軸承作為重(zhong)要的(de)機械(xie)(xie)基礎件，其質量直接決定著機械(xie)(xie)產品的(de)性(xing)能(neng)以及可靠性(xing)。國家(jia)工信(xin)部規劃司在機械(xie)(xie)領(ling)域“三基”（機械(xie)(xie)基礎件、基礎制造工藝和基礎材料）產業“十二五”發(fa)展(zhan)規劃中明確，指出圍繞重(zhong)大裝(zhuang)備和高(gao)端裝(zhuang)備配套(tao)需求，重(zhong)點(dian)發(fa)展(zhan)高(gao)速(su)、精密、重(zhong)載軸承。
軸承作為(wei)機械(xie)裝(zhuang)置中最(zui)常(chang)用也最(zui)重要(yao)的(de)零(ling)部件之一(yi)，其失效將直接導致設備故(gu)障、生產受阻(zu)甚至是(shi)人(ren)員傷亡。據(ju)統計，在旋轉(zhuan)機械(xie)的(de)現場故(gu)障中，由于軸承套(tao)圈(quan)損傷而引起的(de)故(gu)障大約占30％，其中大約90％的(de)故(gu)障來自軸承套(tao)圈(quan)的(de)裂紋。因此提高軸承套(tao)圈(quan)的(de)裂紋檢測能(neng)力尤為(wei)重要(yao)。
目前(qian)，軸承套圈檢(jian)(jian)測(ce)方法(fa)(fa)(fa)主(zhu)要有磁粉檢(jian)(jian)測(ce)法(fa)(fa)(fa)、超聲檢(jian)(jian)測(ce)法(fa)(fa)(fa)、渦(wo)流檢(jian)(jian)測(ce)法(fa)(fa)(fa)、機器(qi)視覺法(fa)(fa)(fa)、巴克豪森法(fa)(fa)(fa)、聲發(fa)射檢(jian)(jian)測(ce)法(fa)(fa)(fa)等。其(qi)中(zhong)，磁粉檢(jian)(jian)測(ce)法(fa)(fa)(fa)、超聲檢(jian)(jian)測(ce)法(fa)(fa)(fa)、渦(wo)流檢(jian)(jian)測(ce)法(fa)(fa)(fa)使用較(jiao)為普遍(bian)。
磁粉檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)法(fa)檢(jian)(jian)驗靈敏度高，缺陷(xian)顯示直觀(guan)(guan)，不受(shou)工(gong)件大(da)小和(he)形狀的(de)限制，但(dan)是操作(zuo)復雜(za)，生產(chan)率低，且對環境有(you)一(yi)定污(wu)染，磁痕觀(guan)(guan)察需要人工(gong)參與(yu)，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)結果受(shou)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)人員(yuan)主(zhu)觀(guan)(guan)意(yi)識和(he)操作(zuo)經(jing)驗影響，難(nan)以(yi)踐行統(tong)一(yi)的(de)質量標(biao)準；超聲檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)法(fa)在(zai)國(guo)外使(shi)用較為廣泛，歐洲已(yi)頒布相(xiang)應(ying)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)標(biao)準《EN12080：Railway applications - Axleboxes -Rolling bearings》，但(dan)超聲檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)法(fa)由(you)于裂紋(wen)取(qu)向及聲耦合對其影響大(da)，難(nan)以(yi)適應(ying)軸承套圈(quan)形狀，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)精(jing)度不高，需要檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)者有(you)豐(feng)富經(jing)驗，所以(yi)影響了其在(zai)國(guo)內(nei)市場的(de)推廣；渦流檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)法(fa)可實現(xian)非接觸式檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)，但(dan)是受(shou)工(gong)件形狀影響大(da)，且結果多(duo)以(yi)阻(zu)抗(kang)分析(xi)圖的(de)形式展現(xian)，不直觀(guan)(guan)，多(duo)用于軸承圓柱滾子的(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)。
為解決軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)生產中出現的(de)實(shi)際問題(ti)，下面介(jie)紹(shao)一種基于漏磁原理的(de)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)套圈裂紋檢(jian)測(ce)方法與裝置(zhi)，可實(shi)現軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)套圈的(de)自動(dong)化高效檢(jian)測(ce)。
一、檢測原理
軸承套圈作(zuo)為一種精(jing)密零部件，其表面質(zhi)量較高，生產(chan)過(guo)程(cheng)中產(chan)生的裂(lie)紋多呈現出開口窄、長度(du)短、深度(du)淺的特點，屬(shu)于典型的微小(xiao)尺寸裂(lie)紋檢測問(wen)題(ti)。
1. 軸承套圈的材料、結(jie)構、待(dai)檢測部位(wei)及缺陷形式
a. 軸承鋼的主要種類
1）高(gao)碳鉻(ge)軸承鋼(gang)(gang)：年產量約占軸承鋼(gang)(gang)總產量的80％，包(bao)含GCr4、GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo等系列，而其中GCr15 高(gao)碳鉻(ge)軸承鋼(gang)(gang)由德國于1905年研制成(cheng)功(gong)，得到了廣泛(fan)應(ying)用。
2）滲(shen)碳軸承鋼：經滲(shen)碳處理(li)，兼具(ju)表面高硬高耐磨性(xing)及內部韌性(xing)。在(zai)美(mei)國的產量約占(zhan)軸承鋼總產量的30％，在(zai)中國僅(jin)占(zhan)3％左右。
3）中碳軸承鋼：工藝相對簡單，且同樣達到(dao)表面硬化效果，近年來(lai)發(fa)展較快。
4）不(bu)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)(bu)同(tong)(tong)材(cai)質或是相同(tong)(tong)材(cai)質、不(bu)(bu)同(tong)(tong)熱(re)處(chu)理工藝(yi)均會對軸承鋼(gang)的(de)(de)磁(ci)化(hua)特(te)性(xing)產生巨大影響(xiang)，不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)磁(ci)化(hua)特(te)性(xing)對應不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)磁(ci)化(hua)裝(zhuang)置參數，本書使用最為(wei)廣泛的(de)(de)GCr15軸承鋼(gang)作為(wei)研(yan)究對象。
b. 軸(zhou)承(cheng)(cheng)套圈(quan)(quan)(quan)的(de)結(jie)構(gou)(gou)及待(dai)檢測部(bu)位 成(cheng)品(pin)軸(zhou)承(cheng)(cheng)一般由軸(zhou)承(cheng)(cheng)外套圈(quan)(quan)(quan)、軸(zhou)承(cheng)(cheng)內套圈(quan)(quan)(quan)、滾(gun)子(zi)(zi)保(bao)持架、滾(gun)子(zi)(zi)及附(fu)件組(zu)成(cheng)，軸(zhou)承(cheng)(cheng)套圈(quan)(quan)(quan)結(jie)構(gou)(gou)形式較(jiao)為(wei)多樣(yang)，同一套裝備難(nan)以同時滿足所有(you)類型(xing)軸(zhou)承(cheng)(cheng)套圈(quan)(quan)(quan)的(de)檢測需求，研究(jiu)(jiu)其(qi)中使用較(jiao)為(wei)廣泛(fan)的(de)圓錐滾(gun)子(zi)(zi)軸(zhou)承(cheng)(cheng)套圈(quan)(quan)(quan)具有(you)重要(yao)意義，相(xiang)關研究(jiu)(jiu)方法(fa)可(ke)方便(bian)地(di)變通之后(hou)推廣到其(qi)他類型(xing)軸(zhou)承(cheng)(cheng)套圈(quan)(quan)(quan)。
如(ru)圖(tu)7-62所示，圓(yuan)錐滾子軸承(cheng)套圈為旋(xuan)轉對稱零件，外圈可看作由(you)梯形(xing)繞(rao)中心軸旋(xuan)轉360°而成(cheng)，上(shang)下端(duan)面為圓(yuan)環平面，外表(biao)面為圓(yuan)柱面，內(nei)表(biao)面為圓(yuan)錐面；內(nei)圈結構稍顯復雜，上(shang)下端(duan)面為圓(yuan)環平面，外表(biao)面主(zhu)體為圓(yuan)錐面，沿軸向兩端(duan)含工藝槽(cao)及滾子定位(wei)臺階，內(nei)表(biao)面為圓(yuan)柱面。
軸承(cheng)(cheng)外(wai)圈待檢測(ce)面(mian)(mian)(mian)(mian)包含內(nei)圓(yuan)錐(zhui)面(mian)(mian)(mian)(mian)1、外(wai)圓(yuan)柱面(mian)(mian)(mian)(mian)2、下端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)3和上(shang)(shang)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)4。軸承(cheng)(cheng)內(nei)圈待檢測(ce)面(mian)(mian)(mian)(mian)包含外(wai)圓(yuan)錐(zhui)面(mian)(mian)(mian)(mian)1、內(nei)圓(yuan)柱面(mian)(mian)(mian)(mian)2、下端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)3、上(shang)(shang)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)4。
c. 軸承套圈(quan)的裂紋形式及產生原因(yin)
1）材料(liao)裂紋：材料(liao)裂紋產(chan)生的(de)(de)原因主要是(shi)內(nei)部氣泡、嚴重的(de)(de)非金(jin)屬(shu)夾雜等(deng)，沿軋制方向(xiang)呈直線分布，以(yi)表面裂紋或折疊(die)的(de)(de)形式呈現，在內(nei)部走(zou)向(xiang)多指向(xiang)圓心，且折疊(die)裂紋走(zou)向(xiang)與表面近乎平行(xing)，漏(lou)磁場(chang)微弱(ruo)。
2）發(fa)(fa)紋：材料表面或近表面毛發(fa)(fa)狀的細(xi)小(xiao)(xiao)裂紋，由鋼錠皮(pi)下氣泡或夾(jia)雜引(yin)起。外觀細(xi)小(xiao)(xiao)，一般長1～3mm，目檢時不易發(fa)(fa)現。
3）鍛(duan)(duan)造(zao)裂(lie)紋(wen)：包(bao)括(kuo)鍛(duan)(duan)造(zao)折(zhe)疊裂(lie)紋(wen)（切料不齊、毛刺、飛邊以及操(cao)作不當等(deng)原(yuan)因造(zao)成）、過(guo)燒（鍛(duan)(duan)件溫度過(guo)高或(huo)保溫時(shi)(shi)間過(guo)長造(zao)成）、濕裂(lie)（停(ting)鍛(duan)(duan)溫度較高，冷(leng)卻(que)時(shi)(shi)局部或(huo)全部碰到冷(leng)卻(que)水(shui)而(er)急冷(leng)）、內裂(lie)（鍛(duan)(duan)造(zao)時(shi)(shi)加熱(re)速度過(guo)快，表面(mian)升溫高而(er)內部升溫慢(man)引(yin)起，一般出現(xian)在(zai)壁(bi)厚較大處(chu)）。鍛(duan)(duan)造(zao)裂(lie)紋(wen)較粗大，形狀不規則，存在(zai)鍛(duan)(duan)件表面(mian)，磁化時(shi)(shi)漏磁場較弱，磁痕(hen)顯示(shi)不太清晰，剩(sheng)磁法檢(jian)測容易產(chan)生漏檢(jian)。
4）淬火(huo)裂(lie)紋：因(yin)淬火(huo)時產(chan)生的熱應力(li)及組織應力(li)引起，外貌(mao)極不(bu)規則，多在(zai)外徑上(shang)，嚴重時延伸(shen)到端面，一般較深。
5）磨(mo)削(xue)裂紋：磨(mo)削(xue)時冷卻不良，瞬時高溫(wen)引起表(biao)面(mian)應力集中，即會產(chan)生(sheng)磨(mo)削(xue)裂紋，主要(yao)分布在(zai)端面(mian)、擋邊、滾道、內徑(jing)及打(da)字(zi)處，外徑(jing)表(biao)面(mian)較少出現(xian)，呈現(xian)短、淺、細(xi)的特點(dian)，與磨(mo)削(xue)方向(xiang)垂(chui)直或成一定角(jiao)度(du)。
2. 軸承套圈(quan)裂紋漏磁檢測系統(tong)的特點
軸承套圈裂紋漏(lou)磁檢(jian)測(ce)系統的優勢在于：可實現(xian)上下(xia)料、檢(jian)測(ce)、分選、退(tui)磁一體化自動(dong)化，極大地(di)提高了檢(jian)測(ce)效率，降低了工人(ren)的勞動(dong)強度。
然而，在具體的工(gong)程實施中，存在以下要點及難(nan)點：
1）軸(zhou)承套圈尺寸形(xing)狀(zhuang)規(gui)格繁多，如何實(shi)現通(tong)用化檢(jian)測或者實(shi)現一定(ding)范(fan)圍內的通(tong)用化檢(jian)測存在工程(cheng)實(shi)施難(nan)度。
2）隨著軸承套圈加工工藝(yi)的提(ti)(ti)升，軸承套圈表(biao)面加工質量(liang)越(yue)來越(yue)高，生產(chan)過程中產(chan)生的裂紋(wen)(wen)多(duo)呈現出開口窄、深度淺的特點，屬于典型的微小(xiao)尺寸裂紋(wen)(wen)檢測問題，提(ti)(ti)高磁化能力、提(ti)(ti)高傳感(gan)器檢測靈敏度及(ji)空間(jian)分辨(bian)力、提(ti)(ti)高信號處理能力以在(zai)較(jiao)強(qiang)背景(jing)噪(zao)聲中提(ti)(ti)取有效信號是關鍵。
3）軸(zhou)承套(tao)圈(quan)(quan)尤其是軸(zhou)承內圈(quan)(quan)的結(jie)構較為(wei)復雜，需從結(jie)構及布(bu)置方式著手，減小提離值并最大限度地覆蓋待檢測部位。
4）自動化生(sheng)產線(xian)多為流水式(shi)，效(xiao)率高、速度(du)快(kuai)，因此高速檢測工藝應(ying)簡(jian)潔高效(xiao)，且可以順暢地與生(sheng)產線(xian)相(xiang)融合。
3. 軸承套(tao)圈(quan)漏磁檢測(ce)的勵磁方(fang)法與裝置
軸(zhou)承套(tao)圈的(de)磁(ci)化方式直接和漏(lou)磁(ci)場信號強弱(ruo)相關(guan)，其(qi)選擇及設計(ji)非常(chang)重要。常(chang)見的(de)軸(zhou)承套(tao)圈周向磁(ci)化方法(fa)有中心(xin)導(dao)體法(fa)、直接通(tong)電(dian)(dian)法(fa)和繞電(dian)(dian)纜(lan)法(fa)，其(qi)優缺點見表7-5。
對比之(zhi)后(hou)不難看出，上述(shu)方法均不適(shi)用(yong)于自動化(hua)(hua)漏磁(ci)(ci)檢測，為(wei)此，采用(yong)如圖7-63所示(shi)的軸承周向磁(ci)(ci)化(hua)(hua)方法，磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)由U形鐵心纏繞線圈制(zhi)成，可(ke)(ke)(ke)更換的磁(ci)(ci)極(ji)可(ke)(ke)(ke)以滿足(zu)不同規格軸承套圈的磁(ci)(ci)化(hua)(hua)需求。通過ANSYS仿真可(ke)(ke)(ke)以看出，此種磁(ci)(ci)化(hua)(hua)方式在(zai)遠離磁(ci)(ci)極(ji)的位(wei)置可(ke)(ke)(ke)以獲得(de)比較均勻的周向磁(ci)(ci)場，且(qie)該磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)結(jie)(jie)構可(ke)(ke)(ke)以方便地與流水生產線相結(jie)(jie)合，便于實現自動化(hua)(hua)。
選(xuan)用16種軸承(cheng)套圈中橫截面(mian)積最大的27315EK 02軸承(cheng)內圈，為(wei)保證仿真順利進行，此處對仿真裂(lie)紋(wen)(wen)進行了一定的簡化，裂(lie)紋(wen)(wen)尺寸為(wei)0.5mm（寬(kuan)）x0．mm（深(shen)）x3.0mm（長(chang)），x0.2mm上、下(xia)端(duan)面(mian)各(ge)1條(tiao)裂(lie)紋(wen)(wen)，沿軸向內表(biao)面(mian)等間距(ju)均勻分布3條(tiao)裂(lie)紋(wen)(wen)，外表(biao)面(mian)1條(tiao)裂(lie)紋(wen)(wen)。周向磁化器仿真模型如圖7-64所示。
仿真結(jie)果如圖(tu)7-65所示，通過對比可知(zhi)：
1）上端面(mian)和內表面(mian)裂(lie)紋(wen)漏(lou)磁場B，分量圖(tu)像基(ji)本吻(wen)合，表明在該(gai)磁化(hua)方式及磁化(hua)強度(du)下，上端面(mian)與內表面(mian)具有較(jiao)為一致的磁化(hua)效果。
2）沿軸向等(deng)間距(ju)分布的內表面裂(lie)紋(wen)1、2、3漏磁(ci)場(chang)分量圖像基(ji)本吻合，表明在該磁(ci)化(hua)(hua)強度下(xia)，內表面磁(ci)化(hua)(hua)一(yi)致性(xing)較(jiao)好，與(yu)裂(lie)紋(wen)離磁(ci)極(ji)的距(ju)離無(wu)關(guan)。
3）下(xia)端(duan)面裂(lie)紋漏磁(ci)(ci)場B分(fen)量圖(tu)像與外(wai)表(biao)面裂(lie)紋漏磁(ci)(ci)場B,分(fen)量圖(tu)像基本吻(wen)合，但是(shi)相(xiang)比于(yu)上端(duan)面、內表(biao)面強(qiang)度更(geng)小。這是(shi)由(you)于(yu)下(xia)端(duan)面壁厚較大，而外(wai)表(biao)面由(you)于(yu)位于(yu)套(tao)圈外(wai)圍，距離(li)磁(ci)(ci)化場較遠，且(qie)磁(ci)(ci)場向空氣中擴散更(geng)為嚴重(zhong)。
為(wei)了補償壁厚及(ji)套(tao)圈(quan)高度引(yin)起(qi)的(de)(de)磁(ci)化效果不一致(zhi)(zhi)，需要進一步加(jia)強磁(ci)化強度，使(shi)得(de)軸承(cheng)(cheng)(cheng)套(tao)圈(quan)達到過飽和(he)磁(ci)化狀態(tai)。然(ran)而在(zai)實際檢測過程中，使(shi)得(de)軸承(cheng)(cheng)(cheng)套(tao)圈(quan)各個部分均達到飽和(he)磁(ci)化狀態(tai)需要極多(duo)的(de)(de)線圈(quan)匝數(shu)或極大的(de)(de)磁(ci)化電流，對于非(fei)定量軸承(cheng)(cheng)(cheng)套(tao)圈(quan)檢測而言，磁(ci)化的(de)(de)意(yi)義在(zai)于使(shi)得(de)最苛刻指標的(de)(de)缺(que)陷仍可得(de)到較理(li)想的(de)(de)信噪比即可，磁(ci)化效果不一致(zhi)(zhi)引(yin)起(qi)的(de)(de)漏磁(ci)場(chang)信號不一致(zhi)(zhi)可在(zai)軟(ruan)件中予(yu)以(yi)修(xiu)正(zheng)。
如圖7-66所示，以(yi)GCr15（840℃油淬，190℃回火）為例(li)，根(gen)據電磁檢測(ce)原理，將(jiang)工件磁化至飽和或近(jin)飽和狀態時，有利于裂紋漏磁場的(de)形成與(yu)擴散(san)，取(qu)近(jin)飽和區(qu)的(de)H＝14800A／m點，此(ci)時對應的(de)磁感應強度B≈1.125125T。以(yi)16種軸承套圈(quan)中橫截面積最大(da)(533.5n5m㎡)的(de)27315EK 02軸承內圈(quan)為例(li)，大(da)約為4075安(an)匝。由于本(ben)計算模型沒有考(kao)慮泄(xie)漏到空氣中的(de)磁通(tong)、磁滯(zhi)損(sun)耗(hao)、渦(wo)流損(sun)耗(hao)，因此(ci)將(jiang)計算出的(de)結果乘以(yi)安(an)全系(xi)數1.1，磁化器εm=NI=4482安(an)匝。線圈(quan)匝數為600，選(xuan)用φ1.7mm銅線繞制而成，通(tong)入7.5A的(de)電流即可(ke)滿足磁化要求。
根據上述(shu)計算結果，設計得到如圖7-67所示的周向(xiang)勵(li)磁(ci)裝置，磁(ci)極部(bu)分可更換(huan)以適(shi)應不同規格(ge)的軸承(cheng)套(tao)圈，磁(ci)化器封罩用于(yu)保護內部(bu)漆包線，封罩上開(kai)百葉窗(chuang)輔助(zhu)散熱(re)，加裝軸流式風扇(shan)散熱(re)以保證磁(ci)化器可長期工作。
二、檢測探頭
圖7-68所示為(wei)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)磁(ci)(ci)(ci)(ci)軛探頭(tou)，它主要由磁(ci)(ci)(ci)(ci)頭(tou)、永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)鐵S極(ji)(ji)(ji)、永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)鐵N極(ji)(ji)(ji)、橋(qiao)(qiao)接銜鐵及隔片組成，隔片用(yong)于調節磁(ci)(ci)(ci)(ci)極(ji)(ji)(ji)間距。檢測時，“N極(ji)(ji)(ji)→軸(zhou)承(cheng)套圈→S極(ji)(ji)(ji)→橋(qiao)(qiao)接銜鐵”形成磁(ci)(ci)(ci)(ci)回路(lu)，如遇裂(lie)紋(wen)，漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)場將被(bei)磁(ci)(ci)(ci)(ci)頭(tou)捕捉(zhuo)。永(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)鐵尺寸為(wei)4mm×10mm×10mm正對軸(zhou)承(cheng)套圈，為(wei)磁(ci)(ci)(ci)(ci)極(ji)(ji)(ji)面。信號(hao)放(fang)大(da)電路(lu)為(wei)10×100倍兩級(ji)放(fang)大(da)，軟件放(fang)大(da)500倍。
如(ru)圖7-69所示(shi)，檢測對(dui)象(xiang)為GCr15軸承(cheng)套(tao)圈(quan)，大(da)端面刻蝕(shi)有寬0.1mm、深(shen)0.1mm、長10.0mm的人工刻槽(cao)。軸承(cheng)套(tao)圈(quan)表面光滑，無(wu)銹(xiu)蝕(shi)。
不同磁(ci)極(ji)間距檢(jian)測(ce)結(jie)果對比如圖7-70所示。磁(ci)極(ji)間距15mm時(shi)(shi)，可檢(jian)出信(xin)(xin)號，但信(xin)(xin)噪比不高，這是由于磁(ci)極(ji)離(li)磁(ci)心過近(jin)使之飽和(he)的緣故(gu)；磁(ci)極(ji)間距17mm時(shi)(shi)，可檢(jian)出信(xin)(xin)號，且信(xin)(xin)噪比最(zui)佳(jia)；磁(ci)極(ji)間距19mm時(shi)(shi)，不能(neng)檢(jian)出信(xin)(xin)號。永磁(ci)體尺寸換為6mm×10mm×10mn，其中(zhong)6mm×10mm 正對軸承套(tao)圈，為磁(ci)極(ji)面時(shi)(shi)，不能(neng)檢(jian)出信(xin)(xin)號，同理這也是磁(ci)心飽和(he)的緣故(gu)。
通過上述(shu)分(fen)析不難發現，含磁(ci)(ci)(ci)心(xin)線(xian)圈(quan)用于檢測時，需特(te)別注(zhu)意磁(ci)(ci)(ci)心(xin)飽和的問(wen)題，局部磁(ci)(ci)(ci)化(hua)在一定(ding)程度上降低了(le)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)成(cheng)本(ben)和磁(ci)(ci)(ci)化(hua)難度，但是由于磁(ci)(ci)(ci)化(hua)器距離(li)傳(chuan)(chuan)感(gan)器較近，對(dui)傳(chuan)(chuan)感(gan)器的影響(xiang)也較大。
短(duan)路磁(ci)(ci)通損(sun)耗與磁(ci)(ci)心(xin)前端氣隙(xi)寬(kuan)度(du)(du)g、深度(du)(du)h有(you)關(guan)；提(ti)(ti)離損(sun)耗與提(ti)(ti)離值相關(guan)，在實際工(gong)程中體現在探頭(tou)耐磨(mo)層厚度(du)(du)及探頭(tou)機構的設計(ji)；低(di)頻損(sun)耗與裂(lie)紋(wen)漏磁(ci)(ci)信號空間分布相關(guan)，即與裂(lie)紋(wen)尺寸(cun)及磁(ci)(ci)化狀況相關(guan)；氣隙(xi)寬(kuan)度(du)(du)損(sun)耗與氣隙(xi)寬(kuan)度(du)(du)g、裂(lie)紋(wen)漏磁(ci)(ci)信號空間分布相關(guan)；方位角損(sun)耗可歸為提(ti)(ti)離損(sun)耗；磁(ci)(ci)滯損(sun)耗可忽略；渦流損(sun)耗可以從磁(ci)(ci)心(xin)材料、探頭(tou)工(gong)藝等方面著手降低(di)。
因(yin)此，從探頭設計的(de)角度出發(fa)，主要關注磁心前端氣隙寬度g、深(shen)度ha。
如圖7-71所示，磁(ci)(ci)頭式傳(chuan)感器(qi)主要由線圈(quan)、兩片(pian)磁(ci)(ci)心主瓣(ban)(ban)、兩片(pian)磁(ci)(ci)心旁瓣(ban)(ban)組(zu)成，前端(duan)縫隙(xi)中墊(dian)入不同(tong)厚度的POM塑料片(pian)即可(ke)得(de)到不同(tong)的氣隙(xi)寬度g，氣隙(xi)深度h。取決(jue)于機加工(gong)主瓣(ban)(ban)、旁瓣(ban)(ban)尺寸。
如圖7-72所示，為驗(yan)證磁(ci)心前端氣隙深度h。對(dui)信號的影(ying)響，制作了(le)ha=0.5mm、1.5mm、2.0mm四種磁(ci)頭式傳感(gan)器，線圈(quan)匝數為400。人(ren)工傷的尺寸(cun)為（寬）×0.5mm(深）×10.0mm（長）。試驗(yan)過程中使用的信號放大板為10×100倍，軟件(jian)放大倍數為500倍。
所得原始信號(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-峰值與前端氣隙深度(du)h。近似成反比，氣隙深度(du)越小(xiao)(xiao)，越有利(li)于檢測，然而氣隙深度(du)越小(xiao)(xiao)，探頭越不耐磨，因此實際(ji)的探頭制作中(zhong)，需要在兩者之(zhi)間做平衡取舍。
如圖(tu)7-74所示(shi)，為(wei)驗證磁心前端氣(qi)隙(xi)寬(kuan)度(du)g對信號(hao)的影(ying)響，制(zhi)作了氣(qi)隙(xi)深度(du)ha＝1.5mm,g=0.1mm0.2mmn、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm六(liu)種磁頭式傳感器，線圈匝數(shu)為(wei)400。人工傷的尺(chi)寸為(wei)0.1mm（寬(kuan)）)x0.5mm深）x10.0mm（長）。試驗過程中使用的信號(hao)放大板為(wei)10×100倍(bei)，軟件(jian)放大倍(bei)數(shu)為(wei)500倍(bei)。
試(shi)驗結果如(ru)圖(tu)7-75所示，氣(qi)隙(xi)寬(kuan)度(du)(du)mm時(shi)，信(xin)(xin)號(hao)(hao)峰-峰值Vpp最大；在(zai)氣(qi)隙(xi)寬(kuan)度(du)(du)m時(shi)出(chu)現(xian)了“檢測勢(shi)井”，當(dang)氣(qi)隙(xi)寬(kuan)度(du)(du)m時(shi)，信(xin)(xin)號(hao)(hao)峰-峰值V在(zai)一定(ding)范圍內(nei)呈現(xian)出(chu)增長趨勢(shi)。這是由于在(zai)該試(shi)驗條(tiao)件下(xia)(xia)，m時(shi)氣(qi)隙(xi)寬(kuan)度(du)(du)損耗最大，因此無法有(you)效檢出(chu)信(xin)(xin)號(hao)(hao)。該結果表明(ming)，應(ying)用磁(ci)頭式傳感器進行檢測時(shi)，在(zai)裂(lie)紋(wen)漏(lou)磁(ci)信(xin)(xin)號(hao)(hao)空(kong)間(jian)分(fen)布(bu)未(wei)知(zhi)的情(qing)況下(xia)(xia)，應(ying)該盡(jin)量減小前端氣(qi)隙(xi)寬(kuan)度(du)(du)g，以防止它與裂(lie)紋(wen)漏(lou)磁(ci)場(chang)空(kong)間(jian)分(fen)布(bu)出(chu)現(xian)耦合，形成“檢測勢(shi)井”。
如圖7-76所示，縱向傷陣列(lie)傳感器主要由線圈、疊層(ceng)磁(ci)心、隔(ge)離片、屏蔽罩組成(cheng)，探(tan)頭(tou)單元排成(cheng)兩(liang)列(lie)并沿排布方向兩(liang)兩(liang)錯開一段距離，以(yi)消除單列(lie)探(tan)頭(tou)之間的探(tan)測(ce)盲(mang)區(qu)。
三(san)、檢測(ce)裝備
整套裝(zhuang)(zhuang)備主要分(fen)為檢(jian)測(ce)裝(zhuang)(zhuang)置、信號(hao)(hao)采集(ji)和處理(li)(li)系統、PLC控制系統、外圍(wei)供電(dian)供氣系統、物料傳送以(yi)及上(shang)下料裝(zhuang)(zhuang)置五部分(fen)。本(ben)節的重點在(zai)于檢(jian)測(ce)裝(zhuang)(zhuang)置、信號(hao)(hao)采集(ji)和處理(li)(li)系統以(yi)及高速檢(jian)測(ce)工藝。
1. 總(zong)體方案
按照功(gong)能劃分(fen)(fen)，軸承套(tao)圈裂紋漏磁(ci)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)裝備(bei)可(ke)以分(fen)(fen)為預置(zhi)、縱向(xiang)傷檢(jian)(jian)(jian)測(ce)、剔除、退磁(ci)四(si)個(ge)主要工位(wei)(wei)。預置(zhi)工位(wei)(wei)為冗余過渡工位(wei)(wei)，當前可(ke)作為軸承套(tao)圈檢(jian)(jian)(jian)測(ce)流程的(de)過渡工位(wei)(wei)，將來(lai)可(ke)為周(zhou)向(xiang)傷檢(jian)(jian)(jian)測(ce)裝置(zhi)提(ti)供安(an)裝平臺。裝備(bei)主體-縱向(xiang)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)主機(ji)主要包括(kuo)五個(ge)部(bu)分(fen)(fen)：軸承套(tao)圈驅動裝置(zhi)、磁(ci)化(hua)裝置(zhi)、陣列探頭組(zu)件、信號調(diao)理采集處(chu)理系統以及自動化(hua)控(kong)制系統。
軸承套(tao)(tao)圈驅(qu)動(dong)裝置設(she)計要點：以圓(yuan)錐滾子軸承套(tao)(tao)圈為研(yan)究對象，其形狀規整，為圓(yuan)環(huan)形零件，適合旋轉檢(jian)測；表面光潔(jie)，不需事先清潔(jie)處理；為便于實現工業(ye)自(zi)動(dong)化(hua)，不同尺寸規格軸承套(tao)(tao)圈的(de)檢(jian)測工位(wei)及上下料(liao)工位(wei)最好一致。綜(zong)合上述分析，采用軸承套(tao)(tao)圈原地旋轉、探頭(tou)貼合檢(jian)測的(de)方式。
根據(ju)軸(zhou)承套(tao)圈漏磁檢(jian)測(ce)的特點，擬訂軸(zhou)承套(tao)圈高速自(zi)動化漏磁檢(jian)測(ce)工藝流(liu)程，如圖(tu)7-77所示(shi)。
軸承套圈裂紋漏磁檢測裝備總體(ti)方案如圖7-78所示。
2. 檢測系統
檢(jian)(jian)測系統主要(yao)包括縱向(xiang)傷檢(jian)(jian)測裝(zhuang)置(zhi)、剔除裝(zhuang)置(zhi)和退磁裝(zhuang)置(zhi)三部(bu)分。
如圖(tu)7-79所示，縱向傷檢測(ce)(ce)裝置(zhi)可(ke)劃分為(wei)工(gong)件驅(qu)(qu)動、規格(ge)調整、磁(ci)化、壓緊、檢測(ce)(ce)和剔(ti)除六(liu)大主體(ti)裝置(zhi)。工(gong)件驅(qu)(qu)動模塊(kuai)的主要(yao)部件為(wei)驅(qu)(qu)動電動機(ji)(ji)、驅(qu)(qu)動輪L、驅(qu)(qu)動輪R、萬向滾珠托(tuo)架(jia)等。驅(qu)(qu)動電動機(ji)(ji)與齒輪直(zhi)連(lian)，經由齒輪組(zu)變(bian)(bian)速、變(bian)(bian)轉(zhuan)(zhuan)矩之后傳遞給(gei)兩個驅(qu)(qu)動輪，在壓緊模塊(kuai)的配合下，摩擦帶動軸承套圈(quan)原地旋轉(zhuan)(zhuan)。
規(gui)(gui)格調(diao)整裝置主要由手輪、減速(su)機、梯形絲杠、梯形螺母及壓(ya)緊(jin)軸(zhou)承(cheng)安(an)裝座(zuo)等構成。如圖7-80所示，由于上(shang)下(xia)料機械手與(yu)檢測(ce)裝置之(zhi)間(jian)的距離(li)相(xiang)(xiang)對固定(ding)，為保證所有規(gui)(gui)格軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)上(shang)下(xia)料工位(wei)位(wei)置相(xiang)(xiang)同，更換軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)時，需(xu)要調(diao)整設備(bei)狀態。減速(su)機起變(bian)(bian)速(su)、變(bian)(bian)向的作用，30°梯形絲杠螺母機構既可傳動，也可自鎖，壓(ya)緊(jin)軸(zhou)承(cheng)安(an)裝座(zuo)上(shang)開腰形通孔，可以(yi)調(diao)整壓(ya)緊(jin)軸(zhou)承(cheng)與(yu)上(shang)下(xia)料工位(wei)之(zhi)間(jian)的距離(li)，適應軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)規(gui)(gui)格的變(bian)(bian)化。
磁化(hua)(hua)裝置主要由磁化(hua)(hua)線(xian)圈、磁極、磁化(hua)(hua)器固定架和(he)工(gong)業風(feng)扇等組成。磁極可更換規格(ge)，以配(pei)合(he)軸(zhou)承套圈規格(ge)的(de)變化(hua)(hua)。工(gong)業現場常常要求(qiu)設備具有連續工(gong)作能力(li)，因(yin)此磁化(hua)(hua)線(xian)圈的(de)散熱問(wen)題需要重視，此處采用軸(zhou)流式工(gong)業風(feng)扇散熱。
如圖7-81所示，壓(ya)緊(jin)(jin)裝(zhuang)置(zhi)主要由(you)壓(ya)緊(jin)(jin)氣缸(gang)、壓(ya)緊(jin)(jin)軸(zhou)承(cheng)安裝(zhuang)座、萬向(xiang)滾(gun)珠托架和可(ke)(ke)擺(bai)動(dong)式(shi)(shi)壓(ya)緊(jin)(jin)總成構成。壓(ya)緊(jin)(jin)氣缸(gang)在檢測過程中提供持續的(de)壓(ya)緊(jin)(jin)力(li)，萬向(xiang)滾(gun)珠托舉軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈，減小其在原(yuan)地旋轉過程中的(de)摩擦力(li)，雙(shuang)驅動(dong)輪(lun)加(jia)雙(shuang)壓(ya)緊(jin)(jin)輪(lun)的(de)設計雖然更加(jia)可(ke)(ke)靠，但(dan)是存在過定位的(de)問題，因此壓(ya)緊(jin)(jin)模塊設計為(wei)可(ke)(ke)擺(bai)動(dong)式(shi)(shi)。下(xia)端面(mian)探頭(tou)陣列置(zhi)于(yu)壓(ya)緊(jin)(jin)輪(lun)之(zhi)間，規格調(diao)整時(shi)跟隨軸(zhou)承(cheng)一起移動(dong)，可(ke)(ke)覆蓋(gai)所有(you)系列軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈下(xia)端面(mian)。
如(ru)圖7-82所(suo)示，檢(jian)測裝(zhuang)置(zhi)主要(yao)由(you)外(wai)(wai)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、內(nei)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、上(shang)(shang)端(duan)(duan)(duan)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、下端(duan)(duan)(duan)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)及(ji)其動(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)機(ji)構(gou)組(zu)成。其中，外(wai)(wai)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)由(you)氣(qi)缸(gang)帶動(dong)(dong)(dong)(dong)，實現貼(tie)合(he)及(ji)分離工件，連接(jie)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)與(yu)氣(qi)缸(gang)的(de)(de)(de)零件可拆卸，方(fang)便工件規格變化時更換(huan)相應的(de)(de)(de)外(wai)(wai)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)；內(nei)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)鉸接(jie)于(yu)(yu)(yu)擺(bai)臂(bei)一(yi)端(duan)(duan)(duan)，擺(bai)臂(bei)由(you)迷你氣(qi)缸(gang)帶動(dong)(dong)(dong)(dong)，實現貼(tie)合(he)及(ji)分離動(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)；上(shang)(shang)端(duan)(duan)(duan)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)鉸接(jie)于(yu)(yu)(yu)浮動(dong)(dong)(dong)(dong)導桿一(yi)端(duan)(duan)(duan)，浮動(dong)(dong)(dong)(dong)導桿內(nei)置(zhi)彈(dan)簧，可以適應不同軸承套(tao)圈(quan)高度的(de)(de)(de)變化并提供持續的(de)(de)(de)壓(ya)緊(jin)力(li)；內(nei)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)與(yu)上(shang)(shang)端(duan)(duan)(duan)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)固定(ding)(ding)在(zai)軸承套(tao)圈(quan)上(shang)(shang)方(fang)的(de)(de)(de)鋁型材(cai)上(shang)(shang)，并且可沿鋁型材(cai)調整位置(zhi)；鋁型材(cai)由(you)氣(qi)動(dong)(dong)(dong)(dong)滑(hua)臺(tai)帶動(dong)(dong)(dong)(dong)，可上(shang)(shang)下移(yi)動(dong)(dong)(dong)(dong)。檢(jian)測前，固定(ding)(ding)于(yu)(yu)(yu)鋁型材(cai)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)內(nei)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)及(ji)上(shang)(shang)端(duan)(duan)(duan)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)處(chu)于(yu)(yu)(yu)高位，軸承套(tao)圈(quan)上(shang)(shang)料到位后，氣(qi)動(dong)(dong)(dong)(dong)滑(hua)臺(tai)動(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)，內(nei)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)及(ji)上(shang)(shang)端(duan)(duan)(duan)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)處(chu)于(yu)(yu)(yu)低位，其中上(shang)(shang)端(duan)(duan)(duan)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)貼(tie)緊(jin)上(shang)(shang)端(duan)(duan)(duan)面(mian)(mian)。隨(sui)后，迷你氣(qi)缸(gang)動(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)，經由(you)擺(bai)臂(bei)帶動(dong)(dong)(dong)(dong)內(nei)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)貼(tie)緊(jin)內(nei)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)。下端(duan)(duan)(duan)面(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)固定(ding)(ding)于(yu)(yu)(yu)兩壓(ya)緊(jin)軸承之間，可隨(sui)壓(ya)緊(jin)軸承安裝(zhuang)座一(yi)起調整，長度方(fang)向足以覆蓋該系列(lie)(lie)(lie)(lie)所(suo)有軸承套(tao)圈(quan)下端(duan)(duan)(duan)面(mian)(mian)，陣(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)內(nei)置(zhi)彈(dan)簧，可實現浮動(dong)(dong)(dong)(dong)壓(ya)緊(jin)，內(nei)置(zhi)緊(jin)定(ding)(ding)螺(luo)釘，用于(yu)(yu)(yu)調節彈(dan)簧壓(ya)緊(jin)力(li)。
如圖7-83所示，剔(ti)除裝置(zhi)主(zhu)要(yao)由(you)剔(ti)除氣缸(gang)、氣缸(gang)導(dao)桿、分料板(ban)(ban)和廢(fei)品收(shou)集槽組(zu)成。縱向缺陷檢測裝置(zhi)檢測完畢(bi)后，向PLC控制系(xi)統反饋相應信息。若(ruo)(ruo)軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈檢測為(wei)合格，則剔(ti)除氣缸(gang)不動作(zuo)，機(ji)(ji)械(xie)手抓取工(gong)(gong)件在分料板(ban)(ban)上方停留一段時間之后運往下一工(gong)(gong)位（退磁工(gong)(gong)位）；若(ruo)(ruo)軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈檢測為(wei)不合格，則剔(ti)除氣缸(gang)動作(zuo)，帶(dai)動分料板(ban)(ban)上升，機(ji)(ji)械(xie)手抓取工(gong)(gong)件將其丟人到廢(fei)品收(shou)集槽中。
3. 高速自動化檢(jian)測工藝
如圖7-84所示，系統(tong)采用流水(shui)線式工(gong)(gong)藝流程，預置工(gong)(gong)位(wei)(wei)、縱向傷檢測工(gong)(gong)位(wei)(wei)、剔除工(gong)(gong)位(wei)(wei)、退(tui)磁工(gong)(gong)位(wei)(wei)依次排(pai)開(kai)，機械手(shou)組件將四(si)個(ge)工(gong)(gong)位(wei)(wei)有(you)機聯(lian)系起來。
四、現場應(ying)用(yong)
上述檢測系(xi)統在現(xian)場應(ying)用如圖7-85所(suo)示。
測(ce)試樣品及測(ce)試結(jie)果(guo)如(ru)圖(tu)7-86與圖(tu)7-87所示。測(ce)試結(jie)果(guo)表明，軸承套圈裂紋(wen)漏磁檢測(ce)裝置具有良好(hao)的檢測(ce)靈(ling)敏(min)度(du)與可靠性(xing)，檢測(ce)效(xiao)率高。
