軸承圈相控陣檢測系統

一、概述本方案設計的系統是用于軸承內外圈的內部相控陣探傷，需要對工件的內部缺陷進行檢測、生成圖像、自動判別并生成報告。綜合考慮決定采用桁架的方式對工件進行掃查。

二、工件材質：軸承內外圈形狀：各種風電軸承圈尺寸：300mm-4000mm檢測效率：100mm/s線速度缺陷類型：200mm以內0.5mm平底孔。

三、產品狀態和工況環境表面狀態：精磨工況環境要求（溫度、濕度、周邊大型機械）：周邊需無大型機械、有工業用水、工業用電、良好的接地端。

四、技術描述

4.1 系統構成介紹系統采用水浸耦合的方式、使用三軸模組加載探頭對工件內部進行相控陣檢測、主機采用奧林巴斯FOCUSPX、整個系統主要包括以下幾個單元：超聲單元機械掃查運動單元探頭及耦合單元水循環處理單元客戶操作軟件界面單元系統結構總圖如下：

4.2 檢測原理

檢測方法為超聲相控陣檢測技術，使用超聲相控陣技術進行缺陷檢測。相控陣與常規超聲的對比：

使用常規超聲技術時，即使筆刷式超聲探頭能在一次旋轉中檢測較大的區域（寬度），但因為每個探頭的聲束之間并沒有物理交疊，因此缺陷的探出率依然很低。雖然使用兩排常規超聲探頭時可以增加超聲聲束的覆蓋率，但坯材中能量密度的相對嚴重的不均衡狀態依然存在。這樣坯材中的某些區域會接收到較低的超聲聲束能量，探出該區域中細小缺陷的能力也隨之減弱。

此外，使用兩排超聲探頭通常會造成機械定位的不穩定。

相控陣檢測是一種特殊類型的超聲檢測，它使用成熟的多晶陣列探頭和功能強大的儀器/軟件，在測試工件中傳播高頻聲束，并在儀器/軟件中繪制回波曲線。相控陣探頭實質上是一個被分為多個小晶片的長超聲探頭，這些晶片被單獨觸發。線性電子掃查是通過沿陣列軸方向移動聲束而進行的，不需做任何機械運動。聲束的移動通過分時多路切換激活晶片而完成。

三軸模組將加載相控陣探頭可以對工件的側面進行掃查，只需要保證探頭聲束與工件的側面垂直即可對工件的內部進行檢測，底部電機將會帶動工件旋轉以實現工件的所有面掃查。

4.3 機械運動結構原理和檢測方法

1、上下料因軸承尺寸比較大、工件的重量較大，故需要使用航車自主上下料。檢測平臺設置有可上降平臺、方便工件的放置。

2、超聲檢測

如上圖所示、水槽底部將設置一個四爪卡盤用于固定工件，底部裝載有旋轉電機以實現工件的旋轉。

水槽上裝載有三軸模組、模組的行程將保證能對各種類型的工件進行檢測。

4.4 探頭結構布局及檢測效率計算

探頭裝載在XYZ3軸電缸上，如下圖所示：

根據工件的厚度、掃查的線速度為100mm/s左右，掃查寬度可選購、一般為24.5mm和50mm的掃查寬度，可自行選擇探頭寬度。

舉個例子、1.6m直徑400mm高度的軸承圈選用128晶片相控陣探頭掃查時間為7分鐘左右。

4.5 機械及運動機構技術規格設備上所有伺服均選用進口西門子伺服電機確保機械精度。

4.6 超聲儀器介紹及技術規格

4.6.1 相控陣主機FOCUSPX是為自動檢測系統設計的高性能傳統和相控陣超聲波采集單元。

它沒有進氣口，經過測試可以在惡劣的生產環境中處理長時間運行。

FOCUSPX旨在為上一代相控陣采集單元帶來重大改進：

?改進指標（30MB/s數據吞吐量，1024個焦點法則，12位A掃描等）

?增強的可擴展性（最多4個并行的活動FOCUSPX，設備同步功能等）

?簡化集成（減少了線纜，IP65防護等級，無風扇設計等）

?提高編程效率

對于選定的型號，下表列出了主要FOCUSPX指標：（完整版請查看附件）