對(duì)機(jī)器鉚接的軸承的非破壞性評(píng)估方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及對(duì)機(jī)器鉚接的軸承的非破壞性評(píng)估方法。所公開(kāi)的實(shí)施例整體上涉及非破壞性評(píng)估方法。在實(shí)施例中，用于機(jī)器鉚接軸承的非破壞性評(píng)估的方法包括將第一多個(gè)傳感器定位在所感興趣的區(qū)域中，第一多個(gè)聲音傳感器被以分相位陣列的方式提供，將第二多個(gè)傳感器定位在所感興趣的區(qū)域中，第二多個(gè)傳感器被以分相位陣列的方式提供，使用第一多個(gè)傳感器在所感興趣的區(qū)域中誘導(dǎo)振動(dòng)并使用第二多個(gè)傳感器接收共振頻譜，并將所接收的共振頻譜與參考頻譜比較以確定在所感興趣的區(qū)域內(nèi)的異常的存在。
【專利說(shuō)明】對(duì)機(jī)器鉚接的軸承的非破壞性評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]所公開(kāi)的實(shí)施例整體上涉及非破壞性評(píng)估(NDE)方法。更具體地，所公開(kāi)的實(shí)施例涉及用于機(jī)器鉚接的軸承的評(píng)估的NDE方法。
【背景技術(shù)】
[0002]非破壞性評(píng)估(NDE)方法指的是能被用于檢查物體以發(fā)現(xiàn)缺陷的一類方法。NDE方法經(jīng)常被用于檢查材料以發(fā)現(xiàn)缺陷，例如結(jié)構(gòu)異常、雜質(zhì)、裂紋等。不過(guò)，許多傳統(tǒng)的NDE方法經(jīng)常提供不完整的或者在其它方面不充分的檢查。這在困難的幾何形狀中尤其如此，例如在機(jī)器鉚接的軸承中。
[0003]滾動(dòng)體球軸承通常采用鉚接來(lái)將該軸承的分離器元件的兩個(gè)半部連接在一起。例如，為了便于康拉德(Conrad)球軸承的組裝而需要鉚接，其中球騎在內(nèi)環(huán)和外環(huán)中的滾道槽內(nèi)。為了組裝該軸承，球被安裝在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間，圍繞著圓周均勻分布，并且此后分離器的兩個(gè)半部被放在一起并通常使用鉚接連接。
[0004]鉚接過(guò)程的質(zhì)量對(duì)軸承的可靠性至關(guān)重要。如果鉚接被不正確地實(shí)施，那么分離器的兩個(gè)半部就沒(méi)有牢固地接觸，并且這兩個(gè)半部沒(méi)有在這個(gè)組件中被合適地夾緊在一起。這可能潛在地引起鉚釘?shù)脑缙谄诠收希沟迷摪氩磕茉诓僮髦蟹珠_(kāi)，導(dǎo)致軸承的早期故障。
[0005]當(dāng)前，兩個(gè)鉚接過(guò)程，冷成形和熱縮鍛成形，被用于將分離器的兩個(gè)半部連接在一起。鉚釘材料包括AISI (美國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì))1010碳鋼，并且兩個(gè)分離器半部通常由鋼或銅制成。圖1和2分別示出了冷成形和熱縮鍛成形鉚接程序的示意說(shuō)明。如在圖1中所示，冷成形程序開(kāi)始于步驟101，其中鉚釘130被插在兩個(gè)分離器半部121、122之間。該鉚釘在其下端由支撐平臺(tái)110支撐。頭成形模140被定位在鉚釘130上方。此后，在步驟102，使頭成形模140與鉚釘130的上端接觸，并且壓縮鉚釘130以緊緊地將兩個(gè)分離器半部121、122保持在一起。在步驟103，頭成形模140被從鉚釘130撤回，留下了在支撐平臺(tái)110上的機(jī)器鉚接部件。
[0006]如圖2中所示，熱縮鍛成形程序開(kāi)始于步驟201，其中鉚釘130被插在兩個(gè)分離器半部121、122之間。鉚釘在其下端由支撐平臺(tái)110支撐。電極頭成形模240被定位在鉚釘130上方。此后，在步驟202，使電極頭成形模240抵接鉚釘130，但不是與鉚釘130有壓縮接觸。電流從電極頭成形模240流到鉚釘130，由此加熱鉚釘130。此后，在步驟203，電極頭成形模240進(jìn)一步降低以壓縮熱鉚釘130以將兩個(gè)分離器半部121、122緊緊保持在一起。在步驟204，電極頭成形模240被從鉚釘130撤回，留下了在支撐平臺(tái)110上的機(jī)器鉚接部件。
[0007]已經(jīng)確定，正確安裝的鉚釘?shù)闹匾獙傩允沁^(guò)程導(dǎo)致在兩個(gè)被組裝的部分之間的殘余“夾緊”力。這種夾緊力將分離器的兩個(gè)半部保持在一起并且借助于在被夾緊的面上的高摩擦力阻止兩個(gè)半部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。不正確安裝的鉚釘不會(huì)施加在分離器半部之間的夾緊力，從而允許在作用在分離器穴上的振動(dòng)和球力的影響下的在分離器半部之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這些振動(dòng)和球力在鉚釘上施加疲勞周期加載，從而導(dǎo)致早期故障。
[0008]當(dāng)前對(duì)機(jī)器鉚接軸承的質(zhì)量檢查主要是視覺(jué)的。視覺(jué)檢查是主觀的、耗時(shí)的，并且僅能探查表面異常。視覺(jué)檢查不能探查任何表面下或體積結(jié)構(gòu)不連續(xù)，并且因此不是非常適合監(jiān)測(cè)鉚接制造過(guò)程。目前，還沒(méi)有非破壞性測(cè)試方法可用于評(píng)估鉚釘安裝在施加在兩個(gè)分離器半部上的夾緊力方面的質(zhì)量。
[0009]因此，可取的是，提供NDE方法以與機(jī)器鉚接軸承一起使用。還可取的是，提供一種NDE方法，其可由軸承的制造商使用，以監(jiān)測(cè)并審查鉚接過(guò)程以及檢查最終軸承部分的質(zhì)量，并且其還可由軸承的終端用戶使用以證實(shí)制造商的滿足正確軸承分離器鉚接的要求的能力。另外，本發(fā)明的其它令人滿意的特征和特點(diǎn)將從下面對(duì)本發(fā)明的具體描述和所附的權(quán)利要求并結(jié)合附圖以及本發(fā)明的該【背景技術(shù)】而變得易于理解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]所公開(kāi)的實(shí)施例涉及非破壞性評(píng)估(NDE)方法，其用于評(píng)估機(jī)器鉚接軸承。在一個(gè)實(shí)施例中，用于機(jī)器鉚接軸承的非破壞性評(píng)估的方法包括確定在機(jī)器鉚接軸承上的所感興趣的區(qū)域，將多個(gè)聲音傳感器定位在該所感興趣的區(qū)域中，多個(gè)聲音傳感器被以分相位陣列的方式被提供，使用多個(gè)聲音傳感器引起在所感興趣的區(qū)域中的振動(dòng)并使用該多個(gè)聲音傳感器接收共振頻譜，并且將所接收的共振頻譜與參考頻譜比較以確定在所感興趣的區(qū)域中的異常的存在。
[0011]在另一實(shí)施例中，用于機(jī)器鉚接軸承的非破壞性評(píng)估的方法包括確定在機(jī)器鉚接軸承上的所感興趣的區(qū)域，將多個(gè)聲音傳感器定位在所感興趣的區(qū)域中，該多個(gè)聲音傳感器以分相位陣列的方式被提供，并且將多個(gè)光學(xué)傳感器定位在所感興趣的區(qū)域中，該多個(gè)光學(xué)傳感器被以分相位陣列的方式提供。該方法還包括使用多個(gè)聲音傳感器在該所感興趣的區(qū)域中引起振動(dòng)并且使用該多個(gè)光學(xué)傳感器接收共振頻譜，并且將所接收的共振頻譜與參考頻譜比較以確定在所感興趣的區(qū)域中的異常的存在。
[0012]在又一實(shí)施例中，用于機(jī)器鉚接軸承的非破壞性評(píng)估的方法包括將第一多個(gè)傳感器定位在所感興趣的區(qū)域中，第一多個(gè)聲音傳感器被以分相位陣列的方式提供，將第二多個(gè)傳感器定位在所感興趣的區(qū)域中，第二多個(gè)傳感器被以分相位陣列的方式提供，使用第一多個(gè)傳感器在所感興趣的區(qū)域中引起振動(dòng)并使用第二多個(gè)傳感器接收共振頻譜，并將所接收的共振頻譜與參考頻譜比較以確定在所感興趣的區(qū)域內(nèi)的異常的存在。
[0013]提供這個(gè)
【發(fā)明內(nèi)容】
是以簡(jiǎn)化形式介紹所選的概念，這些概念將在【具體實(shí)施方式】中被進(jìn)一步描述。這個(gè)
【發(fā)明內(nèi)容】
不是用來(lái)確認(rèn)所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不是用來(lái)輔助確定所要求保護(hù)的主題的范圍。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]此后將結(jié)合下面的附圖描述本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件；并且其中:
圖1圖示了使用冷成形技術(shù)的軸承的分離器元件的鉚接；
圖2圖示了使用熱縮鍛成形的軸承的分離器元件的鉚接；
圖3圖示了根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的在所感興趣的區(qū)域上的概念上的測(cè)試聲音傳感器布 置；
圖4示出了從兩組鉚接軸承組件得到的典型的共振譜；
圖5圖示了根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的在所感興趣的區(qū)域上布置的概念上的聲音傳感器的分相位陣列；
圖6是根據(jù)本公開(kāi)的對(duì)機(jī)器鉚接軸承的非破壞性評(píng)估的示例性方法的流程圖；以及 圖7-10說(shuō)明了用于確定和測(cè)試鉚接軸承中的所感興趣的區(qū)域的示例性實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面的具體描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，并非用于限定本發(fā)明、其應(yīng)用或使用。在本文使用時(shí)，詞語(yǔ)“示例性”表示“用作示例、例子或說(shuō)明”。本文描述的任何“示例性”實(shí)施例都不一定被理解為相比其它實(shí)施例是優(yōu)選的或有利的。而且，并不意在受在前面的【背景技術(shù)】或者后面的【具體實(shí)施方式】中出現(xiàn)的任何理論的約束。
[0016]本文描述的實(shí)施例整體上涉及機(jī)器鉚接軸承的非破壞性評(píng)估。機(jī)器鉚接組件是一種機(jī)械組件，其性能和結(jié)構(gòu)整體性很大程度上依賴于它的各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)整體性以及依賴于作為整體的被組裝的部分。鉚接部分的彈性性質(zhì)將取決于每個(gè)部件的彈性性質(zhì)以及取決于鉚接中使用的過(guò)程，即，熱縮鍛或冷成形，如上所述。
[0017]本文描述的實(shí)施例基于硬元件將以具體頻率共振的基本物理原理。如此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以使用與其它感測(cè)設(shè)備，例如光學(xué)干涉儀，成不同構(gòu)造和組合的專用傳感器，這將在下面被更詳細(xì)地描述，以研究鉚接軸承組件。而且，已經(jīng)示出了鉚接軸承組件的結(jié)構(gòu)整體性優(yōu)選地通過(guò)在振動(dòng)載荷下對(duì)其進(jìn)行檢查而被研究。如此，本公開(kāi)描述了一種非破壞性測(cè)試方法，其用于使用在軸承組件中的誘導(dǎo)振動(dòng)來(lái)評(píng)估每個(gè)具體區(qū)域并且用于提供與在微結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)整體性方面的局部以及大體積變化相關(guān)的信息。
[0018]本公開(kāi)的實(shí)施例進(jìn)一步基于的原理是帶有緊接合部、標(biāo)稱尺寸、良好微結(jié)構(gòu)、和彈性性質(zhì)的組件會(huì)表現(xiàn)出對(duì)誘導(dǎo)振動(dòng)的與帶有松接合部和不同的合金化和熱處理的組件明顯不同的響應(yīng)，在后一組件中存在內(nèi)部阻尼和額外的共振。缺乏緊接合部，加寬被連接的部件之間的尺寸、裂紋或微結(jié)構(gòu)中的其它缺陷、以及無(wú)彈性性質(zhì)或脆性都指示組件可能易出故障。因此，本公開(kāi)的目標(biāo)是使用非破壞性評(píng)估技術(shù)找到這種組件。
[0019]根據(jù)本公開(kāi)，使多個(gè)聲音傳感器與要被測(cè)試的軸承組件上的所感興趣的區(qū)域(ROI)接觸。多個(gè)聲音傳感器中的第一個(gè)使該軸承組件經(jīng)受頻率變化的外部正弦波。多個(gè)聲音傳感器的至少另外兩個(gè)聲音傳感器在信號(hào)穿過(guò)軸承組件并被該至少兩個(gè)接收傳感器接收時(shí)接收不同的振動(dòng)響應(yīng)模式。圖3概念地描述了這種布置，使用一個(gè)驅(qū)動(dòng)聲音傳感器311用正弦波引起在所感興趣的區(qū)域中的振動(dòng)，圖示為物體300，以及使用兩個(gè)接收聲音傳感器312、313來(lái)接收在經(jīng)過(guò)物體300后的振動(dòng)響應(yīng)模式。
[0020]如此，部件300通過(guò)聲音傳感器經(jīng)受不同頻率的機(jī)械振動(dòng)，該聲音傳感器將電正弦波轉(zhuǎn)換為機(jī)械波。在一個(gè)部分中的振動(dòng)的模式和頻率取決于其幾何形狀、機(jī)械剛性、彈性性質(zhì)、合金化、熱處理、和微結(jié)構(gòu)，如在下面方程I中示出的。共振頻率由被連接的部件的尺寸和材料性質(zhì)決定，根據(jù)下面的熟知的公式:f；?SQRT(k/m) (SQRT指的是開(kāi)平方根);其中f；=共振頻率；k =剛度(彈性性質(zhì)，例如，楊氏模量);并且m =質(zhì)量(尺寸、密度)。由降級(jí)的材料性質(zhì)或尺寸變化，例如裂紋，引起的結(jié)構(gòu)缺陷強(qiáng)度減少會(huì)減少剛度并降低共振頻率，這可在輸出信號(hào)上被觀察到。另外，應(yīng)用到物體的驅(qū)動(dòng)頻率取決于物體的質(zhì)量和幾何形狀。通常，具有相對(duì)更高質(zhì)量的物體以比相對(duì)更低質(zhì)量的物體相對(duì)更低的頻率驅(qū)動(dòng)。
[0021]圖4示出了從兩組鉚接軸承組件得到的典型的共振譜。該譜以兩部分給出。部分401示出了在約35kHz和約90kHz之間的頻率范圍，而部分402示出了在約85kHz和約135kHz之間的頻率范圍。被充分地夾緊在兩個(gè)半部之間的被適當(dāng)組裝的分離器部件(由圖4的部分411中的四個(gè)譜示例說(shuō)明)將示出相比帶有未被適當(dāng)安裝和頭處理的鉚釘?shù)慕M件明顯不同的響應(yīng)譜，在后一組件中分離器半部沒(méi)有被充分夾緊(由部分412中的三個(gè)譜示例說(shuō)明)。如在圖4中所示，從適當(dāng)組裝的部件的測(cè)試得到的四個(gè)譜展示出一致的并且在約60kHz的尖銳定義的共振頻率峰值(由箭頭420指示)，而從未被適當(dāng)組裝的部件的測(cè)試得到的三個(gè)譜展示了更寬的峰值，該峰值在頻率上略微更高，并且還有在約75kHz的第二寬峰值(兩個(gè)峰值都由箭頭430指示)。
[0022]在實(shí)施例中，多個(gè)聲音傳感器作為聲音傳感器的分相位陣列被部署在所感興趣的區(qū)域上以進(jìn)行非破壞性評(píng)估。在一個(gè)示例中，聲音傳感器的分相位陣列被用于驅(qū)動(dòng)和接收振動(dòng)/頻率。在另一個(gè)示例中，聲音傳感器的分相位陣列被用于驅(qū)動(dòng)在所感興趣的區(qū)域中的振動(dòng)并且光學(xué)傳感器，例如光學(xué)干涉儀，被用于在共振頻率穿過(guò)所感興趣的區(qū)域時(shí)接收該共振頻率。如在圖5中示出的，編號(hào)為501-504的四個(gè)聲音傳感器的陣列被提供在物體500上的所感興趣的區(qū)域上方以接收共振頻率。另外三個(gè)被編號(hào)為505-507的聲音傳感器被提供在物體500的旁邊以誘導(dǎo)在物體500中的振動(dòng)。聲音傳感器501-504，具有各種構(gòu)造，可被提供以接收表面聲波(說(shuō)明性地被示出為波511)、縱波(說(shuō)明性地被示出為波512)、或剪切波(說(shuō)明性地被示出為波513)，以及其它類型的波。如此，分相位陣列中聲音傳感器501-504中的每一個(gè)可被構(gòu)造成接收不同模式的波。本公開(kāi)不應(yīng)該被解讀為被限制到分相位陣列中的任何特定數(shù)量的傳感器，也不被限制到與這種聲音傳感器的功能有關(guān)的任何特定的波模式共振頻率。
[0023]在另一實(shí)施例中，傳感器501-504被提供為光學(xué)傳感器。例如，傳感器501-504可被提供為光學(xué)干涉儀。使用光學(xué)器件，傳感器501-504能類似地確定物體500中的共振頻率，其由傳感器505-507誘導(dǎo),它們?cè)僖淮伪惶峁槁曇魝鞲衅鳌Ｈ缢赋龅牟煌Ｊ降牟墒褂霉鈱W(xué)傳感器以上面指出的相同方式接收。
[0024]作為這個(gè)測(cè)試的一部分，軟件算法被用于表征譜區(qū)別，例如“Q”，帶寬(BW)、峰值頻率、中心頻率、和在已知的被接受部分和被拒絕部分之間的3dB和6dBBW。這些區(qū)別被用于“訓(xùn)練”該系統(tǒng)以基于這些好的和壞的譜篩查硬件。以這種方式，部分可被建立以進(jìn)行自動(dòng)化檢查。
[0025]用于機(jī)器鉚接軸承的非破壞性評(píng)估的示例性方法600被圖示為圖6中的流程圖。方法600開(kāi)始于基于部分類型和幾何形狀定義參數(shù)的步驟。如將被意識(shí)到的，鉚接軸承以許多不同的形狀和大小被制造。如此，方法包括如下步驟:定義參數(shù)，諸如所感興趣的區(qū)域、要被用在分相位陣列中的聲音或光學(xué)傳感器的數(shù)量、和被評(píng)估的波形(模式)的類型。
[0026]示例性方法600繼續(xù)到步驟602。在步驟602，譜在步驟601中定義的不同設(shè)置或參數(shù)下被獲得。為了獲得足夠的譜樣本大小，多個(gè)好的部分(即，沒(méi)有已知的缺陷或異常的部分)和壞的部分(即，帶有已知的缺陷或異常的部分)被提供。這些部分中的每一個(gè)此后被使用由事前確定的參數(shù)所定義的設(shè)置中的每一個(gè)被測(cè)試。結(jié)果是多個(gè)共振譜，這些共振譜可經(jīng)受進(jìn)一步的分析。
[0027]如此，示例性方法600前進(jìn)到步驟603，以研究在所獲得的好的部分和壞的部分的譜內(nèi)的特征。這里，將指出在被已知為好的的部分和已知為壞的的部分之間的區(qū)別。回看圖4，如前面討論的，例如，具有特定大小和類型的全部好的部分都具有在約60kHz處的尖銳定義的峰值，而壞的部分卻不是如此，并且還具有在75kHz范圍內(nèi)的額外的寬峰值。
[0028]在任何給定部分的譜之間的區(qū)別將在視覺(jué)或計(jì)算機(jī)化檢查時(shí)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)明顯可見(jiàn)。這種比較，方法600的步驟604，優(yōu)選地使用計(jì)算機(jī)化檢查來(lái)執(zhí)行，這出于成本和準(zhǔn)確性的考慮。本領(lǐng)域已知的的各種軟件程序可被采用以分析該譜，進(jìn)行比較，并確定在好的部分的譜和壞的部分的譜之間發(fā)現(xiàn)的區(qū)別。
[0029]現(xiàn)存參照方法600的步驟605，一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)被建立以在未來(lái)確定一個(gè)部分是被認(rèn)為是好的還是壞的。該標(biāo)準(zhǔn)基于所觀察的在已知的好的和壞的部分之間的譜中的區(qū)另|J。例如，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可被建立為在譜上存在或不存在某個(gè)被定義的峰值。如果該峰值存在，那么該部分通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)。如果峰值不存在，那么該部分沒(méi)有通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)，并且被拒絕。
[0030]最后，參照方法600的步驟606，隨著更多的部分在執(zhí)行本發(fā)明的方法的過(guò)程中被測(cè)試，聲音傳感器測(cè)試譜數(shù)據(jù)可被連續(xù)地收集。所提供的額外的數(shù)據(jù)可被用于更新和細(xì)化該標(biāo)準(zhǔn)，如果需要的話。
[0031]原則上，根據(jù)上面描述的方法和技術(shù)，各種聲音感測(cè)技術(shù)可被采用以檢測(cè)在鉚接軸承中的缺陷。不過(guò)，通過(guò)研究和測(cè)試，四種具體的方法已經(jīng)驚人地被找到以提供優(yōu)秀的結(jié)果。每個(gè)這種方法將在下面順序被闡述。第一種方法包括使用聲音傳感器用作驅(qū)動(dòng)器和接收器單元。應(yīng)該指出，多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器可被采用，以同樣的或不同的頻率，來(lái)產(chǎn)生第二和第三階諧頻。第二種方法是使用聲音傳感器作為驅(qū)動(dòng)器，并且使用光學(xué)傳感器作為接收器。在第三種方法中，超聲波傳感器可被采用，如下面將更具體地討論的。最后，在第四種方法中，非線性傳聲效果可被采用。
[0032]關(guān)于這四種方法，前面給出的公開(kāi)說(shuō)明了如何執(zhí)行這種方法的基本輪廓。進(jìn)一步，圖7-10說(shuō)明了用于確定和測(cè)試鉚接軸承中的所感興趣的區(qū)域的示例性實(shí)施例。需指出，圖7-10中的參考數(shù)字已經(jīng)相對(duì)于圖1的被增加，以具有前綴“7”。如此，圖1中的鉚釘130在圖7-10中被表示為鉚釘730，等等?，F(xiàn)在具體參考附圖7，四個(gè)所感興趣的區(qū)域751-754被確定為用于測(cè)試。這些區(qū)域?qū)?yīng)在分離器半部721、722與鉚釘730之間的外部接觸點(diǎn)。
[0033]具體地，關(guān)于圖7，超聲波傳感器，如下面將被更具體地討論的，已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)有益于本文圖示的方法。第一超聲波傳感器781 (驅(qū)動(dòng)器)被部署在鉚釘730上方，如圖7中所示，并且第二超聲波傳感器782 (接收器)被部署在鉚釘730下方。如圖8中所示，超聲波被引起以從第一超聲波傳感器781傳播，通過(guò)在鉚釘730和分離器半部721、722之間的界面，并且具體來(lái)說(shuō)是通過(guò)R0I751-754。第二超聲波傳感器782接收該波。對(duì)其的分析可被根據(jù)上面描述的方法執(zhí)行。
[0034]具體來(lái)說(shuō)，本公開(kāi)的實(shí)施例可采用傳統(tǒng)的超聲波學(xué)和分相位陣列超聲波學(xué)中的任一者或兩者。如本領(lǐng)域已知的，用于NDE的傳統(tǒng)的超聲波換能器通常包括單個(gè)主動(dòng)元件，其既產(chǎn)生又接收高頻聲波，或者包括兩個(gè)成對(duì)的元件，一個(gè)用于發(fā)射而一個(gè)用于接收(T/R)。這種方法被參照?qǐng)D7-10描述。在替換的實(shí)施例中，在另一方面，分相位陣列探測(cè)器通常由換能器組件組成，該換能器組件具有從16到256個(gè)的一個(gè)一個(gè)的小元件,這些小元件每一個(gè)可被單獨(dú)地脈沖。這些可被以條(線性陣列)、環(huán)(環(huán)形陣列)、圓形矩陣(圓形陣列)、或更復(fù)雜的形狀布置。
[0035]換能器頻率最常在從2MHz到20MHz的范圍內(nèi)。分相位陣列系統(tǒng)也將包括基于計(jì)算機(jī)的儀器，該儀器能夠驅(qū)動(dòng)多元件探測(cè)器、接收并數(shù)字化返回的回聲、并將該回聲信息以不同的標(biāo)準(zhǔn)格式繪制。分相位陣列系統(tǒng)利用波的相位調(diào)整物理原理，變化在一系列發(fā)出的超聲波脈沖之間的時(shí)間，使得由陣列中的每個(gè)元件產(chǎn)生的各個(gè)波前鋒彼此組合從而以可預(yù)測(cè)的方式添加或抵銷能量，該可預(yù)測(cè)的方式有效地控制和成形該聲束。這通過(guò)在略微不同的時(shí)間脈沖各個(gè)探測(cè)器元件來(lái)完成。經(jīng)常，元件被以4-32個(gè)為一組地脈沖從而通過(guò)增加孔來(lái)改善有效敏感性，這減少了有害的束發(fā)散并能實(shí)現(xiàn)更尖銳的聚焦。
[0036]已知為焦點(diǎn)律計(jì)算器的軟件建立了具體的延遲時(shí)間以激勵(lì)每組元件從而產(chǎn)生期望的束形狀，這考慮了探測(cè)器和楔特征以及測(cè)試材料的幾何形狀和聲音性能。由儀器的操作軟件選擇的被編程的脈沖序列此時(shí)發(fā)射在測(cè)試材料中的數(shù)個(gè)單獨(dú)的波前鋒。這些波前鋒進(jìn)而建設(shè)性地和破壞性地組合成單個(gè)主波前鋒，該主波前鋒行進(jìn)通過(guò)測(cè)試材料并從裂紋、不連續(xù)處、后壁、和其它材料邊界處反射，這和任何傳統(tǒng)的超聲波一樣。該束可通過(guò)各種角度、焦距和焦點(diǎn)大小被動(dòng)態(tài)地控制，使得單個(gè)探測(cè)器組件能夠在不同的視角范圍上檢查測(cè)試材料。這種束控制發(fā)生得非?？?，使得從多個(gè)角度的或者帶有多個(gè)焦點(diǎn)深度的掃描可在幾分之一秒內(nèi)被執(zhí)行。
[0037]返回的回聲由各種元件或元件組接收并且在需要時(shí)進(jìn)行時(shí)移以補(bǔ)償各種楔延遲并此后進(jìn)行求和。例如，“C-掃描”是二維數(shù)據(jù)表示，其被顯示為測(cè)試構(gòu)件俯視或平面圖，在其圖像視角方面類似于X-光圖像，其中顏色代表在該測(cè)試構(gòu)件中的映射到其χ-y位置的每個(gè)點(diǎn)處的閘控信號(hào)幅值。利用傳統(tǒng)的儀器，單個(gè)元件換能器必須在測(cè)試構(gòu)件上以χ-y光柵掃描方式被移動(dòng)。利用分相位陣列系統(tǒng)，探測(cè)器通常被物理地沿著一個(gè)軸線移動(dòng)，同時(shí)該束沿著另一軸線電子掃描。只要在必須維持掃描圖像與部分的精確幾何對(duì)應(yīng)時(shí)，編碼器就將通常被使用，盡管非編碼的手動(dòng)掃描在許多情況下也能提供有用的信息。
[0038]圖9描述了另一實(shí)施例的ROI測(cè)試方案。如所示，R0I751是沿著分離器半部721、722和鉚釘730之間的內(nèi)界面的圓形區(qū)域。這里，兩個(gè)傳感器，例如超聲波傳感器，被采用，傳感器781是驅(qū)動(dòng)器而傳感器782是接收器。圖10描述了又一替換實(shí)施例的ROI測(cè)試方案。如所示，單個(gè)傳感器781，例如超聲波傳感器，用來(lái)既驅(qū)動(dòng)又接收波，如圖中箭頭所示。再一次，ROI是在分離器半部721、722和鉚釘730之間的界面。
[0039]如上面在第四種方法中指出的，在又一替換的實(shí)施例中，非線性傳聲效果可在本文描述的任一測(cè)試方案中被米用(在上述的標(biāo)準(zhǔn)傳聲效果和超聲波學(xué)(方法1、2和3)的基礎(chǔ)上)。在這個(gè)實(shí)施例中，掃描所感興趣的區(qū)域可被如下地完成，使用非線性超聲波驅(qū)動(dòng)器并且使用若干接收器來(lái)接收若干多個(gè)諧波以分析結(jié)構(gòu)整體性，并由此產(chǎn)生掃描圖像。對(duì)于非線性傳聲效果，額外的頻率可由結(jié)構(gòu)中存在的任何外部不連續(xù)產(chǎn)生。本文公開(kāi)的NDE方法基于ASTM E2534以及在非線性傳聲效果方面的已知文獻(xiàn)。在其示例性實(shí)施方式中，猝發(fā)音窄帶被用于振動(dòng)而寬帶接收器被用于記錄輸出。
[0040]如此，在本文中公開(kāi)的是用于機(jī)器鉚接軸承的非破壞性評(píng)估的方法。本文中描述的主題的實(shí)施例允許在軸承的壽命評(píng)定、制造過(guò)程監(jiān)測(cè)、和質(zhì)量檢查和可靠性領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。制造引入的異常可被快速地觀察到并且壞的部分在需要時(shí)被拒絕。而且，本文內(nèi)采用的聲音傳感器能夠監(jiān)測(cè)在在不同的制造條件下制造的以及從現(xiàn)場(chǎng)返回的部分之間的結(jié)構(gòu)整體性。
[0041]雖然已經(jīng)在本發(fā)明的前面的具體描述中給出了至少一個(gè)示例性實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)意識(shí)到存在大量的變型。還應(yīng)意識(shí)到，一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例僅為示例，并且決不是用來(lái)限制本發(fā)明的范圍、應(yīng)用性、或構(gòu)造。更確切地說(shuō)，前面的具體描述將給本領(lǐng)域技術(shù)人員提供用于實(shí)施本發(fā)明的示例性實(shí)施例的方便的路線圖。應(yīng)當(dāng)理解的是，可在示例性實(shí)施例中描述的元件的功能和布置方面進(jìn)行各種改變，而不超出由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于機(jī)器鉚接軸承的非破壞性評(píng)估的方法，包括: 確定在機(jī)器柳接軸承上的所感興趣的區(qū)域； 將多個(gè)聲音傳感器定位在所感興趣的區(qū)域內(nèi)，多個(gè)聲音傳感器被以分相位陣列提供；使用該多個(gè)聲音傳感器誘導(dǎo)在所感興趣的區(qū)域內(nèi)的振動(dòng)并使用該多個(gè)聲音傳感器接收共振頻譜；以及 將所接收的共振頻譜與參考譜比較以確定在所感興趣的區(qū)域內(nèi)的異常的存在。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所感興趣的區(qū)域包括確定在機(jī)器鉚接軸承的兩個(gè)分離器元件之間的鉚接區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中誘導(dǎo)振動(dòng)包括誘導(dǎo)振動(dòng)頻率的正弦波。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中接收共振頻率包括接收表面聲波。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中接收共振頻率包括接收縱向波。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中接收共振頻率包括接收剪切波。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用該多個(gè)聲音傳感器誘導(dǎo)在參考機(jī)器鉚接軸承的所感興趣的區(qū)域內(nèi)的振動(dòng)并且使用該多個(gè)聲音傳感器接收共振頻譜以產(chǎn)生參考譜。
8.一種用于機(jī)器鉚接軸承的非破壞性評(píng)估的方法，包括: 確定在機(jī)器柳接軸承上的所感興趣的區(qū)域； 將多個(gè)聲音傳感器定位在所感興趣的區(qū)域內(nèi)，多個(gè)聲音傳感器被以分相位陣列提供；將多個(gè)光學(xué)傳感器定位在所感興趣的區(qū)域內(nèi)，多個(gè)光學(xué)傳感器被以分相位陣列提供；使用該多個(gè)聲音傳感器誘導(dǎo)在所感興趣的區(qū)域內(nèi)的振動(dòng)并使用該多個(gè)光學(xué)傳感器接收共振頻譜；以及 將所接收的共振頻譜與參考譜比較以確定在所感興趣的區(qū)域內(nèi)的異常的存在。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中確定所感興趣的區(qū)域包括確定在機(jī)器鉚接軸承的兩個(gè)分離器元件之間的鉚接區(qū)域。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中誘導(dǎo)振動(dòng)包括誘導(dǎo)振動(dòng)頻率的正弦波。
【文檔編號(hào)】G01N29/12GK103543207SQ201310297110
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月17日
【發(fā)明者】S.辛赫, E.布里奇斯, A.雷斯蒂沃 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司