摘要：随着工业机械化的程度提高，自动化超声波设备的运用不仅可以大幅度提高产量，还可以提高检测准确度和可重复性。但是仍然面临着诸如扫查精度、杂波干扰、自动上下料等难以解决的问题，本文主要论述了在轴承零部件的无损检测过程中，自动化超声波检测所面临的主要问题以及可行性解决方案，对未来超声波自动化检测在“工业4.0”进程中的发展趋势提出了自己的见解。
Abstract: The automation ultrasonictesting equipment can not only greatly improve the output, but also improve the detection accuracy and repeatability. But the problems such as scanning precision, clutter interference and automatic loading-unloading are still difficult to be solved. This paper discusses main problems and feasible solutions of automatic ultrasonic testing in the NDT processof bearing parts, and puts forward some opinions on the future development trend of ultrasonic automatic testing in the process of "industry 4.0".
关键词: 无损检测；超声波检测；轴承；发展趋势
1.自动化无损检测的发展状况
无损检测检测是保证制造业产品质量的有力手段，该技术的成熟度也从侧面反应出一个企业的技术实力。常规方法中，由于涡流检测、射线检测和超声波检测可以通过模数转换实现信号的数字化处理，它们已经较早的实现了自动化的检测和评估。但是渗透检测和磁粉检测，由于评价过程主要靠人眼来识别和判断，所以还难以实现自动化评估，目前比较成熟的做法是采用自动化设备取得人力搬运过程以提高检测效率。
2.国内外超声波检测技术水平对比
与国外相比，我国的超声波检测技术虽然起步较晚，但发展迅速，在基础研究方面和技术创新方面已经达到国际先进水平。不过在设备仪器制造水平和超声波新技术的运用方面仍具有较大的差距。从2000年以来，国内自动化超声波检测设备从最初的仿制、仿造发展到独立研发，已经形成了一些优秀的仪器厂商。但是国内自动化超声波检测设备的协调性、自动化程度、智能化程度仍然落后于进口设备，扫查机构和机械臂的设计水平、自动控制和传感的性能也有待提高2。
3.工业轴承自动化超声波检测的难点及解决方案
轴承是传动机构的主要零部件之一，主要由内外套圈、滚动体和保持架组成。轴承的类型主要有球轴承和滚子轴承，根据滚动体的形状又分为桶型滚子、圆锥滚子和圆柱滚子，相应的套圈类型也不同。工业轴承超声波检测的难易程度取决于外形的复杂程度。圆柱型滚子和套圈的超声波检测工艺最简单，具有弧面的轴承套圈和滚子相对复杂一些，探头须根据检测表面的变化调整角度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前工业轴承自动化超声波检测的主要难点集中在以下三方面：
1)机械和电气的稳定性及维修校验问题
自动化超声波检测设备需要稳定的机械和电气系统，首先，机械部件的精度将决定扫查步进的精度，进而影响检测的重复性和正确性。其次，电气性能决定了超声波信号的传输稳定性，会直接影响检测结果。机械和电气系统在设备出厂时要经过严格的校验。设备性能必须符合标准的要求，比如EN12668中就详细规定了仪器及探头的要求。但是在使用过程中，难免会出现由于设备搬迁或者意外撞击导致的机械或电气系统的损坏，此时就需要再次对系统进行校验。而一般的维修人员不具备这种专业知识，通常是委托厂家的技术专家到现场进行维护和校验。
2)检测结果的自动评定问题
工业轴承自动化超声波检测评估的难度取决于检测灵敏度，灵敏度等级越高，对工件表面粗糙度水平、水槽内的水质、设备扫查机构精度的要求就越高，自动评定的难度也越大。目前，超声波检测设备主要依赖于超声波A扫或C扫结果进行评定，设备一般无法判断外界或内部环境产生的杂波干扰，这种误判率通常很低，若异常增加，就要寻找原因。有文献指出3，超声波杂波的产生原因主要受到工件表面粗糙度、晶粒大小、探头频谱的影响。在实际生产中也发现，表面粗糙度Rz>7时，在0.3mm平底孔当量灵敏度下，近表面的杂波水平会经常触碰闸门，对评估结果产生影响。此外，车削纹路也会造成近表面杂波水平增大。当采用底波降低法进行评判时，车削痕迹的影响会更加明显。
3)检测效率的提高
提高检测效率往往是自动化超声波检测的重点，检测周期的瓶颈一般集中在上下料和扫查工序。扫查时间受到脉冲重复频率的制约，有最大极限，一般要求扫查路径单位毫米上至少有3~5个脉冲，如果要提高扫查步进，就必须提高脉冲重复频率和转速。检测软件在设计时应该植入转速、步进及脉冲重复频率的制约关系，否则盲目提高扫查速度，存在漏检风险。如果软件没有这个功能，可以单独建立指导性工艺卡，根据工件的尺寸确定最大的扫查速度。对于没有自动上下料装置的设备，为了节约成本可以加装机械臂或送料盘。
4.自动化超声波检测的发展趋势
2015年5月中国提出“中国制造2025”规划，与德国工业4.0的概念异曲同工，旨在提升制造业的智能化水平和提高生产力。有调查表明1，中国制造商对工业4.0抱有很大的热情和期待，且中国民营企业比国企和跨国企业在工业4.0方面所做出的准备更加充分，有86%的民营企业认为技术革命利于提升竞争力，而68%的国企和73%的外企对此保持乐观的态度。可见，中国制造商正以非常积极的态度在做生产力的技术性升级，其中最主要的一个方面就是实现生产和质量检测自动化。
随着国家政策的大力推动，将会为自动化无损检测设备的发展注入新的动力，势必为自动化超声波检测带来一些技术上的升级和创新，比如传输接口的升级会大幅度提升超声波信号传输稳定性，空气耦合的进一步发展可能取代水浸法，将大幅减少设备的占地面积并提高检测效率。超声相控阵水浸法自动化检测系统在板材、复材、管材检测中已经有成熟的案例4，将来在轴承制造业也会进一步得到发展。人工智能、神经网络、模式识别等新技术在无损检测上的应用也将是重要的发展方向。
参考文献:
[1]Karel Eloot，王平，侯文皓，吴听 中国工业4.0之路[N]. McKinsey China 2016.10.21
[2]沈功田，胡斌，徐永昌，季敬元 中国无损检测2025科技发展战略[M]. 中国质检出版社，中国标准出版社 2017.03
[3]马小怀 钛合金超声波检测中杂波产生原因分析[J].无损检测，2006.28(12):649.
[4]靳世久，杨晓霞，陈世利，黄玉秋，郭薇 超声相控阵检测技术的发展和应用[J].电子测量与仪器学报，2014.28(9):925-934.
论文作者:王升华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/15
标签：超声波论文; 轴承论文; 滚子论文; 工业论文; 中国论文; 设备论文; 步进论文; 《防护工程》2018年第36期论文;