專利名稱：用于滾動軸承的超聲波檢測方法以及缺陷檢測的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢查在滾動軸承的滾道表面或者在滾動接觸表面中的裂紋的超聲波探傷方法，并且更具體地說涉及這樣一種用于滾動軸承的超聲波探傷方法，該方法用于檢測短使用壽命產(chǎn)品并且提供保證具有穩(wěn)定使用壽命的非?？煽康臐L動軸承。
背景技術(shù)：
由于滾動軸承通過滾動元件在承受施加在軸上的載荷的同時(shí)轉(zhuǎn)動，滾動軸承在滾動元件和內(nèi)外套圈之間受到高接觸壓力和反復(fù)的滾動疲勞。因此，當(dāng)在滾道表面或緊接著位于該表面下面的位置中存在裂紋時(shí)，該裂紋對滾動疲勞壽命具有很大影響。為此，在用于滾動軸承的材料方面，期望在滾動軸承最終產(chǎn)品的滾道表面的面上或里面沒有任何裂紋。
而且，在滾動軸承方面，在滾動軸承的制造過程中或者在研磨操作期間所采用的劇烈條件下，在轉(zhuǎn)動操作期間偶爾在滾道中出現(xiàn)細(xì)小裂紋。當(dāng)在滾動軸承完成時(shí)細(xì)小裂紋仍然保留時(shí)，由于由滾動疲勞引起的應(yīng)力集中，這些細(xì)小裂紋會導(dǎo)致從這些裂紋開始的過早剝落。
因此，制造用作滾動部件材料的軸承鋼的鋼廠通過超聲波探傷來檢查鋼產(chǎn)品，例如圓棒鋼；并且只讓其中沒有發(fā)現(xiàn)任何裂紋的無缺陷產(chǎn)品出廠。但是，那些由于剛剛被軋制而具有粗大晶粒的鋼產(chǎn)品以及那些大表面粗糙度的鋼產(chǎn)品要受到由鋼廠進(jìn)行的檢查。而且，從生產(chǎn)率方面看，超聲波探傷要高速進(jìn)行。由于這些原因，超聲波裂紋沒有以高精度進(jìn)行，并且在檢測夾雜物是困難的，除非這些夾雜物其尺寸為10毫米或更大。因此，由鋼廠進(jìn)行檢查的當(dāng)前狀況在于通過確定在所檢查的產(chǎn)品表面(在所檢查的產(chǎn)品為圓棒鋼時(shí)的產(chǎn)品表面或者在所檢查的產(chǎn)品為管材時(shí)的內(nèi)表面)中是否存在機(jī)加工裂紋，例如由軋制或者拉拔或者瑕疵例如其尺寸為10毫米或更大的夾雜物引起的裂紋、皺紋等，從而確定該產(chǎn)品是有缺陷的或是無缺陷的。
例如，在日本專利待審文獻(xiàn)JP-A-2003-222617中提出通過使用傾斜波束和垂直波束檢測在鋼產(chǎn)品例如鋼管的單個(gè)位置處的裂紋。在所有所得到的回波的強(qiáng)度已經(jīng)超過預(yù)定閾值時(shí)，確定存在裂紋。該專利文獻(xiàn)還包括針對鋼管的圓周和/或軸向連續(xù)性進(jìn)行確定的說明，并且在確定包括裂紋的區(qū)域連續(xù)超過預(yù)定閾值時(shí)，確定該鋼管對于在下一步超聲波探傷的制造步驟中執(zhí)行操作是有害的。
同時(shí)，對于鋼滾動軸承而言，小于10毫米的夾雜物已知會影響滾動疲勞壽命。因此，本發(fā)明人在日本專利待審文獻(xiàn)JP-A-2000-130447和JP-A-2002-317821以及日本專利申請JP-2002-293750中指出會影響滾動疲勞壽命的夾雜物；并且通過觀察，通過兌所完成的滾動部分進(jìn)行超聲波探傷，從滾動部分中消除夾雜物。
另外，屬于在觀察下位于產(chǎn)品中并且已經(jīng)通過超聲波探傷檢測出的裂紋的數(shù)據(jù)通常用作已經(jīng)進(jìn)行了檢查的證據(jù)或者記錄用于找出有缺陷產(chǎn)品的證據(jù)。
例如，對于用于記錄屬于通過超聲波探傷檢測出的裂紋的數(shù)據(jù)的方法而言，“Special Steel”1997年第6期第46卷的第14頁和“SpecialSteel”2002年第2期第51卷的第27頁包括將所得到的反射回波強(qiáng)度轉(zhuǎn)變成模擬信號并且將該信號作為垂直軸線并且將時(shí)間作為水平軸線來記錄以模擬曲線圖形式的信號的說明。
而且，上述JP-A-2003-222617還包括有關(guān)這樣一種方法的說明測量出沿著所檢查的產(chǎn)品的軸向和圓周方向在每個(gè)探傷間距處反射出的回波強(qiáng)度；將所測量出的強(qiáng)度轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號；并且在將探傷的軸向間距作為垂直軸線并且將探傷的圓周間距作為水平軸線的同時(shí)數(shù)字記錄該信號。
另外，為了檢查由于熱處理導(dǎo)致的缺陷，在軸承制造過程中通過熒光磁性顆粒探傷等檢查出表面裂紋。隨后，現(xiàn)有為了檢查表面裂紋例如在研磨期間引起的表面裂紋、研磨裂紋等而進(jìn)行的磁性顆粒探傷或漏磁通檢查的實(shí)施例(參見日本特種鋼協(xié)會的“Special Steel”第6期第46卷(1997)第5至7頁和第25頁)。
超聲波探傷通常要使用介于工件和傳感器之間的水基超聲波透射介質(zhì)。在與另一種超聲波透射介質(zhì)例如油等相比時(shí)，水基超聲波透射介質(zhì)具有優(yōu)異的聲波傳播性能。由于水基超聲波透射介質(zhì)容易獲取并且容易維護(hù)，所以選擇了水基超聲波透射介質(zhì)。鋼廠用來進(jìn)行超聲波探傷的許多介質(zhì)都是水基的。
在使用水基介質(zhì)進(jìn)行浸入測試中，在如在傾斜波束探傷方法或表面波探傷方法中一樣通過相對于工件給與入射角來檢測裂紋時(shí)，可采用兩種方法即，用于使探針相對于工件中心線傾斜的方法和用于通過使探針相對于工件中心線(例如，沿著軸承的軸向方向)平移因此相對偏離工件來得到相對于探針的入射角的方法。由于偏置方法容易安排，所以該方法例如可以通過只是使工件平移來實(shí)施，并且由于在這些方法之間在檢測能力方面沒有任何明顯差異，所以通常采用偏置方法來檢查工業(yè)產(chǎn)品。
在JP-A-11-337530中所述的超聲波探傷方法可以用作通過使?jié)L動軸承的滾道表面受到超聲波探傷來檢查較大的非金屬夾雜物或者緊接著位于滾道表面下面的裂紋的方法。
專利文獻(xiàn)1JP-A-11-337530
專利文獻(xiàn)2JP-A-2003-222617專利文獻(xiàn)3JP-A-2000-130447專利文獻(xiàn)4JP-A-2002-317821專利文獻(xiàn)5JP-A-2002-293750非專利文獻(xiàn)1“Special Steel”1997年第6期第46卷的第14頁非專利文獻(xiàn)2“Special Steel”2002年第2期第51卷的第27頁發(fā)明概述本發(fā)明要解決的問題滾動軸承的使用壽命在很大程度上受到包含在滾道表面中的裂紋的影響；尤其是滾動接觸應(yīng)力延伸的范圍；例如大非金屬夾雜物或表面裂紋。
因此，為了減少短壽命滾動軸承的數(shù)量，期望在其中將工件形成為最終形狀的研磨過程之后的過程中檢查出表面裂紋。
但是，在鋼廠中的材料階段處進(jìn)行的檢查操作期間，通過例如參考每材料批次裂紋存在的頻率，評估和篩分主要與去除大裂紋一起進(jìn)行，并且在保證單個(gè)軸承方面存在限制。
在研磨中進(jìn)行的檢查操作中，測試目標(biāo)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)為退火狀態(tài)的。在便于超聲波傳播方面，測試目標(biāo)的結(jié)構(gòu)已知比熱處理之后的目標(biāo)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)要差。而且，由于車削圖案仍然保留在滾道表面上，所以滾道表面研磨之后的滾道表面更粗糙。車削圖案導(dǎo)致超聲波擴(kuò)散反射。即使在這方面，在探傷能力方面仍然存在問題。另外，隨后通過磨削將滾道表面磨去與切削余量對應(yīng)的量。即使在已經(jīng)檢測到時(shí)，通過磨削去除裂紋。因此，檢查變得毫無意義。相反，仍然存在問題，例如擔(dān)心存在夾雜物，這在已經(jīng)經(jīng)過磨削之后將存在從里面到夾雜物造成問題的深度暴露出的新問題。
JP-A-11-337530描述了作為用于檢查滾動軸承的方法的大夾雜物檢查方法，其中在已經(jīng)磨削表面之后檢測在滾道表面中的缺陷。但是，由于該方法使用了水作為超聲波透射介質(zhì)，所以在將工件浸入到用作介質(zhì)的水中或者從中取出時(shí)出現(xiàn)氣泡，并且必須確保預(yù)定的時(shí)間以便去除氣泡。而且，在將氣泡被檢測作為裂紋時(shí)，對裂紋的錯(cuò)誤確定導(dǎo)致錯(cuò)誤檢測的出現(xiàn)機(jī)會增加，由此造成成本增加，因?yàn)樾枰匦聶z查。另外，減小氣泡量需要用于降低在水中的氧含量的脫氣裝置等，這又增加了設(shè)備成本。
根據(jù)上面的方法，在檢測到位于軸承的端部(滾道表面的軸向端部)中的裂紋時(shí)，從端部反射出的回波具有高反射強(qiáng)度(妨礙了檢測)，這導(dǎo)致難以檢測在整個(gè)滾道表面中的裂紋。該問題在滾動軸承例如精密球軸承類型的情況中尤為明顯，在該情況中偶爾會出現(xiàn)其中滾動元件通過滾道表面端部的空白區(qū)域因此在端部上施加接觸應(yīng)力的情況。
本發(fā)明人所進(jìn)行的研究和評估表明，在對于工件具有如在滾珠軸承的滾道表面中一樣的軸向凹形曲率并且還具有兩個(gè)端部(溝槽部分)的情況應(yīng)用偏置方法時(shí)，端部用作噪聲源，從而出現(xiàn)裂紋可檢測范圍受限的問題。在滾珠軸承的情況中，軸承除了徑向載荷之外還可以接受推力載荷。因此，滾珠(滾動元件)運(yùn)行的區(qū)域在滾道表面的大范圍上延伸。在所要檢查的區(qū)域有限時(shí)，擔(dān)心出現(xiàn)由位于所檢查區(qū)域之外的位置處的裂紋引起的過早剝落。
另外，為了通過采用上述JP-A-2003-222617所述的方法來檢測小于幾十毫米的夾雜物，用于評估所檢查對象的連續(xù)性的探傷間距必須分段，因此提高了探傷的靈敏度，并且必須減小用于被確定為裂紋的反射回波強(qiáng)度的閾值。但是，將探傷間距分段并且提高探傷靈敏度也被認(rèn)為增加了電噪聲信號并且造成難以將裂紋與噪聲去分開。
由于電噪聲信號循環(huán)出現(xiàn)，所以必須在測量所有反射回波的強(qiáng)度之后分析循環(huán)出現(xiàn)的信號并且消除該信號。但是，這樣增加了測量所需的勞動和成本。
為了精確檢測出小于幾十毫米的夾雜物，需要使得測試對象的表面粗糙度較小并且防止超聲波衰減。但是，在為了使得表面粗糙度較小對測試對象的表面進(jìn)行機(jī)加工例如車削或磨削時(shí)，會出現(xiàn)這樣一種情況，其中在測試對象中沿著其圓周方向出現(xiàn)加工裂紋。與電噪聲信號相反，由加工裂紋引起的噪聲信號不會循環(huán)出現(xiàn)，并且因此難以將噪聲信號與裂紋去分開。
而且，由于從小于幾十個(gè)毫米的夾雜物反射出的回波的強(qiáng)度較弱，所以難以高精度地檢測出反射回波。因此，如在JP-A-2003-222617中所述一樣，當(dāng)只是從測試對象的軸向或圓周連續(xù)中對夾雜物作出判斷時(shí)，會出現(xiàn)這樣一種情況，其中將單個(gè)長夾雜物確定為兩個(gè)夾雜物或更多，或者沒有存在任何夾雜物。
JP-A-2000-130447、JP-A-2002-317821和JP-A-2002-293750每個(gè)都提供有關(guān)通過超聲波探傷來檢測夾雜物的說明。但是，這些文獻(xiàn)沒有一個(gè)涉及用于確定夾雜物的方法。
而且，如在“Specical Steel”1997年第6期第46卷的第14頁和“Specical Steel”2002年第2期第51卷的第27頁中一樣，將屬于所有檢測出的夾雜物的數(shù)據(jù)存儲，并且因此存在數(shù)據(jù)管理的問題，這樣耗時(shí)耗力。
本發(fā)明是鑒于這些方面想出的，并且本發(fā)明所要應(yīng)付的挑戰(zhàn)在于提供一種超聲波探傷方法，有效提供不用擔(dān)心出現(xiàn)短壽命產(chǎn)品的滾動軸承產(chǎn)品。本發(fā)明所要應(yīng)付的另一個(gè)挑戰(zhàn)在于提供一種能夠非常精確檢測出其反射回波如在例如小于幾十個(gè)毫米的夾雜物的情況中一樣強(qiáng)度較低的裂紋的裂紋確定方法。
解決問題的方法在將滾動軸承的滾道表面、位于其附近的大夾雜物和表面裂紋作為所要檢查的對象時(shí)，本發(fā)明人通過在各種方法中找出最佳的檢查方法以及最佳的介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。而且，發(fā)現(xiàn)并且解決了不會受到來自端部的回波影響的檢查方法，由此設(shè)想出本發(fā)明。
可以檢查出在單個(gè)產(chǎn)品中的大夾雜物，因此能夠提供不會涉及有關(guān)出現(xiàn)短壽命產(chǎn)品的任何擔(dān)心的產(chǎn)品。
為了解決上述問題，本發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了相當(dāng)多的研究。通過這些研究，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，“從在所要測量的對象中的夾雜物反射出的回波沿著所要檢查的對象的金屬滾壓方向(例如軸向方向)連續(xù)出現(xiàn)并且噪聲信號沿著相對于所要檢查的對象的金屬滾壓方向的垂直方向(圓周方向)連續(xù)出現(xiàn)”，而且“當(dāng)在沿著金屬滾壓方向的預(yù)定間隔范圍內(nèi)相鄰存在兩個(gè)或多個(gè)夾雜物時(shí)，這些夾雜物表現(xiàn)為單個(gè)連續(xù)夾雜物”。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于滾動軸承的超聲波探傷方法，用來檢查作為所要檢查表面的軸承套圈的滾道表面和滾動元件的滾動接觸表面中的至少一個(gè)，該方法包括精加工磨削所要檢查的表面；并且通過使用包括煤油的液體碳?xì)浠衔镒鳛槌暡ㄍ干浣橘|(zhì)來進(jìn)行超聲波探傷。
根據(jù)基于本發(fā)明第一方面的第二方面，優(yōu)選將(波束直徑“r”/傳感器的直徑R)設(shè)定為0.8或更小的數(shù)值，并且在使探針沿著所要檢查的表面在軸承的軸向方向上運(yùn)動的同時(shí)進(jìn)行探傷。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于滾動軸承的超聲波探傷方法，用來檢查作為所要檢查表面的軸承套圈的滾道表面和滾動元件的滾動接觸表面中的至少一個(gè)，該方法包括將(波束直徑“r”/傳感器的直徑R)設(shè)定為0.8或更小的數(shù)值；并且在使探針沿著所要檢查的表面在軸承的軸向方向上運(yùn)動的同時(shí)進(jìn)行探傷。
根據(jù)基于本發(fā)明第一至第三方面中的任一方面的第四方面，探傷優(yōu)選在正在使探針沿著所要檢查的表面曲線在軸承的軸向方向上轉(zhuǎn)動的同時(shí)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于滾動軸承的超聲波探傷方法，用來檢查作為所要檢查表面的軸承套圈的滾道表面和滾動元件的滾動接觸表面中的至少一個(gè)，該方法包括在使探針沿著所要檢查的表面曲線在軸承的軸向方向上轉(zhuǎn)動的同時(shí)進(jìn)行探傷；將探針的轉(zhuǎn)動中央軸線設(shè)定為滿足以下條件(a)至(c)；并且使探針與探針的轉(zhuǎn)動中央軸線一起相對于所要檢查的表面的垂線傾斜(a)探針的轉(zhuǎn)動中央軸線穿過所要檢查表面沿著其寬度方向的中點(diǎn)；(b)探針的轉(zhuǎn)動中央軸線與所要檢查表面的垂線垂直；(c)探針的轉(zhuǎn)動中央軸線位于與軸承套圈的軸線或所要檢查的滾動元件的軸線垂直的平面中。
根據(jù)基于本發(fā)明第五方面的第六方面，在所要檢查表面已經(jīng)完成了精加工磨削之后，優(yōu)選在采取煤油或另一種液體碳?xì)浠衔镒鳛槌暡ㄍ干浣橘|(zhì)的同時(shí)進(jìn)行超聲波探傷。
根據(jù)基于本發(fā)明第五或第六方面的第七方面，優(yōu)選將波束直徑(“r”/傳感器的直徑“R”)設(shè)定為0.8或更小的數(shù)值。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了用于滾動軸承的軸承套圈的超聲波探傷方法，該方法包括將整個(gè)軸承套圈浸入到超聲波透射介質(zhì)中；將該介質(zhì)噴射到軸承套圈；并且如此進(jìn)行探傷，從而軸承套圈的軸線變得與介質(zhì)的液面垂直。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供了一種用于滾動軸承的軸承套圈的超聲波探傷方法，該方法包括將整個(gè)軸承套圈浸入到超聲波透射介質(zhì)中；在開始探傷之前設(shè)定1.5秒或更長的等待時(shí)間；并且如此進(jìn)行探傷，從而軸承套圈的軸線變得與介質(zhì)的液面垂直。
根據(jù)基于本發(fā)明第九方面的第十方面，優(yōu)選的是，在除了探傷位置之外的位置處將軸承套圈提前浸入到介質(zhì)中，并且在去除附著在軸承套圈上的氣泡之后使軸承套圈運(yùn)動到在介質(zhì)中的探傷位置，然后進(jìn)行探傷。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，提供了用于向檢查對象施加超聲波并且測量從在檢查對象中的裂紋反射出的回波因此檢測出裂紋的探傷方法，其中將在沿著檢查對象的金屬滾壓方向的預(yù)定距離上連續(xù)測量出具有預(yù)定強(qiáng)度或更大強(qiáng)度的反射回波的區(qū)域當(dāng)作裂紋；并且當(dāng)在沿著檢查主體的金屬滾壓方向的預(yù)定間隔范圍或更小的范圍內(nèi)存在相鄰的兩個(gè)或多個(gè)裂紋時(shí)，則將這兩個(gè)或多個(gè)探傷作為單個(gè)裂紋。
在作為制造過程的最終過程操作的精加工操作之后進(jìn)行超聲波探傷，使得能夠在最佳的表面粗糙度下進(jìn)行檢查。而且，由于使用油作為用于在精加工過程中的磨削的潤滑劑，所以通常使用煤油或另一種液體碳?xì)浠衔锘礈靹﹣碓谀ハ鞑僮髦筮M(jìn)行清洗。因此，即使在用于精加工的磨削過程之后的其中進(jìn)行超聲波探傷的檢查過程中，使用了與清洗流體類型相同的煤油或另一種液體碳?xì)浠衔锘橘|(zhì)，因此在介質(zhì)和工件之間實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的親和性。因此，在將工件插入到超聲波透射介質(zhì)中或者從中取出時(shí)，基本上不會形成氣泡等。因此，無需除氣裝置等設(shè)施。而且，不用特殊操作就能夠明顯減少作為噪聲源的氣泡，并且因此防止了出現(xiàn)故障例如錯(cuò)誤檢測。
盡管知道煤油或另一種液體碳?xì)浠衔锘橘|(zhì)與水基介質(zhì)相比降低了靈敏度，但是本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)在使工件和探針受到傾斜波束探傷時(shí)所獲得的入射條件，能夠以與在水基介質(zhì)情況中所實(shí)現(xiàn)的靈敏度基本上相同的靈敏度來進(jìn)行檢查。
“在傾斜波束探傷時(shí)所獲得的入射條件”包括15至30度優(yōu)選為19至27度的入射角。確定即使在使用液體碳?xì)浠衔镒鳛榻橘|(zhì)時(shí)，也能夠在上面的范圍內(nèi)確保所需的靈敏度。
在探針的前端和所要檢查的工件區(qū)域之間的距離優(yōu)選為10至40mm，更優(yōu)選為20至30mm。
而且，已經(jīng)進(jìn)入工件的超聲波被折射，同時(shí)超聲波探針保持相對于滾道表面以預(yù)定的角度傾斜，并且超聲波傳播穿過預(yù)定的檢查范圍(例如在本發(fā)明的情況中在表面下面的幾個(gè)毫米)。在該情況中，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)探針直徑與超聲波波束的直徑的比值，從端部反射出的回波在探傷范圍-即進(jìn)行探傷的地方靠近端部(滾道表面的軸向端部)時(shí)形成障礙，由此產(chǎn)生出不能進(jìn)行探傷的區(qū)域。相反，通過相當(dāng)多的研究，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將傳感器的直徑R和波束的直徑“r”之間的關(guān)系(r/R)設(shè)定為0.8或更小的數(shù)值，從而能夠在滾道表面的端部以與在其它區(qū)域中所實(shí)現(xiàn)的靈敏度相同的靈敏度進(jìn)行檢查而不會受到端部影響。如上所述，限定了(r/R)≤0.8。在(r/R)為0.8或更小的數(shù)值時(shí)不會出現(xiàn)任何特別問題。但是，由于產(chǎn)品的規(guī)格，(r/R)的下限值受到限制。
在權(quán)利要求5中所限定的本發(fā)明為用于超聲波檢查在滾動軸承的滾道表面中的裂紋的方法。通過采用浸入式超聲波探傷方法，使得超聲波進(jìn)入，同時(shí)探針相對于工件的所要檢查表面(要進(jìn)行探傷的表面)的滾道表面的垂線沿著圓周方向傾斜。由于發(fā)現(xiàn)在用作對象的工件的滾道直徑設(shè)定為100毫米或更小的數(shù)值時(shí)產(chǎn)生出顯著的效果，所以設(shè)想出本發(fā)明。
在滾動軸承中，使用精密滾柱軸承類型的軸承用作例如汽車的輪轂軸承。因此，所制造的滾動軸承的數(shù)量也很多，并且這些軸承為其可靠性是必須的元件。因此，理想的方法是要讓滾動元件在其上運(yùn)行的整個(gè)滾道表面在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行全面檢查。根據(jù)本發(fā)明，能夠以高精度(靈敏度)檢查整個(gè)滾道表面。只要探傷自動進(jìn)行，則能夠以高速進(jìn)行精確檢查。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，將沿著其金屬滾壓方向從檢查對象反射出的回波連續(xù)性作為確定裂紋的標(biāo)準(zhǔn)。因此，相對于金屬滾壓方向沿著垂直方向延伸的各種噪聲類型難以檢測出，并且能夠以更精確度檢測出沿著金屬滾壓方向延伸的裂紋。
當(dāng)在沿著金屬滾壓方向的預(yù)定間隔范圍內(nèi)相鄰存在兩個(gè)或多個(gè)裂紋時(shí)，將這兩個(gè)或多個(gè)探傷作為連續(xù)的單個(gè)裂紋。因此，甚至能夠高精確地檢測出其反射回波具有較低強(qiáng)度的裂紋。
在本發(fā)明中，“金屬滾壓方向”指的是所檢查對象滾動的方向。例如，在所要檢查的對象為圓棒或軸承套圈時(shí)，對象的軸向方向在許多情況中與金屬滾壓方向?qū)?yīng)。
而且，在本發(fā)明中，術(shù)語“沿著金屬滾壓方向的連續(xù)性”不限于如圖25中所示一樣沿著與金屬滾壓方向平行的線性方向L1實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性的情況，但是還包含其中沿著相對于線性方向L1以預(yù)定角度(例如45度)傾斜的線性方向L2、L3實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性的情況。
另外，在本發(fā)明中，必要時(shí)根據(jù)所要檢測的裂紋改變用作檢測出裂紋的標(biāo)準(zhǔn)的反射回波的“預(yù)定強(qiáng)度”，其中具有預(yù)定強(qiáng)度或更大強(qiáng)度的反射回波連續(xù)的“預(yù)定距離”以及用作將兩個(gè)或多個(gè)探傷作為單個(gè)裂紋的標(biāo)準(zhǔn)的在兩個(gè)或多個(gè)裂紋之間的“預(yù)定間隔”。
在本發(fā)明的探傷方法下，在從中已經(jīng)檢測出裂紋的檢查對象方面，優(yōu)選記錄下所有屬于反射回波的測量數(shù)據(jù)組。在從中還沒有檢測出任何裂紋的檢查對象方面，優(yōu)選記錄屬于反射回波的最大測量數(shù)值的數(shù)據(jù)。
通過記錄的數(shù)據(jù)，可以有效地記錄屬于包括在檢查對象中的裂紋的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明能夠提供一種有效用于提供沒有涉及有關(guān)會出現(xiàn)短壽命產(chǎn)品的擔(dān)心的滾動軸承產(chǎn)品的超聲波探傷方法。
在根據(jù)本發(fā)明第十一方面的探傷方法中，將在沿著所要檢查對象的金屬滾壓方向的預(yù)定距離上連續(xù)測量出具有預(yù)定強(qiáng)度或更大強(qiáng)度的反射回波的區(qū)域檢測作為裂紋。當(dāng)在預(yù)定間隔或更小范圍內(nèi)存在相鄰的兩個(gè)或更多裂紋時(shí)，將這兩個(gè)或更多的夾雜物檢測作為單個(gè)夾雜物。因此，即使在其反射回波與在例如小于幾十個(gè)毫米的夾雜物的情況中一樣具有較低強(qiáng)度的情況中，也能夠以很好的精確度檢測出裂紋。
附圖的簡要說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方案的超聲波探傷器的總體方框圖；圖2為圖1的不完全放大圖；圖3為圖1的不完全放大圖；圖4是顯示出軸承生產(chǎn)過程的實(shí)施例的圖；圖5是顯示出模擬裂紋的圖；圖6是顯示出檢查測試件的圖；圖7是顯示出檢查測試件的圖；圖8是顯示出檢查測試件的圖；圖9是描繪出用于規(guī)定波束直徑的方法的圖；圖10是描繪出用于規(guī)定波束直徑的方法的原理的圖；圖11是顯示出在(r/R)比值和S/N比值之間的關(guān)系的圖；圖12是顯示出在端部處所實(shí)現(xiàn)的回波強(qiáng)度的圖；圖13是顯示出在中央處實(shí)現(xiàn)的回波的強(qiáng)度的圖；圖14是描繪出偏置方法和入射角方法的圖；圖15是描繪了入射角方法的圖；圖16是描繪出在入射角方法和偏置方法之間的差異的圖；圖17是顯示出在由入射角方法所獲得的聲波形狀和由偏置方法所獲得的聲波形狀之間的關(guān)系的圖；圖18是顯示出自對準(zhǔn)滾動軸承的實(shí)施例的圖；圖19是顯示出錐形滾子輪轂軸承的實(shí)施例的圖；圖20為用于說明第二實(shí)施方案的超聲波探傷器的結(jié)構(gòu)的概念圖；圖21為用于說明第二實(shí)施方案的過程的概念圖；圖22為用于顯示出模擬裂紋的概念圖；圖23是顯示出在底部噪聲和裂紋回波(裂紋的回波)之間的關(guān)系的圖；圖24是顯示出在探傷開始時(shí)間和輸出NG信號的數(shù)量之間的關(guān)系的圖；圖25為說明圖，顯示出在本發(fā)明的探傷方法中所采用的沿著滾動方向的連續(xù)性的示例；圖26為一示意性方框圖，顯示出在本發(fā)明的探傷方法中所采用的超聲波探傷器的實(shí)施例；圖27是顯示出根據(jù)第七實(shí)施方案的超聲波探傷的結(jié)構(gòu)的示例的圖；圖28是顯示出第七實(shí)施方案的超聲波探傷的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)示例的圖；圖29為一光學(xué)顯微照片，顯示出在圖28中檢測出的裂紋F和G；圖30為一光學(xué)顯微照片，顯示出在圖28中檢測出的裂紋H和I；圖31是顯示出在第八實(shí)施方案中所獲得的超聲波探傷的結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的圖；圖32是顯示出在第八實(shí)施方案中所獲得的超聲波探傷的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例的圖；并且圖33是顯示出在第八實(shí)施方案中所獲得的超聲波探傷的另一個(gè)示例性結(jié)果的圖。
參考標(biāo)號的說明1 浴槽2 液體碳?xì)浠衔? 夾具(轉(zhuǎn)臺)3a 裝配部分4 外圈(工件)4a，4b 滾道表面5 電機(jī)6 用于驅(qū)動電機(jī)的控制放大器7 控制器8 探針9 緊固件10 C形構(gòu)件11 定位控制放大器
12 支撐部分(提升部分)13 橫向機(jī)構(gòu)14 超聲波探傷器P 旋轉(zhuǎn)軸108 介質(zhì)110 測試對象112 探針113 轉(zhuǎn)臺114 伺服電機(jī)115 用于驅(qū)動伺服電機(jī)的控制放大器116 XYZ平臺117 支撐部分118 緊固件119 旋轉(zhuǎn)編碼器120 超聲波探傷器130 控制器140 定位控制放大器優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明現(xiàn)在將參照這些附圖對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說明。
第一實(shí)施方案首先將參照當(dāng)前實(shí)施方案的超聲波探傷器的結(jié)構(gòu)對本發(fā)明進(jìn)行說明。
圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方案的超聲波探傷器的總體方框圖，并且圖2和3為不完全放大圖。
在圖1中，參考標(biāo)號1表示其中存儲有用作超聲波透射介質(zhì)的煤油或另一種液體碳?xì)浠衔锏脑〔邸Ｔ诋?dāng)前實(shí)施方案中，采用煤油作為液體碳?xì)浠衔?，并且將防銹劑加入到煤油中。軸承的外圈4和夾具3設(shè)置在浴槽1內(nèi)的下面位置處。能夠讓其軸垂直取向的方式裝配軸承的外圈4的裝配部分3a設(shè)在夾具3的上部中，并且通過電機(jī)5使夾具3繞著與軸承軸線同心的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。電機(jī)5由控制器7通過用于驅(qū)動電機(jī)的控制放大器6來控制，并且通過用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動目的的電機(jī)的驅(qū)動動作使設(shè)在夾具3上的外圈4以給定的速度轉(zhuǎn)動。
這里，外圈4由未示出的輸送裝置輸送并且從上方裝配到夾具3的裝配部分3a上。圖1顯示出外圈4裝配在夾具3上。在浴槽1中的液體碳?xì)浠衔锏纳疃葹樵谕馊?保持裝配在夾具3上期間外圈4完全浸沒在液體碳?xì)浠衔?中的深度。
參考標(biāo)號8表示用于超聲波探傷的探針。在當(dāng)前實(shí)施方案中，使用具有高方向性并且不容易受到滾道表面4a的曲率半徑影響的聚焦探針。如上述優(yōu)選將(波束直徑“r”/傳感器直徑)設(shè)定為0.8或更小。
如圖2所示，將探針8安裝在L形探針緊固件9上，并且該探針緊固件9由支撐部分12借助旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)支撐，該支撐部分通過跨在外圈4上的C形構(gòu)件10垂直延伸，以便可以繞著垂直方向轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、皮帶輪、皮帶等形成；由控制器7借助控制放大器11控制以便進(jìn)行定位；并且能夠調(diào)節(jié)圍繞著旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的水平延伸旋轉(zhuǎn)軸P的垂直傾斜(方向θ)。
支撐著探針8的支撐部分12具有由直接作用促動器形成的提升機(jī)構(gòu)；能夠沿著垂直方向(方向Z)運(yùn)動；并且能夠通過橫向機(jī)構(gòu)13、13’，例如直接作用促動器，沿著橫向方向(方向X和Y)運(yùn)動。提升機(jī)構(gòu)12和橫向機(jī)構(gòu)13、13’由控制器7借助定位控制放大器11控制，由此調(diào)節(jié)探針8的三維位置。
探針緊固件9為在與外圈軸線垂直的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，并且能夠在入射角度范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
如上所述，通過提升機(jī)構(gòu)12和橫向機(jī)構(gòu)13、13’來調(diào)節(jié)探針8的位置。另外，探針8能夠在通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相對于滾道表面4a沿著滾道溝槽R的彎曲表面轉(zhuǎn)動的同時(shí)檢測出裂紋。
因此，探針8在預(yù)定的入射角度范圍內(nèi)對著外圈4的滾道表面4a設(shè)置。在該狀態(tài)中，探針8響應(yīng)于來自超聲波探傷器14的電壓信號朝著軸承外圈4的滾道表面4a發(fā)射超聲波脈沖；接收所反射的回波并且將該回波轉(zhuǎn)變成電壓信號；并且將電壓信號傳送給超聲波探傷器14。
根據(jù)來自控制器7的指令，超聲波探傷器14將從電壓信號形成的指令信號傳送給探針8，并且將從所傳送的信號和所接收的信號中確定的裂紋信息傳送給控制器7。控制器7將該裂紋信息顯示在未示出的CRT(顯示器)等上。
在具有上面結(jié)構(gòu)的超聲波探傷器中，軸承的外圈4完全浸入在用作介質(zhì)的液體碳?xì)浠衔?中，并且軸承外圈4的軸線優(yōu)選相對于液面垂直布置。優(yōu)選使用精加工磨削來處理軸承外圈4。探針緊固件9的角度如此進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而從探針反射出的超聲波的入射角(在與相對于滾道表面4a的垂線的軸線垂直的平面方向(滾道表面4a的圓周方向)上沿著探針8的旋轉(zhuǎn)中央軸線傾斜的角度)落入在15至30度的范圍內(nèi)。使探針8下降以按照使得探針8的軸線對著外圈4的滾道表面4a這樣一種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在驅(qū)動電機(jī)5以使外圈4在該狀態(tài)中轉(zhuǎn)動并且外圈4的轉(zhuǎn)動已經(jīng)變得穩(wěn)定時(shí)，探針8在通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)沿著滾道表面4a的彎曲表面在軸承的軸向方向上轉(zhuǎn)動的同時(shí)(同時(shí)垂直振動)檢測裂紋。這時(shí)，滾道溝槽R的中央位于探針的旋轉(zhuǎn)中央軸線P中。因此，對探傷對象的整個(gè)滾道表面4a進(jìn)行探傷。
例如，作為性能參數(shù)。使用其頻率為5MHz并且傳感器尺寸為6mm的探針作為聚焦探針8。
在該結(jié)構(gòu)中，外圈4繞著中央軸線軸向轉(zhuǎn)動，因此對著探針8的滾道表面4a沿著圓周方向運(yùn)動，同時(shí)在滾道表面4a和探針8之間的距離保持恒定。另外，通過使探針8垂直振動，從而使得對著滾道表面4a的位置沿著滾道表面4a的彎曲表面垂直(軸承的軸向方向)變化。因此，對整個(gè)滾道表面4a進(jìn)行探傷；具體地說，沿著滾道表面4a的彎曲表面對軸承軸向(垂直)進(jìn)行探傷。
由于外圈4這時(shí)完全浸入在液體中，所以能夠防止出現(xiàn)在外圈4轉(zhuǎn)動時(shí)可能引起的從大氣中夾帶入氣體。
通過使外圈4的軸線相對于液面保持垂直，從而將由于外圈4轉(zhuǎn)動而在液體上產(chǎn)生出的干擾影響降低至較低水平。
由于在將外圈4浸入在液體中時(shí)夾帶入的空氣，所以滾道表面4a有可能附著有氣泡。鑒于這種可能性，在浸入外圈4之后，在進(jìn)行超聲波探傷之前或者在正在進(jìn)行超聲波探傷期間也可以將液體碳?xì)浠衔?噴入到滾道表面4a上，由此消除了附著在外圈4上的氣泡。由于氣泡甚至在軸承轉(zhuǎn)動期間也可能附著到滾道表面4a上，所以優(yōu)選在探傷期間在探針8前面的位置處噴射液體碳?xì)浠衔?。將噴射壓力設(shè)定在這樣一個(gè)水平處，其能夠去除附著在軸承圈上的氣泡或者防止氣泡附著。
由于存在灰塵漂浮在存儲在浴槽中的介質(zhì)內(nèi)的可能性，所以優(yōu)選將過濾器等設(shè)置在浴槽中并且使填充該浴槽的介質(zhì)循環(huán)流動穿過過濾器，由此消除灰塵并且盡可能降低噪聲。優(yōu)選的是，如在氣泡的情況中一樣，將液體流噴射在附著在用作工件的外圈4上的灰塵上，因此將灰塵吹掉。
由于接收軸承的夾具3的裝配部分3a的垂線設(shè)定為沿著垂直方向的提升位置，所以通過主要從上方將外圈4裝配到裝配部分3a中來使重力和轉(zhuǎn)動方向校準(zhǔn)為相同方向。另外，利用在外圈4的重力作用下在外圈4的表面和裝配部分3a的表面之間形成的摩擦阻力作用，外圈4能夠以與夾具3在其轉(zhuǎn)動期間的速度相同的速度轉(zhuǎn)動，而不用通過夾盤等將外圈4緊固在夾具3上。在與如JP-A-11-337530中所述一樣其中外圈4的軸線轉(zhuǎn)動同時(shí)水平設(shè)置在兩個(gè)單獨(dú)滾子上的情況相比，外圈4能夠穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動。無需使用約束工具例如夾盤，能夠縮短循環(huán)時(shí)間，因?yàn)楸苊饬税惭b夾盤所需的時(shí)間，并且能夠獲得簡化的結(jié)構(gòu)。而且，通過將夾緊裝置例如夾盤加入到夾具3上能夠使得外圈更快速轉(zhuǎn)動，并且也能夠縮短探傷時(shí)間。
在圖1所示的外圈4的情況中，其具有雙滾道。在完成在上滾道表面4a中的探傷之后，使夾具3停止轉(zhuǎn)動，并且將探針8提升并且使之后退。隨后，通過未示出的輸送裝置使外圈4升高并且翻轉(zhuǎn)，并且再次將這樣翻轉(zhuǎn)的外圈裝配到夾具3上。按照與前面所述相同的方式對還沒有進(jìn)行測量的滾道表面4b進(jìn)行探傷。在單排軸承套圈的情況下，不用進(jìn)行這種翻轉(zhuǎn)操作。
在兩個(gè)滾道表面4a、4b的探傷結(jié)果落入在合格范圍內(nèi)時(shí)，通過未示出的輸送裝置將外圈4放在無缺陷產(chǎn)品場地中。相反，在結(jié)果落入在合格范圍之外時(shí)，將外圈放在保存區(qū)域中，隨后進(jìn)行加工例如重新測量、刮擦等。
在上述輪轂軸承外圈4中，兩個(gè)滾道表面4a、4b的軸向輪廓曲線關(guān)于垂直方向大致對稱。在測量滾道表面4a之后，將外圈翻轉(zhuǎn)，并且測量在另一側(cè)上的滾道表面4b。因此，用于探針8的滾道表面4a、4b曲線的跟蹤機(jī)構(gòu)可以實(shí)施作為簡單的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)然，只要可以根據(jù)軸承滾道排數(shù)或者能夠應(yīng)付兩個(gè)滾道表面4a、4b的彎曲跟蹤機(jī)構(gòu)設(shè)置兩個(gè)探針8，從而不用使外圈4翻轉(zhuǎn)就能夠檢測裂紋，由此進(jìn)一步縮短檢測裂紋的時(shí)間。而且，只要在翻轉(zhuǎn)之后提供另一個(gè)平臺并且在另一個(gè)浴槽中檢測裂紋，則也能夠縮短每個(gè)平臺檢查裂紋的時(shí)間。
也可以使用煤油以外的液體碳?xì)浠衔镒鳛榻橘|(zhì)。尤其是，如將要描述的一樣，使用碳?xì)浠衔锘逑磩┮材軌驅(qū)崿F(xiàn)在精磨削過程和超聲波探傷過程之間的液體通用性。
檢查和消除位于滾道表面上或在落入在滾道表面受到滾動應(yīng)力的范圍內(nèi)的靠近滾道表面的區(qū)域處的裂紋或非金屬夾雜物能夠?qū)崿F(xiàn)滾動軸承的長壽命。因此，本發(fā)明人已經(jīng)提出了一種軸承超聲波探傷方法，用于通過使得超聲波以一定角度進(jìn)入滾道表面來檢查目標(biāo)范圍，由此使聲波向表面附近折射。但是，由于隨后的研究，尤其是有關(guān)具有較小滾道直徑的滾珠軸承形狀的對象的研究，結(jié)合用作使聲波向表面附近折射的方法的使超聲波波束相對于垂線偏執(zhí)的方法(用于在超聲波正在沿著軸承軸向方向運(yùn)動的同時(shí)檢測裂紋的方法)，發(fā)現(xiàn)因?yàn)閺臐L道表面的兩個(gè)端部反射的回波所以存在實(shí)際上不能進(jìn)行高精確檢查的區(qū)域的問題。
用于檢查表面附近的偏置方法迄今為止已經(jīng)被認(rèn)為是能夠檢測在具有曲率的工件中的小裂紋的技術(shù)。因此，不能很容易估計(jì)出該偏置方法不適用于用于超聲波檢測在作為本發(fā)明的示例性對象并且通過機(jī)加工具有較小曲率的工件來形成的滾珠軸承中的裂紋的方法。但是，由于本發(fā)明人已經(jīng)對入射方法進(jìn)行了各種測試，發(fā)現(xiàn)通過采用將探針相對于工件滾道表面的垂線設(shè)置在沿著溝槽R轉(zhuǎn)動的入射角處能夠以高靈敏度對溝槽件附近進(jìn)行探傷，而不會產(chǎn)生出明顯的噪聲，這在偏置方法中會出現(xiàn)問題。另外，在所要檢查的工件滾道直徑為100mm或更小的軸承情況中，也發(fā)現(xiàn)采用該入射角方法具有明顯的效果。
圖14顯示出偏置方法的概覽和用于使得超聲波相對于中心線以一定角度進(jìn)入的入射角方法的概覽。在圖14中將內(nèi)圈顯示作為工件4。
偏置方法(參見圖14(b))為用于使探針8相對于中心線平移的方法，由此將與聲波的入射點(diǎn)相切的直線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約1mm的表面)上的滾動應(yīng)力范圍內(nèi)。同時(shí)，用于相對于中心線(參見圖14(c))設(shè)定入射角的方法為用于通過使探針8相對于垂線傾斜與該方法所采用的角度相同的角度來使得超聲波進(jìn)入的方法。假設(shè)在任一種方法種實(shí)現(xiàn)了在探針8和工件4之間的相同距離，則一般實(shí)現(xiàn)了與過去相同的探傷精確度和靈敏度。
但是，在作為本發(fā)明所采用的實(shí)施例的滾珠軸承系統(tǒng)的情況種，在偏置方法和由本發(fā)明人進(jìn)行的入射角方法之間的比較驗(yàn)證表明，回波在偏置方法種從溝槽端部反射出，這造成難以檢查除了中間區(qū)域附近以外的區(qū)域。對以相同入射角進(jìn)行的入射角方法驗(yàn)證的結(jié)果表明，在探針運(yùn)動到端部附近時(shí)，從溝槽反射出回波較小，并且能夠以足夠高的靈敏度和精確度檢測出裂紋。
首先，如圖15所示，其原因如下。在檢測到在具有滾珠軸承形狀的軸承中的裂紋時(shí)，在入射角方法的情況中，探針運(yùn)動到與形成滾道表面的溝槽R中心同心的圓圈，以便檢測出在整個(gè)滾道表面中的裂紋。因此，如圖16(a)中所示，可以在相同條件下檢測出在圓形滾道表面中的裂紋，同時(shí)在滾道表面和探針之間的距離一直保持恒定。相反，在偏置方法的情況中，在僅僅使探針運(yùn)動時(shí)，在保持偏置期間，在如圖16(b)中所示的垂直軸線方向上，在探針和入射點(diǎn)之間的距離從中部朝著溝槽的兩個(gè)端部變化(因?yàn)槿鐝挠捎谛鼻兄褡佣纬傻那懈疃藞D像中可以看出一樣偏置線呈現(xiàn)為橢圓形)并且距離在溝槽中央處變得更長。
因此，為了在該偏置方法中進(jìn)行精確測量，必須按照該橢圓通過CAD等精確假設(shè)和測量軌跡，從而在中部和兩個(gè)端部處實(shí)現(xiàn)恒定的距離，因此設(shè)定探針的運(yùn)動。尤其在具有較小滾道直徑的軸承的情況中，在設(shè)定中的誤差很明顯，并且因此認(rèn)為進(jìn)行高精度觀察相當(dāng)困難。
即使在能夠進(jìn)行精確位置測量時(shí)，根據(jù)入射角方法，相對于在任意位置入射而言，探針沿著與滾道溝槽R同心的圓圈運(yùn)動，而與中部或兩個(gè)端部無關(guān)。因此，在所有位置處實(shí)現(xiàn)了恒定的距離，并且在入射點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)的聲波形狀總是保持恒定。在該偏置方法下，聲波形狀在中部變?yōu)闄E圓。但是，認(rèn)為該形狀在兩個(gè)端部處扭曲，并且認(rèn)為聲音按照非均勻的方式擴(kuò)散(參見圖17(b))。從上面可知，在偏置方法中，不均勻聲波受到滾道表面的端部影響，因此增大了基礎(chǔ)回波。因此，認(rèn)為不可能高精確度地檢測出裂紋。
在當(dāng)前實(shí)施方案中，為了讓入射方法最優(yōu)，在使探針8沿著工件(軸承套圈)的滾道表面曲線在軸承的軸向方向上轉(zhuǎn)動期間檢測裂紋。將探針8的轉(zhuǎn)動中央軸線設(shè)定為滿足下面所提供的條件(a)至(c)，并且探針8相對于工件4的滾道表面的垂線與探針的轉(zhuǎn)動中央軸線一致地傾斜。
(a)探針的轉(zhuǎn)動中央軸線穿過要進(jìn)行探傷的滾道溝槽的中點(diǎn)。
(b)探針的轉(zhuǎn)動中央軸線與要進(jìn)行探傷的滾道表面4a的垂線垂直。
(c)探針的轉(zhuǎn)動中央軸線位于與工件4例如作為檢查對象的軸承套圈的軸線垂直的平面。
可以采用合成碳?xì)浠衔?、環(huán)烷基碳?xì)浠衔铩⑹吞細(xì)浠衔锏壤e作為碳?xì)浠衔锘礈靹?br> 上面的實(shí)施方案例舉說明了用于在使探針沿著滾道表面曲線在軸承的軸向方向上轉(zhuǎn)動的同時(shí)檢測裂紋的入射方法。在工件具有預(yù)定的直徑或更大直徑例如100mm或更大時(shí)，還可以采用用于在使探針沿著滾道表面在軸承的軸向方向上轉(zhuǎn)動的同時(shí)檢測裂紋的偏置方法。
上面的實(shí)施方案是其中在輪轂軸承的外圈4中檢測裂紋的實(shí)施例。但是，通過基本上相同的方法，通過使探針8在外周側(cè)上沿著滾道表面運(yùn)動的同時(shí)檢測裂紋，從而能夠在軸承的外周側(cè)上具有一個(gè)滾道表面的輪轂軸承的內(nèi)圈中檢測裂紋。
上面的方法還可以應(yīng)用于具有單排軸承的軸承套圈、具有雙排軸承的軸承套圈或者具有除了輪轂軸承之外的另一個(gè)多排軸承的軸承套圈。也可以按照相同的方式檢測在滾動元件的滾動接觸表面中的裂紋。例如，該方法可以應(yīng)用于例如在圖18中所示的自對準(zhǔn)滾動軸承或者檢測其示例性用途顯示在圖19中的錐形滾子輪轂軸承20中的裂紋。
超聲波探傷器不限于上述結(jié)構(gòu)，并且也可以采用在例如JP-A-11-337530中所述的另一種超聲波探傷器。
第二實(shí)施方案現(xiàn)在將參照這些附圖對第二實(shí)施方案進(jìn)行說明。與第一實(shí)施方案的那些類似的元件將在賦予相同參考標(biāo)號的同時(shí)進(jìn)行說明。
從生產(chǎn)率方面看，要盡早開始進(jìn)行探傷。同時(shí)，在自從浸入工件時(shí)間非常快消逝時(shí)，去除氣泡或灰塵的效果變得不夠，并且由于氣泡等引起的偽噪聲頻繁出現(xiàn)。因此，出現(xiàn)對生產(chǎn)率的要求和用于防止噪聲的要求。期望將用于通過將工件浸入在介質(zhì)中并且在進(jìn)行通過/失敗測試之后立即輸送該工件來進(jìn)行檢查的一系列操作減小噪聲的檢查方法作為用于滿足這些要求的超聲波檢查方法。
本發(fā)明人針對縮短檢查時(shí)間并且提高與這一系列操作相關(guān)的檢查精確度進(jìn)行相當(dāng)多的研究。
(1)發(fā)現(xiàn)在用于通過超聲波探傷檢查滾動軸承的滾動滾道表面的方法下，通過將從把要進(jìn)行探傷的工件浸入到介質(zhì)中開始直到開始測量的時(shí)間設(shè)定為1.5秒或更長，從而能夠?qū)?dǎo)致該問題的氣泡噪聲消除到不會出現(xiàn)任何問題的程度。
(2)將用于超聲波檢查在滾動軸承的滾動滾道表面中的裂紋的方法實(shí)現(xiàn)作為用于在除了測量部分之外的位置處將要進(jìn)行探傷的工件提前浸入在介質(zhì)中、在去除氣泡之后使工件運(yùn)動到介質(zhì)中的探傷位置然后開始測量的方法。因此，發(fā)現(xiàn)在開始測量時(shí)能夠在去除了氣泡的情況下開始檢查，這又能夠預(yù)先去除氣泡，且不會對在現(xiàn)有技術(shù)中所涉及的檢查循環(huán)和以高可靠性進(jìn)行高分辨率檢查的性能帶來阻礙。這些方面被加入到當(dāng)前實(shí)施方案中。將輪轂I型雙排滾珠軸承的內(nèi)圈舉例作為工件4。
圖20顯示出在當(dāng)前實(shí)施方案中所使用的設(shè)備的總體視圖。在該設(shè)備中，通過未示出的輸送裝置，將工件從其上表面輸送到在介質(zhì)2中的探傷位置，并且將它設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(夾具3)上。相關(guān)于這樣設(shè)置的工件4，轉(zhuǎn)臺3轉(zhuǎn)動，并且支撐著探針8(超聲波探針)的探傷臂9靠近工件4。在臂已經(jīng)設(shè)置在預(yù)定位置處之后，臂9軸向運(yùn)動，同時(shí)沿著軸承滾道表面4a的曲率保持給定距離。隨著工件4的轉(zhuǎn)動，檢測出在整個(gè)滾道表面4a中的裂紋。檢測器的基本總體特征與參照第一實(shí)施方案所述的檢測器的特征相同。
在將工件4浸入在介質(zhì)2中時(shí)帶入了大量氣泡。但是，本發(fā)明人已經(jīng)找到在從工件浸入直到開始探傷所經(jīng)過的時(shí)間和檢測到氣泡噪聲之間的關(guān)系。因此，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以通過在從工件浸入開始經(jīng)過1.5秒或更長時(shí)間之后開始探傷，從而將氣泡噪聲降低至不會影響探傷結(jié)果這樣一個(gè)程度。為了利用這個(gè)發(fā)現(xiàn)，如圖21所示在用于浸入和去除氣泡的空間內(nèi)將工件4浸入在介質(zhì)中，并且在對前面工件進(jìn)行探傷期間提前將液體吹向工件，因此消除氣泡等。與在完成探傷之后進(jìn)行的將前面工件取出同步，使已經(jīng)消除了氣泡的工件4運(yùn)動到探傷空間，在那里進(jìn)行探傷(在圖21中的參考標(biāo)號顯示出過程順序)。因此，能夠在較短的循環(huán)中進(jìn)行探傷。
在其它方面中，檢測器與在結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)方面與參考第一實(shí)施方案所述的相同。
第一實(shí)施例當(dāng)前實(shí)施例涉及通過使用例如上述的超聲波探傷器通過在軸承生產(chǎn)過程中在精加工過程之后結(jié)合用于超聲波檢測裂紋的檢查過程，并且使用液體碳?xì)浠衔镒鳛榻橘|(zhì)而進(jìn)行超聲波探傷的性能。
圖4顯示出在進(jìn)行當(dāng)前實(shí)施方案的超聲波探傷時(shí)的過程的示例性程序。
為了比較，表1顯示出在其中在圓棒(鍛造)加工(參見箭頭A)之后進(jìn)行超聲波探傷的傳統(tǒng)實(shí)施例1、其中在熱處理(參見箭頭B)之后進(jìn)行超聲波探傷的傳統(tǒng)實(shí)施例2、其中在采用水基介質(zhì)作為介質(zhì)期間在磨削(參見箭頭C)之后進(jìn)行超聲波探傷的傳統(tǒng)實(shí)施例3以及本發(fā)明的第一實(shí)施例之間的比較結(jié)果。
表1

從表1可以看出，在超精加工之后進(jìn)行超聲波探傷，并且使用煤油或另一種液體碳?xì)浠衔?作為用于超聲波探傷的超聲波透射介質(zhì)被認(rèn)為在各個(gè)方面都是優(yōu)異的。
第二實(shí)施例現(xiàn)在將參照這些附圖對第二實(shí)施例進(jìn)行說明。
制造出編號為6206的內(nèi)外圈以便評估在類型為輪轂軸承的滾珠軸承中檢測裂紋的可行性。在已經(jīng)進(jìn)行了預(yù)定熱處理和磨削之后，對內(nèi)外圈4進(jìn)行超聲波探傷。
作為比較實(shí)施例，制造出用于滾柱軸承的編號為NU311的內(nèi)圈，其中滾動元件的滾動部分沒有延伸至其邊緣部分。在已經(jīng)進(jìn)行了預(yù)定熱處理之后，在已經(jīng)進(jìn)行磨削之后對內(nèi)圈進(jìn)行超聲波探傷。
如圖5所示，所檢測的裂紋為其長度為2mm、深度為0.5mm并且寬度為0.5mm的表面裂紋。通過放電機(jī)加工在滾道表面4a的中間位置和邊緣部分處形成表面裂紋。將這樣形成裂紋的內(nèi)圈作為測試件用于檢查。圖6至8顯示出用于檢查的測試件的總體視圖。
該超聲波探傷器具有如結(jié)合上面實(shí)施方案描述的結(jié)構(gòu)。
探傷的條件如下探針8聚焦探針，扁平探針(傳感器直徑6.5mm)頻率5MHz入射角17至25°(折射角45至90°)介質(zhì)煤油(+防銹油)另外，如圖9所示，如下測量出波束直徑即，在塊狀測試件的表面下方2mm的位置處形成尺寸為Φ2mm×20mm的橫向孔。在與上述那些相同的條件下，使得超聲波從那塊測試件的表面沿著與模擬裂紋平行的方向浸入，同時(shí)按照各種方式改變探針8的類型和離工件的距離。使探針?biāo)竭\(yùn)動，并且記錄在那時(shí)獲取的回波強(qiáng)度。
在回波峰值的一半位置處獲得的寬度方向距離被定義為波束直徑“r”。在圖10中顯示出該概念。
通過將在由上面方法確定的波束直徑“r”和傳感器的直徑R之間的比值(r/R)改變?yōu)楦鞣N數(shù)值，來評估在軸承6206中的模擬裂紋(在圖6至8中顯示出在軸承6206、內(nèi)外圈4和內(nèi)圈NU311中位于中央部分的裂紋和在邊緣處的裂紋[對于NU311而言只有在邊緣部分中的裂紋])。
通過使用其焦距改變?yōu)楦鞣N數(shù)值的聚焦探針作為探針，并且通過在工件和傳感器之間的水距離來檢查在波束直徑“r”和傳感器直徑R之間的比值(r/R)方面的變化。
在圖11和表2中顯示出評估結(jié)果。
表2

對于評估標(biāo)準(zhǔn)而言，在從邊緣部分反射出的回波變得更大時(shí)，用作噪聲源的回波如圖12所示在表面附近的位置處變得更大。即使在該部分(表面附近)中存在裂紋時(shí)，對裂紋的確認(rèn)也會受到噪聲妨礙并且失敗。同時(shí)，如圖13所示，噪聲源消失，并且能夠明確確定在中部中的裂紋。對于評估是否能夠確定裂紋的方法而言，確定來自裂紋的回波(S信號)的強(qiáng)度與來自邊緣部分的回波(N噪聲)的強(qiáng)度的比值。將表現(xiàn)為數(shù)值3作為S/N比值即通常能夠由檢查機(jī)確認(rèn)的比值的示例確定為沒有缺陷，并且用于探傷。
在表2和圖11中的結(jié)果表明，在形成在軸承6206的內(nèi)圈和外圈的邊緣部分中的裂紋方面，噪聲源在來自邊緣部分的回波影響下變得較高。為此，S/N比率與比較實(shí)施例1、2、5和6相比呈現(xiàn)出小于3的數(shù)值。相反，在通過將在傳感器直徑R和波束直徑“r”之間的關(guān)系r/R改變?yōu)楦鞣N數(shù)值而實(shí)現(xiàn)的來自邊緣部分和在邊緣部分中的裂紋的噪聲的S/N比值上的研究結(jié)果表明，在r/R采取0.8或更小的數(shù)值時(shí)，S/N比值為3或更大的數(shù)值。要理解的是，同樣能夠檢查在普通比較實(shí)施例中已經(jīng)難以檢測的在邊緣部分中的裂紋(第一至第六實(shí)施例)。
這些問題為由來自邊緣部分的回波引起的獨(dú)特問題。在S/N比值為3或更大的數(shù)值時(shí)，認(rèn)為同樣可以檢測出在滾道表面中間形成的裂紋，且與(r/R)無關(guān)。
其中在中間和邊緣部分(滾動元件在其上滾動的滾道表面的軸向邊緣部分)中同樣形成有裂紋的內(nèi)圈NU311被確定為傳統(tǒng)實(shí)施例。但是，在該軸承中，滾動元件在其上滾動的那部分離邊緣部分稍遠(yuǎn)。因此，認(rèn)為在中間部分中的裂紋不會受到來自邊緣部分的回波的影響。
在軸承例如滾動元件有可能在非?？拷鼭L道表面的軸向邊緣部分的區(qū)域上滾動的滾珠軸承中，從上面的結(jié)果中，通過將傳感器直徑R和波束直徑“r”的關(guān)系(r/R)設(shè)定為0.8或更小的數(shù)值，能夠以很好的靈敏度檢查可以檢查整個(gè)滾道表面。根據(jù)本發(fā)明，可以對其中沿著邊緣部分具有肋的圓柱滾子軸承或錐形滾子軸承的整個(gè)滾道表面4a進(jìn)行探傷，并且能夠提供可靠的軸承。
第三實(shí)施例下面將對用于具體說明本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
為了驗(yàn)證由于在用于使得超聲波進(jìn)入滾珠軸承中的方法中的差別而導(dǎo)致的在探傷能力方面的差異，制造出外圈6206并且對它進(jìn)行預(yù)定的熱處理。在磨削外圈之后，對外圈進(jìn)行超聲波探傷。
所檢測的裂紋為其長度為2mm、深度為0.5mm并且寬度為0.5mm的表面裂紋。通過放電機(jī)加工在滾道表面的中央位置和邊緣部分處形成表面裂紋(見圖22)。
通過在圖1中所示的結(jié)構(gòu)來實(shí)施超聲波檢測，并且將用于探傷的條件如下設(shè)定探針聚焦探針，扁平探針(傳感器直徑6.5mm)頻率5MHz入射角17°至25°(折射角45°至90°)介質(zhì)煤油(+防銹油)水距離20mm將所檢查的工件設(shè)置在轉(zhuǎn)臺上，并且在使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的同時(shí)，根據(jù)偏置方法和入射角方法布置探針，由此使得探針在工件每轉(zhuǎn)動一圈軸向運(yùn)動0.1mm的間距，由此檢測在滾道表面的整個(gè)表面中的裂紋。評估出基礎(chǔ)噪聲和從模擬裂紋反射出的回波強(qiáng)度。
表3顯示出評估結(jié)果。
表3

來自裂紋的回波/基礎(chǔ)回波如圖22所示，在根據(jù)各個(gè)方法進(jìn)行探傷時(shí)，在檢測形成在上面、中間和下面位置中的模擬裂紋方面，如此調(diào)節(jié)靈敏度，從而來自中部裂紋的回波的最大值為80％。表3顯示出在那個(gè)靈敏度下獲得的來自上面裂紋的最大回波強(qiáng)度、在那個(gè)靈敏度下獲得的來自下面裂紋的最大回波強(qiáng)度和在那些時(shí)刻獲得的基礎(chǔ)噪聲回波。基礎(chǔ)回波為在已經(jīng)檢測到裂紋的位置處在工件轉(zhuǎn)動時(shí)在除了裂紋區(qū)域之外的區(qū)域中一直出現(xiàn)的回波；并且表示在正常狀態(tài)中獲得的回波。
如在表3的結(jié)果中所示一樣，根據(jù)入射角方法，即使在對于形成在上面、中間和下面位置中的模擬裂紋而言入射角落入在17°至25°的范圍內(nèi)時(shí)，來自裂紋的回波呈現(xiàn)出80％或更大的數(shù)值。在那時(shí)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)回波呈現(xiàn)出5％或更小的數(shù)值，并且實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的S/N比值。
同時(shí)，根據(jù)偏置方法，能夠?qū)⒃谥虚g的裂紋檢測為80％的數(shù)值。但是，對于在上面和下面位置中的裂紋，基礎(chǔ)回波自身超過60％的數(shù)值，并且不能確定來自裂紋的回波。為了確定基礎(chǔ)回波增大的原因，將乙烯膠帶貼在滾道表面的邊緣部分附近。發(fā)現(xiàn)在中間位置中獲得的基礎(chǔ)回波沒有變化。但是，認(rèn)為基礎(chǔ)回波在上面和下面位置中超過100％。因此，在偏置方法下的基礎(chǔ)回波增大的原因被認(rèn)為是由已經(jīng)被檢測為超聲波回波的滾道表面邊緣部分的角部引起的。
在來自邊緣部分的回波已經(jīng)變大時(shí)，即使在已經(jīng)在邊緣部分附近發(fā)現(xiàn)裂紋時(shí)也難以在該基礎(chǔ)噪聲水平或更小水平下將裂紋與來自邊緣部分的回波區(qū)分開。因此，可以進(jìn)行探傷的真實(shí)范圍被認(rèn)為變窄(參見圖23)。而且，根據(jù)偏置方法，當(dāng)在單個(gè)靈敏度下檢定在中間的裂紋時(shí)，認(rèn)為能夠充分檢測出該裂紋。但是，基礎(chǔ)噪聲變得比在入射角方法下所獲得的基礎(chǔ)噪聲更大。在試圖提高檢測能力時(shí)，認(rèn)為容易出現(xiàn)限制。
因此，即使在中間位置，也認(rèn)為入射角方法在檢測能力方面更好。圖17顯示出所估計(jì)的因素模型。但是，在偏置方法下，聲波強(qiáng)度較高的區(qū)域變得更寬。因此，與入射角方法相比，為了實(shí)現(xiàn)與入射角方法相同的靈敏度，必須增加靈敏度。將在基礎(chǔ)噪聲中的可能增大作為一個(gè)因素。
第四實(shí)施例現(xiàn)在與入射角方法相比提供用于說明用作所要檢查對象的工件的尺寸的實(shí)施例。
在與第三實(shí)施例相同的那些條件下，制造出軸承滾道直徑已經(jīng)改變并且具有形成在其上面位置中的模擬裂紋的軸承套圈。研究在滾道直徑、檢測能力和基礎(chǔ)噪聲之間的關(guān)系。
表4顯示出研究結(jié)果。
表4

該研究顯示出在將設(shè)定值設(shè)定為使得來自裂紋的回波采取80％的數(shù)值的靈敏度時(shí)所獲得的基礎(chǔ)噪聲。
從表4中可知，根據(jù)入射角方法，認(rèn)為即使在滾道直徑從Φ40改變?yōu)棣?40時(shí)也能夠根據(jù)來自裂紋的回波獲得(基礎(chǔ)噪聲為5％或更小)足夠的S/N比值。相反，在由比較實(shí)施例所采用的偏置方法下，在滾道直徑為Φ80或更小時(shí)，來自裂紋的回波被基礎(chǔ)噪聲(來自邊緣部分的回波)抑制，并且不能夠被確認(rèn)。在滾道直徑為Φ100或更小時(shí)，可以確認(rèn)裂紋噪聲為80％。但是，基礎(chǔ)噪聲高達(dá)60％，并且認(rèn)為難以將基礎(chǔ)噪聲與來自裂紋的噪聲去分開。當(dāng)然，即使在該偏置方法下，在滾道直徑為Φ100或更大時(shí)，基礎(chǔ)噪聲表現(xiàn)為20％或更小的數(shù)值。一般來說，在確定S/N時(shí)，所需的S/N比值表現(xiàn)為3或更大的數(shù)值，并且被認(rèn)為是切實(shí)可行的。
因此，入射角方法有效工作的范圍(優(yōu)于偏置方法的范圍)被認(rèn)為是Φ100或更小的材料直徑。
第五實(shí)施例這是有關(guān)在從工件浸入到介質(zhì)中直到開始探傷所經(jīng)過的時(shí)間和氣泡噪聲檢測之間的關(guān)系的實(shí)施例。
使用輪轂I型雙列滾珠軸承來進(jìn)行驗(yàn)證，該軸承其內(nèi)圈直徑為Φ48mm、外圈直徑為Φ86mm并且寬度為40mm。
使用在圖20中所示的檢測器。
通過改變從通過輸送裝置將內(nèi)圈浸入在介質(zhì)并且將內(nèi)圈布置在探傷工作臺上直到開始探傷所經(jīng)過的時(shí)間來研究由噪聲引起的信號數(shù)量。這里給出研究結(jié)果。
用于檢查的其它條件如下所述。
在確定NG信號方面，通過放電機(jī)加工在該實(shí)施例所要檢查的工件內(nèi)圈的滾道表面中形成長度為2mm、深度為0.5mm并且寬度為0.5mm的表面裂紋，由此形成母板。
隨后，將該模擬裂紋設(shè)定為這樣一個(gè)靈敏度，在該靈敏度下信號在用于探傷的下面條件中表現(xiàn)為50％的數(shù)值。另外，將靈敏度加倍，并且將在該靈敏度下具有50％或更大的數(shù)值的裂紋確定為NG。
除了探針之外，針對設(shè)施的要求如下。
探針聚焦探針，扁平探針(傳感器直徑6.5mm)頻率5MHz入射角17°至25°(折射角45°至90°)介質(zhì)煤油(+防銹油)在上面的條件下，沿著圓周和軸向方向以0.5mm的間距進(jìn)行探傷，并且統(tǒng)計(jì)超過50％的信號數(shù)量。圖24顯示出統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
從圖24中可以看出，在檢測器沒有除泡沫機(jī)構(gòu)的條件下，NG信號數(shù)量在小于1.5秒的所經(jīng)過時(shí)間下較大。相反，超過兩秒則NG信號數(shù)量明顯減少。而且，緊接著在工件的浸入之后，通過向所要檢查工件的表面施加射流來除去所帶入的氣泡。雖然實(shí)現(xiàn)了比在加入射流之前所實(shí)現(xiàn)的數(shù)值更好的數(shù)值，但是在小于1.5秒的經(jīng)過時(shí)間下出現(xiàn)了許多NG信號。對于去除氣泡噪聲而言，與增加任意類型的去除機(jī)構(gòu)相比認(rèn)為經(jīng)過時(shí)間對于減少NG信號而言更有效。其原因在于，氣泡不是由迄今為止已經(jīng)存在于介質(zhì)中的氧氣或氣泡引起的，而是由于在工件插入期間與其一起帶入的氣泡引起的。為了減少這些氣泡，在浸入工件之后需要一定的時(shí)間來去除氣泡。從該實(shí)施例可以看出，認(rèn)為該時(shí)間為1.5秒或更長。更優(yōu)選的是，該時(shí)間為2.0秒。
第六實(shí)施例下面將對有關(guān)其中要考慮生產(chǎn)線步驟的檢查方法的本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行說明。第五實(shí)施例涉及用于在開始通過探傷工作臺進(jìn)行探傷之前去除氣泡的方法。在該情況中，除了探傷時(shí)間之外還需要去除氣泡的時(shí)間。因此，為了減小檢查步驟，去除氣泡的時(shí)間成為問題。
為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行相當(dāng)多的研究以便實(shí)現(xiàn)最少的檢查時(shí)間，并且研究結(jié)果如下。如圖21所示，將用于提前去除氣泡的浸入氣泡去除空間設(shè)置在探傷工作臺附近。在在該位置處已經(jīng)提前浸入工件之后，使所檢查的表面轉(zhuǎn)動或?qū)⑸淞魇┘釉谄渖蟽擅牖蚋L，由此去除夾帶入的氣泡。隨后，通過未示出的操縱臂在保持浸入在煤油中的同時(shí)將工件輸送到探傷工作臺，并且將它安放在探傷工作臺上。與工作臺開始轉(zhuǎn)動同時(shí)，迅速開始探傷。因此，由于使用探傷工作臺能夠集中進(jìn)行探傷，所以不需要多余的檢查時(shí)間，這有助于明顯縮短檢查時(shí)間。
對于氣泡去除而言，只要時(shí)間允許，能夠通過僅僅轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)與通過加入射流所實(shí)現(xiàn)的效果相同的效果。而且，由于例如外圈等的滾道表面具有內(nèi)徑，所以能夠在沒有涉及轉(zhuǎn)動的情況下只是通過射流產(chǎn)生出漩流，由此實(shí)現(xiàn)去除效果。
下面將參照圖26至33對用于根據(jù)如上所述實(shí)施的超聲波探傷方法所獲得的信號確定是否存在裂紋的探傷方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
第三實(shí)施方案下面將參照這些附圖對用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式進(jìn)行說明。
首先，將由清潔度較差的SUJ2制成的材料機(jī)加工成預(yù)定形狀。之后對這樣機(jī)加工成的產(chǎn)品進(jìn)行車削、淬火、回火和磨削，由此生產(chǎn)出用于其編號為NU322的滾動軸承的內(nèi)圈(外徑為240mm，內(nèi)徑為110mm并且寬度為50mm)。
將這樣生產(chǎn)出的內(nèi)圈設(shè)置在圖26所示的超聲波探傷器中，并且在下面所述的條件下對內(nèi)圈的滾道表面進(jìn)行超聲波探傷。
如圖26所示，該超聲波探傷器設(shè)計(jì)用來在浸入在浴槽110中的對象111正在沿著圓周方向轉(zhuǎn)動期間，通過使用于超聲波探傷用途的探針沿著對象111的軸向方向(金屬滾壓方向或者在圖26中的方向Z)運(yùn)動來檢測在所要檢查對象111的整個(gè)滾道表面中的裂紋，在所述浴槽中存儲有超聲波透射介質(zhì)。
在滾道表面彎曲時(shí)，在使探針112沿著滾道表面在軸向方向(金屬滾壓方向，或者在圖26中所示的方向θ)上轉(zhuǎn)動從而在滾道表面和探針112之間的間隔和角度能夠保持恒定期間進(jìn)行探傷。
通過超聲波探傷器120來分析從探針112朝著對象111發(fā)射的超聲波脈沖的反射回波。在沿著對象111的軸向和圓周方向的每個(gè)探傷間距處所反射出的回波信號與來自伺服電機(jī)114的脈沖信號同步，該伺服電機(jī)同步地、旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動轉(zhuǎn)臺113和對象111。因此，測量出在沿著軸向和圓周方向的每個(gè)探傷間距處反射出的回波，并且將這樣測量出的回波數(shù)字顯示在控制器130上。
在圖26中的參考標(biāo)號115表示用于驅(qū)動伺服電機(jī)的控制放大器。同樣，參考標(biāo)號116表示XYZ臺，它用來調(diào)節(jié)探針112在該圖中沿著XYZ方向的位置、支撐著探針112以使之能夠沿著對象111的軸向和圓周方向運(yùn)動、并且使探針112沿著對象111的滾道表面運(yùn)動。參考標(biāo)號117表示用于支撐探針112的支撐部分。參考標(biāo)號118表示用于將探針112固定在支撐部分117上的緊固件。參考標(biāo)號119表示用于檢測對象111的轉(zhuǎn)動狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)編碼器，并且參考標(biāo)號140表示用于使XYZ臺定位的控制放大器。
探針聚焦探針探傷頻率5至20MHz傳感器直徑6mm超聲波探傷器HIS3(由Krautkramer Japan Co.，Ltd.制造)入射角為19°(傾斜波束方法，折射角為45°)、28°(表面波探傷方法，折射角為90°)超聲波透射介質(zhì)水(包括防銹劑)探傷門在表面下面2mm的位置探傷間距沿著所檢查對象的圓周方向間隔0.5mm，并且沿著對象軸向方向間隔0.5mm圖27和28顯示出在不同對象111中對裂紋進(jìn)行超聲波檢測的結(jié)果。圖27和28顯示出在沿著對象軸向方向具有四分之一寬度和沿著對象的圓周方向具有八分之一寬度的范圍內(nèi)在每個(gè)探傷間距處反射出的回波的強(qiáng)度。
接下來，如圖27和28所示，對其中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂紋A至M的對象111進(jìn)行實(shí)際破壞性檢查。將該破壞性檢查的結(jié)果與超聲波裂紋檢查的結(jié)果進(jìn)行比較。
在圖27中，與從中在沿著對象111的軸向方向的兩個(gè)或更多個(gè)間距上連續(xù)測量出30％或更高的反射回波強(qiáng)度的裂紋A至C相關(guān)，通過實(shí)際破壞性檢查來檢測出要作為裂紋的夾雜物。與從中在沿著對象111的圓周方向的兩個(gè)或更多個(gè)間距上連續(xù)測量出30％或更高的反射回波強(qiáng)度的裂紋D至E相關(guān)，通過實(shí)際破壞性檢查沒有找到任何裂紋。
從上面的結(jié)果中可以看出，要理解的是通過將在沿著對象111的軸向方向的預(yù)定距離上連續(xù)存在具有預(yù)定強(qiáng)度或更高強(qiáng)度的反射回波的區(qū)域檢測作為裂紋，從而能夠高精確地檢測出裂紋。
如圖29所示，以沿著對象111的軸向方向彼此相鄰一個(gè)間距的裂紋F和G對應(yīng)于由單個(gè)連續(xù)夾雜物形成的裂紋。同樣，裂紋J和K也對應(yīng)于由單個(gè)連續(xù)夾雜物形成的裂紋。
如圖30所示，沿著對象111的軸向方向相互間隔兩個(gè)間距的裂紋H和I對應(yīng)于分別由不同夾雜物形成的兩個(gè)裂紋。同樣，裂紋L和M對應(yīng)于分別由不同夾雜物形成的兩個(gè)裂紋。
上面的結(jié)果表明，在兩個(gè)或多個(gè)裂紋相鄰地位于預(yù)定間隔或更小的范圍內(nèi)時(shí)，將這些裂紋檢測作為單個(gè)連續(xù)裂紋，從而可以非常精確地檢測出裂紋。
第四實(shí)施方案首先，將由具有較差清潔度的SUJ2制成的材料機(jī)加工成預(yù)定形狀。之后，對這樣機(jī)加工成的產(chǎn)品進(jìn)行車削、淬火、回火和磨削，由此生產(chǎn)出用于編號為6202的滾動軸承(外徑為35mm，內(nèi)徑為15mm并且寬度為11mm)的內(nèi)圈和外圈。
接下來，將這樣生產(chǎn)出的內(nèi)圈和外圈設(shè)置在圖26中所示的超聲波檢測器中，并且在下面所述的條件下對內(nèi)圈和外圈的滾道表面進(jìn)行超聲波探傷。
探針聚焦探針探傷頻率5至20MHz傳感器直徑6mm超聲波探傷器HIS3(由Krautkramer Japan Co.，Ltd.制造)入射角為19°(傾斜波束方法，折射角為45°)、28°(表面波探傷方法，折射角為90°)超聲波透射介質(zhì)碳?xì)浠衔锘鍧嵙黧w(煤油和防銹劑)探傷門在表面下面2mm的位置探傷間距沿著所檢查對象的圓周方向間隔0.5mm，并且沿著對象軸向方向間隔0.5mm通過構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施方案的在圖31中所示的方法和構(gòu)成傳統(tǒng)方法的在圖32中所示的方法記錄單個(gè)對象111的裂紋的超聲波檢測結(jié)果。
圖31顯示出通過超聲波檢測在對象沿著其軸向和圓周方向的整個(gè)范圍內(nèi)在每個(gè)探傷間距處反射出的回波強(qiáng)度。在如圖31所示一樣進(jìn)行記錄時(shí)，一眼就能夠確定包括在對象111中的裂紋的位置和長度。
圖32顯示出在對象沿著其軸向和圓周方向的整個(gè)范圍內(nèi)在探傷時(shí)間和反射回波強(qiáng)度之間的關(guān)系。在如圖32中所示一樣進(jìn)行記錄時(shí)，從在已經(jīng)獲得具有預(yù)定強(qiáng)度或更高強(qiáng)度的反射回波的探傷時(shí)刻和沿著對象111的圓周方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動的時(shí)間中確定出已經(jīng)檢測出裂紋的位置。因此，精確確定在對象111中所包括的裂紋的位置和長度比較困難，并且需要耗費(fèi)許多時(shí)間。
關(guān)于通過對在對象111中的裂紋進(jìn)行超聲波檢測所獲得的反射回波的最大數(shù)據(jù)如圖33中所示一樣地記錄。圖33顯示出兩天內(nèi)進(jìn)行的超聲波探傷結(jié)果的記錄。其中關(guān)于反射回波的最大數(shù)據(jù)小于預(yù)定強(qiáng)度(50％)的試樣被確定為沒有缺陷。其中關(guān)于反射回波的最大數(shù)據(jù)具有預(yù)定強(qiáng)度(50％)或更大的試樣被確定為有缺陷。
對于被確定為缺陷的試樣號2和18，如圖31中那樣記錄關(guān)于全部所獲得回波的數(shù)據(jù)。
從上面的結(jié)果中可以看出，對于其中已經(jīng)檢測出裂紋的試樣而言，記錄關(guān)于所有所獲得的回波的數(shù)據(jù)。對于其中還沒有檢測出裂紋的試樣，記錄下關(guān)于所獲得的反射回波的最大數(shù)值的數(shù)據(jù)。因此，能夠詳細(xì)確定有關(guān)在被確定為有缺陷的試樣中所存在的裂紋的信息。另外，能夠很容易預(yù)測相應(yīng)試樣的通過/失敗結(jié)果，并且要理解的是，能夠驗(yàn)證100％的檢查。
對于確定為沒有缺陷的試樣而言，記錄關(guān)于所獲得的反射回波的最大數(shù)值的數(shù)據(jù)。因此，要理解的是，能夠很容易確定單個(gè)生產(chǎn)批次的趨勢，例如在兩天中關(guān)于反射回波最大值的平均數(shù)據(jù)比在一天中的更大等。
顯然通過組合前面所述的這些實(shí)施例能夠檢測出在軸承套圈中的裂紋。
雖然已經(jīng)參照具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，能夠在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下在這些實(shí)施例上做出各種替換或改變。
本專利申請基于2004年9月16日提交的日本專利申請(JP-2004-269552)、2005年1月31日提交的日本專利申請(JP-2005-023487)和2005年4月28日提交的日本專利申請(JP-2005-131649)，這些申請的內(nèi)容由此被引用作為參考。
權(quán)利要求
1.一種用于滾動軸承的超聲波探傷方法，用來檢查作為所要檢查表面的軸承套圈的滾道表面和滾動元件的滾動接觸表面中的至少一個(gè)，該方法包括精加工磨削所要檢查的表面；并且通過使用包括煤油的液體碳?xì)浠衔镒鳛槌暡ㄍ干浣橘|(zhì)來進(jìn)行超聲波探傷。
2.如權(quán)利要求1所述的用于滾動軸承的超聲波探傷方法，其中將(波束直徑“r”/傳感器的直徑R)設(shè)定為0.8或更小的數(shù)值，并且在使探針沿著所要檢查的表面在軸承的軸向方向上運(yùn)動的同時(shí)，進(jìn)行探傷。
3.一種用于滾動軸承的超聲波探傷方法，用來檢查作為所要檢查表面的軸承套圈的滾道表面和滾動元件的滾動接觸表面中的至少一個(gè)，該方法包括將(波束直徑“r”/傳感器的直徑R)設(shè)定為0.8或更小的數(shù)值；并且在使探針沿著所要檢查的表面在軸承的軸向方向上運(yùn)動的同時(shí)，進(jìn)行探傷。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于滾動軸承的超聲波探傷方法，其中在正在使探針沿著所要檢查的表面的曲線在軸承的軸向方向上轉(zhuǎn)動的同時(shí)進(jìn)行探傷。
5.一種用于滾動軸承的超聲波探傷方法，用來檢查作為所要檢查表面的軸承套圈的滾道表面和滾動元件的滾動接觸表面中的至少一個(gè)，該方法包括在使探針沿著所要檢查的表面的曲線在軸承的軸向方向上轉(zhuǎn)動的同時(shí)進(jìn)行探傷；將探針的轉(zhuǎn)動的中央軸線設(shè)定為滿足以下條件(a)至(c)；并且使探針與探針的轉(zhuǎn)動的中央軸線一起相對于所要檢查的表面的垂線傾斜(a)探針的轉(zhuǎn)動的中央軸線穿過所要檢查表面沿著其寬度方向的中點(diǎn)；(b)探針的轉(zhuǎn)動的中央軸線與所要檢查表面的垂線垂直；(c)探針的轉(zhuǎn)動的中央軸線位于與所要檢查的軸承套圈的軸線或滾動元件的軸線垂直的平面中。
6.如權(quán)利要求5所述的用于滾動軸承的超聲波探傷方法，其中在所要檢查表面已經(jīng)完成了精加工磨削之后，在采取煤油或另一種液體碳?xì)浠衔镒鳛槌暡ㄍ干浣橘|(zhì)的同時(shí)，進(jìn)行超聲波探傷。
7.如權(quán)利要求5或6所述的用于滾動軸承的超聲波探傷方法，其中將(波束直徑“r”/傳感器的直徑“R”)設(shè)定為0.8或更小的數(shù)值。
8.一種用于滾動軸承的軸承套圈的超聲波探傷方法，該方法包括將整個(gè)軸承套圈浸入到超聲波透射介質(zhì)中；將該介質(zhì)噴射到軸承套圈；并且如此進(jìn)行探傷，從而軸承套圈的軸線變得與介質(zhì)的液面垂直。
9.一種用于滾動軸承的軸承套圈的超聲波探傷方法，該方法包括將整個(gè)軸承套圈浸入到超聲波透射介質(zhì)中；在開始探傷之前設(shè)定1.5秒或更長的等待時(shí)間；并且如此進(jìn)行探傷，從而軸承套圈的軸線變得與介質(zhì)的液面垂直。
10.如權(quán)利要求9所述的用于滾動軸承的軸承套圈的超聲波探傷方法，其中在除了探傷位置之外的位置處，將軸承套圈提前浸入到介質(zhì)中，并且在去除附著在軸承套圈上的氣泡之后使軸承套圈運(yùn)動到在介質(zhì)中的探傷位置，然后進(jìn)行探傷。
11.一種用于向檢查對象施加超聲波并且測量從在檢查對象中的裂紋反射的回波，因此檢測出該裂紋的探傷方法，其中將在沿著檢查對象的金屬滾壓方向的預(yù)定距離上連續(xù)測量出具有預(yù)定強(qiáng)度或更大強(qiáng)度的反射回波的區(qū)域當(dāng)作裂紋；并且當(dāng)在沿著檢查主體的金屬滾壓方向的預(yù)定間隔范圍或更小的范圍內(nèi)存在相鄰的兩個(gè)或多個(gè)裂紋時(shí)，則將這兩個(gè)或多個(gè)裂紋檢測作為單個(gè)裂紋。
全文摘要
一種用于檢測裂紋的超聲波探傷方法，該方法將外圈4的滾道表面4a作為所檢查表面進(jìn)行檢查。在所要檢查的表面已經(jīng)完成了精加工磨削之后，在將包括煤油的液體碳?xì)浠衔?作為超聲波透射介質(zhì)的同時(shí)超聲波檢測裂紋。
文檔編號G01N29/04GK101023344SQ20058003132
公開日2007年8月22日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月16日
發(fā)明者木內(nèi)昭廣 申請人:日本精工株式會社