[发明专利]涡电流测量传感器和使用该涡电流测量传感器的检验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡电流测量传感器和一种使用该涡电流测量传感器的检验方法。更具体地，本发明涉及一种提高涡电流检验中的检验精度的涡电流测量传感器，以及一种使用该涡电流测量传感器的检验方法。

背景技术

已经进行感应硬化——其中金属（传导材料）通过高频感应加热而硬化——的钢（下面简称为“钢”）用于机械零件，例如汽车和摩托车的车身底部零件和发动机零件。关于钢的感应硬化中的表面硬化的硬化层深度（下面也称为“硬化深度”）和硬度，有效硬化层深度和总硬化层深度被标准化。因此，有必要测量和估计硬化深度和硬度以确保钢的质量。

钢的硬化深度和硬度通过切割出钢的一部分作为样本，并且用多种不同硬度计中的任一种例如维氏硬度测试器测量截面强度进行估计。然而，通过此破坏性检验方法，用作样本的钢被丢弃，这导致材料成本增大。此外，除了检验需要更长时间以外，难以在线进行100%检验，所以钢可能会在未检测到偶发缺陷的情况下最终移动至下一过程。

日本专利申请公报No.2009-31224（JP-A-2009-31224）和日本专利申请公报No.2009-47664（JP-A-2009-47664）描述了用于使用涡电流式检验即非破坏性检验测量钢的硬化深度和硬度的技术。在此涡电流式检验中，交流磁场通过使载有交流电的励磁线圈靠近钢运动而生成。此交流磁场在钢中产生涡电流。随后，检测线圈检测由此涡电流感生的感应场。即，此涡电流式检验使得有可能在不丢弃任何钢的情况下以100%检验并且在短时间段内定量地测量钢的硬化深度和硬度。除了上述硬化深度/硬度测量测试以测量钢的硬化深度和硬度以外，此涡电流式检验还用于瑕疵检测测试以检测瑕疵例如正在被检验的对象表面的裂纹，以及外来材料辨别测试以检测正在被检验的对象中的外来材料。

关于钢的传导性，基体材料与硬化层中产生的马氏体之间存在差异。因此，在上述硬化深度/硬度测量测试中，如果使用涡电流传感器对钢进行测量，由检测线圈检测的电压（即，振幅）随硬化深度变化而变化和由检测线圈检测的电压随硬化层深度增大而单调地减小，所以能够利用这些现象测量钢的硬化深度。

例如，JP-A-2009-31224中描述的技术构造为使用环绕线圈（即，环形线圈）检验轴部件的轴部的硬化深度。环绕线圈具有比探头线圈所具有的更强的磁场，并且无需精确控制与钢的距离，这使得其适于硬化深度/硬度测量测试。然而，内圆周即环绕线圈的测量部的直径是固定的，所以被测量部相对于环绕线圈的填充率（即，钢的被测量部的横截面面积与环绕线圈的内周的横截面面积的比）依据钢的被测量部的外径变化。涡电流式检验的检验精度随着填充率的减小而以指数方式减小。因此，就相关技术而言，检验精度由于钢的外径在每个被测量部处的变化而有所不同。此外，需要将钢即正在被检验的对象插入穿过环绕线圈，所以此技术的应用范围被限制于具有大致恒定的外径的轴部件。即，检验难以在外径显著变化的部件例如曲轴上进行。

上述JP-A-2009-47664中描述的技术构造为使用探头线圈测量钢的硬化深度。对于硬化深度/硬度测量测试，检测信号分量与噪声分量的比低于瑕疵检测测试或者外来材料辨别测试的所述比，所以能够获得更大的检验精度。然而，探头线圈具有更弱的磁场并且必须精确控制与钢的距离，所以尽管其适于瑕疵检测测试和外来材料辨别测试，但难以用于硬化深度/硬度测量测试。

另外，通过根据相关技术的探头线圈，工件中的磁场不能被扩宽或者向一侧偏移，所以难以适当地控制磁场的展布和方向等。另外，也是在利用探头线圈进行瑕疵检测测试中，所谓边缘效应——其中瑕疵信号最终被掩藏在钢的端部处的边缘信号中——严重地限制了可检验范围以及能够检验的零件等，所以减小使用探头线圈进行的涡电流测量中的此边缘效应已经成为问题。

发明内容

本发明提供：一种涡电流测量传感器，该传感器即使在检验具有显著变化的外径的感应硬化部件时也能够由探头线圈的强磁场以高检测精度进行硬化深度/硬度测量测试，并且通过适当地控制磁场的展布和方向等降低边缘效应；以及一种使用该涡电流测量传感器的检验方法。