多功能钢球检测仪的研制

Keywods: Non-Destructive Testing(NTD),eddy current testing, Warp and woof unfolding, Digital processing
III
南昌航空大学硕士学位论文
原创性声明
南昌航空大学硕士学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是我个人在导师指导下， 在南昌航空大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。 尽我所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究 成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作 了明确地说明并表示了谢意。本声明的法律结果将完全由本人承担。 学位论文作者签名： 日 期：
II
need clean steel ball. Otherwise it may cause
wrong judgement.Meanwhile eddy
Байду номын сангаас
current testing is based on electromagnetic induction principle. So it is suitable to conducting material and it is unsuitable to nonmetallic ball. Therefore this eddy current testing equipment of steel ball still has some limitation.
学位论文作者签名： 日 期：
导师签名： 日 期：
南昌航空大学硕士学位论文
第一章
引言
第一章 引言
1.1 课题的研究目的和意义
滚动轴承是国家机械工业中重要的基础性零件，广泛应用于航空、航天、交 通运输、机械制造、仪器仪表等多个领域，而钢球作为轴承的滚动体，它的质量 优劣对于滚动轴承的性能、安全起着决定性的作用[1]。在当今滚动轴承正向高速、 高温及高寿命方向发展，这就对钢球的材料、几何形状及表面质量提出了越来越 高的要求，它要求钢球的质量不仅仅是杜绝裂纹、黑点、划伤、空洞和啃伤等明 显伤痕，对钢球的表面擦伤、小碰伤等过去让步接受的缺陷都视为不合格。钢球 属于批量生产产品，擦伤和轻微碰伤难以避免，在生产中完全杜绝是很难实现的， 只能通过成品检验对钢球表面扫描检测来筛选出不合格产品。 据统计 ，2000 年我国滚珠生产厂家就约有 200 多家，年生产能力 200 多亿粒
南昌航空大学硕士学位论文使用授权书
本论文的研究成果归南昌航空工业学院所有，本论文的研究内容 不得以其它单位的名义发表。本人完全了解南昌航空大学关于保存、 使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件 和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学，可以 采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部 分内容。
[2]
，几十年来，国内钢球生产厂家大多采用人工目视检查的方法对钢球的表面质量
进行检验，这种方法由于检验质量要求严格，对检验人员视力有苛刻的条件要求， 它虽然能使产品外观质量得到一定的控制但漏检微裂纹是不可避免的。另外人工 外观检测还受个人情绪及环境影响，不可能有恒定的外观质量标准。总之，人工 目视检查法劳动强度大、工作效率低，且易受检查人员技术素质、经验及肉眼分 辨能力和疲劳等因素影响，无法保证正常的钢球质量。并且人工目视检查法对于 低倍组织缺陷和显微组织缺陷以及某些麻点、裂纹等肉眼难以辨别的缺陷更是无
南昌航空大学 硕士学位论文 多功能钢球检测仪的研制 姓名：徐长英 申请学位级别：硕士 专业：测试计量技术及仪器 指导教师：任吉林;高春法 20070601
摘
要
随着科学技术的发展，滚动轴承被广泛应用于航空、航天、交通运输、机械 制造、仪器仪表等多个领域，而钢球作为轴承的滚动体，它的质量优劣对于滚动 轴承的性能、安全起着决定性的作用，因此钢球的质量检测是制约轴承产业发展 的重要因素之一。目前我国使用的商品化的钢球检测仪器主要依靠进口，其检测 设备价格昂贵、维护费用高，检测重复性不好。 本文针对钢球质量检测课题，研究了国内外相关技术的发展现状、应用前景 和主要检测方法，选择采用电涡流检测方法对钢球质量进行检测，并据此来研制 多功能钢球检测仪。主要工作和取得的成果如下： （1） 通过对现有的子午线展开方式进行理论分析，采用了经纬展开方式对钢球进 行表面检测，并建立了相应的运动学方程，利用 matlab 进行了计算机模拟仿真，从 理论和实践上验证了经纬展开系统的合理性、可用性。 （2） 在信号的分析与处理方面，提出了两种解决方法，一种方法就是目前大部分 涡流检测仪器所采用的模拟电路对信号的处理方法，该方法可以完成对钢球的准确 检测，但硬件电路设计复杂，灵活性差，本系统的设计就是采用此方法；另一种方 法是将模拟电路完成的工作由计算机完成，实现由模拟信号处理向数字信号处理方 向的转变，使检测速度更高、检测效果更好，本论文对该方法做了探讨，并进行了 相应的试验，证明该方法具有实用性和可行性，但由于时间原因还未应用到钢球检 测系统中去。 （3） 通过对机械部分的不断改进和对硬件电路的反复改善，该仪器已经可以对钢 球进行高速、准确、实时的检测，该仪器可以自动分选出材质不合格、尺寸不合格、 质量不合格的钢球，具有较高的检测重复性。 尽管涡流检测选用点式差动式探头可有效地检出导电材料球的表面和近表面缺 陷，但检测时要求钢球表面清洁比较高，不允许存有电磁材料沾污物，否则合影响 检查的灵敏度，引发错判。同时涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的，它适用 于导电材料，对于非金属球如陶瓷球、玻璃球、塑料球等无法检测，所以该钢球涡 流检测仪还具有一定的局限性。 关键词：无损检测，涡流检测，经纬展开，数字处理
[2] 能为力。这种状况直接影响了钢球的质量，进而影响了轴承的可靠性 。近几年来
随着高速、精密、静音轴承产业化、商品化的应用，轴承滚动体即钢球的生产现 状已远远不能满足国内外市场的需求[2]， 特别是对轴承失效影响最大的钢球缺陷控 制与自动化识别挑选，己成为世界各主要工业国家十分关注的技术关键问题，各 国迫切需要一种钢球自动检测装置，正确高效地进行钢球表面缺陷检查。这就需 要大批价格适中、灵敏度和准确度都较高的钢球检测设备。而此类设备我国目前 决大部分依赖进口，但高昂的价格使此类设备无法在我国钢球生产企业普遍使用。 随着现代工业和科学技术的发展， 对材料和产品的检验提出了更高的要求。 将无损检测技术运用到钢球成品挑选中，既可提高劳动生产率，减轻劳动强度， 又可保证产品质量。从大局看是使我国从轴承大国走向轴承强国，早日摆脱名为 世界轴承生产大国，实为世界轴承技术弱国的尴尬局面的主要举措之，对于促进
从大局看是使我国从轴承大国走向轴承强国早日摆脱名为世界轴承生产大国实为世界轴承技术弱国的尴尬局面的主要举措之对于促进南昌航空大学硕士学位论文第一章引言我国轴承工业的技术进步和机械工业的发展缩短与世界轴承制造先进水平的差距具有非常重大的意义年代末我国有关部门就注意到钢球在轴承中的重要性并开始研究钢球外观质量检验设备但迄今为止未有比较满意和成熟的结果
I
Abstract
With the development of science and technique, rolling bearing is extensively applied in aviation,spaceflight,traffic, mechanism manufacture,instrument etc. Regarding of the rolling bearing performance,the quality of steel ball playing the decisive role by way of beering’s scroll style. So the quality inspecting of the steel ball is one of the important factors of restricting bearings industry development. Currently we mainly depend on importing for the commercialized steel ball examination instrument. The price of examination equipments is expensive, supporting expense is high,and the repeated examination is bad. This paper deals with inspecting the quality of the steel ball. The domestic and foreign developing situation,applying prospects and major techniques about Non-Destrutive Testing (NDT) of the steel ball are also be presented.This paper chooses the electricity eddy current testing to inspect the quality of the steel ball and develop the multi-purpose steel ball testing instrument.It showed that: (1) The equipment used unfolded system adopting Warp and woof unfolding to test steel ball surface by analysising the unfolded system of existed meridian ,and carried on the computer simulation adopting matlab . Finally this paper confirms rationality and usability of the Warp and woof unfolding (2) On signal analysis and processing aspect, this paper proposed two solutions. The way which the system used is by analogous circuit to process signal as the majority of eddy current testing equipment.It can inspect accurately surface of the steel ball .which the hardware circuit is very complex and flexibility is bad in this way. Another way is that the work completed by analogous circuit will complete throught the computer to realize transformation of simulated signal processing to digital signal processing direction .It enhances the speed and effec of examination.The method and performed the experiment has discussed in this paper. It proves that this method has the usability and the feasibility by experimental result.But the way has not applied to steel ball inspecting because of the time. (3) By unceasingly improving machine part and hardware circuit,the equipment may inspect fast ,accurately and real-time .It can automatically choose unqualified steel ball in quality and in size. So it has higher duplication in examination. Although this eddy current testing method can examine surface flaw effectively,it