專利名稱：表面硬化深度的渦流檢驗(yàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本發(fā)明涉及檢測(cè)系統(tǒng)和方法。更具體來說，本發(fā)明涉及用于檢驗(yàn)零件的表面(case)硬化深度的渦流檢驗(yàn)系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
諸如機(jī)軸、閥、齒輪、活塞缸體之類的零件往往經(jīng)受熱處理和滲碳，以便在其表層 (surface)上產(chǎn)生表面硬化層，從而改進(jìn)耐磨性。不同零件對(duì)于其上的表面硬化層的表面硬化深度一般具有不同要求。因此，需要執(zhí)行檢驗(yàn)以確定這類零件上的表面硬化深度是否適合于質(zhì)量控制。尋求無損評(píng)估(NDE)技術(shù)以檢驗(yàn)零件的表面硬化深度。由于表面硬化區(qū)域中的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率與其它區(qū)域中的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率不同，所以渦流檢驗(yàn)技術(shù)能夠用于檢驗(yàn)零件的表面硬化深度。在一些應(yīng)用中，渦流方法用于使用環(huán)形(encircling)探頭來檢驗(yàn)圓筒對(duì)象的表面硬化深度。但是，由于渦流探頭安裝在零件周圍，所以它們只可提供與這類零件的平均表面硬化深度有關(guān)的信息而不是局部信息。另外，這類渦流探頭一般用于檢驗(yàn)圓筒零件的表面硬化深度，而可能不適合于檢驗(yàn)具有其它形狀的零件的表面硬化深度。因此，需要用于檢驗(yàn)零件的表面硬化深度的新的和改進(jìn)的渦流檢驗(yàn)系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于檢驗(yàn)零件上的表面硬化深度的多頻渦流 (MFEC)檢驗(yàn)系統(tǒng)。MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)包括發(fā)生器，其配置成生成一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)；以及渦流探頭，其配置成設(shè)置在零件的一側(cè)。渦流探頭包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器。一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器配置成接收一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)，以便在零件中感應(yīng)渦流。一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器配置成檢測(cè)零件的局部區(qū)域中的感應(yīng)的渦流，以便生成一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)。MFEC系統(tǒng)還包括處理器，處理器配置成接收一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)供處理，以便確定零件的局部區(qū)域的表面硬化深度。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供一種用于檢驗(yàn)零件上的表面硬化深度的脈沖渦流 (PEC)檢驗(yàn)系統(tǒng)。PEC檢驗(yàn)系統(tǒng)包括脈沖發(fā)生器，其配置成生成一個(gè)或多個(gè)脈沖激勵(lì)信號(hào)； 以及渦流探頭，其配置成設(shè)置在零件的一側(cè)。渦流探頭包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器。一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器配置成接收一個(gè)或多個(gè)脈沖激勵(lì)信號(hào)，以便在零件中感應(yīng)渦流。一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器配置成檢測(cè)零件的局部區(qū)域中的感應(yīng)的渦流，以便生成一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)。PEC系統(tǒng)還包括處理器，處理器配置成接收一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)供處理，以便確定零件的局部區(qū)域的表面硬化深度。本發(fā)明的另一方面還提供一種用于檢驗(yàn)零件的表面硬化深度的方法。該方法包括生成一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)或者一個(gè)或多個(gè)脈沖激勵(lì)信號(hào)；提供配置成設(shè)置在零件一側(cè)以接收一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)或者一個(gè)或多個(gè)脈沖激勵(lì)信號(hào)并且輸出一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)的渦流探頭；以及處理一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)，以便確定零件的局部區(qū)域的表面硬化深度。渦流探頭包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器。一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器配置成接收一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)，以便在零件中感應(yīng)渦流。一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器配置成檢測(cè)零件的局部區(qū)域中的感應(yīng)的渦流，并且生成一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)。


根據(jù)結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述，本公開的上述和其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，在附圖中圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的渦流檢驗(yàn)系統(tǒng)的示意圖；圖2是按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的渦流檢驗(yàn)系統(tǒng)的示意圖；圖3-7是按照本發(fā)明的多種實(shí)施例的渦流探頭和零件的示例布置的示意圖；圖8示出使用圖1所示的渦流檢驗(yàn)系統(tǒng)所得到的示例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；圖9示出使用圖2所示的渦流檢驗(yàn)系統(tǒng)所得到的示例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；以及圖10是示意示出測(cè)量零件的表面硬化深度的流程圖。
具體實(shí)施例方式本文中參照附圖來描述本公開的實(shí)施例。在后續(xù)描述中，沒有詳細(xì)描述眾所周知的功能或構(gòu)造，以便通過不必要的細(xì)節(jié)影響對(duì)本公開的理解。圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于檢驗(yàn)零件100的渦流檢驗(yàn)系統(tǒng)10的示意圖。本文所使用的術(shù)語“零件”可表示適合于檢驗(yàn)的任何對(duì)象，包括但不限于產(chǎn)品、組件、結(jié)構(gòu)、測(cè)試樣本等。在一些應(yīng)用中，零件100可經(jīng)受諸如熱處理過程和滲碳過程之類的一個(gè)或多個(gè)硬化過程，使得一個(gè)或多個(gè)硬化層可在零件100的表層(一個(gè)或多個(gè))上形成，從而提高其耐磨性。對(duì)于某些布置，零件100包括圓筒形狀。在其它示例中，零件100可包括其它形狀，例如矩形形狀或者其它不規(guī)則形狀。在一些實(shí)施例中，渦流檢驗(yàn)系統(tǒng)10可配置成檢驗(yàn)零件100的表面硬化深度(一個(gè)或多個(gè))。對(duì)于圖1中的布置，渦流檢驗(yàn)系統(tǒng)10包括多頻渦流(MFEC)檢驗(yàn)系統(tǒng)。如圖1所示，MFEC系統(tǒng)10包括函數(shù)發(fā)生器11、渦流探頭12和處理器13。在一些實(shí)施例中，函數(shù)發(fā)生器11配置成生成一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)并且將其輸出到渦流探頭12中。渦流探頭12配置成接收一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)，并且在零件100 中感應(yīng)渦流，以便生成一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)。處理器13配置成分析一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)，以便例如使用多頻相位分析(MFPA)算法來確定零件100的表面硬化深度。處理器 13的其它描述例如可見于美國專利7，206，706，通過引用將其完整地結(jié)合于此。在一些應(yīng)用中，處理器13可包括用于分析輸入多頻響應(yīng)信號(hào)的鎖定放大器。相應(yīng)地，如圖1所示，在一個(gè)非限制性示例中，函數(shù)發(fā)生器11還生成具有與相應(yīng)多頻激勵(lì)信號(hào)相同的頻率的參考信號(hào)101，以便在鎖定放大器13中解調(diào)響應(yīng)信號(hào)。在某些示例中，可以不采用參考信號(hào)。對(duì)于所示示例，MFEC系統(tǒng)10還包括設(shè)置在渦流探頭12與處理器13之間用于在響應(yīng)信號(hào)被輸入到處理器13之前放大多頻響應(yīng)信號(hào)的放大器14。另外，MFEC系統(tǒng)10還可包括連接到處理器13以顯示零件100上的表面硬化深度的信息的顯示器15、如液晶顯示器(LCD)。本發(fā)明并不局限于任何特定類型的顯示器。在一些示例中，可以不采用放大器14。 可采用多頻渦流裝置來取代函數(shù)發(fā)生器11、處理器13和/或顯示器15。圖2是按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的渦流檢驗(yàn)系統(tǒng)10的示意圖。為了易于說明， 圖1和圖2中的相同標(biāo)號(hào)可指示相似元件。對(duì)于圖2所示的布置，渦流檢驗(yàn)系統(tǒng)10包括脈沖渦流(PEC)系統(tǒng)。與圖1的布置相似，PEC系統(tǒng)10包括脈沖發(fā)生器11，脈沖發(fā)生器11配置成生成供給不同頻率的多個(gè)脈沖激勵(lì)信號(hào)并且將其輸出到渦流探頭12中。渦流探頭12配置成接收脈沖激勵(lì)信號(hào)，并且在零件100中感應(yīng)渦流，以使得生成用于確定零件100上的表面硬化深度的一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)。此外，PEC系統(tǒng)10包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器16，模數(shù)轉(zhuǎn)換器16配置成數(shù)字化來自渦流探頭12的響應(yīng)信號(hào)，并且將數(shù)字化響應(yīng)信號(hào)供給到處理器13。例如，處理器13配置成分析數(shù)字化響應(yīng)信號(hào)，以便使用多頻相位分析算法來確定零件100的局部區(qū)域的表面硬化深度。在某些應(yīng)用中，可以不采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器16。在一些示例中，PEC系統(tǒng)10可包括連接到處理器13以顯示零件100的表面硬化深度的數(shù)據(jù)的顯示器15、如液晶顯示器(LCD)。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明并不局限于用于執(zhí)行本發(fā)明的處理任務(wù)的任何特定處理器。術(shù)語“處理器”在本文中使用時(shí)預(yù)計(jì)表示能夠執(zhí)行在執(zhí)行本發(fā)明任務(wù)時(shí)所需計(jì)算的任何機(jī)器。 術(shù)語“處理器”預(yù)計(jì)表示能夠接受結(jié)構(gòu)化輸入并且按照預(yù)定規(guī)則來處理該輸入以產(chǎn)生輸出的任何機(jī)器，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解的。還應(yīng)當(dāng)注意，本文所使用的詞語“配置成”指示處理器配備有用于執(zhí)行本發(fā)明的任務(wù)的硬件和軟件的組合，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解的。此外，本文所使用的后綴“(s) ”通常意在包括它所修飾的術(shù)語的單數(shù)和復(fù)數(shù)，由此包括那個(gè)術(shù)語的一個(gè)或多個(gè)。圖3-7是示出零件100上的表面硬化深度的確定的渦流探頭12和零件100的示例布置的示意圖。在本發(fā)明的實(shí)施例中，渦流探頭12可包括用于檢驗(yàn)零件100的一個(gè)或多個(gè)局部區(qū)域的表面硬化深度(一個(gè)或多個(gè))的反射探頭。另外，應(yīng)當(dāng)注意，圖3-8中的布置只是說明性的。圖3-8中的相同標(biāo)號(hào)可指示相似元件。圖3(a)_3(b)是渦流探頭12和零件100的示例布置的側(cè)視圖和頂視圖的示意圖。 對(duì)于圖3 (a) -3 (b)所示的布置，渦流探頭12設(shè)置在零件100的一側(cè)，并且包括驅(qū)動(dòng)器17以及位于驅(qū)動(dòng)器17旁的拾取傳感器18。在某些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器18可采用繞組來形成。在非限制性示例中，拾取傳感器18可包括固態(tài)磁傳感器，包括但不限于各向異性磁阻(AMR)傳感器、巨磁阻(GMR)傳感器、隧穿磁阻(TMR)、異常磁阻(EMR)傳感器、巨磁阻(GMI)或霍耳傳感器。在本發(fā)明的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器17配置成從函數(shù)發(fā)生器或脈沖發(fā)生器11 (圖1-2所示)來接收具有多個(gè)不同頻率的激勵(lì)信號(hào)，以便在零件100中感應(yīng)渦流。拾取傳感器18配置成檢測(cè)零件100中感應(yīng)的渦流，以便生成一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)信號(hào)并且將其輸出到處理器13 中供處理。對(duì)于示例布置，驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器18均具有圓筒空心形狀，并且驅(qū)動(dòng)器17 定位成與拾取傳感器18相鄰。驅(qū)動(dòng)器繞組17和拾取傳感器18的底面(未加標(biāo)記)位于面向零件100上的局部區(qū)域(未加標(biāo)記)的相同平面中，供確定其表面硬化深度。在一些示例中，驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器18可接觸零件100，以便檢驗(yàn)其上的局部區(qū)域上的表面硬化深度。包括但不限于鐵氧體芯的兩個(gè)磁芯19可分別設(shè)置在驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器18中，以便增強(qiáng)表面硬化深度的檢驗(yàn)。在某些應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器 18可在空間上與零件100分離。在其它示例中，可以不在驅(qū)動(dòng)器17和/或拾取傳感器18 中配備磁芯(一個(gè)或多個(gè))19。在某些應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)器17可具有矩形形狀。對(duì)于這個(gè)布置，圓筒拾取傳感器18仍然可具有圓筒形狀，并且設(shè)置在矩形驅(qū)動(dòng)器17旁。與圖3中的布置相似，矩形驅(qū)動(dòng)器繞組 17和圓筒拾取傳感器18的底面位于面向零件100的相同平面中。另外，可以在驅(qū)動(dòng)器17 和/或拾取傳感器18中配備或者不配備磁芯(一個(gè)或多個(gè))。圖4 (a)-4(b)是渦流12和零件100的另一個(gè)示例布置的側(cè)視圖和頂視圖的示意圖。與圖3中的布置相似，如圖4所示，驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器17具有圓筒空心形狀。圖 3和圖4中的布置的不同之處在于，設(shè)置圖4中的驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器18，使其底面與零件100的圓周相切，以便檢查零件100的局部區(qū)域的表面硬化深度。也就是說，驅(qū)動(dòng)器17 和拾取傳感器18的底面之間具有角度，這指示驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器18的底面不是共面的。另外，可以在驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器18中配備或者不配備磁芯19。在其它示例中，驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器18都可具有矩形形狀。與圖4中的布置相似，矩形驅(qū)動(dòng)器17和矩形拾取傳感器18的底面可與零件100的圓周相切。備選地，與圖3中的布置相似，矩形驅(qū)動(dòng)器17和矩形拾取傳感器18的底面可位于面向零件100的圓周的相同平面中。在某些應(yīng)用中，當(dāng)零件100具有矩形形狀時(shí)，矩形驅(qū)動(dòng)器17和矩形拾取傳感器18可水平地位于零件100的局部區(qū)域處。圖5 (a)-5(b)是按照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的渦流12和零件100的示例布置的頂視圖和透視圖的示意圖。圖5中的布置與圖3和圖4中的布置相似。圖3-5中的布置的不同之處在于，圖5中的驅(qū)動(dòng)器設(shè)置在局部區(qū)域附近，其驅(qū)動(dòng)器軸(未加標(biāo)記)與零件100 的軸(未加標(biāo)記)平行，供在零件100中感應(yīng)渦流。也就是說，驅(qū)動(dòng)器17的側(cè)面可面向并且接觸零件100的局部區(qū)域而不是其底面。此外，圖5中的拾取傳感器18與驅(qū)動(dòng)器17相鄰，并且設(shè)置在局部區(qū)域附近，使其軸與驅(qū)動(dòng)器17的軸垂直。對(duì)于其它布置，可設(shè)置拾取傳感器18，使其側(cè)面面向零件100，并且其軸與零件 100的軸平行?？稍O(shè)置驅(qū)動(dòng)器17，使其軸與拾取傳感器18的軸垂直。另外，可以提供或者不提供磁芯(一個(gè)或多個(gè))。在非限制性示例中，驅(qū)動(dòng)器和/或拾取傳感器可具有橢圓形狀。面向零件的驅(qū)動(dòng)器和拾取傳感器的表層可按照零件的形狀來成形，以便實(shí)現(xiàn)它們之間的更好耦合。圖6是渦流12和零件100的示例布置的示意截面圖。對(duì)于所示布置，渦流探頭12 面向零件100的局部區(qū)域(未加標(biāo)記)，并且包括驅(qū)動(dòng)器17和一對(duì)拾取傳感器18。驅(qū)動(dòng)器17圍繞穿過設(shè)置的拾取傳感器對(duì)18延伸，并且拾取傳感器對(duì)18包括上拾取傳感器20以及設(shè)置在上拾取傳感器20下面的下拾取傳感器21。在一個(gè)非限制性示例中， 驅(qū)動(dòng)器17和下拾取傳感器21的底面可位于面向零件100的局部區(qū)域的相同平面中。一對(duì)磁芯23可分別穿過并且圍繞上拾取傳感器和下拾取傳感器20、21的周邊來設(shè)置。另外，磁屏蔽22可設(shè)置在驅(qū)動(dòng)器17與拾取傳感器18之間并且將其分隔，以便會(huì)聚拾取傳感器20、 21的磁通量，并且避免來自驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器20、21的信號(hào)的交互干擾。在非限制性示例中，驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器對(duì)18可具有圓筒空心形狀。備選地，驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器18可具有其它形狀，以便基于不同應(yīng)用來與零件100合作。相應(yīng)地，在操作期間，驅(qū)動(dòng)器17從函數(shù)發(fā)生器或脈沖發(fā)生器11 (圖1-2所示)來接收具有不同頻率的多個(gè)激勵(lì)信號(hào)，以便在零件100中感應(yīng)渦流。下拾取傳感器21感測(cè)渦流，并且將一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)信號(hào)輸出到處理器13中。同時(shí)，上拾取傳感器21感測(cè)周圍環(huán)境中的渦流和噪聲信號(hào)，并且將信號(hào)輸出到處理器13中。處理器13分析來自上拾取傳感器和下拾取傳感器20、21的信號(hào)，以便提高零件100的局部區(qū)域的表面硬化深度的測(cè)量精度。圖7是按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的渦流探頭12和零件100的示例布置的示意截面圖。對(duì)于所示布置，渦流探頭12包括上部件22以及設(shè)置在上部分22下面的下部件 23。上部件22包括上驅(qū)動(dòng)器M和上拾取傳感器25。下部件23包括下驅(qū)動(dòng)器沈和下拾取傳感器27。下驅(qū)動(dòng)器和上驅(qū)動(dòng)器分別圍繞下拾取傳感器和上拾取傳感器延伸。在一些示例中，可以分別通過下和上拾取傳感器并且圍繞上驅(qū)動(dòng)器和下驅(qū)動(dòng)器的周邊來設(shè)置兩個(gè)磁芯觀，或者不這樣設(shè)置。此外，可提供磁屏蔽四以包圍上部件和下部件 22、23。在某些應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)器和拾取傳感器可具有圓筒空心形狀或其它形狀。備選地，在某些示例中，標(biāo)號(hào)M和沈可指示拾取傳感器，而標(biāo)號(hào)25和27可指示驅(qū)動(dòng)器。圖8示出使用用于檢驗(yàn)一組樣本(未示出)的MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)(圖1所示)所得到的示例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如圖8所示，為了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的取回，圖7所示的示例渦流探頭12可設(shè)置在MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)中。在一個(gè)示例中，驅(qū)動(dòng)器對(duì)和沈的外徑為16mm。該組樣本具有預(yù)定的相應(yīng)表面硬化濃度，例如1mm、2mm、3mm、4mm、5mm和6mm。將120Hz激勵(lì)信號(hào)輸入到渦流探頭12中，以便對(duì)同一組樣本來執(zhí)行四個(gè)測(cè)量(如圖8中經(jīng)由運(yùn)行(rim) 1-4指示的)，以使得取回示例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)于示例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從四個(gè)測(cè)量所取回的曲線具有相似曲率，使得四個(gè)測(cè)量是可重復(fù)的，因而指示預(yù)定表面硬化深度值與從MFEC系統(tǒng)所取回的相應(yīng)測(cè)量表面硬化深度值之間的穩(wěn)定相關(guān)性。從相同樣本所取回的相應(yīng)測(cè)量值之間的變化小于從具有不同表面硬化深度的樣本所取回的測(cè)量值之間的差，因而指示因表面硬化深度變化而引起的探頭響應(yīng)信號(hào)大于因諸如探頭定位差、提離(lift off)效應(yīng)、角度以及樣本中的其它非預(yù)期差之類的噪聲因素而引起的探頭響應(yīng)信號(hào)。相應(yīng)地，數(shù)據(jù)示出用于表面硬化深度測(cè)量的MFEC系統(tǒng)的適合性。在一些示例中，可使用用于補(bǔ)償諸如提離效應(yīng)之類的噪聲因素的多頻相位分析 (MFPA)算法來分析數(shù)據(jù)。圖9示出使用用于檢驗(yàn)一組樣本(未示出)的PEC檢驗(yàn)系統(tǒng)(圖2所示)所得到的示例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如圖9所示，為了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的取回，圖4所示的示例渦流探頭12可提供在PEC檢驗(yàn)系統(tǒng)中。在一個(gè)示例中，驅(qū)動(dòng)器17和拾取傳感器18的外徑分別為20mm。該組樣本具有預(yù)定的相應(yīng)表面硬化濃度，例如1mm、2mm、3mm、4mm、5mm和6mm。與圖8所示的數(shù)據(jù)相似，將95Hz激勵(lì)信號(hào)輸入到渦流探頭12中，以便對(duì)同一組樣本來執(zhí)行四個(gè)測(cè)量(圖9中經(jīng)由運(yùn)行1-4所示)，以使得取回示例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)于示例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從四個(gè)測(cè)量所取回的曲線具有相似曲率，使得四個(gè)測(cè)量是可重復(fù)的，因而指示預(yù)定表面硬化深度值與從PEC系統(tǒng)所取回的相應(yīng)測(cè)量表面硬化深度值之間的穩(wěn)定相關(guān)性。從相同樣本所取回的相應(yīng)測(cè)量值之間的變化小于從具有不同表面硬化深度的樣本所取回的測(cè)量值之間的差，因而指示因表面硬化深度變化而引起的探頭響應(yīng)信號(hào)大于因諸如探頭定位差、提離效應(yīng)、角度以及樣本中的其它非預(yù)期差之類的噪聲因素而引起的探頭響應(yīng)信號(hào)。相應(yīng)地，數(shù)據(jù)示出用于表面硬化深度測(cè)量的PEC系統(tǒng)的適合性。在一些示例中，可使用用于補(bǔ)償諸如提離變化之類的噪聲因素的多頻相位分析(MEPA)算法來分析數(shù)據(jù)。圖10是示意示出測(cè)量零件100的表面硬化深度的流程圖。如圖10所示，在步驟 30，來自函數(shù)發(fā)生器或脈沖發(fā)生器11的具有不同頻率的多個(gè)激勵(lì)信號(hào)施加到渦流探頭12， 以便在檢驗(yàn)零件100中感應(yīng)渦流。然后，在步驟31，生成多頻響應(yīng)信號(hào)。生成多頻響應(yīng)信號(hào)所需的頻率的數(shù)量可基于待刪除的非預(yù)期噪聲特征的數(shù)量來選擇。在一個(gè)示例中，所生成的多頻響應(yīng)信號(hào)包含在多頻響應(yīng)數(shù)據(jù)集中。本文所使用的術(shù)語“多頻響應(yīng)數(shù)據(jù)集”指的是包括由于通過將多頻激勵(lì)信號(hào)施加到渦流探頭在所考慮的檢驗(yàn)零件中感應(yīng)的渦流而生成的響應(yīng)信號(hào)的整個(gè)集合的數(shù)據(jù)集。隨后，在步驟32，控制器13使用多頻相位分析來分析多頻響應(yīng)信號(hào)，以便抑制諸如提離效應(yīng)之類的噪聲因素，并且確定多個(gè)MFPA參數(shù)。多頻相位分析的其它細(xì)節(jié)例如可見于美國專利7，206，706。隨后，在步驟33，基于多頻響應(yīng)信號(hào)的多頻分析，建立傳遞函數(shù)，這能夠是本領(lǐng)域技術(shù)人員易于實(shí)現(xiàn)的。最后，在步驟34，基于傳遞函數(shù)和MFPA參數(shù)，可取回零件的表面硬化深度。雖然在典型實(shí)施例中示出了和描述了本公開，但是并無意于將其局限到所示細(xì)節(jié)，因?yàn)槟軌蜻M(jìn)行多種修改和置換，而沒有以任何方式背離本公開的精神。因此，本文所公開的本公開的其它修改和等效體是本領(lǐng)域技術(shù)人員使用不超過例行實(shí)驗(yàn)可想到的，并且所有這類修改和等效體均被認(rèn)為是貫穿所附權(quán)利要求定義的本公開的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于檢驗(yàn)零件上的表面硬化深度的多頻渦流(MEEC)檢驗(yàn)系統(tǒng)，所述MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)包括發(fā)生器，其配置成生成一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)；渦流探頭，其配置成設(shè)置在所述零件的一側(cè)并且包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器，其中所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器配置成接收所述一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)，以便在所述零件中感應(yīng)渦流，而所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器配置成檢測(cè)所述零件的局部區(qū)域中的所感應(yīng)的渦流，以便生成一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)；以及處理器，其配置成接收所述一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)供處理，以便確定所述零件的所述局部區(qū)域的表面硬化深度。
2.如權(quán)利要求1所述的MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述發(fā)生器包括函數(shù)發(fā)生器。
3.如權(quán)利要求2所述的MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述處理器包括鎖定放大器，并且其中所述函數(shù)發(fā)生器還配置成向所述鎖定放大器供給具有與所述相應(yīng)一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)相同的頻率的一個(gè)或多個(gè)參考信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述渦流探頭與所述處理器之間的放大器，以便放大所述多頻響應(yīng)信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器包括繞組，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器的每個(gè)具有圓筒形狀或矩形形狀。
6.如權(quán)利要求5所述的MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器包括一個(gè)或多個(gè)固態(tài)磁傳感器，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)固態(tài)磁傳感器包括各向異性磁阻(AMR)傳感器、巨磁阻(GMR)傳感器、隧穿磁阻(TMR)、異常磁阻(EMR)傳感器、巨磁阻抗(GMI)和霍耳傳感器中的一個(gè)或多個(gè)。
7.如權(quán)利要求5所述的MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器的每個(gè)具有圓筒形狀，其中所述零件具有圓筒形狀，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器其中之一的至少一個(gè)軸與所述零件的軸平行。
8.如權(quán)利要求1所述的MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器包括配置成直接面向所述零件的所述局部區(qū)域的至少一個(gè)相應(yīng)表層，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器的所述至少兩個(gè)相應(yīng)表層是共面的，或者它們之間具有角度。
9.如權(quán)利要求8所述的MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器的每個(gè)包括上拾取傳感器以及設(shè)置在所述上拾取傳感器下面的下拾取傳感器，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述下拾取傳感器的表層配置成直接面向所述零件的所述局部區(qū)域。
10.如權(quán)利要求9所述的MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的每個(gè)包括上驅(qū)動(dòng)器以及設(shè)置在所述上驅(qū)動(dòng)器下面的下驅(qū)動(dòng)器，并且其中所述下驅(qū)動(dòng)器和所述下拾取傳感器的表層直接面向所述零件的所述局部區(qū)域。
11.一種用于檢驗(yàn)零件的表面硬化深度的脈沖渦流(PEC)檢驗(yàn)系統(tǒng)，所述PEC檢驗(yàn)系統(tǒng)包括脈沖發(fā)生器，其配置成生成一個(gè)或多個(gè)脈沖激勵(lì)信號(hào)；渦流探頭，其配置成設(shè)置在所述零件的一側(cè)，并且包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器，其中所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器配置成接收所述一個(gè)或多個(gè)脈沖激勵(lì)信號(hào)，以便在所述零件中感應(yīng)渦流，而所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器配置成檢測(cè)所述零件的局部區(qū)域中的所感應(yīng)的渦流，以便生成一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)；以及處理器，其配置成接收所述一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)供處理，以便確定所述零件的所述局部區(qū)域的表面硬化深度。
12.如權(quán)利要求11所述的FEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其設(shè)置在所述渦流探頭與所述處理器之間，并且配置成數(shù)字化所述一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)。
13.如權(quán)利要求11所述的PEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器包括繞組，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器的每個(gè)具有圓筒形狀或矩形形狀。
14.如權(quán)利要求13所述的PEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器包括一個(gè)或多個(gè)固態(tài)磁傳感器，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)固態(tài)磁傳感器包括各向異性磁阻(AMR)傳感器、巨磁阻(GMR)傳感器、隧穿磁阻(TMR)、異常磁阻(EMR)傳感器、巨磁阻抗(GMI)和霍耳傳感器中的一個(gè)或多個(gè)。
15.如權(quán)利要求13所述的MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器的每個(gè)具有圓筒形狀，其中所述零件具有圓筒形狀，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器其中之一的至少一個(gè)軸與所述零件的軸平行。
16.如權(quán)利要求11所述的PEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器包括配置成直接面向所述零件的所述局部區(qū)域的至少一個(gè)相應(yīng)表層，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器的所述至少兩個(gè)相應(yīng)表層是共面的，或者它們之間具有角度。
17.如權(quán)利要求16所述的PEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器的每個(gè)包括上拾取傳感器以及設(shè)置在所述上拾取傳感器下面的下拾取傳感器，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和所述下拾取傳感器的表層直接面向所述零件的所述局部區(qū)域。
18.如權(quán)利要求17所述的PEC檢驗(yàn)系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的每個(gè)包括上驅(qū)動(dòng)器以及設(shè)置在所述上驅(qū)動(dòng)器下面的下驅(qū)動(dòng)器，并且其中所述下驅(qū)動(dòng)器和所述下拾取傳感器的表層直接面向所述零件的所述局部區(qū)域。
19.一種用于檢驗(yàn)零件上的表面硬化深度的方法，所述方法包括生成一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)或者一個(gè)或多個(gè)脈沖激勵(lì)信號(hào)；提供渦流探頭，所述渦流探頭配置成設(shè)置在所述零件的一側(cè)，以便接收所述一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)或者所述一個(gè)或多個(gè)脈沖激勵(lì)信號(hào)，并且輸出一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)， 其中所述渦流探頭包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器，其中所述一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器配置成接收所述一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)，以便在所述零件中感應(yīng)渦流，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器配置成檢測(cè)所述零件的局部區(qū)域中的所感應(yīng)的渦流，以便生成所述一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)；以及處理所述一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)，以便確定所述零件的所述局部區(qū)域的所述表面硬化深度。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)使用函數(shù)發(fā)生器來生成，其中所述一個(gè)或多個(gè)脈沖激勵(lì)信號(hào)使用脈沖發(fā)生器來生成，并且其中當(dāng)提供所述函數(shù)發(fā)生器時(shí)，提供鎖定放大器以處理所述一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)使用多頻分析算法來處理，以便確定所述零件的所述局部區(qū)域上的所述表面硬化深度。
全文摘要
提供一種多頻渦流(MFEC)檢驗(yàn)系統(tǒng)用于檢驗(yàn)零件上的表面硬化深度。MFEC檢驗(yàn)系統(tǒng)包括發(fā)生器，其配置成生成一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)；以及渦流探頭，其配置成設(shè)置在零件的一側(cè)。渦流探頭包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器。一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器配置成接收一個(gè)或多個(gè)多頻激勵(lì)信號(hào)，以便在零件中感應(yīng)渦流。一個(gè)或多個(gè)拾取傳感器配置成檢測(cè)零件的局部區(qū)域中的感應(yīng)的渦流，以便生成一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)。MFEC系統(tǒng)還包括處理器，處理器配置成接收一個(gè)或多個(gè)多頻響應(yīng)信號(hào)供處理，以便確定零件的局部區(qū)域的表面硬化深度。還提供脈沖渦流檢驗(yàn)系統(tǒng)和渦流檢驗(yàn)方法。
文檔編號(hào)G01B7/06GK102549375SQ201080042902
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日
發(fā)明者A·C·謝拉-瓦德, C·王, H·孫, S·C·納思, Y·A·普羅特尼科夫 申請(qǐng)人:通用電氣公司