剎車分泵內(nèi)孔表面缺陷渦流探傷設(shè)備

程英麗

(上海材料研究所,上海 200437)

剎車分泵是轎車剎車制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵零件。由于其是鑄件經(jīng)加工制作而成,所以在其內(nèi)部容易產(chǎn)生氣孔等缺陷。當(dāng)氣孔缺陷在分泵加工后正好處在分泵內(nèi)孔壁上,就可能使分泵高壓區(qū)剎車油泄漏至低壓區(qū),使油壓下降,從而降低剎車制動(dòng)系統(tǒng)可靠性,嚴(yán)重的可能影響到整車安全性。因此,在剎車分泵內(nèi)孔加工后需進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),尤其是內(nèi)孔壁表面缺陷的檢測(cè)。

筆者采用渦流方法檢查剎車分泵內(nèi)孔壁缺陷,以實(shí)現(xiàn)分泵大批量、快速自動(dòng)化檢測(cè)。

1 檢測(cè)方法

基于渦流檢測(cè)原理[1],制定剎車分泵渦流檢測(cè)方法如圖1所示。剎車分泵內(nèi)孔是圓形,但其外形是非軸對(duì)稱的,這使其旋轉(zhuǎn)時(shí)容易產(chǎn)生抖動(dòng),引起渦流檢測(cè)效果差,機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)也較困難。

圖1 分泵內(nèi)孔壁渦流檢測(cè)方法

因此,筆者選擇將剎車分泵放置在夾具中保持不動(dòng),點(diǎn)式探頭螺旋通過分泵內(nèi)孔,以達(dá)到檢測(cè)分泵內(nèi)孔表面缺陷的目的。為了使掃查面完全覆蓋內(nèi)孔表面,探頭旋轉(zhuǎn)2 周前進(jìn)1 mm,這樣有20%掃查重疊區(qū)域,從而保證渦流探傷缺陷不漏檢。

2 分泵渦流探傷系統(tǒng)

分泵渦流探傷系統(tǒng)由檢測(cè)系統(tǒng)、檢測(cè)工作臺(tái)及系統(tǒng)軟件組成。下文分別對(duì)系統(tǒng)的組成及工作原理進(jìn)行介紹。

2.1 檢測(cè)系統(tǒng)

檢測(cè)系統(tǒng)由四通道渦流檢測(cè)儀、旋轉(zhuǎn)探頭裝置和控制裝置組成,如圖2 所示。

圖2 檢測(cè)系統(tǒng)組成框圖

檢測(cè)過程控制由PLC 控制裝置完成。一個(gè)工作周期從人工將分泵放置在定位孔內(nèi)開始,按下檢測(cè)按鈕,PLC 控制夾緊定位裝置工作,使剎車分泵按一定規(guī)律定位,然后指令探頭螺旋下降。探頭進(jìn)入分泵內(nèi)孔后,指令渦流檢測(cè)儀工作。四通道渦流檢測(cè)儀器是各自獨(dú)立的,旋轉(zhuǎn)探頭將檢測(cè)到的信號(hào)送至計(jì)算機(jī)處理、顯示、判別。當(dāng)探頭下降至分泵內(nèi)孔下端,指令旋轉(zhuǎn)探頭裝置停止旋轉(zhuǎn),快速上升至原位,一次檢測(cè)工作周期結(jié)束,自動(dòng)進(jìn)入下一周期。若在一個(gè)工作周期中有超標(biāo)缺陷,計(jì)算機(jī)通過I/O 口給出報(bào)警信號(hào),PLC 控制裝置接收到報(bào)警信號(hào)后進(jìn)行聲光報(bào)警,并在該分泵檢測(cè)完畢后給出標(biāo)記信號(hào),通過氣缸將該分泵用顏色標(biāo)記。

2.2 檢測(cè)工作臺(tái)

檢測(cè)工作臺(tái)是完成檢測(cè)動(dòng)作的機(jī)械裝置,如圖3 所示。

圖3 檢測(cè)工作臺(tái)

檢測(cè)工作臺(tái)工作過程如下:將四只被檢剎車分泵放置在四個(gè)定位圈中。雙手啟動(dòng)按鈕,由氣缸驅(qū)動(dòng)定位壓板夾緊剎車分泵。電機(jī)驅(qū)動(dòng)探頭裝置快速下降,當(dāng)探頭快進(jìn)入剎車分泵內(nèi)孔上端時(shí),升降電機(jī)減速,并以2 mm/s 勻速下降,同時(shí)旋轉(zhuǎn)電機(jī)啟動(dòng),以1 000 r/min 速度驅(qū)動(dòng)渦流探頭旋轉(zhuǎn)。掃查剎車分泵內(nèi)孔壁,等探頭到達(dá)分泵內(nèi)孔底端時(shí),檢測(cè)結(jié)束,旋轉(zhuǎn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),升降電機(jī)迅速上升復(fù)位,定位壓板松開,操作員可取出分泵放入合格品箱。若檢測(cè)過程發(fā)現(xiàn)分泵內(nèi)孔壁有缺陷,標(biāo)記氣缸在升降電機(jī)上升復(fù)位后驅(qū)動(dòng)記號(hào)筆給有缺陷分泵標(biāo)色。不合格品必須放入不合格品箱,否則該工作周期一直等待,不能進(jìn)入下一個(gè)工作周期。

2.3 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件由上位機(jī)和PLC 軟件組成,其總體設(shè)計(jì)方案如圖4 所示。

圖4 總體設(shè)計(jì)方案框圖

上位機(jī)軟件安裝在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中,為用戶提供一個(gè)人機(jī)交流的界面,主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)過程中渦流檢測(cè)信號(hào)采集、處理和信號(hào)顯示以及與PLC 之間的信號(hào)聯(lián)接。PLC 負(fù)責(zé)系統(tǒng)整個(gè)自動(dòng)檢測(cè)過程的控制,它接受位置傳感器、按鈕的指令,程序控制整個(gè)自動(dòng)檢測(cè)過程,并發(fā)出同步信號(hào)脈沖觸發(fā)檢測(cè)儀器工作。當(dāng)上位機(jī)發(fā)來缺陷信號(hào)時(shí),PLC接收該信號(hào)后產(chǎn)生信號(hào)控制聲光報(bào)警和缺陷分泵標(biāo)色等。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)試樣

3 試驗(yàn)

3.1 對(duì)比試樣

試樣采用德爾福(中國(guó))動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)有限公司提供的剎車分泵,其外形如圖5 所示。根據(jù)雙方的協(xié)商,對(duì)比試樣的人工傷采用通孔形式,以φ0.5 mm鉆頭在分泵距上端5 mm 處、中間和距下端5 mm 處分別鉆通孔至內(nèi)孔壁,以此校準(zhǔn)整套系統(tǒng)參數(shù)和檢測(cè)靈敏度。

3.2 試驗(yàn)及結(jié)果

由制作好的對(duì)比試樣,分別對(duì)4 個(gè)通道進(jìn)行試驗(yàn),信號(hào)如圖6 所示。

通道1:頻率210 kHz,增益32 dB, 相位70°。通道2:頻率205 kHz,增益34 dB,相位70°。通道3:頻率200 kHz,增益31 dB,相位70°。通道4:頻率195 kHz,增益33 dB,相位70°。上述試驗(yàn)各通道選擇的檢測(cè)頻率有差異,主要是消除頻率一致時(shí)各通道之間可能出現(xiàn)的干擾。此外,各通道增益之間有一定偏差,是由于自比差分式點(diǎn)探頭都是手工繞制和封裝,可能存在間隙變化,由此造成各通道增益偏差。

圖6 各通道對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣的信號(hào)顯示

4 生產(chǎn)應(yīng)用

系統(tǒng)在安裝調(diào)試完畢后,進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用。

設(shè)置4 通道渦流檢測(cè)儀器參數(shù),各通道增益在試驗(yàn)參數(shù)基礎(chǔ)上增加2 dB,調(diào)整機(jī)械裝置速度,使整套系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)檢測(cè)工作狀態(tài)。在進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過程中,每隔1 h 將對(duì)比試樣混進(jìn)各通道檢測(cè)。結(jié)果證明,對(duì)比試樣均能可靠報(bào)警和標(biāo)記。系統(tǒng)一天累計(jì)工作7h ,共檢測(cè)剎車分泵1 804 只,其中報(bào)警、標(biāo)記兩只,進(jìn)入不合格品料箱,其余1 802進(jìn)入合格品料箱。

經(jīng)人工光學(xué)檢查,報(bào)警、標(biāo)記的兩只剎車分泵內(nèi)孔壁有大約2 mm 的凹坑。合格品剎車分泵內(nèi)壁均未發(fā)現(xiàn)缺陷。

整套系統(tǒng)達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo):檢測(cè)速度≥4 只/min;檢測(cè)靈敏度為φ0.5 mm 通孔;能實(shí)時(shí)報(bào)警和標(biāo)記。

5 結(jié)論

根據(jù)所研制的剎車分泵內(nèi)孔壁渦流探傷系統(tǒng)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用結(jié)果,可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)剎車分泵內(nèi)孔壁缺陷可以采用渦流旋轉(zhuǎn)探頭掃查方式進(jìn)行探傷。

(2)探傷靈敏度為φ0.5 mm 通孔,探傷速度為4 只/min,可滿足生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用需要。

(3)系統(tǒng)檢測(cè)方式可推廣應(yīng)用于大批量軸對(duì)稱金屬零部件內(nèi)孔或外圓的快速渦流檢測(cè)。

(4)旋轉(zhuǎn)探頭裝置可以進(jìn)一步應(yīng)用于管棒材表面裂紋檢測(cè),可填補(bǔ)國(guó)內(nèi)相關(guān)應(yīng)用空白。

[1] 任吉林, 林俊明.電磁無損檢測(cè)[M] .北京:科學(xué)出版社, 2008:64.

[2] 美國(guó)無損檢測(cè)學(xué)會(huì), 編.美國(guó)無損檢測(cè)手冊(cè):電磁卷[M] .《美國(guó)無損檢測(cè)手冊(cè)》譯審委員會(huì), 譯.上海:世界圖書出版公司,1999:35-50.