軸承(cheng)作為(wei)重要的機(ji)械基礎件，其質量直接(jie)決定著機(ji)械產(chan)品的性(xing)能(neng)以及可靠性(xing)。國家工信部(bu)規(gui)劃司在機(ji)械領域“三基”（機(ji)械基礎件、基礎制造(zao)工藝和基礎材料）產(chan)業“十二五”發(fa)展(zhan)規(gui)劃中(zhong)明確，指出圍繞重大裝備和高端裝備配套需求，重點發(fa)展(zhan)高速、精密、重載軸承(cheng)。
軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)作為(wei)機械(xie)(xie)裝置中最(zui)常用也(ye)最(zui)重要的(de)零部件之一，其(qi)失效將直接導致(zhi)設備故障、生(sheng)產受阻甚至(zhi)是人員傷亡。據(ju)統計，在(zai)旋轉機械(xie)(xie)的(de)現場故障中，由于(yu)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)套圈損(sun)傷而引起的(de)故障大約(yue)占30％，其(qi)中大約(yue)90％的(de)故障來自軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)套圈的(de)裂紋。因此(ci)提高軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)套圈的(de)裂紋檢測能(neng)力(li)尤為(wei)重要。
目前，軸承套圈檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)方法主要有磁粉檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)法、超聲檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)法、渦流檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)法、機器視覺法、巴克豪森法、聲發射檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)法等。其(qi)中，磁粉檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)法、超聲檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)法、渦流檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)法使用較(jiao)為普遍。
磁(ci)粉檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)法(fa)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)驗靈敏(min)度高(gao)，缺陷(xian)顯示直觀(guan)(guan)，不受工件大小和(he)形狀的(de)限制，但(dan)(dan)是操(cao)作(zuo)復雜，生(sheng)產率低，且對(dui)環(huan)境有一定污染，磁(ci)痕觀(guan)(guan)察需要人(ren)工參與，檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)結果(guo)受檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)人(ren)員主觀(guan)(guan)意(yi)識和(he)操(cao)作(zuo)經驗影響(xiang)，難以(yi)踐行統一的(de)質量標(biao)準；超聲(sheng)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)法(fa)在(zai)(zai)國外使用(yong)較為廣(guang)泛，歐洲已(yi)頒布相應(ying)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)標(biao)準《EN12080：Railway applications - Axleboxes -Rolling bearings》，但(dan)(dan)超聲(sheng)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)法(fa)由于裂紋(wen)取向及聲(sheng)耦合對(dui)其(qi)影響(xiang)大，難以(yi)適(shi)應(ying)軸承套圈形狀，檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)精(jing)度不高(gao)，需要檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)者有豐富經驗，所(suo)以(yi)影響(xiang)了(le)其(qi)在(zai)(zai)國內市場的(de)推(tui)廣(guang)；渦流檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)法(fa)可(ke)實(shi)現(xian)非接觸式檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)，但(dan)(dan)是受工件形狀影響(xiang)大，且結果(guo)多以(yi)阻抗分析圖(tu)的(de)形式展現(xian)，不直觀(guan)(guan)，多用(yong)于軸承圓柱滾(gun)子的(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)。
為解決軸承生產(chan)中(zhong)出(chu)現(xian)的實際(ji)問題(ti)，下面(mian)介紹(shao)一種(zhong)基于漏磁原(yuan)理的軸承套圈(quan)裂紋(wen)檢(jian)測方法與(yu)裝置，可實現(xian)軸承套圈(quan)的自(zi)動(dong)化(hua)高(gao)效檢(jian)測。
一、檢測原理
軸承套(tao)圈(quan)作為一種精密零(ling)部件，其表面質量較(jiao)高，生產(chan)(chan)過程中產(chan)(chan)生的(de)裂紋多呈(cheng)現出開口窄、長度短(duan)、深度淺(qian)的(de)特點，屬(shu)于典型的(de)微小尺寸裂紋檢測(ce)問題。
1. 軸承套圈的(de)材(cai)料(liao)、結構、待檢測部(bu)位及(ji)缺陷形式
a. 軸承鋼的主要種類
1）高(gao)碳(tan)鉻軸承(cheng)鋼：年(nian)產(chan)量(liang)約占軸承(cheng)鋼總產(chan)量(liang)的80％，包(bao)含GCr4、GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo等系列，而其中GCr15 高(gao)碳(tan)鉻軸承(cheng)鋼由德國(guo)于(yu)1905年(nian)研制成功，得到了廣泛(fan)應用(yong)。
2）滲(shen)碳軸承鋼(gang)：經滲(shen)碳處理，兼(jian)具表面高(gao)硬高(gao)耐磨(mo)性及內部(bu)韌性。在(zai)美(mei)國的(de)產(chan)量(liang)(liang)約(yue)占(zhan)軸承鋼(gang)總(zong)產(chan)量(liang)(liang)的(de)30％，在(zai)中國僅占(zhan)3％左右。
3）中碳軸承(cheng)鋼：工(gong)藝(yi)相(xiang)對簡單(dan)，且同樣達到表面硬化(hua)效果，近年來發展較快。
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(cai)(cai)質(zhi)或是相同(tong)材(cai)(cai)質(zhi)、不(bu)同(tong)熱(re)處理工藝均會對(dui)軸承(cheng)鋼的(de)磁化特性產生巨大(da)影響，不(bu)同(tong)的(de)磁化特性對(dui)應(ying)不(bu)同(tong)的(de)磁化裝置參(can)數，本書使用最為(wei)廣泛的(de)GCr15軸承(cheng)鋼作為(wei)研究對(dui)象。
b. 軸(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)套(tao)(tao)圈(quan)(quan)的(de)結構(gou)及(ji)待檢(jian)測部位 成(cheng)品軸(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)一般(ban)由軸(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)外(wai)套(tao)(tao)圈(quan)(quan)、軸(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)內套(tao)(tao)圈(quan)(quan)、滾(gun)子保持架、滾(gun)子及(ji)附件組成(cheng)，軸(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)套(tao)(tao)圈(quan)(quan)結構(gou)形(xing)式較為多樣，同一套(tao)(tao)裝備難以同時滿足所有類(lei)型(xing)軸(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)套(tao)(tao)圈(quan)(quan)的(de)檢(jian)測需求，研究其中使用(yong)較為廣(guang)泛(fan)的(de)圓(yuan)錐滾(gun)子軸(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)套(tao)(tao)圈(quan)(quan)具有重要意義，相關(guan)研究方法可方便地變通之后(hou)推廣(guang)到其他類(lei)型(xing)軸(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)套(tao)(tao)圈(quan)(quan)。
如圖(tu)7-62所示(shi)，圓(yuan)(yuan)錐滾子軸(zhou)承(cheng)套圈(quan)為(wei)旋轉對(dui)稱零件，外(wai)圈(quan)可看作由梯形繞中心軸(zhou)旋轉360°而成(cheng)，上(shang)下(xia)端面(mian)(mian)(mian)為(wei)圓(yuan)(yuan)環(huan)平面(mian)(mian)(mian)，外(wai)表面(mian)(mian)(mian)為(wei)圓(yuan)(yuan)柱面(mian)(mian)(mian)，內表面(mian)(mian)(mian)為(wei)圓(yuan)(yuan)錐面(mian)(mian)(mian)；內圈(quan)結構稍顯復雜(za)，上(shang)下(xia)端面(mian)(mian)(mian)為(wei)圓(yuan)(yuan)環(huan)平面(mian)(mian)(mian)，外(wai)表面(mian)(mian)(mian)主(zhu)體(ti)為(wei)圓(yuan)(yuan)錐面(mian)(mian)(mian)，沿軸(zhou)向兩端含工藝槽及滾子定位臺(tai)階，內表面(mian)(mian)(mian)為(wei)圓(yuan)(yuan)柱面(mian)(mian)(mian)。
軸承外(wai)(wai)圈(quan)待檢測(ce)面(mian)(mian)(mian)包含(han)內(nei)(nei)圓(yuan)錐面(mian)(mian)(mian)1、外(wai)(wai)圓(yuan)柱面(mian)(mian)(mian)2、下端面(mian)(mian)(mian)3和上端面(mian)(mian)(mian)4。軸承內(nei)(nei)圈(quan)待檢測(ce)面(mian)(mian)(mian)包含(han)外(wai)(wai)圓(yuan)錐面(mian)(mian)(mian)1、內(nei)(nei)圓(yuan)柱面(mian)(mian)(mian)2、下端面(mian)(mian)(mian)3、上端面(mian)(mian)(mian)4。
c. 軸承套圈(quan)的裂紋形式(shi)及產生原因
1）材(cai)料裂(lie)(lie)紋：材(cai)料裂(lie)(lie)紋產生的原因主要(yao)是內(nei)部氣(qi)泡、嚴重的非金(jin)屬夾雜等，沿軋制方向(xiang)呈直線分布，以(yi)表面(mian)裂(lie)(lie)紋或折疊的形式呈現(xian)，在內(nei)部走(zou)(zou)向(xiang)多指向(xiang)圓心，且折疊裂(lie)(lie)紋走(zou)(zou)向(xiang)與(yu)表面(mian)近乎平行，漏磁場微(wei)弱(ruo)。
2）發(fa)紋：材料表面(mian)或近表面(mian)毛(mao)發(fa)狀的細小裂紋，由鋼錠(ding)皮下(xia)氣泡(pao)或夾雜(za)引起。外觀細小，一般長1～3mm，目檢時不易發(fa)現(xian)。
3）鍛(duan)(duan)造(zao)(zao)裂(lie)紋：包括鍛(duan)(duan)造(zao)(zao)折疊裂(lie)紋（切料不(bu)(bu)(bu)齊(qi)、毛刺、飛邊以及操作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當等原因造(zao)(zao)成(cheng)）、過燒（鍛(duan)(duan)件溫(wen)度過高(gao)或(huo)保溫(wen)時間過長造(zao)(zao)成(cheng)）、濕(shi)裂(lie)（停鍛(duan)(duan)溫(wen)度較高(gao)，冷卻時局部(bu)(bu)或(huo)全部(bu)(bu)碰到冷卻水而(er)急冷）、內(nei)裂(lie)（鍛(duan)(duan)造(zao)(zao)時加熱(re)速度過快(kuai)，表面升(sheng)溫(wen)高(gao)而(er)內(nei)部(bu)(bu)升(sheng)溫(wen)慢引起，一(yi)般出現在(zai)壁厚較大(da)(da)處）。鍛(duan)(duan)造(zao)(zao)裂(lie)紋較粗大(da)(da)，形狀(zhuang)不(bu)(bu)(bu)規(gui)則，存(cun)在(zai)鍛(duan)(duan)件表面，磁(ci)化時漏(lou)磁(ci)場較弱(ruo)，磁(ci)痕顯示不(bu)(bu)(bu)太(tai)清晰，剩磁(ci)法檢測容易產生漏(lou)檢。
4）淬(cui)火裂紋：因(yin)淬(cui)火時產生的熱應力及組織應力引(yin)起(qi)，外貌極不規則，多在外徑上，嚴重時延伸到端面，一般較深。
5）磨(mo)削(xue)(xue)裂紋(wen)：磨(mo)削(xue)(xue)時冷卻不良，瞬時高溫引起表面應(ying)力集中，即會產(chan)生(sheng)磨(mo)削(xue)(xue)裂紋(wen)，主要分布在端面、擋邊、滾(gun)道、內(nei)徑(jing)及打字處，外徑(jing)表面較少出現(xian)，呈現(xian)短、淺、細(xi)的特點，與磨(mo)削(xue)(xue)方向(xiang)垂(chui)直(zhi)或成一(yi)定(ding)角度。
2. 軸承套圈裂紋漏(lou)磁檢測系(xi)統(tong)的(de)特點
軸承套(tao)圈裂紋漏磁檢(jian)測系統的優(you)勢在于：可實(shi)現上下料(liao)、檢(jian)測、分選、退(tui)磁一體化(hua)自動(dong)化(hua)，極大地提高了(le)檢(jian)測效(xiao)率(lv)，降低(di)了(le)工(gong)人的勞動(dong)強度。
然而(er)，在具(ju)體的工程實施中，存在以(yi)下要(yao)點及難點：
1）軸承套圈尺寸形狀規(gui)格繁多(duo)，如何實(shi)現通用(yong)化檢測或者實(shi)現一定范圍(wei)內的(de)通用(yong)化檢測存在(zai)工程(cheng)實(shi)施難度。
2）隨著軸承套圈加工工藝的提(ti)(ti)升，軸承套圈表(biao)面加工質量(liang)越(yue)來越(yue)高(gao)，生(sheng)產(chan)過程(cheng)中(zhong)產(chan)生(sheng)的裂紋多呈現出開口窄、深度淺(qian)的特點，屬于(yu)典型的微小(xiao)尺寸裂紋檢測(ce)問題，提(ti)(ti)高(gao)磁化(hua)能力、提(ti)(ti)高(gao)傳(chuan)感器(qi)檢測(ce)靈(ling)敏(min)度及空間分(fen)辨(bian)力、提(ti)(ti)高(gao)信(xin)號處理能力以在較強(qiang)背景(jing)噪聲中(zhong)提(ti)(ti)取有效信(xin)號是關鍵。
3）軸承套圈(quan)尤其是軸承內圈(quan)的結構較為復(fu)雜，需從(cong)結構及布置方式著手，減小提離值并最大限(xian)度地覆蓋待檢測部位。
4）自(zi)動化生產(chan)線多為(wei)流水(shui)式，效率高、速度快(kuai)，因此高速檢測工藝應(ying)簡潔高效，且(qie)可以(yi)順暢地與生產(chan)線相(xiang)融合。
3. 軸承(cheng)套圈漏磁(ci)檢測(ce)的勵磁(ci)方法與裝置
軸(zhou)(zhou)承套(tao)圈(quan)(quan)的磁(ci)化(hua)方式直(zhi)接和漏磁(ci)場信號強弱(ruo)相關，其選擇及(ji)設計非常重要。常見(jian)的軸(zhou)(zhou)承套(tao)圈(quan)(quan)周向磁(ci)化(hua)方法(fa)有中心導體法(fa)、直(zhi)接通電法(fa)和繞電纜法(fa)，其優缺(que)點見(jian)表7-5。
對比之后不(bu)難(nan)看(kan)出，上述方(fang)(fang)法均不(bu)適(shi)用于(yu)自動化(hua)(hua)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢測，為此，采(cai)用如圖7-63所示的(de)軸承(cheng)周向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)方(fang)(fang)法，磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器由U形鐵心纏(chan)繞線圈(quan)制成，可更(geng)換的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)極可以滿足不(bu)同規格(ge)軸承(cheng)套圈(quan)的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)需求。通過ANSYS仿真(zhen)可以看(kan)出，此種磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)方(fang)(fang)式在(zai)遠離磁(ci)(ci)(ci)(ci)極的(de)位置可以獲得比較均勻的(de)周向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場，且該磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器結(jie)構可以方(fang)(fang)便(bian)(bian)地與流水生產線相結(jie)合，便(bian)(bian)于(yu)實現自動化(hua)(hua)。
選用16種軸承套圈(quan)中橫截面(mian)積最大的27315EK 02軸承內圈(quan)，為保(bao)證仿(fang)真順(shun)利(li)進行(xing)，此處對仿(fang)真裂(lie)紋進行(xing)了一定的簡化，裂(lie)紋尺寸為0.5mm（寬）x0．mm（深(shen)）x3.0mm（長），x0.2mm上、下端面(mian)各1條裂(lie)紋，沿軸向內表(biao)面(mian)等間距均(jun)勻分(fen)布3條裂(lie)紋，外(wai)表(biao)面(mian)1條裂(lie)紋。周向磁化器仿(fang)真模(mo)型如(ru)圖7-64所示。
仿真結果(guo)如(ru)圖(tu)7-65所示，通過對比可知：
1）上端面和內表面裂紋(wen)漏磁場(chang)B，分量圖像基本吻合，表明在該磁化方(fang)式(shi)及磁化強度(du)下，上端面與內表面具有較為一(yi)致(zhi)的磁化效果(guo)。
2）沿(yan)軸向等間距分(fen)布(bu)的內(nei)表(biao)面裂紋1、2、3漏磁(ci)場分(fen)量圖(tu)像基本(ben)吻(wen)合，表(biao)明在該磁(ci)化(hua)強度(du)下，內(nei)表(biao)面磁(ci)化(hua)一致性較好，與(yu)裂紋離磁(ci)極的距離無關。
3）下端(duan)(duan)面(mian)(mian)裂(lie)紋漏磁場(chang)(chang)B分量圖(tu)(tu)像與外表(biao)面(mian)(mian)裂(lie)紋漏磁場(chang)(chang)B,分量圖(tu)(tu)像基本吻合，但是(shi)相比于上端(duan)(duan)面(mian)(mian)、內表(biao)面(mian)(mian)強(qiang)度更(geng)小。這(zhe)是(shi)由(you)于下端(duan)(duan)面(mian)(mian)壁(bi)厚較大，而外表(biao)面(mian)(mian)由(you)于位于套圈外圍，距離磁化場(chang)(chang)較遠，且磁場(chang)(chang)向空氣中擴散更(geng)為嚴(yan)重。
為(wei)了補償壁厚及套(tao)(tao)圈(quan)高度(du)(du)引起的(de)磁(ci)化效果不(bu)一(yi)致(zhi)(zhi)，需要(yao)進一(yi)步加強(qiang)磁(ci)化強(qiang)度(du)(du)，使(shi)得軸(zhou)承(cheng)套(tao)(tao)圈(quan)達到過飽(bao)和磁(ci)化狀(zhuang)態(tai)。然而(er)在(zai)實(shi)際檢測過程(cheng)中(zhong)(zhong)，使(shi)得軸(zhou)承(cheng)套(tao)(tao)圈(quan)各個部(bu)分均達到飽(bao)和磁(ci)化狀(zhuang)態(tai)需要(yao)極多的(de)線(xian)圈(quan)匝數或極大的(de)磁(ci)化電流(liu)，對于非(fei)定量軸(zhou)承(cheng)套(tao)(tao)圈(quan)檢測而(er)言，磁(ci)化的(de)意義在(zai)于使(shi)得最(zui)苛刻指標的(de)缺陷仍可(ke)得到較理想的(de)信噪比即可(ke)，磁(ci)化效果不(bu)一(yi)致(zhi)(zhi)引起的(de)漏磁(ci)場信號不(bu)一(yi)致(zhi)(zhi)可(ke)在(zai)軟件中(zhong)(zhong)予以(yi)修(xiu)正。
如圖7-66所示，以GCr15（840℃油淬，190℃回火）為例，根據電磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢測原理，將(jiang)工(gong)件磁(ci)(ci)(ci)(ci)化至(zhi)飽和或近飽和狀(zhuang)態時(shi)，有(you)利于裂紋漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)的(de)形(xing)成與(yu)擴散(san)，取近飽和區的(de)H＝14800A／m點，此(ci)時(shi)對應的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)感應強(qiang)度B≈1.125125T。以16種軸(zhou)承套圈(quan)(quan)中(zhong)橫截面(mian)積最大(533.5n5m㎡)的(de)27315EK 02軸(zhou)承內圈(quan)(quan)為例，大約為4075安匝(za)。由于本計(ji)算(suan)(suan)模型沒有(you)考(kao)慮泄漏到(dao)空(kong)氣中(zhong)的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)通、磁(ci)(ci)(ci)(ci)滯損耗、渦流損耗，因此(ci)將(jiang)計(ji)算(suan)(suan)出(chu)的(de)結果(guo)乘以安全系數1.1，磁(ci)(ci)(ci)(ci)化器εm=NI=4482安匝(za)。線圈(quan)(quan)匝(za)數為600，選用φ1.7mm銅線繞制而(er)成，通入7.5A的(de)電流即可滿足(zu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化要求。
根(gen)據上述計算(suan)結果，設(she)計得到如圖7-67所示的(de)周向勵磁(ci)裝置，磁(ci)極(ji)部分可(ke)更換以(yi)適應(ying)不同規(gui)格的(de)軸承套圈(quan)，磁(ci)化器封罩用于保護內部漆包線(xian)，封罩上開百(bai)葉窗(chuang)輔助散熱(re)(re)，加裝軸流式風扇散熱(re)(re)以(yi)保證磁(ci)化器可(ke)長期工(gong)作(zuo)。
二、檢(jian)測探頭
圖7-68所示為永(yong)磁(ci)(ci)磁(ci)(ci)軛探頭，它主要由(you)磁(ci)(ci)頭、永(yong)磁(ci)(ci)鐵S極(ji)、永(yong)磁(ci)(ci)鐵N極(ji)、橋接銜鐵及隔片組成(cheng)，隔片用于調節磁(ci)(ci)極(ji)間距。檢測(ce)時，“N極(ji)→軸承(cheng)套圈→S極(ji)→橋接銜鐵”形(xing)成(cheng)磁(ci)(ci)回路(lu)，如遇裂紋(wen)，漏(lou)磁(ci)(ci)場將被磁(ci)(ci)頭捕捉。永(yong)磁(ci)(ci)鐵尺寸為4mm×10mm×10mm正對(dui)軸承(cheng)套圈，為磁(ci)(ci)極(ji)面(mian)。信(xin)號放(fang)大(da)電路(lu)為10×100倍(bei)兩級放(fang)大(da)，軟件(jian)放(fang)大(da)500倍(bei)。
如圖7-69所示，檢(jian)測對象為(wei)GCr15軸(zhou)承套圈(quan)(quan)，大端(duan)面(mian)刻蝕有寬0.1mm、深0.1mm、長10.0mm的人工刻槽。軸(zhou)承套圈(quan)(quan)表面(mian)光滑，無(wu)銹蝕。
不(bu)(bu)同(tong)磁(ci)(ci)極(ji)間(jian)距(ju)(ju)檢(jian)測(ce)結果對比(bi)如圖7-70所示。磁(ci)(ci)極(ji)間(jian)距(ju)(ju)15mm時(shi)(shi)，可檢(jian)出信號，但信噪比(bi)不(bu)(bu)高(gao)，這(zhe)是(shi)由于磁(ci)(ci)極(ji)離磁(ci)(ci)心過近使之(zhi)飽和的緣(yuan)故(gu)；磁(ci)(ci)極(ji)間(jian)距(ju)(ju)17mm時(shi)(shi)，可檢(jian)出信號，且(qie)信噪比(bi)最佳；磁(ci)(ci)極(ji)間(jian)距(ju)(ju)19mm時(shi)(shi)，不(bu)(bu)能檢(jian)出信號。永磁(ci)(ci)體尺寸(cun)換為6mm×10mm×10mn，其(qi)中6mm×10mm 正對軸承套圈，為磁(ci)(ci)極(ji)面(mian)時(shi)(shi)，不(bu)(bu)能檢(jian)出信號，同(tong)理這(zhe)也(ye)是(shi)磁(ci)(ci)心飽和的緣(yuan)故(gu)。
通過上述分析(xi)不難(nan)發現(xian)，含磁(ci)(ci)(ci)心線圈用于檢測時，需(xu)特別注(zhu)意磁(ci)(ci)(ci)心飽(bao)和(he)的(de)問(wen)題，局部磁(ci)(ci)(ci)化在一定(ding)程度上降低了(le)磁(ci)(ci)(ci)化成本和(he)磁(ci)(ci)(ci)化難(nan)度，但是由于磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)距離傳感(gan)器(qi)較近，對傳感(gan)器(qi)的(de)影響也較大。
短路磁通損(sun)(sun)耗(hao)(hao)與(yu)磁心前端氣隙寬(kuan)度(du)(du)g、深度(du)(du)h有(you)關(guan)；提(ti)離損(sun)(sun)耗(hao)(hao)與(yu)提(ti)離值相(xiang)(xiang)(xiang)關(guan)，在實際工程中體現在探(tan)頭耐磨(mo)層(ceng)厚度(du)(du)及(ji)探(tan)頭機構的設計；低(di)頻損(sun)(sun)耗(hao)(hao)與(yu)裂紋(wen)漏(lou)磁信(xin)號空間分(fen)布(bu)相(xiang)(xiang)(xiang)關(guan)，即與(yu)裂紋(wen)尺(chi)寸及(ji)磁化狀(zhuang)況相(xiang)(xiang)(xiang)關(guan)；氣隙寬(kuan)度(du)(du)損(sun)(sun)耗(hao)(hao)與(yu)氣隙寬(kuan)度(du)(du)g、裂紋(wen)漏(lou)磁信(xin)號空間分(fen)布(bu)相(xiang)(xiang)(xiang)關(guan)；方位角(jiao)損(sun)(sun)耗(hao)(hao)可(ke)(ke)歸為提(ti)離損(sun)(sun)耗(hao)(hao)；磁滯損(sun)(sun)耗(hao)(hao)可(ke)(ke)忽(hu)略；渦流損(sun)(sun)耗(hao)(hao)可(ke)(ke)以從磁心材料、探(tan)頭工藝(yi)等方面著(zhu)手降低(di)。
因此，從(cong)探頭設計的角度出(chu)發，主要關注磁心前(qian)端氣隙(xi)寬度g、深度ha。
如圖7-71所示，磁頭式傳(chuan)感器主要由線(xian)圈(quan)、兩片(pian)磁心主瓣(ban)、兩片(pian)磁心旁(pang)瓣(ban)組成(cheng)，前端(duan)縫隙(xi)中墊入不同厚度的(de)POM塑(su)料片(pian)即可得到(dao)不同的(de)氣隙(xi)寬度g，氣隙(xi)深度h。取(qu)決于機(ji)加工主瓣(ban)、旁(pang)瓣(ban)尺寸。
如圖(tu)7-72所(suo)示，為驗證磁心前端氣隙深度(du)h。對信(xin)號的影響，制(zhi)作了ha=0.5mm、1.5mm、2.0mm四(si)種(zhong)磁頭(tou)式傳感器，線圈匝數(shu)為400。人(ren)工傷(shang)的尺寸為（寬）×0.5mm(深）×10.0mm（長）。試驗過(guo)程中使用的信(xin)號放(fang)大板為10×100倍，軟件放(fang)大倍數(shu)為500倍。
所(suo)(suo)得原始信(xin)號(hao)經5階 Butterworth 濾波器濾波后，試驗(yan)結果如圖7-73所(suo)(suo)示，信(xin)號(hao)峰-峰值與前端(duan)氣(qi)(qi)隙(xi)深(shen)度(du)h。近(jin)似(si)成反比，氣(qi)(qi)隙(xi)深(shen)度(du)越(yue)小，越(yue)有利(li)于檢(jian)測，然而氣(qi)(qi)隙(xi)深(shen)度(du)越(yue)小，探頭(tou)越(yue)不耐磨，因此(ci)實際的探頭(tou)制作中(zhong)，需要在兩者(zhe)之間做(zuo)平衡取舍。
如圖(tu)7-74所示(shi)，為(wei)驗證磁心前端(duan)氣(qi)隙寬(kuan)度g對信號的影響，制(zhi)作了氣(qi)隙深度ha＝1.5mm,g=0.1mm0.2mmn、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm六種(zhong)磁頭式(shi)傳感器(qi)，線圈匝數為(wei)400。人工傷的尺寸為(wei)0.1mm（寬(kuan)）)x0.5mm深）x10.0mm（長(chang)）。試驗過程中使用的信號放大板為(wei)10×100倍，軟(ruan)件放大倍數為(wei)500倍。
試驗結(jie)果如圖(tu)7-75所示，氣(qi)隙(xi)(xi)寬(kuan)度(du)mm時，信號峰-峰值Vpp最大；在氣(qi)隙(xi)(xi)寬(kuan)度(du)m時出現了(le)“檢(jian)(jian)測勢井”，當氣(qi)隙(xi)(xi)寬(kuan)度(du)m時，信號峰-峰值V在一定范圍內呈(cheng)現出增長趨勢。這(zhe)是由于在該(gai)試驗條件下，m時氣(qi)隙(xi)(xi)寬(kuan)度(du)損耗最大，因(yin)此無(wu)法有效檢(jian)(jian)出信號。該(gai)結(jie)果表明，應用(yong)磁(ci)頭式傳感器進行檢(jian)(jian)測時，在裂紋漏(lou)磁(ci)信號空(kong)間分布未知的情況下，應該(gai)盡量(liang)減小前端氣(qi)隙(xi)(xi)寬(kuan)度(du)g，以(yi)防止它與(yu)裂紋漏(lou)磁(ci)場空(kong)間分布出現耦合，形(xing)成“檢(jian)(jian)測勢井”。
如圖7-76所示，縱向傷陣列傳感(gan)器主要由線(xian)圈、疊層磁(ci)心、隔離片、屏(ping)蔽罩組成(cheng)，探(tan)頭單元(yuan)排成(cheng)兩列并(bing)沿排布方向兩兩錯開一(yi)段距離，以消除單列探(tan)頭之(zhi)間的探(tan)測盲區。
三、檢測裝備(bei)
整(zheng)套(tao)裝備主要(yao)分為(wei)檢測(ce)(ce)裝置、信號采集和(he)處理系統(tong)、PLC控(kong)制系統(tong)、外圍供電(dian)供氣系統(tong)、物料傳(chuan)送(song)以(yi)及上下料裝置五(wu)部分。本節的重點在于(yu)檢測(ce)(ce)裝置、信號采集和(he)處理系統(tong)以(yi)及高速檢測(ce)(ce)工藝。
1. 總體方案
按照功能(neng)劃分(fen)(fen)，軸(zhou)承(cheng)套圈(quan)裂紋漏(lou)磁(ci)檢測裝(zhuang)(zhuang)備可以(yi)(yi)分(fen)(fen)為預置(zhi)(zhi)、縱向傷(shang)檢測、剔(ti)除、退磁(ci)四個主要工(gong)位(wei)。預置(zhi)(zhi)工(gong)位(wei)為冗(rong)余(yu)過渡工(gong)位(wei)，當前可作為軸(zhou)承(cheng)套圈(quan)檢測流程的過渡工(gong)位(wei)，將來可為周向傷(shang)檢測裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)提供安裝(zhuang)(zhuang)平臺(tai)。裝(zhuang)(zhuang)備主體-縱向檢測主機(ji)主要包括五(wu)個部分(fen)(fen)：軸(zhou)承(cheng)套圈(quan)驅動裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)、磁(ci)化(hua)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)、陣列(lie)探頭(tou)組(zu)件、信號調理采(cai)集處理系(xi)統以(yi)(yi)及自動化(hua)控(kong)制系(xi)統。
軸(zhou)(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)驅(qu)動裝置設計要(yao)點(dian)：以圓錐滾子(zi)軸(zhou)(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)為研究對象，其形(xing)狀規(gui)整，為圓環形(xing)零件，適合(he)旋轉檢測；表面光潔，不需事先清潔處理；為便于實現工業(ye)自(zi)動化，不同尺寸規(gui)格軸(zhou)(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)的檢測工位及(ji)上(shang)下料工位最好一(yi)致。綜合(he)上(shang)述分析，采用(yong)軸(zhou)(zhou)承(cheng)套(tao)圈(quan)原(yuan)地旋轉、探頭貼(tie)合(he)檢測的方式。
根據軸(zhou)承套圈漏磁檢測(ce)的特點，擬訂軸(zhou)承套圈高速自動化漏磁檢測(ce)工(gong)藝流程，如圖(tu)7-77所示。
軸承套圈裂紋漏磁檢測(ce)裝備(bei)總體方案如(ru)圖7-78所(suo)示。
2. 檢測系統
檢測系統主要包括縱向(xiang)傷檢測裝置(zhi)(zhi)、剔除裝置(zhi)(zhi)和退磁裝置(zhi)(zhi)三部(bu)分。
如圖(tu)7-79所示，縱(zong)向傷檢(jian)測裝(zhuang)置可劃分為工件(jian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)、規格調整、磁化、壓緊、檢(jian)測和剔除六大(da)主體裝(zhuang)置。工件(jian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)模塊的(de)(de)主要部件(jian)為驅(qu)(qu)動(dong)(dong)電動(dong)(dong)機(ji)、驅(qu)(qu)動(dong)(dong)輪L、驅(qu)(qu)動(dong)(dong)輪R、萬向滾珠托架等。驅(qu)(qu)動(dong)(dong)電動(dong)(dong)機(ji)與齒輪直(zhi)連(lian)，經由齒輪組變(bian)速(su)、變(bian)轉(zhuan)矩之后傳遞給(gei)兩個驅(qu)(qu)動(dong)(dong)輪，在(zai)壓緊模塊的(de)(de)配合下，摩擦帶動(dong)(dong)軸承套圈原地旋轉(zhuan)。
規(gui)格(ge)調(diao)整(zheng)裝置主(zhu)要由手輪、減速機(ji)(ji)、梯(ti)形(xing)(xing)絲杠(gang)、梯(ti)形(xing)(xing)螺母及壓(ya)緊軸(zhou)(zhou)承安裝座等構(gou)成(cheng)。如圖7-80所示，由于上下料機(ji)(ji)械手與(yu)檢測裝置之(zhi)間的(de)(de)(de)距離相(xiang)對固定，為保(bao)證所有規(gui)格(ge)軸(zhou)(zhou)承套圈上下料工位(wei)位(wei)置相(xiang)同，更換軸(zhou)(zhou)承套圈時，需要調(diao)整(zheng)設備狀(zhuang)態。減速機(ji)(ji)起變速、變向(xiang)的(de)(de)(de)作用，30°梯(ti)形(xing)(xing)絲杠(gang)螺母機(ji)(ji)構(gou)既(ji)可傳動，也可自鎖，壓(ya)緊軸(zhou)(zhou)承安裝座上開(kai)腰形(xing)(xing)通孔，可以調(diao)整(zheng)壓(ya)緊軸(zhou)(zhou)承與(yu)上下料工位(wei)之(zhi)間的(de)(de)(de)距離，適應軸(zhou)(zhou)承套圈規(gui)格(ge)的(de)(de)(de)變化(hua)。
磁(ci)化裝置主要(yao)由磁(ci)化線(xian)圈、磁(ci)極、磁(ci)化器固定架和(he)工(gong)(gong)業(ye)風扇等組成。磁(ci)極可更換規(gui)格(ge)，以(yi)配合軸承套圈規(gui)格(ge)的變化。工(gong)(gong)業(ye)現場常(chang)常(chang)要(yao)求設備(bei)具(ju)有連續工(gong)(gong)作能(neng)力，因此磁(ci)化線(xian)圈的散熱(re)問題需要(yao)重視，此處采用軸流式工(gong)(gong)業(ye)風扇散熱(re)。
如(ru)圖7-81所(suo)(suo)示，壓(ya)緊(jin)裝(zhuang)置主要(yao)由壓(ya)緊(jin)氣缸(gang)、壓(ya)緊(jin)軸(zhou)(zhou)承安裝(zhuang)座、萬(wan)向滾珠托架和可擺動式壓(ya)緊(jin)總成(cheng)構成(cheng)。壓(ya)緊(jin)氣缸(gang)在檢(jian)測過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)提供持(chi)續的(de)壓(ya)緊(jin)力，萬(wan)向滾珠托舉軸(zhou)(zhou)承套圈(quan)，減小其在原(yuan)地旋轉過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)摩(mo)擦力，雙驅(qu)動輪加雙壓(ya)緊(jin)輪的(de)設計(ji)雖然更加可靠，但是存(cun)在過(guo)定位的(de)問(wen)題(ti)，因此壓(ya)緊(jin)模塊設計(ji)為可擺動式。下端(duan)(duan)面(mian)探頭陣列置于壓(ya)緊(jin)輪之間，規格調整時跟(gen)隨軸(zhou)(zhou)承一(yi)起移(yi)動，可覆(fu)蓋(gai)所(suo)(suo)有系(xi)列軸(zhou)(zhou)承套圈(quan)下端(duan)(duan)面(mian)。
如圖7-82所示(shi)，檢(jian)測裝(zhuang)置(zhi)主要由外(wai)表面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、內(nei)表面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、上(shang)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、下(xia)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)及(ji)其動(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)機構組成。其中，外(wai)表面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)由氣(qi)缸(gang)帶動(dong)(dong)(dong)(dong)，實現貼(tie)合及(ji)分離工件(jian)，連接陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與(yu)氣(qi)缸(gang)的(de)(de)零件(jian)可(ke)拆(chai)卸，方便工件(jian)規格變(bian)化時更換相應的(de)(de)外(wai)表面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)；內(nei)表面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)鉸(jiao)接于(yu)(yu)擺(bai)臂一(yi)(yi)端(duan)，擺(bai)臂由迷你氣(qi)缸(gang)帶動(dong)(dong)(dong)(dong)，實現貼(tie)合及(ji)分離動(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)；上(shang)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)鉸(jiao)接于(yu)(yu)浮(fu)(fu)動(dong)(dong)(dong)(dong)導桿一(yi)(yi)端(duan)，浮(fu)(fu)動(dong)(dong)(dong)(dong)導桿內(nei)置(zhi)彈(dan)簧(huang)，可(ke)以適應不同軸承(cheng)(cheng)套(tao)圈高(gao)度(du)的(de)(de)變(bian)化并提供持續(xu)的(de)(de)壓緊力；內(nei)表面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與(yu)上(shang)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)固定在軸承(cheng)(cheng)套(tao)圈上(shang)方的(de)(de)鋁(lv)型(xing)(xing)材(cai)(cai)上(shang)，并且(qie)可(ke)沿(yan)鋁(lv)型(xing)(xing)材(cai)(cai)調(diao)整(zheng)位置(zhi)；鋁(lv)型(xing)(xing)材(cai)(cai)由氣(qi)動(dong)(dong)(dong)(dong)滑(hua)臺帶動(dong)(dong)(dong)(dong)，可(ke)上(shang)下(xia)移動(dong)(dong)(dong)(dong)。檢(jian)測前，固定于(yu)(yu)鋁(lv)型(xing)(xing)材(cai)(cai)上(shang)的(de)(de)內(nei)表面(mian)(mian)(mian)(mian)及(ji)上(shang)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)處(chu)于(yu)(yu)高(gao)位，軸承(cheng)(cheng)套(tao)圈上(shang)料(liao)到位后，氣(qi)動(dong)(dong)(dong)(dong)滑(hua)臺動(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)，內(nei)表面(mian)(mian)(mian)(mian)及(ji)上(shang)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)處(chu)于(yu)(yu)低(di)位，其中上(shang)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)貼(tie)緊上(shang)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)。隨后，迷你氣(qi)缸(gang)動(dong)(dong)(dong)(dong)作(zuo)，經(jing)由擺(bai)臂帶動(dong)(dong)(dong)(dong)內(nei)表面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)貼(tie)緊內(nei)表面(mian)(mian)(mian)(mian)。下(xia)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)固定于(yu)(yu)兩壓緊軸承(cheng)(cheng)之間，可(ke)隨壓緊軸承(cheng)(cheng)安裝(zhuang)座一(yi)(yi)起調(diao)整(zheng)，長度(du)方向足以覆(fu)蓋該系列(lie)(lie)所有軸承(cheng)(cheng)套(tao)圈下(xia)端(duan)面(mian)(mian)(mian)(mian)，陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)內(nei)置(zhi)彈(dan)簧(huang)，可(ke)實現浮(fu)(fu)動(dong)(dong)(dong)(dong)壓緊，內(nei)置(zhi)緊定螺(luo)釘，用于(yu)(yu)調(diao)節彈(dan)簧(huang)壓緊力。
如圖(tu)7-83所示(shi)，剔除裝置主要由剔除氣(qi)缸(gang)(gang)、氣(qi)缸(gang)(gang)導桿、分料(liao)板和廢品收集槽(cao)(cao)組(zu)成。縱向缺(que)陷檢測裝置檢測完畢后，向PLC控制系統(tong)反饋相應信息。若(ruo)軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈檢測為合(he)格，則(ze)剔除氣(qi)缸(gang)(gang)不動(dong)作，機械手抓取工(gong)件(jian)在分料(liao)板上方停(ting)留一(yi)段時間(jian)之(zhi)后運往下(xia)一(yi)工(gong)位(wei)（退磁(ci)工(gong)位(wei)）；若(ruo)軸(zhou)承(cheng)套(tao)圈檢測為不合(he)格，則(ze)剔除氣(qi)缸(gang)(gang)動(dong)作，帶(dai)動(dong)分料(liao)板上升(sheng)，機械手抓取工(gong)件(jian)將其(qi)丟人到廢品收集槽(cao)(cao)中。
3. 高(gao)速(su)自動化(hua)檢測(ce)工(gong)藝
如圖7-84所示，系(xi)統采用(yong)流水線(xian)式工藝流程，預置(zhi)工位(wei)(wei)、縱向傷檢測工位(wei)(wei)、剔除(chu)工位(wei)(wei)、退(tui)磁工位(wei)(wei)依次排開，機械手組件將(jiang)四個工位(wei)(wei)有機聯系(xi)起來。
四、現(xian)場應用
上(shang)述檢測(ce)系統在現場應(ying)用如圖(tu)7-85所示(shi)。
測(ce)(ce)(ce)(ce)試樣品及測(ce)(ce)(ce)(ce)試結果如圖7-86與圖7-87所示(shi)。測(ce)(ce)(ce)(ce)試結果表(biao)明，軸承套(tao)圈(quan)裂紋漏磁(ci)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)裝置具有良好的檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)靈(ling)敏度(du)與可(ke)靠性，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)效率(lv)高(gao)。
