專(zhuān)利名稱(chēng)：一種軸承鋼球缺陷的渦流相敏檢測(cè)與質(zhì)量分選控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種軸承鋼球缺陷的渦流相歉險(xiǎn)測(cè)與質(zhì)量分選控制裝置
技術(shù)領(lǐng)城
本實(shí)用新型涉及鋼球制造行業(yè)的一種鋼球質(zhì)量檢測(cè)裝置，具體地說(shuō)是二種
通過(guò)渦i^目敏檢測(cè)技術(shù)來(lái)對(duì)鋼球質(zhì)量進(jìn)行分選的裝置。
背景技術(shù)：
鋼球是滾珠軸承的重要零件，鋼球的質(zhì)量對(duì)滾球軸承的精度、運(yùn)動(dòng)性能及 使用壽命的影響至關(guān)重要，"零缺陷"己從過(guò)去優(yōu)質(zhì)品的要求變?yōu)閷?duì)鋼球產(chǎn)品的 正常要求，鋼球?qū)儆谂考庸ぎa(chǎn)品，擦傷和輕微碰傷難以避免，在生產(chǎn)中完全 杜絕不現(xiàn)實(shí)，當(dāng)前鋼球表面缺陷的檢測(cè)仍采用人工檢測(cè)方法，即將鋼球置于顯 微鏡下放大100倍，再與標(biāo)準(zhǔn)照片目視對(duì)照，判斷存在缺陷的所屬類(lèi)別。這無(wú) 疑需要大量人力，且生產(chǎn)效率難以提高；檢驗(yàn)人員長(zhǎng)時(shí)間地觀(guān)測(cè)，也使漏檢的機(jī) 會(huì)大大增加。 發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有Wt軸承中鋼球檢測(cè)的諸多不足之處，本實(shí)用新型提供了一種采用 渦流探傷的原理來(lái)批量無(wú)損檢查鋼球表面及亞表面裂紋、麻點(diǎn)，烏球等缺陷， 以增加鋼球的可靠性，可以替代人工外觀(guān)應(yīng)查，降低誤檢率，提高生產(chǎn)效率。
本實(shí)用新型采用的具體技術(shù)方案是. 一種軸承鋼球缺陷的渦流相敏檢測(cè)與 質(zhì)量分選控制裝置，包括信號(hào)處理裝置、控制裝置、中心處理裝置和分選裝 置，中心處理裝置與控制裝置連接，控制裝置連接信號(hào)處理裝置和分選裝置， 所述的信號(hào)處理裝置"&有信號(hào)產(chǎn)生單元、渦流感應(yīng)單元、相敏檢波單元和AD轉(zhuǎn) 換單元，信號(hào)產(chǎn)生單元與控制裝置連接，渦流感應(yīng)單元與相敏檢波單元連接， 相敏檢波單元與AD轉(zhuǎn)換單元連接，AD轉(zhuǎn)換單元與控制裝置連接。
控制裝置可以^:用8051F020單片機(jī)作為控制器，中心處理裝置可以選用ARM 作為處理系統(tǒng)，分選裝置主要實(shí)現(xiàn)鋼球的送球、喂球、展開(kāi)、分選，送球主要 是順序地將鋼球送到檢測(cè)點(diǎn)，喂球和展開(kāi)主要完成對(duì)鋼球表面的展開(kāi)，便于渦 流感應(yīng)單元的檢測(cè)，分選主要是根據(jù)上位機(jī)對(duì)鋼球表面質(zhì)量的判斷，使不同缺 陷的鋼球進(jìn)入相應(yīng)的通道。
所述的信號(hào)產(chǎn)生單元設(shè)有激勵(lì)信號(hào)單元和參考信號(hào)單元，所述的渦流感應(yīng) 單元設(shè)有激勵(lì)線(xiàn)圏電路和測(cè)量線(xiàn)圏電路。信號(hào)產(chǎn)生單元主要是產(chǎn)生高頻交變電 流，只有當(dāng)探頭線(xiàn)圏中通有交變電流時(shí)，靠近被測(cè)鋼球，鋼球表面才會(huì)出現(xiàn)感 應(yīng)電流，這直可以4吏用正弦交流信號(hào)，參考信號(hào)單元可以使用CPLD產(chǎn)生兩路相 位相差90°的方波作為參考信號(hào)。渦流感應(yīng)單元的探頭可以采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)， 在兩根半圓磁芯上繞以相同匝數(shù)的線(xiàn)圏，方向相反，作為測(cè)量線(xiàn)圈電路，后將 兩半圓磁芯合并，在其外繞以線(xiàn)圏，作為激勵(lì)線(xiàn)圏電路。在調(diào)試過(guò)程中，做到電平衡、阻抗平衡。實(shí)際檢測(cè)中，當(dāng)探頭垂直接近被測(cè)鋼球表面時(shí)，如果鋼球 表面完好，測(cè)量線(xiàn)圍中感應(yīng)信號(hào)大小相等，方向相反，信號(hào)疊加后，差動(dòng)信號(hào) 為最小，阻抗平衡，當(dāng)探頭接近鋼球部位出現(xiàn)裂紋時(shí)，即改變了探頭的自身平 衡，阻抗也隨之變化，使差動(dòng)輸出發(fā)生變化，產(chǎn)生缺陷信號(hào)，缺陷信號(hào)送入信 號(hào)處理電路，
所述的激勵(lì)信號(hào)單元設(shè)有功率放大電路和電路補(bǔ)償電路以提高檢測(cè)的靈敏 度和準(zhǔn)確度.
所述的中心處理裝置連接有顯示單元、鍵盤(pán)和報(bào)警單元；顯示單元可以為 LCD顯示器，使其對(duì)鋼球質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果可以顯示、記錄及存儲(chǔ)，并進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)， 可通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定裝置初始M,可以通過(guò)RS-232/422通訊接口在線(xiàn)對(duì)鋼球質(zhì)量 檢測(cè)與分選系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
激勵(lì)源產(chǎn)生交變激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)功率放大后在鋼球表面感應(yīng)出渦電流，因?yàn)?激勵(lì)線(xiàn)圉的磁場(chǎng)變化也會(huì)對(duì)測(cè)量線(xiàn)團(tuán)產(chǎn)生影響，為提高檢測(cè)的靈敏度，要進(jìn)行 電勢(shì)補(bǔ)償，消除激勵(lì)線(xiàn)圏對(duì)測(cè)量線(xiàn)圏的影響，使得測(cè)量線(xiàn)團(tuán)產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)幾 乎全部由鋼球表面渦流所感應(yīng)，而激勵(lì)線(xiàn)團(tuán)感應(yīng)的信號(hào)則由補(bǔ)償電路所抵消， 這樣測(cè)量線(xiàn)團(tuán)獲得的阻抗信號(hào)才能最大限度地反映出鋼球表面缺陷的情況，提 高了檢測(cè)的靈敏性。感應(yīng)信號(hào)再經(jīng)過(guò)前置放大后就可以進(jìn)行相敏檢波，可以利 用CPLD產(chǎn)生兩路相位相差90。的方波作為參考信號(hào)。使用模擬乘法器來(lái)完成 相敏檢波電路的設(shè)計(jì)，利用模擬乘法器，可以提高信號(hào)的信噪比，這是因?yàn)槟?擬乘法器的輸出頻率分量少，通過(guò)簡(jiǎn)單的濾波電路就能去除無(wú)用信號(hào)。采用兩 片模擬乘法器分別完成感應(yīng)信號(hào)與兩路標(biāo)準(zhǔn)正交化信號(hào)的相乘，然后經(jīng)過(guò)濾波 后得出X與Y方向的直流信號(hào)和交流信號(hào)，通過(guò)直流信號(hào)可以畫(huà)出阻抗平面圖， 利用交流信號(hào)，它可以與直流信號(hào)配合，提高對(duì)缺陷響應(yīng)性能的測(cè)試，通過(guò)調(diào) 節(jié)乘法器的增益，可以調(diào)節(jié)輸出信號(hào)幅值的大小和靈敏性，獲得合適的分解信 號(hào)，滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
在渦流檢測(cè)信號(hào)分析過(guò)程中，缺陷信號(hào)的信息包括幅值和相位兩部分，渦 流檢測(cè)中有一維(幅值)檢測(cè)和二維(相位和幅值)綜合檢測(cè)兩種主要方法，二維 檢測(cè)提供更為豐富的關(guān)于缺陷的信息。相敏檢波器實(shí)質(zhì)是個(gè)模擬乘法器，主要 作用是將輸入信號(hào)與參考信號(hào)(正弦或方波)相乘，其結(jié)果會(huì)出現(xiàn)輸入信號(hào)與 參考信號(hào)的差頻項(xiàng)及和頻項(xiàng)，后續(xù)的低通濾波的作用是濾除和頻分量，這時(shí)的 等效噪聲帶寬;f艮窄，極強(qiáng)地抑制了輸入噪聲。
設(shè)缺陷信號(hào)為 "=^sW紐+o)
m兩路相位相差90。的信號(hào)分別為
<formula>formula see original document page 5</formula>(2)
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則經(jīng)過(guò)相敏檢波后的輸出分別為:
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(4) 同理
(3)
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經(jīng)過(guò)低通濾波后，高頻成分被濾掉，輸出為
<formula>formula see original document page 5</formula>① <formula>formula see original document page 5</formula> ，所以通it^目敏檢波，阻抗信號(hào)的電阻量和電
感量被分別提取出來(lái)，得出阻抗信號(hào)的X分量和Y分量，根據(jù)阻抗圖，可以對(duì) 各種缺陷進(jìn)行判別。
本實(shí)用新型的有益效果是該軸承鋼球缺陷的渦流相敏檢測(cè)與質(zhì)量分選控 制裝置，通過(guò)采用渦流探傷的原理來(lái)批量無(wú)損檢查鋼球表面及亞表面裂紋、麻 點(diǎn)，烏球等缺陷，以增加鋼球的可靠性，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面操作，通過(guò)控制系統(tǒng)自 動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼球的檢測(cè)，可以替代人工外觀(guān)趁查，降低誤檢率，提高生產(chǎn)效率。

圖1為該裝置的總體功能框圖
圖2為該裝置的信號(hào)處理框圖具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的軸承鋼球質(zhì)量在線(xiàn)檢測(cè)與分選系統(tǒng)以渦流效應(yīng)為基礎(chǔ)，主要 包括信號(hào)處理電路和處理控制裝置及其擴(kuò)展電路組成，
如圖l所示，該總體功能框圖中，控制裝置選用8051F020單片機(jī)，完成對(duì) 渦流檢測(cè)板接收到的正交缺陷信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，和對(duì)產(chǎn)生參考信號(hào)的CPLD進(jìn) 行控制，以便產(chǎn)生兩路同步的正交信號(hào)，作為相敏檢波的參考信號(hào)，中心處理 裝置選用ARM處理器，其主要是根據(jù)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)值，進(jìn)行缺陷的刊別，它能 夠根據(jù)判別算法實(shí)時(shí)地處理大量的數(shù)據(jù)，保證了在線(xiàn)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，降低了誤 檢率，并且連接一鍵盤(pán)和才艮警裝置和顯示器LCD,通過(guò)控8051F020單片 Mt制 鋼球的分選裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼球質(zhì)量的檢測(cè)分選。
如圖2所示，信號(hào)產(chǎn)生單元的激勵(lì)信號(hào)源產(chǎn)生交變激勵(lì)信號(hào)， 經(jīng)功率放大后在鋼球表面感應(yīng)出渦電流，渦流傳感器的半圓磁芯作為渦流探 頭，對(duì)鋼球表明進(jìn)行探測(cè)，激勵(lì)線(xiàn)團(tuán)設(shè)有電壓補(bǔ)償電路，與激勵(lì)線(xiàn)團(tuán)感應(yīng)的信 號(hào)相抵消，這樣測(cè)量線(xiàn)圉獲得的阻抗信號(hào)才能最大限度的反眛出鋼球表面缺陷 的情況，提高了檢測(cè)的靈敏性。感應(yīng)信號(hào)再經(jīng)過(guò)前置放大后就可以進(jìn)行相敏檢 波，可以利用CPLD產(chǎn)生兩路相位相差90。的方波作為參考信號(hào)。使用模擬乘 法器來(lái)完成相敏檢波電路的設(shè)計(jì)，利用模擬乘法器，可以提高信號(hào)的信噪比， 然后將信號(hào)譚過(guò)接口 PSD1或PSD2傳輸給F020
權(quán)利要求1.一種軸承鋼球缺陷的渦流相敏檢測(cè)與質(zhì)量分選控制裝置，其特征是包括信號(hào)處理裝置、控制裝置、中心處理裝置和分選裝置，中心處理裝置與控制裝置連接，控制裝置連接信號(hào)處理裝置和分選裝置，所述的信號(hào)處理裝置設(shè)有信號(hào)產(chǎn)生單元、渦流感應(yīng)單元、相敏檢波單元和AD轉(zhuǎn)換單元，信號(hào)產(chǎn)生單元與控制裝置連接，渦流感應(yīng)單元與相敏檢波單元連接，相敏檢波單元與AD轉(zhuǎn)換單元連接，AD轉(zhuǎn)換單元與控制裝置連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸承鋼球缺陷的渦流相敏檢測(cè)與質(zhì)量分選控制裝置，其特征是所述的信號(hào)產(chǎn)生單元設(shè)有激勵(lì)信號(hào)單元和參考信號(hào)單元， 所述的渦流感應(yīng)單元設(shè)有激勵(lì)線(xiàn)團(tuán)電路和測(cè)量線(xiàn)圏電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軸承鋼球缺陷的渦流相敏檢測(cè)與質(zhì)量分選控 制裝置，其特征是所述的激勵(lì)信號(hào)單元設(shè)有功率放大電路和電路補(bǔ)償電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種軸承鋼球缺陷的渦流相敏檢測(cè)與質(zhì) 量分選控制裝置，其特征是所述的中心處理裝置連接有顯示單元、鍵盤(pán)和報(bào) 警單元。
專(zhuān)利摘要一種軸承鋼球缺陷的渦流相敏檢測(cè)與質(zhì)量分選控制裝置，屬于機(jī)械自動(dòng)化檢測(cè)領(lǐng)域，主要解決普通鋼球檢測(cè)需要人工檢測(cè)且誤檢率高的問(wèn)題，包括信號(hào)產(chǎn)生單元、渦流感應(yīng)單元、相敏檢波單元，AD轉(zhuǎn)換單元、控制裝置、中心處理裝置和分選裝置，信號(hào)產(chǎn)生單元產(chǎn)生交變激勵(lì)信號(hào)，在鋼球表面感應(yīng)出渦電流，感應(yīng)信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大電路放大后就可以進(jìn)行相敏檢波，使用模擬乘法器來(lái)完成相敏檢波電路的設(shè)計(jì)，然后將信號(hào)AD轉(zhuǎn)換后傳送至微處理器，最后通過(guò)分選裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼球的篩選，該控制裝置可以批量無(wú)損檢查鋼球表面及亞表面的缺陷，可以替代人工外觀(guān)檢查，降低誤檢率，提高生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)G01N27/90GK201429585SQ20092002919
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2009年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月6日
發(fā)明者于潤(rùn)祥, 選 孫, 輝 張, 沈文眾, 剛 王, 艾長(zhǎng)勝 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)