1011机械制造自动化技术检测过程自动化.pptx

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1、检测过程自动化,1,2,主要介绍机械加工过程中检测技术的基本概念、分类、检测方法和常用的检测装置，重点讲工件、刀具及加工设备对加工后的工件进行检测，刀具及加工设备等常用的自动识别技术和自动化检测技术。,机械制造系统？机械加工系统？,从概念包含的范围看，机械加工系统是机械制造系统的子系统。本章主要介绍的是机械加工阶段相关检测技术。,一、制造过程的检测技术,3,机械加工系统在不同的生产条件下，通过自身的定位装夹、运动、控制以及能量供给等机构，按不同的工艺要求实现将毛坯或原材料加工成零件或产品。,图 6-1 机械加工系统的基本概念,要把握住加工过程中各种有价值的数据信息，才能实现被加工工件的质量控制

2、、加工工艺过程的监测、加工过程的优化以及设备的正常运行。,一、制造过程的检测技术,4,机械加工系统在不同的生产条件下，通过自身的定位装夹、运动、控制以及能量供给等机构，按不同的工艺要求实现将毛坯或原材料加工成零件或产品。,图 6-1 机械加工系统的基本概念,要把握住加工过程中各种有价值的数据信息，才能实现被加工工件的质量控制、加工工艺过程的监测、加工过程的优化以及设备的正常运行。,5,对加工后的工件进行检测，仅能起到剔除废品的作用，因此检测过程是被动的；对加工中的工件进行检测，并根据检测结果通过控制系统对加工过程进行控制，这种方式能防止废品的产生，检测过程是主动的；如果进一步对测得的加工过程参

3、数进行优化，并校正机床系统，就能实现自适应控制。,6,检测方法直接测量与间接测量接触测量和非接触测量 在线测量和离线测量,直接测量：测量时，直接从测量器具上读出被测几 何量的大小值，测量过程迅速，应用广泛。间接测量：被测几何量无法直接测量时，首先测出与被测几何量有关的其他几何量，然后，通过一定的数学关系式进行计算来求得被测几何量的尺寸值。,谁的测量误差大？,7,接触式检验。测量器具的测量头直接与被测对象的表面接触，工件被测参数的变化，直接反映在量杆的移动量上。非接触式检验。测量器具的测量头不与被测对象表面接触，而是借助电磁感应、气压，光束或放射性同位素的射线等的作用，以反映被测参数的变化。这种

4、测量方式，没有因为测头与被测对象接触发生磨损而产生的误差，故在现代制造系统中，具有明显的优越性。,8,在线测量：在加工过程或加工系统运行过程中对被测对象进行检测。通常还得对测得数据进行分析处理，再反馈控制系统调整加工过程，可实现自动化测量。离线测量：在被测对象加工后脱离加工系统在进行检测。需人工干预将测量结果输入控制系统，以调整后续加工过程。,9,直接测量,间接测量,接触式测量,非接触式测量,在线测量,离线测量,直接测量误差小,非接触测量精度高,在线监测可实现自动检测与监控,10,检测装置检测对象不同，检测要素不同，检测手段不同，检测装置也不同,针对产品的检测,针对加工设备的检测,尺寸（精度）

5、、形状（精度）、表面粗糙度等,测谁的信息？谁的哪方面的信息？谁去测？,刀具磨损量、温升、振动、变形等,人工检测,自动检测,人工检测：是人操作检测工具，收集分析数据信息（离线检测），为产品质量控制提供依据；但产品结构越来越复杂、产品周期要求越来越短，人工检测在检测精度 及效率方面已不能满足现代化生产要求。自动检测：是借助于各种自动化检测装置和检测技术（可在线监测），自动地灵敏地反映被测工件及设备的参数，为控制系统提供必要的数据信息。,11,检测装置自动检测装置的检测范围,从制品（零件、部件和产品）的尺寸、形状、缺陷等的静态检测，到成品生产过程各阶段上的质量控制；从对各种工艺过程及其设备的调节与控

6、制，到实现最佳条件的自动生产，其中每一方面都离不开自动检测技术。,自动化检测的优点：检测时间短并可与加工时间重合，使生产率进一步提高；排除检测中人为的观测误差和操作水平的影响；迅速及时地提供产品质量信息和有价值的数据，以便对加工系统中工艺参数及时进行调整，为加工过程的实时控制提供了条件。,12,检测装置自动检测装置,用于工件的尺寸、形状检测用的定尺寸检测装置：三坐标测量机、激光测径仪以及气动测微仪、电动测微仪和采用电涡流方式的检测装置；用于工件表面粗糙度检测：表面轮廓仪；用于刀具磨损或破损监测的：噪声频谱、红外发射、探针测量等测量装置；它们的主要作用就在于全面地、快速地获得有关产品质量的信息和

7、数据。,13,自动检测的类型,1产品精度检测（被动检测）产品精度检测是在工件加工完成后，按验收的技术条件进行验收和分组（1分为合格品与废品；2合格品分组）。这种检验只能发现废品，不能预防废品的产生。2工艺过程精度检测（主动检测）检测对象一般是加工设备和生产工艺过程。目的：预防废品的产生，从工艺上保证所需的精度。,14,二、工件尺寸的自动测量,工件尺寸精度是直接反映产品质量的指标，因此在许多自动化制造中都采用自动测量工件的方法来保证产品质量和系统的正常运行。检测方法 检测方法按其在制造系统中所处的位置可以分为：1.离线检测2.在线检测,15,1.离线检测 在自动化制造系统生产线以外进行检测（其检

8、测手段可以是人工或自动），其检测周期长，难以及时反馈质量信息。2.在线检测分为工序间检测与最终工序检测。工序间检测可实现加工精度的在线检测及实时补偿。（可在后续加工工序中进行补偿，以保证此产品的尺寸精度）。最终工序检测对已加工完成的产品进行检测，找出误差产生的原因，调整加工过程。（以保证下一个产品的尺寸精度）,16,工件尺寸、形状的在线测量是机械加工中很重要的功能。工件的工件的尺寸和形状误差分为：随机误差和系统误差。随机误差：随机误差是由很多暂时未知的微小因素所构成，这些因素在测量过程中相互交错、随机变化，以不可预知方式综合地影响测量结果。就个体而言是不确定的，但对其总体（大量个体的总和）服从

9、一定的统计规律，因此可以用统计方法分析其对测量结果的影响。（每一次测量中，随机误差的大小和方向不定）随机误差是测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差。,17,系统误差：系统误差的产生一般与测量仪器或装置本身的准确度有关；与测量者本身的状况及测量时的外界条件有关。系统误差是在重复性条件下，对同一被测量进行无穷多次测量所得结果的平均值与被测量真值之差。（在相同测量条件下、重复测量所得测量结果总是偏大或偏小且误差数值一定或按一定规律变化）,自动检测过程中，应检测哪种误差？,系统误差,系统误差包括哪些？,18,影响加工尺寸的因素一般说来有以下几种原因：1、切削热引起

10、刀具的伸长，使得加工尺寸与理论尺寸有差别；2、切削热引起工件的膨胀；3、机床主轴、工件和刀具系统在受切削力和切削热作用下的动态变形；4、刀具磨损对加工精度的影响。5、机床导轨的几何精度。,实时在线测量,19,磨床的专用自动检测装置,图中机床、执行机构与测量装置构成一个闭环系统。在机床加工工件的同时，自动测量头对工件进行测量，将测得的工件尺寸变化量经信号转换放大器，转换成相应的电信号并经过放大后返回机床控制系统，控制机床的执行机构，从而控制加工过程（如刀具补偿、停车等）。,图 6-4 磨削加工中自动测量原理方框图,20,三坐标测量机,三坐标测量机（Coordinate Measuring Mac

11、hining，简称CMM）又称计算机数控三坐标测量机，是一种新型高效的精密测量仪器。现代CMM不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量（工件尺寸误差、复杂轮廓形状误差），而且可以通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制。,图 6-6 悬臂式三坐标测量机的示意结构,组成工作台、三维测量头、坐标位移测量装置和计算机数控装置等组成。,21,三坐标测量机,使用加工前测量和加工后测量两种 加工前测量的主要目的是测量毛坯尺寸是否过大或过小，毛坯在托盘上的安装位置是否正确。加工后测量是测量加工完的零件的加工部位的尺寸和相互位置精度，再送至装配工序或线上其它加工工序。,检测装置独立于机床，工件需在机床与检测装置之

12、间运输,22,三坐标测量机,测量在数控程序的控制下，三维测头沿被测工件表面移动，移动过程中，测头及光学的或感应式的测量系统将工件的尺寸记录下来，计算机根据记录的测量结果，按给定的坐标系统计算被测尺寸。,使用要求（对环境的要求）由于它的测量精度及可靠性与周围环境的稳定性有关，故其对使用环境要求较高。CMM必须安装在恒温的环境中，并要防止敞露的表面和关键部位收到污染。,23,三维测头的使用,使用三维测头可装在数控机床（加工中心）上使用，而无需将工件从机床上运输至CMM进行测量，以减少工件来回和等待的时间，减少设备购入。三维测头平时可安放于刀库中，使用时取出装入主轴孔中。工件经过高压切削液冲洗，并用

13、压缩空气吹干后进行检测。,24,三维测头的使用,图 6-7 数控机床的三维测头,图 6-8 三维测头自动测量系统原理,测头的测量杆接触工件表面后，通过感应式或红外传送式传感器将信号发送到接受器，然后送给机床控制器，计算机控制系统根据位置检测装置的反馈数据得知接触点的位置坐标，通过相关软件进行计算和处理，达到不同的测量目的。,25,激光测径仪,使用常用在钢管、钢棒的热轧生产线中测量工件的外径。能用于轧制时的高温、振动大的恶劣环境。,图6-9 激光测径仪原理图,工作原理氦氖激光器产生的光束经过平面镜反射到多面棱镜W上，当同步电动机M带动多面棱镜旋转后，激光束通过透镜L4称为平行扫描光束。平行扫描光

14、束经过透镜L5后聚焦到光敏二极管V上。,26,激光测径仪,如果透镜L4与透镜L5之间没有被测的钢管，那么光敏二极管接收到的信号是一个方波脉冲，如6-10（a）。脉冲宽度T与同步电机的转速、透镜L4的焦距多面棱镜的结构有关。若有被测件，则波形如6-10（b），其中脉冲宽度T与被测件的尺寸（钢管的直径）成正比。,图 6-10 激光测径仪波形图,图6-9 激光测径仪原理图,27,机器人辅助测量,机器人测量具有在线、灵活、高效等特点，特别适合自动化制造系统中的工序间和过程测量。机器人辅助测量分为直接测量和间接测量：直接测量称为绝对测量，它要求机器人具有较高的运动精度和定位精度，因此造价也较高；间接测量

15、也称为辅助测量，特点是测量过程中机器人坐标运动不参与测量过程，它的任务是模拟人的动作将测量工具或传感器送至测量位置。,图 6-11 机器人辅助测量,28,磨床专用自动测量装置,三坐标测量机,三维测头,激光测径仪,机器人辅助测量,工件尺寸的自动检测,工件的圆度、垂直度的自动检测相关技术还没有达到实用程度。,29,加工过程的自动在线检测和补偿,自动在线检测,定义指在设备运行、生产不停顿的情况下，根据信号处理的基本原理，跟踪并掌握设备的当前运行状态，预测未来的状况并根据出现的情况对生产线进行必要的调整。分类（检测范围与深度不同）自动检测：即加工中测量仪与机床、刀具、工件等设备组成闭环系统。检测工件尺

16、寸的变化量。机床监测：即对加工设备状态进行监视。通过传感元件监测有关机床、产品及加工过程的信息。自适应控制：指加工系统能自动适应客观条件的变化而进行相应的自我调节。,30,实现在线检测的方法一种可采用在机床上安装自动检测装置；另一种可采用在自动线中设置自动检测工位的方法。,自动化单机可在机床上安装自动尺寸检测装置与自动补偿装置。,可组成自动线也具有自动检测与补偿功能。,组合机床自动线/专用机床自动线在自动线中适当的位置设置自动检测工位，由人工对自动线进行调整。,31,加工过程的自动在线检测和补偿,自动补偿,对一些采用调整法进行加工的机床，工件的尺寸精度主要取决于机床本身的精度和调整精度。当工件

17、的精度要求较高，而切削工具磨损较快时，则机床工作时间不长，工件的尺寸精度就会显著下降。刀具磨损是直接影响被加工工件尺寸精度的因素。如要保持工件的加工精度就必须经常停机调刀，又会影响加工效率。必须采取措施来解决加工中工件的自动测量和刀具的自动补偿问题。,刀具处于正常磨损状态,32,加工过程的自动在线检测和补偿,自动补偿,所谓补偿，是指在两次换刀之间进行的刀具多次微量调整，以补偿刀刃因磨损对工件加工尺寸带来的影响。,图 6-12 自动补偿的基本过程1-工件 2-测量装置 3-信号转换、放大装置 4-控制线路5-机床 6-控制线路 7-分类机 8-合格,补偿原理机床5加工后的零件送至检测装置2处检测

18、，若工件尺寸超过一定值，检测装置产生补偿信号，经3、4后操纵机床5上的自动补偿装置使刀具按指定值做补偿运动。当出现的废品超过规定数值，控制线路6使机床停止工作。,33,补偿量的大小取决于工件的精度要求。补偿量愈小，获得的补偿精度就愈高，工件尺寸的分散范围也愈小（公差带宽度越小），对补偿执行机构的灵敏度要求也愈高。由于补偿是滞后的，即对已加工的零件进行测量和发出补偿信号避免下一个零件成为废品，故不能当工件尺寸到达极限尺寸才发出补偿信号，需在公差带的上下限处建立警告界限。,图 6-13 被加工工件的尺寸分布与补偿,轴,孔,34,三、刀具状态的自动识别与监测,在机械加工过程中最为常见的故障便是刀具状

19、态的变化。,刀具状态的自动识别,刀具状态的自动识别指对刀具切削状态的识别。主要是在加工过程中能在线识别出切削状态（刀具磨损、破损、切屑缠绕以及切削颤振等）。,常用的识别刀具状态的方法,（1）功率检测刀具切削过程中，通过测量主轴电动机负载来识别刀具的磨损状态。因为发生磨损的刀具所消耗的功率比正常刀具大，如果功率消耗超过预定值，则说明刀具磨损严重，需换刀。,刀具装在主轴上,35,三、刀具状态的自动识别与监测,常用的识别刀具状态的方法,（3）声发射检测 切削过程中会发出超声波脉冲，而磨损严重的刀具所发出的声波强度比正常值高37倍。如果通过声发射检测方式检测到声波强度迅速增强，表明刀具磨损严重，需换刀

20、。,（4）学习模式需运用神经网络相关算法，建立神经元网络模型，通过先前获得的数据，对神经网络进行训练，当系统具有一定的判断力后，再将其用于实际刀具状态识别中。,（2）力检测通常检测作用在主轴或滚珠丝杠上力的大小，获取切削力或进给力的大小，如果大于设定值，则判断刀具磨损，需换刀。,36,钻头磨损状态自动识别案例,通过检测电动机电流信号来识别刀具磨损状态。,依据对钻头磨损量的分类，建立在不同刀具磨损类别下的数学模型，用来描述电流与刀具磨损状态的关系。应用中，通过检测电流值的大小，识别刀具的磨损状态。,电流信号不仅与刀具磨损有关，与切削参数、加工材料、刀具材料也密切相关。需建立刀具磨损状态与电流信号

21、之间的关系。需用到神经网络模型、模糊数学、回归分析等数学知识建立钻削过程中电流信号与刀具磨损状态的识别模型。,检测何信息？,电流信号与刀具磨损量的关系？,37,钻头磨损状态自动识别案例,1.钻头磨损状态划分 根据钻削过程的要求，把刀具磨损量分为A、B、C三类，各类的平均磨损量分别为：0.2mm、0.5mm、0.8mm。2.电流信号模型 电流信号I与切削速度v、进给量f、刀具直径d、刀具磨损量w相关，当使用新的切削刃时,图 6-14 钻削电流神经网络模型,主轴电流幅值,进给电流幅值,38,钻头磨损状态自动识别案例,对应的A/B/C类刀具磨损量建立电流神经网络数学模型。,图 6-14 钻削电流神经

22、网络模型,主轴电流幅值,进给电流幅值,若已知切削速度v、进给量f、刀具直径d（在当前的刀具磨损量下w），会有一组对应的电流值（通过神经网络算法获得）将其与实际所测的电流值比较，其贴近程度反映刀具磨损属于何类。,39,刀具状态监测,刀具的监测技术与刀具的状态识别技术是紧密相连的。刀具的监测建立在刀具的状态识别基础之上。刀具状态监测技术强调用什么方法，装置（过程）表6-1/6-2刀具状态识别强调结果（刀具状态是好是坏，处于什么程度）,刀具状态监测实际应用方法 直接测量法：就是直接检测刀具的磨损量，并通过控制系统控制补偿机构进行相应的补偿，保证各加工表面应具有的尺寸精度。,刀具状态识别与状态监测之间

23、的关系？,不易测量，常需停机测量,40,刀具状态监测实际应用方法 间接测量法：刀具的磨损区往往很难直接测到，常常通过测量切削力、切削力矩、切削温度、振动参数、噪声和加工表面的粗糙度等来判断磨损程度。,根据切削力的变化判别刀具的磨损程度的。对于加工中心而言测量装置是无法装在刀具上，一般情况下，就装在主轴的轴承上，这种轴承称为测力轴承。通过测量测力轴承的受力情况来确定刀具的磨损情况。,刀具状态监测,41,刀具的自动监控,刀具的自动监控主要集中在刀具寿命、刀具磨损、刀具破损以及其他形式的刀具故障等方面。采用刀具监控技术后，可减少75%的由人和技术因素引起的故障停机时间。刀具寿命自动监控 通过对刀具加

24、工时间的累计，直接监控刀具的寿命。当累计时间达到预定刀具寿命时，发出换刀信号；提前计算出刀具寿命内可加工的工件数，通过计工件数来实现刀具寿命监控（加工同一种工件）；。,42,刀具的自动监控,刀具磨损、破损的自动监控 切削力、扭矩、振动、声发射（AE）、激光（表面粗糙度）,图 6-17 刀具磨损振动监测系统原理图1-工件 2-加速度计 3-刀架 4-车刀,刀架的垂直方向（敏感方向）上安装加速度传感器获取振动信号，经放大、滤波及转换处理后，用计算机进行分析比较，当判别刀具磨损的振动特征量超过允许值，控制器发出换刀信号。,43,刀具的自动监控,刀具磨损、破损的自动监控 切削力、扭矩、振动、声发射（A

25、E）、激光（表面粗糙度）,声发射传感器安装在工作台上接收声音信号，若钻头发生破损，所接收到的钻头的声音信号异常、机床控制器发出换刀信号。,图 6-18声发射钻头破损监测装置原理图,刀具磨损时的声发射值主要取决于刀具破损面的大小，与切削条件关系不大，故应用广泛，既可用于车刀、铣刀等较大的刀具的监测，也可用于小刀具如小钻头的监测。,44,一 填空题（共5题）1.制造过程的检测技术就是采用 手段、通过各种 装置为控制 等提供必要的参数和数据。2.接触测量时测量器具的直接与被测对象的 接触，测量头的 直接反映被测参数的变化。3.针对产品的检测要素包括、等。4.产品精度检测是在工件 后，按验收的技术条件

26、进行验收和分组。在自动检测中，能自动将工件分为。但这种检测方法只能 废品，不能 废品的产生。5.工艺过程精度检测可以预防废品的产生，所以这种检测方法也称为。这种检测的对象一般是。,四、加工设备的自动监测,45,监控系统的组成 自动化加工监控系统主要由信号检测、特征提取、状态识别、决策和控制等四个部分组成。,图6-19 加工过程监控系统一般结构,（1）信号检测：监控系统的首要步骤，加工过程中产生的信号类型各异，从不同角度反映加工状态的变化。信号需要用相应的传感器获取。（2）特征提取：对检测信号进行进一步处理，从大量检测信号中提取出与加工状态变化相关的特征参数。,四、加工设备的自动监测,46,监控

27、系统的组成 自动化加工监控系统主要由信号检测、特征提取、状态识别、决策和控制等四个部分组成。,图6-19 加工过程监控系统一般结构,（3）状态识别：通过建立合理的识别模型，根据所获取加工状态的特征参数对加工过程的状态进行分类判断。（4）决策与控制：根据状态识别的结果，在决策模型指导下对加工状态中出现的故障做出判决，并进行相应的控制和调整。,47,对监控系统的要求 对加工过程、机床及刀具状况进行监控，是自动化监控系统的三个主要任务。各任务除了要选好状态变量之外，还必须满足以下要求：,（1）加工过程往往需要监控多个状态变量，仅监控一个状态变量是不够的。（2）由于自动化加工系统本身的加工特性，必须监

28、测振动情况，在多轴加工的情况下，还必须选择观测方向。（3）系统中必须采用相应的识别控制程序对加工过程出现的异常状态进行识别。（4）由于交换部件、刀具的数量大、控制程序长，因此，必须监测加工过程的初始条件。,48,加工设备的故障诊断,监控的目标检测并诊断故障（检测相应的信号，根据信号做出设备运行状态的判断）。诊断的定义所谓诊断就是对设备的运行状态做出判断。加工设备的自动监控与诊断包括四方面内容：（1）状态量的监测：就是用适当的传感器实时监测设备运行状态是否正常的状态参数。（信号检测）（2）加工设备运行异常的判别：是将状态量的测量数据进行适当的信息处理，判断是否出现设备异常的信号。（特征提取）（3

29、）设备故障原因的识别：找出加工设备发生故障的地点及原因（设备的哪个部分出现故障，因为什么而发生故障），这是故障诊断中最难，最耗时的工作。（状态识别）,建立在对加工设备的自动监控基础之上的,49,加工设备的故障诊断,监控的目标检测并诊断故障（检测相应的信号，根据信号做出设备运行状态的判断）。诊断的定义所谓诊断就是对设备的运行状态做出判断。加工设备的自动监控与诊断包括四方面内容：（4）控制决策 找出故障发生的地点及原因后，就要对设备进行检修，排除故障，保证设备能够正常工作。,建立在对加工设备的自动监控基础之上的,状态监测是故障诊断的基础，故障诊断是对监测结果的进一步分析和处理，而控制决策是在监测和

30、诊断基础上做出的。因此，三者之间必须紧密集成在一起。,50,加工设备的故障诊断,用于设备状态监测的振动监测法和油料监测法：（1）振动监测法 通过对某结构的固有特征参数（固有频率、阻尼比、模态）的监测，来实现对设备的状态监测。振动传感器安装在设备上时，需安装在其振动敏感的方向上。刀具的受力方向，90外圆车刀车外圆时？面铣刀铣端面时？,建立在对加工设备的自动监控基础之上的,51,用于设备状态监测的振动监测法和油料监测法：（2）油料监测法 润滑油在机械设备中循环流动时必然携带设备零部件运行状态的大量信息，这些信息可提供有关零件磨损的类型、程度以及及其剩余寿命的信息。油样的分析过程包括采样、监测、诊断

31、、预测与处理五个步骤。通常采用的分析方法有油样光谱分析法（SOAP）、铁谱分析法、润滑油铁粉浓度分析法。SOAP法 对于油内的某种磨损材料的浓度，可以用辐射光谱分析仪或原子吸收光谱分析仪来测定，这两种仪器都是利用油液中所含元素的原子吸收/发出辐射能，进行光谱分析来确定其含量。,52,铁谱分析法 磨粒的类别和数量的多少及增加的速度与摩擦面材料的磨损程度及磨损速度有直接的关系；而磨粒的形态、颜色及尺寸等则与磨损类型、磨损进程有密切关系。因此铁谱分析法在判断磨损故障的部位、严重程度、发展趋势及产生的原因等方面能发挥全面的作用。怎么做？,用铁谱仪把混于润滑油中的磨粒分离出来，并按其尺寸大小依次、不重叠

32、地沉淀到一块透明的基片上（即制作谱片），在显微镜下观察，以进行定性分析（指对磨粒的形态特征、尺寸大小及其差异等表面形貌及成分进行监测和分析）。利用加装在铁谱显微镜上的光密度计，还可以对谱片上大小磨粒的相对含量进行定量分析，也可用计算机对磨屑进行图像处理，以获取磨屑的有关参数。,53,润滑油铁粉浓度分析 通过检测分析润滑油中金属磨粒的含量（浓度）来评价零部件的磨损程度。常用来分析轴承、齿轮、油缸的磨损程度。,54,简述题（共2题）1.加工设备监控系统由哪几部分组成？每部分的作用是什么？2.加工设备的自动监控与故障诊断主要包括哪几部分内容？,五、相关检测技术,55,无损探伤检测技术,就是在不破坏或

33、损伤原材料和工件等受检对象的前提下，测定和评价物质内部或外表的物理和力学性能。应用形式 一是在生产过程中的无损检测，它可以剔除每道生产工序中的不合格产品，并把检测结果反馈到生产工艺中去，指导和改进生产，监督产品的质量。二是用于成品的质量控制，即用于出厂前的成品检验和用户验收检验。三是在产品使用过程中的检测，即维护检验。,56,常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）1.磁粉探伤检测,磁粉探伤检测是通过铁磁性材料的磁性变化来探测铁磁性材料工件表面和近表面是否有缺陷的一种无损检测方法。适用场合适用于检测铁磁性材料及其合金，主要是铁、钴、镍及其合金。见表6-3。检测原理基于通电导体周围产生磁场时

34、的电磁感应现象在检测中的应用。,图 6-20 磁粉探伤原理,57,常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）1.磁粉探伤检测,图 6-20 磁粉探伤原理,将工件置于磁场中进行磁化，工件无缺陷的部分磁力线分布均匀；,将工件有缺陷，缺陷处磁阻大（磁导率小），此处的磁力线发生弯曲；,若工件的缺陷在近表面处，有一部分磁力线弯曲而暴露在空气中，形成漏磁场（比实际缺陷宽很多）。若在工件表面撒上导磁率很高（磁阻很小）的磁粉，则磁粉会被漏磁场吸住而聚集形成磁痕（比真实缺陷宽很多），从而暴露出工件缺陷位置。,若缺陷很深，能被探测出吗？,每个工件必须进行纵、横两个方向的磁化与检测缺陷与磁力线垂直时更容易被检测出

35、。,58,1.磁粉探伤检测,磁粉探伤的优点显示直观，磁痕一般比裂纹尺寸大，易于观察；探测灵敏度高，最小缺陷宽度可达0.1微米；适应性好，对于几何形状复杂的工件，可以采用不同的磁化方法，对工件进行有效的全面检查；设备简单，成本低，操作方便，效率高。磁粉探伤的缺点只限于铁磁性材料的检查，主要包括碳钢、高强度合金钢、电工钢；只能够检查工件的表面及近表面缺陷；不能定量测出缺陷的深度；必须用人眼来观察，易造成操作人员的疲劳。,59,常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）2.超声波探伤检测,超声波检测主要用于检测构件内部及表面的缺陷，或用于压力容器、管道壁厚的测量。检测时将探头放在被测件表面，探头或

36、测试部位应涂耦合剂（水、油）以保证二者紧密接触，探头向被测件发射纵波（垂直探伤）或横波（斜向探伤）并接受从缺陷处传回的反射波，由此对缺陷进行判断。,当探头与钢试件之间存在空气时，超声波基本上不能透入钢中，采用机油为耦合剂时，约有16%的发射声压进入钢中，已足够了。,60,常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）2.超声波探伤检测,超声波的特性超声波在介质中传播时，遇到界面会发生反射；超声波指向性好，频率愈高，指向性愈好；超声波传播能量大，对各种材料的穿透力强。超声波探伤检测特性（优点）对裂纹、夹层、折叠、未焊透等类型的缺陷具有很高的检测能力。可探测厚度较大的材料，且具有检测速度快、费用低并

37、能对缺陷进行定位和定量，对人体无害及对危害较大的平面缺陷的探测灵敏度高。,61,常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）2.超声波探伤检测,超声波检测局限（缺点）对于球状缺陷如气孔，假如气孔不是很大，或不太密集，就难以获得足够的回波。无法比较直观地判断缺陷的几何形状、尺寸和性质。超声波检测技术难度较大，其效果和可靠程度往往受到操作人员技术水平的影响。,62,根据超声波的波形、发送与接收的方式不同，超声探伤检测的方法有（1）共振法 用于检测工件厚度或探伤 检测工件厚度时，调整发射超声波的发射频率，改变发射到工件中的超声波波长，当工件的厚度是超声波半波长的整数倍时，发射波与反射波相互叠加便产生

38、共振，根据共振时谐波的阶数与超声波的波长，便可得出工件的厚度。（目前很少用）探伤时，超声波的频率等于被测工件的固有振荡频率，则会发生共振，被测工件内部如无缺陷，就能同超声波产生共振。反之如果内部有缺陷，就不能产生共振，或共振频率不一样。如果材料内部有缺陷，则缺陷与材料间必存在一界面，相当于改变了所要测量的材料的厚度，所以共振点转移，共振频率改变。,63,（2）穿透法 根据超声波穿透工件后的能量变化来判断共建内部有无缺陷。需两个探头，分别置于被测件相对的两个侧面，分别用于发射与接收超声波。若无缺陷，超声波穿透工件后衰弱较小，接收到的超声波信号较强；若有缺陷，超声波在缺陷处反射、折射后穿透接受到的

39、超声波信号弱，故根据接收到的超声波能量的大小可判断出缺陷的位置及大小。,64,根据超声波的波形、发送与接收的方式不同，超声探伤检测的方法有（3）脉冲反射法 应用最广泛的一种超声波检测法 超声波探头发射脉冲波（一定频率、一定时间间隔）到被检测工件内，通过观察示波器上来自内部缺陷或工件底面反射波的情况来对试件缺陷的大小及深度。,缺陷回波法 底波高度法,65,常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）3.射线探伤检测射线检测主要检查工件的内部缺陷,探伤检测原理在射线检测中应用的射线主要是X射线、射线和中子射线。X射线和射线属于电磁辐射，中子射线是中子束流。由于他们属电中性，不会受到库伦场的影响而发

40、生偏转，且贯穿物质的本领较强，被广泛应用于无损检测。在穿透物体的过程中受到的吸收和散射，而使得穿透后射线强度减弱。,图 6-21 射线照相探伤法,（1）照相法：用强度均匀的射线照射被检测的物体，把胶片显影后就可得到与材料内部结构和缺陷相对应的黑度不同的图像，即射线底片，通过对这种底片的观察来检验缺陷的种类、大小、分布状况等。,有气孔，射线容易通过（影像更黑）；有吸收射线的异物，则射线不易通过。,66,（2）电离检测法：X射线通过气体时，撞击气体分子使其中某些原子失去电子变成离子，产生电离电流。如果将透过试件的X射线通过电离室测量射线强度，就可以根据电离室内电离电流的大小来判断试件的完整性。这种

41、方法对缺陷性质的判别较困难，只适用于形状简单、表面工整的工件，应用较少。,图 6-22 电离探伤检测原理,67,（3）荧光屏直接观察法：将透过试件的射线投射到涂有荧光物质的荧光屏上时，在荧光屏上会激发出不同强度的荧光来，利用荧光屏上的可见影像直接辨认缺陷。这种方法成本低，适用于形状简单、要求不严格的产品的检测。,图 6-23 荧光屏观察法示意图,根据缺陷在底片上的影像，只能判定缺陷在工件中的平面位置，也就是说，只能把缺陷位置以两个坐标表示出来。为了确定第三个坐标，即决定缺陷所在位置的深度，必须进行两次不同方向的照射。,68,射线探伤检测的优点：（1）对缺陷形象检测直观，对缺陷的尺寸和性质判断比

42、较容易，便于分析处理。（2）射线照相底片可作为原始的资料长期保存。（3）利用图像处理技术可以实现缺陷评定分析自动化。射线探伤检测的缺点：（1）对人体有害，在检测中必须注意防护。（2）相对于其它的检测方法而言，射线探伤检测的 成本较高。,69,常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）4.涡流探伤检测涡流检测只适用于导电材料的检测探伤所谓涡流，就是指能导电的试件，在周围交变磁场的作用下，在导电试件中感应出漩涡状的电流。（只有导电材料才会产生涡流）,探伤检测原理涡流探伤检测是以电磁感应理论作为基础的，通过检测激励（敏感）线圈磁场和感应涡流磁场之间的交互作用来探伤。,70,探伤检测原理涡流探伤检测

43、是以电磁感应理论作为基础的，通过检测激励（敏感）线圈磁场和感应涡流磁场之间的交互作用来探伤。,1高频的交变电压发生器（振荡器）供给检测线圈以激励电流，从而在检测线圈附近产生一个激励磁场,2将被测件移入激励磁场中，被测件表面感应出电涡流，电涡流产生自己的磁场。检测线圈用来检测试件中涡流磁场的变化，便可以分析判断试件中是否存在缺陷。,表面、近表面探伤,71,常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）,72,气密性检测技术,气密性指具有一定几何空间容器的密闭程度，对于大部分有气密性要求的检测件，气体的泄漏量是一个微小量。干式气密性检测（1）压降法 在被测容器的内腔中充入一定气体，若内腔存在泄露，则

44、一段时间后内腔内气压会下降。比较压力的变化，可判定该容器的气密性如何。,图 6-25 压降法气密性检测原理,用于检测泄漏量比较大的场合。,73,气密性检测技术,（2）流量测量法 在被测容器的内腔中充入一定气体，并使内腔与充气管路、进气阀、流量计连接，若内腔存在泄漏，则流量计会有所显示。,用于检测泄漏量比较大的场合，否则流量计的检测精度要求很高。,（3）氦气泄露检测法 在被测容器的内腔中充入一定氦气，并将容器置于一个箱体内，将箱体内抽成真空，若被测容器存在泄漏，一段时间后，真空箱体内将会存在氦气。通过检测箱体内的氦气量来判定被测容器的气密性。要求，每检测完一个容器，容器及箱体内的氦气要清除干净否

45、则会引起测量误差。,具有很高的精度，可用于对气密性要求很高的工件，但设备价格高、费用大。,74,气密性检测技术,（4）压差式泄漏检测法,1平衡期 被测件内腔与标准容器内腔内充入压力相同的气体后，关闭阀1，阀2保持打开,图 6-27 压差式泄漏检测法原理,2测试期 保持阀1关闭，关闭阀2，若被测件气密性不佳，一段时间后，被测件内腔与标准容器内存在气压差，传感器检测其气压差并转化成电流信号输出，经放大处理后输入控制部分，实现气密性自动检测。,条件：1工件与检测用气体温度相同；2测试过程中系统不会发生弹性变化，即管路、密封装置的体积不会发生变化。,75,气密性检测技术,湿式气密性检测 湿式气密性检测

46、是一种传统的方法，又称湿式浸水法，即在被检测工件的密封腔内充入一定压力的气体，然后浸入水中，由工人来观察是否有气泡产生。由于该方法简单并且直观，便于在生产中实施，目前很多生产厂家采用湿式浸水法来对零件进行气密性检验。,图 6-28 湿式气密性检测装置,76,气密性检测技术,湿式气密性检测,湿式气密性检测方法的缺点：（1）工件必须浸入水中，检测后需对工件进行烘干，为了防止工件生锈，常常需用煤油，酒精等液体来替代水，提高了测试成本。（2）检测结果受到操作人员个人能力的限制，难以严格控制产品质量，尤其是有时泄漏的微小气泡会吸附在被测零件表面，未及时升到水面上来，容易造成误检。（3）工人作业环境恶劣，劳动强度大。（4）主要依赖人工观察、判断，无法代之以自动检测，不易纳入自动生产线中使用。,