专利名称：光滑圆柱零件表面裂纹检测方法
技术领域：
本发明属于机械检测技术领域，是一种关于光滑圆柱零件表面细微裂纹的检测方法。
目前国内外检测圆柱形金属零件(如活塞销)的表面裂纹主要使用磁粉探伤法和电(磁)涡流法，这两种方法仅对金属零件有效。其中，磁粉探伤法灵敏度较高，但基本上靠肉眼观察来检测零件表面，工效较低，不适应生产流水线上自动快速检测的要求。电(磁)涡流法是一种较成熟的方法，但由于其灵敏度同涡流探头与零件表面的距离密切相关(一般应控制在0.2～0.3mm)，距离的增大将使涡流探头的灵敏度急剧下降，同时该方法须将零件高速旋转或使探头绕零件高速旋转，所要求的机械装置较为复杂，成本较高(国产设备约十万元以上，而进口设备则将近百万元)。而其它如X射线探测法和超声波法等无损检测方法，由于灵敏度的限制，对于细微裂纹的检测都比较困难。
本发明的目的在于提供一种利用光反射原理自动快速检测光滑圆柱零件表面细微裂纹的方法。
本发明是这样实现的用一准直点光源(如激光光束)经一光线扫描变换装置变换后照射光滑圆柱零件表面。由光滑圆柱零件表面反射出来的光线，在空间形成一个亮区。亮区内的光强分布情况直接与零件表面是否存在细微裂纹有关，此即为本发明的基础。当圆柱表面的光洁度达到镜面或半镜面程度，即表面光洁度大于或等于11级时，该亮区为一亮斑;当圆柱表面的光洁度介于7级和11之间时该亮区为一带状亮条纹。如果被照射区内没有裂纹，则亮区内的光强分布比较平缓;如果被照射区内有裂纹，则照射进裂纹内的光线或者不再反射出来，或者明显改变方向并减弱光强，结果在原先光强成平缓分布的亮区内出现明显的阴影即暗条纹，暗条纹的宽度和长度分别与裂纹的宽度和长度成正比，而亮区内暗条纹的对比度反映出裂纹的深浅，即裂纹越深暗条纹的对比度越大。当裂纹宽度达到或接近入射光线的宽度时，相应的暗条纹将完全覆盖某一或整个亮区，形成局部或整个暗场。圆柱零件绕自身轴线匀速旋转一周以后，其表面即被完全扫描一遍，通过光电接收器阵列及相应的电子设备来检测亮区内光强分布的变化，产生判断零件表面有无裂纹的检测信号，从而控制设备的机械装置，在生产流水线上实现大批量零件的自动快速检测。
与现有的电(磁)涡流法相比，本发明只要求零件表面基本洁净，但不要求零件本身或涡流探头绕零件高速旋转，检测一个零件只要使该零件自转一周，因此本发明要求的机械装置较为简单，检测灵敏度不逊于现有其它方法(可检测零件表面宽5～10微米以上、长1毫米以上的细微裂纹)。同时，本发明对被测零件的材料没有太多限制，除常见的金属零件外，同样适用于非金属材料(如陶瓷)光滑圆柱零件的表面裂纹检测。而它的零件检测成本也大为降低，经济效益明显。
下面通过具体的实施例并结合附图
对本发明作进一步的描述。
附图一为利用片状光扫描圆柱零件表面的检测方法，适用于检测表面光洁度较高(11级或11级以上)的零件。光线扫描变换装置为一反射镜2及一轴线与圆柱零件4轴线相垂直的柱面镜3。准直点光源1被反射镜2反射后，通过柱面镜3扩展成平行于圆柱零件4轴线的片状光，照射到零件4表面的aa′线，形成的带状亮条纹bb′被光电接收器阵列5所接收，并被后续处理而控制零件的筛选。其中反射镜2可根据需要而去除或由若干个反射镜组成。在柱面镜3的后面也可再加一柱面镜3′，其轴线与柱面镜3相平行，使发散的片状光变成准直片状光，以简化后续数据处理并提高检测的可靠性。由于零件表面是镜面或半镜面的，因此零件表面的带状区aa′与反射形成的带状亮条纹bb′之间具有一一对应的物象关系，裂纹的出现将使带状亮条纹bb′的相应位置上迭加一个长度和宽度分别与零件表面aa′线上的裂纹长度和宽度成正比的带状暗条纹，由此可判断零件表面的裂纹情况。圆柱零件4绕轴线自转一周，片状光即可扫描整个圆柱零件表面，从而实现整个圆柱表面的裂纹自动检测。
附图二为利用准直点光源1直接照射圆柱零件表面的检测方法，适用于检测表面不很光滑的零件(即表面光洁度介于7级和11级之间)。光线扫描交换装置为一反射镜2及一方位布置恰当且匀速旋转的正多面镜6，其旋转轴垂直于准直光线α与圆柱零件4轴线组成的平面。调整反射镜2的角度使反射光线α与被测零件的轴线处于同一平面，准直光线α入射到正多面镜6，反射后的光线β随正多面镜6的转动而单向地扫描圆柱零件4表面的cc′线，从而产生与片状光相类似的效果。顺便指出，反射镜2也不是必需的，它可根据需要而去除或增加。与圆柱零件4表面的瞬时扫描点d相对应的带状亮条纹ee′被光电接收器阵列5的ee′部分所接收，圆柱零件4表面上的裂纹将使带状亮条ee′上迭加相应的暗条纹，可以由此作为判别零件4表面裂纹的依据。在准直光束β不断沿圆柱零件轴线单向扫描圆柱零件表面的同时，使圆柱零件4绕轴线自转(这时零件表面的扫描线cc′略呈螺旋状)，调整零件4和正多面镜6的旋转速率，使得从正多面镜6上每一镜面反射的光线β沿cc′线正好或略有盈余地从零件4的一端扫描到另一端，并使相邻的两条略呈螺旋状的扫描线之间没有间隙或有一定的重叠。这样，零件4绕轴线自转一周或一周稍多后，其表面就被完全扫描一遍。
权利要求
1.光滑圆柱零件表面细微裂纹的检测方法，其特征在于准直点光源1经光线扫描变换装置变换后，照射绕轴线匀速旋转的零件4的圆柱表面；从而在空间形成一个反映扫描部位裂纹情况的亮区，圆柱零件4自转一周，其表面即被全部扫描一遍。通过光电接收器阵列及相应的电子设备测量亮区内光强分布的变化，产生判断零件4表面有无裂纹的检测信号，从而控制设备的机械装置实现自动筛选。
2.按权利要求1所述的检测方法，其特征在于光线扫描变换装置为一单独的柱面镜3或为一柱面镜3和若干个反射镜2，其中柱面镜3的轴线与圆柱零件4的轴线相垂直，准直光束α通过柱面镜3后扩展成平行于圆柱零件4轴线的片状光，照射到零件4的圆柱表面，形成的带状亮条纹被光电接收器阵列5所接收。
3.按权利要求2所述的检测方法，其特征在于柱面镜3后再加一柱面镜3′，其轴线与柱面镜3的轴线相平行。
4.按权利要求1所述的检测方法，其特征在于光线扫描变换装置为一正多面镜6或为一正多面镜6和若干个反射镜2，其中正多面镜的方位布置恰当并匀速旋转，旋转轴垂直于准直光线α与圆柱零件4轴线组成的平面。准直光线α入射到正多面镜6，反射后的光线β随正多面镜6的转动而单向扫描圆柱零件4的表面，调整圆柱零件4和正多面镜6的旋转速率，使正多面镜6每一镜面的反射光β正好或略有多余地从圆柱零件4的一端扫描到另一端，并使相邻的两条略呈螺旋状的扫描线之间没有间隙，或只有一部分的重叠。
全文摘要
本发明涉及有关光滑圆柱零件表面细微裂纹的检测方法。它利用光线反射原理，按照零件表面光洁程度分别采用片状光和准直点光源照射圆柱零件的表面，零件随着自身转动而其表面被扫描一遍，以反射后形成的亮区内光强分布情况作为判断零件表面有无裂纹的依据，光电接收器阵列及相应电子设备产生相应的检测信号并控制检测设备实现零件的自动快速筛选。本发明结构简单，操作灵活，并且对非金属材料的零件也同样有效，特别适合于大批量零件的表面裂纹检测，可大大降低零件的检测成本，经济效益明显。
文档编号G01N21/88GK1076783SQ93112349
公开日1993年9月29日 申请日期1993年2月23日 优先权日1993年2月23日
发明者高建新, 谢嘉祥, 曹阳 申请人:上海城市建设学院