鋼球表面缺陷檢測技術的研究.pdf

1、滾動軸承在國民經(jīng)濟中素有“工業(yè)的關節(jié)”之稱，鋼球是它最常用的滾動體，肩負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、動態(tài)性能及其使用壽命。據(jù)國內(nèi)外相關資料統(tǒng)計，由鋼球表面缺陷引起的球軸承的振動和噪音的比例占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既是整個鋼球生產(chǎn)加工工藝的最后一道質(zhì)量檢測的關卡，又是決定鋼球出廠精度的關鍵性工序，由此可見，鋼球表面缺陷的檢測是影響鋼球質(zhì)量提高的關鍵性因素。目前，

2、我國鋼球生產(chǎn)企業(yè)使用的鋼球質(zhì)量自動檢測裝置大部分依賴進口，但是該設備價格昂貴在我國鋼球企業(yè)無法得到推廣使用；國內(nèi)眾學者針對鋼球質(zhì)量自動檢測裝置的研究大多還處于實驗狀態(tài)，少部分研制成功的樣機也有待提高其檢測效率和準確度。因此我國迫切需求開發(fā)一種價格適中、靈敏度較高、準確度較好的鋼球質(zhì)量自動檢測儀，突破發(fā)達國家對高精度鋼球和軸承市場的壟斷。
　　本文是在一系列項目基金的資助下展開的基于同軸多光纖 RIM-FOS實現(xiàn)鋼球表面質(zhì)量自動檢測

3、的研究，以Beckmann散射理論和雙光束比較設想為理論依據(jù)，將光纖傳感技術和微弱信號處理的方法引入鋼球表面質(zhì)量的檢測中，結合 STM32單片機系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)，力求研制出一套價格適中、高速高效的鋼球表面質(zhì)量自動檢測的裝置，以彌補我國在高精端軸承業(yè)的“短板”。
　　本文基于鋼球表面缺陷參數(shù)的量化原理，結合機械行業(yè)鋼球表面缺陷的評定標準，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構的設計，選用三圈同軸多光纖RIM-FOS對鋼球表面質(zhì)量進行檢測。分析發(fā)射光纖出射端的光強分布，選取準高斯分布假設，依據(jù)球面幾何關系推導光纖傳感器的函數(shù)模型，為光纖傳感系統(tǒng)的標定奠定基礎。
　　分析設計鋼球表面缺陷檢測的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)的設計包括信號處理系統(tǒng)的設計和單片機系統(tǒng)的設計；設計信號處理電路完成光信號向電信號的轉換并通過

5、差動放大電路、帶通濾波放大電路和低通濾波放大電路逐級濾除噪聲干擾，放大有用信號，通過除法運算電路的設計將缺陷的位移類特征單獨提取出來，獲得反映被測面位移缺陷的信息；單片機系統(tǒng)采用模塊化的設計方案，通過A/D轉換、串口通信、數(shù)據(jù)存儲等模塊的設計，采用C語言編程，實現(xiàn)模數(shù)轉換，并將采集的信號送到上位機進行分析。
　　制作電路板，搭建實驗平臺，通過對粗糙度標準樣塊的測量實驗，完成光纖傳感系統(tǒng)位移和粗糙度的標定；通過對大量已知缺陷鋼球分別