なくとも１つの面及び前記１つ以上のピックアップセンサの少なくとも１つの面は、それぞれ前記部品の前記局所領域に直接面するように構成され、且つ前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサの前記少なくとも２つのそれぞれの面は、共面であるか又は互いに角度を成す請求項１記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項９】
前記１つ以上のピックアップセンサの各々は、上部ピックアップセンサと、前記上部ピックアップセンサの下方に配設された下部ピックアップセンサとを具備し、且つ前記１つ以上のドライバの面及び前記下部ピックアップセンサの面は、前記部品の前記局所領域に直接面するように構成される請求項８記載のＮＦＥＣ検査システム。
【請求項１０】
前記１つ以上のドライバの各々は、上部ドライバと、前記上部ドライバの下方に配設された下部ドライバとを具備し、且つ前記下部ドライバの面及び前記下部ピックアップセンサの面は、前記部品の前記局所領域に直接面するように構成される請求項９記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項１１】
部品の表面硬化深さを検査するパルス渦電流（ＰＥＣ）検査システムにおいて、
１つ以上のパルス励起信号を発生するように構成されたパルス発生器と、
前記１つ以上のパルス励起信号を受信して前記部品中に渦電流を誘導するように構成された１つ以上のドライバ及び前記部品の局所領域内で前記誘導された渦電流を検出して１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成された１つ以上のピックアップセンサを具備し且つ前記部品の一方の側に配設された渦電流プローブと、
前記１つ以上の多周波応答信号を受信して、前記部品の前記局所領域の表面硬化深さを判定するために処理を行うように構成されたプロセッサとを具備するＰＥＣ検査システム。
【請求項１２】
前記渦電流プローブと前記プロセッサとの間に配設され且つ前記１つ以上の多周波応答信号をデジタル化するように構成されたアナログ／デジタル変換器を更に具備する請求項１１記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１３】
前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサは巻線を具備し、且つ前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサの各々は、円筒形又は矩形の形状を有する請求項１１記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１４】
前記１つ以上のピックアップセンサは１つ以上の固体磁気センサであり、且つ前記１つ以上の固体磁気センサは、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサ、異常磁気抵抗（ＥＭＲ）センサ、巨大磁気インピーダンス（ＧＭＩ）センサ及びホールセンサのうち１つ以上を含む請求項１３記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１５】
前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサの各々は円筒形の形状を有し、前記部品は円筒形の形状を有し、且つ前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサのうち１つの少なくとも１つの軸は、前記部品の軸と平行である請求項１３記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１６】
前記１つ以上のドライバの少なくとも１つの面及び前記１つ以上のピックアップセンサの少なくとも１つの面は、それぞれ前記部品の前記局所領域に直接面するように構成され、且つ前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサの前記少なくとも２つのそれぞれの面は、共面であるか又は互いに角度を成す請求項１１記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１７】
前記１つ以上のピックアップセンサの各々は、上部ピックアップセンサと、前記上部ピックアップセンサの下方に配設された下部ピックアップセンサとを具備し、且つ前記１つ以上のドライバの面及び前記下部ピックアップセンサの面は、前記部品の前記局所領域に直接面する請求項１６記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１８】
前記１つ以上のドライバの各々は、上部ドライバと、前記上部ドライバの下方に配設された下部ドライバとを具備し、且つ前記下部ドライバの面及び前記下部ピックアップセンサの面は、前記部品の前記局所領域に直接面する請求項１７記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１９】
部品の表面硬化深さを検査する方法において、
１つ以上の多周波励起信号又は１つ以上のパルス励起信号を発生することと；
前記部品の一方の側に配設され、前記１つ以上の多周波励起信号又は前記１つ以上のパルス励起信号を受信し且つ１つ以上の多周波応答信号を出力するように構成された渦電流プローブであって、前記１つ以上の多周波励起信号を受信して前記部品中に渦電流を誘導するように構成された１つ以上のドライバ及び前記部品の局所領域内で前記誘導された渦電流を検出して前記１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成された１つ以上のピックアップセンサを具備する渦電流プローブを提供することと；
前記部品の前記局所領域の表面硬化深さを判定するために、前記１つ以上の多周波応答信号を処理することとから成る方法。
【請求項２０】
前記１つ以上の多周波励起信号は、関数発生器を使用して発生され、前記１つ以上のパルス励起信号は、パルス発生器を使用して発生され、且つ前記関数発生器が設けられる場合に前記１つ以上の多周波応答信号を処理するためにロックイン増幅器が設けられる請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記部品の前記局所領域の表面硬化深さを判定するために、前記１つ以上の多周波応答信号は、多周波解析アルゴリズムを使用して処理される請求項１９記載の方法。
【請求項１】
部品の表面硬化深さを検査する多周波渦電流（ＭＦＥＣ）検査システムにおいて、
１つ以上の多周波励起信号を発生するように構成された発生器と；
前記１つ以上の多周波励起信号を受信して前記部品中に渦電流を誘導するように構成された１つ以上のドライバ及び前記部品の局所領域内で前記誘導された渦電流を検出して１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成された１つ以上のピックアップセンサを具備し且つ前記部品の一方の側に配設されるように構成された渦電流プローブと；
前記１つ以上の多周波応答信号を受信して、前記部品の前記局所領域の表面硬化深さを判定するために処理を行うように構成されたプロセッサとを具備するＭＦＥＣ検査システム。
【請求項２】
前記発生器は関数発生器である請求項１記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項３】
前記プロセッサはロックイン増幅器を具備し、且つ前記関数発生器は、前記１つ以上の多周波応答信号の各々と同一の周波数を有する１つ以上の基準信号を前記ロックイン増幅器に供給するように更に構成される請求項２記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項４】
前記渦電流プローブと前記プロセッサとの間に配設され且つ前記多周波応答信号を増幅するように構成された増幅器を更に具備する請求項１記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項５】
前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサは巻線を具備し、且つ前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサの各々は、円筒形又は矩形の形状を有する請求項１記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項６】
前記１つ以上のピックアップセンサは、１つ以上の固体磁気センサであり、且つ前記１つ以上の固体磁気センサは、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサ、異常磁気抵抗（ＥＭＲ）センサ、巨大磁気インピーダンス（ＧＭＩ）センサ及びホールセンサのうち１つ以上を含む請求項５記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項７】
前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサの各々は円筒形の形状を有し、前記部品は円筒形の形状を有し、且つ前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサのうち１つの少なくとも１つの軸は、前記部品の軸と平行である請求項５記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項８】
前記１つ以上のドライバの少なくとも１つの面及び前記１つ以上のピックアップセンサの少なくとも１つの面は、それぞれ前記部品の前記局所領域に直接面するように構成され、且つ前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサの前記少なくとも２つのそれぞれの面は、共面であるか又は互いに角度を成す請求項１記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項９】
前記１つ以上のピックアップセンサの各々は、上部ピックアップセンサと、前記上部ピックアップセンサの下方に配設された下部ピックアップセンサとを具備し、且つ前記１つ以上のドライバの面及び前記下部ピックアップセンサの面は、前記部品の前記局所領域に直接面するように構成される請求項８記載のＮＦＥＣ検査システム。
【請求項１０】
前記１つ以上のドライバの各々は、上部ドライバと、前記上部ドライバの下方に配設された下部ドライバとを具備し、且つ前記下部ドライバの面及び前記下部ピックアップセンサの面は、前記部品の前記局所領域に直接面するように構成される請求項９記載のＭＦＥＣ検査システム。
【請求項１１】
部品の表面硬化深さを検査するパルス渦電流（ＰＥＣ）検査システムにおいて、
１つ以上のパルス励起信号を発生するように構成されたパルス発生器と、
前記１つ以上のパルス励起信号を受信して前記部品中に渦電流を誘導するように構成された１つ以上のドライバ及び前記部品の局所領域内で前記誘導された渦電流を検出して１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成された１つ以上のピックアップセンサを具備し且つ前記部品の一方の側に配設された渦電流プローブと、
前記１つ以上の多周波応答信号を受信して、前記部品の前記局所領域の表面硬化深さを判定するために処理を行うように構成されたプロセッサとを具備するＰＥＣ検査システム。
【請求項１２】
前記渦電流プローブと前記プロセッサとの間に配設され且つ前記１つ以上の多周波応答信号をデジタル化するように構成されたアナログ／デジタル変換器を更に具備する請求項１１記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１３】
前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサは巻線を具備し、且つ前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサの各々は、円筒形又は矩形の形状を有する請求項１１記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１４】
前記１つ以上のピックアップセンサは１つ以上の固体磁気センサであり、且つ前記１つ以上の固体磁気センサは、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサ、異常磁気抵抗（ＥＭＲ）センサ、巨大磁気インピーダンス（ＧＭＩ）センサ及びホールセンサのうち１つ以上を含む請求項１３記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１５】
前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサの各々は円筒形の形状を有し、前記部品は円筒形の形状を有し、且つ前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサのうち１つの少なくとも１つの軸は、前記部品の軸と平行である請求項１３記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１６】
前記１つ以上のドライバの少なくとも１つの面及び前記１つ以上のピックアップセンサの少なくとも１つの面は、それぞれ前記部品の前記局所領域に直接面するように構成され、且つ前記１つ以上のドライバ及び前記１つ以上のピックアップセンサの前記少なくとも２つのそれぞれの面は、共面であるか又は互いに角度を成す請求項１１記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１７】
前記１つ以上のピックアップセンサの各々は、上部ピックアップセンサと、前記上部ピックアップセンサの下方に配設された下部ピックアップセンサとを具備し、且つ前記１つ以上のドライバの面及び前記下部ピックアップセンサの面は、前記部品の前記局所領域に直接面する請求項１６記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１８】
前記１つ以上のドライバの各々は、上部ドライバと、前記上部ドライバの下方に配設された下部ドライバとを具備し、且つ前記下部ドライバの面及び前記下部ピックアップセンサの面は、前記部品の前記局所領域に直接面する請求項１７記載のＰＥＣ検査システム。
【請求項１９】
部品の表面硬化深さを検査する方法において、
１つ以上の多周波励起信号又は１つ以上のパルス励起信号を発生することと；
前記部品の一方の側に配設され、前記１つ以上の多周波励起信号又は前記１つ以上のパルス励起信号を受信し且つ１つ以上の多周波応答信号を出力するように構成された渦電流プローブであって、前記１つ以上の多周波励起信号を受信して前記部品中に渦電流を誘導するように構成された１つ以上のドライバ及び前記部品の局所領域内で前記誘導された渦電流を検出して前記１つ以上の多周波応答信号を発生するように構成された１つ以上のピックアップセンサを具備する渦電流プローブを提供することと；
前記部品の前記局所領域の表面硬化深さを判定するために、前記１つ以上の多周波応答信号を処理することとから成る方法。
【請求項２０】
前記１つ以上の多周波励起信号は、関数発生器を使用して発生され、前記１つ以上のパルス励起信号は、パルス発生器を使用して発生され、且つ前記関数発生器が設けられる場合に前記１つ以上の多周波応答信号を処理するためにロックイン増幅器が設けられる請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記部品の前記局所領域の表面硬化深さを判定するために、前記１つ以上の多周波応答信号は、多周波解析アルゴリズムを使用して処理される請求項１９記載の方法。
【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】
【公表番号】特表２０１３−５０５４４３（Ｐ２０１３−５０５４４３Ａ）
【公表日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２９７６２（Ｐ２０１２−５２９７６２）
【出願日】平成２２年７月２１日（２０１０．７．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４２６８４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３４６５４
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２１日（２０１０．７．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４２６８４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３４６５４
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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