剎車分泵內孔表面缺陷渦流探傷設備

程英麗

(上海材料研究所,上海 200437)

剎車分泵是轎車剎車制動系統的關鍵零件。由于其是鑄件經加工制作而成,所以在其內部容易產生氣孔等缺陷。當氣孔缺陷在分泵加工后正好處在分泵內孔壁上,就可能使分泵高壓區剎車油泄漏至低壓區,使油壓下降,從而降低剎車制動系統可靠性,嚴重的可能影響到整車安全性。因此,在剎車分泵內孔加工后需進行質量檢測,尤其是內孔壁表面缺陷的檢測。

筆者采用渦流方法檢查剎車分泵內孔壁缺陷,以實現分泵大批量、快速自動化檢測。

1 檢測方法

基于渦流檢測原理[1],制定剎車分泵渦流檢測方法如圖1所示。剎車分泵內孔是圓形,但其外形是非軸對稱的,這使其旋轉時容易產生抖動,引起渦流檢測效果差,機械傳動實現也較困難。

圖1 分泵內孔壁渦流檢測方法

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

2 分泵渦流探傷系統

分泵渦流探傷系統由檢測系統、檢測工作臺及系統軟件組成。下文分別對系統的組成及工作原理進行介紹。

2.1 檢測系統

檢測系統由四通道渦流檢測儀、旋轉探頭裝置和控制裝置組成,如圖2 所示。

圖2 檢測系統組成框圖

檢測過程控制由PLC 控制裝置完成。一個工作周期從人工將分泵放置在定位孔內開始,按下檢測按鈕,PLC 控制夾緊定位裝置工作,使剎車分泵按一定規律定位,然后指令探頭螺旋下降。探頭進入分泵內孔后,指令渦流檢測儀工作。四通道渦流檢測儀器是各自獨立的,旋轉探頭將檢測到的信號送至計算機處理、顯示、判別。當探頭下降至分泵內孔下端,指令旋轉探頭裝置停止旋轉,快速上升至原位,一次檢測工作周期結束,自動進入下一周期。若在一個工作周期中有超標缺陷,計算機通過I/O 口給出報警信號,PLC 控制裝置接收到報警信號后進行聲光報警,并在該分泵檢測完畢后給出標記信號,通過氣缸將該分泵用顏色標記。

2.2 檢測工作臺

檢測工作臺是完成檢測動作的機械裝置,如圖3 所示。

圖3 檢測工作臺

檢測工作臺工作過程如下:將四只被檢剎車分泵放置在四個定位圈中。雙手啟動按鈕,由氣缸驅動定位壓板夾緊剎車分泵。電機驅動探頭裝置快速下降,當探頭快進入剎車分泵內孔上端時,升降電機減速,并以2 mm/s 勻速下降,同時旋轉電機啟動,以1 000 r/min 速度驅動渦流探頭旋轉。掃查剎車分泵內孔壁,等探頭到達分泵內孔底端時,檢測結束,旋轉電機停止轉動,升降電機迅速上升復位,定位壓板松開,操作員可取出分泵放入合格品箱。若檢測過程發現分泵內孔壁有缺陷,標記氣缸在升降電機上升復位后驅動記號筆給有缺陷分泵標色。不合格品必須放入不合格品箱,否則該工作周期一直等待,不能進入下一個工作周期。

2.3 系統軟件

系統軟件由上位機和PLC 軟件組成,其總體設計方案如圖4 所示。

圖4 總體設計方案框圖

上位機軟件安裝在工業控制計算機中,為用戶提供一個人機交流的界面,主要負責系統自動檢測過程中渦流檢測信號采集、處理和信號顯示以及與PLC 之間的信號聯接。PLC 負責系統整個自動檢測過程的控制,它接受位置傳感器、按鈕的指令,程序控制整個自動檢測過程,并發出同步信號脈沖觸發檢測儀器工作。當上位機發來缺陷信號時,PLC接收該信號后產生信號控制聲光報警和缺陷分泵標色等。

圖5 標準試樣

3 試驗

3.1 對比試樣

試樣采用德爾福(中國)動力推進系統有限公司提供的剎車分泵,其外形如圖5 所示。根據雙方的協商,對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 處分別鉆通孔至內孔壁,以此校準整套系統參數和檢測靈敏度。

3.2 試驗及結果

由制作好的對比試樣,分別對4 個通道進行試驗,信號如圖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°。上述試驗各通道選擇的檢測頻率有差異,主要是消除頻率一致時各通道之間可能出現的干擾。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 各通道對標準試樣的信號顯示

4 生產應用

系統在安裝調試完畢后,進行了生產實際應用。

設置4 通道渦流檢測儀器參數,各通道增益在試驗參數基礎上增加2 dB,調整機械裝置速度,使整套系統進入自動檢測工作狀態。在進行實際生產應用過程中,每隔1 h 將對比試樣混進各通道檢測。結果證明,對比試樣均能可靠報警和標記。系統一天累計工作7h ,共檢測剎車分泵1 804 只,其中報警、標記兩只,進入不合格品料箱,其余1 802進入合格品料箱。

經人工光學檢查,報警、標記的兩只剎車分泵內孔壁有大約2 mm 的凹坑。合格品剎車分泵內壁均未發現缺陷。

整套系統達到如下技術指標:檢測速度≥4 只/min;檢測靈敏度為φ0.5 mm 通孔;能實時報警和標記。

5 結論

根據所研制的剎車分泵內孔壁渦流探傷系統試驗和生產實際應用結果,可得出以下幾點結論:

(1)剎車分泵內孔壁缺陷可以采用渦流旋轉探頭掃查方式進行探傷。

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

(3)系統檢測方式可推廣應用于大批量軸對稱金屬零部件內孔或外圓的快速渦流檢測。

(4)旋轉探頭裝置可以進一步應用于管棒材表面裂紋檢測,可填補國內相關應用空白。

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

[2] 美國無損檢測學會, 編.美國無損檢測手冊:電磁卷[M] .《美國無損檢測手冊》譯審委員會, 譯.上海:世界圖書出版公司,1999:35-50.