不可见的泄漏原因：如何用 3D 传感技术测量轴上的螺旋纹

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轴表面的螺旋纹是径向轴密封系统泄漏的常见原因之一，但肉眼几乎无法识别。来自斯图加特的 TGU Sealing Technology 的 Surface/Lead Inspector 结合 heliInspect H8，可在几分钟内按结构化方法并依据 FVA 指南 975 I完成测量。

分钟级螺旋纹测量：搭载 heliInspect H8 的 Surface/Lead Inspector

径向轴密封圈是许多技术系统中不起眼的部件，但一旦失效代价高昂：漏油、投诉、停机。最常见的原因之一并不在密封圈本身，而在其运行的轴表面——即所谓的密封对偶表面。轴在磨削过程中形成的细微定向结构，在运行时会像输送螺纹一样起作用，将流体从密封唇下方泵送通过。密封技术将这一现象称为螺旋纹。

斯图加特的 TGU Sealing Technology 是密封技术专家，源自斯图加特大学机械元件研究所（IMA）的科研活动。该机构现已开发出 Surface/Lead Inspector 测量系统，可定量、符合规范且尤其快速地获取螺旋纹。其核心是我们的 3D 传感器 heliInspect H8。本文将介绍什么是螺旋纹、如何测量，以及为何快速的 3D 形貌测量至关重要。

什么是螺旋纹？为什么它如此棘手？

螺旋纹是指密封对偶表面上具有输送作用的表面结构，在动态运行中会将密封间隙内的流动沿轴向偏转。关键在于方向：当磨削纹或其他结构偏离轴的圆周方向时，会根据其取向形成右旋或左旋螺旋纹。

输送方向取决于轴的旋转方向以及螺旋纹的取向。若结构将介质向外输送，就会发生泄漏；若向内输送，则密封接触面会干涸，导致润滑不足、摩擦增大以及密封圈与轴的热损伤。两种情况都会导致密封系统失效，而且肉眼无法识别。螺旋纹只能通过测量技术可靠评估。

图 1：根据螺旋纹取向与旋转方向，轴会将介质向外输送（泄漏）或使其远离密封接触面（润滑不足）。

FVA 指南 975 I：螺旋纹的共同语言

FVA（传动技术研究协会）的 FVA 指南 975 I《表面/螺旋纹——轴密封》规定了螺旋纹的测量与评估方法。该指南由斯图加特大学机械元件研究所（IMA）密封技术研究领域制定并撰写。它汇总了当前技术与研究现状，统一术语，并描述从图纸标注、测量到测量报告的完整工作流程。因此，它是实现轴螺旋纹一致性质量保证以及对密封对偶表面进行系统性失效分析的可靠基础。

该指南提供两种途径：

线绳测试是历史较久、以定性为主的快速测试。将一根带配重的线绳绕在轴上，可指示是否存在输送效应，并可估算理论螺旋角。但无法区分各类螺旋纹类别。
基于结构的螺旋纹分析基于光学采集的 3D 形貌数据，对微观与 宏观螺旋纹进行定量评估。对单条磨削纹与结构进行分割，并测量其角度、深度与体积。结果为可复现的特征量，如螺旋角、螺旋深度以及理论输送截面积。同时，还会按 DIN EN ISO 25178 对表面粗糙度进行表征。

第二种途径有一个前提：需要一款传感器，能够以微米级分辨率足够快速地获取 3D 形貌，从而在可接受的时间内测量整根轴。

Surface/Lead Inspector：分钟内完成指南中的全部方法

这正是 Surface/Lead Inspector 的用武之地。轴被装夹在设备中，并在传感器下方以非接触方式扫描。传感器采用 heliInspect H8——一款白光干涉仪，每次采集即可获得一幅具备微米级分辨率的完整 3D 形貌。

该系统覆盖 FVA 指南 975 I 的全部方法。由于 heliInspect H8 可在一次扫描中面阵获取高度信息，设备能够沿轴向与圆周方向在整根轴上进行密集栅格测量，而无需逐条轮廓线触测。对制造而言，这意味着：螺旋纹测量不再只是实验室抽检，而是可贴近节拍地用于质量保证。

图 2：heliInspect H8 在每个栅格位置采集对偶表面的完整 3D 形貌。

设备可容纳直径至 200 mm、长度 380 mm、重量 20 kg 的轴；外形尺寸为 600 × 700 × 900 mm、重量 70 kg，足够紧凑，可在靠近生产线的位置使用。易用的测量软件可引导完成测量，并生成包含螺旋纹特征量及表面 3D 可视化的测量报告。

不止螺旋纹：同一次测量得到粗糙度

由于传感器提供完整的 3D 形貌，无需重新装夹即可进行更多分析。Surface/Lead Inspector 可按 ISO 4287 计算 Ra、Rz、Rmax 等2D 粗糙度参数，并按 DIN EN ISO 25178 计算3D 参数。对已运行轴的磨损也可量化：可直接从形貌中确定密封圈跑道的深度与宽度，这是失效分析的重要工具。

结论：传感技术让指南真正可落地

FVA 指南 975 I 描述了应如何对螺旋纹进行完整且可复现的评估。Surface/Lead Inspector 表明，借助快速 3D 传感器，这一要求也能在工业实践中实现：所有螺旋纹类别、指南中的所有方法，分钟级完成而非小时级。对我们而言，该设备很好地展示了如何通过 heliInspect H8 的快速形貌测量构建完整的检测系统。