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工业内窥镜在齿轮传动机构中的检测

 

随着国家清洁能源的发展,二重集团公司成功开发出风力发电设备中的关键部件———增速机,其设计要求20年免维护,对质量提出了非常高的要求。零件加工质量、理化性能指标可以依靠检具、量具、仪器进行测量、试验、化验、分析等,以物理量和化学量反映出准确的检验结果。而整台增速机装配完成后能否达到设计要求,则只能通过功能试车的办法来验证。试车后增速机行星轮、太阳轮等齿面接触斑点的面积及位置、齿轮箱内清洁度等装配检查项目对增速机质量保证具有十分重要的意义。由于增速机结构特殊,采用行星齿轮结构,型式密闭、结构紧凑,不能开箱检查,装配检查项目无法采用以往冶轧用减速机直接目视检查方法来完成,为此,我们选用工业内窥镜完成相关检验工作。从2007年1月到现在,共计用该种方法完成了500余台增速机的检测,部分产品已在风力发电厂投入使用,证明了其检测结果是准确可靠的。
工业内窥镜在为二重质量检验工作提供了一种新的检测手段,需要在实际工作中不断探索和总结,下面重点介绍我们使用过程中的一些经验和体会,供参考。
二重生产的风力发电增速机具有效率高、体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、负载能力高、传动比范围大的特点。行星轮系布置紧凑,齿轮箱结构复杂,各部件关联度高。该增速机的均载装置有太阳轮少量浮动,更多是提高制造装配精度来达到均衡载荷的目的,这样给检测增加了很大难度。箱体也是封闭式包围结构,齿轮箱中若有硬金属颗粒或碎片都可能导致齿轮严重磨损。鉴于上述特殊要求,我们选用了Everest XLG3系列工业视频内窥镜系统。在实际应用,需根据不同环境条件、不同被检对象情况下应采用不同的物镜镜头、调整合适的各类参数才(如亮度、对比度、曝光时间等)能达到使用要求。

1. 工业内窥镜基本结构及工作原理
工业内窥镜可以获得涡轮发动机、机身、汽车引擎、管道、船舶、风车齿轮箱、水下建筑等内部详细清楚的图像资料,探头里的照明光纤束把机箱内75W高亮度金属卤化物弧光灯发出的光照射到所要观察的区域。在探头的末端有超小型的视频摄像头把物体图像转换为数码图片,通过探头传输到主机内。再通过手持机显示图像。并且系统具备测量功能,可以测量局部缺陷的面积及深度。
我们采用Everest XLG3系列工业视频内窥镜系统, XLG3包含了众多的先进技术特性,可以提供内窥检测工作所需要的全部功能,让使用者能够快速、高效、准确地进行检查和决策。例如可以独立地快速更换视频内窥探头的QuickChangeTM技术,使XLG3系统的手持机可以配置不同直径、长度和功能的视频内窥探头并可以快速更换以满足不同的内窥检测要求,而直接宽带上网功能使XLG3系统能够在内窥检测工程中实现实时的网络通信。
Everest XLG3系列工业视频内窥镜系统通过采用全新的、多功能的视频内窥检测技术加速了内窥检测的过程,显著缩短了内窥检测以及后期处理所需要的时间,极大地提高了检测效率。XLG3手持机上的高分辨率宽屏液晶显示器呈现出明亮、清晰的内窥检测图像,可快速识别被检测对象的缺陷,系统不仅能够将内窥图像传递到远距离的异地办公室来实现紧急评估以便提高现场制定决策的速度,还可以直接创建最终检测报告,并且可以直接通过主机上的光盘驱动器将动态或静态的内窥检测图像数据写入DVD或CD光盘以便提高工作效率。

2.内窥镜在增速机检测工作中的应用
二重生产的风电增速机装配结束后,须通过严格规定时间内的功能试车,试车结束后通过检测的结果,证明其参数达到设计及使用要求,内窥镜检查正是这一重要环节中的重要手段,其主要用于齿面接触检查。为使检测结果准确可靠,根据实际操作经验,应掌握以下几项技术要求:
2.1内窥镜镜头焦距的选择
风电增速机的行星齿轮轴齿长350mm,而由于结构原因,镜头只能从齿槽的一侧端头向另一侧取景,焦距涵盖了50mm~350mm,如果将整个齿面一次成像,由于内窥镜镜头是定焦镜头,那么对焦就会很困难。
采用前视(XLG3T61120FG)镜头(视野120°,焦距5-120mm)照相,视野足够,可以全齿长一次成像,但是由于焦距不匹配,镜头焦距是5~120mm,而行星齿轮轴需要焦距在50~350mm,所以成像部分位置不够清晰。镜头就相当于一个凸透镜,感光器件就处在这个凸透镜的焦点附近,或者说,感光器件与凸透镜光心的距离大至约等于这个凸透镜的焦距。凸透镜能成像,一般用凸透镜做照相机的镜头时,它成的最清晰的像一般不会正好落在焦点上,或者说,最清晰的像到光心的距离(像距)一般不等于焦距,而是略大于焦距。具体的距离与被照的物体与镜头的距离(物距)有关,物距越大,像距越小,(但实际上总是大于焦距)。那么在此处应镜头焦距选择70~370mm合适。
换用前视XLG3T6150FF镜头(视野150°,焦距50mm~无穷)照相,整个画面聚焦准确,成像清晰,可以清楚地观察齿面啮合印迹,迅速准确地判断实际齿面接触面积占理论齿面接触面积的百分比和齿面接触位置是否正确。
2.2内窥镜镜头视野的选择
相机镜头视角在60°~84°即为广角镜头,视角在94°~118°即为超广角镜头。由于广角镜头的焦距短、视角大,在较短的拍摄距离范围内,能拍摄到较大面积的景物。使用广角镜头拍摄,能获得以下几个方面的效果:a.能增加摄影画面的空间纵深感
b.景深较长,能保证被摄主体的前后景物在画面上均可清晰的再现。
C.镜头的涵盖面积大,拍摄的景物范围宽广。
采用前视XLG3T6150FF镜头(视野150°,焦距50mm~无穷)照行星齿轮轴齿面接触时,整个齿长可以全部涵盖在镜头中,由于镜头视野达到了150°,属于超广角镜头,成像有所扭曲。但是镜头的涵盖面积大,景深较长,能保证齿面的前后端在画面上均可清晰的再现。整个齿面照在一个画面中,方便判断齿面接触面积及位置。
2.3通过调整合适的曝光时间获得好的影像效果
曝光时间是指从快门打开到关闭的时间间隔,在这一段时间内,物体可以在底片上留下影像。曝光时间是根据需要而定的,没有长短好坏的说法只有需要的讲法。比如你拍星星
的轨迹,就需要很长的曝光时间(可能是几个小时),这样星星的长时间运动轨迹就会在底片上成像。如果你要拍飞驰的汽车清晰的身影就要用很短的时间(通常是几千分之一秒)。
曝光时间长的话进的光就多,适合光线条件比较差的情况。曝光时间短则适合光线比较好的情况。而齿轮箱空间密闭,光线条件非常差,时间过短会造成图像较暗,无法准确观察判断齿面接触,时间过长会由于镜头抖动造成图像模糊,所以选择合适的曝光时间非常重要。
通过多次摸索,采用手动曝光模式,将曝光时间调整到1.5秒,可以得到画面亮度较好,镜头也易控制,不会由于镜头抖动造成画面模糊,方便准确观察判断齿面接触面积、位置。
2.4通过调整对比度、亮度等参数以求最佳效果
对比度是一幅图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量,差异范围越大代表对比度越大,差异范围越小代表对比越小,好的对
比率可让图像显示生动、色彩丰富。对比度对视觉效果的影响非常关键,一般来说对比度越大,图像越清晰醒目,色彩也越鲜明艳丽;而对比度小,则会让整个画面都灰蒙蒙的。内窥镜采用自动模式,亮度及对比度较低,整个画面无层次,清晰度差,无法辨别齿面接触面积及位置。高对比度对于图像的清晰度、细节表现、灰度层次表现都有很大帮助。而图9就是经过手动调整适当加大对比度、亮度等参数,整个画面清晰,有层次易于观察齿面接触面积及位置。
2.5特殊情况可采用视频录制检查
有些齿廓面积较大,齿面无法完整表现出来,齿面接触面积和位置判断困难,这时就可采用视频录制的方法检查。
2.6若照片还有对比度、亮度不适影响判断,可采用软件调整对比度、亮度、伽马线方便观察内窥镜各种参数经过调整照相效果仍然较差,影响对齿面接触面积和位置的判断。在电脑上通过照片编辑软件调整伽马值、亮度、对比度等参数,达到改善照片效果的目的,以便正确判断齿面接触的面积及位置。

3. 内窥镜在检验工作中的拓展应用
3.1箱体内零件表面缺陷面积、长度的测量齿轮箱内部不光检查齿面接触面积及位置,在试车后检查箱体内零件有无表面缺陷等也非常重要,如果有缺陷,那么缺陷的长度、面积、深度的测量就必不可少。有了缺陷面积、深度相关的准确数据才能为下一步如何处理问题提供依据。内窥镜通过内置测量软件可以测量长度、面积、深度。通过比较测量法测量缺陷长度、面积。
3.2加套管可实现更大角度、范围应用。
3.3其清析成相、可广泛应用于深孔等的表面缺陷、粗糙度判定等。

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