本科畢業(yè)設(shè)計 （論文） 汽車沖壓覆蓋件質(zhì)量檢測 系 別 機電工程系 專業(yè) 班級 機械工程及自動化 1 班 學(xué)生姓名 周劍楠 指導(dǎo)教師 王輝 提交日期 2010 年 6 月 18 日 2 華 南 理 工 大 學(xué) 廣 州 汽 車 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論文） 任 務(wù) 書 茲發(fā)給 06 級機械工程及自動化 1 班學(xué)生 周劍楠 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書，內(nèi)容如下： 文）題目： 汽車沖壓覆蓋件質(zhì)量檢測 （ 1） 了解汽車沖壓覆蓋件 工藝過程和工藝過程的質(zhì)量要求 （ 2） 對常用質(zhì)量檢測技術(shù)進行分析，選取合理的檢測技術(shù) （ 3） 完成某 覆蓋件的檢測設(shè)計，確定質(zhì)量檢測方案 （ 4） 檢測設(shè)計中，選定質(zhì)量檢測設(shè)備 （ 1） 姚貴升 ,景立媛 M械工業(yè)出版社， 2007 （ 2） 劉貴民，無損檢測技術(shù) M2006 （ 3） 吳平川 ,等 J000， 22（ 7） （ 4） 李申 J2001,(6) （ 5） 鮑文華 J2004（ 8） （ 6） 劉鎮(zhèn)清 J1999， 21（ 9） 文）任務(wù)書于 2010 年 1 月 25 日發(fā)出，應(yīng)于 2010 年 5 月 30 日前完成，然后提交畢業(yè)考試委員會進行答辯。 專業(yè)教研組（系）負責(zé)人 審核 年 月 日 指導(dǎo)教師 （導(dǎo)師組） 簽發(fā) 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）評語： 課題結(jié)合自身實際的工作情況，開展了汽車的覆蓋件在沖壓工藝過程的質(zhì)量檢測方案設(shè)計工作。論文分析了目前開展的人工質(zhì)量檢測的技術(shù)能力、不足等，并在此提出上，提出了結(jié)合人工檢測和儀器表面檢測、儀器內(nèi)部檢測為一體的零件沖壓工藝過程質(zhì)量檢測的方案。實現(xiàn)了多層次質(zhì)量檢測，能在較高程度上發(fā)現(xiàn)汽車覆蓋件坯板和沖壓成品的各類質(zhì)量問題。 論文研究內(nèi)容具體，結(jié)構(gòu)合 理，分析設(shè)計較嚴密。課題研究工作與實際工作結(jié)合的較為密切，能夠?qū)嶋H工作有較好的參考價值。 論文已達到本科畢業(yè)論文水平。 畢業(yè)設(shè)計（論文）總評成績： 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯 小組 負責(zé)人簽字： 年 月 日 摘 要 I 摘 要 汽車覆蓋件是質(zhì)量要求最嚴格的汽車沖壓件，鑒于此其質(zhì)量檢測應(yīng)得到人們高度重視。但縱觀現(xiàn)代汽車業(yè)的發(fā)展狀況，因汽車覆蓋件質(zhì)量問題而產(chǎn)生的經(jīng)濟損失較為嚴重。本文意在通過對汽車覆蓋件的加工工藝及質(zhì)量要求的分析研究，及對 汽車覆蓋件工藝過程的常用質(zhì)量檢測技術(shù)的比較，并結(jié)合個人的社會實踐經(jīng)驗，從而得出發(fā)動機蓋工藝過程的質(zhì)量檢測方案。 該方案包括人工表面檢測，表面無損探傷和內(nèi)部無損探傷。 關(guān)鍵詞： 沖壓，覆蓋件，質(zhì)量 檢測方案 I he is of of is we to of of of is to of of of s of at of 目 錄 目 錄 摘要 第一章 緒論 1 課題研究背景 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)象 1 課題研究目標 和課題意義 2 第二章 汽車覆蓋件的加工工藝及質(zhì)量要求 4 汽車覆蓋件的工藝過程概述 4 汽車覆蓋件工藝過程的質(zhì)量要求 4 面質(zhì)量要求 4 部質(zhì)量要求 6 本章小結(jié) 7 第三章 汽車覆蓋件工藝過程的常用質(zhì)量檢測技術(shù) 8 人工檢測 8 常用的無損探傷技術(shù) 9 陣 描檢測技術(shù) 9 聲蘭姆波檢測 11 聲縱波噴水檢測技術(shù) 13 磁檢測技術(shù) 14 工業(yè)常用檢測技術(shù)的對比分析與總結(jié) 15 本章小結(jié) 16 第四章 汽車發(fā)動機蓋的工藝過程及質(zhì)量檢測 17 工藝過程的概述 17 工藝過程的質(zhì)量要求 17 料線上的表面質(zhì)量要求 17 壓線上的內(nèi)部和表面質(zhì)量要求 17 工藝過程檢測要求 18 目 錄 料線的表面檢測要求 18 壓線的內(nèi)部檢測要求和表面檢測要求 18 工藝過程質(zhì)量檢測的方 案設(shè)計 18 料線的檢測方案 18 壓線的檢測方案 20 本章小結(jié) 22 結(jié) 束 語 23 參考文獻 24 致 謝 25 1 第一章 緒論 題研究的背景 汽車的覆蓋件都是質(zhì)量要求最嚴格的 汽車 沖壓件，這類零件不允許沖壓后進行 較大的 修整， 而且 在表面噴涂后不能出現(xiàn)任何缺陷和不足 。 實際生產(chǎn)中， 每年都有大量不良沖壓覆蓋件流到后工序 ，導(dǎo)致機械產(chǎn)品總體質(zhì)量水平下降和嚴重的經(jīng)濟損失。 覆蓋件坯板 常常由于卷材在吊運、海運、陸運時的碰撞、摩擦和淋雨，倉儲時受潮，落料時灰塵污染，落料線清洗機清洗油不純等原因 ，導(dǎo)致坯板表面出現(xiàn)了 夾雜、麻點、銹斑、壓痕、壓印 等缺陷 ， 這些缺陷 影響了 坯板 外觀 和成形性能，更重要的是降低了抗腐蝕性、抗磨性、疲勞極限等使用性能 ;而由于不能及時發(fā)現(xiàn) 坯板 存在的 缺陷，造成沖壓 產(chǎn)品的報廢，浪費材料增加了成本且生產(chǎn)效率也受到較大影響。因此，對沖壓件 坯板 在 落料 線 上 檢測己就變得至關(guān)重要了。在實際生產(chǎn)過程中，對于坯板表面 的檢測，本人所在單位落料線采用目視觀察和油石打磨 。實踐證明，由于檢測精度和檢測速度等方面的限制，目前這些檢測方法很難勝任沖壓件 坯板的在線 檢測。 眾所周知， 金屬薄板的生產(chǎn)工藝決定了其內(nèi)部最易存在的缺陷類型為平行于材料表面的分層性缺陷 。由于分層 嚴重 影響板材的強度 ，沖壓成品焊接時若 板材受到垂直于表面的拉應(yīng) 力 ， 分層會在 焊接過程中被撕裂 。目前，本人所在單位沖壓線的檢測方法也是目視檢測和油石打磨，粗糙的檢測帶來的結(jié)果是在實際生產(chǎn)中常常出現(xiàn)因分層而報廢的現(xiàn)象， 所以必須在沖壓線上對沖壓前的坯板進行內(nèi)部探傷。 隨著無損探傷技術(shù) 的深入發(fā)展，超聲蘭姆波檢測、超聲噴水檢測、線陣 磁檢測、渦流檢測等技術(shù)變得越來越成熟。 本 文 旨在通過開展對 落料線上坯板 質(zhì)量檢測 和沖壓線上沖壓件質(zhì)量檢測 的研究， 作出合理的檢測方案， 實現(xiàn)對 汽車沖壓覆蓋件 質(zhì)量管理，提高 沖壓覆蓋件 的質(zhì)量 和生產(chǎn)效率。 內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 無損探傷技術(shù)在汽車用薄板上的應(yīng)用是近十年國內(nèi)外工業(yè)界的一個熱點，其發(fā)展也是日新月異。 在日本，超聲探傷裝置已廣泛使用（表 1999年 ,日本 系統(tǒng)引入到福山廠 2號連續(xù)熱浸鍍鋅生產(chǎn)線上，用于改善汽車外板用鍍鋅板的質(zhì)量 1 。 2002年，日本 測裝置采用了一種兩極分化光源和三個攝像儀，可識別鋼帶表面的反射 光，記錄圖像數(shù)據(jù)，進而識別這種反射光。該裝置可 100地檢測出鋼帶表面的細小裂紋，并自汽車沖壓覆蓋件質(zhì)量檢測 2 表 本汽車用薄板超聲波探傷裝置 動標記。 2000年， 法國原子能委員會 )在國際無損探傷技術(shù)交流活動中，展示了新開發(fā)的“ 統(tǒng)，其主要特征是通過工作臺利用超聲波的收集掃描分析資料，可連續(xù) 350Ko/ 而且排除了汽車用薄板材料微粒發(fā)出的噪聲，大大提高了信號與噪聲的比例，能進行各種深度下的無損探傷。 在國內(nèi)工業(yè)界，無損探傷技術(shù)在薄板上的應(yīng)用也逐漸受到人們的重視。 1999 年寶鋼成立了表面檢測項目組，先后開發(fā)出了帶 鋼表面質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)、高速帶鋼多功能檢測系統(tǒng)和針孔檢測系統(tǒng)。 寶鋼帶鋼表面質(zhì)量在線檢測系統(tǒng) 對高速運行的帶鋼實施非接觸實時在線表面缺陷檢測并進行智能分類，是國內(nèi)第一套自主研發(fā)并投入生產(chǎn)使用的冷軋帶鋼表面檢測系統(tǒng)。 寶鋼高速帶鋼多功能在線檢測系統(tǒng) 是寶鋼自主開發(fā)的適用于軋機出口高溫、高濕、污染、震動等惡劣生產(chǎn)環(huán)境的視覺檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)在速度高達 1800m/生產(chǎn)線上，對直徑大于 1孔洞，開口深度大于 2邊裂的檢測精度達到 100%，同時對帶鋼 表面常見缺陷 在線 檢出率達到 99%，缺陷分類準確率達到 80%以上 。 寶鋼針孔檢測系統(tǒng) 主要用于檢測冷軋薄板表面的微小缺陷，系統(tǒng)對直徑大于等于 15m 的針孔的檢出率達到 99%以上，邊緣盲區(qū)小于等于 1 序號 廠名 型式 探速 / m 處理能力 / 塊 1月 投產(chǎn)時間 /年 制造廠 處理鋼板尺寸 / 名古屋 脈沖反射 60 25000 2001 三 菱 電機 6 550 2500 c 2 福山 脈沖反射 60 20000 2001 帝 國 通信 6 550 2000 c 3 加古川 脈沖反射 50 12000 2002 東 京 計器 6 550 2200 c 4 君津 脈沖反射 55 60 30300 2005 三 菱 電機 6 480 2500 c 5 鹿島 脈沖反射 60 34000 2006 三 菱 電機 6 500 2500 c 無損探傷技術(shù)在汽車用薄板上的應(yīng)用越來越廣泛，但還有許多汽車制造企業(yè)還沒有利用這一先進的技術(shù)。本人所在單位里， 汽車沖壓覆蓋件的質(zhì)量檢測技術(shù)不夠完善，因此來探索和研究本課題。 題研究目標和課題意義 近兩年單位分別出現(xiàn)了汽車覆蓋件落料線不良 沖壓線 第一章 緒 論 3 裝配線 從以上不良數(shù)據(jù)可以看出，不良率到下一工序有增加的現(xiàn)象。對覆蓋件鋼板的常見缺陷作出分析，發(fā)現(xiàn)檢測技術(shù)的不完善是造成不良率上升現(xiàn)象的原因。本文 對人工檢測的檢測范圍作詳細分析，并 對常用工業(yè)無損檢測技術(shù)的原理、發(fā)展、特點、應(yīng)用范圍等進行對比分析，找 出 最合理最能滿足質(zhì)量要求的檢測技術(shù)， 實現(xiàn) 多層次 質(zhì)量檢測的方法，能夠在較高程度上發(fā)現(xiàn)汽車覆蓋件坯板和沖壓成品的各類質(zhì)量問題。同時，設(shè)計出發(fā)動機蓋工藝 過程 的質(zhì)量檢測方案，提高發(fā)動機蓋檢測的準確性和全面性。 4 第二章 汽車覆蓋件的加工工藝及質(zhì)量要求 車覆蓋件的工藝過程概述 汽車覆蓋件的加工過程大致如下：卷材 落料 堆垛 運輸 （沖壓線）倉儲 清洗 沖 壓成型。 在落料過程中， 由起重機將卷料放上卷料備料臺，然后裝載到上料小車上，上料小車運行到開卷機，上料小車回位后，完成卷料與整線的對中，穿帶結(jié)束后，料帶經(jīng)過四輥式送料機組進行料頭剪切，進入清洗機進行料帶的清洗；經(jīng)過清洗后的料帶進入校平機組；被校平后的板料進入地坑，形成一個緩沖帶（補償環(huán)），以補償卷材在開卷校平部分連續(xù)運行和進入落料切斷沖模時的間歇動作的速度差。在地坑的一側(cè)，裝有光電反射器，當卷材下落到地坑時，反射器給出信號使驅(qū)動開卷裝置的電機停止工作，卷材進給中斷；經(jīng)過幾次落料切斷后，地坑中的卷材逐步上升到 一定程度，光電反射器發(fā)出信號，使驅(qū)動開卷裝置的電動機起動，恢復(fù)卷材進給，開卷校平；從地坑上來的板料進入落料壓力機進給的裝置；落料壓機落料及堆垛 。 在沖壓成形過程中，鋼板的成型都是借助模具對薄板施加外力所引起的結(jié)果。一定力的作用方式和大小，都對應(yīng)著一定的變形。不論采用什么樣的成形方式，沖壓成形件所要求的幾何形狀，都是通過鋼板在沖壓成形過程中的塑性變形來完成的。根據(jù)沖壓成形過程中鋼板變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變的不同，可將零件變形劃分為拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等多種成形方式 2 。 汽車覆蓋件工藝過程的質(zhì)量要求 由于不能及時發(fā)現(xiàn) 坯板表面 存在的 缺陷，造成沖壓 產(chǎn)品的報廢，浪費材料增加了成本且生產(chǎn)效率也受到較大影響 ，所以落料線上的質(zhì)量檢測是最重要的，必須對坯板進行表面檢測。分層缺陷是薄板最危險的缺陷，生產(chǎn)現(xiàn)場必須對坯板進行內(nèi)部探傷。經(jīng)過檢測合格的坯板進行沖壓成型，因表面缺陷引起不良而報廢時有發(fā)生。因此，對沖壓成品的檢測我們也需要進行表面的探傷。 面質(zhì)量要求 覆蓋件坯板的表面質(zhì)量要求與沖壓成品表面要求相似，坯板需要 無劃傷、 無麻點、無壓印、無壓痕、無銹斑、無夾雜等；沖壓成品需要無劃傷、表面光潔、無壓痕、無夾雜、無銹斑、無麻點等。 第二章 汽車覆蓋件的加工工藝及質(zhì)量要求 5 圖 劃傷 （ 1）劃傷 劃傷是最常見的表面缺陷（圖 劃痕起著缺口的作用，變形時引起應(yīng)力集中，因而導(dǎo)致零件沖壓開裂，劃痕越深，缺口作用越明顯；劃痕越長，缺口作用的區(qū)域就越大，即使是微細的劃痕，也可能成為零件沖壓開裂并迅速向金屬內(nèi)部滲透裂紋的起始點，同時又有可能成為零件疲勞斷裂的潛伏 因素。 實踐證明，零件沖壓成形時，如果鋼板表面存在著劃痕，并處于零件變形部位，包括拉延和彎曲變形的部位時，勢必沿著劃痕開裂。劃痕有多長，零件就有多長，甚至沿著劃痕處向表面無劃痕處擴展。劃痕越深，零件的裂 口就越大，實為零件沖壓開裂的一個原因 。 （ 2） 表面臟污 覆蓋件沖壓成品表面的光潔度是指覆蓋件沖壓成品表面受污染的程度（圖 表面的殘留物會降低外耐腐蝕性同時會給表面磷化帶來影響，進而影響車身漆膜的附著力。 （ 3）麻點 圖 麻點缺陷的表面 低倍形貌 “麻點”（圖 3 的產(chǎn)生是由于鋼和 雜質(zhì)的塑性不同，在沖壓或通過夾送輥 時雜質(zhì)被軋入鋼板表面的細小顆粒，結(jié)果鋼板表面呈現(xiàn)滿布的“麻點” 。 “麻點”以獨特的形狀并具有促使污垢聚集的作用，使鋼板表面質(zhì)量惡化，對于要求具有良好表面質(zhì)量的汽車覆蓋件是很不利的。 圖 壓痕 （ 4）壓痕 覆蓋件表面壓痕（圖 運輸時碰撞造成的缺陷，壓痕的出現(xiàn)大大影響了覆圖 表面臟污 汽車沖壓覆蓋件質(zhì)量檢測 6 蓋件的外觀，對于外觀要求嚴格的覆蓋件，這是不允許的。 （ 5）壓印 由于輥面受損或有異物黏結(jié)導(dǎo)致在鋼板上周期性地出現(xiàn)壓?。▓D 其形 狀，大小基本相同。其周期 (L)與輥子直徑 (D)的關(guān)系為 :L=D（ 為延伸系數(shù)）。壓印也是嚴重影響覆蓋件外觀的因素之一，必須杜絕其出現(xiàn) 4 。 （ 6）銹斑 倉儲時濕度大、卷材包裝損壞、長期在庫等都是鋼板生銹的原因。銹斑 （圖 會降低覆蓋件表面噴涂時油漆的附著力或者磷化處理的質(zhì)量。同時，鋼板表面的銹斑增大了焊接時的電阻，容易引起焊點燒穿或焊接不牢，直接影響焊接質(zhì)量 。 部質(zhì)量要求 金屬薄板的內(nèi)部缺陷主要是分層（圖 薄板中的分層由于板材中的縮孔殘余、開口氣泡和夾雜物等在軋制過程中被軋扁而形成。當薄板受到垂直于表面的 拉應(yīng)力時，分層會嚴重影響薄板的強度，如圖 若焊接坡口處有分層存在，它會促使焊縫產(chǎn)生缺陷。如果焊接應(yīng)力與分層的平面垂直，即使分層并不在坡口處開口，也會在焊接過程中被撕裂 5 。因此，覆蓋件坯板要求無分層缺陷。 圖 分層 圖 金屬薄板中分層缺陷 圖 壓印 圖 銹斑 第二章 汽車覆蓋件的加工工藝及質(zhì)量要求 7 章小結(jié) 本章介紹了覆蓋件加工過程，大致如下 ：卷材 落料 堆垛 運輸 （沖壓線）倉儲 清洗 沖壓成型。 并對覆蓋件的質(zhì)量要求作出分析，確定了最終的質(zhì)量要求。 8 表 人工 檢測的檢測范圍 第三章 汽車覆蓋件 工藝 過程的常用質(zhì)量檢測技術(shù) 工檢測 人工檢測，即利用肉 眼觀察，油石打磨觀察。這種人工檢測方法的檢測范圍如 示。 檢測對象 檢測范圍 不良缺陷圖片 卷材 撞傷、銹斑 圖 料線上的坯板 劃傷、麻點、壓印、壓痕、銹斑等 圖 壓線上的坯板 外周撞傷、銹斑 圖 壓成品 劃傷、麻點、壓印、壓痕、銹斑、表面臟污 圖 板撞傷 圖 板銹斑 表 ，對落料線上坯板的檢測雖能檢測出常見表面缺陷，但人工檢測具有以下突出的弊端，即抽檢率低，不能 100% 反映坯板表面質(zhì)量；實時性差，遠不能滿足圖 卷材撞傷 圖 卷材銹斑 第三章 汽車覆蓋件工藝過程的常用質(zhì)量檢測技術(shù) 9 在線高速的生產(chǎn)節(jié)奏。此外，人工檢測不能發(fā)現(xiàn)坯板的分層缺陷。這樣，我們必須想出更好的方法去完善質(zhì)量管理工作。 用的無損探傷技術(shù) 從檢測技術(shù)的觀點看，無損探傷有如下一些特點 : （ 1）檢測對象形式多樣，從連鑄板坯到各種型號的冷、熱軋帶鋼和各種機械零 件， 因此檢測機理具有多樣性。 （ 2）表面缺陷的種類隨著加工工序的延仲呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，而 且 不同缺陷 類別之間的光學(xué)、幾何和電磁等特性參數(shù)各異，增加了檢測的難度。 （ 3）針對大量微細的缺陷，要求檢測系統(tǒng)的分辨力和靈敏度高，高速的生產(chǎn)節(jié) 奏決定了檢測系統(tǒng)的高實時性的特點。 因此，對檢測坯板的表面缺陷和內(nèi)部缺陷的無損檢測技術(shù)提出了很高的要求。下面介紹幾種常用的無損探傷技術(shù)：它們能進行坯板表面和內(nèi)部的在線檢測，與人工檢測相比有了較大的提高。 陣 描檢測技術(shù) （ 1） 線陣 描檢測原理 固體 攝像器件 測原理 6 （如圖 是用特殊光源以一定方向照射到鋼板表面上， 像機在帶鋼上掃描成像，掃描所得的圖像信號經(jīng)過圖像采集卡輸入計算機，通過圖像預(yù)處理、二值化、確定檢測區(qū)域等處理方法后得到鋼板表面缺陷的二值圖像，提取二值圖像中的幾何特征參數(shù)，然后再進行圖像識別 7 ，判斷出是否存在缺陷 。 圖 線陣 描檢測系統(tǒng)原理圖 汽車沖壓覆蓋件質(zhì)量檢測 10 （ 2） 視覺檢測技術(shù)的發(fā)展 隨著本世紀 60 年代激光技術(shù)、 術(shù)的相繼問世和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，機器視覺技術(shù)應(yīng)運而生，并迅速在工業(yè)無損檢測領(lǐng)域推廣普及，有效拓展了無損檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍。機器視覺技術(shù)應(yīng)用于鋼板表面缺陷在線檢測的機理是絕大多數(shù)表面缺陷的光學(xué)特性之間存在著明顯差異。 70 年代中期日本川崎公司開始研制鍍錫板在線檢測裝置，先后采用了斜交激光掃描系統(tǒng)和平行激光掃描系統(tǒng)進行鋼板表面缺陷檢測，并針對特定缺陷 (如周期性缺陷 )的信號 處理問題采用了自相關(guān)技術(shù)和 析方法。 1988 年美國 電了公司研制成功平行激光掃描檢測裝置，檢測原理如圖 示，低功率 光器發(fā)出的激光經(jīng)過反射鏡投射到一個高精度的多面體棱鏡表面，通過多面體棱鏡的旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生垂直于帶鋼運動方向的橫向掃描。光線經(jīng)多面體棱鏡反射后通過遠心光路系統(tǒng)投射到帶鋼表面，帶鋼表面反射和散射的光線被光接收裝置接收并由光電倍增器完成光電轉(zhuǎn)換后，傳輸至后級計算機系統(tǒng)，完成圖象信號處理和缺陷識別任務(wù)。 統(tǒng)可檢出 40 多種表面缺陷。 圖 光掃描檢測原理 在美國能源部的資助下， 司于 1983 年開發(fā)出采用線陣 件的連鑄板坯表面在線檢測裝置。通過增加 片的有效象元數(shù)和提高其幀轉(zhuǎn)移速率，并采用先進的數(shù)字圖象處理部件，該裝置能可靠地檢出針孔等微細的表面缺陷。 1986年， 司和 司在美國 鋼鐵隴會 (資助下，分別研制出各自的帶鋼表面缺陷在線檢測系統(tǒng)，其中 統(tǒng)在最高帶速和最大帶寬下可提供 縱、橫向缺陷分辨力。此外，為滿 足軋制帶鋼表面在線檢測中高速數(shù)據(jù)處理的需求，意大利和美國 的多家公司都相繼研制出專用的計算機處理系統(tǒng)。 90 年代以來，進一步完善和提高機器視覺檢測系統(tǒng)的自動化功能 (缺陷 第三章 汽車覆蓋件工藝過程的常用質(zhì)量檢測技術(shù) 11 自動分類等 )及實用化水平己成為研究熱點，其中前者的應(yīng)用研究最多 8 。 視 覺檢測技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，技術(shù)正逐步成熟，功能不斷完善。 （ 3） 線陣 描檢測的特點及檢測范圍 線陣 測系統(tǒng)通常由 明暗域結(jié)合成像光學(xué)系統(tǒng)、高速高分辨率線陣 入式處理系統(tǒng)和缺陷自動分類子系統(tǒng)等組成 。 系統(tǒng)能對鋼板表面的麻點、夾雜、壓印、劃傷和壓痕等常見缺陷進行無損檢測 ,并基于 策理論 ,實現(xiàn)缺陷的自動分類功能 9 。 這類系統(tǒng)在實驗室檢測指標一般為 :寬度最大為 1800 運行速度不大于 1.5 m/ s ,振動幅度小于 1 橫縱向檢測分辨率為 0.8 0.8 尺寸檢測誤差不大于 1 （ 4）線陣 描檢測技術(shù)總結(jié) 線陣 描檢測是一項世界先進的表面檢測無損檢測技術(shù)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，技術(shù)成熟。能檢測出麻點、夾雜、壓印、壓痕和劃傷等常見表面缺陷， 橫縱向檢測分辨率達到 尺寸檢測誤差不大于 1以說，線陣 描檢測是一種全面、準確、高效的表面檢測技術(shù)。 聲蘭姆波檢測 （ 1） 超聲蘭姆波檢測原 理 蘭姆波 10 又稱板波，是超聲縱波傾斜入射到薄板中引起共振而形成的波。推導(dǎo)出 （ 1） 式中 透聲材料中縱波的入射角 圖 姆波波型的產(chǎn)生與換能器入射角度關(guān)系 透聲材料中縱波的波速 薄板中蘭姆波的相速度 蘭姆波分為對稱型 (和非對稱 型 (兩種 (圖 其產(chǎn)生和傳播的速度是與檢測對象的介質(zhì)性質(zhì)、波的頻率 f 及薄板的厚度 d 的乘積 f d 相關(guān)的。其相關(guān)的波動方程如下 12 圖 相速度、蘭姆波模式與 f 2222)(4)ta n()ta n(（ 2） (3) （ 2222 2222 2 2 式中板中橫波的波速。 從公式 (1) (3)可以看出，在入射角不變或f 適用的范圍和產(chǎn)生的蘭姆波的模式是不同的，其相速度與 f 此需要通過試 驗來選取最佳的檢測模式。 薄板的檢測主要采用脈沖反射法 11 ，使用一 個探頭兼作發(fā)射和接收探頭。換能器 (探頭 )發(fā)出的超聲波在板中激發(fā)的板波在傳播過程中遇到缺陷或端面而產(chǎn)生反射波，被傳 感器接收后在示波屏上顯示出缺陷波和底波的位置和幅度 。 （ 2） 超聲蘭姆波探傷發(fā)展概況 蘭姆波的發(fā)現(xiàn)是在 1917年， 英國力學(xué)家 H得到了一種特殊的波動解， 后 人 把這種波動命名為蘭姆波以紀念它的發(fā)現(xiàn)者。 40年代末 ，美國 人 人也是超聲探傷的發(fā)明者 )首先將蘭姆 波 應(yīng)用于薄板探傷。后來美國 人 本 無損檢測學(xué)會 ， 日本科學(xué)家尾上守夫，德國科學(xué) P 進行較為深 入 的研究。我國航空材料研究所李家偉等也對蘭姆 波 探傷進行了 廣泛地研究。尤其是中國科學(xué)院聲學(xué)研究所應(yīng)崇福 、張守玉和沈建中用光彈方法對蘭姆波的應(yīng)力分布， 進行了直接觀察，這是世界上首次對蘭姆波的應(yīng)力分布進行直接觀察。他們還對蘭姆波傳播與散射進行了觀察和研究 12 。 )ta n()ta n( (a) 對稱 性 （ b）非對稱性 圖 蘭姆波 圖 入射角度、相速度與 f d 的關(guān)系 第三章 汽車覆蓋件工藝過程的常用質(zhì)量檢測技術(shù) 13 （ 3）超聲蘭姆波探傷的特點及檢測范圍 超聲探傷是目前最常用的探傷方法之一 ， 超聲探傷最常用的波形是縱波和橫 波?？墒菍τ诒“?(尤其是厚度 2， 無論是橫渡探傷或是縱波探傷都很困難。第一是速度慢效率低，第二是雖然原 理上可行，但實際做起來比較困難第三是探傷的效果即缺陷反應(yīng)不夠理想。蘭姆波探傷 剛 好彌補 以 上這 些 缺 點 ， 特別適合薄板探傷。它的優(yōu)點是探傷距離遠，能達到 米，因此探傷效率高，速度快， 第二是薄板 能檢測出薄板常見的分層缺陷 13 。 （ 4）超聲蘭姆波探傷總結(jié) 從特點與應(yīng)用范圍看，蘭姆波檢測有很多優(yōu)點，如探傷距離遠、效率高、針對性強。 從發(fā)展上看，蘭姆波用于金屬薄板的無損檢測雖已有數(shù)十年的歷史，并已取得了不少進展，但還存在著許多尚未解決的問題，如分層對蘭姆波的散射機理，如何選擇最佳探傷參數(shù)，如何克服有時可能發(fā)生的分層漏檢，如何對缺陷進行定性、定量分析以及人工缺陷的選型等，這些也可能就是國外至今尚未制訂有關(guān)標準的原 因 。國內(nèi)雖已先后制訂了兩項國標和一項專業(yè)標準 ， 但并不能說明這些問題都已得到妥善解決。 超聲縱波噴水檢 測技術(shù) （ 1）超聲縱波噴水檢測原理 超聲 縱波噴水檢測 系統(tǒng)由機械傳動機 構(gòu)和水箱 ,超聲 C 掃描控制器 ,超聲波 C 掃描探傷儀以及 機系統(tǒng)四部分組成 。 在檢測時 ,數(shù)據(jù)的獲取、處理、存貯與評價都是在每一次掃描的同時由計算機在線實時進行。共有兩個信號輸入計算機進行處理 :一個是來自水箱上探頭位置的信號 ,一個是來自超聲波探傷儀的描述超聲波振幅的模擬信號。這兩信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換 ,信號數(shù)字化后輸入計算機 ,然后由掃描模式產(chǎn)生一個確定其尺寸的數(shù)據(jù)陣列 ,圖形顯示在這個區(qū)域范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)陣列里的每個點在顯示器上顯示為一個象素。圖像用 8 種 顏色顯示。這 8 種顏色也就是指定波形的振幅 ,通常用 表示。在每一次掃描結(jié)束時 ,計算機可通過軟件自動完成對每一種顏色和顯示的百分比面積的象素計數(shù)。對顯示出來的掃描圖像都可以作出相應(yīng)的解釋 ,對缺陷進行評定。 （ 2）超聲縱波噴水檢測技術(shù)的發(fā)展 超聲縱波噴水檢測是一種根據(jù)已有研究結(jié)果，開展工程化應(yīng)用的自動檢測技術(shù)。該技術(shù)通過自動編制自動檢測控制軟件，使其具有探頭和產(chǎn)品運動控制、檢測信號采集、存貯與顯示的功能，實現(xiàn)對鋼板的自動檢測。 汽車沖壓覆蓋件質(zhì)量檢測 14 （ 3）超聲縱波噴水檢測技術(shù)的特點及檢測范圍 傳統(tǒng)的超聲穿透法檢測靈 敏度低，無法準確檢測出分層缺陷。超聲縱波噴水檢測技術(shù)通過改善檢測頻率、噴水嘴直徑等檢測技術(shù)參數(shù)，提高薄板分層性缺陷的檢測靈敏度。 超聲 縱波噴水檢測是 使用計算機控制超聲換能器 (探頭 ) 位置在工件上縱橫交替搜查 ,把在探傷距離特定范圍內(nèi) (指工件內(nèi)部 ) 的反射波強度作為輝度變化并連續(xù)顯示出來 ,可以繪制出工件內(nèi)部缺陷橫截面圖形。這個橫截面 能直觀的描繪出缺陷的大小、位置。 超聲縱波噴水檢測 系統(tǒng)一般的檢測指標為 : 厚度 6寬度最大為 1800探頭掃查速度 200mm/s。 （ 4）超聲縱波噴水檢測技術(shù)總結(jié) 金屬薄 板超聲縱波脈沖噴水穿透自動檢測技術(shù) ，可有效檢測出金屬薄板中的分層性缺陷，并可擴展實現(xiàn)對厚度 6訂了具有高可靠性的金屬薄板超聲縱波脈沖噴水穿透無損檢測新方法，提高了產(chǎn)品可靠性 。 磁檢測技術(shù) （ 1） 漏磁檢測原理 漏磁檢測，其基本原理是利用磁源對被測材料進行局部磁化，材料表面出現(xiàn)裂紋或坑點等缺陷時，使局部區(qū)域的磁導(dǎo)率降低，磁阻增加，磁化場將有一部分從此區(qū)域外泄出來，形成可檢測的漏磁信號。在材料內(nèi)部的磁力線遇到由缺陷產(chǎn)生的鐵磁體間斷時。磁力線將會發(fā)生聚焦或畸變，這一畸變擴散到材料本身之外，即形成可檢測的磁場信號 14 。采用磁敏元件檢測這一漏磁場便可獲得有關(guān)缺陷信息。因此漏磁檢測就是以磁敏電子裝置與磁化設(shè)備組成檢測傳感器，將漏磁場轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柼峁┙o二次儀表。 （ 2） 漏磁檢測的發(fā)展 漏磁檢測在工業(yè)上的應(yīng)用，是自 1947年 套系統(tǒng)使原先磁粉探傷不能檢查的鋼管等內(nèi)表面和近表面缺陷檢出成為可能。 1950年， 于焊縫和管、棒體的探傷。 1957年后出現(xiàn)了大口徑管材漏磁檢測系統(tǒng) 是采用 中心導(dǎo)體通電磁化；隨后出現(xiàn)了用于 鋼板 探傷的 采用磁軛法磁化。近年，清華大學(xué)的 黃松嶺 、 趙偉 、 宋小春 研究出 大面積鋼板缺陷漏磁檢測方法 ，這種方法 能有效判斷鋼板的局部磁化飽和狀態(tài)，因此可以對漏磁探頭的磁路參數(shù)進行優(yōu)化；同時，利用由磁敏感元件錯位陣列組成的探頭來測量漏磁場，可以防止漏檢，從而提高了測量的覆蓋范圍和空間分辨率，保證了大面積鋼板表面缺陷的檢測精度 15 。 漏磁檢測的應(yīng)用范圍正不斷擴大，檢測更準確更全面 。 第三章 汽車覆蓋件工藝過程的常用質(zhì)量檢測技術(shù) 15 （ 3）漏磁檢測儀的特點及檢測范圍 常用的漏磁檢測儀 包括檢測儀主機和傳感器 16 。檢測儀主機通過電纜連接給傳感器提供所需要的電源，傳感器也通過電纜將磁信號送到主機。其中檢測儀主機由信號 放大及調(diào)節(jié)電路、傳感器消磁電路、 源及充電電路等組成。圖 圖 漏磁檢測儀硬件電路框圖 現(xiàn) 在常用的磁阻傳感器，可檢測低至幾十微高斯的磁場。這種傳感器輸出電壓小，線性度好，噪聲系數(shù)低，靈敏度高，很適合弱磁場的檢測。漏磁檢測儀有較強的可調(diào)節(jié)性能，對于不同的工件，放大倍數(shù) (增益 )要求可調(diào)節(jié)。 漏磁檢測儀對零件的表面裂紋 、麻點、夾雜 很敏感， 不僅可以發(fā)現(xiàn)與真實情況一一對應(yīng)的 缺陷 信號，而且根據(jù)儀器自身的軟件分析計算可以得出與真實情況基本一致的 缺陷 信息，如深度、寬度等。儀器的操作方法十分簡便的，儀器也適于便攜，適用于現(xiàn)場檢測；分析功能由儀器自身完成，大大減少了有操作者主觀判斷帶來的誤差。 （ 4） 漏磁檢測 技術(shù)總結(jié) 漏磁檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用于鋼鐵產(chǎn)品的無損檢測，其檢測原理是利用漏磁通密度與缺陷的體積成正比的關(guān)系，通過測量漏磁通密度從而確定缺陷的大小并對缺陷進行分類。因此，漏磁檢測技術(shù)可用于在線確定鋼板表面微小的非金屬夾雜物、裂紋、麻點。 業(yè) 常用檢測技術(shù)的對比分析與總結(jié) 為了作出精確的分析，確定最適合檢測覆蓋件的無損探傷技術(shù)，作下表（ 汽車沖壓覆蓋件質(zhì)量檢測 16 表 工業(yè)常用檢測技術(shù)的對比 經(jīng)過上表（表 析，最適合落料線與沖壓線的無損檢測技術(shù)分別為 線陣描檢測、超聲縱波噴水檢測。由于這兩種檢測技術(shù)分別適合于覆蓋件坯板的表面質(zhì)量檢測和內(nèi)部質(zhì)量檢測，所以，能夠在檢測手段上比人工檢測有較大的提升，實現(xiàn)了多層次質(zhì)量檢測。 章小結(jié) 本章給分析了人工檢測的范圍，發(fā)現(xiàn)人工檢測存在不足之處，需要找出更好的方法去完善質(zhì)量管理工作。為達到汽車覆蓋件工藝過程的質(zhì)量要求完善質(zhì)量管理工作，對工業(yè)常用檢測技術(shù)作出對比分析，最終找到了最適合落料線與沖壓線的無損探傷技術(shù)，實現(xiàn)了多層次質(zhì)量檢測。 常用技術(shù) 線陣 描檢測技術(shù) 超聲蘭姆波探傷技術(shù) 超聲縱波噴水檢測技術(shù) 漏磁檢測技術(shù) 技術(shù)的成熟度 技術(shù)正逐步成熟，功能不斷完善 已有數(shù)十年的歷史，并已取得了不少進展，但還存在著許多尚未解決的問題 是一種根據(jù)已有研究結(jié)果，開展工程化應(yīng)用的自動檢測技術(shù) 漏磁檢測的應(yīng)用范圍正不斷擴大，檢測更準確更全面 特點及檢測范圍 檢測寬度最大為 1800 薄板； 麻點、夾雜、壓印、劃傷和壓痕等常見缺陷 探傷能達到 米；能檢測出薄板常見的分層缺陷。 能 繪制 分層缺陷 橫截面圖形 ； 厚度 6度最大為 1800 鋼板 分析功能由儀器自身完成，減少主觀判斷誤差； 對表面裂紋、麻點、夾雜敏感 精度 橫縱向檢測分辨率為 0.8 0.8 尺寸檢測誤差不大于 1 存在大面積分層性缺陷漏檢 無盲區(qū)檢測 可檢測低至幾十微高斯的