一種磨損量超聲在線測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磨損量超聲在線測量裝置，尤其適用于摩擦、磨損試驗的磨損量超聲在線測量。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)前脆弱的環(huán)境承載力和粗放的資源消耗壓力下，現(xiàn)代裝備的設(shè)計和制造亟需具備環(huán)境友好、資源節(jié)約和能源高效利用等優(yōu)點。然而，摩擦作為大多數(shù)機械結(jié)構(gòu)中不希望出現(xiàn)的阻力，一直在消耗著大量的能源。因此，摩擦界面的在線監(jiān)測技術(shù)對于節(jié)能減排、提高裝備的可靠性和使用壽命具有重要意義。同時，摩擦是普遍存在又非常復(fù)雜的動態(tài)過程，它受多種因素的影響，至今摩擦學(xué)的研宄手段主要還是依賴實驗研宄。因此，發(fā)展新的摩擦、磨損界面在線檢測技術(shù)，也能進一步豐富摩擦學(xué)基礎(chǔ)研宄的實驗手段。
[0003]在摩擦學(xué)的研宄和工程應(yīng)用中，磨損量是反映摩擦副材料耐磨性的一個重要指標(biāo)。磨損量的檢測，尤其是在線檢測，對于摩擦副的狀態(tài)監(jiān)測顯得尤為重要。目前，磨損量有很多不同的表示及測量方法，常用的有稱重、測長、表面輪廓、壓痕或切槽、沉淀或化學(xué)分析以及放射性同位素法等。然而上述檢測方法均不便于實現(xiàn)磨損量的在線測量。以稱重法為例，需要先將摩擦副試件安裝在摩擦、磨損試驗機上經(jīng)過一段時間的摩擦、磨損試驗，然后將試件取下，對試件的表面進行清洗烘干，用分析天平測量試件在摩擦、磨損試驗前后的重量變化，來獲得摩擦、磨損過程中的磨損量，然而該過程難以實現(xiàn)原位、快速、在線測量。
[0004]隨著超聲學(xué)和電子技術(shù)的發(fā)展，超聲波無損檢測技術(shù)為磨損量的在線檢測提供了可能。且超聲波的各類波形豐富，具有非破壞性、抗干擾能力強及易于實現(xiàn)自動化、標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點。因此從其物理原理的角度考慮，該方法也可以用來對摩擦副的磨損量進行在線檢測，由此可對摩擦、磨損界面的健康狀況進行評價。
[0005]鑒于此，需要研制一種磨損量超聲在線測量裝置，將超聲波無損檢測技術(shù)引入到摩擦學(xué)試驗研宄和現(xiàn)代裝備的摩擦副健康狀況在線監(jiān)測中，利用超聲波測厚的基本原理實現(xiàn)摩擦學(xué)試件或者工程摩擦副的磨損量在線監(jiān)測，從而對摩擦、磨損過程的真實狀態(tài)進行適時提取和分析評價。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種摩擦副磨損量的超聲在線測量裝置，利用超聲波測厚的物理原理來實現(xiàn)摩擦學(xué)試件或者工程摩擦副的磨損量在線監(jiān)測。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明的磨損量超聲在線測量裝置，包括摩擦副上試件、摩擦副下試件、超聲波探頭、脈沖發(fā)射接收器、數(shù)字示波器、計算機，所述的摩擦副上試件位于可作往復(fù)運動的摩擦副下試件之上，摩擦副上試件固定不動；超聲波探頭位于摩擦副下試件的底部，以獲取由摩擦副下試件的厚度變化導(dǎo)致的超聲波傳播時間的變化量，反求摩擦副下試件的磨損量；所述超聲波探頭經(jīng)導(dǎo)線連接脈沖發(fā)射接收器，脈沖發(fā)射接收器經(jīng)導(dǎo)線依次連接數(shù)字示波器和計算機；脈沖發(fā)射接收器發(fā)出電脈沖給超聲波探頭，激勵產(chǎn)生超聲波，同時超聲波探頭將接收的超聲回波送回脈沖發(fā)射接收器，利用數(shù)字示波器對超聲信號進行采樣和數(shù)字化，并通過計算機實現(xiàn)采樣過程的自動控制和數(shù)據(jù)存儲，計算摩擦副的磨損量。
[0008]所述超聲波探頭為超聲縱波探頭，或為垂直入射的超聲橫波探頭。
[0009]有益效果:由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的超聲波無損檢測具有非破壞性、信號穩(wěn)定、易于采集分析等優(yōu)點，采用超聲波法進行摩擦副磨損量的測量可以實現(xiàn)磨損量的在線監(jiān)測，使得磨損量的測量不需要停機，在原位即可對磨損過程的關(guān)鍵參數(shù)進行測量分析，能夠更加真實地反映摩擦學(xué)過程的界面幾何特征的變化規(guī)律，為工程中機械裝備關(guān)鍵摩擦副的健康狀況監(jiān)測提供了新的解決方案。解決了現(xiàn)有摩擦、磨損試驗過程中的磨損量難以實現(xiàn)原位在線監(jiān)測的難題。其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，效果好，具有廣泛的實用性。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的一種磨損量超聲在線測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中:1 一計算機；2 —數(shù)字不波器；3 —脈沖發(fā)射接收器；4 一摩擦副上試件；5 —摩擦副下試件；6 —超聲波探頭。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述:
[0013]本發(fā)明的磨損量超聲在線測量裝置，主要由摩擦副上試件4、摩擦副下試件5、超聲波探頭6、脈沖發(fā)射接收器3、數(shù)字示波器2、計算機I構(gòu)成。所述超聲波探頭6采用超聲縱波探頭，或采用垂直入射的超聲橫波探頭。所述的摩擦副上試件4位于可作往復(fù)運動的摩擦副下試件5之上，摩擦副上試件4固定不動；超聲波探頭6位于摩擦副下試件5的底部，以獲取由摩擦副下試件5的厚度變化導(dǎo)致的超聲波傳播時間的變化量，反求摩擦副下試件的磨損量；所述超聲波探頭6經(jīng)導(dǎo)線連接脈沖發(fā)射接收器3，脈沖發(fā)射接收器3經(jīng)導(dǎo)線依次連接數(shù)字示波器2和計算機I ;脈沖發(fā)射接收器3發(fā)出電脈沖給超聲波探頭6，激勵產(chǎn)生超聲波，同時超聲波探頭6將接收的超聲回波送回脈沖發(fā)射接收器3，利用數(shù)字示波器2對超聲信號進行采樣和數(shù)字化，并通過計算機I實現(xiàn)采樣過程的自動控制和數(shù)據(jù)存儲，計算摩擦副的磨損量。
[0014]工作原理及工作過程:所述的超聲波探頭6、脈沖發(fā)射接收器3、數(shù)字示波器2和計算機I通過數(shù)據(jù)線依次相互連接，脈沖發(fā)射接收器3發(fā)出并接受超聲波信號，利用數(shù)字示波器2對超聲信號進行采樣和數(shù)字化，并通過計算機I實現(xiàn)采樣過程的自動控制和數(shù)據(jù)存儲。將超聲縱波探頭6布置在摩擦副下試件5的下部，超聲波探頭6可采用磁吸等方式加以固定。采用單一探頭的超聲波反射兼接收模式，超聲波探頭6既作為超聲縱波的發(fā)射探頭，同時又作為超聲縱波回波信號的接收探頭。超聲波探頭6發(fā)出的超聲波在摩擦副下試件5內(nèi)部的厚度方向上傳播一個來回，其聲程正好為摩擦副下試件5自身厚度的兩倍。這種探頭布置方式可用來獲取由摩擦副下試件5的厚度的變化導(dǎo)致的超聲波傳播時間的變化量信息，由此即可反求摩擦副下試件5的磨損量。且此處的超聲波探頭6可以是超聲縱波探頭，也可以是垂直入射的超聲橫波探頭，其測量原理均一致，只是由于縱波和橫波的波形不同，傳播速度一快一慢，彈性介質(zhì)的振動方式也不一樣，其對摩擦界面特性的變化敏感性有所不同，在實際應(yīng)用中可以根據(jù)具體的摩擦副材料選擇超聲波探頭。
[0015]在實際應(yīng)用的過程中，對摩擦副下試件5的磨損量進行檢測時采用抽檢方式。即，當(dāng)需要對磨損量進行抽檢時，該回合的往復(fù)運動過程中對摩擦副上試件4不加載，且當(dāng)摩擦副上試件4移動到摩擦副下試件5的兩端極限位置時才進行采樣，從而保證摩擦副下試件5的厚度測量不受摩擦副上試件4以及摩擦界面的潤滑油膜的干擾。
[0016]在摩擦副的摩擦、磨損試驗過程中適時采集超聲波時域波形信號，提取由于摩擦副厚度的變化導(dǎo)致的超聲波聲程變化量，并由此計算摩擦副的磨損量，實現(xiàn)磨損量的原位在線檢測。
[0017]所述磨損量超聲在線測量裝置由兩大部分組成，即超聲檢測評價系統(tǒng)和摩擦、磨損試驗系統(tǒng)。
[0018]所述脈沖發(fā)射接收器發(fā)出的高頻電脈沖給超聲波探頭，激勵探頭中的壓電晶片產(chǎn)生超聲波，同時超聲探頭接收到的超聲回波也通過探頭內(nèi)置的壓電晶片的壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電信號，重新被送回脈沖發(fā)射接收器。
[0019]所述脈沖發(fā)射接收器和數(shù)字示波器相連接，實現(xiàn)對模擬超聲信號的采樣和數(shù)字化，并通過計算機程序?qū)崿F(xiàn)采樣過程的自動控制和采樣數(shù)據(jù)的自動記錄存儲，為后續(xù)的數(shù)字超聲信號的處理和信息提取提供保障。
[0020]所述摩擦、磨損試驗系統(tǒng)由摩擦副上試件和摩擦副下試件組成配副，并進行摩擦、磨損試驗，在試驗過程中摩擦副上試件保持固定不動，而摩擦副下試件作往復(fù)運動，摩擦副上試件可以是球、半球面柱銷及平面柱銷等。
[0021]以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的內(nèi)容。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種磨損量超聲在線測量裝置，其特征在于:它包括摩擦副上試件(4)、摩擦副下試件(5)、超聲波探頭(6)、脈沖發(fā)射接收器(3)、數(shù)字示波器(2)、計算機(1)，所述的摩擦副上試件(4)位于可作往復(fù)運動的摩擦副下試件(5)之上，摩擦副上試件(4)固定不動；超聲波探頭(6)位于摩擦副下試件(5)的底部，以獲取由摩擦副下試件(5)的厚度變化導(dǎo)致的超聲波傳播時間的變化量，反求摩擦副下試件的磨損量；所述超聲波探頭(6)經(jīng)導(dǎo)線連接脈沖發(fā)射接收器(3)，脈沖發(fā)射接收器(3)經(jīng)導(dǎo)線依次連接數(shù)字示波器(2)和計算機(I);脈沖發(fā)射接收器(3)發(fā)出電脈沖給超聲波探頭(6)，激勵產(chǎn)生超聲波，同時超聲波探頭(6)將接收的超聲回波送回脈沖發(fā)射接收器(3)，利用數(shù)字示波器(2)對超聲信號進行采樣和數(shù)字化，并通過計算機(I)實現(xiàn)采樣過程的自動控制和數(shù)據(jù)存儲，計算摩擦副的磨損量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磨損量超聲在線測量裝置，其特征在于:所述超聲波探頭(6)為超聲縱波探頭，或為垂直入射的超聲橫波探頭。
【專利摘要】一種磨損量超聲在線測量裝置，包括摩擦副上試件、摩擦副下試件、超聲波探頭、脈沖發(fā)射接收器、數(shù)字示波器、計算機，摩擦副上試件位于摩擦副下試件之上，超聲波探頭位于摩擦副下試件的底部，超聲波探頭經(jīng)導(dǎo)線連接脈沖發(fā)射接收器，脈沖發(fā)射接收器經(jīng)導(dǎo)線依次連接數(shù)字示波器和計算機；脈沖發(fā)射接收器發(fā)出電脈沖給超聲波探頭，激勵產(chǎn)生超聲波，同時超聲波探頭將接收的超聲回波送回脈沖發(fā)射接收器，數(shù)字示波器對超聲信號進行采樣和數(shù)字化，并通過計算機實現(xiàn)采樣過程的自動控制和數(shù)據(jù)存儲，計算出摩擦副的磨損量，具有非破壞性、信號穩(wěn)定、易于采集分析等優(yōu)點，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，效果好，具有廣泛的實用性。
【IPC分類】G01B17-02
【公開號】CN104729436
【申請?zhí)枴緾N201510153230
【發(fā)明人】胡而已, 李艷, 胡元, 李猛鋼
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月1日