本文關鍵詞：鋼球表面缺陷檢測技術的研究

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【摘要】：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量提高的關鍵性因素。目前,我國鋼球生產(chǎn)企業(yè)使用的鋼球質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;國內眾學者針對鋼球質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)鋼球表面質量自動檢測的研究,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進行鋼球表面缺陷粗糙度與位移的多次重復性測量實驗,初步建立輸出模擬電壓波形與鋼球表面缺陷類型的對應關系,為鋼球表面質量自動檢測設備的研制奠定基礎。
【關鍵詞】：鋼球 表面缺陷 光纖傳感器 信號處理 單片機
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG115.28
【目錄】：

• 摘要8-10
• abstract10-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 課題研究的背景及意義12-15
• 1.2 國內外鋼球檢測技術的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 國外鋼球檢測技術的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 國內鋼球檢測技術的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 光纖傳感技術19-20
• 1.4 主要研究內容20-22
• 第二章 鋼球表面缺陷檢測的理論分析22-35
• 2.1 鋼球表面缺陷的分類22-26
• 2.1.1 人工檢測的缺陷評定分析22-24
• 2.1.2 評定鋼球表面缺陷的參數(shù)分類24-26
• 2.2 鋼球表面缺陷檢測的光學原理26-27
• 2.3 光纖傳感器的理論研究27-33
• 2.3.1 光纖傳感器的原理與分類27-28
• 2.3.2 RIM-FOS的工作原理28-30
• 2.3.3 RIM-FOS光纖結構的設計30-32
• 2.3.4 發(fā)射光纖出射端光強分布的理論模型32-33
• 2.4 鋼球表面缺陷檢測的總體設計方案33-34
• 2.5 本章小結34-35
• 第三章 光纖傳感器的建模與信號處理電路的設計35-53
• 3.1 同軸型多光纖RIM-FOS的簡介35-36
• 3.2 同軸型多光纖RIM-FOS的建模分析36-40
• 3.2.1 接收光纖有效受光面積的分析36-38
• 3.2.2 曲率對光強調制特性影響的理論分析38-40
• 3.3 信號處理電路的整體設計40-51
• 3.3.1 調制光源驅動電路的設計41-43
• 3.3.2 光電轉換與差動放大電路的設計43-45
• 3.3.3 帶通濾波電路的設計45-48
• 3.3.4 低通濾波電路的設計48-49
• 3.3.5 除法運算電路的設計49-51
• 3.4 本章小結51-53
• 第四章 鋼球表面缺陷檢測單片機系統(tǒng)的設計53-69
• 4.1 鋼球表面缺陷檢測的單片機系統(tǒng)設計53-54
• 4.2 單片機硬件系統(tǒng)設計54-63
• 4.2.1 微處理器芯片選型54-56
• 4.2.2 電源電路56
• 4.2.3 串口通信電路56-57
• 4.2.4 A/D轉換電路57-58
• 4.2.5 數(shù)據(jù)存儲電路58-59
• 4.2.6 液晶顯示屏電路59-60
• 4.2.7 調試接口電路60-61
• 4.2.8 其它基本電路61-63
• 4.3 單片機系統(tǒng)的軟件設計63-68
• 4.3.1 單片機系統(tǒng)主程序設計63-64
• 4.3.2 采集時間與鍵盤輸入程序設計64-65
• 4.3.3 A/D轉換程序設計65
• 4.3.4 液晶顯示程序設計65-66
• 4.3.5 串口通信程序設計66-67
• 4.3.6 報警指示程序設計67-68
• 4.4 本章小結68-69
• 第五章 鋼球表面缺陷的檢測實驗69-79
• 5.1 搭建實驗平臺69-71
• 5.2 光纖傳感系統(tǒng)的標定71-75
• 5.2.1 光纖傳感系統(tǒng)粗糙度的標定72-74
• 5.2.2 光纖傳感系統(tǒng)位移量的標定74-75
• 5.3 同軸多光纖RIM-FOS檢測鋼球表面的缺陷75-78
• 5.3.1 鋼球表面粗糙類缺陷的檢測實驗75-76
• 5.3.2 鋼球表面位移類缺陷的檢測實驗76-78
• 5.4 本章小結78-79
• 第六章 結論與展望79-81
• 6.1 結論79-80
• 6.2 展望80-81
• 參考文獻81-84
• 致謝84-86
• 附錄86

【參考文獻】

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本文編號：852521