鋼球表面缺陷檢測(cè)技術(shù)的研究.pdf

1、滾動(dòng)軸承在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中素有“工業(yè)的關(guān)節(jié)”之稱，鋼球是它最常用的滾動(dòng)體，肩負(fù)著承受載荷和傳遞力的作用。鋼球的質(zhì)量在很大程度上影響著軸承的精度、動(dòng)態(tài)性能及其使用壽命。據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，由鋼球表面缺陷引起的球軸承的振動(dòng)和噪音的比例占71.4％，是制約球軸承質(zhì)量提高的主要因素。鋼球表面缺陷的檢測(cè)既是整個(gè)鋼球生產(chǎn)加工工藝的最后一道質(zhì)量檢測(cè)的關(guān)卡，又是決定鋼球出廠精度的關(guān)鍵性工序，由此可見，鋼球表面缺陷的檢測(cè)是影響鋼球質(zhì)量提高的關(guān)鍵性因素。目前，

2、我國(guó)鋼球生產(chǎn)企業(yè)使用的鋼球質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)裝置大部分依賴進(jìn)口，但是該設(shè)備價(jià)格昂貴在我國(guó)鋼球企業(yè)無(wú)法得到推廣使用；國(guó)內(nèi)眾學(xué)者針對(duì)鋼球質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)裝置的研究大多還處于實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，少部分研制成功的樣機(jī)也有待提高其檢測(cè)效率和準(zhǔn)確度。因此我國(guó)迫切需求開發(fā)一種價(jià)格適中、靈敏度較高、準(zhǔn)確度較好的鋼球質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)儀，突破發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)高精度鋼球和軸承市場(chǎng)的壟斷。
　　本文是在一系列項(xiàng)目基金的資助下展開的基于同軸多光纖 RIM-FOS實(shí)現(xiàn)鋼球表面質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)

3、的研究，以Beckmann散射理論和雙光束比較設(shè)想為理論依據(jù)，將光纖傳感技術(shù)和微弱信號(hào)處理的方法引入鋼球表面質(zhì)量的檢測(cè)中，結(jié)合 STM32單片機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)，力求研制出一套價(jià)格適中、高速高效的鋼球表面質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)的裝置，以彌補(bǔ)我國(guó)在高精端軸承業(yè)的“短板”。
　　本文基于鋼球表面缺陷參數(shù)的量化原理，結(jié)合機(jī)械行業(yè)鋼球表面缺陷的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，把缺陷分為粗糙類缺陷和位移類缺陷，便于光纖傳感器提取缺陷信息；以Beckmann散射理論和雙光束

4、比較設(shè)想為理論依據(jù)，提取鋼球表面的粗糙度或位移的信息。分析RIM-FOS的工作原理及其光纖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，選用三圈同軸多光纖RIM-FOS對(duì)鋼球表面質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。分析發(fā)射光纖出射端的光強(qiáng)分布，選取準(zhǔn)高斯分布假設(shè)，依據(jù)球面幾何關(guān)系推導(dǎo)光纖傳感器的函數(shù)模型，為光纖傳感系統(tǒng)的標(biāo)定奠定基礎(chǔ)。
　　分析設(shè)計(jì)鋼球表面缺陷檢測(cè)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)信號(hào)處理電路完成光信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換并通過

5、差動(dòng)放大電路、帶通濾波放大電路和低通濾波放大電路逐級(jí)濾除噪聲干擾，放大有用信號(hào)，通過除法運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)將缺陷的位移類特征單獨(dú)提取出來(lái)，獲得反映被測(cè)面位移缺陷的信息；單片機(jī)系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，通過A/D轉(zhuǎn)換、串口通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等模塊的設(shè)計(jì)，采用C語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將采集的信號(hào)送到上位機(jī)進(jìn)行分析。
　　制作電路板，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過對(duì)粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣塊的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，完成光纖傳感系統(tǒng)位移和粗糙度的標(biāo)定；通過對(duì)大量已知缺陷鋼球分別