JP2015059861A - 硬化層の検査方法および検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シート状の金属板を変形および損傷させることなく、当該金属板の表面に硬化層が均一の厚みで形成されているか否かを精度良く検査可能な技術を提供する。
【解決手段】リングＲの表面に形成された硬化層Ｒａの検査を行う検査装置１であって、リングＲに弾性限界以下の外力を付与しつつ、リングＲを長手方向に沿って移動させる一対のローラ１０・１０と、リングＲの長手方向および短手方向に対して傾斜した直線状の光の筋ＬがリングＲの外周面に現れるように、リングＲの外周面に向けて光を照射する光源３０と、リングＲの外周面における光源３０によって照らされた部分を撮像し、光の筋Ｌを含む画像を取得する撮像装置４０と、前記画像において、光の筋Ｌに歪みが生じている場合には、リングＲにおける光の筋Ｌが歪んだ位置に、硬化層Ｒａの厚みが不足した不良部分が存在すると判定する解析装置５０と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート状の金属板の表面に形成された硬化層を検査する技術に関する。

従来、シート状の金属板の表面に硬化層（例えば、窒化層）が均一の厚みで形成されているか否かを検査する技術が広く知られている。

例えば、特許文献１には、無段変速機に用いられるリングの表面に、窒化層が均一の厚みで形成されているか否かを検査する技術が開示されている。
特許文献１に開示された技術によれば、リングに対して窒化処理の後に酸化処理を行う工程を付加し、窒化処理が適切に行われた部分と、そうでない部分とを、互いに異なる色に変化させることにより、色の相違によって窒化層が均一の厚みで形成されているか否かの判定を可能としている。

しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、酸化処理によってリングが熱変形するおそれがある。また、色の相違によって窒化処理の良否判定を行うため、作業者によって異なる判定がなされるおそれがある。

特開２００９−００７６１２号公報

本発明は、シート状の金属板を変形および損傷させることなく、当該金属板の表面に硬化層が均一の厚みで形成されているか否かを精度良く検査可能な技術を提供することを課題とする。

本発明に係る検査方法は、シート状の金属板の表面に形成された硬化層の検査を行う検査方法であって、前記金属板に弾性限界以下の外力を付与しつつ、前記金属板を長手方向に沿って移動させる工程と、前記金属板の長手方向および短手方向に対して傾斜した直線状の光の筋が前記金属板の表面に現れるように、前記金属板の表面に向けて光を照射する工程と、前記光の筋に歪みが生じていない場合には、前記金属板における前記光の筋が位置する部分に、前記硬化層の厚みが不足した不良部分が存在しないと判定し、前記光の筋に歪みが生じている場合には、前記金属板における前記光の筋が歪んだ位置に、前記硬化層の厚みが不足した不良部分が存在すると判定する工程と、を含む。

本発明に係る検査装置は、シート状の金属板の表面に形成された硬化層の検査を行う検査装置であって、前記金属板に弾性限界以下の外力を付与しつつ、前記金属板を長手方向に沿って移動させる複数のローラと、前記金属板の長手方向および短手方向に対して傾斜した直線状の光の筋が前記金属板の表面に現れるように、前記金属板の表面に向けて光を照射する光源と、前記金属板の表面における前記光源によって照らされた部分を撮像し、前記光の筋を含む画像を取得する撮像装置と、前記画像において、前記光の筋に歪みが生じていない場合には、前記金属板における前記光の筋が位置する部分に、前記硬化層の厚みが不足した不良部分が存在しないと判定し、前記光の筋に歪みが生じている場合には、前記金属板における前記光の筋が歪んだ位置に、前記硬化層の厚みが不足した不良部分が存在すると判定する解析装置と、を具備する。

本発明によれば、シート状の金属板を変形および損傷させることなく、当該金属板の表面に硬化層が均一の厚みで形成されているか否かを精度良く検査できる。

本発明に係る検査装置を示す側面図。 同じく平面図。 リングの外周面に現れた光の筋を示す図であり、（ａ）は、リングにおける不良部分ではない部分に光が照射された場合を示し、（ｂ）は、リングの不良部分に光が照射された場合を示す。 リングの一部拡大断面図であり、（ａ）は、リングに不良部分が存在しない場合を示し、（ｂ）は、リングに不良部分が存在する場合を示す。

以下では、図面を参照して、本発明に係る検査装置の一実施形態である検査装置１について説明する。
検査装置１は、リングＲの表面に硬化層Ｒａが均一の厚みで形成されているか否かを検査する装置である。
リングＲは、本発明に係るシート状の金属板の一実施形態であり、無段変速機に用いられる環状の金属板である。リングＲは、硬化層Ｒａと、母材Ｒｂとを有する（図４参照）。
硬化層Ｒａは、リングＲの強度等を向上させるための層である。硬化層Ｒａとしては、例えば、窒化処理によって形成される窒化層が挙げられる。硬化層Ｒａは、母材Ｒｂの表面を覆うように形成されている。
母材Ｒｂは、リングＲにおける硬化層Ｒａ以外の部分である。

図１に示すように、検査装置１は、一対のローラ１０・１０と、ローラ制御装置２０と、光源３０と、撮像装置４０と、解析装置５０とを具備する。

ローラ１０は、円柱状に形成され、軸心回りに回転可能に構成されている。本実施形態においては、二つのローラ１０・１０が設けられている。
一対のローラ１０・１０は、互いに所定の間隔を空けて配置されている。一対のローラ１０・１０は、それらの外周面が、リングＲの内周面に接触した状態でリングＲを支持し、互いに同方向（図１における黒塗り矢印参照）に回転することによって、リングＲを一定の位置において回転させる。換言すれば、リングＲは、一対のローラ１０・１０に巻回されており、リングＲの長手方向に沿って、一対のローラ１０・１０により回転される。

ローラ制御装置２０は、一対のローラ１０・１０と電気的に接続され、それらを制御する。
ローラ制御装置２０は、一対のローラ１０・１０を所定の回転速度で回転可能に構成されている。
また、ローラ制御装置２０は、一対のローラ１０・１０を、互いに近接および離間する方向に移動可能に構成されている。ローラ制御装置２０は、リングＲが巻回された一対のローラ１０・１０を、互いに近接する方向に移動させることにより、リングＲに付与する外力（リングＲに生じる張力）を減少させ、互いに離間する方向に移動させることにより、リングＲに付与する外力（リングＲに生じる張力）を増加させる。
ローラ制御装置２０は、リングＲの検査が行われる際、一対のローラ１０・１０の位置を、リングＲに弾性限界以下の外力が付与されるような位置に設定する。

図１および図２に示すように、光源３０は、所定の方向に延出するライン状の光源であり、リングＲの直線部分（一対のローラ１０・１０に沿って湾曲していない部分）の外周面に向けて光を照射する。
光源３０は、その延出方向が、リングＲの長手方向（図２における上下方向）および短手方向（図２における左右方向）に対して傾斜するように配置されている。
そのため、図３（ａ）に示すように、光源３０から照射された光がリングＲの外周面にて反射し、リングＲの長手方向（図３（ａ）における上下方向）および短手方向（図３（ａ）における左右方向）に対して傾斜した直線状の光の筋Ｌが、リングＲの外周面に現れる。なお、光源３０は、光の筋ＬがリングＲの短手方向における両端にわたって延出するように配置される。

図１に示すように、撮像装置４０は、リングＲの外周面における光源３０によって照らされた部分、つまり、リングＲの外周面における光の筋Ｌ（図３（ａ）参照）が現れた部分、を撮像し、光の筋Ｌの全体像を含む画像を取得する。
一対のローラ１０・１０の回転に伴ってリングＲが回転するため、リングＲの外周面における光源３０によって照らされた部分を撮像装置４０によって連続的または断続的に撮像することにより、リングＲの外周面全域を示す複数の画像が取得されることとなる。

解析装置５０は、撮像装置４０と電気的に接続され、撮像装置４０が取得した画像を解析することによって、リングＲの表面に硬化層Ｒａが均一の厚みで形成されているか否かを判定する。

図３（ａ）に示すように、リングＲにおける光源３０によって照らされた部分において、硬化層Ｒａが均一の厚みで形成されている場合には、光の筋Ｌの形状が直線状のまま変化することはない。
一方、図３（ｂ）に示すように、リングＲにおける光源３０によって照らされた部分において、硬化層Ｒａが均一の厚みで形成されていない場合には、光の筋Ｌの形状が変化する。詳細には、リングＲにおける光源３０によって照らされた部分において、硬化層Ｒａの厚みが不足した（硬化層Ｒａが他の部分と比べて薄い、または硬化層Ｒａが全く形成されていない）不良部分が存在する場合には、当該不良部分にて光の筋Ｌが歪む。
なお、図３（ｂ）は、リングＲにおける光源３０によって照らされた部分の中央に、不良部分が存在している場合を示している。

リングＲの不良部分にて光の筋Ｌが歪む仕組みについて説明する。
図４（ａ）に示すように、リングＲに不良部分が存在しない場合、つまり硬化層ＲａがリングＲの表面（外周面および内周面）に均一の厚みで形成されている場合には、ローラ制御装置２０が一対のローラ１０・１０を所定の位置に移動させることによって、リングＲに外力を付与した際、リングＲにおける内周面側の部分には、リングＲが伸びる方向の応力が生じ、リングＲにおける外周面側の部分には、リングＲが縮む方向の応力が生じて、リングＲが均一に弾性変形する。
一方、図４（ｂ）に示すように、表面（外周面および内周面）に硬化層Ｒａが形成されたリングＲに不良部分が存在する場合には、ローラ制御装置２０が一対のローラ１０・１０を所定の位置に移動させることによって、リングＲに外力を付与した際、リングＲに不良部分が存在しない場合と同様に、リングＲにおける内周面側の部分には、リングＲが伸びる方向の応力が生じ、リングＲにおける外周面側の部分には、リングＲが縮む方向の応力が生じるが、不良部分に応力が集中し、リングＲが不均一に弾性変形する。つまり、リングＲにおいて、硬化層Ｒａと母材Ｒｂとは互いに弾性率が異なるため、硬化層Ｒａの厚みが他の部分と異なる不良部分は、他の部分と異なる弾性変形をするのである。
なお、図４（ｂ）は、リングＲの外周面に硬化層Ｒａが全く形成されていない不良部分が存在する場合を示している。

上記のように、リングＲの不良部分は、他の部分とは異なる弾性変形をするため、光源３０によってリングＲの外周面が照らされた際、光源３０からの光が不良部分にて、他の部分とは異なる態様で反射する。その結果、光の筋Ｌが不良部分にて歪むのである。
ただし、光の筋ＬがリングＲの短手方向に沿って延出するように光源３０を配置した場合には、光源３０からの光が不良部分にて反射しても光の筋Ｌに歪みが生じないため、光の筋Ｌが短手方向に対して傾斜するように光源３０を配置する必要がある。
また、光の筋ＬがリングＲの長手方向に沿って延出するように光源３０を配置した場合には、リングＲの回転に伴ってリングＲの外周面全域を光源３０によって照らすことができないため、光の筋Ｌが長手方向に対して傾斜するように、換言すれば、光の筋ＬがリングＲの短手方向における両端にわたって延出するように、光源３０を配置する必要がある。

解析装置５０は、撮像装置４０が取得した画像に対して、所定の画像処理（例えば、二値化、およびエッジ検出）を行い、当該画像における光の筋Ｌの歪みを検出した場合には、リングＲにおける光の筋Ｌが歪んだ位置に不良部分が存在していると判定する。
さらに、解析装置５０は、光の筋Ｌの歪みを検出した場合、当該歪みの形状および大きさに基づいて、不良部分の大きさを算出する。

以上のように構成された検査装置１は、以下の工程を行うことによって、リングＲの表面に硬化層Ｒａが均一の厚みで形成されているか否かを検査する。
まず、ローラ制御装置２０が、一対のローラ１０・１０を、リングＲに弾性限界以下の外力が付与されるような位置に移動させ、互いに同方向に回転させることによってリングＲを回転させる。
次に、光源３０が、リングＲの長手方向および短手方向に対して傾斜した直線状の光の筋ＬがリングＲの外周面に現れるように、リングＲの外周面に向けて光を照射する。
そして、撮像装置４０が、リングＲの外周面における光の筋Ｌが現れた部分を複数回撮像し、光の筋Ｌの全体像を含む画像を複数個取得する。
最後に、解析装置５０が、撮像装置４０が取得した各画像に対して、所定の画像処理を行い、光の筋Ｌの歪みを検出した場合には、リングＲにおける光の筋Ｌが歪んだ位置に不良部分が存在していると判定する。

このように、検査装置１は、リングＲの外周面の状態から直接的に不良部分を検出することなく、リングＲの外周面に現れた光の筋Ｌの形状に基づいて不良部分を検出するため、ロバスト性に優れる点で有利である。
さらに、リングＲの外周面に付着した汚れでは、光の筋Ｌの形状が変化しないため、リングＲの不良部分以外を検出するといった誤検出を抑制できる点で有利である。
つまり、検査装置１によれば、リングＲの表面に硬化層Ｒａが均一の厚みで形成されているか否かを精度良く検査できる。

また、検査装置１によってリングＲを検査する際、リングＲに付与される外力は、弾性限界以下であるため、リングＲが変形および損傷することがない。つまり、検査装置１によるリングＲの検査は、非破壊検査であるため、リングＲを検査後に製品として出荷することが可能である。そのため、検査に用いたリングＲを廃棄する必要がなく、リングＲの検査に要するコストを低減できる。
また、検査装置１においては、一対のローラ１０・１０にリングＲが巻回され、ローラ制御装置２０によって一対のローラ１０・１０を移動させることにより、リングＲに外力を付与しているため、種々のサイズのリングＲに対応可能である。

なお、本実施形態においては、検査装置１によって環状のリングＲの検査を行ったが、本発明によれば、光源から照射される光を反射し、外周面に光の筋が現れるような金属板であれば、あらゆるシート状の金属板の検査を行うことが可能である。
例えば、所定の方向に延出するシート状の金属板を検査する場合には、当該金属板を複数のローラによって外力を付与しながら搬送して、検査装置１と同様に、金属板の外周面に現れる光の筋の形状に基づいて、金属板の不良部分を検出すればよい。

また、本実施形態においては、撮像装置４０および解析装置５０を用いて、リングＲの不良部分の有無を判定しているが、撮像装置４０および解析装置５０を用いずに、作業者が目視によって光の筋Ｌの歪みを確認することにより、リングＲの不良部分の有無を判定することも可能である。

１ 検査装置
１０ ローラ
２０ ローラ制御装置
３０ 光源
４０ 撮像装置
５０ 解析装置
Ｒ リング（金属板）
Ｒａ 硬化層
Ｒｂ 母材
Ｌ 光の筋

Claims (2)

1. シート状の金属板の表面に形成された硬化層の検査を行う検査方法であって、
   前記金属板に弾性限界以下の外力を付与しつつ、前記金属板を長手方向に沿って移動させる工程と、
   前記金属板の長手方向および短手方向に対して傾斜した直線状の光の筋が前記金属板の表面に現れるように、前記金属板の表面に向けて光を照射する工程と、
   前記光の筋に歪みが生じていない場合には、前記金属板における前記光の筋が位置する部分に、前記硬化層の厚みが不足した不良部分が存在しないと判定し、前記光の筋に歪みが生じている場合には、前記金属板における前記光の筋が歪んだ位置に、前記硬化層の厚みが不足した不良部分が存在すると判定する工程と、を含む、
   ことを特徴とする検査方法。
2. シート状の金属板の表面に形成された硬化層の検査を行う検査装置であって、
   前記金属板に弾性限界以下の外力を付与しつつ、前記金属板を長手方向に沿って移動させる複数のローラと、
   前記金属板の長手方向および短手方向に対して傾斜した直線状の光の筋が前記金属板の表面に現れるように、前記金属板の表面に向けて光を照射する光源と、
   前記金属板の表面における前記光源によって照らされた部分を撮像し、前記光の筋を含む画像を取得する撮像装置と、
   前記画像において、前記光の筋に歪みが生じていない場合には、前記金属板における前記光の筋が位置する部分に、前記硬化層の厚みが不足した不良部分が存在しないと判定し、前記光の筋に歪みが生じている場合には、前記金属板における前記光の筋が歪んだ位置に、前記硬化層の厚みが不足した不良部分が存在すると判定する解析装置と、を具備する、
   ことを特徴とする検査装置。

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