在鋼棒(bang)的(de)生產過程中會產生裂(lie)紋、夾雜(za)和分層等(deng)缺陷(xian)而影響鋼棒(bang)質(zhi)量，其中，鋼棒(bang)的(de)表面(mian)縱向裂(lie)紋約占所(suo)有(you)缺陷(xian)的(de)70％。針對(dui)鋼棒(bang)的(de)實際缺陷(xian)類型，一(yi)般采用復(fu)合檢(jian)測(ce)的(de)方法對(dui)其質(zhi)量狀況進行綜合評定，如超聲法主要檢(jian)測(ce)鋼棒(bang)的(de)內部縱向裂(lie)紋、漏(lou)磁(ci)法主要檢(jian)測(ce)鋼棒(bang)的(de)表面(mian)軸向裂(lie)紋。
鋼(gang)(gang)棒(bang)軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋將(jiang)嚴重影(ying)響產品質量，生產過(guo)程中(zhong)有效檢出鋼(gang)(gang)棒(bang)中(zhong)的軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋特別是微(wei)裂(lie)紋尤(you)為必(bi)要。對于表面精拔加工的軸(zhou)承生產用鋼(gang)(gang)棒(bang)，采用交(jiao)流漏磁(ci)檢測能夠有效探測微(wei)小裂(lie)紋。針對鋼(gang)(gang)棒(bang)表面軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋，直流磁(ci)化漏磁(ci)檢測一般難(nan)以(yi)適(shi)用。
這里(li)，介紹一種基于鋼(gang)棒螺旋運(yun)動(dong)、探頭固(gu)定的鋼(gang)棒縱向裂(lie)紋自動(dong)檢測方法與裝置(zhi)。采用C形(xing)局(ju)部交流磁(ci)化(hua)器對鋼(gang)棒進行勵(li)磁(ci)，并采用相應的陣列傳感器來(lai)拾取(qu)裂(lie)紋漏(lou)磁(ci)信號，最后通過計算(suan)機(ji)處理系統(tong)實施定量化(hua)檢測與評(ping)估，獲得(de)穩定的檢測靈敏度，具有廣泛的應用價(jia)值。
一、檢測原理
漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)檢測(ce)方法(fa)分為(wei)直流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)和交流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)，圖7-26所(suo)示為(wei)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)和鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)周向(xiang)直流(liu)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)時磁(ci)(ci)(ci)場(chang)分布對(dui)比。由(you)圖可知，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)易被磁(ci)(ci)(ci)化(hua)至飽和狀(zhuang)態，缺陷漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)比較大(da)；而鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)時，由(you)于(yu)(yu)為(wei)實心，磁(ci)(ci)(ci)力(li)線沒(mei)有環繞(rao)至鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)表(biao)面，而直接穿(chuan)過(guo)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)中心，表(biao)面縱向(xiang)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)幾乎沒(mei)有漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)泄漏(lou)(lou)，為(wei)此，類似鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)軸(zhou)向(xiang)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的直流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)方法(fa)難以在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)上實施。由(you)于(yu)(yu)趨(qu)膚效(xiao)應(ying)，交流(liu)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)集中于(yu)(yu)工件表(biao)面，對(dui)表(biao)面軸(zhou)向(xiang)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的檢測(ce)將更為(wei)敏感(gan)，所(suo)以，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)軸(zhou)向(xiang)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的檢測(ce)宜采用交流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)檢測(ce)方法(fa)。
常用(yong)(yong)的(de)交流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)(qi)有穿過式線(xian)圈磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)(qi)和局部磁(ci)(ci)(ci)軛(e)式磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)(qi)，用(yong)(yong)于縱向裂紋檢(jian)測的(de)僅能采用(yong)(yong)后者。圖7-27所示為采用(yong)(yong)局部磁(ci)(ci)(ci)軛(e)式磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)(qi)的(de)鋼(gang)棒交流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)檢(jian)測原理圖。磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)(qi)由C形(xing)高導磁(ci)(ci)(ci)材(cai)料和勵(li)磁(ci)(ci)(ci)線(xian)圈組成，其中(zhong)勵(li)磁(ci)(ci)(ci)線(xian)圈環(huan)繞制在C形(xing)高導磁(ci)(ci)(ci)材(cai)料上(shang)，勵(li)磁(ci)(ci)(ci)線(xian)圈中(zhong)施加一定頻(pin)率的(de)交流(liu)電流(liu)。檢(jian)測元(yuan)件(jian)與磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)(qi)一起與鋼(gang)棒形(xing)成相對螺旋運(yun)動(dong)，當檢(jian)測元(yuan)件(jian)掃(sao)查至裂紋區域時(shi)可獲得裂紋信號(hao)。
二(er)、整體方案
鋼棒交(jiao)流(liu)漏磁檢測(ce)系統方案如(ru)圖7-28所示。檢測(ce)單元由交(jiao)流(liu)漏磁磁化器和陣列傳感器組成；信(xin)號(hao)(hao)處(chu)理(li)(li)過(guo)程(cheng)中，檢測(ce)中缺陷處(chu)的交(jiao)流(liu)漏磁場(chang)與(yu)交(jiao)流(liu)激勵(li)場(chang)相疊加，為調制信(xin)號(hao)(hao)，因(yin)此(ci)需要對信(xin)號(hao)(hao)進(jin)行(xing)解調處(chu)理(li)(li)，濾除原交(jiao)流(liu)勵(li)磁信(xin)號(hao)(hao)，保留裂紋信(xin)號(hao)(hao)，然(ran)后(hou)再(zai)進(jin)行(xing)放大(da)濾波處(chu)理(li)(li)。
為(wei)實(shi)現鋼棒(bang)縱向裂(lie)紋的(de)全(quan)覆蓋自動(dong)化(hua)(hua)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)探頭需要在(zai)鋼棒(bang)表面形(xing)成(cheng)(cheng)螺旋線掃查(cha)路徑。目(mu)前(qian)，主要有兩種實(shi)現方式：①檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)單元靜止，鋼棒(bang)做螺旋推進(jin)運(yun)動(dong)；②檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)單元旋轉(zhuan)，鋼棒(bang)做直線運(yun)動(dong)。第二種多出現在(zai)進(jin)口(kou)的(de)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)設(she)備中，旋轉(zhuan)機構(gou)包括周向磁化(hua)(hua)器、檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)探靴、集電(dian)環(huan)、初步調(diao)理電(dian)路等(deng)，結構(gou)龐大、價格昂貴。相比(bi)之下(xia)，采用(yong)(yong)第一種運(yun)動(dong)方式可避免主機的(de)回轉(zhuan)運(yun)動(dong)，使系統結構(gou)得到大大簡化(hua)(hua)，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)成(cheng)(cheng)本低(di)。這(zhe)里(li)采用(yong)(yong)基于鋼棒(bang)螺旋推進(jin)的(de)運(yun)動(dong)方式。
三、檢測探(tan)頭(tou)
軸向裂(lie)紋檢測(ce)應(ying)具備兩大要素：一是外加磁場方向應(ying)最大限度地與軸向裂(lie)紋垂(chui)直(zhi)，以激勵出最大強(qiang)度的漏(lou)磁場；二是磁場測(ce)量單(dan)元應(ying)該具有足夠(gou)的靈敏(min)度。
1. 交流(liu)漏磁(ci)磁(ci)化器
鋼棒(bang)直徑越(yue)(yue)小，軸向裂紋的檢測(ce)穩定性越(yue)(yue)難以保證。圖(tu)7-29所示為C形磁化器(qi)檢測(ce)狀態圖(tu)。
該方案有如下(xia)優點(dian)：
a. 經過鋼(gang)棒的(de)有效主磁通更大，并且能保證磁場方向(xiang)同軸向(xiang)裂(lie)紋正交，裂(lie)紋漏磁場更大。
磁(ci)(ci)化器(qi)(qi)所產生的磁(ci)(ci)通(tong)(tong)路徑(jing)有兩(liang)條：一是(shi)經過(guo)鋼棒的主(zhu)磁(ci)(ci)通(tong)(tong)，二是(shi)不經過(guo)鋼棒的漏磁(ci)(ci)Φ通(tong)(tong)，即在磁(ci)(ci)化器(qi)(qi)兩(liang)極之間傳遞(di)的磁(ci)(ci)通(tong)(tong)。故在磁(ci)(ci)路內的總磁(ci)(ci)通(tong)(tong)為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規交流(liu)漏磁(ci)檢測一般使用(yong)U型磁(ci)軛，磁(ci)極平面(mian)(mian)一般與鋼(gang)棒(bang)表(biao)面(mian)(mian)相切。本方案的C形磁(ci)極用(yong)弧面(mian)(mian)與鋼(gang)棒(bang)表(biao)面(mian)(mian)貼合，氣隙漏磁(ci)通量少，有效(xiao)增大進入鋼(gang)棒(bang)的主磁(ci)通量。
b. 對于(yu)小規(gui)格鋼棒，磁(ci)極與(yu)鋼棒表面貼合不(bu)好，會使傳(chuan)感器檢(jian)測(ce)(ce)(ce)區域偏(pian)離磁(ci)化中心區，對信號(hao)產生干(gan)擾。在自動化檢(jian)測(ce)(ce)(ce)中，這種動態(tai)偏(pian)離將引起(qi)較(jiao)大(da)的干(gan)擾，降低檢(jian)測(ce)(ce)(ce)信噪比(bi)和靈敏度(du)。C形(xing)磁(ci)化器及其磁(ci)極實現了(le)較(jiao)好的對中，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)信號(hao)穩定，振動干(gan)擾小。
在檢(jian)測不(bu)同直徑的(de)(de)鋼(gang)棒(bang)時(shi)，鋼(gang)棒(bang)中(zhong)心(xin)高(gao)(gao)會發生變(bian)化，浮動(dong)對中(zhong)機(ji)構可(ke)良好(hao)地實現(xian)探(tan)頭跟蹤，減(jian)少干(gan)擾噪聲(sheng)。利用滑軌滑塊機(ji)構可(ke)實現(xian)檢(jian)測探(tan)頭裝(zhuang)置的(de)(de)整體(ti)上下移動(dong)，以適應(ying)鋼(gang)棒(bang)的(de)(de)中(zhong)心(xin)高(gao)(gao)變(bian)化。氣缸可(ke)使檢(jian)測單元在鋼(gang)棒(bang)螺旋前進(jin)過程(cheng)中(zhong)緊密貼合鋼(gang)棒(bang)，避免提離(li)值的(de)(de)變(bian)化對檢(jian)測信號的(de)(de)影響，如圖7-30所示。
2. 陣(zhen)列傳(chuan)感器
為(wei)提高檢測(ce)速度(du)并(bing)滿足全覆(fu)蓋(gai)(gai)一(yi)致(zhi)性檢測(ce)，傳感(gan)器設(she)計成陣列式，以(yi)增加(jia)探(tan)頭(tou)軸向(xiang)覆(fu)蓋(gai)(gai)范圍，防止缺陷漏檢。鋼(gang)棒螺(luo)旋(xuan)前進(jin)的螺(luo)距一(yi)般(ban)稍(shao)小于(yu)探(tan)頭(tou)軸向(xiang)覆(fu)蓋(gai)(gai)范圍，鋼(gang)棒運(yun)行螺(luo)距越大(da)，系統(tong)檢測(ce)速度(du)越高。
由于檢(jian)測過程中會出現(xian)多種(zhong)機械電(dian)氣干(gan)擾而形成(cheng)背景噪聲，將傳感(gan)器單元設計(ji)為(wei)差(cha)分(fen)式(shi)結構來消除部(bu)分(fen)干(gan)擾信號。如圖7-31所示(shi)，檢(jian)測單元由扁平線圈及聚(ju)磁鐵心組(zu)成(cheng)，虛線框為(wei)一(yi)個差(cha)分(fen)單元。探(tan)頭(tou)耐磨層(ceng)采用(yong)(yong)陶瓷片(pian)，實踐證明(ming)具有(you)很好(hao)的耐磨效果，在具體(ti)應(ying)用(yong)(yong)過程中只(zhi)需(xu)定期更換陶瓷片(pian)，即可延長探(tan)頭(tou)的使用(yong)(yong)壽(shou)命(ming)。
四、現(xian)場應用(yong)
鋼棒(bang)軸(zhou)向裂紋自動檢測裝置(zhi)(zhi)如圖(tu)7-32所(suo)示，系統(tong)由信(xin)號勵磁源、計算機、采集卡、信(xin)號處理(li)電(dian)路、輔機裝置(zhi)(zhi)和檢測單元(yuan)等組成。圖(tu)中所(suo)示裝置(zhi)(zhi)僅用了1個(ge)檢測單元(yuan)，其軸(zhou)向覆(fu)蓋(gai)范圍為50mm，調(diao)節輥道的擺角，使ф24mm鋼棒(bang)行駛螺距小于50mm。當檢測單元(yuan)增(zeng)加到8個(ge)時(shi)，檢測螺距達到500mm，檢測直線速度可提(ti)升到60m／min。
待檢鋼棒如(ru)圖(tu)7-33所示，表面共有四個軸向裂紋(wen)，長均為(wei)40mm，寬均為(wei)0.2mm，裂紋(wen)深依次為(wei)0.30mm、0.15mm、0.25mm和0.30mm。
對鋼(gang)棒表面進行(xing)自動化(hua)檢(jian)測(ce)(ce)，所得信(xin)號如圖7-34所示。由檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號可知，該裝(zhuang)置對表面不同深度的軸向裂紋有穩定可靠的檢(jian)測(ce)(ce)能力(li)，且信(xin)噪比(bi)較好。
交流漏磁(ci)(ci)法對鋼棒表面軸(zhou)向裂紋具(ju)有較(jiao)高的檢(jian)(jian)(jian)測靈敏度(du)(du)。局部磁(ci)(ci)軛(e)磁(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)易(yi)與陣(zhen)(zhen)列傳感(gan)器(qi)(qi)實現一體化(hua)，采用C形局部磁(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)和陣(zhen)(zhen)列傳感(gan)器(qi)(qi)設計(ji)，使得檢(jian)(jian)(jian)測結構更簡單、小型化(hua)，有利于自動化(hua)檢(jian)(jian)(jian)測的實施。該系統裂紋檢(jian)(jian)(jian)測深度(du)(du)最淺可達0.15mm，檢(jian)(jian)(jian)測速度(du)(du)可達60m／min，滿足鋼棒自動化(hua)檢(jian)(jian)(jian)測需求。
