軸(zhou)承作為重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)機(ji)械基(ji)礎件，其質量(liang)直接決定著(zhu)機(ji)械產品的(de)性(xing)能以(yi)及可靠性(xing)。國家工信部規劃(hua)司在機(ji)械領域“三基(ji)”（機(ji)械基(ji)礎件、基(ji)礎制(zhi)造工藝和(he)基(ji)礎材(cai)料）產業“十二五”發展(zhan)規劃(hua)中明(ming)確，指出(chu)圍(wei)繞(rao)重(zhong)(zhong)大裝(zhuang)備和(he)高端(duan)裝(zhuang)備配套需求(qiu)，重(zhong)(zhong)點(dian)發展(zhan)高速、精密(mi)、重(zhong)(zhong)載軸(zhou)承。
軸(zhou)(zhou)承作(zuo)為機械裝置(zhi)中最(zui)常用也最(zui)重(zhong)要的(de)(de)零部件之一，其失(shi)效將直接導致設備故(gu)(gu)障、生產受阻甚至(zhi)是人員傷亡。據統計，在旋轉機械的(de)(de)現(xian)場故(gu)(gu)障中，由于軸(zhou)(zhou)承套圈損傷而引起的(de)(de)故(gu)(gu)障大約(yue)(yue)占30％，其中大約(yue)(yue)90％的(de)(de)故(gu)(gu)障來自軸(zhou)(zhou)承套圈的(de)(de)裂紋(wen)。因此提高(gao)軸(zhou)(zhou)承套圈的(de)(de)裂紋(wen)檢(jian)測能(neng)力尤為重(zhong)要。
目前，軸承套(tao)圈檢(jian)(jian)測(ce)(ce)方法(fa)(fa)主要有磁(ci)(ci)粉檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)、超(chao)聲(sheng)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)、渦流檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)、機器視覺法(fa)(fa)、巴克豪(hao)森(sen)法(fa)(fa)、聲(sheng)發射檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)等。其(qi)中，磁(ci)(ci)粉檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)、超(chao)聲(sheng)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)、渦流檢(jian)(jian)測(ce)(ce)法(fa)(fa)使用較為普遍。
磁粉檢(jian)(jian)測法(fa)檢(jian)(jian)驗(yan)靈(ling)敏(min)度高，缺陷(xian)顯(xian)示直(zhi)觀，不受(shou)工件大小和(he)形狀的(de)限制，但是操(cao)作復雜，生產率低，且(qie)對環境有一(yi)定污染(ran)，磁痕觀察(cha)需(xu)要人(ren)工參與(yu)，檢(jian)(jian)測結果(guo)受(shou)檢(jian)(jian)測人(ren)員主觀意識和(he)操(cao)作經驗(yan)影(ying)響，難(nan)以踐行統一(yi)的(de)質量標準；超聲(sheng)檢(jian)(jian)測法(fa)在(zai)(zai)國外使(shi)用(yong)較為廣泛，歐洲已頒布相應(ying)(ying)檢(jian)(jian)測標準《EN12080：Railway applications - Axleboxes -Rolling bearings》，但超聲(sheng)檢(jian)(jian)測法(fa)由于裂紋取向及聲(sheng)耦(ou)合對其影(ying)響大，難(nan)以適應(ying)(ying)軸(zhou)承套圈形狀，檢(jian)(jian)測精度不高，需(xu)要檢(jian)(jian)測者有豐富(fu)經驗(yan)，所以影(ying)響了其在(zai)(zai)國內市場的(de)推(tui)廣；渦流檢(jian)(jian)測法(fa)可實現非接觸式(shi)檢(jian)(jian)測，但是受(shou)工件形狀影(ying)響大，且(qie)結果(guo)多(duo)以阻抗分析圖的(de)形式(shi)展現，不直(zhi)觀，多(duo)用(yong)于軸(zhou)承圓柱滾(gun)子(zi)的(de)檢(jian)(jian)測。
為解決軸承(cheng)生(sheng)產中出現的實際(ji)問題，下(xia)面介紹一種基(ji)于漏磁原理(li)的軸承(cheng)套圈裂紋檢測(ce)方(fang)法與裝置，可實現軸承(cheng)套圈的自動化高效檢測(ce)。
一、檢(jian)測原理(li)
軸承套圈作為一種精密零部件，其表面質量較高(gao)，生產過程中(zhong)產生的裂(lie)紋多(duo)呈(cheng)現出(chu)開(kai)口窄、長度(du)短、深度(du)淺的特點，屬于(yu)典(dian)型的微小尺寸裂(lie)紋檢測問(wen)題。
1. 軸(zhou)承套圈的材料、結構、待檢測(ce)部位及缺陷形式
a. 軸承(cheng)鋼(gang)的(de)主要種類
1）高碳鉻軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)：年產量約(yue)占軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)總產量的80％，包含GCr4、GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo等系列，而其中(zhong)GCr15 高碳鉻軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)由德國于1905年研(yan)制成功，得到了廣泛(fan)應用(yong)。
2）滲碳軸承(cheng)鋼：經滲碳處理，兼具表面高(gao)硬高(gao)耐磨性及(ji)內部韌性。在美國(guo)(guo)的產(chan)量(liang)約占軸承(cheng)鋼總產(chan)量(liang)的30％，在中(zhong)國(guo)(guo)僅占3％左右。
3）中(zhong)碳軸承鋼：工藝相(xiang)對簡單(dan)，且同樣達到(dao)表面硬化(hua)效果，近(jin)年來發展較快(kuai)。
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)同材質或是相同材質、不(bu)同熱處理工藝均會對(dui)軸(zhou)承(cheng)鋼的(de)(de)磁(ci)化特性產(chan)生巨大影(ying)響(xiang)，不(bu)同的(de)(de)磁(ci)化特性對(dui)應(ying)不(bu)同的(de)(de)磁(ci)化裝置參(can)數(shu)，本書使用最(zui)為廣泛的(de)(de)GCr15軸(zhou)承(cheng)鋼作為研(yan)究對(dui)象。
b. 軸(zhou)承套(tao)(tao)圈(quan)的(de)結(jie)構及待(dai)檢(jian)測(ce)部位 成品(pin)軸(zhou)承一般由軸(zhou)承外套(tao)(tao)圈(quan)、軸(zhou)承內套(tao)(tao)圈(quan)、滾子(zi)保(bao)持架、滾子(zi)及附件組成，軸(zhou)承套(tao)(tao)圈(quan)結(jie)構形式較為多樣，同一套(tao)(tao)裝備難以(yi)同時滿足所有類型(xing)軸(zhou)承套(tao)(tao)圈(quan)的(de)檢(jian)測(ce)需求，研(yan)(yan)究(jiu)其(qi)中使用較為廣(guang)泛的(de)圓(yuan)錐(zhui)滾子(zi)軸(zhou)承套(tao)(tao)圈(quan)具有重要(yao)意義(yi)，相關研(yan)(yan)究(jiu)方(fang)法可方(fang)便地變通之后推(tui)廣(guang)到其(qi)他類型(xing)軸(zhou)承套(tao)(tao)圈(quan)。
如圖(tu)7-62所示，圓(yuan)(yuan)(yuan)錐滾子(zi)軸承套(tao)圈為(wei)(wei)旋轉(zhuan)對稱零件，外圈可看作(zuo)由梯形繞(rao)中(zhong)心軸旋轉(zhuan)360°而成，上下(xia)端面(mian)(mian)為(wei)(wei)圓(yuan)(yuan)(yuan)環平面(mian)(mian)，外表面(mian)(mian)為(wei)(wei)圓(yuan)(yuan)(yuan)柱面(mian)(mian)，內表面(mian)(mian)為(wei)(wei)圓(yuan)(yuan)(yuan)錐面(mian)(mian)；內圈結構稍(shao)顯復雜，上下(xia)端面(mian)(mian)為(wei)(wei)圓(yuan)(yuan)(yuan)環平面(mian)(mian)，外表面(mian)(mian)主(zhu)體為(wei)(wei)圓(yuan)(yuan)(yuan)錐面(mian)(mian)，沿軸向兩端含工藝槽及(ji)滾子(zi)定(ding)位臺階，內表面(mian)(mian)為(wei)(wei)圓(yuan)(yuan)(yuan)柱面(mian)(mian)。
軸承外圈待(dai)檢測面(mian)(mian)(mian)包(bao)(bao)含(han)內(nei)圓(yuan)錐(zhui)面(mian)(mian)(mian)1、外圓(yuan)柱面(mian)(mian)(mian)2、下端(duan)面(mian)(mian)(mian)3和上端(duan)面(mian)(mian)(mian)4。軸承內(nei)圈待(dai)檢測面(mian)(mian)(mian)包(bao)(bao)含(han)外圓(yuan)錐(zhui)面(mian)(mian)(mian)1、內(nei)圓(yuan)柱面(mian)(mian)(mian)2、下端(duan)面(mian)(mian)(mian)3、上端(duan)面(mian)(mian)(mian)4。
c. 軸承(cheng)套(tao)圈的裂(lie)紋形式及產生原因(yin)
1）材(cai)料裂(lie)紋：材(cai)料裂(lie)紋產生的(de)(de)原因主要(yao)是內(nei)部氣(qi)泡、嚴重(zhong)的(de)(de)非金屬(shu)夾雜(za)等，沿(yan)軋(ya)制方(fang)向呈(cheng)直線分布，以(yi)表面裂(lie)紋或折疊的(de)(de)形式呈(cheng)現，在內(nei)部走向多指向圓(yuan)心(xin)，且折疊裂(lie)紋走向與(yu)表面近乎平行，漏(lou)磁場微弱。
2）發紋：材(cai)料(liao)表面或近表面毛發狀的(de)細小(xiao)(xiao)裂(lie)紋，由(you)鋼錠皮下氣泡或夾雜引(yin)起。外(wai)觀(guan)細小(xiao)(xiao)，一般長1～3mm，目檢時不易發現。
3）鍛(duan)(duan)造裂紋：包括(kuo)鍛(duan)(duan)造折疊裂紋（切料(liao)不(bu)齊、毛刺、飛邊以及操作不(bu)當等原因(yin)造成）、過燒（鍛(duan)(duan)件溫度過高(gao)或(huo)保溫時間(jian)過長造成）、濕(shi)裂（停鍛(duan)(duan)溫度較(jiao)高(gao)，冷(leng)卻時局部或(huo)全部碰到冷(leng)卻水而急冷(leng)）、內(nei)裂（鍛(duan)(duan)造時加(jia)熱速度過快，表(biao)面(mian)升溫高(gao)而內(nei)部升溫慢引起，一(yi)般出現在壁厚較(jiao)大處）。鍛(duan)(duan)造裂紋較(jiao)粗大，形狀不(bu)規則，存在鍛(duan)(duan)件表(biao)面(mian)，磁(ci)化(hua)時漏磁(ci)場較(jiao)弱，磁(ci)痕顯示不(bu)太清晰，剩磁(ci)法檢測容易產(chan)生漏檢。
4）淬(cui)火裂(lie)紋：因淬(cui)火時產生的(de)熱應力及組(zu)織應力引起，外貌極不規則，多在外徑上，嚴(yan)重時延(yan)伸到端面，一(yi)般較深。
5）磨(mo)削(xue)裂紋：磨(mo)削(xue)時冷卻不(bu)良，瞬(shun)時高(gao)溫引起表面應力集中，即會(hui)產生磨(mo)削(xue)裂紋，主要分布在端(duan)面、擋邊(bian)、滾道(dao)、內徑及(ji)打字處，外徑表面較少出現，呈現短、淺、細的特點，與磨(mo)削(xue)方向垂直(zhi)或成(cheng)一定角度。
2. 軸承套圈裂紋漏(lou)磁(ci)檢測系(xi)統的特點
軸承套圈裂紋漏磁檢(jian)測系統的優勢在于：可(ke)實現上下料、檢(jian)測、分選、退磁一體(ti)化(hua)自動化(hua)，極大地提高(gao)了(le)檢(jian)測效率(lv)，降低了(le)工(gong)人的勞動強度。
然而，在(zai)具(ju)體的(de)工(gong)程實施(shi)中，存(cun)在(zai)以下要點及(ji)難點：
1）軸承套圈尺寸形(xing)狀規格(ge)繁多，如何(he)實現通(tong)用(yong)化檢(jian)測或者實現一定范圍內的通(tong)用(yong)化檢(jian)測存在工(gong)程(cheng)實施難度。
2）隨著軸承套圈加工工藝(yi)的(de)提(ti)升，軸承套圈表(biao)面加工質量越來越高，生產過程(cheng)中產生的(de)裂紋多呈現出(chu)開口窄、深度(du)淺的(de)特點，屬于典型(xing)的(de)微小尺(chi)寸(cun)裂紋檢(jian)測問題(ti)，提(ti)高磁化能(neng)力、提(ti)高傳感器檢(jian)測靈敏度(du)及空間分辨力、提(ti)高信(xin)號處理能(neng)力以在較(jiao)強背景(jing)噪聲(sheng)中提(ti)取有(you)效信(xin)號是關鍵。
3）軸承套(tao)圈尤其是軸承內圈的(de)結構較為復雜(za)，需(xu)從結構及布(bu)置(zhi)方式著手，減小提離(li)值并最大限度地覆蓋待(dai)檢測部(bu)位。
4）自動化生(sheng)(sheng)產線(xian)多為流水式，效率高(gao)、速度快，因(yin)此高(gao)速檢測工藝應簡潔高(gao)效，且可以(yi)順暢地與生(sheng)(sheng)產線(xian)相融合。
3. 軸承套圈(quan)漏磁(ci)檢測的(de)勵磁(ci)方法與裝(zhuang)置
軸承套(tao)圈(quan)的(de)磁化方式直(zhi)接和(he)漏磁場信號強弱相(xiang)關，其選(xuan)擇及設計非(fei)常(chang)(chang)重要。常(chang)(chang)見(jian)的(de)軸承套(tao)圈(quan)周向磁化方法有中心導體法、直(zhi)接通電(dian)(dian)法和(he)繞電(dian)(dian)纜法，其優缺點見(jian)表7-5。
對比之后不難看出，上述方(fang)法均(jun)不適用(yong)于(yu)自動(dong)化(hua)漏磁(ci)檢測，為此(ci)，采用(yong)如圖(tu)7-63所(suo)示的軸承周向(xiang)磁(ci)化(hua)方(fang)法，磁(ci)化(hua)器由U形鐵心(xin)纏繞線圈制成(cheng)，可(ke)更換的磁(ci)極可(ke)以滿足不同規(gui)格軸承套(tao)圈的磁(ci)化(hua)需求。通(tong)過ANSYS仿真可(ke)以看出，此(ci)種(zhong)磁(ci)化(hua)方(fang)式在遠(yuan)離磁(ci)極的位置可(ke)以獲得比較(jiao)均(jun)勻的周向(xiang)磁(ci)場，且(qie)該磁(ci)化(hua)器結構可(ke)以方(fang)便地與流水生產線相(xiang)結合，便于(yu)實現(xian)自動(dong)化(hua)。
選用16種軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)中橫截面積最大(da)的27315EK 02軸(zhou)承(cheng)內圈(quan)，為(wei)保證仿真(zhen)順(shun)利進(jin)行，此處對仿真(zhen)裂紋(wen)(wen)進(jin)行了一定的簡化(hua)，裂紋(wen)(wen)尺寸為(wei)0.5mm（寬）x0．mm（深）x3.0mm（長），x0.2mm上、下端面各1條裂紋(wen)(wen)，沿軸(zhou)向(xiang)內表(biao)面等(deng)間距均勻(yun)分布3條裂紋(wen)(wen)，外表(biao)面1條裂紋(wen)(wen)。周向(xiang)磁化(hua)器仿真(zhen)模型如圖7-64所示。
仿真結果如圖7-65所示，通過(guo)對(dui)比可知(zhi)：
1）上端(duan)面和內表(biao)面裂紋(wen)漏(lou)磁(ci)(ci)場(chang)B，分量圖像(xiang)基本吻合，表(biao)明在(zai)該磁(ci)(ci)化(hua)方(fang)式及磁(ci)(ci)化(hua)強(qiang)度下，上端(duan)面與內表(biao)面具有(you)較為一致(zhi)的磁(ci)(ci)化(hua)效果。
2）沿軸(zhou)向等間距(ju)(ju)分(fen)布的(de)內(nei)表面裂紋(wen)1、2、3漏磁(ci)場分(fen)量圖像基(ji)本吻合，表明在該(gai)磁(ci)化(hua)強度下(xia)，內(nei)表面磁(ci)化(hua)一致性較(jiao)好(hao)，與裂紋(wen)離磁(ci)極的(de)距(ju)(ju)離無關。
3）下端(duan)面裂紋漏磁場B分(fen)量圖(tu)像與外(wai)表面裂紋漏磁場B,分(fen)量圖(tu)像基本吻合(he)，但(dan)是(shi)(shi)相比于上端(duan)面、內表面強度更小(xiao)。這是(shi)(shi)由于下端(duan)面壁厚較(jiao)大，而外(wai)表面由于位于套圈外(wai)圍(wei)，距離磁化場較(jiao)遠，且(qie)磁場向空氣中擴散更為嚴重。
為了補償壁厚及套圈高度(du)引起的(de)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)效果不(bu)(bu)一(yi)致(zhi)，需要(yao)進一(yi)步加強磁(ci)(ci)(ci)化(hua)強度(du)，使得(de)軸承(cheng)套圈達到(dao)過飽和磁(ci)(ci)(ci)化(hua)狀(zhuang)態。然而在(zai)實際(ji)檢測過程中(zhong)，使得(de)軸承(cheng)套圈各個部分均達到(dao)飽和磁(ci)(ci)(ci)化(hua)狀(zhuang)態需要(yao)極多的(de)線圈匝數或極大(da)的(de)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)電流，對于(yu)非定量軸承(cheng)套圈檢測而言，磁(ci)(ci)(ci)化(hua)的(de)意(yi)義在(zai)于(yu)使得(de)最苛(ke)刻指標的(de)缺陷仍可得(de)到(dao)較理想的(de)信(xin)噪比即可，磁(ci)(ci)(ci)化(hua)效果不(bu)(bu)一(yi)致(zhi)引起的(de)漏磁(ci)(ci)(ci)場(chang)信(xin)號不(bu)(bu)一(yi)致(zhi)可在(zai)軟件中(zhong)予以修(xiu)正。
如圖7-66所示，以(yi)GCr15（840℃油淬(cui)，190℃回火）為(wei)例(li)，根據(ju)電磁檢測原理(li)，將工件(jian)磁化至飽和或近(jin)飽和狀態時(shi)，有(you)(you)利于(yu)裂紋漏磁場的(de)(de)形(xing)成與(yu)擴散，取近(jin)飽和區(qu)的(de)(de)H＝14800A／m點(dian)，此時(shi)對應的(de)(de)磁感(gan)應強(qiang)度B≈1.125125T。以(yi)16種軸承(cheng)套圈(quan)中(zhong)橫截面積最(zui)大(533.5n5m㎡)的(de)(de)27315EK 02軸承(cheng)內(nei)圈(quan)為(wei)例(li)，大約為(wei)4075安(an)匝(za)。由于(yu)本計(ji)算(suan)模型沒有(you)(you)考慮泄漏到空氣中(zhong)的(de)(de)磁通、磁滯損(sun)耗、渦流(liu)損(sun)耗，因此將計(ji)算(suan)出的(de)(de)結果(guo)乘以(yi)安(an)全系數1.1，磁化器εm=NI=4482安(an)匝(za)。線圈(quan)匝(za)數為(wei)600，選用φ1.7mm銅線繞制而成，通入7.5A的(de)(de)電流(liu)即可滿足(zu)磁化要求。
根據(ju)上述計(ji)算結果(guo)，設(she)計(ji)得到如圖7-67所示的周向勵磁(ci)裝置，磁(ci)極部分可(ke)更換以適應不同規格(ge)的軸(zhou)承套圈，磁(ci)化器封罩用(yong)于保(bao)護內(nei)部漆包(bao)線，封罩上開(kai)百葉窗輔助散熱(re)，加裝軸(zhou)流式風扇散熱(re)以保(bao)證(zheng)磁(ci)化器可(ke)長期工作。
二、檢測探(tan)頭
圖7-68所示為永磁(ci)(ci)(ci)磁(ci)(ci)(ci)軛探(tan)頭(tou)，它主要由磁(ci)(ci)(ci)頭(tou)、永磁(ci)(ci)(ci)鐵(tie)(tie)S極、永磁(ci)(ci)(ci)鐵(tie)(tie)N極、橋接(jie)銜(xian)鐵(tie)(tie)及隔(ge)(ge)片組成(cheng)(cheng)，隔(ge)(ge)片用于(yu)調節(jie)磁(ci)(ci)(ci)極間距。檢測時，“N極→軸承套圈(quan)→S極→橋接(jie)銜(xian)鐵(tie)(tie)”形成(cheng)(cheng)磁(ci)(ci)(ci)回路，如遇裂(lie)紋，漏磁(ci)(ci)(ci)場將被磁(ci)(ci)(ci)頭(tou)捕捉(zhuo)。永磁(ci)(ci)(ci)鐵(tie)(tie)尺寸為4mm×10mm×10mm正對軸承套圈(quan)，為磁(ci)(ci)(ci)極面。信號(hao)放大電路為10×100倍兩級放大，軟件放大500倍。
如圖7-69所示，檢測對(dui)象為GCr15軸承(cheng)套(tao)(tao)圈，大端面(mian)刻(ke)蝕有寬0.1mm、深0.1mm、長10.0mm的人工刻(ke)槽(cao)。軸承(cheng)套(tao)(tao)圈表面(mian)光(guang)滑(hua)，無(wu)銹蝕。
不(bu)同磁極(ji)間距檢(jian)測結果對(dui)比(bi)(bi)如圖7-70所示。磁極(ji)間距15mm時(shi)，可(ke)檢(jian)出信(xin)(xin)(xin)號(hao)，但信(xin)(xin)(xin)噪比(bi)(bi)不(bu)高，這是由(you)于磁極(ji)離(li)磁心過(guo)近(jin)使之飽和的(de)緣故(gu)；磁極(ji)間距17mm時(shi)，可(ke)檢(jian)出信(xin)(xin)(xin)號(hao)，且信(xin)(xin)(xin)噪比(bi)(bi)最(zui)佳；磁極(ji)間距19mm時(shi)，不(bu)能檢(jian)出信(xin)(xin)(xin)號(hao)。永磁體尺寸換為6mm×10mm×10mn，其中6mm×10mm 正對(dui)軸承(cheng)套圈，為磁極(ji)面時(shi)，不(bu)能檢(jian)出信(xin)(xin)(xin)號(hao)，同理這也是磁心飽和的(de)緣故(gu)。
通(tong)過(guo)上述分析(xi)不難發現，含磁(ci)心線圈用于檢測時，需特別(bie)注意磁(ci)心飽和的(de)問題，局部磁(ci)化(hua)在一定程(cheng)度上降低(di)了(le)磁(ci)化(hua)成本和磁(ci)化(hua)難度，但是由于磁(ci)化(hua)器距離(li)傳(chuan)感(gan)器較(jiao)近(jin)，對傳(chuan)感(gan)器的(de)影響也較(jiao)大。
短路磁(ci)通(tong)損(sun)耗(hao)與(yu)(yu)磁(ci)心(xin)前端氣(qi)隙(xi)寬(kuan)(kuan)度(du)g、深(shen)度(du)h有關(guan)(guan)；提(ti)(ti)離(li)損(sun)耗(hao)與(yu)(yu)提(ti)(ti)離(li)值相(xiang)關(guan)(guan)，在實際工程(cheng)中體現在探頭(tou)耐磨層(ceng)厚(hou)度(du)及(ji)探頭(tou)機構的設計(ji)；低頻損(sun)耗(hao)與(yu)(yu)裂(lie)紋(wen)漏(lou)磁(ci)信(xin)號(hao)空間分布相(xiang)關(guan)(guan)，即與(yu)(yu)裂(lie)紋(wen)尺寸及(ji)磁(ci)化(hua)狀況相(xiang)關(guan)(guan)；氣(qi)隙(xi)寬(kuan)(kuan)度(du)損(sun)耗(hao)與(yu)(yu)氣(qi)隙(xi)寬(kuan)(kuan)度(du)g、裂(lie)紋(wen)漏(lou)磁(ci)信(xin)號(hao)空間分布相(xiang)關(guan)(guan)；方(fang)位角損(sun)耗(hao)可歸為提(ti)(ti)離(li)損(sun)耗(hao)；磁(ci)滯損(sun)耗(hao)可忽略；渦流損(sun)耗(hao)可以從磁(ci)心(xin)材料、探頭(tou)工藝(yi)等方(fang)面著手降低。
因此(ci)，從探(tan)頭(tou)設計的角度(du)出發，主要關注磁心(xin)前端氣隙寬(kuan)度(du)g、深度(du)ha。
如圖7-71所示，磁頭式傳感器(qi)主(zhu)要由線圈、兩片磁心主(zhu)瓣(ban)、兩片磁心旁瓣(ban)組成(cheng)，前端(duan)縫隙(xi)中墊入(ru)不同厚度的(de)POM塑料(liao)片即可(ke)得到不同的(de)氣隙(xi)寬度g，氣隙(xi)深(shen)度h。取決于機加工(gong)主(zhu)瓣(ban)、旁瓣(ban)尺寸。
如圖7-72所示，為驗(yan)證磁心前(qian)端(duan)氣隙深度h。對信號的(de)(de)影(ying)響，制作(zuo)了ha=0.5mm、1.5mm、2.0mm四(si)種磁頭式傳感器，線圈匝數(shu)為400。人工傷(shang)的(de)(de)尺寸為（寬）×0.5mm(深）×10.0mm（長(chang)）。試驗(yan)過(guo)程中使(shi)用(yong)的(de)(de)信號放大板(ban)為10×100倍，軟件放大倍數(shu)為500倍。
所得(de)原始(shi)信(xin)號經5階(jie) Butterworth 濾波器(qi)濾波后，試驗結果如圖7-73所示，信(xin)號峰-峰值與前端(duan)氣隙深度h。近似成反比(bi)，氣隙深度越(yue)小，越(yue)有利(li)于檢測，然而氣隙深度越(yue)小，探頭越(yue)不耐磨，因此實際的(de)探頭制作中，需要在兩者之(zhi)間做平衡取(qu)舍。
如圖7-74所(suo)示(shi)，為(wei)驗證磁心前端氣隙(xi)寬度(du)g對信(xin)號(hao)的(de)影響，制作了氣隙(xi)深度(du)ha＝1.5mm,g=0.1mm0.2mmn、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm六種(zhong)磁頭式傳感器，線(xian)圈匝數為(wei)400。人工(gong)傷的(de)尺寸為(wei)0.1mm（寬）)x0.5mm深）x10.0mm（長）。試驗過(guo)程中(zhong)使用的(de)信(xin)號(hao)放大板(ban)為(wei)10×100倍(bei)，軟件放大倍(bei)數為(wei)500倍(bei)。
試驗結果(guo)如圖7-75所示，氣(qi)(qi)隙寬(kuan)度mm時，信號(hao)(hao)峰(feng)-峰(feng)值Vpp最大；在(zai)氣(qi)(qi)隙寬(kuan)度m時出(chu)(chu)現(xian)了“檢測(ce)(ce)勢井”，當氣(qi)(qi)隙寬(kuan)度m時，信號(hao)(hao)峰(feng)-峰(feng)值V在(zai)一定范(fan)圍內(nei)呈現(xian)出(chu)(chu)增長趨(qu)勢。這是由于在(zai)該(gai)試驗條件下(xia)，m時氣(qi)(qi)隙寬(kuan)度損耗最大，因(yin)此無法(fa)有(you)效檢出(chu)(chu)信號(hao)(hao)。該(gai)結果(guo)表(biao)明，應用磁頭式傳(chuan)感器進(jin)行(xing)檢測(ce)(ce)時，在(zai)裂(lie)紋(wen)漏磁信號(hao)(hao)空間(jian)分(fen)布未知的情況下(xia)，應該(gai)盡量減小前(qian)端氣(qi)(qi)隙寬(kuan)度g，以防(fang)止它與裂(lie)紋(wen)漏磁場空間(jian)分(fen)布出(chu)(chu)現(xian)耦(ou)合，形(xing)成(cheng)“檢測(ce)(ce)勢井”。
如(ru)圖7-76所示，縱(zong)向(xiang)傷陣列(lie)傳感器主要由線圈(quan)、疊層磁(ci)心、隔離片、屏蔽罩組成(cheng)，探(tan)頭單元排(pai)成(cheng)兩(liang)列(lie)并沿排(pai)布方向(xiang)兩(liang)兩(liang)錯開一段距離，以消除單列(lie)探(tan)頭之(zhi)間的探(tan)測盲區(qu)。
三、檢測(ce)裝備
整套裝(zhuang)備(bei)主要(yao)分為(wei)檢(jian)測裝(zhuang)置、信(xin)號采集和處理系統(tong)、PLC控制系統(tong)、外圍供(gong)電供(gong)氣系統(tong)、物料傳送以(yi)及上下料裝(zhuang)置五(wu)部分。本節的(de)重(zhong)點在于檢(jian)測裝(zhuang)置、信(xin)號采集和處理系統(tong)以(yi)及高速(su)檢(jian)測工藝。
1. 總體方案
按(an)照功能劃(hua)分(fen)，軸(zhou)(zhou)承套(tao)圈(quan)(quan)裂紋(wen)漏磁檢測(ce)(ce)(ce)(ce)裝(zhuang)(zhuang)備可以分(fen)為(wei)(wei)(wei)預置(zhi)(zhi)(zhi)、縱向(xiang)傷(shang)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)、剔除(chu)、退磁四個(ge)主(zhu)要(yao)工(gong)位(wei)。預置(zhi)(zhi)(zhi)工(gong)位(wei)為(wei)(wei)(wei)冗余過渡(du)工(gong)位(wei)，當(dang)前(qian)可作為(wei)(wei)(wei)軸(zhou)(zhou)承套(tao)圈(quan)(quan)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)流程的過渡(du)工(gong)位(wei)，將來可為(wei)(wei)(wei)周(zhou)向(xiang)傷(shang)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)(zhi)提供安(an)裝(zhuang)(zhuang)平臺。裝(zhuang)(zhuang)備主(zhu)體-縱向(xiang)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)主(zhu)機主(zhu)要(yao)包括五個(ge)部(bu)分(fen)：軸(zhou)(zhou)承套(tao)圈(quan)(quan)驅(qu)動裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)(zhi)、磁化(hua)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)(zhi)、陣列探(tan)頭組件(jian)、信號(hao)調理采集處理系統以及自(zi)動化(hua)控制系統。
軸(zhou)承套圈驅動(dong)裝置設(she)計要點：以圓(yuan)錐(zhui)滾子軸(zhou)承套圈為研究對象，其形(xing)(xing)狀規(gui)(gui)整，為圓(yuan)環(huan)形(xing)(xing)零件，適合旋轉檢(jian)測；表面光潔(jie)，不需事先清(qing)潔(jie)處理；為便于實現工業自動(dong)化(hua)，不同尺寸規(gui)(gui)格軸(zhou)承套圈的(de)檢(jian)測工位及上下(xia)料工位最好一致。綜合上述分析，采用軸(zhou)承套圈原地旋轉、探頭貼合檢(jian)測的(de)方式。
根(gen)據軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)漏磁(ci)檢測的特點(dian)，擬訂軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)高速自動化漏磁(ci)檢測工藝流程(cheng)，如圖(tu)7-77所示。
軸(zhou)承套圈裂紋(wen)漏(lou)磁檢(jian)測裝備總體(ti)方案如圖7-78所(suo)示。
2. 檢(jian)測系統
檢(jian)測(ce)系(xi)統(tong)主要包括(kuo)縱(zong)向傷(shang)檢(jian)測(ce)裝置、剔除裝置和(he)退磁裝置三部(bu)分。
如圖7-79所示，縱(zong)向(xiang)傷檢測裝置可劃分(fen)為(wei)(wei)工件驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)、規格調整、磁化、壓(ya)緊、檢測和剔除六大主體裝置。工件驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)模(mo)塊的主要(yao)部件為(wei)(wei)驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)電動(dong)(dong)機、驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)輪(lun)L、驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)輪(lun)R、萬向(xiang)滾珠托架等(deng)。驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)電動(dong)(dong)機與齒(chi)輪(lun)直連，經由齒(chi)輪(lun)組變(bian)速、變(bian)轉矩之后傳(chuan)遞給兩個驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)輪(lun)，在壓(ya)緊模(mo)塊的配合下，摩擦(ca)帶動(dong)(dong)軸承套圈原地旋(xuan)轉。
規(gui)格調(diao)整(zheng)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)主(zhu)要由手輪、減速機、梯(ti)(ti)形(xing)絲(si)(si)杠、梯(ti)(ti)形(xing)螺(luo)母及壓(ya)(ya)緊軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)安(an)裝(zhuang)座(zuo)等(deng)構成。如圖7-80所示，由于上(shang)(shang)(shang)下料機械(xie)手與檢測裝(zhuang)置(zhi)(zhi)之間的(de)(de)距離相對(dui)固定，為保證所有規(gui)格軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)上(shang)(shang)(shang)下料工位(wei)(wei)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)相同，更(geng)換軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)時(shi)，需要調(diao)整(zheng)設備(bei)狀態。減速機起變速、變向的(de)(de)作用，30°梯(ti)(ti)形(xing)絲(si)(si)杠螺(luo)母機構既可傳動，也可自鎖，壓(ya)(ya)緊軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)安(an)裝(zhuang)座(zuo)上(shang)(shang)(shang)開(kai)腰形(xing)通(tong)孔，可以(yi)調(diao)整(zheng)壓(ya)(ya)緊軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)與上(shang)(shang)(shang)下料工位(wei)(wei)之間的(de)(de)距離，適應軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)規(gui)格的(de)(de)變化。
磁(ci)(ci)化(hua)(hua)裝置(zhi)主要由磁(ci)(ci)化(hua)(hua)線圈、磁(ci)(ci)極、磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器固定架和工(gong)業風扇等組成。磁(ci)(ci)極可(ke)更換規(gui)格(ge)，以配合軸(zhou)承(cheng)套圈規(gui)格(ge)的變(bian)化(hua)(hua)。工(gong)業現場常(chang)常(chang)要求設備具(ju)有連續工(gong)作能力，因此磁(ci)(ci)化(hua)(hua)線圈的散熱(re)問題需要重視，此處(chu)采用軸(zhou)流(liu)式工(gong)業風扇散熱(re)。
如圖7-81所(suo)示，壓緊(jin)裝置主要由壓緊(jin)氣缸、壓緊(jin)軸承安裝座、萬向滾(gun)珠(zhu)托架(jia)和(he)可擺(bai)動式壓緊(jin)總成構成。壓緊(jin)氣缸在檢測過程中提供(gong)持續的(de)壓緊(jin)力(li)，萬向滾(gun)珠(zhu)托舉軸承套(tao)圈，減小(xiao)其在原地旋轉過程中的(de)摩擦力(li)，雙(shuang)驅(qu)動輪(lun)(lun)加(jia)(jia)雙(shuang)壓緊(jin)輪(lun)(lun)的(de)設(she)計(ji)雖然更(geng)加(jia)(jia)可靠，但是存在過定位的(de)問題，因(yin)此壓緊(jin)模塊設(she)計(ji)為可擺(bai)動式。下端面探頭陣列(lie)置于(yu)壓緊(jin)輪(lun)(lun)之間(jian)，規格調整時(shi)跟隨軸承一(yi)起(qi)移動，可覆蓋(gai)所(suo)有系列(lie)軸承套(tao)圈下端面。
如圖7-82所示，檢(jian)測(ce)裝置(zhi)主要由外(wai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)、內(nei)(nei)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)、上(shang)(shang)(shang)(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)、下(xia)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)及(ji)其(qi)動(dong)(dong)作(zuo)機構組成。其(qi)中，外(wai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)由氣(qi)缸帶(dai)動(dong)(dong)，實現貼合(he)(he)及(ji)分(fen)離工件，連(lian)接陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)與(yu)氣(qi)缸的零件可拆卸，方(fang)便工件規格變化時更換相應(ying)(ying)的外(wai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)；內(nei)(nei)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)鉸接于擺臂一(yi)端(duan)(duan)，擺臂由迷(mi)你氣(qi)缸帶(dai)動(dong)(dong)，實現貼合(he)(he)及(ji)分(fen)離動(dong)(dong)作(zuo)；上(shang)(shang)(shang)(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)鉸接于浮動(dong)(dong)導桿一(yi)端(duan)(duan)，浮動(dong)(dong)導桿內(nei)(nei)置(zhi)彈簧(huang)(huang)，可以適應(ying)(ying)不同軸承(cheng)套(tao)圈(quan)(quan)高度(du)的變化并(bing)提供持續的壓(ya)緊(jin)(jin)力；內(nei)(nei)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)與(yu)上(shang)(shang)(shang)(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)固(gu)定在軸承(cheng)套(tao)圈(quan)(quan)上(shang)(shang)(shang)(shang)方(fang)的鋁(lv)型(xing)材(cai)上(shang)(shang)(shang)(shang)，并(bing)且可沿鋁(lv)型(xing)材(cai)調整(zheng)位(wei)置(zhi)；鋁(lv)型(xing)材(cai)由氣(qi)動(dong)(dong)滑臺(tai)帶(dai)動(dong)(dong)，可上(shang)(shang)(shang)(shang)下(xia)移(yi)動(dong)(dong)。檢(jian)測(ce)前(qian)，固(gu)定于鋁(lv)型(xing)材(cai)上(shang)(shang)(shang)(shang)的內(nei)(nei)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)及(ji)上(shang)(shang)(shang)(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)處于高位(wei)，軸承(cheng)套(tao)圈(quan)(quan)上(shang)(shang)(shang)(shang)料到位(wei)后，氣(qi)動(dong)(dong)滑臺(tai)動(dong)(dong)作(zuo)，內(nei)(nei)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)及(ji)上(shang)(shang)(shang)(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)處于低(di)位(wei)，其(qi)中上(shang)(shang)(shang)(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)貼緊(jin)(jin)上(shang)(shang)(shang)(shang)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)。隨(sui)后，迷(mi)你氣(qi)缸動(dong)(dong)作(zuo)，經(jing)由擺臂帶(dai)動(dong)(dong)內(nei)(nei)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)貼緊(jin)(jin)內(nei)(nei)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)。下(xia)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)固(gu)定于兩壓(ya)緊(jin)(jin)軸承(cheng)之間，可隨(sui)壓(ya)緊(jin)(jin)軸承(cheng)安裝座一(yi)起(qi)調整(zheng)，長(chang)度(du)方(fang)向(xiang)足以覆(fu)蓋該系列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)所有軸承(cheng)套(tao)圈(quan)(quan)下(xia)端(duan)(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)，陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)內(nei)(nei)置(zhi)彈簧(huang)(huang)，可實現浮動(dong)(dong)壓(ya)緊(jin)(jin)，內(nei)(nei)置(zhi)緊(jin)(jin)定螺(luo)釘，用于調節彈簧(huang)(huang)壓(ya)緊(jin)(jin)力。
如圖7-83所示(shi)，剔除裝置(zhi)主要由剔除氣(qi)缸、氣(qi)缸導桿、分(fen)料板(ban)和廢(fei)品(pin)收集槽(cao)組成。縱向(xiang)缺(que)陷檢測(ce)裝置(zhi)檢測(ce)完畢后(hou)，向(xiang)PLC控制系(xi)統反饋相應信息。若軸承套圈檢測(ce)為(wei)合格(ge)，則(ze)剔除氣(qi)缸不動作，機(ji)(ji)械(xie)手抓(zhua)取(qu)工件在分(fen)料板(ban)上方停(ting)留一(yi)段時間之(zhi)后(hou)運往下一(yi)工位（退磁工位）；若軸承套圈檢測(ce)為(wei)不合格(ge)，則(ze)剔除氣(qi)缸動作，帶動分(fen)料板(ban)上升，機(ji)(ji)械(xie)手抓(zhua)取(qu)工件將其丟人到廢(fei)品(pin)收集槽(cao)中。
3. 高速自動化檢測工藝(yi)
如圖(tu)7-84所示，系統采用流(liu)水線式工藝流(liu)程，預置工位、縱向傷檢測工位、剔除工位、退磁(ci)工位依次排(pai)開，機械(xie)手組件將四(si)個工位有機聯(lian)系起來。
四、現場應用
上述(shu)檢測系(xi)統(tong)在現場(chang)應用如圖7-85所(suo)示(shi)。
測(ce)試(shi)樣品及測(ce)試(shi)結(jie)果如圖7-86與(yu)圖7-87所(suo)示。測(ce)試(shi)結(jie)果表明，軸承套圈裂紋(wen)漏磁檢(jian)測(ce)裝置具有良好(hao)的檢(jian)測(ce)靈敏度(du)與(yu)可靠(kao)性(xing)，檢(jian)測(ce)效(xiao)率(lv)高(gao)。
