基于虚拟技术的涡流裂纹检测台的设计与仿真

王 笑

（浙江师范大学行知学院，金华 321000）

基于虚拟技术的涡流裂纹检测台的设计与仿真

王 笑

（浙江师范大学行知学院，金华 321000）

针对检测台传动系统中存在的接触碰撞现象，结合涡流检测台的工作原理和特点，采用ADAMS以及Recurdyn等虚拟技术为仿真平台，利用分部仿真的方法及使用样条插值函数实现软件间的数据传递，完成检测台虚拟样机的设计。根据仿真结果分析检测台主轴与探头的对中性问题，避免出现提离效应，同时也对整台设备的工作状态进行仿真，实现各系统间的协调运作。

涡流探伤 ADAMS Recurdyn 仿真

引言

近年来，无损检测技术在产品设计、加工制造、成品检验过程中发挥了重要作用，为产品的生产加工和质量提供了保障[1]。计算机仿真技术，已成为许多工程领域进行系统分析、设计、评估的重要手段。通过替代试验，大幅度降低产品开发成本。同时，虚拟设计开发在产品投产前对产品实现方案进行评估和优化，提高产品实现的可能性，缩短产品开发周期。因此，运用虚拟设计对涡流探伤检测台进行评估，可以提高检测台投产的可行性[2]。

1 涡流探伤的工作原理及特点

涡流探伤是无损检测五大常规方法中的一种。它利用电磁感应原理，用通有交变电流的探头线圈产生交变涡流磁场。探头线圈在金属表面移动遇到裂纹或裂纹深度有变化时，会使涡流磁场引起畸变。测出这种变化，就能鉴别金属表层有无裂纹和裂纹缺陷的大小[3]。

涡流探伤对机件表面裂纹特别敏感，能直观指示出裂纹或其他缺陷，对小裂纹的深度可给出定量信息。但是，涡轮探伤只能探测表面和表皮缺陷，一般深度在l～2mm左右。对大面积未知部位的裂纹检测，操作容易疲劳，有漏检可能。

常规的涡流检测方法具有提离效应。测量时，检测值对传感器与被测物体间的相对位置非常敏感。检测过程中，传感器与被测工件间距离的变化，会增强提离效应，大大降低检测的灵敏度。所以，在机械装置设计过程中，应考虑工件与探头的对中性问题，一般要求小于0.2mm。

2 检测台的设计原理

检测台主要由动力系统、电路系统、气动系统和打标系统组成，利用PLC实现各系统的协调工作。检测台工作流程如图1所示。

3 检测台的仿真与分析

检测台的仿真主要使用ADAMS/View进行，通过产品可视化效果和得到的一些重要数据，对虚拟样机进行实验评价。

在三维造型软件中建立检测台的三维模型，在ADAMS中加约束，通过考察主轴与轴承、轴承与缸体间在高速旋转和受外力冲击下产生的微小位移量，分析动力系统、传动系统对主轴与涡流探头之间对中性的影响。

图1 裂纹检测台流程图

3.1 动力及传动系统的仿真

为提高仿真运算速度，采用动力学仿真软件Recurdyn来建立带与带轮的模型。

在Recurdyn中采集带轮数据后，将所得数据以插值样条形式转换到ADAMS中进行仿真，让主动带轮以规定的角速度转动来考察从动带轮的转动及受力情况。图2为主、从动带轮角速度的对比。

图2 主、从动带轮角速度对比

从图2中可以看出，红线代表理论值即主动带轮角速度，而蓝线代表从动带轮角速度，其值始终在理论值上下波动，但幅度并不大。将所得曲线的数据输出为离散点数据，以“时间-角速度”的形式输入到ADAMS中，形成样条曲线，如图3所示。通过这种方法实现了Recurdyn与ADAMS之间数据的传递。

图3 离散点插值后的样条曲线

通过仿真得到的从动带轮受力曲线，如图4所示。

图4 从动带轮受力曲线

用上述同样的方法，将曲线转换成离散点输入ADAMS中，对主轴运转情况进行考察。

3.2 主轴的仿真与分析

由于涡流探伤必须克服提离效应，检测台主轴转动情况将直接影响检测结果。在ADAMS里对检测台主轴进行模型简化，模拟从主动带轮、从动带轮到主轴系列传动，主轴转速的变化以及所受力产生的微小位移量，结果如图5所示。

检测台开始运行时，由于受到的冲击力较大，产生位移量也相应较大，其值SMax=-0.1164mm。此后，位移值都较小。从图5中可以看出，S=0.0656mm，这些值小于所要求的0.2mm，说明主轴与探头对中性较好。上述仿真运算得出的结果表明，检测台在主轴尺寸、与轴承空间相对位置设计以及整体结构设计上都比较合理。

图5 主轴末端中心点位移量

4 结论

检测台基于虚拟技术，采用ADAMS和Recurdyn，并结合各自优点，利用分部仿真的方法近似模拟同步带传动的真实运动状态。同时，运用ADAMS提供的各种函数功能，实现了对控制设备运转的仿真，考察了检测台的工作情况，检验了设计的合理性，有效缩短了开发周期，减少了开发成本，为检测台的投产了提供保障。

[1]张家俊.论国外无损检测技术发展趋势[D].北京：清华大学，2002.

[2]陈琪,徐林林等.产品开发与虚拟设计制造技术[J].开发与创新，2002，（3）.

[3]黄太平，罗贵火，车创林.滚动轴承动力特性测试方法[C].发动机结构强度振动学术会议，1996，（4）：31-37.

Design and Simulation of Vortex Crack Inspection Station Based on Virtual Technology

WANG Xiao
(College of Education, Zhejiang Normal University, Jinhua 321000)

Aiming at the contact collision phenomenon existing in the drive system of the inspection station, combined with the working principle and characteristics of the eddy current testing platform, using ADAMS and Recurdyn as the simulation platform, using the method of segment simulation and spline interpolating function The design of the virtual prototype is completed. According to the simulation results, the neutral problem of the spindle and the probe is analyzed to avoid the lift-off effect, and the working state of the whole equipment is simulated to realize the coordinated operation among the systems.

eddy current testing, ADAMS, Recurdyn, simulation