轴承钢球质量在线检测与分选控制

论文摘要

钢球是球轴承的重要组成部分,钢球在球轴承中作为滚动体是承受载荷并与轴承的动态性能直接相关的零件,其质量的优劣直接影响着轴承的使用寿命和可靠性。随着机械高性能化与高速度化的发展,对轴承钢球的表面质量要求更加苛刻。轴承钢球缺陷一般是指钢球表面及亚表面的裂纹,划痕等,这些缺陷是制约钢球品质提高的关键因素。目前,大部分钢球厂家采用人工目测法检查这些缺陷,随着人眼的疲劳,误检率提高,并且对亚表面的缺陷无能为力;少数钢球厂家进口国外检测设备,但是价格极高,一般只用于抽检,不能满足全部检测需要。论文针对钢球质量缺陷的特征,经过公式论证了采用阻抗分析法进行钢球缺陷检测的合理性,以及各个外部因素对涡流检测的影响程度;采用涡流方法检测钢球表面裂纹的方法是正确可行的,提出采用涡电流方法检测钢球表面及亚表面裂纹、划痕等质量缺陷特征信息。论文在分析钢球涡流检测系统目标、功能的基础上,对轴承钢球的涡流检测系统进行了功能模块的分析与设计。选择了合适的涡流传感器,设计了激励信号源、放大电路、传感器电势补偿电路、正交参考源、相敏检波器、滤波以及隔离等外围电路,最后制作了PCB电路板。利用HMI组态软件设计了钢球质量检测与分选系统的上位机显示界面,并且编写了传输协议与下位机F020高速单片机进行数据通讯,经过调试,下位机采集到得数据能够准确快速的传到上位机显示,并且上位机发送的指令也能够传送给下位机进行正确的响应。通过实验数据分析了提离效应对缺陷信号的影响,确定了传感器到钢球的合适距离,根据提取的缺陷特征信息进行分析,证实了设计的涡流信号采集板能够正确的采集信号表征钢球裂纹与等效阻抗平面图之间的关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 钢球表面缺陷介绍
• 1.3 目前钢球检测水平和存在的问题
• 1.4 本章小结
• 第二章 涡电流原理检测分析
• 2.1 涡流检测的基本原理
• 2.2 影响涡流分布的因素
• 2.3 涡电流的阻抗分析
• 2.3.1 线圈的阻抗分析
• 2.3.2 阻抗的归一化
• 2.3.3 导体磁导率和特征频率的分析
• 2.4 涡流趋肤效应
• 2.5 本章小结
• 第三章 信号采集与正交化分解
• 3.1 传感器的选择
• 3.1.1 涡流传感器的分类
• 3.1.2 涡流传感器的结构
• 3.2 信号的正交化分解
• 3.2.1 相敏检波的原理
• 3.2.2 缺陷信号的正交化分解
• 3.3 本章小结
• 第四章 钢球检测系统硬件设计
• 4.1 激励信号源的设计
• 4.1.1 信号源的要求
• 4.1.2 MAX038 的性能与特点
• 4.1.3 MAX038 内部电路特点及引脚介绍
• 4.2 激励信号功率放大
• 4.2.1 信号电压放大模块
• 4.2.2 信号功率放大模块
• 4.3 信号零电势补偿
• 4.4 正交参考源的设计
• 4.4.1 正交参考源的种类
• 4.4.2 可编程逻辑器件的概述
• 4.4.3 CPLD 器件的结构
• 4.4.4 正交源模块设计
• 4.5 相敏检波电路设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 系统的软件设计
• 5.1.1 系统的主程序设计
• 5.1.2 系统上位机界面设计
• 5.2 本章小结
• 第六章 缺陷信号的实验分析
• 6.1 提离效应对信号的影响
• 6.2 缺陷与阻抗值之间的关系
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文及科研情况