專利名稱：一種齒輪損傷檢測(cè)方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種齒輪損傷檢測(cè)方法與裝置，屬于機(jī)械無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
齒輪是構(gòu)成機(jī)械設(shè)備的重要零件，大型機(jī)械設(shè)備的齒輪承載扭矩較大，在長時(shí)間 連續(xù)工作的環(huán)境下，齒輪的輪齒極易產(chǎn)生疲勞裂紋、齒面磨損、點(diǎn)蝕和膠合等失效損傷，如 不能得到及時(shí)有效的維修，則會(huì)產(chǎn)生折齒、斷裂等事故，使設(shè)備無法運(yùn)行，給生產(chǎn)帶來重大 損失。為了保障設(shè)備的正常運(yùn)行，需要對(duì)齒輪的輪齒等承載結(jié)構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)，以確保設(shè) 備的正常安全運(yùn)行。目前齒輪的檢測(cè)分為在線和離線檢測(cè)。目前主要的在線檢測(cè)方法是聲 發(fā)射檢測(cè)法和振動(dòng)加速度檢測(cè)法。在線檢測(cè)方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn) 行，可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的連續(xù)監(jiān)測(cè)；主要缺點(diǎn)是檢測(cè)結(jié)果易受環(huán)境和噪聲干擾，識(shí)別精度的準(zhǔn) 確率有待提高，難以對(duì)齒輪損傷位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位。齒輪損傷的另一種檢測(cè)方式是離線檢測(cè)，離線檢測(cè)需要在設(shè)備定期維護(hù)時(shí)進(jìn)行， 其主要優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)結(jié)果可靠，準(zhǔn)確率和精度高。離線檢測(cè)可以采用CCD光學(xué)視覺檢測(cè)、超聲 檢測(cè)、電渦流檢測(cè)等方法。由于齒輪長期工作在惡劣環(huán)境下，表面油污、鐵銹等現(xiàn)象比較嚴(yán) 重，僅憑光學(xué)視覺檢測(cè)難以可靠發(fā)現(xiàn)齒輪表面的裂紋和其它微小損傷；超聲檢測(cè)需要采用 耦合方式，對(duì)被測(cè)表面要求較高，有時(shí)需要對(duì)表面進(jìn)行預(yù)處理，一些尺寸形狀急劇變化的過 渡區(qū)域難以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)；渦流檢測(cè)法檢測(cè)速度較快，屬于非接觸檢測(cè)，但是提離效應(yīng)較大，即 探頭距被測(cè)面的距離變化會(huì)對(duì)結(jié)果造成較大影響。金屬磁記憶檢測(cè)是近年來提出的一種新型無損檢測(cè)方法，具有檢測(cè)速度快，對(duì)被 測(cè)表面要求較低、對(duì)疲勞裂紋和微小損傷檢測(cè)靈敏度較高、提離效應(yīng)小，即探頭距被測(cè)面的 距離變化對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很小等優(yōu)點(diǎn)。但現(xiàn)有磁記憶檢測(cè)儀一般采用單探頭檢測(cè)，信號(hào)采 樣方式采用摩擦輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器的方式進(jìn)行。這種檢測(cè)方式應(yīng)用在大型齒輪上檢測(cè)效率 很低，且摩擦輪易打滑，使檢測(cè)產(chǎn)生誤差，對(duì)于受力最大、應(yīng)力集中最嚴(yán)重的齒根處狀態(tài)，由 于探頭難以放入，使檢測(cè)往往無法進(jìn)行。本發(fā)明提出了一種形狀能夠和被測(cè)齒輪的輪齒齒形相嚙合的磁記憶檢測(cè)方法與 裝置，在裝置上安裝多路磁傳感器，可以同時(shí)檢測(cè)齒面、齒根等受力位置，采用非接觸式光 電元件作為采樣觸發(fā)裝置，一個(gè)檢測(cè)裝置一次掃描即可同時(shí)記錄一個(gè)輪齒兩個(gè)齒面、齒根 處的損傷狀態(tài)，檢測(cè)效率高，避免了檢測(cè)盲區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為解決對(duì)機(jī)械設(shè)備中承載齒輪損傷缺少有效的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè) 方法和裝置，難以及時(shí)有效地進(jìn)行評(píng)估檢驗(yàn)的問題，提出一種齒輪損傷檢測(cè)方法與裝置，主 要利用齒輪的輪齒損傷處雜散磁信號(hào)梯度進(jìn)行整體檢測(cè)。本檢測(cè)方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下
步驟1，設(shè)計(jì)制作一體化檢測(cè)探頭，其探測(cè)區(qū)域的形狀與被測(cè)輪齒的齒廓形狀一 致，尺寸略大于輪齒外廓，使輪齒能順利通過檢測(cè)裝置。步驟2，將多個(gè)高靈敏度磁敏元件對(duì)稱分布安裝于呈現(xiàn)輪齒齒廓形狀的一體化檢 測(cè)探頭的兩側(cè)，用來檢測(cè)齒面和齒根處的磁場(chǎng)信號(hào)變化。步驟3，將非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置及其信號(hào)采集電路安裝于一體化檢測(cè)探頭 上，并與各個(gè)磁敏元件相連接。步驟4，使用一體化檢測(cè)探頭對(duì)齒輪進(jìn)行檢測(cè)，在檢測(cè)過程中以已設(shè)定的等間隔采 集方式記錄多路磁敏元件的輸出信號(hào)，得到被測(cè)輪齒齒面和齒根處的磁信息。步驟5，在步驟4得到輸出信號(hào)后，求取各路信號(hào)的梯度AR(I) = MhM1I
‘“M式中Ri⑴和Rh⑴是相鄰采樣點(diǎn)的信號(hào)差值，Δ 1是相鄰采樣點(diǎn)的距離。步驟6，對(duì)經(jīng)步驟5處理過的信號(hào)求取其中梯度最大值，梯度最大值A(chǔ)Rmax(I)對(duì)應(yīng) 的ARi(I)處即為損傷或應(yīng)力集中位置。如果沒有損傷，則信號(hào)曲線為一平滑曲線，即梯度 值均較小。通過對(duì)齒輪每個(gè)輪齒的檢測(cè)，完成對(duì)整個(gè)齒輪損傷的檢測(cè)。本發(fā)明所述的齒輪損傷檢測(cè)裝置，包括檢測(cè)探頭、多個(gè)高靈敏度磁敏元件、信號(hào)采 集電路、非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置、電源電路和上位機(jī)。所述的檢測(cè)探頭為非磁性金屬材料的機(jī)械裝置，其檢測(cè)區(qū)域與被測(cè)輪齒的齒廓形 狀一致，尺寸略大于輪齒外廓，同時(shí)能完全貼合被測(cè)輪齒的待檢表面，使被測(cè)輪齒能順利通 過檢測(cè)裝置，且保證傳感器與被測(cè)表面距離的一致性。該檢測(cè)探頭用來安裝固定多個(gè)高靈 敏度磁敏元件、信號(hào)采集電路和非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置。所述的多個(gè)高靈敏度磁敏元件采用多個(gè)特性相同的磁敏傳感器，對(duì)稱安裝在檢測(cè) 探頭的兩側(cè)上，安裝個(gè)數(shù)及位置原則為傳感器檢測(cè)區(qū)域能覆蓋整個(gè)輪齒的齒面和齒根，其 作用為將磁場(chǎng)的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化傳輸給信號(hào)采集電路，供進(jìn)一步分析利用。所述的信號(hào)采集電路由多路放大電路、多路有源低通濾波電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電 路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路和信號(hào)存儲(chǔ)電路組成，其作用為對(duì)傳感器采集的初始信 號(hào)進(jìn)行放大和濾波，提高信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)將處理后的信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，用來傳送給上位機(jī)進(jìn)行 分析。多個(gè)高靈敏度磁敏元件輸出的信號(hào)首先經(jīng)過放大電路和有源低通濾波電路，經(jīng)過放 大和濾波的信號(hào)的信噪比得到了改善，有利于之后對(duì)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，放大電路中 設(shè)置可調(diào)節(jié)的放大倍數(shù)，以適應(yīng)天然地磁場(chǎng)和人工磁化場(chǎng)等磁激勵(lì)場(chǎng)作用下不同強(qiáng)度磁信 號(hào)的放大需要；隨后，經(jīng)過放大和濾波的多路信號(hào)輸入至多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路，其作用為將多 路磁敏元件信號(hào)順序接通，使之變?yōu)橐宦份敵觯跈z測(cè)速度要求不是很高的情況下可以滿 足實(shí)際檢測(cè)需要，有效節(jié)省硬件資源，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)；A/D轉(zhuǎn)換電路的作用為將多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電 路輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，使信號(hào)便于存儲(chǔ)和傳輸；單片機(jī)控制電路中設(shè)定了非 接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置的采樣間隔，并將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路后的數(shù)字信號(hào)放入信號(hào)存儲(chǔ) 電路中，通過與上位機(jī)的軟件通訊，將采集的數(shù)據(jù)傳入上位機(jī)中進(jìn)行詳細(xì)分析。信號(hào)采集電 路內(nèi)部連接關(guān)系為每一路放大電路對(duì)應(yīng)連接一路有源低通濾波電路；每一路有源低通濾 波電路均通過一個(gè)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路與A/D轉(zhuǎn)換電路相連；A/D轉(zhuǎn)換電路通過單片機(jī)控制電路與信號(hào)存儲(chǔ)電路相連。所述的非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置為光電感測(cè)電路，該裝置安裝在檢測(cè)探頭上端 對(duì)應(yīng)于輪齒齒頂?shù)奈恢?，其作用為通過接收齒頂表面的移動(dòng)光斑，將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成光電 脈沖信號(hào)，通過外觸發(fā)方式，使檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)空間等距采樣。其優(yōu)點(diǎn)是減小了檢測(cè)裝置體 積，消除了檢測(cè)盲區(qū)，避免了目前采樣系統(tǒng)摩擦輪打滑造成檢測(cè)誤差等問題。所述的電源電路為直流電源供電，其方式可采用外接直流電源供電，也可以采用 將電池集成在檢測(cè)裝置上的形式供電。所述的上位機(jī)的作用為接收檢測(cè)裝置采集到的信號(hào)，并求取采集的各個(gè)信號(hào)的梯 度，通過尋找梯度最大值來發(fā)現(xiàn)齒輪齒面的損傷位置。上述各部分的連接方式為多個(gè)高靈敏度磁敏元件以對(duì)稱的分布方式安裝在檢測(cè) 探頭兩側(cè)，信號(hào)采集電路、非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置以電路板的形式安裝在檢測(cè)探頭上 部。同時(shí)每一路高靈敏度磁敏元件通過導(dǎo)線與信號(hào)采集電路連接，信號(hào)采集電路分別通過 導(dǎo)線與非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置、電源模塊和上位機(jī)連接。本裝置的工作流程為首先，將檢測(cè)探頭放于齒輪輪齒的一端，啟動(dòng)電源電路，此 時(shí)高靈敏度磁敏元件開始采集數(shù)據(jù)，將檢測(cè)探頭貼合著輪齒表面向輪齒的另一端移動(dòng)。移 動(dòng)過程中，非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置每移動(dòng)一個(gè)設(shè)定距離便向信號(hào)采集電路發(fā)送一個(gè)脈 沖，從而使信號(hào)采集電路中的信號(hào)存儲(chǔ)電路記錄下一組數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測(cè)探頭移動(dòng)到輪齒的另 一端時(shí)，便記錄了整個(gè)輪齒表面的數(shù)據(jù)。最后將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)中進(jìn)行分析，從 而得到缺陷的位置。有益效果本發(fā)明的齒輪損傷檢測(cè)裝置采用高靈敏度磁敏元件，可以在天然地磁場(chǎng)或人工磁 化場(chǎng)等磁激勵(lì)場(chǎng)作用下進(jìn)行檢測(cè)，能耗較低，可采用電池供電方式長時(shí)間工作。同時(shí)，對(duì)被 測(cè)齒輪的清潔程度要求較低，無需在檢測(cè)前清理表面油污、鐵銹等雜質(zhì)。由于采用多探頭 仿形輪齒結(jié)構(gòu)，使得在檢測(cè)時(shí)將檢測(cè)裝置一次掃過輪齒便完成了對(duì)整個(gè)輪齒的檢測(cè)，相比 于傳統(tǒng)的齒輪檢測(cè)裝置及方法，檢測(cè)效率得到了很大的提升。同時(shí)由于檢測(cè)裝置根據(jù)被測(cè) 輪齒的外形設(shè)計(jì)，并在檢測(cè)過程中貼合輪齒的外形，使得檢測(cè)距離一致，從而保證了檢測(cè)精 度，對(duì)疲勞裂紋和微小損傷檢測(cè)靈敏度較高。檢測(cè)過程屬于非接觸檢測(cè)，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可 單個(gè)使用于對(duì)單個(gè)輪齒的檢測(cè)，也可多個(gè)檢測(cè)裝置集成一體對(duì)多個(gè)輪齒同時(shí)檢測(cè)。本檢測(cè) 裝置體積較小，可制成便攜裝置，也可以應(yīng)用于大型機(jī)械化生產(chǎn)線中，滿足實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境下 齒輪的損傷檢測(cè)需要，是目前齒輪損傷檢測(cè)中急需的和較有前景的新型無損檢測(cè)裝置。


圖1為本發(fā)明齒輪損傷檢測(cè)方法的流程圖；圖2為本發(fā)明的齒輪損傷檢測(cè)裝置各部分的連接關(guān)系圖；圖3為具體實(shí)施方式
中齒輪損傷檢測(cè)裝置的三維硬件結(jié)構(gòu)框圖；圖4為具體實(shí)施方式
中齒輪損傷檢測(cè)裝置的實(shí)物圖；圖5為具體實(shí)施方式
中齒輪損傷檢測(cè)裝置工作位置圖；圖6為具體實(shí)施方式
中齒輪損傷檢測(cè)裝置中磁敏元件和非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣 裝置位置圖7為具體實(shí)施方式
中被測(cè)輪齒缺陷位置的信號(hào)圖；圖8為具體實(shí)施方式
中被測(cè)輪齒缺陷位置差值后的梯度圖；圖9為具體實(shí)施方式
中被測(cè)輪齒的損傷位置圖。
具體實(shí)施例方式為了更好地說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)
一步說明。如圖1所示，本發(fā)明的檢測(cè)方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟1，設(shè)計(jì)制作一體化檢測(cè)探頭，其探測(cè)區(qū)域的形狀與被測(cè)輪齒的齒廓形狀一 致，尺寸略大于輪齒外廓，使輪齒能順利通過檢測(cè)裝置。步驟2，將多個(gè)高靈敏度磁敏元件對(duì)稱分布安裝于呈現(xiàn)輪齒齒廓形狀的一體化檢 測(cè)探頭的兩側(cè)，用來檢測(cè)齒面和齒根處的磁場(chǎng)信號(hào)變化。步驟3，將非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置及其信號(hào)采集電路安裝于一體化檢測(cè)探頭 上，并與各個(gè)磁敏元件相連接。步驟4，使用一體化檢測(cè)探頭對(duì)齒輪進(jìn)行檢測(cè)，在檢測(cè)過程中以已設(shè)定的等間隔采 集方式記錄多路磁敏元件的輸出信號(hào)，得到被測(cè)輪齒齒面和齒根處的磁信息。步驟5，在步驟4得到輸出信號(hào)后，求取各路信號(hào)的梯度AR(I) = MIhMIl
‘“Al式中Ri⑴和Rp1⑴是相鄰采樣點(diǎn)的信號(hào)差值，Δ 1是相鄰采樣點(diǎn)的距離。步驟6，對(duì)經(jīng)步驟5處理過的信號(hào)求取其中梯度最大值，梯度最大值A(chǔ)Rmax(I)對(duì)應(yīng) 的ARi(I)處即為損傷或應(yīng)力集中位置。如果沒有損傷，則信號(hào)曲線為一平滑曲線，即梯度 值均較小。通過對(duì)齒輪每個(gè)輪齒的檢測(cè)，完成對(duì)整個(gè)齒輪損傷的檢測(cè)。本發(fā)明所述的齒輪損傷檢測(cè)裝置包括檢測(cè)探頭、多個(gè)高靈敏度磁敏元件、信號(hào)采 集電路、非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置、電源電路和上位機(jī)。其中，信號(hào)采集電路包括多路放 大電路、多路有源低通濾波電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路和信號(hào) 存儲(chǔ)電路。齒輪損傷檢測(cè)裝置各部分的連接關(guān)系如圖2所示多個(gè)高靈敏度磁敏元件以對(duì)稱 的分布方式安裝在檢測(cè)探頭兩側(cè)，信號(hào)采集電路、非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置以電路板的 形式安裝在檢測(cè)探頭上部。同時(shí)每一路高靈敏度磁敏元件通過導(dǎo)線與信號(hào)采集電路中的一 路放大電路連接，信號(hào)采集電路分別通過導(dǎo)線與非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置、電源模塊和 上位機(jī)連接。信號(hào)采集電路各部分的連接關(guān)系為每一路放大電路對(duì)應(yīng)連接一路有源低通 濾波電路；每一路有源低通濾波電路均通過一個(gè)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路與A/D轉(zhuǎn)換電路相連； A/D轉(zhuǎn)換電路通過單片機(jī)控制電路與信號(hào)存儲(chǔ)電路相連。本實(shí)施例的檢測(cè)探頭采用鋁制材料，其主體部分的三維圖如圖3所示，在檢測(cè)探 頭的兩側(cè)斜面上各有3個(gè)傳感器安裝孔，其直徑與傳感器寬度相等，只需將磁敏傳感器接 好線后放置于傳感器安裝孔中，便可以實(shí)現(xiàn)多路檢測(cè)。同時(shí)檢測(cè)探頭的檢測(cè)區(qū)域與輪齒的 外廓形狀相同，這樣可以更好的保證傳感器與輪齒表面間的距離，從而使傳感器更好的貼合輪齒表面，防止由于距離改變而導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)的不準(zhǔn)確。本實(shí)施例的多個(gè)高靈敏度磁敏元件選用霍尼韋爾公司HMC1021S型磁阻傳感器， 排列方式如圖6所示。本實(shí)施例的信號(hào)采集電路中的放大電路使用儀表放大器AD620實(shí)現(xiàn)，低通濾波電 路采用UA741搭建的有源二階低通電路，A/D轉(zhuǎn)換電路使用TLC2543實(shí)現(xiàn)，采用AT89S52單 片機(jī)進(jìn)行控制。本實(shí)施例的非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置使用凌陽C2165型光學(xué)感測(cè)芯片以及 AT80C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例的電源電路為士5伏直流電源供電，其方式可采用外接直流電源供電。本實(shí)施例的上位機(jī)采用研華科技610L型工控機(jī)，其作用為接收檢測(cè)裝置采集的 數(shù)據(jù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，求取梯度，通過尋找梯度最大值來發(fā)現(xiàn)齒輪齒面的損傷位置。本實(shí)施例所述裝置的實(shí)物如圖4所示。金屬色部分為鋁制的檢測(cè)探頭，黑色部分 是為檢測(cè)探頭加裝的外殼，其作用為保護(hù)探頭上的信號(hào)采集電路和多個(gè)高靈敏度磁敏元 件。檢測(cè)探頭的外殼由四塊厚5mm的鋁板組成，前后兩塊鋁板下端按照檢測(cè)探頭外側(cè)的形 狀直接點(diǎn)焊到檢測(cè)探頭的兩端，同時(shí)前后兩塊擋板的邊緣留有凹槽，以便左右兩塊鋁板直 接插入凹槽固定，使檢測(cè)探頭與外殼構(gòu)成一個(gè)腔體；頂蓋使用六個(gè)螺栓固定在前后兩塊鋁 板的上端面。探頭接口采用12芯航空接頭，插頭和插座插都有螺絲扣，連接之后可以旋緊 固定，不會(huì)脫落。下面以齒輪的實(shí)際檢測(cè)為例，說明本發(fā)明所述裝置的工作過程。待測(cè)齒輪材料為45#鋼，參數(shù)如下模數(shù)25，齒數(shù)20，齒輪厚度168mm。首先，將檢測(cè)探頭放于齒輪的一個(gè)輪齒的一端，啟動(dòng)電源電路，此時(shí)高靈敏度磁敏 傳感器開始采集數(shù)據(jù)。接著，將檢測(cè)探頭貼合著輪齒表面向輪齒的另一端移動(dòng)(如圖5所 示)。移動(dòng)過程中，非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置每移動(dòng)一定距離便向信號(hào)采集電路發(fā)送一個(gè) 脈沖，從而使存儲(chǔ)裝置記錄下一組數(shù)據(jù)即測(cè)量的電壓值，測(cè)得的缺陷位置信號(hào)如圖7所示。 當(dāng)檢測(cè)探頭移動(dòng)到輪齒的另一端時(shí)，便得到了整個(gè)輪齒表面的數(shù)據(jù)。最后將采集到的數(shù)據(jù) 發(fā)送至上位機(jī)中進(jìn)行分析，求出信號(hào)的梯度，如圖8所示。圖8中距離輪齒端面大約5. 5mm 處磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生突變，梯度值較大，參照?qǐng)D9中輪齒右齒面的缺陷位置，可知圖8中較大的 梯度值位置與缺陷位置相吻合。按上述操作方法對(duì)齒輪的其余幾個(gè)輪齒進(jìn)行檢測(cè)，即能較 快速得到整個(gè)齒輪的損傷情況。根據(jù)以上結(jié)果可知檢測(cè)裝置可以反應(yīng)出輪齒上的缺陷位置，其檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可 靠。同時(shí)整個(gè)檢測(cè)過程中檢測(cè)裝置僅僅經(jīng)過被測(cè)輪齒表面一次便完成了對(duì)整個(gè)輪齒的檢 測(cè)，大大提高了齒輪的檢測(cè)效率。本實(shí)施例僅為單個(gè)檢測(cè)裝置對(duì)齒輪的檢測(cè)過程，實(shí)際應(yīng)用中也可將多個(gè)檢測(cè)裝置 根據(jù)整個(gè)齒輪的形狀制作集成一體，對(duì)齒輪整體一次完成檢測(cè)?？梢娺@種檢測(cè)方法是目前 齒輪損傷檢測(cè)中急需的和較有前景的無損檢測(cè)方法。
權(quán)利要求
一種齒輪損傷檢測(cè)方法，其特征在于包括如下步驟步驟1，設(shè)計(jì)制作一體化檢測(cè)探頭，其探測(cè)區(qū)域的形狀與被測(cè)輪齒的齒廓形狀一致，尺寸略大于輪齒外廓，使輪齒能順利通過檢測(cè)裝置；步驟2，將多個(gè)高靈敏度磁敏元件對(duì)稱分布安裝于呈現(xiàn)輪齒齒廓形狀的一體化檢測(cè)探頭的兩側(cè)，用來檢測(cè)齒面和齒根處的磁場(chǎng)信號(hào)變化；步驟3，將非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置及其信號(hào)采集電路安裝于一體化檢測(cè)探頭上，并與各個(gè)磁敏元件相連接；步驟4，使用一體化檢測(cè)探頭對(duì)齒輪進(jìn)行檢測(cè)，在檢測(cè)過程中以已設(shè)定的等間隔采集方式記錄多路磁敏元件的輸出信號(hào)，得到被測(cè)輪齒齒面和齒根處的磁信息；步驟5，在步驟4得到輸出信號(hào)后，求取各路信號(hào)的梯度 <mrow><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>R</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>l</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>R</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>l</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>R</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>l</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>&Delta;l</mi></mfrac> </mrow>式中Ri(l)和Ri 1(l)是相鄰采樣點(diǎn)的信號(hào)差值，Δl是相鄰采樣點(diǎn)的距離；步驟6，對(duì)經(jīng)步驟5處理過的信號(hào)求取其中梯度最大值，梯度最大值ΔRmax(l)對(duì)應(yīng)的ΔRi(l)處即為損傷或應(yīng)力集中位置；如果沒有損傷，則信號(hào)曲線為一平滑曲線，即梯度值均較??；通過對(duì)齒輪每個(gè)輪齒的檢測(cè)，完成對(duì)整個(gè)齒輪損傷的檢測(cè)。
2.一種齒輪損傷檢測(cè)裝置，其特征在于包括檢測(cè)探頭、多個(gè)高靈敏度磁敏元件、信號(hào) 采集電路、非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置、電源電路和上位機(jī)；各部分的連接方式為多個(gè)高 靈敏度磁敏元件以對(duì)稱的分布方式安裝在檢測(cè)探頭兩側(cè)，信號(hào)采集電路、非接觸式信號(hào)觸 發(fā)采樣裝置以電路板的形式安裝在檢測(cè)探頭上部；同時(shí)每一路高靈敏度磁敏元件通過導(dǎo)線 與信號(hào)采集電路連接，信號(hào)采集電路分別通過導(dǎo)線與非接觸式信號(hào)觸發(fā)采樣裝置、電源模 塊和上位機(jī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種齒輪損傷檢測(cè)裝置，其特征在于所述的檢測(cè)探頭為非 磁性金屬材料的機(jī)械裝置，其檢測(cè)區(qū)域與被測(cè)輪齒的齒廓形狀一致，尺寸略大于輪齒外廓， 同時(shí)能完全貼合被測(cè)輪齒的待檢表面，使被測(cè)輪齒能順利通過檢測(cè)裝置，且保證傳感器與 被測(cè)表面距離的一致性。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種齒輪損傷檢測(cè)裝置，其特征在于所述的多個(gè)高靈敏度 磁敏元件采用多個(gè)特性相同的磁敏傳感器，對(duì)稱安裝在檢測(cè)探頭的兩側(cè)上，安裝個(gè)數(shù)及位 置原則為傳感器檢測(cè)區(qū)域能覆蓋整個(gè)輪齒的齒面和齒根，其作用為將磁場(chǎng)的變化轉(zhuǎn)換為電 壓的變化傳輸給信號(hào)采集電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種齒輪損傷檢測(cè)裝置，其特征在于所述的信號(hào)采集電路 由多路放大電路、多路有源低通濾波電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電 路和信號(hào)存儲(chǔ)電路組成；連接關(guān)系為每一路放大電路對(duì)應(yīng)連接一路有源低通濾波電路； 每一路有源低通濾波電路均通過一個(gè)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路與A/D轉(zhuǎn)換電路相連；A/D轉(zhuǎn)換電 路通過單片機(jī)控制電路與信號(hào)存儲(chǔ)電路相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種齒輪損傷檢測(cè)裝置，其特征在于所述的非接觸式信號(hào) 觸發(fā)采樣裝置為光電感測(cè)電路，該裝置安裝在檢測(cè)探頭上端對(duì)應(yīng)于輪齒齒頂?shù)奈恢?，其?用為通過接收齒頂表面的移動(dòng)光斑，將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成光電脈沖信號(hào)，通過外觸發(fā)方式，使檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)空間等距采樣。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種齒輪損傷檢測(cè)裝置，其特征在于所述的電源電路為直 流電源供電，其方式可采用外接直流電源供電，也可以采用將電池集成在檢測(cè)裝置上的形 i^if共 ο
全文摘要
本發(fā)明涉及一種齒輪損傷檢測(cè)方法與裝置，屬于機(jī)械無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提出了一種形狀能夠和被測(cè)齒輪的輪齒齒形相嚙合的磁記憶檢測(cè)方法及裝置，在裝置上安裝多路磁傳感器，可以同時(shí)檢測(cè)齒面、齒根等受力位置，采用非接觸式光電元件作為采樣觸發(fā)裝置，一個(gè)檢測(cè)裝置一次掃描即可同時(shí)記錄一個(gè)輪齒兩個(gè)齒面、齒根處的損傷狀態(tài)，檢測(cè)效率、準(zhǔn)確率高，避免了檢測(cè)盲區(qū)。檢測(cè)過程屬于非接觸檢測(cè)，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可單個(gè)使用于對(duì)單個(gè)輪齒的檢測(cè)，也可多個(gè)檢測(cè)裝置集成一體對(duì)多個(gè)輪齒同時(shí)檢測(cè)，滿足實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境下齒輪的損傷檢測(cè)需要，是目前齒輪損傷檢測(cè)中較有前景的無損檢測(cè)方法。
文檔編號(hào)G01N27/83GK101923070SQ20101020714
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者劉書選, 張衛(wèi)民, 殷亮, 涂青松, 范章, 高乾鵬 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)