一种铁磁性细轴的可再制造性检测方法

1.本发明涉及无损检测领域，特别是涉及一种铁磁性细轴的可再制造性检测方法，还涉及一种铁磁性细轴的可再制造性检测系统。


背景技术：

2.铁磁性材料往往具有好的强度、硬度、塑性、韧性，因而铁磁性材料被广泛应用到工业生产中的各个领域。机械设备中许多零部件都是用铁磁性材料来生产的，比如汽车、飞机、轮船甚至航天设备绝大多是都是铁磁性材料。因而需要在铁磁性零部件生产和使用的过程中，对其进行损伤诊断进而判断该零部件能否继续使用。金属磁记忆方法的主要是根据铁磁部件表面的漏磁信号，通过检测信号可以判断、解释和测量铁磁部件中已经形成的宏观缺陷。然而，磁记忆检测技术具有检测应力集中引起的微小缺陷的优点，对防止铁磁构件的早期失效具有重要意义。当材料受到外部载荷和天然地磁场的共同作用下，漏磁切向分量出现峰值表明该处是存在应力集中的区域，同时法向分量在峰值处为零值。当将移除外部载荷时，这种状态基本保持不变。所以，可以通过所测得的金属表面磁信号特征分析出铁磁性材料应力集中的部位，甚至可以通过一定方法，预测由铁磁性材料部件的使用寿命。
3.但是磁记忆检测技术由于发展的时间相对较短，并且在信号测量的过程中也存在着许多干扰，信号特征与不同的损伤形式还未有建立准确的对应关系，因此单一的磁记忆检测技术在检测的准确率不能保证，且缺陷类别的不易确定。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有技术中单一无损检测技术的检测准确率不高、缺陷类别不易确定的问题，提供一种铁磁性细轴的可再制造性检测方法。
5.一种铁磁性细轴的可再制造性检测方法，其包括以下步骤：
6.s1、在铁磁性细轴表面沿轴向确定n条等角度间距的检测轨迹线。
7.s2、利用磁记忆探头分别对n条所述检测轨迹线进行扫描，得到漏磁信号数据；所述漏磁信号数据包括n组切向分量h
p
(x)数据和n组法向分量h
p
(y)数据；计算每组所述法向分量h
p
(y)数据中的梯度值k，得到所述漏磁信号数据中的最大梯度值k
max
。
8.s3、初步判断铁磁性细轴是否存在损伤；当k
max
《0.7a/m
·
mm，且最大值k
max
处的相邻法向分量h
p
(y)≠0时，则初步判定铁磁性细轴无损伤；当0.7a/m
·
mm≤k
max
≤10.5a/m
·
mm，则初步判定铁磁性细轴有轻微损伤；当k
max
》10.5a/m
·
mm，则初步判定铁磁性细轴有严重损伤。
9.s31、当初步判定铁磁性细轴无损伤时，利用涡流检测探头沿着所述检测轨迹线测得铁磁性细轴不同位置的电导率σ，当相邻电导率差值的绝对值δσ＝|σ
i+1-σi|《5ms/m时，则最终判定轴无损伤，可回收利用；若相邻电导率的差值δσ》5ms/m时，则最终判定轴报废，不可回收利用。
10.s32、当初步判定铁磁性细轴有轻微损伤时，根据磁记忆探头测得磁场强度h，判断
相邻磁场强度差值的绝对值δh＝|h
i+1-hi|是否大于15a/m；若是，则最终判定轴报废；若不是，则判定轴存在表面裂纹，并检测所述表面裂纹的裂纹深度；若所述裂纹深度大于轴径的10％，则最终判定轴报废；若裂纹深度小于轴径的10％，则最终判定轴可回收利用。
11.s33、当初步判定铁磁性细轴有严重损伤时，判定轴报废。
12.上述铁磁性细轴的可再制造性检测方法，通过磁记忆检测对易损伤部位快速做出判断，对于不易判断的表面裂纹则利用涡流检测的技术优势进行二次判定，通过将磁记忆检测技术和涡流检测技术组合在一起形成了融合检测，结合磁记忆和涡流检测的特点，形成了优势互补，极大的提高了检测的准确率和缺陷类别，缩短了检测时间，极大的避免了单个检测方案的漏检。
13.在其中一个实施例中，根据每条所述检测轨迹线上所述法向分量h
p
(y)的离散数据得到梯度值k；计算公式如下：
[0014][0015]
其中li为测量点到初始点的距离，h
p
(yi)为测量点的法向分量。
[0016]
在其中一个实施例中，所述最大梯度值k
max
的获取包括以下步骤：先对比每一条所述检测轨迹线上所有梯度值k，得到每条检测轨迹线上梯度值k的最大值；再将n条所述检测轨迹线上梯度值k的最大值进行对比，得到所述最大梯度值k
max
。
[0017]
在其中一个实施例中，步骤s2中，所述漏磁信号数据的获取包括以下步骤：先用电动三爪卡盘夹持住铁磁性细轴；再用数控三坐标移动平台控制所述磁记忆探头沿着所述检测轨迹线进行扫描；当沿着第一条检测轨迹线扫描完成后，电动三爪卡盘旋转使得下一条轨迹线与所述磁记忆探头相对应，直到将所有检测轨迹线全部测完，得到所述漏磁信号数据。
[0018]
在其中一个实施例中，所述磁记忆探头沿着所述检测轨迹线对铁磁性细轴进行扫描时，所述磁记忆探头的提离值高度为1mm。
[0019]
在其中一个实施例中，步骤s3中，在所述磁记忆探头检测所述漏磁信号数据完成后，再利用涡流检测探头沿着轴向检测铁磁性细轴不同位置的电导率σ。
[0020]
在其中一个实施例中，步骤s31中，所述涡流检测探头沿着所述检测轨迹线检测时，涡流检测的频率为60khz，涡流检测探头的提离值高度为1mm。
[0021]
在其中一个实施例中，所述裂纹深度的检测包括以下步骤：
[0022]
获取涡流检测探头沿着n条所述检测轨迹线检测时的输出电压v，得到涡流检测输出电压最大值v
max
；
[0023]
在所述漏磁信号数据中确定漏磁切向分量最大值h
pmax
(x)；
[0024]
对输出电压v和切向分量h
p
(x)进行归一化处理，得到权值系数ωh和ωv；其中：
[0025][0026]
计算每条轨迹线上表面裂纹的裂纹损伤因子f，f＝aωh+bωv，其中，a为磁记忆检测裂纹的可靠度系数，b为涡流检测裂纹的可靠度系数；
[0027]
当所述裂纹损伤因子f在当第j条检测轨迹线上得到最大值f
max
时，计算所述表面
裂纹的裂纹深度g，gj为
[0028]
在其中一个实施例中，所述磁记忆检测裂纹的可靠度系数a为0.2，涡流检测裂纹的可靠度系数b为0.8。
[0029]
本发明还公开了一种铁磁性细轴的可再制造性检测系统，其包括轨迹线模块、磁记忆检测模块、损伤判定模块和报废判定模块。轨迹线模块用于在铁磁性细轴表面沿轴向确定n条等角度间距的检测轨迹线。磁记忆检测模块用于利用磁记忆探头分别对n条所述检测轨迹线进行扫描，得到漏磁信号数据；所述漏磁信号数据包括n组切向分量h
p
(x)数据和n组法向分量h
p
(y)数据；计算每组所述法向分量h
p
(y)数据中的梯度值k，得到所述漏磁信号数据中的最大梯度值k
max
。损伤判定模块用于初步判断铁磁性细轴是否存在损伤；当k
max
《0.7a/m
·
mm，且最大值k
max
处的相邻法向分量h
p
(y)≠0时，则初步判定铁磁性细轴无损伤；当0.7a/m
·
mm≤k
max
≤10.5a/m
·
mm，则初步判定铁磁性细轴有轻微损伤；当k
max
》10.5a/m
·
mm，则初步判定铁磁性细轴有严重损伤。报废判定模块用于当初步判定铁磁性细轴有轻微损伤时，根据磁记忆探头测得磁场强度h，判断相邻磁场强度差值的绝对值δh＝|h
i+1-hi|是否大于15a/m；若是，则最终判定轴报废；若不是，则判定轴存在表面裂纹，并检测所述表面裂纹的裂纹深度；若所述裂纹深度大于轴径的10％，则最终判定轴报废；还用于当初步判定铁磁性细轴有严重损伤时，判定轴报废。
[0030]
与现有技术相比，本发明具有以下有效效果：
[0031]
1、通过用电动三爪卡盘夹持铁磁性细轴，电机带动三爪卡盘转动，使得可以自动控制轴转过的角度，用三坐标平台控制磁记忆探头和涡流探头的提离值的高度，结合传送带运动可以实现自动化检测。
[0032]
2、根据铁磁性细轴的工况，结合仿真分析确定大概率易损伤的区域，然后通过磁记忆检测对易损伤部位快速做出判断，对于不易判断的表面裂纹则利用涡流检测的技术优势进行二次判定，利用数据融合算法并结合磁记忆和涡流信号可以对裂纹深度得到更为准确的数值。
[0033]
3.将磁记忆检测技术和涡流检测技术组合在一起形成了融合检测，结合磁记忆和涡流检测的特点，形成了优势互补，极大的提高了检测的准确率和缺陷类别，缩短了检测时间，极大的避免了单个检测方案的漏检，因而可广泛用于铁磁性细轴的再制造检测。
附图说明
[0034]
图1为铁磁性细轴的可再制造性检测方法的流程图。
[0035]
图2为铁磁性细轴的可再制造性检测方法的步骤图。
[0036]
图3为铁磁性细轴的可再制造性检测系统的三维结构图。
[0037]
图4为铁磁性细轴的可再制造性检测方法中数据融合流程图。
[0038]
图中：1-磁记忆检测探头，2-涡流检测探头，3-电动三爪卡盘，4-传送带，5-三坐标运动平台，6-工作台。
具体实施方式
[0039]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]
需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
[0041]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0042]
实施例1
[0043]
请参阅图1和图2，本实施例公开了一种铁磁性细轴的可再制造性检测方法，其包括如下步骤s1-s3。
[0044]
s1、在铁磁性细轴表面沿轴向确定n条等角度间距的检测轨迹线。
[0045]
s2、利用磁记忆探头分别对n条所述检测轨迹线进行扫描，得到漏磁信号数据。所述漏磁信号数据包括n组切向分量h
p
(x)数据和n组法向分量h
p
(y)数据。本实施例中，具体的，请结合图2，先用电动三爪卡盘夹持住铁磁性细轴；再用数控三坐标移动平台控制所述磁记忆探头沿着所述检测轨迹线进行扫描。扫描时，磁记忆探头的提离值高度为1mm。当沿着第一条检测轨迹线扫描完成后，电动三爪卡盘旋转使得下一条轨迹线与所述磁记忆探头相对应，直到将所有检测轨迹线全部测完，得到所述漏磁信号数据。根据漏磁信号数据计算每组所述法向分量h
p
(y)数据中的梯度值k；其计算公式如下：
[0046][0047]
其中li为测量点到初始点的距离，h
p
(yi)为测量点的法向分量。最后得到所述漏磁信号数据中的最大梯度值k
max
。所述最大梯度值k
max
的获取包括以下步骤：先对比每一条所述检测轨迹线上所有梯度值k，得到每条检测轨迹线上梯度值k的最大值；再将n条所述检测轨迹线上梯度值k的最大值进行对比，得到所述最大梯度值k
max
。
[0048]
s3、初步判断铁磁性细轴是否存在损伤；当k
max
《0.7a/m
·
mm，且最大值k
max
处的相邻法向分量h
p
(y)≠0时，则初步判定铁磁性细轴无损伤；当0.7a/m
·
mm≤k
max
≤10.5a/m
·
mm，则初步判定铁磁性细轴有轻微损伤；当k
max
》10.5a/m
·
mm，则初步判定铁磁性细轴有严重损伤。
[0049]
s31、当初步判定铁磁性细轴无损伤时，利用涡流检测探头沿着所述检测轨迹线测得铁磁性细轴不同位置的电导率σ，当相邻电导率差值的绝对值δσ＝|σ
i+1-σi|《5ms/m时，则最终判定轴无损伤，可回收利用；若相邻电导率的差值δσ》5ms/m时，则最终判定轴报废，不可回收利用。本实施例中，涡流检测探头沿着所述检测轨迹线检测时，涡流检测的频率为60khz，涡流检测探头的提离值高度为1mm。需要注意的是，在利用涡流检测探头沿着轴向检测铁磁性细轴不同位置的电导率σ前，需要确保所述磁记忆探头检测所述漏磁信号数据成功。
[0050]
s32、当初步判定铁磁性细轴有轻微损伤时，根据磁记忆探头测得磁场强度h，判断
相邻磁场强度差值的绝对值δh＝|h
i+1-hi|是否大于15a/m；若是，则最终判定轴内有残余应力，轴报废处理；若不是，则判定轴存在表面裂纹，并检测所述表面裂纹的裂纹深度；若所述裂纹深度大于轴径的10％，则最终判定轴报废；若裂纹深度小于轴径的10％，则最终判定轴可回收利用。
[0051]
本实施例中，在检测所述裂纹深度时，首先获取涡流检测探头沿着n条所述检测轨迹线检测时的输出电压v，得到涡流检测输出电压最大值v
max
，具体过程与k
max
的获取相似、先确定每一条轨迹线上的最大值，再将n个最大值对比得到v
max
。然后在所述漏磁信号数据中确定漏磁切向分量最大值h
pmax
(x)，步骤相同。再对输出电压v和切向分量h
p
(x)进行归一化处理，得到权值系数ωh和ωv，其中，随后计算每条轨迹线上表面裂纹的裂纹损伤因子f，f＝aωh+bωv，其中，a为磁记忆检测裂纹的可靠度系数，b为涡流检测裂纹的可靠度系数。本实施例中，磁记忆检测裂纹的可靠度系数a为0.2，涡流检测裂纹的可靠度系数b为0.8。当所述裂纹损伤因子f在当第j条检测轨迹线上得到最大值f
max
；计算所述表面裂纹的裂纹深度g；则裂纹深度g，其中，gj为
[0052]
s33、当初步判定铁磁性细轴有严重损伤时，判定轴报废。
[0053]
本实施例通过用电动三爪卡盘夹持铁磁性细轴，电机带动三爪卡盘转动，使得可以自动控制轴转过的角度，用三坐标平台控制磁记忆探头和涡流探头的提离值的高度，结合传送带运动可以实现自动化检测。通过磁记忆检测对易损伤部位快速做出判断，对于不易判断的表面裂纹则利用涡流检测的技术优势进行二次判定，利用数据融合算法并结合磁记忆和涡流信号可以对裂纹深度得到更为准确的数值。将磁记忆检测技术和涡流检测技术组合在一起形成了融合检测，结合磁记忆和涡流检测的特点，形成了优势互补，极大的提高了检测的准确率和缺陷类别，缩短了检测时间，极大的避免了单个检测方案的漏检，因而可广泛用于铁磁性细轴的再制造检测。
[0054]
实施例2
[0055]
请结合图3和图4，本实施例公开了一种金属磁记忆和涡流检测对铁磁性细轴的再制造判定方法，其操作步骤如下：
[0056]
第一步，采用物理场仿真软件并结合实际工作条件，通过有限元法得到铁磁性应力分析图，进而确定细轴损伤概率较高的位置，同时在铁磁性轴类表面等角度间距沿轴向画n条检测轨迹线。
[0057]
第二步，用电动三爪卡盘3夹持住铁磁性轴，同时轴向沿着南北方向，用数控三坐标移动平台5使磁记忆探头1沿着轨迹进行扫描，并保证探头提离值的高度1mm保持不变，当沿着第一条轨迹线测完后，电机带动电动三爪卡盘3旋转使得下一条轨迹线在正上方，直到将所有标定的轨迹线全部测完。所测漏磁信号数据包括h
p
(x)数据和n组法向分量h
p
(y)数据。根据每条轨迹线测得的法向分量h
p
(y)离散数据，因为梯度值其中li为测量点到初始点的距离，因此可以得到每条轨迹线上的最大梯度值，比较每条轨迹线上的最大梯度值，并取其最大值为k
max
。
[0058]
当梯度k
max
《0.7a/m
·
mm时且该值附近的法向分量h
p
(y)≠0时，则初步判定无损
伤，接着利用涡流检测进行二次判定，保证涡流检测频率为60khz和提离值的高度为1mm，当涡流检测探头2沿着轴向测得不同位置电导率σ的数据，当相邻电导率的差值的绝对值δσ＝|σ
i+1-σi|《5ms/m时，则可以判定轴无损伤，可直接回收，经过简单的再制造处理之后，便可二次利用。若相邻电导率的差值δσ》5ms/m时，则认为该轴不再具有回收价值，直接报废处理。
[0059]
当梯度值满足0.7a/m
·
mm≤k
max
≤10.5a/m
·
mm时，可判断有损伤，根据相邻磁场强度差值的绝对值δh＝|h
i+1-hi|是否大于15a/m；若是，即内部存在大的残余应力，可直接进入报废阶段，若否，可认为损伤形式是表面裂纹。
[0060]
第三步，利用涡流法进行更进一步的表面裂纹检测，同时需要保证涡流检测频率为60khz和提离值的高度为1mm，并将测得涡流检测输出电压信号数据与第二步所测得漏磁切向信号数据，进行特征级的数据融合，综合判定表面裂纹损伤深度的大小。
[0061]
第四步，将与裂纹深度相关的磁记忆和涡流信号特征融合分析，分别取每条轨迹线上的漏磁切向分量最大值和涡流检测输出电压最大值，取所有轨迹线上的漏磁切向分量最大值h
pmax
(x)和涡流检测输出电压ωh和ωv，其中，设定磁记忆检测裂纹的可靠度为0.2，涡流检测裂纹的可靠度为0.8，则用f来表示每条轨迹线上裂纹的裂纹损伤因子。当第j条轨迹线上的f为最大值时，用g表示第j条轨迹线上裂纹的绝对深度，若g小于阈值进入再制造修复阶段，反之不再具有回收价值，直接报废处理。
[0062]
本实施例中，将每条轨迹上涡流检测的输出电压信号v中的最大值和金属磁记忆检测的切向信号h
p
(x)的最大值进行归一化处理后，将两种裂纹特征信号转化为无量纲数并融合处理，能够综合表征铁磁性细轴的裂纹深度。
[0063]
本实施例中，铁磁性细轴由电动三爪卡盘3夹持，电动三爪卡盘3由电机带动转动，可以自动控制细轴转过的角度，金属磁记忆检测三坐标运动平台与涡流检测三坐标移动平台斜对称放置在工作台6上，是为了让两者的检测探头相隔一段距离，以保证检测的过程中两者之间的信号干扰较小。调整金属磁记忆探头1和涡流检测探头2提离值的高度，然后选好传送带4的电机转速和方向，保证细轴的移动速度不至于过快，能满足检测信号反馈接收的速度，保证细轴先由磁记忆检测，再由涡流进行检测，防止涡流检测对磁记忆检测造成二次干扰。
[0064]
本实施例的方法具有以下有益效果：
[0065]
1、本实施例通过用电动三爪卡盘夹持铁磁性细轴，电机带动三爪卡盘转动，使得可以自动控制轴转过的角度，用三坐标平台控制磁记忆探头和涡流探头的提离值的高度，结合传送带运动可以实现自动化检测。
[0066]
2、根据细轴的工况，结合仿真分析确定大概率易损伤的区域，然后通过磁记忆检测对易损伤部位快速做出判断，对于不易判断的表面裂纹则利用涡流检测的技术优势进行二次判定，利用数据融合算法并结合磁记忆和涡流信号可以对裂纹深度得到更为准确的数值。
[0067]
3.将磁记忆检测技术和涡流检测技术组合在一起形成了融合检测，结合磁记忆和涡流检测的特点，形成了优势互补，极大的提高了检测的准确率和缺陷类别，缩短了检测时间，极大的避免了单个检测方案的漏检，因而可广泛用于铁磁性细轴的再制造检测。
[0068]
实施例3
[0069]
本实施例公开了一种铁磁性细轴的可再制造性检测系统，其包括轨迹线模块、磁记忆检测模块、损伤判定模块和报废判定模块。轨迹线模块用于在铁磁性细轴表面沿轴向确定n条等角度间距的检测轨迹线。磁记忆检测模块用于利用磁记忆探头分别对n条所述检测轨迹线进行扫描，得到漏磁信号数据；所述漏磁信号数据包括n组切向分量h
p
(x)数据和n组法向分量h
p
(y)数据；计算每组所述法向分量h
p
(y)数据中的梯度值k，得到所述漏磁信号数据中的最大梯度值k
max
。损伤判定模块，用于初步判断铁磁性细轴是否存在损伤；当k
max
《0.7a/m
·
mm，且最大值k
max
处的相邻法向分量h
p
(y)≠0时，则初步判定铁磁性细轴无损伤；当0.7a/m
·
mm≤k
max
≤10.5a/m
·
mm，则初步判定铁磁性细轴有轻微损伤；当k
max
》10.5a/m
·
mm，则初步判定铁磁性细轴有严重损伤；以及
[0070]
报废判定模块，其用于当初步判定铁磁性细轴有轻微损伤时，根据磁记忆探头测得磁场强度h，判断相邻磁场强度差值的绝对值δh＝|h
i+1-hi|是否大于15a/m；若是，则最终判定轴报废；若不是，则判定轴存在表面裂纹，并检测所述表面裂纹的裂纹深度；若所述裂纹深度大于轴径的10％，则最终判定轴报废；还用于当初步判定铁磁性细轴有严重损伤时，判定轴报废。
[0071]
本实施例用于与实施例1相同的有益效果。
[0072]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0073]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明申请的保护范围应以所附权利要求为准。