CN101023344A - 用于滚动轴承的超声波检测方法以及缺陷检测的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检测裂纹的超声波探伤方法，该方法将外圈4的滚道表面4a作为所检查表面进行检查。在所要检查的表面已经完成了精加工磨削之后，在将包括煤油的液体碳氢化合物2作为超声波透射介质的同时超声波检测裂纹。

Description

用于滚动轴承的超声波检测方法以及缺陷检测的方法

技术领域

本发明涉及用于检查在滚动轴承的滚道表面或者在滚动接触表面中的裂纹的超声波探伤方法，并且更具体地说涉及这样一种用于滚动轴承的超声波探伤方法，该方法用于检测短使用寿命产品并且提供保证具有稳定使用寿命的非常可靠的滚动轴承。

背景技术

由于滚动轴承通过滚动元件在承受施加在轴上的载荷的同时转动，滚动轴承在滚动元件和内外套圈之间受到高接触压力和反复的滚动疲劳。因此，当在滚道表面或紧接着位于该表面下面的位置中存在裂纹时，该裂纹对滚动疲劳寿命具有很大影响。为此，在用于滚动轴承的材料方面，期望在滚动轴承最终产品的滚道表面的面上或里面没有任何裂纹。

而且，在滚动轴承方面，在滚动轴承的制造过程中或者在研磨操作期间所采用的剧烈条件下，在转动操作期间偶尔在滚道中出现细小裂纹。当在滚动轴承完成时细小裂纹仍然保留时，由于由滚动疲劳引起的应力集中，这些细小裂纹会导致从这些裂纹开始的过早剥落。

因此，制造用作滚动部件材料的轴承钢的钢厂通过超声波探伤来检查钢产品，例如圆棒钢；并且只让其中没有发现任何裂纹的无缺陷产品出厂。但是，那些由于刚刚被轧制而具有粗大晶粒的钢产品以及那些大表面粗糙度的钢产品要受到由钢厂进行的检查。而且，从生产率方面看，超声波探伤要高速进行。由于这些原因，超声波裂纹没有以高精度进行，并且在检测夹杂物是困难的，除非这些夹杂物其尺寸为10毫米或更大。因此，由钢厂进行检查的当前状况在于通过确定在所检查的产品表面(在所检查的产品为圆棒钢时的产品表面或者在所检查的产品为管材时的内表面)中是否存在机加工裂纹，例如由轧制或者拉拔或者瑕疵例如其尺寸为10毫米或更大的夹杂物引起的裂纹、皱纹等，从而确定该产品是有缺陷的或是无缺陷的。

例如，在日本专利待审文献JP-A-2003-222617中提出通过使用倾斜波束和垂直波束检测在钢产品例如钢管的单个位置处的裂纹。在所有所得到的回波的强度已经超过预定阈值时，确定存在裂纹。该专利文献还包括针对钢管的圆周和/或轴向连续性进行确定的说明，并且在确定包括裂纹的区域连续超过预定阈值时，确定该钢管对于在下一步超声波探伤的制造步骤中执行操作是有害的。

同时，对于钢滚动轴承而言，小于10毫米的夹杂物已知会影响滚动疲劳寿命。因此，本发明人在日本专利待审文献JP-A-2000-130447和JP-A-2002-317821以及日本专利申请JP-2002-293750中指出会影响滚动疲劳寿命的夹杂物；并且通过观察，通过兑所完成的滚动部分进行超声波探伤，从滚动部分中消除夹杂物。

另外，属于在观察下位于产品中并且已经通过超声波探伤检测出的裂纹的数据通常用作已经进行了检查的证据或者记录用于找出有缺陷产品的证据。

例如，对于用于记录属于通过超声波探伤检测出的裂纹的数据的方法而言，“Special Steel”1997年第6期第46卷的第14页和“SpecialSteel”2002年第2期第51卷的第27页包括将所得到的反射回波强度转变成模拟信号并且将该信号作为垂直轴线并且将时间作为水平轴线来记录以模拟曲线图形式的信号的说明。

而且，上述JP-A-2003-222617还包括有关这样一种方法的说明：测量出沿着所检查的产品的轴向和圆周方向在每个探伤间距处反射出的回波强度；将所测量出的强度转变成数字信号；并且在将探伤的轴向间距作为垂直轴线并且将探伤的圆周间距作为水平轴线的同时数字记录该信号。

另外，为了检查由于热处理导致的缺陷，在轴承制造过程中通过荧光磁性颗粒探伤等检查出表面裂纹。随后，现有为了检查表面裂纹例如在研磨期间引起的表面裂纹、研磨裂纹等而进行的磁性颗粒探伤或漏磁通检查的实施例(参见日本特种钢协会的“Special Steel”第6期第46卷(1997)第5至7页和第25页)。

超声波探伤通常要使用介于工件和传感器之间的水基超声波透射介质。在与另一种超声波透射介质例如油等相比时，水基超声波透射介质具有优异的声波传播性能。由于水基超声波透射介质容易获取并且容易维护，所以选择了水基超声波透射介质。钢厂用来进行超声波探伤的许多介质都是水基的。

在使用水基介质进行浸入测试中，在如在倾斜波束探伤方法或表面波探伤方法中一样通过相对于工件给与入射角来检测裂纹时，可采用两种方法：即，用于使探针相对于工件中心线倾斜的方法和用于通过使探针相对于工件中心线(例如，沿着轴承的轴向方向)平移因此相对偏离工件来得到相对于探针的入射角的方法。由于偏置方法容易安排，所以该方法例如可以通过只是使工件平移来实施，并且由于在这些方法之间在检测能力方面没有任何明显差异，所以通常采用偏置方法来检查工业产品。

在JP-A-11-337530中所述的超声波探伤方法可以用作通过使滚动轴承的滚道表面受到超声波探伤来检查较大的非金属夹杂物或者紧接着位于滚道表面下面的裂纹的方法。

专利文献1：JP-A-11-337530

专利文献2：JP-A-2003-222617

专利文献3：JP-A-2000-130447

专利文献4：JP-A-2002-317821

专利文献5：JP-A-2002-293750

非专利文献1：“Special Steel”1997年第6期第46卷的第14页

非专利文献2：“Special Steel”2002年第2期第51卷的第27页

发明概述

本发明要解决的问题

滚动轴承的使用寿命在很大程度上受到包含在滚道表面中的裂纹的影响；尤其是滚动接触应力延伸的范围；例如大非金属夹杂物或表面裂纹。

因此，为了减少短寿命滚动轴承的数量，期望在其中将工件形成为最终形状的研磨过程之后的过程中检查出表面裂纹。

但是，在钢厂中的材料阶段处进行的检查操作期间，通过例如参考每材料批次裂纹存在的频率，评估和筛分主要与去除大裂纹一起进行，并且在保证单个轴承方面存在限制。

在研磨中进行的检查操作中，测试目标的结构状态为退火状态的。在便于超声波传播方面，测试目标的结构已知比热处理之后的目标的结构状态要差。而且，由于车削图案仍然保留在滚道表面上，所以滚道表面研磨之后的滚道表面更粗糙。车削图案导致超声波扩散反射。即使在这方面，在探伤能力方面仍然存在问题。另外，随后通过磨削将滚道表面磨去与切削余量对应的量。即使在已经检测到时，通过磨削去除裂纹。因此，检查变得毫无意义。相反，仍然存在问题，例如担心存在夹杂物，这在已经经过磨削之后将存在从里面到夹杂物造成问题的深度暴露出的新问题。

JP-A-11-337530描述了作为用于检查滚动轴承的方法的大夹杂物检查方法，其中在已经磨削表面之后检测在滚道表面中的缺陷。但是，由于该方法使用了水作为超声波透射介质，所以在将工件浸入到用作介质的水中或者从中取出时出现气泡，并且必须确保预定的时间以便去除气泡。而且，在将气泡被检测作为裂纹时，对裂纹的错误确定导致错误检测的出现机会增加，由此造成成本增加，因为需要重新检查。另外，减小气泡量需要用于降低在水中的氧含量的脱气装置等，这又增加了设备成本。

根据上面的方法，在检测到位于轴承的端部(滚道表面的轴向端部)中的裂纹时，从端部反射出的回波具有高反射强度(妨碍了检测)，这导致难以检测在整个滚道表面中的裂纹。该问题在滚动轴承例如精密球轴承类型的情况中尤为明显，在该情况中偶尔会出现其中滚动元件通过滚道表面端部的空白区域因此在端部上施加接触应力的情况。

本发明人所进行的研究和评估表明，在对于工件具有如在滚珠轴承的滚道表面中一样的轴向凹形曲率并且还具有两个端部(沟槽部分)的情况应用偏置方法时，端部用作噪声源，从而出现裂纹可检测范围受限的问题。在滚珠轴承的情况中，轴承除了径向载荷之外还可以接受推力载荷。因此，滚珠(滚动元件)运行的区域在滚道表面的大范围上延伸。在所要检查的区域有限时，担心出现由位于所检查区域之外的位置处的裂纹引起的过早剥落。

另外，为了通过采用上述JP-A-2003-222617所述的方法来检测小于几十毫米的夹杂物，用于评估所检查对象的连续性的探伤间距必须分段，因此提高了探伤的灵敏度，并且必须减小用于被确定为裂纹的反射回波强度的阈值。但是，将探伤间距分段并且提高探伤灵敏度也被认为增加了电噪声信号并且造成难以将裂纹与噪声去分开。

由于电噪声信号循环出现，所以必须在测量所有反射回波的强度之后分析循环出现的信号并且消除该信号。但是，这样增加了测量所需的劳动和成本。

为了精确检测出小于几十毫米的夹杂物，需要使得测试对象的表面粗糙度较小并且防止超声波衰减。但是，在为了使得表面粗糙度较小对测试对象的表面进行机加工例如车削或磨削时，会出现这样一种情况，其中在测试对象中沿着其圆周方向出现加工裂纹。与电噪声信号相反，由加工裂纹引起的噪声信号不会循环出现，并且因此难以将噪声信号与裂纹去分开。

而且，由于从小于几十个毫米的夹杂物反射出的回波的强度较弱，所以难以高精度地检测出反射回波。因此，如在JP-A-2003-222617中所述一样，当只是从测试对象的轴向或圆周连续中对夹杂物作出判断时，会出现这样一种情况，其中将单个长夹杂物确定为两个夹杂物或更多，或者没有存在任何夹杂物。

JP-A-2000-130447、JP-A-2002-317821和JP-A-2002-293750每个都提供有关通过超声波探伤来检测夹杂物的说明。但是，这些文献没有一个涉及用于确定夹杂物的方法。

而且，如在“Specical Steel”1997年第6期第46卷的第14页和“Specical Steel”2002年第2期第51卷的第27页中一样，将属于所有检测出的夹杂物的数据存储，并且因此存在数据管理的问题，这样耗时耗力。

本发明是鉴于这些方面想出的，并且本发明所要应付的挑战在于提供一种超声波探伤方法，有效提供不用担心出现短寿命产品的滚动轴承产品。本发明所要应付的另一个挑战在于提供一种能够非常精确检测出其反射回波如在例如小于几十个毫米的夹杂物的情况中一样强度较低的裂纹的裂纹确定方法。

解决问题的方法

在将滚动轴承的滚道表面、位于其附近的大夹杂物和表面裂纹作为所要检查的对象时，本发明人通过在各种方法中找出最佳的检查方法以及最佳的介质来实现本发明。而且，发现并且解决了不会受到来自端部的回波影响的检查方法，由此设想出本发明。

可以检查出在单个产品中的大夹杂物，因此能够提供不会涉及有关出现短寿命产品的任何担心的产品。

为了解决上述问题，本发明人已经进行了相当多的研究。通过这些研究，本发明人已经发现，“从在所要测量的对象中的夹杂物反射出的回波沿着所要检查的对象的金属滚压方向(例如轴向方向)连续出现并且噪声信号沿着相对于所要检查的对象的金属滚压方向的垂直方向(圆周方向)连续出现”，而且“当在沿着金属滚压方向的预定间隔范围内相邻存在两个或多个夹杂物时，这些夹杂物表现为单个连续夹杂物”。

为了实现该目的，根据本发明的第一方面，提供了一种用于滚动轴承的超声波探伤方法，用来检查作为所要检查表面的轴承套圈的滚道表面和滚动元件的滚动接触表面中的至少一个，该方法包括：

精加工磨削所要检查的表面；并且

通过使用包括煤油的液体碳氢化合物作为超声波透射介质来进行超声波探伤。

根据基于本发明第一方面的第二方面，优选将(波束直径“r”/传感器的直径R)设定为0.8或更小的数值，并且

在使探针沿着所要检查的表面在轴承的轴向方向上运动的同时进行探伤。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于滚动轴承的超声波探伤方法，用来检查作为所要检查表面的轴承套圈的滚道表面和滚动元件的滚动接触表面中的至少一个，该方法包括：

将(波束直径“r”/传感器的直径R)设定为0.8或更小的数值；并且

在使探针沿着所要检查的表面在轴承的轴向方向上运动的同时进行探伤。

根据基于本发明第一至第三方面中的任一方面的第四方面，探伤优选在正在使探针沿着所要检查的表面曲线在轴承的轴向方向上转动的同时进行。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于滚动轴承的超声波探伤方法，用来检查作为所要检查表面的轴承套圈的滚道表面和滚动元件的滚动接触表面中的至少一个，该方法包括：

在使探针沿着所要检查的表面曲线在轴承的轴向方向上转动的同时进行探伤；

将探针的转动中央轴线设定为满足以下条件(a)至(c)；并且

使探针与探针的转动中央轴线一起相对于所要检查的表面的垂线倾斜：

(a)探针的转动中央轴线穿过所要检查表面沿着其宽度方向的中点；

(b)探针的转动中央轴线与所要检查表面的垂线垂直；

(c)探针的转动中央轴线位于与轴承套圈的轴线或所要检查的滚动元件的轴线垂直的平面中。

根据基于本发明第五方面的第六方面，在所要检查表面已经完成了精加工磨削之后，优选在采取煤油或另一种液体碳氢化合物作为超声波透射介质的同时进行超声波探伤。

根据基于本发明第五或第六方面的第七方面，优选将波束直径(“r”/传感器的直径“R”)设定为0.8或更小的数值。

根据本发明的第八方面，提供了用于滚动轴承的轴承套圈的超声波探伤方法，该方法包括：

将整个轴承套圈浸入到超声波透射介质中；

将该介质喷射到轴承套圈；并且

如此进行探伤，从而轴承套圈的轴线变得与介质的液面垂直。

根据本发明的第九方面，提供了一种用于滚动轴承的轴承套圈的超声波探伤方法，该方法包括：

将整个轴承套圈浸入到超声波透射介质中；

在开始探伤之前设定1.5秒或更长的等待时间；并且

如此进行探伤，从而轴承套圈的轴线变得与介质的液面垂直。

根据基于本发明第九方面的第十方面，优选的是，在除了探伤位置之外的位置处将轴承套圈提前浸入到介质中，并且

在去除附着在轴承套圈上的气泡之后使轴承套圈运动到在介质中的探伤位置，然后进行探伤。

根据本发明的第十一方面，提供了用于向检查对象施加超声波并且测量从在检查对象中的裂纹反射出的回波因此检测出裂纹的探伤方法，其中

将在沿着检查对象的金属滚压方向的预定距离上连续测量出具有预定强度或更大强度的反射回波的区域当作裂纹；并且

当在沿着检查主体的金属滚压方向的预定间隔范围或更小的范围内存在相邻的两个或多个裂纹时，则将这两个或多个探伤作为单个裂纹。

在作为制造过程的最终过程操作的精加工操作之后进行超声波探伤，使得能够在最佳的表面粗糙度下进行检查。而且，由于使用油作为用于在精加工过程中的磨削的润滑剂，所以通常使用煤油或另一种液体碳氢化合物基洗涤剂来在磨削操作之后进行清洗。因此，即使在用于精加工的磨削过程之后的其中进行超声波探伤的检查过程中，使用了与清洗流体类型相同的煤油或另一种液体碳氢化合物基介质，因此在介质和工件之间实现了优异的亲和性。因此，在将工件插入到超声波透射介质中或者从中取出时，基本上不会形成气泡等。因此，无需除气装置等设施。而且，不用特殊操作就能够明显减少作为噪声源的气泡，并且因此防止了出现故障例如错误检测。

尽管知道煤油或另一种液体碳氢化合物基介质与水基介质相比降低了灵敏度，但是本发明人发现，根据在使工件和探针受到倾斜波束探伤时所获得的入射条件，能够以与在水基介质情况中所实现的灵敏度基本上相同的灵敏度来进行检查。

“在倾斜波束探伤时所获得的入射条件”包括15至30度优选为19至27度的入射角。确定即使在使用液体碳氢化合物作为介质时，也能够在上面的范围内确保所需的灵敏度。

在探针的前端和所要检查的工件区域之间的距离优选为10至40mm，更优选为20至30mm。

而且，已经进入工件的超声波被折射，同时超声波探针保持相对于滚道表面以预定的角度倾斜，并且超声波传播穿过预定的检查范围(例如在本发明的情况中在表面下面的几个毫米)。在该情况中，本发明人已经发现，根据探针直径与超声波波束的直径的比值，从端部反射出的回波在探伤范围-即进行探伤的地方靠近端部(滚道表面的轴向端部)时形成障碍，由此产生出不能进行探伤的区域。相反，通过相当多的研究，本发明人已经发现，通过将传感器的直径R和波束的直径“r”之间的关系(r/R)设定为0.8或更小的数值，从而能够在滚道表面的端部以与在其它区域中所实现的灵敏度相同的灵敏度进行检查而不会受到端部影响。如上所述，限定了(r/R)≤0.8。在(r/R)为0.8或更小的数值时不会出现任何特别问题。但是，由于产品的规格，(r/R)的下限值受到限制。

在权利要求5中所限定的本发明为用于超声波检查在滚动轴承的滚道表面中的裂纹的方法。通过采用浸入式超声波探伤方法，使得超声波进入，同时探针相对于工件的所要检查表面(要进行探伤的表面)的滚道表面的垂线沿着圆周方向倾斜。由于发现在用作对象的工件的滚道直径设定为100毫米或更小的数值时产生出显著的效果，所以设想出本发明。

在滚动轴承中，使用精密滚柱轴承类型的轴承用作例如汽车的轮毂轴承。因此，所制造的滚动轴承的数量也很多，并且这些轴承为其可靠性是必须的元件。因此，理想的方法是要让滚动元件在其上运行的整个滚道表面在短时间内进行全面检查。根据本发明，能够以高精度(灵敏度)检查整个滚道表面。只要探伤自动进行，则能够以高速进行精确检查。

根据本发明的第十一方面，将沿着其金属滚压方向从检查对象反射出的回波连续性作为确定裂纹的标准。因此，相对于金属滚压方向沿着垂直方向延伸的各种噪声类型难以检测出，并且能够以更精确度检测出沿着金属滚压方向延伸的裂纹。

当在沿着金属滚压方向的预定间隔范围内相邻存在两个或多个裂纹时，将这两个或多个探伤作为连续的单个裂纹。因此，甚至能够高精确地检测出其反射回波具有较低强度的裂纹。

在本发明中，“金属滚压方向”指的是所检查对象滚动的方向。例如，在所要检查的对象为圆棒或轴承套圈时，对象的轴向方向在许多情况中与金属滚压方向对应。

而且，在本发明中，术语“沿着金属滚压方向的连续性”不限于如图25中所示一样沿着与金属滚压方向平行的线性方向L1实现了连续性的情况，但是还包含其中沿着相对于线性方向L1以预定角度(例如45度)倾斜的线性方向L2、L3实现了连续性的情况。

另外，在本发明中，必要时根据所要检测的裂纹改变用作检测出裂纹的标准的反射回波的“预定强度”，其中具有预定强度或更大强度的反射回波连续的“预定距离”以及用作将两个或多个探伤作为单个裂纹的标准的在两个或多个裂纹之间的“预定间隔”。

在本发明的探伤方法下，在从中已经检测出裂纹的检查对象方面，优选记录下所有属于反射回波的测量数据组。在从中还没有检测出任何裂纹的检查对象方面，优选记录属于反射回波的最大测量数值的数据。

通过记录的数据，可以有效地记录属于包括在检查对象中的裂纹的数据。

本发明的优点

本发明能够提供一种有效用于提供没有涉及有关会出现短寿命产品的担心的滚动轴承产品的超声波探伤方法。

在根据本发明第十一方面的探伤方法中，将在沿着所要检查对象的金属滚压方向的预定距离上连续测量出具有预定强度或更大强度的反射回波的区域检测作为裂纹。当在预定间隔或更小范围内存在相邻的两个或更多裂纹时，将这两个或更多的夹杂物检测作为单个夹杂物。因此，即使在其反射回波与在例如小于几十个毫米的夹杂物的情况中一样具有较低强度的情况中，也能够以很好的精确度检测出裂纹。

附图的简要说明

图1为根据本发明一实施方案的超声波探伤器的总体方框图；

图2为图1的不完全放大图；

图3为图1的不完全放大图；

图4是显示出轴承生产过程的实施例的图；

图5是显示出模拟裂纹的图；

图6是显示出检查测试件的图；

图7是显示出检查测试件的图；

图8是显示出检查测试件的图；

图9是描绘出用于规定波束直径的方法的图；

图10是描绘出用于规定波束直径的方法的原理的图；

图11是显示出在(r/R)比值和S/N比值之间的关系的图；

图12是显示出在端部处所实现的回波强度的图；

图13是显示出在中央处实现的回波的强度的图；

图14是描绘出偏置方法和入射角方法的图；

图15是描绘了入射角方法的图；

图16是描绘出在入射角方法和偏置方法之间的差异的图；

图17是显示出在由入射角方法所获得的声波形状和由偏置方法所获得的声波形状之间的关系的图；

图18是显示出自对准滚动轴承的实施例的图；

图19是显示出锥形滚子轮毂轴承的实施例的图；

图20为用于说明第二实施方案的超声波探伤器的结构的概念图；

图21为用于说明第二实施方案的过程的概念图；

图22为用于显示出模拟裂纹的概念图；

图23是显示出在底部噪声和裂纹回波(裂纹的回波)之间的关系的图；

图24是显示出在探伤开始时间和输出NG信号的数量之间的关系的图；

图25为说明图，显示出在本发明的探伤方法中所采用的沿着滚动方向的连续性的示例；

图26为一示意性方框图，显示出在本发明的探伤方法中所采用的超声波探伤器的实施例；

图27是显示出根据第七实施方案的超声波探伤的结构的示例的图；

图28是显示出第七实施方案的超声波探伤的结构的另一个示例的图；

图29为一光学显微照片，显示出在图28中检测出的裂纹F和G；

图30为一光学显微照片，显示出在图28中检测出的裂纹H和I；

图31是显示出在第八实施方案中所获得的超声波探伤的结构的实施例的图；

图32是显示出在第八实施方案中所获得的超声波探伤的结构的另一个实施例的图；并且

图33是显示出在第八实施方案中所获得的超声波探伤的另一个示例性结果的图。

参考标号的说明

1       浴槽

2       液体碳氢化合物

3       夹具(转台)

3a      装配部分

4       外圈(工件)

4a，4b  滚道表面

5       电机

6       用于驱动电机的控制放大器

7       控制器

8       探针

9       紧固件

10      C形构件

11      定位控制放大器

12      支撑部分(提升部分)

13      横向机构

14      超声波探伤器

P       旋转轴

108     介质

110     测试对象

112     探针

113     转台

114     伺服电机

115     用于驱动伺服电机的控制放大器

116     XYZ平台

117     支撑部分

118     紧固件

119     旋转编码器

120     超声波探伤器

130     控制器

140     定位控制放大器

优选实施方案的详细说明

现在将参照这些附图对本发明的实施方案进行说明。

第一实施方案

首先将参照当前实施方案的超声波探伤器的结构对本发明进行说明。

图1为根据本发明一实施方案的超声波探伤器的总体方框图，并且图2和3为不完全放大图。

在图1中，参考标号1表示其中存储有用作超声波透射介质的煤油或另一种液体碳氢化合物的浴槽。在当前实施方案中，采用煤油作为液体碳氢化合物2，并且将防锈剂加入到煤油中。轴承的外圈4和夹具3设置在浴槽1内的下面位置处。能够让其轴垂直取向的方式装配轴承的外圈4的装配部分3a设在夹具3的上部中，并且通过电机5使夹具3绕着与轴承轴线同心的旋转轴线旋转驱动。电机5由控制器7通过用于驱动电机的控制放大器6来控制，并且通过用于旋转驱动目的的电机的驱动动作使设在夹具3上的外圈4以给定的速度转动。

这里，外圈4由未示出的输送装置输送并且从上方装配到夹具3的装配部分3a上。图1显示出外圈4装配在夹具3上。在浴槽1中的液体碳氢化合物的深度为在外圈4保持装配在夹具3上期间外圈4完全浸没在液体碳氢化合物2中的深度。

参考标号8表示用于超声波探伤的探针。在当前实施方案中，使用具有高方向性并且不容易受到滚道表面4a的曲率半径影响的聚焦探针。如上述优选将(波束直径“r”/传感器直径)设定为0.8或更小。

如图2所示，将探针8安装在L形探针紧固件9上，并且该探针紧固件9由支撑部分12借助旋转机构支撑，该支撑部分通过跨在外圈4上的C形构件10垂直延伸，以便可以绕着垂直方向转动。旋转机构由伺服电机、皮带轮、皮带等形成；由控制器7借助控制放大器11控制以便进行定位；并且能够调节围绕着旋转机构的水平延伸旋转轴P的垂直倾斜(方向θ)。

支撑着探针8的支撑部分12具有由直接作用促动器形成的提升机构；能够沿着垂直方向(方向Z)运动；并且能够通过横向机构13、13’，例如直接作用促动器，沿着横向方向(方向X和Y)运动。提升机构12和横向机构13、13’由控制器7借助定位控制放大器11控制，由此调节探针8的三维位置。

探针紧固件9为在与外圈轴线垂直的平面内的旋转调节机构，并且能够在入射角度范围内进行调节。

如上所述，通过提升机构12和横向机构13、13’来调节探针8的位置。另外，探针8能够在通过旋转机构相对于滚道表面4a沿着滚道沟槽R的弯曲表面转动的同时检测出裂纹。

因此，探针8在预定的入射角度范围内对着外圈4的滚道表面4a设置。在该状态中，探针8响应于来自超声波探伤器14的电压信号朝着轴承外圈4的滚道表面4a发射超声波脉冲；接收所反射的回波并且将该回波转变成电压信号；并且将电压信号传送给超声波探伤器14。

根据来自控制器7的指令，超声波探伤器14将从电压信号形成的指令信号传送给探针8，并且将从所传送的信号和所接收的信号中确定的裂纹信息传送给控制器7。控制器7将该裂纹信息显示在未示出的CRT(显示器)等上。

在具有上面结构的超声波探伤器中，轴承的外圈4完全浸入在用作介质的液体碳氢化合物2中，并且轴承外圈4的轴线优选相对于液面垂直布置。优选使用精加工磨削来处理轴承外圈4。探针紧固件9的角度如此进行调节，从而从探针反射出的超声波的入射角(在与相对于滚道表面4a的垂线的轴线垂直的平面方向(滚道表面4a的圆周方向)上沿着探针8的旋转中央轴线倾斜的角度)落入在15至30度的范围内。使探针8下降以按照使得探针8的轴线对着外圈4的滚道表面4a这样一种方式进行调节。

在驱动电机5以使外圈4在该状态中转动并且外圈4的转动已经变得稳定时，探针8在通过旋转机构沿着滚道表面4a的弯曲表面在轴承的轴向方向上转动的同时(同时垂直振动)检测裂纹。这时，滚道沟槽R的中央位于探针的旋转中央轴线P中。因此，对探伤对象的整个滚道表面4a进行探伤。

例如，作为性能参数。使用其频率为5MHz并且传感器尺寸为6mm的探针作为聚焦探针8。

在该结构中，外圈4绕着中央轴线轴向转动，因此对着探针8的滚道表面4a沿着圆周方向运动，同时在滚道表面4a和探针8之间的距离保持恒定。另外，通过使探针8垂直振动，从而使得对着滚道表面4a的位置沿着滚道表面4a的弯曲表面垂直(轴承的轴向方向)变化。因此，对整个滚道表面4a进行探伤；具体地说，沿着滚道表面4a的弯曲表面对轴承轴向(垂直)进行探伤。

由于外圈4这时完全浸入在液体中，所以能够防止出现在外圈4转动时可能引起的从大气中夹带入气体。

通过使外圈4的轴线相对于液面保持垂直，从而将由于外圈4转动而在液体上产生出的干扰影响降低至较低水平。

由于在将外圈4浸入在液体中时夹带入的空气，所以滚道表面4a有可能附着有气泡。鉴于这种可能性，在浸入外圈4之后，在进行超声波探伤之前或者在正在进行超声波探伤期间也可以将液体碳氢化合物2喷入到滚道表面4a上，由此消除了附着在外圈4上的气泡。由于气泡甚至在轴承转动期间也可能附着到滚道表面4a上，所以优选在探伤期间在探针8前面的位置处喷射液体碳氢化合物2。将喷射压力设定在这样一个水平处，其能够去除附着在轴承圈上的气泡或者防止气泡附着。

由于存在灰尘漂浮在存储在浴槽中的介质内的可能性，所以优选将过滤器等设置在浴槽中并且使填充该浴槽的介质循环流动穿过过滤器，由此消除灰尘并且尽可能降低噪声。优选的是，如在气泡的情况中一样，将液体流喷射在附着在用作工件的外圈4上的灰尘上，因此将灰尘吹掉。

由于接收轴承的夹具3的装配部分3a的垂线设定为沿着垂直方向的提升位置，所以通过主要从上方将外圈4装配到装配部分3a中来使重力和转动方向校准为相同方向。另外，利用在外圈4的重力作用下在外圈4的表面和装配部分3a的表面之间形成的摩擦阻力作用，外圈4能够以与夹具3在其转动期间的速度相同的速度转动，而不用通过夹盘等将外圈4紧固在夹具3上。在与如JP-A-11-337530中所述一样其中外圈4的轴线转动同时水平设置在两个单独滚子上的情况相比，外圈4能够稳定的转动。无需使用约束工具例如夹盘，能够缩短循环时间，因为避免了安装夹盘所需的时间，并且能够获得简化的结构。而且，通过将夹紧装置例如夹盘加入到夹具3上能够使得外圈更快速转动，并且也能够缩短探伤时间。

在图1所示的外圈4的情况中，其具有双滚道。在完成在上滚道表面4a中的探伤之后，使夹具3停止转动，并且将探针8提升并且使之后退。随后，通过未示出的输送装置使外圈4升高并且翻转，并且再次将这样翻转的外圈装配到夹具3上。按照与前面所述相同的方式对还没有进行测量的滚道表面4b进行探伤。在单排轴承套圈的情况下，不用进行这种翻转操作。

在两个滚道表面4a、4b的探伤结果落入在合格范围内时，通过未示出的输送装置将外圈4放在无缺陷产品场地中。相反，在结果落入在合格范围之外时，将外圈放在保存区域中，随后进行加工例如重新测量、刮擦等。

在上述轮毂轴承外圈4中，两个滚道表面4a、4b的轴向轮廓曲线关于垂直方向大致对称。在测量滚道表面4a之后，将外圈翻转，并且测量在另一侧上的滚道表面4b。因此，用于探针8的滚道表面4a、4b曲线的跟踪机构可以实施作为简单的结构。

当然，只要可以根据轴承滚道排数或者能够应付两个滚道表面4a、4b的弯曲跟踪机构设置两个探针8，从而不用使外圈4翻转就能够检测裂纹，由此进一步缩短检测裂纹的时间。而且，只要在翻转之后提供另一个平台并且在另一个浴槽中检测裂纹，则也能够缩短每个平台检查裂纹的时间。

也可以使用煤油以外的液体碳氢化合物作为介质。尤其是，如将要描述的一样，使用碳氢化合物基清洗剂也能够实现在精磨削过程和超声波探伤过程之间的液体通用性。

检查和消除位于滚道表面上或在落入在滚道表面受到滚动应力的范围内的靠近滚道表面的区域处的裂纹或非金属夹杂物能够实现滚动轴承的长寿命。因此，本发明人已经提出了一种轴承超声波探伤方法，用于通过使得超声波以一定角度进入滚道表面来检查目标范围，由此使声波向表面附近折射。但是，由于随后的研究，尤其是有关具有较小滚道直径的滚珠轴承形状的对象的研究，结合用作使声波向表面附近折射的方法的使超声波波束相对于垂线偏执的方法(用于在超声波正在沿着轴承轴向方向运动的同时检测裂纹的方法)，发现因为从滚道表面的两个端部反射的回波所以存在实际上不能进行高精确检查的区域的问题。

用于检查表面附近的偏置方法迄今为止已经被认为是能够检测在具有曲率的工件中的小裂纹的技术。因此，不能很容易估计出该偏置方法不适用于用于超声波检测在作为本发明的示例性对象并且通过机加工具有较小曲率的工件来形成的滚珠轴承中的裂纹的方法。但是，由于本发明人已经对入射方法进行了各种测试，发现通过采用将探针相对于工件滚道表面的垂线设置在沿着沟槽R转动的入射角处能够以高灵敏度对沟槽件附近进行探伤，而不会产生出明显的噪声，这在偏置方法中会出现问题。另外，在所要检查的工件滚道直径为100mm或更小的轴承情况中，也发现采用该入射角方法具有明显的效果。

图14显示出偏置方法的概览和用于使得超声波相对于中心线以一定角度进入的入射角方法的概览。在图14中将内圈显示作为工件4。

偏置方法(参见图14(b))为用于使探针8相对于中心线平移的方法，由此将与声波的入射点相切的直线形成的角度落入在施加在表面附近(包括延伸至在表面下面大约1mm的表面)上的滚动应力范围内。同时，用于相对于中心线(参见图14(c))设定入射角的方法为用于通过使探针8相对于垂线倾斜与该方法所采用的角度相同的角度来使得超声波进入的方法。假设在任一种方法种实现了在探针8和工件4之间的相同距离，则一般实现了与过去相同的探伤精确度和灵敏度。

但是，在作为本发明所采用的实施例的滚珠轴承系统的情况种，在偏置方法和由本发明人进行的入射角方法之间的比较验证表明，回波在偏置方法种从沟槽端部反射出，这造成难以检查除了中间区域附近以外的区域。对以相同入射角进行的入射角方法验证的结果表明，在探针运动到端部附近时，从沟槽反射出回波较小，并且能够以足够高的灵敏度和精确度检测出裂纹。

首先，如图15所示，其原因如下。在检测到在具有滚珠轴承形状的轴承中的裂纹时，在入射角方法的情况中，探针运动到与形成滚道表面的沟槽R中心同心的圆圈，以便检测出在整个滚道表面中的裂纹。因此，如图16(a)中所示，可以在相同条件下检测出在圆形滚道表面中的裂纹，同时在滚道表面和探针之间的距离一直保持恒定。相反，在偏置方法的情况中，在仅仅使探针运动时，在保持偏置期间，在如图16(b)中所示的垂直轴线方向上，在探针和入射点之间的距离从中部朝着沟槽的两个端部变化(因为如从由于斜切竹子而形成的切割端图像中可以看出一样偏置线呈现为椭圆形)并且距离在沟槽中央处变得更长。

因此，为了在该偏置方法中进行精确测量，必须按照该椭圆通过CAD等精确假设和测量轨迹，从而在中部和两个端部处实现恒定的距离，因此设定探针的运动。尤其在具有较小滚道直径的轴承的情况中，在设定中的误差很明显，并且因此认为进行高精度观察相当困难。

即使在能够进行精确位置测量时，根据入射角方法，相对于在任意位置入射而言，探针沿着与滚道沟槽R同心的圆圈运动，而与中部或两个端部无关。因此，在所有位置处实现了恒定的距离，并且在入射点处实现的声波形状总是保持恒定。在该偏置方法下，声波形状在中部变为椭圆。但是，认为该形状在两个端部处扭曲，并且认为声音按照非均匀的方式扩散(参见图17(b))。从上面可知，在偏置方法中，不均匀声波受到滚道表面的端部影响，因此增大了基础回波。因此，认为不可能高精确度地检测出裂纹。

在当前实施方案中，为了让入射方法最优，在使探针8沿着工件(轴承套圈)的滚道表面曲线在轴承的轴向方向上转动期间检测裂纹。将探针8的转动中央轴线设定为满足下面所提供的条件(a)至(c)，并且探针8相对于工件4的滚道表面的垂线与探针的转动中央轴线一致地倾斜。

(a)探针的转动中央轴线穿过要进行探伤的滚道沟槽的中点。

(b)探针的转动中央轴线与要进行探伤的滚道表面4a的垂线垂直。

(c)探针的转动中央轴线位于与工件4例如作为检查对象的轴承套圈的轴线垂直的平面。

可以采用合成碳氢化合物、环烷基碳氢化合物、石油碳氢化合物等例举作为碳氢化合物基洗涤剂。

上面的实施方案例举说明了用于在使探针沿着滚道表面曲线在轴承的轴向方向上转动的同时检测裂纹的入射方法。在工件具有预定的直径或更大直径例如100mm或更大时，还可以采用用于在使探针沿着滚道表面在轴承的轴向方向上转动的同时检测裂纹的偏置方法。

上面的实施方案是其中在轮毂轴承的外圈4中检测裂纹的实施例。但是，通过基本上相同的方法，通过使探针8在外周侧上沿着滚道表面运动的同时检测裂纹，从而能够在轴承的外周侧上具有一个滚道表面的轮毂轴承的内圈中检测裂纹。

上面的方法还可以应用于具有单排轴承的轴承套圈、具有双排轴承的轴承套圈或者具有除了轮毂轴承之外的另一个多排轴承的轴承套圈。也可以按照相同的方式检测在滚动元件的滚动接触表面中的裂纹。例如，该方法可以应用于例如在图18中所示的自对准滚动轴承或者检测其示例性用途显示在图19中的锥形滚子轮毂轴承20中的裂纹。

超声波探伤器不限于上述结构，并且也可以采用在例如JP-A-11-337530中所述的另一种超声波探伤器。

第二实施方案

现在将参照这些附图对第二实施方案进行说明。与第一实施方案的那些类似的元件将在赋予相同参考标号的同时进行说明。

从生产率方面看，要尽早开始进行探伤。同时，在自从浸入工件时间非常快消逝时，去除气泡或灰尘的效果变得不够，并且由于气泡等引起的伪噪声频繁出现。因此，出现对生产率的要求和用于防止噪声的要求。期望将用于通过将工件浸入在介质中并且在进行通过/失败测试之后立即输送该工件来进行检查的一系列操作减小噪声的检查方法作为用于满足这些要求的超声波检查方法。

本发明人针对缩短检查时间并且提高与这一系列操作相关的检查精确度进行相当多的研究。

(1)发现在用于通过超声波探伤检查滚动轴承的滚动滚道表面的方法下，通过将从把要进行探伤的工件浸入到介质中开始直到开始测量的时间设定为1.5秒或更长，从而能够将导致该问题的气泡噪声消除到不会出现任何问题的程度。

(2)将用于超声波检查在滚动轴承的滚动滚道表面中的裂纹的方法实现作为用于在除了测量部分之外的位置处将要进行探伤的工件提前浸入在介质中、在去除气泡之后使工件运动到介质中的探伤位置然后开始测量的方法。因此，发现在开始测量时能够在去除了气泡的情况下开始检查，这又能够预先去除气泡，且不会对在现有技术中所涉及的检查循环和以高可靠性进行高分辨率检查的性能带来阻碍。这些方面被加入到当前实施方案中。将轮毂I型双排滚珠轴承的内圈举例作为工件4。

图20显示出在当前实施方案中所使用的设备的总体视图。在该设备中，通过未示出的输送装置，将工件从其上表面输送到在介质2中的探伤位置，并且将它设置在转台(夹具3)上。相关于这样设置的工件4，转台3转动，并且支撑着探针8(超声波探针)的探伤臂9靠近工件4。在臂已经设置在预定位置处之后，臂9轴向运动，同时沿着轴承滚道表面4a的曲率保持给定距离。随着工件4的转动，检测出在整个滚道表面4a中的裂纹。检测器的基本总体特征与参照第一实施方案所述的检测器的特征相同。

在将工件4浸入在介质2中时带入了大量气泡。但是，本发明人已经找到在从工件浸入直到开始探伤所经过的时间和检测到气泡噪声之间的关系。因此，本发明人已经发现，可以通过在从工件浸入开始经过1.5秒或更长时间之后开始探伤，从而将气泡噪声降低至不会影响探伤结果这样一个程度。为了利用这个发现，如图21所示在用于浸入和去除气泡的空间内将工件4浸入在介质中，并且在对前面工件进行探伤期间提前将液体吹向工件，因此消除气泡等。与在完成探伤之后进行的将前面工件取出同步，使已经消除了气泡的工件4运动到探伤空间，在那里进行探伤(在图21中的参考标号显示出过程顺序)。因此，能够在较短的循环中进行探伤。

在其它方面中，检测器与在结构和优点方面与参考第一实施方案所述的相同。

第一实施例

当前实施例涉及通过使用例如上述的超声波探伤器：通过在轴承生产过程中在精加工过程之后结合用于超声波检测裂纹的检查过程，并且使用液体碳氢化合物作为介质而进行超声波探伤的性能。

图4显示出在进行当前实施方案的超声波探伤时的过程的示例性程序。

为了比较，表1显示出在其中在圆棒(锻造)加工(参见箭头A)之后进行超声波探伤的传统实施例1、其中在热处理(参见箭头B)之后进行超声波探伤的传统实施例2、其中在采用水基介质作为介质期间在磨削(参见箭头C)之后进行超声波探伤的传统实施例3以及本发明的第一实施例之间的比较结果。

表1

	超声波检查过程	缺陷：X
			传统实施例1	材料阶段	没有检查轴承的滚道表面，并且不能防止出现短寿命产品
传统实施例2	在热处理之后	·表面粗糙度不好，并且灵敏度不够。·随后通过磨削获取检查层，或新出现需要检查的区域。
			传统实施例3	在磨削之后	·由于除气不够所以出现了许多气泡噪声。·需要除气器，这增加了成本。
		特殊效果：O
			传统实施例	在超精加工之后	·表面粗糙度优异，并且能够提高灵敏度。·由于透射介质为煤油基介质，所以实现了优异亲和性，并且气泡噪声水平较低。·通过针对煤油基介质使用最佳探伤角度，从而能够抑制灵敏度降低。

从表1可以看出，在超精加工之后进行超声波探伤，并且使用煤油或另一种液体碳氢化合物2作为用于超声波探伤的超声波透射介质被认为在各个方面都是优异的。

第二实施例

现在将参照这些附图对第二实施例进行说明。

制造出编号为6206的内外圈以便评估在类型为轮毂轴承的滚珠轴承中检测裂纹的可行性。在已经进行了预定热处理和磨削之后，对内外圈4进行超声波探伤。

作为比较实施例，制造出用于滚柱轴承的编号为NU311的内圈，其中滚动元件的滚动部分没有延伸至其边缘部分。在已经进行了预定热处理之后，在已经进行磨削之后对内圈进行超声波探伤。

如图5所示，所检测的裂纹为其长度为2mm、深度为0.5mm并且宽度为0.5mm的表面裂纹。通过放电机加工在滚道表面4a的中间位置和边缘部分处形成表面裂纹。将这样形成裂纹的内圈作为测试件用于检查。图6至8显示出用于检查的测试件的总体视图。

该超声波探伤器具有如结合上面实施方案描述的结构。

探伤的条件如下：

探针8：聚焦探针，扁平探针(传感器直径：6.5mm)

频率：5MHz

入射角：17至25°(折射角：45至90°)

介质：煤油(+防锈油)

另外，如图9所示，如下测量出波束直径：即，在块状测试件的表面下方2mm的位置处形成尺寸为Φ2mm×20mm的横向孔。在与上述那些相同的条件下，使得超声波从那块测试件的表面沿着与模拟裂纹平行的方向浸入，同时按照各种方式改变探针8的类型和离工件的距离。使探针水平运动，并且记录在那时获取的回波强度。

在回波峰值的一半位置处获得的宽度方向距离被定义为波束直径“r”。在图10中显示出该概念。

通过将在由上面方法确定的波束直径“r”和传感器的直径R之间的比值(r/R)改变为各种数值，来评估在轴承6206中的模拟裂纹(在图6至8中显示出在轴承6206、内外圈4和内圈NU311中位于中央部分的裂纹和在边缘处的裂纹[对于NU311而言只有在边缘部分中的裂纹])。

通过使用其焦距改变为各种数值的聚焦探针作为探针，并且通过在工件和传感器之间的水距离来检查在波束直径“r”和传感器直径R之间的比值(r/R)方面的变化。

在图11和表2中显示出评估结果。

表2

r/R	6206								NU311
												内圈				外圈				内圈
	S/N				S/N				S/N
												边缘部分		中间		边缘部分		中间		中间
0.5	实施例1	9.0	实施例4	10	实施例7	9.0	实施例10	10	实施例13	8.8
											0.7	实施例2	8.0	实施例5	9.4	实施例8	9.0	实施例11	9.3	-	-
0.8	实施例3	3.3	实施例6	9	实施例9	3.5	实施例12	9.5	实施例14	8.9
											1.0	比较实施例1	1.2	比较实施例3	9.2	比较实施例5	1.5	比较实施例7	9	-	-
1.2	比较实施例2	1.0	比较实施例4	8.8	比较实施例6	1.0	比较实施例8	8.8	比较实施例9	8.7

对于评估标准而言，在从边缘部分反射出的回波变得更大时，用作噪声源的回波如图12所示在表面附近的位置处变得更大。即使在该部分(表面附近)中存在裂纹时，对裂纹的确认也会受到噪声妨碍并且失败。同时，如图13所示，噪声源消失，并且能够明确确定在中部中的裂纹。对于评估是否能够确定裂纹的方法而言，确定来自裂纹的回波(S：信号)的强度与来自边缘部分的回波(N：噪声)的强度的比值。将表现为数值3作为S/N比值即通常能够由检查机确认的比值的示例确定为没有缺陷，并且用于探伤。

在表2和图11中的结果表明，在形成在轴承6206的内圈和外圈的边缘部分中的裂纹方面，噪声源在来自边缘部分的回波影响下变得较高。为此，S/N比率与比较实施例1、2、5和6相比呈现出小于3的数值。相反，在通过将在传感器直径R和波束直径“r”之间的关系r/R改变为各种数值而实现的来自边缘部分和在边缘部分中的裂纹的噪声的S/N比值上的研究结果表明，在r/R采取0.8或更小的数值时，S/N比值为3或更大的数值。要理解的是，同样能够检查在普通比较实施例中已经难以检测的在边缘部分中的裂纹(第一至第六实施例)。

这些问题为由来自边缘部分的回波引起的独特问题。在S/N比值为3或更大的数值时，认为同样可以检测出在滚道表面中间形成的裂纹，且与(r/R)无关。

其中在中间和边缘部分(滚动元件在其上滚动的滚道表面的轴向边缘部分)中同样形成有裂纹的内圈NU311被确定为传统实施例。但是，在该轴承中，滚动元件在其上滚动的那部分离边缘部分稍远。因此，认为在中间部分中的裂纹不会受到来自边缘部分的回波的影响。

在轴承例如滚动元件有可能在非常靠近滚道表面的轴向边缘部分的区域上滚动的滚珠轴承中，从上面的结果中，通过将传感器直径R和波束直径“r”的关系(r/R)设定为0.8或更小的数值，能够以很好的灵敏度检查可以检查整个滚道表面。根据本发明，可以对其中沿着边缘部分具有肋的圆柱滚子轴承或锥形滚子轴承的整个滚道表面4a进行探伤，并且能够提供可靠的轴承。

第三实施例

下面将对用于具体说明本发明的实施例进行说明。

为了验证由于在用于使得超声波进入滚珠轴承中的方法中的差别而导致的在探伤能力方面的差异，制造出外圈6206并且对它进行预定的热处理。在磨削外圈之后，对外圈进行超声波探伤。

所检测的裂纹为其长度为2mm、深度为0.5mm并且宽度为0.5mm的表面裂纹。通过放电机加工在滚道表面的中央位置和边缘部分处形成表面裂纹(见图22)。

通过在图1中所示的结构来实施超声波检测，并且将用于探伤的条件如下设定：

探针：聚焦探针，扁平探针(传感器直径：6.5mm)

频率：5MHz

入射角：17°至25°(折射角：45°至90°)

介质：煤油(+防锈油)

水距离：20mm

将所检查的工件设置在转台上，并且在使转台转动的同时，根据偏置方法和入射角方法布置探针，由此使得探针在工件每转动一圈轴向运动0.1mm的间距，由此检测在滚道表面的整个表面中的裂纹。评估出基础噪声和从模拟裂纹反射出的回波强度。

表3显示出评估结果。

表3

		入射角度	上裂纹	中裂纹	下裂纹
						比较实施例1	偏置方法	17°	-/60％	85％/10％	-/65％
第一实施例	入射角方法	17°	85％/5％或更小	80％/5％或更小	83％/5％或更小
						比较实施例2	偏置方法	25°	-/80％	80％/20％或更小	-/70％
第二实施例	入射角方法	25°	90％/5％或更小	80％/5％或更小	93％/5％或更小

来自裂纹的回波/基础回波

如图22所示，在根据各个方法进行探伤时，在检测形成在上面、中间和下面位置中的模拟裂纹方面，如此调节灵敏度，从而来自中部裂纹的回波的最大值为80％。表3显示出在那个灵敏度下获得的来自上面裂纹的最大回波强度、在那个灵敏度下获得的来自下面裂纹的最大回波强度和在那些时刻获得的基础噪声回波。基础回波为在已经检测到裂纹的位置处在工件转动时在除了裂纹区域之外的区域中一直出现的回波；并且表示在正常状态中获得的回波。

如在表3的结果中所示一样，根据入射角方法，即使在对于形成在上面、中间和下面位置中的模拟裂纹而言入射角落入在17°至25°的范围内时，来自裂纹的回波呈现出80％或更大的数值。在那时实现的基础回波呈现出5％或更小的数值，并且实现了优异的S/N比值。

同时，根据偏置方法，能够将在中间的裂纹检测为80％的数值。但是，对于在上面和下面位置中的裂纹，基础回波自身超过60％的数值，并且不能确定来自裂纹的回波。为了确定基础回波增大的原因，将乙烯胶带贴在滚道表面的边缘部分附近。发现在中间位置中获得的基础回波没有变化。但是，认为基础回波在上面和下面位置中超过100％。因此，在偏置方法下的基础回波增大的原因被认为是由已经被检测为超声波回波的滚道表面边缘部分的角部引起的。

在来自边缘部分的回波已经变大时，即使在已经在边缘部分附近发现裂纹时也难以在该基础噪声水平或更小水平下将裂纹与来自边缘部分的回波区分开。因此，可以进行探伤的真实范围被认为变窄(参见图23)。而且，根据偏置方法，当在单个灵敏度下检定在中间的裂纹时，认为能够充分检测出该裂纹。但是，基础噪声变得比在入射角方法下所获得的基础噪声更大。在试图提高检测能力时，认为容易出现限制。

因此，即使在中间位置，也认为入射角方法在检测能力方面更好。图17显示出所估计的因素模型。但是，在偏置方法下，声波强度较高的区域变得更宽。因此，与入射角方法相比，为了实现与入射角方法相同的灵敏度，必须增加灵敏度。将在基础噪声中的可能增大作为一个因素。

第四实施例

现在与入射角方法相比提供用于说明用作所要检查对象的工件的尺寸的实施例。

在与第三实施例相同的那些条件下，制造出轴承滚道直径已经改变并且具有形成在其上面位置中的模拟裂纹的轴承套圈。研究在滚道直径、检测能力和基础噪声之间的关系。

表4显示出研究结果。

表4

	滚道直径	偏置方法		滚道直径	入射角方法
						比较实施例3	40	80％(来自边缘部分的回波)	实施例3	40	5％或更小
比较实施例4	60	80％(来自边缘部分的回波)	实施例4	60	5％或更小
						比较实施例5	80	80％(来自边缘部分的回波)	实施例5	80	5％或更小
比较实施例6	100	60％	实施例6	100	5％或更小
						比较实施例7	120	25％	实施例7	120	5％或更小
比较实施例8	140	15％	实施例8	140	5％或更小

该研究显示出在将设定值设定为使得来自裂纹的回波采取80％的数值的灵敏度时所获得的基础噪声。

从表4中可知，根据入射角方法，认为即使在滚道直径从Φ40改变为Φ140时也能够根据来自裂纹的回波获得(基础噪声为5％或更小)足够的S/N比值。相反，在由比较实施例所采用的偏置方法下，在滚道直径为Φ80或更小时，来自裂纹的回波被基础噪声(来自边缘部分的回波)抑制，并且不能够被确认。在滚道直径为Φ100或更小时，可以确认裂纹噪声为80％。但是，基础噪声高达60％，并且认为难以将基础噪声与来自裂纹的噪声去分开。当然，即使在该偏置方法下，在滚道直径为Φ100或更大时，基础噪声表现为20％或更小的数值。一般来说，在确定S/N时，所需的S/N比值表现为3或更大的数值，并且被认为是切实可行的。

因此，入射角方法有效工作的范围(优于偏置方法的范围)被认为是Φ100或更小的材料直径。

第五实施例

这是有关在从工件浸入到介质中直到开始探伤所经过的时间和气泡噪声检测之间的关系的实施例。

使用轮毂I型双列滚珠轴承来进行验证，该轴承其内圈直径为Φ48mm、外圈直径为Φ86mm并且宽度为40mm。

使用在图20中所示的检测器。

通过改变从通过输送装置将内圈浸入在介质并且将内圈布置在探伤工作台上直到开始探伤所经过的时间来研究由噪声引起的信号数量。这里给出研究结果。

用于检查的其它条件如下所述。

在确定NG信号方面，通过放电机加工在该实施例所要检查的工件内圈的滚道表面中形成长度为2mm、深度为0.5mm并且宽度为0.5mm的表面裂纹，由此形成母板。

随后，将该模拟裂纹设定为这样一个灵敏度，在该灵敏度下信号在用于探伤的下面条件中表现为50％的数值。另外，将灵敏度加倍，并且将在该灵敏度下具有50％或更大的数值的裂纹确定为NG。

除了探针之外，针对设施的要求如下。

探针：聚焦探针，扁平探针(传感器直径：6.5mm)

频率：5MHz

入射角：17°至25°(折射角：45°至90°)

介质：煤油(+防锈油)

在上面的条件下，沿着圆周和轴向方向以0.5mm的间距进行探伤，并且统计超过50％的信号数量。图24显示出统计结果。

从图24中可以看出，在检测器没有除泡沫机构的条件下，NG信号数量在小于1.5秒的所经过时间下较大。相反，超过两秒则NG信号数量明显减少。而且，紧接着在工件的浸入之后，通过向所要检查工件的表面施加射流来除去所带入的气泡。虽然实现了比在加入射流之前所实现的数值更好的数值，但是在小于1.5秒的经过时间下出现了许多NG信号。对于去除气泡噪声而言，与增加任意类型的去除机构相比认为经过时间对于减少NG信号而言更有效。其原因在于，气泡不是由迄今为止已经存在于介质中的氧气或气泡引起的，而是由于在工件插入期间与其一起带入的气泡引起的。为了减少这些气泡，在浸入工件之后需要一定的时间来去除气泡。从该实施例可以看出，认为该时间为1.5秒或更长。更优选的是，该时间为2.0秒。

第六实施例

下面将对有关其中要考虑生产线步骤的检查方法的本发明实施例进行说明。第五实施例涉及用于在开始通过探伤工作台进行探伤之前去除气泡的方法。在该情况中，除了探伤时间之外还需要去除气泡的时间。因此，为了减小检查步骤，去除气泡的时间成为问题。

为了解决这个问题，本发明人已经进行相当多的研究以便实现最少的检查时间，并且研究结果如下。如图21所示，将用于提前去除气泡的浸入气泡去除空间设置在探伤工作台附近。在在该位置处已经提前浸入工件之后，使所检查的表面转动或将射流施加在其上两秒或更长，由此去除夹带入的气泡。随后，通过未示出的操纵臂在保持浸入在煤油中的同时将工件输送到探伤工作台，并且将它安放在探伤工作台上。与工作台开始转动同时，迅速开始探伤。因此，由于使用探伤工作台能够集中进行探伤，所以不需要多余的检查时间，这有助于明显缩短检查时间。

对于气泡去除而言，只要时间允许，能够通过仅仅转动来实现与通过加入射流所实现的效果相同的效果。而且，由于例如外圈等的滚道表面具有内径，所以能够在没有涉及转动的情况下只是通过射流产生出漩流，由此实现去除效果。

下面将参照图26至33对用于根据如上所述实施的超声波探伤方法所获得的信号确定是否存在裂纹的探伤方法进行详细说明。

第三实施方案

下面将参照这些附图对用于实施本发明的最佳模式进行说明。

首先，将由清洁度较差的SUJ2制成的材料机加工成预定形状。之后对这样机加工成的产品进行车削、淬火、回火和磨削，由此生产出用于其编号为NU322的滚动轴承的内圈(外径为240mm，内径为110mm并且宽度为50mm)。

将这样生产出的内圈设置在图26所示的超声波探伤器中，并且在下面所述的条件下对内圈的滚道表面进行超声波探伤。

如图26所示，该超声波探伤器设计用来在浸入在浴槽110中的对象111正在沿着圆周方向转动期间，通过使用于超声波探伤用途的探针沿着对象111的轴向方向(金属滚压方向或者在图26中的方向Z)运动来检测在所要检查对象111的整个滚道表面中的裂纹，在所述浴槽中存储有超声波透射介质。

在滚道表面弯曲时，在使探针112沿着滚道表面在轴向方向(金属滚压方向，或者在图26中所示的方向θ)上转动从而在滚道表面和探针112之间的间隔和角度能够保持恒定期间进行探伤。

通过超声波探伤器120来分析从探针112朝着对象111发射的超声波脉冲的反射回波。在沿着对象111的轴向和圆周方向的每个探伤间距处所反射出的回波信号与来自伺服电机114的脉冲信号同步，该伺服电机同步地、旋转地驱动转台113和对象111。因此，测量出在沿着轴向和圆周方向的每个探伤间距处反射出的回波，并且将这样测量出的回波数字显示在控制器130上。

在图26中的参考标号115表示用于驱动伺服电机的控制放大器。同样，参考标号116表示XYZ台，它用来调节探针112在该图中沿着XYZ方向的位置、支撑着探针112以使之能够沿着对象111的轴向和圆周方向运动、并且使探针112沿着对象111的滚道表面运动。参考标号117表示用于支撑探针112的支撑部分。参考标号118表示用于将探针112固定在支撑部分117上的紧固件。参考标号119表示用于检测对象111的转动状态的旋转编码器，并且参考标号140表示用于使XYZ台定位的控制放大器。

[用于超声波探伤的条件]

探针：聚焦探针

探伤频率：5至20MHz

传感器直径：6mm

超声波探伤器：HIS3(由Krautkramer Japan Co.，Ltd.制造)

入射角为19°(倾斜波束方法，折射角为45°)、28°(表面波探伤方法，折射角为90°)

超声波透射介质：水(包括防锈剂)

探伤门：在表面下面2mm的位置

探伤间距：沿着所检查对象的圆周方向间隔0.5mm，并且沿着对象轴向方向间隔0.5mm

图27和28显示出在不同对象111中对裂纹进行超声波检测的结果。图27和28显示出在沿着对象轴向方向具有四分之一宽度和沿着对象的圆周方向具有八分之一宽度的范围内在每个探伤间距处反射出的回波的强度。

接下来，如图27和28所示，对其中已经发现裂纹A至M的对象111进行实际破坏性检查。将该破坏性检查的结果与超声波裂纹检查的结果进行比较。

在图27中，与从中在沿着对象111的轴向方向的两个或更多个间距上连续测量出30％或更高的反射回波强度的裂纹A至C相关，通过实际破坏性检查来检测出要作为裂纹的夹杂物。与从中在沿着对象111的圆周方向的两个或更多个间距上连续测量出30％或更高的反射回波强度的裂纹D至E相关，通过实际破坏性检查没有找到任何裂纹。

从上面的结果中可以看出，要理解的是通过将在沿着对象111的轴向方向的预定距离上连续存在具有预定强度或更高强度的反射回波的区域检测作为裂纹，从而能够高精确地检测出裂纹。

如图29所示，以沿着对象111的轴向方向彼此相邻一个间距的裂纹F和G对应于由单个连续夹杂物形成的裂纹。同样，裂纹J和K也对应于由单个连续夹杂物形成的裂纹。

如图30所示，沿着对象111的轴向方向相互间隔两个间距的裂纹H和I对应于分别由不同夹杂物形成的两个裂纹。同样，裂纹L和M对应于分别由不同夹杂物形成的两个裂纹。

上面的结果表明，在两个或多个裂纹相邻地位于预定间隔或更小的范围内时，将这些裂纹检测作为单个连续裂纹，从而可以非常精确地检测出裂纹。

第四实施方案

首先，将由具有较差清洁度的SUJ2制成的材料机加工成预定形状。之后，对这样机加工成的产品进行车削、淬火、回火和磨削，由此生产出用于编号为6202的滚动轴承(外径为35mm，内径为15mm并且宽度为11mm)的内圈和外圈。

接下来，将这样生产出的内圈和外圈设置在图26中所示的超声波检测器中，并且在下面所述的条件下对内圈和外圈的滚道表面进行超声波探伤。

[用于超声波探伤的条件]

探针：聚焦探针

探伤频率：5至20MHz

传感器直径：6mm

超声波探伤器：HIS3(由Krautkramer Japan Co.，Ltd.制造)

入射角为19°(倾斜波束方法，折射角为45°)、28°(表面波探伤方法，折射角为90°)

超声波透射介质：碳氢化合物基清洁流体(煤油和防锈剂)

探伤门：在表面下面2mm的位置

探伤间距：沿着所检查对象的圆周方向间隔0.5mm，并且沿着对象轴向方向间隔0.5mm

通过构成本发明实施方案的在图31中所示的方法和构成传统方法的在图32中所示的方法记录单个对象111的裂纹的超声波检测结果。

图31显示出通过超声波检测在对象沿着其轴向和圆周方向的整个范围内在每个探伤间距处反射出的回波强度。在如图31所示一样进行记录时，一眼就能够确定包括在对象111中的裂纹的位置和长度。

图32显示出在对象沿着其轴向和圆周方向的整个范围内在探伤时间和反射回波强度之间的关系。在如图32中所示一样进行记录时，从在已经获得具有预定强度或更高强度的反射回波的探伤时刻和沿着对象111的圆周方向进行转动的时间中确定出已经检测出裂纹的位置。因此，精确确定在对象111中所包括的裂纹的位置和长度比较困难，并且需要耗费许多时间。

关于通过对在对象111中的裂纹进行超声波检测所获得的反射回波的最大数据如图33中所示一样地记录。图33显示出两天内进行的超声波探伤结果的记录。其中关于反射回波的最大数据小于预定强度(50％)的试样被确定为没有缺陷。其中关于反射回波的最大数据具有预定强度(50％)或更大的试样被确定为有缺陷。

对于被确定为缺陷的试样号2和18，如图31中那样记录关于全部所获得回波的数据。

从上面的结果中可以看出，对于其中已经检测出裂纹的试样而言，记录关于所有所获得的回波的数据。对于其中还没有检测出裂纹的试样，记录下关于所获得的反射回波的最大数值的数据。因此，能够详细确定有关在被确定为有缺陷的试样中所存在的裂纹的信息。另外，能够很容易预测相应试样的通过/失败结果，并且要理解的是，能够验证100％的检查。

对于确定为没有缺陷的试样而言，记录关于所获得的反射回波的最大数值的数据。因此，要理解的是，能够很容易确定单个生产批次的趋势，例如在两天中关于反射回波最大值的平均数据比在一天中的更大等。

显然通过组合前面所述的这些实施例能够检测出在轴承套圈中的裂纹。

虽然已经参照具体实施例对本发明进行了详细说明，但是对于本领域普通技术人员显而易见的是，能够在不脱离本发明的精神和范围的情况下在这些实施例上做出各种替换或改变。

本专利申请基于2004年9月16日提交的日本专利申请(JP-2004-269552)、2005年1月31日提交的日本专利申请(JP-2005-023487)和2005年4月28日提交的日本专利申请(JP-2005-131649)，这些申请的内容由此被引用作为参考。

Claims (11)

1.一种用于滚动轴承的超声波探伤方法，用来检查作为所要检查表面的轴承套圈的滚道表面和滚动元件的滚动接触表面中的至少一个，该方法包括：

精加工磨削所要检查的表面；并且

通过使用包括煤油的液体碳氢化合物作为超声波透射介质来进行超声波探伤。

2.如权利要求1所述的用于滚动轴承的超声波探伤方法，其中

将(波束直径“r”/传感器的直径R)设定为0.8或更小的数值，并且

在使探针沿着所要检查的表面在轴承的轴向方向上运动的同时，进行探伤。

3.一种用于滚动轴承的超声波探伤方法，用来检查作为所要检查表面的轴承套圈的滚道表面和滚动元件的滚动接触表面中的至少一个，该方法包括：

将(波束直径“r”/传感器的直径R)设定为0.8或更小的数值；并且

在使探针沿着所要检查的表面在轴承的轴向方向上运动的同时，进行探伤。

4.如权利要求1至3中任一项所述的用于滚动轴承的超声波探伤方法，其中在正在使探针沿着所要检查的表面的曲线在轴承的轴向方向上转动的同时进行探伤。

5.一种用于滚动轴承的超声波探伤方法，用来检查作为所要检查表面的轴承套圈的滚道表面和滚动元件的滚动接触表面中的至少一个，该方法包括：

在使探针沿着所要检查的表面的曲线在轴承的轴向方向上转动的同时进行探伤；

将探针的转动的中央轴线设定为满足以下条件(a)至(c)；并且

使探针与探针的转动的中央轴线一起相对于所要检查的表面的垂线倾斜：

(a)探针的转动的中央轴线穿过所要检查表面沿着其宽度方向的中点；

(b)探针的转动的中央轴线与所要检查表面的垂线垂直；

(c)探针的转动的中央轴线位于与所要检查的轴承套圈的轴线或滚动元件的轴线垂直的平面中。

6.如权利要求5所述的用于滚动轴承的超声波探伤方法，其中在所要检查表面已经完成了精加工磨削之后，在采取煤油或另一种液体碳氢化合物作为超声波透射介质的同时，进行超声波探伤。

7.如权利要求5或6所述的用于滚动轴承的超声波探伤方法，其中

将(波束直径“r”/传感器的直径“R”)设定为0.8或更小的数值。

8.一种用于滚动轴承的轴承套圈的超声波探伤方法，该方法包括：

将整个轴承套圈浸入到超声波透射介质中；

将该介质喷射到轴承套圈；并且

如此进行探伤，从而轴承套圈的轴线变得与介质的液面垂直。

9.一种用于滚动轴承的轴承套圈的超声波探伤方法，该方法包括：

将整个轴承套圈浸入到超声波透射介质中；

在开始探伤之前设定1.5秒或更长的等待时间；并且

如此进行探伤，从而轴承套圈的轴线变得与介质的液面垂直。

10.如权利要求9所述的用于滚动轴承的轴承套圈的超声波探伤方法，其中

在除了探伤位置之外的位置处，将轴承套圈提前浸入到介质中，并且

在去除附着在轴承套圈上的气泡之后使轴承套圈运动到在介质中的探伤位置，然后进行探伤。

11.一种用于向检查对象施加超声波并且测量从在检查对象中的裂纹反射的回波，因此检测出该裂纹的探伤方法，其中

将在沿着检查对象的金属滚压方向的预定距离上连续测量出具有预定强度或更大强度的反射回波的区域当作裂纹；并且

当在沿着检查主体的金属滚压方向的预定间隔范围或更小的范围内存在相邻的两个或多个裂纹时，则将这两个或多个裂纹检测作为单个裂纹。

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