專利名稱：渦電流測量傳感器和使用該渦電流測量傳感器的檢驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦電流測量傳感器和一種使用該渦電流測量傳感器的檢驗方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種提高渦電流檢驗中的檢驗精度的渦電流測量傳感器，以及一種使用該渦電流測量傳感器的檢驗方法。
背景技術(shù)：
已經(jīng)進(jìn)行感應(yīng)硬化——其中金屬(傳導(dǎo)材料)通過高頻感應(yīng)加熱而硬化——的鋼(下面簡稱為“鋼”)用于機(jī)械零件，例如汽車和摩托車的車身底部零件和發(fā)動機(jī)零件。關(guān)于鋼的感應(yīng)硬化中的表面硬化的硬化層深度(下面也稱為“硬化深度”)和硬度，有效硬化層深度和總硬化層深度被標(biāo)準(zhǔn)化。因此，有必要測量和估計硬化深度和硬度以確保鋼的質(zhì)量。鋼的硬化深度和硬度通過切割出鋼的一部分作為樣本，并且用多種不同硬度計中的任一種例如維氏硬度測試器測量截面強度進(jìn)行估計。然而，通過此破壞性檢驗方法，用作樣本的鋼被丟棄，這導(dǎo)致材料成本增大。此外，除了檢驗需要更長時間以外，難以在線進(jìn)行100%檢驗，所以鋼可能會在未檢測到偶發(fā)缺陷的情況下最終移動至下一過程。日本專利申請公報No. 2009-31224 (JP-A-2009-31224)和日本專利申請公報No. 2009-47664 (JP-A-2009-47664)描述了用于使用渦電流式檢驗即非破壞性檢驗測量鋼的硬化深度和硬度的技術(shù)。在此渦電流式檢驗中，交流磁場通過使載有交流電的勵磁線圈靠近鋼運動而生成。此交流磁場在鋼中產(chǎn)生渦電流。隨后，檢測線圈檢測由此渦電流感生的感應(yīng)場。即，此渦電流式檢驗使得有可能在不丟棄任何鋼的情況下以100%檢驗并且在短時間段內(nèi)定量地測量鋼的硬化深度和硬度。除了上述硬化深度/硬度測量測試以測量鋼的硬化深度和硬度以外，此渦電流式檢驗還用于瑕疵檢測測試以檢測瑕疵例如正在被檢驗的對象表面的裂紋，以及外來材料辨別測試以檢測正在被檢驗的對象中的外來材料。
關(guān)于鋼的傳導(dǎo)性，基體材料與硬化層中產(chǎn)生的馬氏體之間存在差異。因此，在上述硬化深度/硬度測量測試中，如果使用渦電流傳感器對鋼進(jìn)行測量，由檢測線圈檢測的電壓(即，振幅)隨硬化深度變化而變化和由檢測線圈檢測的電壓隨硬化層深度增大而單調(diào)地減小，所以能夠利用這些現(xiàn)象測量鋼的硬化深度。例如，JP-A-2009-31224中描述的技術(shù)構(gòu)造為使用環(huán)繞線圈(即，環(huán)形線圈)檢驗軸部件的軸部的硬化深度。環(huán)繞線圈具有比探頭線圈所具有的更強的磁場，并且無需精確控制與鋼的距離，這使得其適于硬化深度/硬度測量測試。然而，內(nèi)圓周即環(huán)繞線圈的測量部的直徑是固定的，所以被測量部相對于環(huán)繞線圈的填充率(即，鋼的被測量部的橫截面面積與環(huán)繞線圈的內(nèi)周的橫截面面積的比)依據(jù)鋼的被測量部的外徑變化。渦電流式檢驗的檢驗精度隨著填充率的減小而以指數(shù)方式減小。因此，就相關(guān)技術(shù)而言，檢驗精度由于鋼的外徑在每個被測量部處的變化而有所不同。此外，需要將鋼即正在被檢驗的對象插入穿過環(huán)繞線圈，所以此技術(shù)的應(yīng)用范圍被限制于具有大致恒定的外徑的軸部件。即，檢驗難以在外徑顯著變化的部件例如曲軸上進(jìn)行。上述JP-A-2009-47664中描述的技術(shù)構(gòu)造為使用探頭線圈測量鋼的硬化深度。對于硬化深度/硬度測量測試，檢測信號分量與噪聲分量的比低于瑕疵檢測測試或者外來材料辨別測試的所述比，所以能夠獲得更大的檢驗精度。然而，探頭線圈具有更弱的磁場并且必須精確控制與鋼的距離，所以盡管其適于瑕疵檢測測試和外來材料辨別測試，但難以用于硬化深度/硬度測量測試。另外，通過根據(jù)相關(guān)技術(shù)的探頭線圈，工件中的磁場不能被擴(kuò)寬或者向一側(cè)偏移，所以難以適當(dāng)?shù)乜刂拼艌龅恼共己头较虻?。另外，也是在利用探頭線圈進(jìn)行瑕疵檢測測試中，所謂邊緣效應(yīng)——其中瑕疵信號最終被掩藏在鋼的端部處的邊緣信號中——嚴(yán)重地限制了可檢驗范圍以及能夠檢驗的零件等，所以減小使用探頭線圈進(jìn)行的渦電流測量中的此邊緣效應(yīng)已經(jīng)成為問題。

發(fā)明內(nèi)容
傳感器，該傳感器即使在檢驗具有顯著變化的外徑的感應(yīng)硬化部件時也能夠由探頭線圈的強磁場以高檢測精度進(jìn)行硬化深度/硬度測量測試，并且通過適當(dāng)?shù)乜刂拼艌龅恼共己头较虻冉档瓦吘壭?yīng)；以及一種使用該渦電流測量傳感器的檢驗方法。本發(fā)明的第一方面涉及一種渦電流測量探頭傳感器，其設(shè)置有勵磁部和檢測部。所述勵磁部i )包括主勵磁部和多個副勵磁部，所述主勵磁部包括主芯部和主線圈，所述主芯部由圓柱形磁性體形成，所述主線圈是沿周向方向圍繞所述主芯部纏繞的螺線管線圈，所述多個副勵磁部包括副芯部，所述副芯部由圓柱形磁性體形成，所述副芯部以使得每個副芯部的軸向方向與所述主芯部的軸向方向相同的方式圍繞所述主勵磁部布置，所述多個副勵磁部構(gòu)造為相對于所述主勵磁部沿所述主芯部的軸向方向獨立地改變每個副芯部的位置；并且ii)將預(yù)定交流勵磁信號施加至待測量部件。所述檢測部檢測與來自于已被施加有所述預(yù)定交流勵磁信號的所述待測量部件的渦電流對應(yīng)的檢測信號。在第一方面的傳感器中，所述副勵磁部中的每一個副勵磁部可以包括副線圈，所述副線圈是沿周向方向圍繞所述副芯部纏繞的螺線管線圈，并且所述副勵磁部中的每一個副勵磁部可以構(gòu)造為使得在所述主勵磁部的所述主線圈處生成并且穿過所述主芯部的磁通的方向與在所述副勵磁部中的每一個副勵磁部的所述副線圈中生成并且穿過所述副芯部的磁通的方向相反。在如上所述地構(gòu)成的傳感器中，所述主勵磁部可以構(gòu)造為沿所述主芯部的軸向方向獨立地改變所述主線圈和所述主芯部的相對位置。在如上所述地構(gòu)成的傳感器中，所述檢測部可以包括以所述主勵磁部的軸向部為中心放射狀地布置的多個檢測線圈，并且，可以使所述多個檢測線圈各自獨立地且選擇性地關(guān)于所述檢測信號的檢測被采用或者被忽略。在如上所述地構(gòu)成的傳感器中，所述檢測部可以包括布置在所述勵磁部的整個末端表面上的多個餅形線圈或多個平面線圈，并且所述末端表面可以是位于所述待測量部件側(cè)的表面。在如上所述地構(gòu)成的傳感器中，所述檢測部可以包括多個豎直螺線管線圈和多個水平螺線管線圈，所述多個豎直螺線管線圈以使得所述多個豎直螺線管線圈中的每一個豎直螺線管線圈的軸向方向與所述主芯部的軸向方向相同的方式布置在所述勵磁部的末端表面中的、與所述主勵磁部和所述副勵磁部相對的位置，所述多個水平螺線管線圈以使得所述多個水平螺線管線圈中的每一個水平螺線管線圈的軸向方向垂直于所述主芯部的軸線的方式沿徑向布置在所述勵磁部的所述末端表面中的、所述主勵磁部與所述副勵磁部之間的位置。在如上所述地構(gòu)成的傳感器中，所述檢測部可以包括布置為沿所述主芯部的徑向方向位于所述副勵磁部的外側(cè)并且與所述副勵磁部相鄰的多個檢測線圈。在如上所述地構(gòu)成的傳感器中，所述預(yù) 定交流勵磁信號可以是通過將預(yù)定交流電壓施加至所述主線圈而生成的磁場，并且所述檢測信號可以是由所述渦電流感生的電壓。本發(fā)明的第二方面涉及一種檢驗方法，其包括通過使用設(shè)置有勵磁部和檢測部的渦電流測量探頭傳感器執(zhí)行渦電流測量來檢驗待測量部件。所述勵磁部i)包括主勵磁部和多個副勵磁部，所述主勵磁部包括主芯部和主線圈，所述主芯部由圓柱形磁性體形成，所述主線圈是沿周向方向圍繞所述主芯部纏繞的螺線管線圈，所述多個副勵磁部包括副芯部，所述副芯部由圓柱形磁性體形成，所述副芯部以使得每個副芯部的軸向方向與所述主芯部的軸向方向相同的方式圍繞所述主勵磁部布置，所述多個副勵磁部構(gòu)造為相對于所述主勵磁部沿所述主芯部的軸向方向獨立地改變每個副芯部的位置。所述檢測部檢測由已被施加有磁場的所述待測量部件中所產(chǎn)生的渦電流感生的電壓。本發(fā)明使得有可能即使在檢驗具有顯著變化的外徑的感應(yīng)硬化部件時也由探頭線圈的強磁場以高檢測精度進(jìn)行硬化深度/硬度測量測試，并且通過適當(dāng)?shù)乜刂拼艌龅恼共己头较虻冉档瓦吘壭?yīng)。


通過參照附圖進(jìn)行的對實施方式的如下描述，本發(fā)明的上述和其他的目的、特征和優(yōu)點將變得顯而易見，其中相同的附圖標(biāo)記用于表示相同的元件，并且在附圖中圖I是示出了硬化構(gòu)件的沿深度方向的層狀態(tài)、硬度和導(dǎo)磁率之間的關(guān)系的圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于執(zhí)行渦電流測量的設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框架形式圖；圖3是示出了渦電流測量中交流勵磁信號與檢測信號之間的關(guān)系的圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的渦電流測量傳感器結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5A是沿圖4中的IVA - IVA線截取的截面圖，并且圖5B是沿圖4中的IVB - IVB線截取的截面圖；圖6是根據(jù)第一實施方式的渦電流測量傳感器的第一示例的示意圖；圖7是根據(jù)第一實施方式的渦電流測量傳感器的第二示例的示意圖；圖8是根據(jù)第一實施方式的渦電流測量傳感器的第三示例的示意圖；圖9是根據(jù)第一實施方式的渦電流測量傳感器的第四示例的示意圖；圖10是根據(jù)第一實施方式的渦電流測量傳感器的第五示例的示意圖；圖11根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的渦電流測量傳感器結(jié)構(gòu)的示意圖；圖12A是沿圖11中的XIIA-XILA線截取的截面圖，并且圖12B是沿圖11中的XIIB-XIIB線截取的截面圖；圖13是根據(jù)第二實施方式的渦電流測量傳感器的第一示例的示意圖14是根據(jù)第二實施方式的渦電流測量傳感器的第二示例的示意圖；圖15A是根據(jù)第二實施方式的渦電流測量傳感器的第三示例的截面圖；并且圖15B沿圖15A中的XVB - XVB線截取的截面圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的渦電流測量傳感器的第一示例的示意圖；圖17是根據(jù)第三 實施方式的渦電流測量傳感器的第二示例的示意圖；圖18是根據(jù)第三實施方式的渦電流測量傳感器的第三示例的示意圖；圖19A是根據(jù)第三實施方式的渦電流測量傳感器的第四示例的示意圖；并且圖19B沿圖19A中的XIXB-XIXB線截取的截面圖；圖20A是根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的渦電流測量傳感器結(jié)構(gòu)的示意圖，并且圖20B是沿圖20A中的XXB - XXB截取的截面圖；和圖21是根據(jù)本發(fā)明第五實施方式的渦電流測量傳感器結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式在本發(fā)明的實施方式中，渦電流測量傳感器由作為勵磁部的多個勵磁線圈和作為檢測部的多個檢測線圈形成。這些實施方式試圖通過改變這些線圈的布置和連接方法擴(kuò)展渦電流測量的應(yīng)用范圍。下面，將描述本發(fā)明的實施方式。順便提及，在本發(fā)明的實施方式中，將作為主要示例描述將通過渦電流測量傳感器進(jìn)行渦電流測量用于檢驗通過感應(yīng)硬化等進(jìn)行硬化的部件的硬化質(zhì)量(即，硬化深度和硬化硬度)的情況，即，硬化部件即待測量對象的硬化質(zhì)量通過使用渦電流測量傳感器執(zhí)行渦電流測量進(jìn)行檢驗的情況。圖I是示出了硬化構(gòu)件即已經(jīng)硬化的鋼(例如S45C)的沿深度方向(即，離表面的距離)的層狀態(tài)、硬度和導(dǎo)磁率之間的關(guān)系的圖。如圖I所示，硬化構(gòu)件的大體組織結(jié)構(gòu)是使得硬化層I通過邊界層3與基體層2分開地形成，硬化層I是在表面?zhèn)壬系囊呀?jīng)硬化的部分，基體層2是基體材料的部分。參照硬度變化曲線4，硬化層I和基體層2具有不同的硬度，硬化層I的硬度大于基體層2的硬度。在邊界層3中，硬度從硬化層I至基體層2逐漸減小。當(dāng)以維氏硬度(Hv)表達(dá)時，硬度的具體示例是在硬化層I處為600Hv至700Hv并且在基體層2處為約300Hv。同時，參照導(dǎo)磁率變化曲線5，導(dǎo)磁率相對于離硬化構(gòu)件的表面的距離的變化大致反比于硬度相對于離硬度構(gòu)件的表面的距離的變化。即，就導(dǎo)磁率而言，硬化層I的導(dǎo)磁率小于基體層2的導(dǎo)磁率，并且在邊界層3中，導(dǎo)磁率從硬化層I側(cè)至基體層2側(cè)逐漸增大。根據(jù)本實施方式的渦電流測量利用相對于離硬化構(gòu)件的表面的距離的硬度與導(dǎo)磁率之間的這種關(guān)系。將參照圖2描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于執(zhí)行渦電流測量的設(shè)備的結(jié)構(gòu)的概要(即，測量原理)。如圖2所示，在渦電流測量中，將具有勵磁線圈7即勵磁部和檢測線圈8即檢測部的渦電流測量傳感器9設(shè)定在相對于工件(即，磁性體)6即待測量部件的被測量部6a的預(yù)定位置。在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)電流供給至勵磁線圈7時，在勵磁線圈7周圍生成磁場。結(jié)果，在工件6即磁性體的被測量部6a的表面附近由電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦電流(見圖2中的箭頭Cl)。由于在被測量部6a的表面處產(chǎn)生渦電流，磁通穿過檢測線圈8，結(jié)果，在檢測線圈8中生成感應(yīng)電壓。此感應(yīng)電壓由檢測線圈8測量。勵磁線圈7的兩端(即，兩個端子)均連接至交流(AC)電源10。此AC電源10向勵磁線圈7施加預(yù)定交流(AC)勵磁信號(S卩，用于感應(yīng)的交流電壓信號)V1。檢測線圈8的兩端(即，兩個端子)均連接至測量裝置11。測量裝置11檢測當(dāng)從AC電源10向勵磁線圈7施加AC勵磁信號Vl時從檢測線圈8獲得的檢測信號(即，指示感應(yīng)電壓的電壓信號)的量級，以及檢測信號V2相對于AC勵磁信號Vl的相位差(S卩，相位滯后)O (見圖3)。此處，為了檢測相位差O，作為放大相位檢測，AC勵磁信號Vl (波形)施加至測量裝置11。由檢測線圈8檢測的檢測信號V2反映被測量部6a (即，工件6)的導(dǎo)磁率。S卩，當(dāng)被測量部6a的導(dǎo)磁率增大時，隨著上述渦電流的生成而發(fā)生的磁通增大，并且由此檢測信號V2增大。相反地，當(dāng)被測量部6a的導(dǎo)磁率減小時，隨著上述渦電流的生成而發(fā)生的磁通減小，并且由此檢測信號V2減小。為了基于此渦電流量化(即，數(shù)字化)檢測信號V2，關(guān)注幅值Y和值X (=YcosO),幅值Y是指示檢測信號V2的量級的值，值X是歸因于檢測信號V2相對于AC勵磁信號Vl的相位差O的值，如圖3所示。結(jié)果，以下內(nèi)容變得顯然。首先，檢測信號V2的幅值Y和硬化表面硬度(S卩，已經(jīng)硬化的部分的硬度)之間存在相關(guān)性。即，如通過比較圖I中的硬度變化曲線4和導(dǎo)磁率變化曲線5而顯然的，存在如下關(guān)系當(dāng)硬化表面硬度低時，導(dǎo)磁率高。當(dāng)導(dǎo)磁率高時，當(dāng)AC勵磁信號Vl施加至勵磁線圈7時生成的磁通增大，所以在被測量部6a的表面處感生的渦電流也增大。結(jié)果，由檢測線圈8檢測的檢測信號V2的幅值Y也增大。因此，相反地，由渦電流生成并穿過被測量部6a的磁通、即導(dǎo)磁率能夠從由檢測線圈8檢測的檢測信號V2的幅值Y得出。因此，硬化表面硬度能夠從圖I中示出的硬度變化曲線4和導(dǎo)磁率變化曲線5之間的關(guān)系獲得。接下來，歸因于檢測信號V2相對于AC勵磁信號Vl的相位差O的值X與硬化深度(即，硬化層的深度)之間存在相關(guān)性。即，在硬化深度增大時，即，當(dāng)硬化構(gòu)件的已經(jīng)硬化的硬化層I增大時，導(dǎo)磁率的低范圍沿深度方向增大，并且檢測信號V2相對于AC勵磁信號Vl的相位滯后增大。結(jié)果，從歸因于相位差O的值的大小獲得硬化深度。在根據(jù)例如上述的測量原理檢驗硬化部件的硬化質(zhì)量的渦電流測量中，使用了具有勵磁線圈和檢測線圈的渦電流測量傳感器，如上所述。下面，將描述根據(jù)本發(fā)明的實施方式的渦電流測量傳感器結(jié)構(gòu)。
首先，將參照圖4至圖10描述根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的渦電流測量傳感器100。順便提及，在本說明書中，圖4中的上側(cè)將被稱為上，圖4中的下側(cè)將被稱為下，圖4中的右側(cè)將被稱為右，圖4中的左側(cè)將被稱為左。此外，朝向繪制有圖4的紙張的表面的一側(cè)將被稱為前，和沿深度方向離開繪制有圖4的紙張的表面的一側(cè)將被稱為后。此外，為了簡化描述，在圖4和圖6至圖10中，僅示出了位于左端和右端的副芯部25 ;其他副芯部25均被省略。如圖4和圖5所示，根據(jù)本實施方式的渦電流測量探頭傳感器100具有勵磁部20和檢測部30。如上所述，勵磁部20向工件W、即待測量部件施加預(yù)定AC勵磁信號(S卩，AC勵磁信號VI)。檢測部30從施加有AC勵磁信號的工件W檢測作為由借助于渦電流產(chǎn)生的磁場感生的感應(yīng)電壓的檢測信號(即，檢測信號V2)。勵磁部20包括主勵磁部和副勵磁部。主勵磁部包括圓柱形主芯部21和主線圈22，主芯部21由諸如鐵素體或?qū)Т藕辖鸬木哂懈邔?dǎo)磁率的磁性材料形成，主線圈22是沿周向方向圍繞主線圈21纏繞的螺線管線圈。此外，主線圈22的兩端(即，兩個端子)均連接至AC電源,未不出。S卩，主線圈22是用于向工件W施加預(yù)定AC勵磁信號的勵磁線圈,而主芯部21強化由主線圈22生成的磁場。同時，副勵磁部包括圍繞形成主勵磁部的主芯部21和主線圈22布置的圓柱形副芯部25，其中副芯部25中的每一個的軸向方向均與主芯部21的軸向方向相同。副芯部25由諸如鐵素體或?qū)Т藕辖鸬木哂懈邔?dǎo)磁率的磁性材料制成。在本實施方式中，如5A圖所示，十個所述副芯部25圍繞主勵磁部布置，但副芯部25的數(shù)量并不局限于十個。副芯部25中的每一個、主芯部21、主線圈22分別布置在單獨的桿(未示出)的末端處，單獨的桿在勵磁部20內(nèi)部沿渦電流測量傳感器100的末端方向(S卩，沿朝向工件W側(cè)的方向)延伸。桿中的每一個均能夠在渦電流測量傳感器100內(nèi)部沿軸向方向滑動。S卩，副芯部25中的每一個、主芯部21、主線圈22分別能夠在勵磁部20中沿軸向方向相對于彼此獨立地改變位置(見圖6至圖10)。 如圖5B所示，檢測部30包括多個檢測線圈31，該多個檢測線圈31是在勵磁部20的整個末端表面(在工件W側(cè)的表面)上布置的餅形線圈。此外，檢測線圈31中的每一個均在兩端處(即，在兩個端子處)連接至測量裝置(未示出)。即，每個檢測線圈31均生成作為感應(yīng)電壓的檢測信號，該感應(yīng)電壓由借助于來自于施加有AC勵磁信號的工件W的渦電流生成的磁場感生(下面此信號也將被簡稱為“檢測信號”)。順便提及，在本實施方式中，餅形線圈用作檢測線圈31，但也可以使用平面線圈。當(dāng)使用如上所述地構(gòu)成的渦電流測量傳感器100執(zhí)行渦電流測量時，電壓由AC電源施加至主線圈22。瞬時電流如圖4和圖5A中的箭頭a所示地流經(jīng)主線圈22，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下(即，沿朝向工件W側(cè)的方向)磁場(見圖6中的箭頭all)。此處，在圖5A中，主芯部21的由附圖標(biāo)記Dl指代的部分是指示根據(jù)主線圈22沿豎直方向的磁場方向的標(biāo)記部。附圖標(biāo)記Dl是標(biāo)記,該標(biāo)記指不沿豎直方向的磁場相對于繪制有圖5的紙張的表面朝向繪制有圖5A的紙張的背面指向。如上所述生成的磁場引起電磁感應(yīng)，該電磁感應(yīng)本身進(jìn)而在工件W即磁性體中生成渦電流。另外，在工件W的表面處生成渦電流的情況下，磁通穿過檢測線圈31，由此在檢測線圈31中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。隨后，由檢測線圈31測量此感應(yīng)電壓?，F(xiàn)在將描述應(yīng)用于當(dāng)使用根據(jù)第一實施方式的渦電流測量傳感器100執(zhí)行渦電流測量時在正常操作期間執(zhí)行渦電流測量的第一示例。在此示例中，如圖6中示出的，在主芯部21和主線圈22移動至渦電流測量傳感器100末端側(cè)并且副芯部25移動至渦電流測量傳感器100的與末端相反的一側(cè)(即，朝向基體端側(cè)，即，離開工件W)而使得副芯部25與主芯部21和主線圈22分開時，執(zhí)行渦電流測量。在此示例中，在電流如圖6中的箭頭a所示地流經(jīng)主線圈22的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下磁場(圖6中的箭頭all)，并且進(jìn)一步地，在主線圈22外生成向上磁場。更具體地，生成圍繞主線圈22循環(huán)即交替地在主線圈22內(nèi)外流動的旋轉(zhuǎn)磁場(圖6中的箭頭bll)。 以此方式由于作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場以及在主線圈22處生成的沿豎直方向的磁場產(chǎn)生的渦電流由檢測線圈31檢測。以此方式，在此示例中，如上所述地執(zhí)行渦電流測量使得能夠在測量不受副芯部25影響的情況下，測量渦電流。接下來，將描述應(yīng)用于當(dāng)使用根據(jù)第一實施方式的渦電流測量傳感器100執(zhí)行渦電流測量時在磁場在四周擴(kuò)寬時執(zhí)行的渦電流測量的第二示例。在此示例中，如圖7中示出的，渦電流測量如上所述在主芯部21、主線圈22和副芯部25移動至渦電流測量傳感器100的末端側(cè)(即，沿朝向工件W側(cè)的方向)時執(zhí)行。在此示例中，在電流如由圖7中的箭頭a所示地流經(jīng)主線圈22的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下磁場(圖7中的箭頭al2)，并且進(jìn)一步生成圍繞主線圈22循環(huán)即交替地在主線圈22內(nèi)外流動的旋轉(zhuǎn)磁場(圖7中的箭頭bl2)。此時，主線圈22外的向上磁場受具有高導(dǎo)磁率的副芯部25吸引，由此向外擴(kuò)展。因此，如圖7中示出的，能夠使由主線圈22作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場的范圍比在第一示例中更寬。以此方式，能夠擴(kuò)展主線圈22處生成的旋轉(zhuǎn)磁場的范圍，所以能夠擴(kuò)展由作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場生成的渦電流。此外，更寬面積的渦電流能夠由檢測線圈31檢測。以此方式，在此示例中，如上所述地執(zhí)行渦電流測量使得能夠在磁場由副芯部25在工件W 處在四周擴(kuò)寬時測量渦電流。接下來，將描述應(yīng)用于當(dāng)使用根據(jù)第一實施方式的渦電流測量傳感器100執(zhí)行渦電流測量時在磁場在外側(cè)強化時執(zhí)行的渦電流測量的第三示例。在此示例中，如圖8所示，在主線圈22和副芯部25移動至渦電流測量傳感器100末端側(cè)、并且主芯部21相對于主線圈22稍微移動向渦電流測量傳感器100的基體端側(cè)時，如上所述地執(zhí)行渦電流測量。在此示例中，在電流如由圖8中的箭頭a所示地流經(jīng)主線圈22的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下磁場(圖8中的箭頭al3)，并且進(jìn)一步生成圍繞主線圈22循環(huán)，S卩，交替地在主線圈22內(nèi)外流動的旋轉(zhuǎn)磁場(圖8中的箭頭bl3)。此時，在主線圈22外的向上磁場由副芯部25吸引，與此同時，該磁場還被吸引至已經(jīng)移動至上側(cè)的主芯部21。因此，如圖8所示，以類似于從上側(cè)至下側(cè)具有逐漸增大的直徑的管的形狀的形狀生成旋轉(zhuǎn)磁場，并且形成直徑增大部的旋轉(zhuǎn)磁場作用在工件W上。以此方式以類似于在工件W的部分處具有更大直徑的管的形狀的形狀形成在主線圈22處生成的旋轉(zhuǎn)磁場強化了在外側(cè)在工件W處的磁場，并且由此使得由作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場生成的渦電流能夠在外側(cè)處更強。隨后，在外側(cè)的渦電流能夠選擇性地由檢測線圈31檢測。以此方式，在此示例中，如上所述地執(zhí)行渦電流測量使得能夠在磁場在工件W處在外側(cè)由主芯部21和副芯部25強化時測量渦電流。接下來，將描述應(yīng)用于當(dāng)使用根據(jù)第一實施方式的渦電流測量傳感器100執(zhí)行渦電流測量時在磁場在內(nèi)中心部處強化時執(zhí)行渦電流測量的第四示例。在此示例中，如圖9所示，在主芯部21移動至渦電流測量傳感器100的末端側(cè)、副芯部25移動至渦電流測量傳感器100的基體端側(cè)、并且主線圈22相對于主芯部21和副芯部25移動至中間位置時，如上所述地執(zhí)行渦電流測量。在此示例中，在電流如由圖9中的箭頭a所示地流經(jīng)主線圈22的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下磁場(圖9中的箭頭al4)，并且進(jìn)一步生成圍繞主線圈22循環(huán)，S卩，交替地在主線圈22內(nèi)外流動的旋轉(zhuǎn)磁場(圖9的箭頭bl4)。此時，在主線圈22外的向上磁場由副芯部25吸引，與此同時，主線圈22內(nèi)的向下磁場被吸引至主芯部21。因此，如圖9所示，以與具有從上側(cè)至下側(cè)逐漸減小的直徑的管的形狀類似的形狀生成旋轉(zhuǎn)磁場，并且形成直徑減小部的旋轉(zhuǎn)磁場作用在工件W上。以此方式以與在工件W的部分處具有更小直徑的管的形狀類似的形狀形成在主線圈22處生成的旋轉(zhuǎn)磁場強化了在工件W處在內(nèi)中心部處的磁場，并且由此使得由作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場生成的渦電流能夠在內(nèi)中心部處更強。隨后，在內(nèi)中心部處的渦電流能夠選擇性地由檢測線圈31檢測。以此方式，在此示例中，如上所述地執(zhí)行渦電流測量使得能夠在磁場由主芯部21和副芯部25在工件W的內(nèi)中心部處強化時測量渦電流。接下來，將描述應(yīng)用于當(dāng)使用根據(jù)第一實施方式的渦電流測量傳感器100執(zhí)行渦電流測量時在磁場在一側(cè)強化時執(zhí)行渦電流測量的第五示例。在此示例中，如圖10所示，在主芯部21和主線圈22移動至渦電流測量傳感器100的末端側(cè)、副芯部25中的一個(gp，圖10中左側(cè)的副芯部25)移動至渦電流測量傳感器100的末端側(cè)、并且另一副芯部25(SP，圖10中右側(cè)的副芯部25)移動至渦電流測量傳感器100的基體端側(cè)而使得所述另一副芯部25與主芯部21和主線圈22分開時，如上所述地執(zhí)行渦電流測量。在此示例中，在電流如由10圖中的箭頭a所示地流經(jīng)主線圈22的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下磁場(圖10中的箭頭al5)，并且進(jìn)一步生成圍繞主線圈22循環(huán)，S卩，交替地在主線圈22內(nèi)外流動的旋轉(zhuǎn)磁場(圖10中的箭頭bl5和cl5)。
此時，在主線圈22外的位于右側(cè)的向上磁場不受位于右上側(cè)的副芯部25的影響，所以生成正常磁場。另一方面，在主線圈22外的位于左側(cè)的向上磁場受副芯部25的影響，所以如圖10所示，在主線圈22外的位于左側(cè)的旋轉(zhuǎn)磁場生成從上側(cè)朝向下側(cè)向左側(cè)逐步偏移的形狀，并且向左偏移的部分的旋轉(zhuǎn)磁場作用在工件W上。使在主線圈22處生成的旋轉(zhuǎn)磁場的形狀在工件W的部分處向左偏移強化了工件W的一側(cè)處的磁場，并且由此使得能夠通過作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場生成渦電流在一側(cè)更強。隨后，一側(cè)的渦電流能夠選擇性地由檢測線圈31檢測。以此方式，在此示例中，如上所述地執(zhí)行渦電流測量使得能夠在磁場在工件W的一側(cè)由副芯部25強化時測量渦電流。根據(jù)上述實施方式的渦電流測量傳感器100的勵磁部20包括主芯部21、主線圈22和圓柱形副芯部25，主芯部21和主線圈22 —起用作主勵磁部，副芯部25圍繞主勵磁部布置，使得副芯部25的軸向方向與主芯部21的軸向方向相同。此外，副芯部25中的每一個、主芯部21、主線圈22分別能夠在勵磁部20中沿軸向方向相對于彼此獨立地改變位置。在本實施方式中，通過使主芯部21、主線圈22和副芯部25之間的位置關(guān)系如上所述地相互改變，必要時能夠改變圍繞主線圈22循環(huán)，即，交替地在主線圈22內(nèi)外流動的旋轉(zhuǎn)磁場。即，能夠使工件W處的磁場擴(kuò)寬或者向一側(cè)偏移，所以能夠適當(dāng)?shù)乜刂拼艌龅恼共己头较虻?。此外，根?jù)本實施方式的渦電流測量傳感器100的檢測部30包括多個檢測線圈31，該多個檢測線圈31是在勵磁部20的整個末端表面上布置的餅形線圈。在本實施方式中，上述結(jié)構(gòu)使得能夠以相同的靈敏度一致地檢測和估計在渦電流測量傳感器100的末端表面處的沿豎直方向的磁場和沿水平方向的磁場。此外，使檢測部30的寬度更小使得勵磁部20與工件W之間的距離能夠更小，所以能夠提高渦電流測量的精度。接下來，將參照圖11至圖15描述根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的渦電流測量傳感器200。順便提及，在下述實施方式中的渦電流測量傳感器的描述中的與上述實施方式的部分相同的部分將由相同的附圖標(biāo)記指代并且將省略對這些部分的描述。此外，為了簡化描述，圖11、圖13和圖14中，僅示出了位于左端和右端的副芯部25和副線圈26 ;省略所有其他副芯部25和副線圈26。如圖11和圖12所示，與上述第一實施方式類似，根據(jù)本實施方式的渦電流測量探頭傳感器200具有勵磁部220和檢測部230。勵磁部220向工件W即待測量部件施加預(yù)定AC勵磁信號，而檢測部230借助于來自于施加有AC勵磁信號的工件W的渦電流檢測檢測信號。勵磁部220包括主勵磁部和副勵磁部。主勵磁部包括圓柱形主芯部21和主線圈22，主芯部21由諸如鐵素體或?qū)Т藕辖鸬拇判圆牧现瞥?，主線圈22是沿周向方向圍繞主線圈21纏繞的螺線管線圈。同時，副勵磁部包括圓柱形副芯部25和副線圈26。副芯部25由諸如鐵素體或?qū)Т藕辖鸬拇判圆牧现瞥刹⑶覈@形成主勵磁部的主芯部21和主線圈22布置，使得副芯部25中的每一個的軸向方向與主芯部21的軸向方向相同。副線圈26是沿周向方向圍繞副芯部25纏繞的螺線管線圈。
此外，主線圈22和副線圈26的兩端(S卩，兩個端子)均連接至AC電源，未示出。即，主線圈22和副線圈26是用于向工件W施加預(yù)定AC勵磁信號的勵磁線圈，并且主芯部21和副芯部25分別強化由主線圈22和副線圈26生成的磁場。此外，AC電源向副線圈26中的每一個獨立地施加電壓。即，AC電源構(gòu)造為根據(jù)施加至工件W磁場的狀態(tài)，接通或關(guān)斷至每個副線圈26的電流。與上述實施方式類似，主芯部21、主線圈22和副芯部25每一個均能夠在勵磁部220中沿軸向方向相對于彼此獨立地改變位置。順便提及，副線圈26不能夠相對于副芯部25改變位置。檢測部230包括多個檢測線圈31，該多個檢測線圈31是布置在勵磁部220的整個末端表面上的餅形線圈，如圖12B所示。此外，檢測線圈31中的每一個均在兩端處(即，在兩個端子處)連接至測量裝置，未示出。當(dāng)使用如上所述地構(gòu)成的渦電流測量傳感器200執(zhí)行渦電流測量時，電壓由AC電源施加至主線圈22和副線圈26。此時，電壓施加為使得由主勵磁部的主線圈22生成的磁通的方向(即，穿過主芯部21的磁通的方向)與由副勵磁部的副線圈26生成的磁通的方向(即，穿過副芯部25的磁通的方向)相反。更具體地，如圖11和圖12A所示，當(dāng)從上方觀察時，瞬時電流如由箭頭a所示地順時針流經(jīng)主線圈22，當(dāng)從上方觀察時，電流如由箭頭3所示地逆時針流經(jīng)副線圈26。電流如由圖11和圖12A中的箭頭a所示地流經(jīng)主線圈22的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下(S卩，沿朝向工件W側(cè)的方向)的磁場(見圖13中的箭頭a21)。此外，瞬時電流如由圖11和圖12A中的箭頭P所示地流經(jīng)副線圈26，根據(jù)右手螺旋定則，在副線圈26內(nèi)生成向上磁場(見圖13中的箭頭X)。此處，在圖12A中，主芯部21的由附圖標(biāo)記Dl指代的部分是指示磁場方向根據(jù)主線圈22沿豎直方向的標(biāo)記部。附圖標(biāo)記Dl是如下標(biāo)記其指示沿豎直方向的磁場相對于繪制有圖12A的紙張表面朝向其上繪制有圖12A的紙張的紙張背面指向。此外，副芯部25的由附圖標(biāo)記D2指示的部分是指示磁場方向沿豎直方向的標(biāo)記部。附圖標(biāo)記D2是如下標(biāo)記其指示沿豎直方向的磁場朝向繪制有圖12A 的紙張的正面指向。如上所述生成的磁場引起電磁感應(yīng)，電磁感應(yīng)進(jìn)而生成工件W即磁性體中的渦電流。另外，在工件W的表面處生成渦電流的情況下，磁通穿過檢測線圈31，由此在檢測線圈31中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。隨后，由檢測線圈31測量此感應(yīng)電壓。
將描述應(yīng)用于當(dāng)使用根據(jù)第二實施方式的渦電流測量傳感器200執(zhí)行渦電流測量時在磁場在四周擴(kuò)寬時執(zhí)行渦電流測量的第一示例。在此示例中，如圖13所示，在主芯部21、主線圈22、副芯部25和副線圈26移動至渦電流測量傳感器200的末端側(cè)時，執(zhí)行渦電流測量。在此示例中，在電流如由圖13中的箭頭a和箭頭0所示地流經(jīng)主線圈22和副線圈26的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下磁場(圖13中的箭頭a21)，并且進(jìn)一步地，在主線圈22外生成向上磁場。更具體地，生成圍繞主線圈22循環(huán)，S卩，交替地在主線圈22內(nèi)外流動的旋轉(zhuǎn)磁場(圖13中的箭頭b21)。此外，在副線圈26的每一個中均生成向上磁場(圖13中的箭頭X)。此時，主線圈22外的向上磁場重復(fù)由副線圈26生成的向上磁場的方向，所以能夠使作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場更強。即，能夠向工件W施加比上述第一實施方式中的磁場強的磁場，所以能夠增大由作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場生成的渦電流。隨后，能夠由檢測線圈31檢測更強的渦電流。此外，類似于上述第一實施方式的第二示例，主線圈22外的向上磁場受副線圈26吸引并由此向外擴(kuò)展。因此，能夠擴(kuò)展由主線圈22生成并且作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場區(qū)域。以此方式擴(kuò)展在主線圈22處生成的旋轉(zhuǎn)磁場的區(qū)域使得能夠擴(kuò)展由作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場生成的渦電流。這樣，能夠由檢測線圈31檢測廣闊區(qū)域上的渦電流。以此方式，在此示例中，如上所述地執(zhí)行渦電流測量使得能夠在磁場由副芯部25在工件W處在四周擴(kuò)寬時測量渦電流。接下來，將描述應(yīng)用于當(dāng)使用根據(jù)第二實施方式的渦電流測量傳感器200執(zhí)行渦電流測量時在磁場在一側(cè)強化時執(zhí)行渦電流測量的第二示例。在此示例中，如圖14所示，在主芯部21和主線圈22移動至渦電流測量傳感器200的末端側(cè)、副芯部25中的一個和副線圈26中的一個(即，位于圖14中的左側(cè)的副芯部25和副線圈26)移動至渦電流測量傳感器200的末端側(cè)、并且其他副芯部25和其他副線圈26 (S卩，位于圖14中的右側(cè)的副芯部
25和副線圈26)移動至渦電流測量傳感器200基體端側(cè)而使得所述其他副芯部25和其他副線圈26與主芯部21和主線圈22分開時，執(zhí)行渦電流測量。此時，電壓未施加于已經(jīng)移動至基體端側(cè)的副線圈26。在此示例中，在電流如由圖14中的箭頭a和箭頭0所示地流經(jīng)主線圈22和副線圈26的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下磁場(圖14中的箭頭a22)，并且進(jìn)一步地，在主線圈22外生成向上磁場。更具體地，生成圍繞主線圈22循環(huán)，S卩，交替地在主線圈22內(nèi)外流動的旋轉(zhuǎn)磁場(圖14中的箭頭b22和箭頭c22)。此外，在位于左側(cè)的副線圈26內(nèi)生成向上磁場(圖14中的箭頭X)。此時，在主線圈22外位于右側(cè)的向上磁場不受位于右上側(cè)的副芯部25的影響，所以生成正常磁場。另一方面，在主線圈22外位于左側(cè)的向上磁場重復(fù)由副線圈26生成的向上磁場的方向，所以在主線圈22外位于左側(cè)的向上磁場被強化并且同時受到副線圈26吸引。因此，如圖14所示，在主線圈22外位于左側(cè)的旋轉(zhuǎn)磁場以從上側(cè)朝向下側(cè)向左側(cè)逐步偏移的形狀的生成，向左偏移的部分的旋轉(zhuǎn)磁場強力地作用在工件W上。使在主線圈22處生成的強旋轉(zhuǎn)磁場的形狀在工件W的部分處向左偏移進(jìn)一步強化了在工件W在一側(cè)的磁 場，并且由此使得由作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場生成的渦電流在一側(cè)更強。隨后，能夠選擇性地由檢測線圈31檢測在一側(cè)的渦電流。以此方式，在此示例中，如上所述地執(zhí)行渦電流測量使得能夠在位于工件W的一側(cè)的磁場由副芯部25和副線圈26進(jìn)一步強化時測量渦電流磁場。接下來，將描述應(yīng)用于當(dāng)使用根據(jù)第二實施方式的渦電流測量傳感器200執(zhí)行渦電流測量時在工件W處的磁場沿前后方向窄并且沿左右方向?qū)挄r執(zhí)行渦電流測量的第三示例。在此示例中，如圖15所示，在主芯部21和主線圈22移動至渦電流測量傳感器200的末端側(cè)、位于左右兩端的副芯部25和副線圈26移動至渦電流測量傳感器200的末端側(cè)、并且位于前方和后方的副芯部25和副線圈26移動至渦電流測量傳感器200的基體端側(cè)而使得位于前方和后方的副芯部25和副線圈26與主芯部21和主線圈22分開時，執(zhí)行渦電流測量。此時，電壓不施加于已經(jīng)移動至基體端側(cè)的副線圈26。在此示例中，電流如由圖15中的箭頭a和箭頭0所示地流經(jīng)主線圈22和副線圈26的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下磁場(圖15中的箭頭a23)，并且進(jìn)一步地，在主線圈22外生成向上磁場。更具體地，生成圍繞主線圈22循環(huán)，S卩，交替地在主線圈22內(nèi)外流動的旋轉(zhuǎn)磁場(圖15中的箭頭b23)。此外，在位于左側(cè)和右側(cè)的副線圈26內(nèi)生成向上磁場(圖15中的箭頭X)。此時，在主線圈22的后方和前方的向上磁場不受位于上側(cè)的副芯部25和副線圈26的影響，所以生成正常磁場。另一方面，在主線圈22外位于左側(cè)和右側(cè)的向上磁場重復(fù)由副線圈26生成的向上磁場的方向，所以在主線圈22外位于左側(cè)和右側(cè)的向上磁場被強化并且同時受副線圈26吸引。因此，如圖15B所示，在主線圈22外位于左側(cè)和右側(cè)的旋轉(zhuǎn)磁場以沿前后方向窄并且沿左右方向?qū)挼男螤钌?，并且沿左右方向長的旋轉(zhuǎn)磁場強力地作用在工件W上。使在主線圈22處生成的強旋轉(zhuǎn)磁場的形狀以此方式在工件W的部分處沿左右方向?qū)掃M(jìn)一步沿左右方向強化在工件W處的磁場，并且由此使得由作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場生成的渦電流能夠沿左右方向更強。隨后，沿左右方向的渦電流能夠選擇性地由檢測線圈31檢測。以此方式，在此示例中，如上所述地執(zhí)行渦電流測量使得能夠在由副芯部25和副線圈26使磁場在工件W處沿前后方向窄并且沿左右方向更寬時測量渦電流。 如上所述，根據(jù)本實施方式的渦電流測量傳感器200的勵磁部220包括主芯部21、主線圈22、圓柱形副芯部25以及副線圈26，主芯部21、主線圈22 —起用作主勵磁部，副芯部25圍繞主勵磁部布置，使得副芯部25中的每一個的軸向方向與主芯部21的軸向方向相同，副線圈26是圍繞副芯部25沿周向方向纏繞的螺線管線圈。在本實施方式中，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在主線圈22外的向上磁場重復(fù)由副線圈26生成的向上磁場的方向，由此使作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場更強。S卩，向工件W施加比上述第一實施方式中的磁場強的磁場，所以更大的渦電流由檢測線圈31檢測。此外，改變了主芯部21、主線圈22和副芯部25 (S卩，副線圈26)相對位置。結(jié)果，工件W處的磁場能夠被擴(kuò)寬或者向一側(cè)偏移，所以能夠適當(dāng)?shù)乜刂拼艌龅恼共己头较虻?。順便提及，也在本實施方式中，與在上述第一實施方式中相同，磁場也能夠朝向主芯部21的外側(cè)強化或者朝向內(nèi)中心部強化。接下來，將參照圖16至圖19描述根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的渦電流測量傳感器。順便提及，為了簡化描述，在圖16和圖18至圖19A中，僅示出了位于左右端處的副芯部25和副線圈26 ;省略了所有其他副芯部25和副線圈26。
如圖16所示，與上述第二實施方式類似，根據(jù)本實施方式的渦電流測量探頭傳感器300具有多個檢測線圈31，該多個檢測線圈31的檢測部圍繞主勵磁部的軸向部放射狀地布置。恰與上述實施方式相同，本實施方式中的檢測線圈31由餅形線圈形成，但是其也可以例如由在主線圈22和副線圈26內(nèi)側(cè)卷繞的螺線管線圈形成。此外，檢測線圈31每一個均構(gòu)造為能夠獨立地以及選擇性地使關(guān)于在工件W中生成的渦電流的檢測的檢測信號待被采用或忽略。更具體地，檢測線圈31控制為使得僅來自于檢測線圈31中的產(chǎn)生待被采用的檢測信號的被采用的檢測線圈31a的檢測信號由測量裝置11接收，并且來自于產(chǎn)生待被忽略的檢測信號的被忽略的檢測線圈31b的檢測信號不由測量裝置11接收?，F(xiàn)在將描述應(yīng)用于當(dāng)使用根據(jù)第三實施方式的渦電流測量傳感器300測量鋼中形成的硬化層的硬化深度和硬度時在正常操作期間執(zhí)行渦電流測量第一示例。在此示例 中，如圖16所示，在主芯部21和主線圈22移動至渦電流測量傳感器300的末端側(cè)、并且副芯部25和副線圈26移動至渦電流測量傳感器300的基體端側(cè)而使得副芯部25和副線圈26與主芯部21和主線圈22分開時，執(zhí)行諸如上文所描述的渦電流測量。在此示例中，在電流如由圖16中的箭頭a所示地流經(jīng)主線圈22的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下磁場(圖16中的箭頭a31)，并且進(jìn)一步地，在主線圈22外生成向上磁場。更具體地，生成圍繞主線圈22循環(huán)，即，交替地在主線圈22內(nèi)外流動的旋轉(zhuǎn)磁場(圖16中的箭頭b31)。如圖16所示，以此方式在主線圈22處生成的沿豎直方向的磁場和旋轉(zhuǎn)磁場作用在形成在工件W中的硬化層WQ的、與主線圈22相對的部分上并且在該處生成渦電流。在此示例中，與生成渦電流處的部分相對地布置的檢測線圈是被采用的檢測線圈31a，并且布置在其他外周緣部分處的檢測線圈是被忽略的檢測線圈31b。硬化層WQ的硬化深度和硬度由被采用的檢測線圈31a僅基于已經(jīng)檢測到在硬化層WQ中生成的渦電流的信號測量。以此方式，在此示例中，通過如上所述地執(zhí)行渦電流測量，能夠通過選擇性地使檢測線圈的檢測信號待被采用或忽略來自由地選擇檢測區(qū)域，以適應(yīng)于磁場的展布和方向。接下來，將描述應(yīng)用于當(dāng)使用根據(jù)第三實施方式的渦電流測量傳感器300測量鋼中形成的硬化層的硬化深度和硬度時在磁場在一側(cè)強化時執(zhí)行渦電流測量的第二示例。在此示例中，如圖17所示，在主線圈22、副芯部25和副線圈26移動至渦電流測量傳感器300的末端側(cè)、并且主芯部21相對于主線圈22稍微移動向渦電流測量傳感器300的基體端側(cè)時，執(zhí)行諸如上文所描述的渦電流測量。在此示例中，曲軸C的軸頸部用作渦流波測量的對象，并且硬化層CQ形成在軸頸部的中心部Ce和位于兩端處的R部分Cr上。順便提及，此示例也可以應(yīng)用于曲軸C的銷部或者凸輪軸等。在此示例中，在電流如由圖17中的箭頭a所示地流經(jīng)主線圈22的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下磁場(圖17中的箭頭a32)，并且進(jìn)一步生成圍繞主線圈22循環(huán)，S卩，交替地在主線圈22內(nèi)外流動的旋轉(zhuǎn)磁場(圖17中的箭頭b32)。此外，在副線圈26中生成向上磁場(圖17中的箭頭X)。此時，主線圈22外的向上磁場受副線圈26吸引，同時，也被吸引至已經(jīng)移動至上側(cè)的主芯部21。因此，以類似于具有從上側(cè)至下側(cè)逐漸增大的直徑的管的形狀的性質(zhì)生成旋轉(zhuǎn)磁場，如圖17所示，并且形成直徑增大部的旋轉(zhuǎn)磁場作用在曲軸C上。形成在主線圈22處以類似于在曲軸C的部分處具有更大的直徑的管的形狀的性質(zhì)生成的旋轉(zhuǎn)磁場以此方式強化了在曲軸C在外側(cè)的磁場，并且由此使得由作用在曲軸C上的旋轉(zhuǎn)磁場生成的渦電流在外側(cè)更強。以此方式，在此示例中，如上所述地執(zhí)行渦電流測量使得能夠在磁場如圖17的導(dǎo)磁圖像中所示地在曲軸C的外側(cè)由主芯部21和副芯部25強化時測量渦電流。如圖17所示，以此方式在主線圈22處生成的沿豎直方向的磁場和旋轉(zhuǎn)磁場強力地作用在曲軸C中形成的硬化層CQ的、與副線圈26相對的部分上并且在該處生成渦電流。此時，電磁感應(yīng)現(xiàn)象導(dǎo)致在曲軸C中生成的渦電流呈現(xiàn)在正在被測量的對象表面附近顯著擴(kuò)寬的特性。此外，如圖I所示，未硬化部分的導(dǎo)磁率大于硬化層CQ的導(dǎo)磁率，所以磁場傾向于被吸引至未硬化部分。因此，渦電流傾向于在硬化層CQ 和未硬化部之間的邊界部所處的R部Cr處擴(kuò)展。S卩，如圖17所示，渦電流能夠在位于軸頸部的兩端處的R部Cr的部分處擴(kuò)展。在此示例中，與生成渦電流的部分處相對地布置的檢測線圈是被采用的檢測線圈31a，而布置在內(nèi)周部的檢測線圈是被忽略的檢測線圈31b。硬化層CQ的R部Cr的硬化深度和硬度由被采用的檢測線圈31a僅基于已經(jīng)檢測到在R部Cr中生成渦電流的信號測量。以此方式，在本實施方式中，通過執(zhí)行如上所述的渦電流測量，能夠依據(jù)磁場的展布和方向、通過選擇性地使檢測線圈的檢測信號被采用或忽略而自由地選擇檢測區(qū)域。更具體地，有可能僅在硬化層CQ的兩端的R部Cr處測量曲軸C的軸頸部或銷部的硬化深度和硬度。此外，能夠通過在根據(jù)硬化型式控制磁場的展布和方向時測量渦電流而提高測量精度。另外，能夠通過使用渦電流測量探頭傳感器300甚至對外徑顯著變化的部件、例如對曲軸C或凸輪軸精確地執(zhí)行渦電流測量。接下來，將描述應(yīng)用于當(dāng)使用根據(jù)第三實施方式的渦電流測量傳感器300測量鋼中形成的硬化層的硬化深度和硬度時在磁場在內(nèi)中心部處強化時執(zhí)行渦電流測量的第三示例。在此示例中，如圖18所示,在主芯部21移動至潤電流測量傳感器300的末端側(cè)、畐Ij芯部25和副線圈26移動至渦電流測量傳感器300的基體端側(cè)、并且主線圈22相對于主芯部21和副芯部25移動至中間位置時，執(zhí)行諸如上文所描述的渦電流測量。也在此示例中，曲軸C的軸頸部用作渦電流測量的對象，并且硬化層CQ在軸頸部的中心部Ce和位于兩端處的R部上形成。在此示例中，在電流如由圖18中的箭頭a所示地流經(jīng)主線圈22瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下磁場(圖18中的箭頭a33)，并且進(jìn)一步生成圍繞主線圈22循環(huán)，S卩，交替地在主線圈22內(nèi)外流動的旋轉(zhuǎn)磁場(圖18中的箭頭b33)。此外，在副線圈26內(nèi)生成向上磁場(圖18中的箭頭X)。此時，在主線圈22外的向上磁場被吸引至副芯部25，與此同時，主線圈22內(nèi)的向下磁場被吸引至主芯部21。因此，如圖18所示，以類似于具有從上側(cè)至下側(cè)逐漸減小的直徑的管的形狀的性質(zhì)生成旋轉(zhuǎn)磁場，并且形成直徑減小部的旋轉(zhuǎn)磁場作用在曲軸C上。以此方式以類似于在曲軸C的部分處具有更小的直徑的管的形狀的性質(zhì)形成在主線圈22處生成的旋轉(zhuǎn)磁場強化了在曲軸C處位于內(nèi)中心部處的磁場，并且由此使得由作用在曲軸C上的旋轉(zhuǎn)磁場生成的渦電流能夠在內(nèi)中心部處更強。以此方式，在此示例中，如上所述地執(zhí)行渦電流測量使得能夠在磁場如圖18的導(dǎo)磁圖像所示在曲軸C的內(nèi)中心部處由主芯部21和副芯部25強化時測量渦電流。如圖18所示，以此方式在主線圈22處生成的沿豎直方向的磁場和旋轉(zhuǎn)磁場強力地作用在曲軸C中形成的硬化層CQ的、與渦電流測量傳感器300的內(nèi)中心部相對的部分并且在該處生成渦電流。即，如圖18所示，渦電流作用在軸頸部的中心部Ce的一部分上。在此示例中，布置為與生成渦電流的部分相對的檢測線圈是被采用的檢測線圈31a而布置在其他部分處的檢測線圈是被忽略的檢測線圈31b。硬化層CQ的中心部Ce的硬化深度和硬度由被采用的檢測線圈31a僅基于已經(jīng)檢測到在中心部Ce中生成渦電流的信號測量。以此方式，在本實施方式中，通過如上所述地執(zhí)行渦電流測量，能夠通過選擇性地使檢測線圈的檢測信號被采用或忽略而自由地選擇檢測區(qū)域以適應(yīng)于磁場的展布和方向。更具體地，有可能僅在硬化層CQ的中心部Ce處測量曲軸C的軸頸部或銷部的硬化深度和硬度。此外，能夠通過在根據(jù)硬化型式控制磁場的展布和方向時測量渦電流來提高測量精度。接下來，將描述應(yīng)用于當(dāng)使用根據(jù)第三實施方式的渦電流測量傳感器300執(zhí)行渦電流時在磁場在一側(cè)強化時執(zhí)行渦電流測量的第四示例。在此示例中，如圖19A所示，在主芯部21和主線圈22移動至渦電流測量傳感器300的末端側(cè)、一側(cè)的副芯部25和副線圈26(即，位于圖19A和圖19B中的左側(cè)的副芯部25和副線圈26)移動至渦電流測量傳感器300的末端側(cè)、并且其他副芯部25和其他副線圈26移動至渦電流測量傳感器300的基體端側(cè)而使得所述其他副芯部25和其他副線圈26與主芯部21和主線圈22分開時，執(zhí)行諸如上文所描述的渦電流測量。此時，電壓不施加于已經(jīng)移動至基體端側(cè)的副線圈26。在此示例中，在電流如由圖19A中的箭頭a和箭頭0所示地流經(jīng)主線圈22和副線圈26的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下磁場(圖19A中的箭頭a34)，并且進(jìn)一步地，在主線圈22外生成向上磁場。更具體地，生成圍繞主線圈22循環(huán)，S卩，交替地在主線圈22內(nèi)外流動的旋轉(zhuǎn)磁場(圖19A中的箭頭b34和箭頭c34)。此外，在位于左側(cè)的副線圈26內(nèi)生成向上磁場(圖19A中的箭頭X)。此時，在主線圈22外位于右側(cè)的向上磁場不受位于右上側(cè)的副芯部25的影響，所以生成正常磁場。另一方面，在主線圈22外位于左側(cè)的向上磁場重復(fù)由副線圈26生成的向上磁場的方向，所以在主線圈22外位于左側(cè)的向上磁場被強化同時受副線圈26吸引。因此，如圖19A所示，在主線圈22外位于左側(cè)的旋轉(zhuǎn)磁場以從上側(cè)朝向下側(cè)向左側(cè)逐步偏移的形狀生成，并且如圖19B所示，向左偏移的部分的旋轉(zhuǎn)磁場強力地作用在工件W上。使在主線圈22處生成的強旋轉(zhuǎn)磁場的形狀在工件W的部分處向左偏移進(jìn)一步強化了在工件W 一側(cè)的磁場，并且由此使得作用在工件W上的旋轉(zhuǎn)磁場生成的渦電流能夠在一側(cè)更強。如圖19A和圖19B所示，以此方式在主線圈22處生成的沿豎直方向的磁場和旋轉(zhuǎn)磁場作用在工件W的與渦電流測量傳感器300的左側(cè)相對的部分上并且在該處生成渦電流。在此示例中，布置為與生成渦電流的部分相對的檢測線圈是被采用的檢測線圈31a，而布置在其他部分處的檢測線圈是被忽略的檢測線圈31b。工件W的一部分的硬化深度和硬度由被采用的檢測線圈31a僅基于已經(jīng)檢測到在工件W中生成的渦電流的信號測量。以此方式，在本實施方式中，通過如上所述地執(zhí)行渦電流測量，能夠依據(jù)磁場的展布和方向，通過選擇性地使檢測線圈的檢測信號被采用或忽略而自由地選擇檢測區(qū)域。更具體地，如在圖19A中，即使工件W的端部是待測量對象，也能夠恰在具有裂紋(S卩，瑕疵)的 一部分中生成渦電流。通過使該部分的檢測線圈成為被采用的檢測線圈31a，并且在使與在邊緣部分處的渦電流的檢測相關(guān)的檢測信號被忽略的同時僅使這些檢測信號被采用，有可能防止在瑕疵部處的渦電流的檢測信號變得掩藏在關(guān)于邊緣部分的檢測信號中。換言之，能夠由探頭線圈減小渦電流測量中的邊緣效應(yīng)。接下來，將參照圖20A和圖20B描述根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的渦電流測量傳感器400。順便提及，為了簡化描述，在圖20A中，僅示出了位于左端和右端的副芯部25和副線圈26 ;省略了所有其他副芯部25和副線圈26。如圖20A和圖20B所示，根據(jù)本實施方式的渦電流測量探頭傳感器400包括位于檢測部中的多個豎直螺線管線圈35和多個水平螺線管線圈36。更具體地，多個豎直螺線管線圈35布置在勵磁部的末端表面中的、與一起用作主勵磁部的主線圈22和副線圈26相對的位置，使得多個豎直螺線管線圈35中的每一個的軸向方向與芯部21的軸向方向相同。類似地，多個水平螺線管線圈36沿徑向布置在勵磁部的末端表面中的、位于主線圈22與副線圈26之間的位置中，使得其軸線均垂直于主芯部21的軸線指向。 如圖20A所示，根據(jù)本實施方式的豎直螺線管線圈35具有相對于由勵磁部生成的沿豎直(上下)方向的磁場相對較高的檢測靈敏度。即，在本實施方式的渦電流測量傳感器400中，豎直螺線管線圈35相對于沿中心軸線的方向的磁場(即，豎直磁場)具有相對較高的檢測靈敏度。另一方面，水平螺線管線圈36相對于由勵磁部生成的沿水平方向(S卩，沿前后方向以及沿左右方向)的磁場具有相對較高的檢測靈敏度。即，在本實施方式的渦電流測量傳感器400中，水平螺線管線圈36相對于沿垂直于中心軸線的方向的磁場(即，水平磁場)具有相對較高的檢測靈敏度。當(dāng)使用如上所述地構(gòu)成的渦電流測量傳感器400執(zhí)行渦電流測量時，由AC電源向主線圈22和副線圈26施加電壓。在電流如由圖20A中的箭頭a所示地流經(jīng)主線圈22的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在主線圈22內(nèi)生成向下磁場(見圖20A中的箭頭a41)。此外，在電流如由圖20A中的箭頭P所示地流經(jīng)副線圈26的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在副線圈26內(nèi)生成向上磁場(見圖20A中的箭頭X)。如上所述生成的磁場引起電磁感應(yīng)，電磁感應(yīng)進(jìn)而在工件W即磁性體中生成渦電流。另外，在工件W的表面處生成渦電流的情況下，磁通穿過檢測部，該檢測部隨后測量伴隨在工件W的表面處生成渦電流而發(fā)生的感應(yīng)電壓。此時，能夠由豎直螺線管線圈35以良好的靈敏度檢測豎直磁場，并且能夠由水平螺線管線圈36以良好的靈敏度檢測水平磁場。根據(jù)本實施方式的渦電流測量傳感器400，通過設(shè)置具有多個豎直螺線管線圈35和多個水平螺線管線圈36的檢測部，能夠提高通過檢測部進(jìn)行的渦電流檢測靈敏度，并且能夠提高檢測效率。接下來，將參照圖21描述根據(jù)本發(fā)明第五實施方式的渦電流測量傳感器500。如圖21所示，根據(jù)本實施方式的渦電流測量探頭傳感器500設(shè)置有作為檢測部的多個檢測線圈531a，多個檢測線圈531a沿主芯部21的徑向方向布置為與用作副勵磁部的副芯部25和副線圈26相鄰并且布置于副芯部25和副線圈26的外側(cè)。更具體地，多個檢測線圈531a沿渦電流測量傳感器500的軸向方向以固定間隔布置于副芯部25和副線圈26的外側(cè)。使本實施方式的渦電流測量傳感器500如上所述地構(gòu)成使得能夠?qū)u電流測量傳感器500用作內(nèi)渦電流測量傳感器，其在寬闊的區(qū)域上一次地進(jìn)行對孔或管狀工件等的內(nèi)表面部進(jìn)行渦電流測量。如圖21所示，當(dāng)通過本實施方式的渦電流測量傳感器500執(zhí)行渦電流測量時，主芯部21和主線圈22離開副芯部25和副線圈26移動至渦電流測量傳感器500的基體端側(cè)。此外，副芯部25和副線圈26以螺旋形布置在渦電流測量傳感器500的末端側(cè)上。另外，將渦電流測量傳感器500插入管子P，并且使渦電流測量傳感器500沿箭頭X的方向運動同時使其如由圖21中示出的箭頭R所示繞其軸線旋轉(zhuǎn)執(zhí)行渦電流測量。順便提及，副芯部25和副線圈26也可以布置在垂直于渦電流測量傳感器500的軸線的同一平面上，而非以螺旋形布置，或者它們可以以螺旋形布置以減小所生成的磁場的相互影響。當(dāng)使用如上所述地構(gòu)成的渦電流測量傳感器500對管子P的內(nèi)表面部進(jìn)行渦電流測量時，僅由AC電源向副線圈26施加電壓。在電流如由圖21中的箭頭P所示地流經(jīng)副線圈26的瞬時，根據(jù)右手螺旋定則，在副線圈26內(nèi)生成向上磁場(見圖21中的箭頭X)。如上所述生成的磁場引起電磁感應(yīng)，電磁感應(yīng)進(jìn)而在管子P即磁性體中生成渦電流。另外，在管子P的表面處生成渦電流的情況下，磁通穿過檢測線圈531a，隨后檢測線圈531a測量隨著在管子P的表面生成渦電流而發(fā) 生的感應(yīng)電壓。順便提及，此時，使來自位于末端處的被忽略的檢測線圈31b的所有檢測信號被采用。 如上所述，渦電流測量傳感器500能夠用作內(nèi)渦電流測量傳感器，其通過將多個檢測線圈53Ia沿渦電流測量傳感器500的軸向方向以固定寬度布置于副芯部25和副線圈
26的外側(cè)而在寬闊的區(qū)域上一次地執(zhí)行孔或管狀工件等的內(nèi)表面部的渦電流測量。換言之，渦電流測量傳感器500也能夠用作內(nèi)渦電流測量傳感器以及用作上述實施方式中的表面渦電流測量傳感器。盡管上文已經(jīng)說明了一些本發(fā)明的實施方式，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不局限于所說明的實施方式的細(xì)節(jié)，而是可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，以本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的各種變型、改型或者改進(jìn)來實施。
權(quán)利要求
1.一種渦電流測量探頭傳感器，其特征在于包括 勵磁部，所述勵磁部i )包括主勵磁部和多個副勵磁部，所述主勵磁部包括主芯部和主線圈，所述主芯部由圓柱形磁性體形成，所述主線圈是沿周向方向圍繞所述主芯部纏繞的螺線管線圈，所述多個副勵磁部包括副芯部，所述副芯部由圓柱形磁性體形成，所述副芯部以使得每個副芯部的軸向方向與所述主芯部的軸向方向相同的方式圍繞所述主勵磁部布置，所述多個副勵磁部構(gòu)造為相對于所述主勵磁部沿所述主芯部的軸向方向獨立地改變每個副芯部的位置；并且ii)將預(yù)定交流勵磁信號施加至待測量部件；以及 檢測部，所述檢測部檢測與來自于已被施加有所述預(yù)定交流勵磁信號的所述待測量部件的渦電流對應(yīng)的檢測信號。
2.如權(quán)利要求I所述的傳感器，其中，所述副勵磁部中的每一個副勵磁部包括副線圈，所述副線圈是沿周向方向圍繞所述副芯部纏繞的螺線管線圈，并且所述副勵磁部中的每一個副勵磁部構(gòu)造為使得在所述主勵磁部的所述主線圈處生成并且穿過所述主芯部的磁通的方向與在所述副勵磁部中的每一個副勵磁部的所述副線圈中生成并且穿過所述副芯部的磁通的方向相反。
3.如權(quán)利要求I或2所述的傳感器，其中，所述主勵磁部構(gòu)造為沿所述主芯部的軸向方向獨立地改變所述主線圈和所述主芯部的相對位置。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項所述的傳感器，其中，所述檢測部包括以所述主勵磁部的軸向部為中心放射狀地布置的多個檢測線圈；并且，使所述多個檢測線圈各自獨立地且選擇性地關(guān)于所述檢測信號的檢測被采用或者被忽略。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項所述的傳感器，其中，所述檢測部包括布置在所述勵磁部的整個末端表面上的多個餅形線圈或多個平面線圈，并且所述末端表面是位于所述待測量部件側(cè)的表面。
6.如權(quán)利要求I至4中任一項所述的傳感器，其中，所述檢測部包括多個豎直螺線管線圈和多個水平螺線管線圈，所述多個豎直螺線管線圈以使得所述多個豎直螺線管線圈中的每一個豎直螺線管線圈的軸向方向與所述主芯部的軸向方向相同的方式布置在所述勵磁部的末端表面中的、與所述主勵磁部和所述副勵磁部相對的位置，所述多個水平螺線管線圈以使得所述多個水平螺線管線圈中的每一個水平螺線管線圈的軸向方向垂直于所述主芯部的軸線的方式沿徑向布置在所述勵磁部的所述末端表面中的、所述主勵磁部與所述副勵磁部之間的位置。
7.如權(quán)利要求I至6中任一項所述的傳感器，其中，所述檢測部包括布置為沿所述主芯部的徑向方向位于所述副勵磁部的外側(cè)并且與所述副勵磁部相鄰的多個檢測線圈。
8.如權(quán)利要求中I至7中任一項所述的傳感器，其中，所述預(yù)定交流勵磁信號是通過將預(yù)定交流電壓施加至所述主線圈而生成的磁場。
9.如權(quán)利要求I至8中任一項所述的傳感器，其中，所述檢測信號是由所述渦電流感生的電壓。
10.一種檢驗方法，其特征在于包括 通過使用如權(quán)利要求I至9中任一項所述的傳感器執(zhí)行渦電流測量來檢驗待測量部件。
全文摘要
一種渦電流測量探頭傳感器(100)，其具有勵磁部(20)和檢測部(30)。勵磁部(20)包括主勵磁部和多個副勵磁部，主勵磁部包括主芯部(21)和主線圈(22)，主芯部(21)由圓柱形磁性體形成，主線圈(22)是沿周向方向圍繞主芯部(21)纏繞的螺線管線圈，多個副勵磁部包括副芯部(25)，副芯部(25)由圓柱形磁性體形成，副芯部(25)以使得副芯部(25)中的每一個的軸向方向與主芯部(21)的軸向方向相同的方式圍繞主勵磁部布置。多個副勵磁部構(gòu)造為能夠相對于主勵磁部沿軸向方向獨立地改變每個副芯部(25)的位置。
文檔編號G01N27/90GK102713598SQ201080061586
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日
發(fā)明者山本貴也 申請人:豐田自動車株式會社