CN102288677B - 用于风力发电回转支承轴承的超声波探伤装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于风力发电回转支承轴承的超声波探伤装置，包括动力系统、用来检查作为所要检查表面的轴承外圈的滚道部的滚道部检测系统、用来检查作为所要检查表面的轴承外表面的踏面检测系统、用来检查作为所要检查表面的轴承左、右两个侧端面的左侧面检测系统及右侧面检测系统，和踏面检测系统位于工件正下方，左侧面检测系统和右侧面检测系统对称分布于工件两侧，滚道部检测系统位于左侧面检测系统后方。本发明装置检测速度快，可靠性强，自动化程度高，可以有效的检测出风力发电回转支承轴承的滚道表面、踏面、两个外侧面这几个表面上裂纹以及当量大于φ1平底孔的缺陷。由于使用成像检测的方法，定量的精度和缺陷检出率大大提高。

Description

用于风力发电回转支承轴承的超声波探伤装置

技术领域

本发明涉及一种成像检测装置，尤其涉及一种用于检测风力发电回转支承轴承缺陷的超声波特征成像检测装置。

背景技术

风力发电回转支承轴承是用在风力发电机组的偏航系统以及变浆系统上的滚动轴承。风力发电回转支承轴承经常要在恶劣的工况条件下工作，要承受很大的倾覆力矩。风电轴承要求20年免维修，如在20年质保期内轴承损坏，索赔费用很高，而且拆卸十分不易。

由于回转支承轴承位于偏航系统以及变浆系统，因此，要承受很大的倾覆力矩，因此，当在滚道表面、踏面、两个外侧面或紧接着位于这几个表面下面的位置中存在缺陷时，对轴承的寿命会有很大的影响。为此，期望在风力发电回转支承轴承的最终出厂产品的滚道表面、踏面、两个外侧面这几个表面上，最好没有裂纹以及当量大于φ1平底孔的缺陷。

而且，在风力发电回转支承轴承制造的过程中或者在精车以及高频淬火操作期间，偶尔会在工件表面留下微小裂纹。当风力发电回转支承轴承制造完成时，细小裂纹如果仍然保留，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逐渐衍变成大缺陷，最后直至轴承失效。所以，在风力发电回转支承轴承的最终出厂产品的滚道表面、踏面、两个外侧面这几个表面上，最好没有裂纹类缺陷。

因此，保证风力发电回转支承轴承的质量显得十分重要。但现在的轴承行业对风力发电回转支承轴承的检测技术还远远不够，直到现在各厂家都还没有风力发电回转支承轴承的自动化无损检测装置，一般厂家都采用人工A扫描的方式进行探伤，工作量大，效率低下，可靠性差。故而急需研制一套自动化的风力发电回转支承轴承的超声波检测系统。

发明内容

本发明的目的在于：为提高检测效率，提供一种检测速度快、可靠性强、可以有效的检测出风力发电回转支承轴承的滚道表面、踏面、两个外侧面表面上裂纹以及缺陷的用于检测风力发电回转支承轴承缺陷的超声波特征成像检测装置。

本发明的目的通过以下方案实现：包括动力系统、用来检查作为所要检查表面的轴承外圈的滚道部的滚道部检测系统、用来检查作为所要检查表面的轴承外表面的踏面检测系统、用来检查作为所要检查表面的轴承左、右两个侧端面左侧面检测系统及右侧面检测系统，和踏面检测系统位于工件正下方，左侧面检测系统和右侧面检测系统对称分布于工件两侧，滚道部检测系统位于左侧面检测系统后方。

本发明还包括位于工件正下方的缓冲系统。

本发明所述滚道部检测系统由滚道部检测用相控阵探头，滚道部检测用活塞杆，滚道部检测用横向进给油缸，滚道部检测用托板，滚道部检测用纵向进给油缸构成，滚道部检测用相控阵探头固定于滚道部检测用活塞杆上，滚道部检测用横向进给油缸与滚道部检测用活塞杆相连，滚道部检测用横向进给油缸固定在滚道部检测用托板上，滚道部检测用托板下端固定在滚道部检测用纵向进给油缸的活塞杆上。踏面检测系统由踏面检测油缸，踏面检测用相控阵探头构成，踏面检测油缸固定于系统基座上，踏面检测用相控阵探头设置于踏面检测油缸活塞杆顶部。左侧面检测系统由左侧面检测用相控阵探头，左侧面检测用活塞杆，左侧面检测用横向进给油缸，左侧面检测用托板，左侧面检测用纵向进给油缸构成，左侧面检测用相控阵探头固定于左侧面检测用活塞杆上，左侧面检测用横向进给油缸与左侧面检测用活塞杆相连，左侧面检测用横向进给油缸固定在左侧面检测用托板上，左侧面检测用托板下端固定在纵向进给油缸的活塞杆上，左侧面检测用纵向进给油缸位于左侧面检测用托板下方。右侧面检测系统由右侧面检测用相控阵探头，右侧面检测用活塞杆，右侧面检测用横向进给油缸，右侧面检测用托板，右侧面检测用纵向进给油缸构成，右侧面检测用相控阵探头固定于右侧面检测用活塞杆上，右侧面检测用横向进给油缸与右侧面检测用活塞杆相连，右侧面检测用横向进给油缸固定在右侧面检测用托板上，右侧面检测用托板下端固定在右侧面检测用纵向进给油缸的活塞杆上，右侧面检测用纵向进给油缸位于左侧面检测用托板下方。 

本发明所述缓冲系统由固定于系统基座底部的缓冲油缸构成。

本发明所述滚道部检测用活塞杆、左侧面检测用活塞杆、右侧面检测用活塞杆三者的中轴线位于同一平面，且工件的中央轴线位于该平面上。 

本发明所述滚道部检测系统，踏面检测系统，左侧面检测系统，右侧面检测系统探头宽度方向的中点与所要检测的轴承表面的宽度方向的中点重合，检测方向始终为与所要检测的轴承表面垂直。

本发明所述滚道部检测用相控阵探头采用相控阵凸阵探头。

本发明装置采用特征扫描的方式进行成像检测，检测速度快，提高了效率，增强了可靠性，自动化程度高，可以有效的检测出风力发电回转支承轴承的滚道表面、踏面、两个外侧面这几个表面上裂纹以及当量大于φ1平底孔的缺陷。由于使用成像检测的方法，定量的精度和缺陷检出率大大提高。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图。

图2为本发明主动轮、缓冲油缸、踏面检测油缸、踏面检测用相控阵探头之间的连接位置关系图。

图3为本发明装置所应用对象—工件与坐标系关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

本发明装置分为基座系统，动力系统，缓冲系统，滚道部检测系统，踏面检测系统，左侧面检测系统，右侧面检测系统构成。

基座系统由浴槽2、超声波透射介质3、系统基座4、外部基座18构成。动力系统由电机5、主动轮6、从动轮27、连杆7构成。缓冲系统由缓冲油缸8构成。滚道部检测系统由滚道部检测用相控阵探头11、滚道部检测用活塞杆12、滚道部检测用横向进给油缸13、滚道部检测用托板14、滚道部检测用纵向进给油缸15构成。踏面检测系统由踏面检测油缸9、踏面检测用相控阵探头10构成。左侧面检测系统由左侧面检测用相控阵探头16、左侧面检测用活塞杆19、左侧面检测用横向进给油缸20、左侧面检测用托板21、左侧面检测用纵向进给油缸22构成。右侧面检测系统由右侧面检测用相控阵探头17、右侧面检测用活塞杆23、右侧面检测用横向进给油缸24、右侧面检测用托板25、右侧面检测用纵向进给油缸26构成。

图1中，浴槽2存储有用作超声波透射介质3。在本实施方案中，超声波透射介质中添加有防锈剂，以防止相关零件生锈。

本实施方式采用部分液浸法实施检测，液面高度最低位要能保证被检工件1的滚道部完全浸没。

电机5固定于外部基座18上，电机5通过连杆7与主动轮6连接，以带动其转动，主动轮6与从动轮27对称分布于工件1即回转支承轴承两侧，分别与工件1踏面相切，从而带动工件转动，工件和探头形成相对运动，从而实现自动化检测。

缓冲油缸8固定于系统基座4底部，当工件1从上方吊装入位时，缓冲油缸8下降，减少工件1对主副传动装置的冲击。在检测完毕后，缓冲油缸8上升，帮助吊出工件。

踏面检测油缸9固定于系统基座4上，踏面检测用相控阵探头10设置于踏面检测油缸9活塞杆顶部，踏面检测油缸9的中轴线位于XZ平面上，并且垂直于XY平面，踏面检测油缸9控制踏面检测用相控阵探头10 Z轴方向的运动。

附图2表示了主动轮6，缓冲油缸8，踏面检测油缸9，踏面检测用相控阵探头10之间的关系。

滚道部检测用相控阵探头11采用相控阵凸阵探头，其形状为曲率半径与滚道曲率半径相等的扇形，探头内有96个或更多晶片，每个晶片大小设置为1mm或者更小，用螺钉将滚道部检测用相控阵探头11固定于滚道部检测用相活塞杆12上，滚道部检测用相活塞杆12中心轴在XZ平面上，并且与YZ平面垂直。

滚道部检测用横向进给油缸13与滚道部检测用活塞杆12相连，为滚道部检测用相控探头11提供X轴方向运动的动力。滚道部检测用横向进给油缸13固定在滚道部检测用托板14上，滚道部检测用托板14下端固定在滚道部检测用纵向进给油缸15的活塞杆上，滚道部检测用纵向进给油缸15为滚道部检测用相控阵探头11提供Z轴方向运动的动力。

左侧面检测用相控阵探头16内有96个或更多晶片，每个晶片大小设置为1mm或者更小。用螺钉将左侧面检测用相控阵探头16固定于左侧面检测用活塞杆19上，左侧面检测用活塞杆19中心轴在XZ平面上，并且与YZ平面垂直。左侧面检测用横向进给油缸20与左侧面检测用活塞杆19相连，为左侧面检测用相控探头16提供X轴方向运动的动力。左侧面检测用横向进给油缸20固定在左侧面检测用托板21上，左侧面检测用托板21下端固定在左侧面检测用纵向进给油缸22的活塞杆上，纵向进给油缸22为侧面检测用相控阵探头16提供Z轴方向运动的动力。

右侧面检测用相控阵探头17内有96个或更多晶片，每个晶片大小设置为1mm或者更小。用螺钉将右侧面检测用相控阵探头17固定于右侧面检测用活塞杆19上，右侧面检测用活塞杆19中心轴在XZ平面上，并且与YZ平面垂直。右侧面检测用横向进给油缸24与右侧面检测用活塞杆23相连，为右侧面检测用相控探头17提供X轴方向运动的动力。右侧面检测用横向进给油缸24固定在右侧面检测用托板25上，右侧面检测用托板25下端固定在右侧面检测用纵向进给油缸26的活塞杆上，右侧面检测用纵向进给油缸26为右侧面检测用相控阵探头17提供Z轴方向运动的动力。

系统的工作过程为：工件由上部吊装入 主动轮6和从动轮27之间，缓冲油缸8升起缓冲工件。工件到位后，踏面检测油缸驱动踏面检测用相控阵探头到位，同时，滚道部检测系统中的滚道部检测用横向进给油缸13驱动滚道部检测用活塞杆12带动滚道部检测用相控阵探头11 X轴方向移动到位，滚道部检测用纵向进给油缸15 控制滚道部检测用相控阵探头11 Z轴方向移动到位，使滚道部检测用相控阵探头11与工件1的滚道充分接触。左、右侧面检测用纵向进给油缸22、26调整左、右侧面检测用相控阵探头16、17的高度，以保证左、右侧面检测用相控阵探头16、17可以充分的接触工件侧面，左、右侧面检测用横向进给油缸20、24分别推动侧面检测用活塞杆19、23沿X轴方向运动，使侧面检测用活塞杆19、23分别带动左、右侧面检测用相控阵探头16、17向工件1的侧面靠近，并最终与工件1侧面充分接触。此时进入检测状态，检测装置中的软件实现探伤灵敏度工件转动的自动调整，电机5带动主动轮6转动，主动轮6带动工件1旋转。滚道部检测用相控阵探头11发出超声波信号发射至工件1，超声波在工件1内传播时遇到不同介质（如裂纹）会发生反射，换能器同时接收来自轴承中的超声波反射信号转变成电信号后进入模拟放大电路，由模拟放大电路限压,放大或衰减后输出，信号经由接收通路进入高速数据采集电路，经检波、放大后将模拟量转换成数字量，通过计算机强大的数据处理功能，利用频谱分析、小波分析等信号处理技术，实现信噪分离，提高信噪比，最后利用获取和处理后的数字信号，依据扫描方式和成象原理，开发具有彩色p显示功能的成像程序，在计算机上重构超声图象，送显示缓冲区由显示器来实现波形和缺陷图像的显示。

检测结束后自动给出检测报告，退出检测状态，滚道部检测用纵向进给油缸15控制滚道部检测用相控阵探头11上升，滚道部检测用横向进给油缸13控制控制滚道部检测用相控阵探头11 X轴方向运动，从而将其收回，同时，左、右侧面检测用横向进给油缸20、24分别控制左、右侧面检测用相控阵探头16、17 X轴方向运动，从而将其收回。踏面检测油缸9控制踏面检测用相控阵探头10下降。缓冲油缸8升，从上部吊出工件，结束本次检测。

检测过程中如发现超标的缺陷，系统将通过声光报警提示操作者，操作者可以选择自动检测过程继续进行，或者通过手动方式强制停机，进行手动方式的复检，或直接判废处理。

Claims (5)

1.一种用于风力发电回转支承轴承的超声波探伤装置，其特征在于：包括动力系统、用来检查作为所要检查表面的轴承外圈的滚道部的滚道部检测系统、用来检查作为所要检查表面的轴承外表面的踏面检测系统、用来检查作为所要检查表面的轴承左、右两个侧端面的左侧面检测系统及右侧面检测系统；其中踏面检测系统位于工件正下方，左侧面检测系统和右侧面检测系统对称分布于工件两侧，滚道部检测系统位于左侧面检测系统后方;还包括位于工件正下方的缓冲系统；

滚道部检测系统由滚道部检测用相控阵探头，滚道部检测用活塞杆，滚道部检测用横向进给油缸，滚道部检测用托板，滚道部检测用纵向进给油缸构成，滚道部检测用相控阵探头固定于滚道部检测用活塞杆上，滚道部检测用横向进给油缸与滚道部检测用活塞杆相连，滚道部检测用横向进给油缸固定在滚道部检测用托板上，滚道部检测用托板下端固定在滚道部检测用纵向进给油缸的活塞杆上；

踏面检测系统由踏面检测油缸，踏面检测用相控阵探头构成，踏面检测油缸固定于系统基座上，踏面检测用相控阵探头设置于踏面检测油缸活塞杆顶部；

左侧面检测系统由左侧面检测用相控阵探头，左侧面检测用活塞杆，左侧面检测用横向进给油缸，左侧面检测用托板，左侧面检测用纵向进给油缸构成，左侧面检测用相控阵探头固定于左侧面检测用活塞杆上，左侧面检测用横向进给油缸与左侧面检测用活塞杆相连，左侧面检测用横向进给油缸固定在左侧面检测用托板上，左侧面检测用托板下端固定在左侧面检测用纵向进给油缸的活塞杆上，左侧面检测用纵向进给油缸位于左侧面检测用托板下方；

右侧面检测系统由右侧面检测用相控阵探头，右侧面检测用活塞杆，右侧面检测用横向进给油缸，右侧面检测用托板，右侧面检测用纵向进给油缸构成，右侧面检测用相控阵探头固定于右侧面检测用活塞杆上，右侧面检测用横向进给油缸与右侧面检测用活塞杆相连，右侧面检测用横向进给油缸固定在右侧面检测用托板上，右侧面检测用托板下端固定在右侧面检测用纵向进给油缸的活塞杆上，右侧面检测用纵向进给油缸位于右侧面检测用托板下方。

2.如权利要求1所述的用于风力发电回转支承轴承的超声波探伤装置，其特征在于：缓冲系统由固定于系统基座底部的缓冲油缸构成。

3.如权利要求1或2所述的用于风力发电回转支承轴承的超声波探伤装置，其特征在于：滚道部检测用活塞杆、左侧面检测用活塞杆、右侧面检测用活塞杆三者的中轴线位于同一平面，且工件的中央轴线位于该平面上。

4.如权利要求1或2所述的用于风力发电回转支承轴承的超声波探伤装置，其特征在于：滚道部检测系统，踏面检测系统，左侧面检测系统，右侧面检测系统探头宽度方向的中点与所要检测的轴承表面的宽度方向的中点重合，检测方向始终为与所要检测的轴承表面垂直。

5.如权利要求1或2所述的用于风力发电回转支承轴承的超声波探伤装置，其特征在于：滚道部检测用相控阵探头采用相控阵凸阵探头。

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