鋼球表面缺陷的多光纖檢測(cè)方法研究.pdf

1、鋼球是滾動(dòng)球軸承的一個(gè)重要零部件，它的質(zhì)量情況對(duì)軸承的使用壽命、運(yùn)動(dòng)精度、運(yùn)轉(zhuǎn)性能起著關(guān)鍵性的作用。特別是鋼球表面質(zhì)量對(duì)軸承功能特性影響顯著，影響著轉(zhuǎn)動(dòng)部位的表面承載能力和抗疲勞強(qiáng)度，對(duì)于間隙配合部位的配合性能、潤(rùn)滑性能和耐磨損性能等許多方面都有非常重要的要求。在球軸承的故障因素分析中，由于鋼球表面缺陷而導(dǎo)致的失效形式高達(dá)70％以上，因此球軸承質(zhì)量提高的關(guān)鍵是對(duì)鋼球表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)，嚴(yán)格把好鋼球表面質(zhì)量這一關(guān)。我國(guó)迫切需要一種新的技術(shù)，

2、開(kāi)發(fā)出具有國(guó)產(chǎn)獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋼球表面質(zhì)量檢測(cè)儀器，提高檢測(cè)精度與準(zhǔn)確度，降低設(shè)備購(gòu)買成本，減小對(duì)國(guó)外設(shè)備的依賴性。
　　本文提出的鋼球表面缺陷的多光纖檢測(cè)方法研究是在一系列基金項(xiàng)目的資助下開(kāi)展的。本課題參與了企業(yè)委托項(xiàng)目、濟(jì)南大學(xué)校博士基金項(xiàng)目(XBS0854)、國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目(201210427022)、山東省高等學(xué)校計(jì)劃項(xiàng)目(J10LD22)以及山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金項(xiàng)目(BS2010ZZ001)等，

3、以鋼球表面缺陷為研究對(duì)象，根據(jù)粗糙表面散射理論以及雙光束比值測(cè)量方法，把光纖傳感技術(shù)應(yīng)用到鋼球表面缺陷檢測(cè)上，打破鋼球表面缺陷檢測(cè)自動(dòng)化程度低，效率低的瓶頸，開(kāi)發(fā)一套價(jià)格適中、高速高效的鋼球表面缺陷檢測(cè)設(shè)備。
　　根據(jù)鋼球表面缺陷標(biāo)準(zhǔn)，分析缺陷參數(shù)和特征，把缺陷歸類為位移缺陷與粗糙度缺陷，使之能夠?qū)崿F(xiàn)光纖傳感器對(duì)缺陷特征的獲取。
　　分析光纖傳感器探頭光纖排列模型，為方便對(duì)鋼球表面缺陷特征的提取，確定中心發(fā)射周圍三圈接收的傳

4、感器探頭光纖陣列，用反射式光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器對(duì)鋼球表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)。基于高斯分布假設(shè)，建立光纖傳感器球面檢測(cè)模型，根據(jù)幾何關(guān)系推導(dǎo)函數(shù)模型，用matlab對(duì)傳感器的內(nèi)徑/外徑、數(shù)值孔徑、軸間距進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真曲線合理確定光纖傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　分析設(shè)計(jì)鋼球表面缺陷檢測(cè)信號(hào)處理系統(tǒng)，包括調(diào)制光源激勵(lì)電路，光電轉(zhuǎn)換模塊電路，前置差動(dòng)放大電路，無(wú)限增益帶通濾波電路，窗函數(shù)比較電路，有效實(shí)現(xiàn)缺陷特征信號(hào)的放大，噪聲干擾的濾除，提高了

5、信噪比，完成缺陷特征信號(hào)的采集并送往上位機(jī)進(jìn)行處理。
　　制作傳感器，設(shè)計(jì)電路板，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)光纖傳感器實(shí)驗(yàn)，從原理上驗(yàn)證光纖傳感器能夠進(jìn)行鋼球表面缺陷檢測(cè);進(jìn)行傳感器發(fā)射光纖出射光強(qiáng)分布研究，光強(qiáng)分布近似為高斯分布，充分說(shuō)明假設(shè)是成立的，光纖傳感器球面檢測(cè)模型構(gòu)建準(zhǔn)確;安排光纖傳感器粗糙度測(cè)量實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此光纖傳感器可以進(jìn)行粗糙度檢測(cè);雙光束比較法測(cè)量位移實(shí)驗(yàn)，表明傳感器能夠有效分離粗糙度影響與位移缺陷影響。