軸(zhou)承作為(wei)重(zhong)(zhong)要的機械基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)件(jian)，其質量直接決定著機械產(chan)品的性能以及可靠性。國家工(gong)信部(bu)規(gui)劃司(si)在(zai)機械領域“三基(ji)(ji)(ji)”（機械基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)件(jian)、基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)制造工(gong)藝和基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)材料(liao)）產(chan)業“十(shi)二五”發(fa)展(zhan)規(gui)劃中明確，指出圍繞(rao)重(zhong)(zhong)大裝備(bei)和高端(duan)裝備(bei)配套需求，重(zhong)(zhong)點發(fa)展(zhan)高速、精密、重(zhong)(zhong)載(zai)軸(zhou)承。
軸(zhou)承(cheng)(cheng)作為(wei)機械(xie)裝置中最常用(yong)也最重要(yao)的零部(bu)件之(zhi)一(yi)，其失(shi)效將直接導致設備故(gu)障(zhang)(zhang)、生產受阻甚至是(shi)人員傷(shang)亡。據統計，在旋轉機械(xie)的現場故(gu)障(zhang)(zhang)中，由于軸(zhou)承(cheng)(cheng)套圈(quan)損傷(shang)而引起的故(gu)障(zhang)(zhang)大約占30％，其中大約90％的故(gu)障(zhang)(zhang)來自(zi)軸(zhou)承(cheng)(cheng)套圈(quan)的裂(lie)紋。因(yin)此提(ti)高(gao)軸(zhou)承(cheng)(cheng)套圈(quan)的裂(lie)紋檢(jian)測能(neng)力尤為(wei)重要(yao)。
目前，軸承套(tao)圈檢(jian)(jian)測(ce)(ce)方法(fa)(fa)主要有磁粉檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)、超聲(sheng)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)、渦(wo)流檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)、機(ji)器視覺法(fa)(fa)、巴克豪森法(fa)(fa)、聲(sheng)發射檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)等。其中，磁粉檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)、超聲(sheng)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)、渦(wo)流檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)使用較為普遍。
磁粉檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)法檢(jian)(jian)(jian)驗靈敏度(du)高(gao)，缺陷顯示(shi)直觀(guan)，不(bu)受工件大(da)小和(he)形(xing)(xing)狀(zhuang)的限制，但是操作(zuo)(zuo)復雜，生產率低，且(qie)對環境有(you)一定(ding)污染，磁痕(hen)觀(guan)察需要人工參與，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)結果(guo)受檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)人員主觀(guan)意識和(he)操作(zuo)(zuo)經驗影(ying)響(xiang)，難以(yi)踐行(xing)統一的質量(liang)標準；超聲檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)法在國外(wai)使用較(jiao)為廣(guang)泛(fan)，歐洲已頒布相應(ying)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)標準《EN12080：Railway applications - Axleboxes -Rolling bearings》，但超聲檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)法由于(yu)裂紋(wen)取向及(ji)聲耦合對其影(ying)響(xiang)大(da)，難以(yi)適應(ying)軸(zhou)承套圈形(xing)(xing)狀(zhuang)，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)精度(du)不(bu)高(gao)，需要檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)者(zhe)有(you)豐(feng)富經驗，所以(yi)影(ying)響(xiang)了其在國內市場(chang)的推廣(guang)；渦流(liu)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)法可實現(xian)非接觸式檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)，但是受工件形(xing)(xing)狀(zhuang)影(ying)響(xiang)大(da)，且(qie)結果(guo)多以(yi)阻抗分(fen)析圖的形(xing)(xing)式展(zhan)現(xian)，不(bu)直觀(guan)，多用于(yu)軸(zhou)承圓柱滾子的檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)。
為解決軸承(cheng)生產中(zhong)出現的(de)實(shi)際問(wen)題，下(xia)面介紹一種(zhong)基(ji)于漏磁原理(li)的(de)軸承(cheng)套(tao)圈(quan)裂紋(wen)檢測(ce)方法與裝置，可實(shi)現軸承(cheng)套(tao)圈(quan)的(de)自動(dong)化(hua)高(gao)效檢測(ce)。
一、檢測原理(li)
軸(zhou)承(cheng)套圈作為一種精密零部件，其表(biao)面質(zhi)量較(jiao)高，生產(chan)(chan)過程中產(chan)(chan)生的裂(lie)紋多呈(cheng)現出(chu)開口窄、長度(du)短、深度(du)淺的特點，屬于典型的微小尺寸裂(lie)紋檢測問題(ti)。
1. 軸承(cheng)套圈的材(cai)料、結構、待檢測部位及(ji)缺陷形式(shi)
a. 軸承鋼的主要種類
1）高(gao)碳鉻軸(zhou)(zhou)承鋼：年產量約占軸(zhou)(zhou)承鋼總產量的80％，包含GCr4、GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo等(deng)系列，而其(qi)中GCr15 高(gao)碳鉻軸(zhou)(zhou)承鋼由德國于1905年研制成功(gong)，得到了(le)廣(guang)泛應用(yong)。
2）滲(shen)碳軸(zhou)承鋼：經滲(shen)碳處理，兼具表面高(gao)硬高(gao)耐磨性及內部韌(ren)性。在美(mei)國的產(chan)量約占軸(zhou)承鋼總產(chan)量的30％，在中國僅占3％左右。
3）中碳軸承(cheng)鋼：工藝相對簡單，且同樣達到表面硬化效果，近年來(lai)發(fa)展較快。
4）不銹鋼軸承鋼：用于制造在腐蝕環境下工作的軸承及某些部件。
不(bu)同(tong)材質或是相同(tong)材質、不(bu)同(tong)熱處理工藝均(jun)會對軸(zhou)承鋼的(de)(de)磁(ci)(ci)化(hua)特(te)性產生巨大影響，不(bu)同(tong)的(de)(de)磁(ci)(ci)化(hua)特(te)性對應不(bu)同(tong)的(de)(de)磁(ci)(ci)化(hua)裝置參(can)數，本書(shu)使用最為(wei)廣泛的(de)(de)GCr15軸(zhou)承鋼作為(wei)研究對象(xiang)。
b. 軸(zhou)承(cheng)套(tao)(tao)(tao)圈的(de)(de)結(jie)構(gou)及待檢測部位 成(cheng)品軸(zhou)承(cheng)一般由軸(zhou)承(cheng)外套(tao)(tao)(tao)圈、軸(zhou)承(cheng)內套(tao)(tao)(tao)圈、滾(gun)子(zi)保持架、滾(gun)子(zi)及附(fu)件組成(cheng)，軸(zhou)承(cheng)套(tao)(tao)(tao)圈結(jie)構(gou)形式(shi)較為多樣，同一套(tao)(tao)(tao)裝(zhuang)備難以同時滿(man)足所有類型軸(zhou)承(cheng)套(tao)(tao)(tao)圈的(de)(de)檢測需求，研究(jiu)其(qi)中使(shi)用較為廣泛的(de)(de)圓錐(zhui)滾(gun)子(zi)軸(zhou)承(cheng)套(tao)(tao)(tao)圈具有重要意義，相關(guan)研究(jiu)方(fang)法可方(fang)便地變通之后(hou)推廣到其(qi)他類型軸(zhou)承(cheng)套(tao)(tao)(tao)圈。
如圖(tu)7-62所示，圓(yuan)錐滾(gun)子(zi)軸承套圈為旋轉(zhuan)對稱零件，外圈可看作(zuo)由梯形繞中(zhong)心軸旋轉(zhuan)360°而成，上下端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)為圓(yuan)環平面(mian)(mian)(mian)，外表面(mian)(mian)(mian)為圓(yuan)柱(zhu)面(mian)(mian)(mian)，內(nei)表面(mian)(mian)(mian)為圓(yuan)錐面(mian)(mian)(mian)；內(nei)圈結構(gou)稍(shao)顯復(fu)雜，上下端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)為圓(yuan)環平面(mian)(mian)(mian)，外表面(mian)(mian)(mian)主(zhu)體(ti)為圓(yuan)錐面(mian)(mian)(mian)，沿(yan)軸向兩端(duan)(duan)含工(gong)藝槽及滾(gun)子(zi)定位(wei)臺(tai)階，內(nei)表面(mian)(mian)(mian)為圓(yuan)柱(zhu)面(mian)(mian)(mian)。
軸承(cheng)外圈待檢測面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)包含(han)內圓(yuan)錐面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)1、外圓(yuan)柱面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)2、下(xia)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)3和上端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)4。軸承(cheng)內圈待檢測面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)包含(han)外圓(yuan)錐面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)1、內圓(yuan)柱面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)2、下(xia)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)3、上端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)4。
c. 軸承套(tao)圈的裂紋形(xing)式及產生(sheng)原因(yin)
1）材(cai)料裂(lie)紋(wen)：材(cai)料裂(lie)紋(wen)產生的原因主(zhu)要(yao)是(shi)內(nei)部氣泡、嚴重(zhong)的非金屬夾雜(za)等，沿(yan)軋制方(fang)向呈直線分(fen)布，以表(biao)面裂(lie)紋(wen)或折疊的形(xing)式呈現，在內(nei)部走(zou)向多指向圓心，且折疊裂(lie)紋(wen)走(zou)向與(yu)表(biao)面近(jin)乎平行，漏磁(ci)場微弱(ruo)。
2）發(fa)紋：材(cai)料表面或(huo)近(jin)表面毛發(fa)狀的細(xi)小(xiao)裂(lie)紋，由鋼錠皮下氣泡或(huo)夾雜(za)引起(qi)。外觀細(xi)小(xiao)，一(yi)般長1～3mm，目檢時不(bu)易發(fa)現。
3）鍛(duan)造(zao)(zao)(zao)裂紋：包(bao)括鍛(duan)造(zao)(zao)(zao)折疊裂紋（切(qie)料不(bu)齊、毛(mao)刺、飛邊以(yi)及操作不(bu)當等原因(yin)造(zao)(zao)(zao)成）、過(guo)燒（鍛(duan)件溫(wen)(wen)度過(guo)高或保溫(wen)(wen)時間過(guo)長造(zao)(zao)(zao)成）、濕裂（停鍛(duan)溫(wen)(wen)度較高，冷(leng)卻時局部(bu)或全(quan)部(bu)碰到冷(leng)卻水而急冷(leng)）、內裂（鍛(duan)造(zao)(zao)(zao)時加熱速度過(guo)快(kuai)，表(biao)面升溫(wen)(wen)高而內部(bu)升溫(wen)(wen)慢引起(qi)，一般出現在壁(bi)厚較大處）。鍛(duan)造(zao)(zao)(zao)裂紋較粗大，形狀不(bu)規(gui)則，存在鍛(duan)件表(biao)面，磁化時漏磁場較弱，磁痕顯示不(bu)太清晰(xi)，剩磁法(fa)檢測容易產生漏檢。
4）淬火(huo)(huo)裂紋(wen)：因淬火(huo)(huo)時產生(sheng)的熱(re)應力及組織應力引(yin)起，外(wai)(wai)貌極不規(gui)則，多在外(wai)(wai)徑上，嚴(yan)重時延伸到端(duan)面，一般較深。
5）磨(mo)削裂(lie)紋：磨(mo)削時(shi)冷卻不良，瞬時(shi)高溫引(yin)起表面(mian)(mian)(mian)應力集中，即會(hui)產生磨(mo)削裂(lie)紋，主要分布在端面(mian)(mian)(mian)、擋(dang)邊、滾(gun)道(dao)、內徑及打字處，外(wai)徑表面(mian)(mian)(mian)較少出現(xian)，呈現(xian)短、淺、細的特(te)點，與磨(mo)削方向垂直或成(cheng)一(yi)定角度(du)。
2. 軸承(cheng)套圈裂(lie)紋(wen)漏磁(ci)檢測系統的特點
軸承套圈(quan)裂(lie)紋漏磁檢測系統的優勢(shi)在于：可實現上下料、檢測、分選、退(tui)磁一(yi)體(ti)化自動(dong)化，極大地提高了檢測效率(lv)，降(jiang)低(di)了工人的勞動(dong)強度。
然而(er)，在具體的工程實施中，存在以(yi)下要點及(ji)難點：
1）軸承套圈尺寸形狀規格繁多(duo)，如何實現通(tong)用化(hua)檢測或者(zhe)實現一定范圍內的通(tong)用化(hua)檢測存在工程(cheng)實施難(nan)度(du)。
2）隨著(zhu)軸承套(tao)(tao)圈加(jia)工(gong)工(gong)藝的提(ti)(ti)升(sheng)，軸承套(tao)(tao)圈表面(mian)加(jia)工(gong)質量越來越高，生產過程中產生的裂紋(wen)多呈現出開口窄、深(shen)度(du)淺的特(te)點，屬于典型的微(wei)小尺寸(cun)裂紋(wen)檢(jian)測問題，提(ti)(ti)高磁化能力(li)、提(ti)(ti)高傳(chuan)感(gan)器檢(jian)測靈敏度(du)及空間分辨力(li)、提(ti)(ti)高信號(hao)(hao)處理能力(li)以(yi)在較強背(bei)景噪(zao)聲中提(ti)(ti)取有效信號(hao)(hao)是(shi)關鍵。
3）軸承(cheng)套圈(quan)尤其是(shi)軸承(cheng)內圈(quan)的結構較(jiao)為復(fu)雜，需從結構及布置(zhi)方式著手，減小提(ti)離(li)值并最大限度地覆蓋(gai)待(dai)檢(jian)測(ce)部位(wei)。
4）自動化生產線多(duo)為流水式(shi)，效(xiao)率(lv)高(gao)、速度快(kuai)，因此(ci)高(gao)速檢測工(gong)藝應(ying)簡(jian)潔(jie)高(gao)效(xiao)，且可以順(shun)暢地與(yu)生產線相(xiang)融合。
3. 軸承(cheng)套圈漏磁(ci)檢測(ce)的勵(li)磁(ci)方法與裝(zhuang)置
軸承(cheng)套(tao)圈(quan)的(de)磁(ci)化(hua)方式直接(jie)和漏磁(ci)場(chang)信(xin)號(hao)強弱相關，其選擇(ze)及(ji)設(she)計(ji)非常重要。常見(jian)的(de)軸承(cheng)套(tao)圈(quan)周向磁(ci)化(hua)方法(fa)(fa)有中(zhong)心導體法(fa)(fa)、直接(jie)通電法(fa)(fa)和繞電纜(lan)法(fa)(fa)，其優缺點見(jian)表7-5。
對比(bi)之后不(bu)(bu)難看出，上述方(fang)法均不(bu)(bu)適用于自(zi)動(dong)化(hua)漏磁(ci)(ci)檢測，為此(ci)，采用如圖7-63所示(shi)的(de)軸承周(zhou)向磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)法，磁(ci)(ci)化(hua)器(qi)由(you)U形鐵心(xin)纏繞(rao)線(xian)圈(quan)制成，可(ke)(ke)(ke)更換(huan)的(de)磁(ci)(ci)極可(ke)(ke)(ke)以(yi)滿足不(bu)(bu)同(tong)規格軸承套(tao)圈(quan)的(de)磁(ci)(ci)化(hua)需求。通過(guo)ANSYS仿真可(ke)(ke)(ke)以(yi)看出，此(ci)種磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)式在遠離磁(ci)(ci)極的(de)位置(zhi)可(ke)(ke)(ke)以(yi)獲得比(bi)較均勻(yun)的(de)周(zhou)向磁(ci)(ci)場，且該磁(ci)(ci)化(hua)器(qi)結(jie)構可(ke)(ke)(ke)以(yi)方(fang)便(bian)地與流水生產線(xian)相結(jie)合，便(bian)于實現自(zi)動(dong)化(hua)。
選用16種軸(zhou)承(cheng)套圈中橫截面(mian)積最大的(de)27315EK 02軸(zhou)承(cheng)內圈，為(wei)保證仿(fang)真順利進行(xing)，此(ci)處(chu)對(dui)仿(fang)真裂(lie)(lie)(lie)紋進行(xing)了一定的(de)簡化，裂(lie)(lie)(lie)紋尺寸為(wei)0.5mm（寬）x0．mm（深）x3.0mm（長），x0.2mm上、下(xia)端面(mian)各(ge)1條裂(lie)(lie)(lie)紋，沿軸(zhou)向內表面(mian)等間距均勻分布3條裂(lie)(lie)(lie)紋，外表面(mian)1條裂(lie)(lie)(lie)紋。周向磁化器仿(fang)真模型(xing)如圖7-64所示。
仿(fang)真結果如圖7-65所示，通(tong)過對比可知：
1）上端(duan)面和內表面裂紋漏磁場B，分量圖像基本(ben)吻合，表明在該磁化方式及磁化強度下(xia)，上端(duan)面與內表面具有較為一致(zhi)的磁化效果。
2）沿軸向等間距分(fen)布的(de)內(nei)表面裂紋(wen)1、2、3漏磁場分(fen)量圖像基本(ben)吻(wen)合，表明在該磁化強度下(xia)，內(nei)表面磁化一致性(xing)較好，與(yu)裂紋(wen)離磁極的(de)距離無(wu)關。
3）下端面(mian)裂紋(wen)漏(lou)磁場(chang)B分量圖(tu)像(xiang)與外(wai)表面(mian)裂紋(wen)漏(lou)磁場(chang)B,分量圖(tu)像(xiang)基本吻合(he)，但是(shi)相(xiang)比于(yu)上端面(mian)、內表面(mian)強度更(geng)小(xiao)。這是(shi)由于(yu)下端面(mian)壁厚較(jiao)大(da)，而外(wai)表面(mian)由于(yu)位于(yu)套圈外(wai)圍(wei)，距離磁化場(chang)較(jiao)遠(yuan)，且(qie)磁場(chang)向空氣中擴(kuo)散更(geng)為嚴重。
為了補(bu)償壁(bi)厚及套(tao)(tao)圈(quan)(quan)高度(du)引起(qi)的(de)(de)磁(ci)化效果不(bu)一(yi)致(zhi)，需(xu)要進(jin)一(yi)步加強(qiang)(qiang)磁(ci)化強(qiang)(qiang)度(du)，使(shi)得軸承套(tao)(tao)圈(quan)(quan)達(da)到過(guo)飽和(he)磁(ci)化狀態。然而在(zai)實際檢測過(guo)程中，使(shi)得軸承套(tao)(tao)圈(quan)(quan)各(ge)個部分均達(da)到飽和(he)磁(ci)化狀態需(xu)要極多的(de)(de)線圈(quan)(quan)匝數或極大的(de)(de)磁(ci)化電流，對于(yu)非定量軸承套(tao)(tao)圈(quan)(quan)檢測而言，磁(ci)化的(de)(de)意義在(zai)于(yu)使(shi)得最苛刻指標(biao)的(de)(de)缺(que)陷仍可得到較理(li)想(xiang)的(de)(de)信噪比即可，磁(ci)化效果不(bu)一(yi)致(zhi)引起(qi)的(de)(de)漏磁(ci)場信號不(bu)一(yi)致(zhi)可在(zai)軟(ruan)件中予(yu)以修正。
如圖7-66所示，以(yi)GCr15（840℃油淬，190℃回火）為例，根(gen)據電磁檢測原(yuan)理，將工件磁化(hua)至飽和(he)(he)或近飽和(he)(he)狀態時(shi)，有利于裂紋漏磁場的(de)(de)形成與(yu)擴散，取近飽和(he)(he)區(qu)的(de)(de)H＝14800A／m點，此時(shi)對應(ying)的(de)(de)磁感應(ying)強度B≈1.125125T。以(yi)16種軸(zhou)承套圈中(zhong)橫截面(mian)積(ji)最(zui)大(da)(533.5n5m㎡)的(de)(de)27315EK 02軸(zhou)承內(nei)圈為例，大(da)約為4075安(an)(an)匝。由(you)于本計(ji)算模型沒有考慮泄漏到空氣中(zhong)的(de)(de)磁通、磁滯(zhi)損(sun)耗(hao)(hao)、渦流損(sun)耗(hao)(hao)，因(yin)此將計(ji)算出(chu)的(de)(de)結果(guo)乘(cheng)以(yi)安(an)(an)全系數1.1，磁化(hua)器εm=NI=4482安(an)(an)匝。線圈匝數為600，選用(yong)φ1.7mm銅線繞制而成，通入(ru)7.5A的(de)(de)電流即可滿足磁化(hua)要求。
根據上述(shu)計(ji)算結果，設計(ji)得到如圖7-67所示的周向勵磁(ci)裝(zhuang)置，磁(ci)極部(bu)分可更換以適(shi)應不同規格(ge)的軸承套圈(quan)，磁(ci)化器封罩用于保(bao)護(hu)內部(bu)漆包線(xian)，封罩上開百葉(xie)窗輔助散熱(re)，加(jia)裝(zhuang)軸流式(shi)風扇散熱(re)以保(bao)證磁(ci)化器可長(chang)期工作。
二、檢(jian)測探頭
圖7-68所示(shi)為(wei)永(yong)磁(ci)(ci)磁(ci)(ci)軛探(tan)頭，它主要由(you)磁(ci)(ci)頭、永(yong)磁(ci)(ci)鐵S極(ji)(ji)、永(yong)磁(ci)(ci)鐵N極(ji)(ji)、橋接(jie)銜(xian)鐵及隔片(pian)組(zu)成，隔片(pian)用于調節磁(ci)(ci)極(ji)(ji)間(jian)距(ju)。檢測時(shi)，“N極(ji)(ji)→軸(zhou)承套圈→S極(ji)(ji)→橋接(jie)銜(xian)鐵”形成磁(ci)(ci)回路(lu)(lu)，如遇裂紋，漏磁(ci)(ci)場將被磁(ci)(ci)頭捕捉。永(yong)磁(ci)(ci)鐵尺寸為(wei)4mm×10mm×10mm正對軸(zhou)承套圈，為(wei)磁(ci)(ci)極(ji)(ji)面(mian)。信號放(fang)大電路(lu)(lu)為(wei)10×100倍(bei)兩級放(fang)大，軟件放(fang)大500倍(bei)。
如圖7-69所示，檢測對象(xiang)為GCr15軸承套圈，大端面刻蝕有寬(kuan)0.1mm、深0.1mm、長10.0mm的人工刻槽。軸承套圈表面光滑，無銹蝕。
不同磁(ci)極(ji)(ji)(ji)間距(ju)檢(jian)(jian)測結果(guo)對比如圖7-70所示。磁(ci)極(ji)(ji)(ji)間距(ju)15mm時，可檢(jian)(jian)出(chu)信(xin)(xin)號，但信(xin)(xin)噪比不高(gao)，這(zhe)是(shi)由于(yu)磁(ci)極(ji)(ji)(ji)離磁(ci)心(xin)過近(jin)使之飽和的緣(yuan)故；磁(ci)極(ji)(ji)(ji)間距(ju)17mm時，可檢(jian)(jian)出(chu)信(xin)(xin)號，且信(xin)(xin)噪比最佳(jia)；磁(ci)極(ji)(ji)(ji)間距(ju)19mm時，不能檢(jian)(jian)出(chu)信(xin)(xin)號。永磁(ci)體尺寸換為6mm×10mm×10mn，其(qi)中6mm×10mm 正(zheng)對軸(zhou)承套(tao)圈，為磁(ci)極(ji)(ji)(ji)面(mian)時，不能檢(jian)(jian)出(chu)信(xin)(xin)號，同理這(zhe)也是(shi)磁(ci)心(xin)飽和的緣(yuan)故。
通(tong)過上述分析不難發現，含磁(ci)(ci)心線圈(quan)用于(yu)檢測時，需(xu)特別注(zhu)意磁(ci)(ci)心飽(bao)和的問題，局部磁(ci)(ci)化(hua)在一定程度上降低(di)了(le)磁(ci)(ci)化(hua)成本和磁(ci)(ci)化(hua)難度，但是(shi)由于(yu)磁(ci)(ci)化(hua)器距離(li)傳(chuan)感(gan)器較近，對傳(chuan)感(gan)器的影響(xiang)也較大。
短路(lu)磁(ci)(ci)通(tong)損(sun)耗(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)與(yu)(yu)磁(ci)(ci)心(xin)前(qian)端氣(qi)隙寬(kuan)(kuan)度g、深度h有關；提(ti)離損(sun)耗(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)與(yu)(yu)提(ti)離值相關，在(zai)實際工程(cheng)中體(ti)現在(zai)探(tan)頭(tou)耐磨層厚度及探(tan)頭(tou)機構(gou)的設計(ji)；低頻(pin)損(sun)耗(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)與(yu)(yu)裂紋漏磁(ci)(ci)信(xin)號空(kong)間(jian)分布相關，即與(yu)(yu)裂紋尺寸及磁(ci)(ci)化(hua)狀(zhuang)況相關；氣(qi)隙寬(kuan)(kuan)度損(sun)耗(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)與(yu)(yu)氣(qi)隙寬(kuan)(kuan)度g、裂紋漏磁(ci)(ci)信(xin)號空(kong)間(jian)分布相關；方位角損(sun)耗(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)可(ke)歸為提(ti)離損(sun)耗(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)；磁(ci)(ci)滯損(sun)耗(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)可(ke)忽(hu)略；渦流損(sun)耗(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)可(ke)以從磁(ci)(ci)心(xin)材料(liao)、探(tan)頭(tou)工藝(yi)等方面著手(shou)降低。
因此(ci)，從探頭(tou)設計的角度出發，主要關(guan)注磁心前端氣(qi)隙寬度g、深度ha。
如圖7-71所示，磁(ci)頭式(shi)傳感器(qi)主要(yao)由線圈、兩(liang)片磁(ci)心(xin)主瓣(ban)、兩(liang)片磁(ci)心(xin)旁瓣(ban)組成，前(qian)端縫(feng)隙中墊(dian)入不同厚度的POM塑(su)料片即(ji)可得到不同的氣(qi)隙寬度g，氣(qi)隙深度h。取(qu)決于機(ji)加工主瓣(ban)、旁瓣(ban)尺寸。
如圖7-72所(suo)示，為驗證磁(ci)心前端(duan)氣(qi)隙深度h。對(dui)信(xin)號的(de)(de)影響，制作了ha=0.5mm、1.5mm、2.0mm四種磁(ci)頭式傳感(gan)器，線圈匝數為400。人工(gong)傷的(de)(de)尺寸為（寬）×0.5mm(深）×10.0mm（長）。試驗過(guo)程(cheng)中(zhong)使(shi)用的(de)(de)信(xin)號放大板為10×100倍(bei)，軟件(jian)放大倍(bei)數為500倍(bei)。
所得原(yuan)始信號(hao)經5階 Butterworth 濾波器濾波后，試驗結果如圖(tu)7-73所示，信號(hao)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)與前端氣(qi)(qi)隙(xi)深度h。近似成反比，氣(qi)(qi)隙(xi)深度越小(xiao)，越有利于檢測，然而氣(qi)(qi)隙(xi)深度越小(xiao)，探(tan)(tan)頭(tou)(tou)越不耐磨，因此實(shi)際的探(tan)(tan)頭(tou)(tou)制作中，需要在兩者之間做平(ping)衡取(qu)舍(she)。
如圖7-74所(suo)示(shi)，為驗證磁(ci)心前端氣隙寬度g對信(xin)號的影(ying)響，制作了氣隙深度ha＝1.5mm,g=0.1mm0.2mmn、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm六種磁(ci)頭式傳感器，線圈匝數為400。人(ren)工(gong)傷的尺寸(cun)為0.1mm（寬）)x0.5mm深）x10.0mm（長）。試驗過(guo)程中使用(yong)的信(xin)號放大板為10×100倍(bei)(bei)，軟件放大倍(bei)(bei)數為500倍(bei)(bei)。
試驗結(jie)果如(ru)圖7-75所示，氣(qi)隙(xi)(xi)寬(kuan)度(du)mm時(shi)，信(xin)(xin)號(hao)峰(feng)-峰(feng)值Vpp最大；在(zai)(zai)氣(qi)隙(xi)(xi)寬(kuan)度(du)m時(shi)出(chu)(chu)現(xian)了(le)“檢測(ce)勢井”，當(dang)氣(qi)隙(xi)(xi)寬(kuan)度(du)m時(shi)，信(xin)(xin)號(hao)峰(feng)-峰(feng)值V在(zai)(zai)一定范圍內呈現(xian)出(chu)(chu)增(zeng)長(chang)趨勢。這是由于在(zai)(zai)該(gai)(gai)試驗條件下(xia)，m時(shi)氣(qi)隙(xi)(xi)寬(kuan)度(du)損耗最大，因此無法有效(xiao)檢出(chu)(chu)信(xin)(xin)號(hao)。該(gai)(gai)結(jie)果表明，應用磁(ci)頭式傳(chuan)感器進行(xing)檢測(ce)時(shi)，在(zai)(zai)裂紋漏(lou)磁(ci)信(xin)(xin)號(hao)空間(jian)分布(bu)未知的情況下(xia)，應該(gai)(gai)盡量減小(xiao)前端氣(qi)隙(xi)(xi)寬(kuan)度(du)g，以防止它(ta)與裂紋漏(lou)磁(ci)場空間(jian)分布(bu)出(chu)(chu)現(xian)耦合，形成“檢測(ce)勢井”。
如圖7-76所示，縱向傷(shang)陣列(lie)傳感(gan)器主要由線圈、疊層磁心、隔離片、屏蔽罩組成，探頭單元排成兩列(lie)并沿(yan)排布方向兩兩錯開(kai)一段距離，以消(xiao)除單列(lie)探頭之間的探測(ce)盲區。
三、檢測裝備
整(zheng)套(tao)裝(zhuang)(zhuang)備主要分(fen)(fen)為(wei)檢測(ce)(ce)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)、信號采(cai)集(ji)和處理(li)系統(tong)(tong)、PLC控(kong)制(zhi)系統(tong)(tong)、外(wai)圍供(gong)電供(gong)氣(qi)系統(tong)(tong)、物料傳送(song)以及上下料裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)五部分(fen)(fen)。本節的重點在于檢測(ce)(ce)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)、信號采(cai)集(ji)和處理(li)系統(tong)(tong)以及高速檢測(ce)(ce)工藝。
1. 總體方(fang)案
按(an)照(zhao)功能劃分(fen)，軸(zhou)承套圈(quan)(quan)裂紋(wen)漏磁(ci)(ci)(ci)檢(jian)測(ce)裝備可以分(fen)為預置(zhi)、縱(zong)向(xiang)傷檢(jian)測(ce)、剔(ti)除、退磁(ci)(ci)(ci)四個(ge)主要工(gong)(gong)(gong)位(wei)(wei)。預置(zhi)工(gong)(gong)(gong)位(wei)(wei)為冗余過渡(du)工(gong)(gong)(gong)位(wei)(wei)，當前可作為軸(zhou)承套圈(quan)(quan)檢(jian)測(ce)流(liu)程的過渡(du)工(gong)(gong)(gong)位(wei)(wei)，將來(lai)可為周向(xiang)傷檢(jian)測(ce)裝置(zhi)提供安裝平臺。裝備主體-縱(zong)向(xiang)檢(jian)測(ce)主機主要包括五個(ge)部分(fen)：軸(zhou)承套圈(quan)(quan)驅動裝置(zhi)、磁(ci)(ci)(ci)化裝置(zhi)、陣列探頭組件、信號調理(li)采(cai)集處(chu)理(li)系(xi)統(tong)以及自(zi)動化控制系(xi)統(tong)。
軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)套(tao)圈(quan)驅動裝置(zhi)設計要點：以圓(yuan)錐滾子(zi)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)套(tao)圈(quan)為(wei)研(yan)究對(dui)象，其形狀規(gui)整，為(wei)圓(yuan)環形零件，適(shi)合旋(xuan)轉檢測(ce)(ce)；表(biao)面光潔(jie)，不(bu)需(xu)事(shi)先清潔(jie)處理；為(wei)便于實現工業(ye)自動化，不(bu)同尺寸規(gui)格軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)套(tao)圈(quan)的(de)檢測(ce)(ce)工位(wei)及上下料工位(wei)最好一致。綜合上述分析，采(cai)用軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)套(tao)圈(quan)原地(di)旋(xuan)轉、探頭(tou)貼合檢測(ce)(ce)的(de)方式(shi)。
根據軸承(cheng)套圈(quan)漏磁(ci)檢測的特點，擬訂(ding)軸承(cheng)套圈(quan)高速自動化(hua)漏磁(ci)檢測工(gong)藝(yi)流程，如圖7-77所(suo)示。
軸承套圈裂(lie)紋(wen)漏磁檢測裝備總(zong)體方案(an)如圖7-78所示(shi)。
2. 檢測(ce)系(xi)統
檢測系統(tong)主(zhu)要包(bao)括(kuo)縱向傷檢測裝(zhuang)(zhuang)置、剔除裝(zhuang)(zhuang)置和退磁裝(zhuang)(zhuang)置三部分。
如圖7-79所示，縱向傷(shang)檢測裝(zhuang)置可(ke)劃(hua)分為工(gong)件(jian)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)、規格調整、磁(ci)化、壓(ya)緊、檢測和剔除六大(da)主體(ti)裝(zhuang)置。工(gong)件(jian)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)模(mo)塊的主要部件(jian)為驅(qu)動(dong)(dong)(dong)電動(dong)(dong)(dong)機、驅(qu)動(dong)(dong)(dong)輪(lun)(lun)L、驅(qu)動(dong)(dong)(dong)輪(lun)(lun)R、萬(wan)向滾(gun)珠托架等(deng)。驅(qu)動(dong)(dong)(dong)電動(dong)(dong)(dong)機與齒(chi)輪(lun)(lun)直(zhi)連，經由齒(chi)輪(lun)(lun)組變速(su)、變轉矩(ju)之(zhi)后傳遞給兩個驅(qu)動(dong)(dong)(dong)輪(lun)(lun)，在壓(ya)緊模(mo)塊的配合下，摩擦帶動(dong)(dong)(dong)軸(zhou)承套圈(quan)原(yuan)地旋轉。
規(gui)(gui)格(ge)調(diao)整(zheng)(zheng)裝(zhuang)置主(zhu)要(yao)由手(shou)輪、減速機、梯形絲杠(gang)、梯形螺(luo)母(mu)及壓緊(jin)(jin)軸(zhou)承(cheng)安(an)裝(zhuang)座等構(gou)成(cheng)。如圖7-80所示，由于上下(xia)料機械手(shou)與檢測裝(zhuang)置之間的距(ju)離相對固定，為保(bao)證(zheng)所有規(gui)(gui)格(ge)軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)上下(xia)料工位位置相同，更換軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)時(shi)，需要(yao)調(diao)整(zheng)(zheng)設備狀(zhuang)態。減速機起變速、變向的作用，30°梯形絲杠(gang)螺(luo)母(mu)機構(gou)既可(ke)傳(chuan)動(dong)，也(ye)可(ke)自(zi)鎖，壓緊(jin)(jin)軸(zhou)承(cheng)安(an)裝(zhuang)座上開腰形通孔，可(ke)以調(diao)整(zheng)(zheng)壓緊(jin)(jin)軸(zhou)承(cheng)與上下(xia)料工位之間的距(ju)離，適應軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)規(gui)(gui)格(ge)的變化。
磁(ci)化裝置主要(yao)由磁(ci)化線圈、磁(ci)極、磁(ci)化器固定(ding)架和工(gong)業(ye)風扇(shan)等組成。磁(ci)極可更(geng)換(huan)規格(ge)，以配合軸承(cheng)套圈規格(ge)的(de)變化。工(gong)業(ye)現場常(chang)常(chang)要(yao)求設備具(ju)有連續工(gong)作(zuo)能(neng)力(li)，因此磁(ci)化線圈的(de)散熱(re)問(wen)題(ti)需要(yao)重視，此處采用軸流式(shi)工(gong)業(ye)風扇(shan)散熱(re)。
如圖7-81所示，壓(ya)(ya)(ya)緊裝置(zhi)主要(yao)由壓(ya)(ya)(ya)緊氣缸、壓(ya)(ya)(ya)緊軸(zhou)承(cheng)(cheng)安(an)裝座、萬(wan)向(xiang)滾珠(zhu)托(tuo)(tuo)架和可(ke)擺(bai)動(dong)(dong)式壓(ya)(ya)(ya)緊總成構成。壓(ya)(ya)(ya)緊氣缸在(zai)檢(jian)測過程中(zhong)提供持續的(de)壓(ya)(ya)(ya)緊力，萬(wan)向(xiang)滾珠(zhu)托(tuo)(tuo)舉軸(zhou)承(cheng)(cheng)套圈，減(jian)小其(qi)在(zai)原地(di)旋轉過程中(zhong)的(de)摩擦力，雙驅動(dong)(dong)輪(lun)加(jia)雙壓(ya)(ya)(ya)緊輪(lun)的(de)設計(ji)雖然更加(jia)可(ke)靠，但(dan)是(shi)存(cun)在(zai)過定位的(de)問題，因(yin)此壓(ya)(ya)(ya)緊模塊設計(ji)為可(ke)擺(bai)動(dong)(dong)式。下端面探頭陣列置(zhi)于壓(ya)(ya)(ya)緊輪(lun)之間(jian)，規格調(diao)整(zheng)時跟隨軸(zhou)承(cheng)(cheng)一起移動(dong)(dong)，可(ke)覆(fu)蓋所有系列軸(zhou)承(cheng)(cheng)套圈下端面。
如圖7-82所示，檢測(ce)(ce)裝(zhuang)置(zhi)主要由(you)外(wai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)、內表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)、上(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)、下端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)及(ji)(ji)(ji)其(qi)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)機構組(zu)成。其(qi)中(zhong)，外(wai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)由(you)氣(qi)(qi)缸帶動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，實現(xian)(xian)貼(tie)(tie)(tie)(tie)合及(ji)(ji)(ji)分離(li)工(gong)件(jian)(jian)，連接陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)與氣(qi)(qi)缸的(de)(de)(de)零(ling)件(jian)(jian)可拆卸，方(fang)便(bian)工(gong)件(jian)(jian)規格變化(hua)時更換相應(ying)的(de)(de)(de)外(wai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)；內表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)鉸接于擺(bai)(bai)臂一端(duan)(duan)，擺(bai)(bai)臂由(you)迷你氣(qi)(qi)缸帶動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，實現(xian)(xian)貼(tie)(tie)(tie)(tie)合及(ji)(ji)(ji)分離(li)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)；上(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)鉸接于浮動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)導桿(gan)一端(duan)(duan)，浮動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)導桿(gan)內置(zhi)彈簧(huang)，可以適應(ying)不同軸承套圈(quan)(quan)高(gao)度(du)的(de)(de)(de)變化(hua)并(bing)提供持續的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)緊(jin)力；內表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)與上(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)固定在軸承套圈(quan)(quan)上(shang)方(fang)的(de)(de)(de)鋁(lv)(lv)型(xing)材(cai)(cai)上(shang)，并(bing)且可沿(yan)鋁(lv)(lv)型(xing)材(cai)(cai)調(diao)整(zheng)位(wei)置(zhi)；鋁(lv)(lv)型(xing)材(cai)(cai)由(you)氣(qi)(qi)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)滑臺帶動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，可上(shang)下移動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)。檢測(ce)(ce)前，固定于鋁(lv)(lv)型(xing)材(cai)(cai)上(shang)的(de)(de)(de)內表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)及(ji)(ji)(ji)上(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)處于高(gao)位(wei)，軸承套圈(quan)(quan)上(shang)料到位(wei)后，氣(qi)(qi)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)滑臺動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)，內表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)及(ji)(ji)(ji)上(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)處于低位(wei)，其(qi)中(zhong)上(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)貼(tie)(tie)(tie)(tie)緊(jin)上(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)。隨后，迷你氣(qi)(qi)缸動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)，經由(you)擺(bai)(bai)臂帶動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)內表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)貼(tie)(tie)(tie)(tie)緊(jin)內表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)。下端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)固定于兩壓(ya)(ya)緊(jin)軸承之間，可隨壓(ya)(ya)緊(jin)軸承安裝(zhuang)座(zuo)一起調(diao)整(zheng)，長(chang)度(du)方(fang)向足以覆(fu)蓋該系列(lie)(lie)(lie)(lie)所有軸承套圈(quan)(quan)下端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)，陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)內置(zhi)彈簧(huang)，可實現(xian)(xian)浮動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)壓(ya)(ya)緊(jin)，內置(zhi)緊(jin)定螺釘，用于調(diao)節彈簧(huang)壓(ya)(ya)緊(jin)力。
如圖7-83所示，剔(ti)除(chu)裝(zhuang)置主(zhu)要由(you)剔(ti)除(chu)氣缸(gang)、氣缸(gang)導桿、分料板(ban)(ban)和廢(fei)品收集槽(cao)組成(cheng)。縱向(xiang)缺陷檢測(ce)裝(zhuang)置檢測(ce)完畢后，向(xiang)PLC控(kong)制系統反饋相(xiang)應信息(xi)。若(ruo)軸(zhou)承(cheng)(cheng)套(tao)圈(quan)檢測(ce)為合格(ge)(ge)，則剔(ti)除(chu)氣缸(gang)不動作，機(ji)械手抓(zhua)取(qu)工(gong)件在分料板(ban)(ban)上方停(ting)留(liu)一段時間(jian)之后運(yun)往下一工(gong)位（退磁工(gong)位）；若(ruo)軸(zhou)承(cheng)(cheng)套(tao)圈(quan)檢測(ce)為不合格(ge)(ge)，則剔(ti)除(chu)氣缸(gang)動作，帶動分料板(ban)(ban)上升，機(ji)械手抓(zhua)取(qu)工(gong)件將(jiang)其丟(diu)人到廢(fei)品收集槽(cao)中。
3. 高速自動化檢測(ce)工藝
如圖7-84所示，系(xi)統采用流(liu)水線式工藝流(liu)程，預(yu)置工位、縱向傷檢測工位、剔除工位、退磁(ci)工位依次排開，機械手組件將四個(ge)工位有機聯(lian)系(xi)起來。
四(si)、現(xian)場(chang)應用
上述檢測系(xi)統在現場應用如圖7-85所示。
測(ce)試樣品及(ji)測(ce)試結(jie)果如(ru)圖7-86與圖7-87所示。測(ce)試結(jie)果表明，軸承(cheng)套圈裂紋(wen)漏磁檢測(ce)裝置(zhi)具(ju)有良好的檢測(ce)靈敏度與可靠(kao)性，檢測(ce)效率高。
