本發(fā)明涉及圖像檢測領(lǐng)域，特別是一種仿齒線圈感應熱響應的齒輪裂紋內(nèi)外深度檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、齒輪是現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的機械元件，其在工業(yè)、交通、能源、航空航天等多個領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。齒輪的重要性體現(xiàn)在其動力傳遞、速度控制、扭矩轉(zhuǎn)換、精確運動控制以及系統(tǒng)集成等方面的核心功能。齒輪一般其運行或生產(chǎn)制造過程中，由于疲勞、腐蝕、磨損等因素，可能會產(chǎn)生裂紋、磨損等缺陷。這些缺陷不及時發(fā)現(xiàn)和處理，可能會導致齒輪斷裂發(fā)生失效，齒輪的失效可能導致嚴重的后果。例如航空發(fā)動機機匣內(nèi)的齒輪如果發(fā)生失效，將直接導致航空發(fā)動機停止運行，將會對人生安全造成重大隱患，或者對企業(yè)造成一定的經(jīng)濟損失。

2、齒輪定期進行無損檢測有著重要意義，其能夠及時發(fā)現(xiàn)齒輪內(nèi)部或者表面的缺陷，如裂紋、磨損等，從而能夠及時采取相應措施以避免事故的發(fā)生，并且對齒輪定期進行無損檢測還能夠提高齒輪的安全性、延長使用壽命、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減低經(jīng)濟損失等。現(xiàn)階段針對齒輪的無損檢測，主要有超聲無損檢測、電磁渦流檢測、磁粉檢測三類。

3、超聲無損檢測是通過聲耦合介質(zhì)使超聲波在導體材料中傳播從而實現(xiàn)缺陷的檢測，該種方式能夠有效檢測齒輪內(nèi)部缺陷，但是該種方式在檢測時需要預先在表面涂抹耦合介質(zhì)以及對于齒面的缺陷該方式無法進行有效的檢測。

4、電磁渦流檢測基本原理是基于法拉第電磁感應原理，通過對磁場或者線圈的阻抗變化來判定有無缺陷的存在。該方式具有較高的靈敏度、非接觸式等優(yōu)點，但對于齒輪缺陷的深度以及近表面缺陷無法有效的判定。

5、磁粉檢測是一種用于檢測鐵磁性材料表面和近表面缺陷的無損檢測技術(shù)，磁粉檢測主要優(yōu)勢在于該種方式易于掌握、可視化、成本底等，可有效檢測表面缺陷。但是其缺點也較為明顯，在檢測時需要涂抹磁粉或者磁懸液，并且對于磁場的方向強度有著一定的要求，以及較為依賴操作人員的經(jīng)驗。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開針對上述問題，提出仿齒形線圈電磁激勵熱響應的齒輪內(nèi)外表面裂紋深度的檢測方法。

2、為了解決上述技術(shù)問題中的至少一個，本公開提出仿齒線圈感應熱響應的齒輪裂紋內(nèi)外深度檢測方法，包括：

3、通過設(shè)計的仿齒形線圈對齒輪進行電磁激勵，在齒輪表面和近表面形成感應電流，然后進行溫度檢測，得到熱云圖；并根據(jù)探針點提取云圖溫度特征點；

4、根據(jù)熱云圖判斷內(nèi)外裂紋后，若為內(nèi)裂紋則進行內(nèi)裂紋隱藏深度的檢測；若為外裂紋則進行外裂紋深度的檢測；

5、將缺陷中部的云圖溫度特征點作為主要判定依據(jù)，其它云圖溫度特征點作為輔助判定，實現(xiàn)外裂紋深度的檢測；

6、通過一定范圍內(nèi)缺陷埋藏深度與齒面溫度的定量關(guān)系，實現(xiàn)內(nèi)裂紋隱藏深度的檢測。

7、進一步地，仿齒形線圈結(jié)構(gòu)包括：

8、仿齒形線圈為一個與齒輪槽各部分曲面同軸形似三角形的多段圓弧所組成的激勵線圈，仿齒形線圈頂部圓弧半徑為47mm、左右兩側(cè)半徑為18mm、底部圓弧半徑為4mm，仿齒形線圈上下高度25mm，厚度12mm，線圈導線外徑1.8mm，內(nèi)徑0.8mm，材質(zhì)為銅，匝數(shù)5匝，檢測過程中將仿齒形線圈放置在齒輪槽內(nèi)部，仿齒形線圈兩側(cè)面和底面距離齒輪槽兩側(cè)面及其底面2mm。

9、進一步地，通過設(shè)計的仿齒形線圈對齒輪進行電磁激勵包括：

10、線圈施加的電流形式為正弦交流信號，振蕩頻率最大為50khz，在線圈空載時其電流為2a，當將線圈放置在齒輪槽內(nèi)加熱時，其電流大小為6a，激勵裝置的最大加熱功率為120w。

11、進一步地，激勵裝置包括：電容、電感、mosfet、二極管、穩(wěn)壓二級管、下拉電阻、限流電阻，通過限流電阻將電流直接加載至mosfet的柵極上。

12、進一步地，仿齒形線圈結(jié)構(gòu)還包括：仿齒形線圈輔助裝置：

13、感應加熱裝置輸入電壓限制為dc5~12v電壓，通過使用輔助設(shè)備將供電電源轉(zhuǎn)換為dc5~12v電壓，仿齒形線圈輔助裝置由變壓器、二級管、電壓器、穩(wěn)壓器組成，同時還包括供電電源為dc5v自吸泵，自吸泵最大流量為1.6l/min、最大揚程為1.5m。

14、進一步地，將缺陷中部的云圖溫度特征點作為主要判定依據(jù)，其它云圖溫度特征點作為輔助判定，實現(xiàn)外裂紋深度的檢測，包括：

15、在缺陷處兩端區(qū)域以及缺陷兩側(cè)中部分別布置探針點。

16、進一步地，實現(xiàn)外裂紋深度的檢測包括：將不同深度下云圖溫度特征點提取后，采用四階多項式擬合，最終得到不同探針點處的缺陷深度與溫度表達式：

17、探針點1與探針點4位于同側(cè)，探針點2與探針點3位于同側(cè)，分別布置于缺陷的拐角點，

18、探針點5與探針點6分別位于缺陷處中部區(qū)域距缺陷邊緣0.5mm處，

19、探針點1的決定系數(shù)，擬合公式如下：

20、

21、探針點2的決定系數(shù)，擬合公式如下：

22、

23、探針點3的決定系數(shù)，擬合公式如下：

24、

25、探針點4的決定系數(shù)，擬合公式如下：

26、

27、探針點5的決定系數(shù)，擬合公式如下：

28、

29、探針點6的決定系數(shù)，擬合公式如下：

30、

31、探針點5與探針點6分別位于缺陷處中部區(qū)域距缺陷邊緣0.5mm處，式中 x為缺陷深度， y為缺陷處云圖溫度特征點；

32、將探針點5的溫度數(shù)據(jù)作為主要判定依據(jù)，其余位置的數(shù)據(jù)作為輔助。

33、進一步地，其特征在于，通過一定范圍內(nèi)缺陷埋藏深度與齒面溫度的定量關(guān)系，實現(xiàn)內(nèi)裂紋隱藏深度的檢測，包括：

34、通過熱云圖，在其溫度最高區(qū)域的中間位置布置探針點，齒輪槽其中一側(cè)齒面的中間位置設(shè)置一處缺陷即缺陷1，齒底中間位置設(shè)置一處缺陷即缺陷2。

35、進一步地，通過一定范圍內(nèi)缺陷埋藏深度與齒面溫度的定量關(guān)系，實現(xiàn)內(nèi)裂紋隱藏深度的檢測包括：

36、缺陷1處探針點的決定系數(shù)，擬合公式如下：

37、

38、缺陷2處探針點的決定系數(shù)，擬合公式如下：

39、

40、式中 h為缺陷埋藏深度， y為云圖溫度特征點。

41、此外本發(fā)明還提供一種仿齒線圈感應熱響應的齒輪裂紋內(nèi)外深度檢測系統(tǒng)，包括：

42、激勵模塊：通過設(shè)計的仿齒形線圈對齒輪進行電磁激勵，在齒輪表面和近表面形成感應電流，然后進行溫度檢測，得到熱云圖；并根據(jù)探針點提取云圖溫度特征點；

43、激勵模塊：根據(jù)熱云圖判斷內(nèi)外裂紋后，若為內(nèi)裂紋則進行內(nèi)裂紋隱藏深度的檢測；若為外裂紋則進行外裂紋深度的檢測；

44、外裂紋深度檢測模塊：將缺陷中部的云圖溫度特征點作為主要判定依據(jù)，其它云圖溫度特征點作為輔助判定，實現(xiàn)外裂紋深度的檢測；

45、內(nèi)裂紋隱藏深度檢測模塊：通過一定范圍內(nèi)缺陷埋藏深度與齒面溫度的定量關(guān)系，實現(xiàn)內(nèi)裂紋隱藏深度的檢測。

46、上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點或者有益效果：

47、（1）依據(jù)齒槽結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種針對齒輪檢測的激勵線圈，擴大了檢測的覆蓋區(qū)域，如單個齒槽的兩側(cè)齒面以及齒底、齒根區(qū)域，大大增加有效電流場面積及密度。該種線圈結(jié)構(gòu)形式，只需單次激勵后，即可進行熱云圖顯示，無需多次移動線圈進行齒面不同位置的檢測。此外，在齒輪表面和近表面形成具有曲面形狀特征的相對均勻感應電流，從而形成明顯分辨效果特點的熱圖；

48、（2）提出齒輪表面裂紋的可視化與深度的定量檢測，本方法不受操作人員經(jīng)驗的限制，可以實現(xiàn)精準的裂紋深度的定量化檢測，溫度云圖結(jié)合探針點定點溫度的檢測精度更高，利于實現(xiàn)智能化升級。

49、（3）提出齒輪內(nèi)裂紋的可視化與隱藏深度的定量檢測，本方法揭示齒輪內(nèi)缺陷與溫度響應云圖的關(guān)聯(lián)，為內(nèi)裂紋的檢測提供了一種可視化便捷方法。同時，揭示了齒輪表面不同位置處云圖溫度特征點與缺陷隱藏深度的深層規(guī)律，定量化隱藏深度的極限位置，為及時發(fā)現(xiàn)和預測隱藏故障提供了參考。

50、（4）本方法是非接觸檢測，無需與被測齒輪直接接觸，可以實現(xiàn)一次性齒輪各位置缺陷的全面的檢測，避免了對齒輪傳動件的不利破壞。此外，無需價格昂貴、結(jié)構(gòu)復雜的檢測設(shè)備，在測量精度上完全滿足故障監(jiān)測的需求。

51、本發(fā)明從多物理場耦合及共同作用的本質(zhì)入手，進一步深入理解齒輪表面溫度與齒輪缺陷的內(nèi)在聯(lián)系，挖掘出更多有效的描述齒輪缺陷的特征表征方法和參數(shù)。