钢球表面亚表面缺陷无损检测装置关键技术研究

摘要

随着计算机技术和信号处理技术的发展，我国涡流检测技术在检测金属表面裂纹、腐蚀等方面得到广泛的应用，成功解决了基础研究与应用关键技术问题。“十一五”期间，我国轴承行业取得飞速发展，但与之配套的钢球检测设备却成为制约我国钢球生产企业进一步发展的瓶颈。研究开发用于钢球缺陷自动检测装置，正确有效地评价钢球表面质量，已经成为该技术领域的研究焦点技术问题。本文以青岛飞燕临港精密钢球制造有限公司攻关项目“钢球表面亚表面质量自动检测实验装置研制”（课题编号020303405）为背景，在对大量相关中外技术文献研究的基础上，对钢球表面亚表面无损检测装置及其关键技术进行了比较详细深入研究，主要完成了以下工作：
　　通过对钢球缺陷检测总体技术要求认真分析，提出钢球缺陷检测过程中钢球缺陷检测的总体方案，包括钢球展开运动、传感器扫描运动及其运动相关协调的实现机理与方法，即“经纬展开法”。引入虚拟样机技术，确立检测装置整体设计方案，并对各类相关资源进行合理配置。
　　提出了“经纬展开法”实现的机构组成原理与实现方法，据此建立钢球表面展开系统基于运动分析的数学模型；运用MATLAB软件对系统进行可视化仿真，绘制钢球表面展开扫描运动轨迹，探讨了钢球不产生漏检的运动参数选择基本原则。为钢球表面亚表面缺陷展开机构的设计及优化提供了理论依据。
　　在对钢球表面展开及扫描探头检测机构进行结构设计的基础上，基于Pro/Mechanism软件对表面展开机构进行运动学仿真分析，对影响钢球表面检测效果的关键零部件进行有限元分析，以优化产品设计结构，为进降低检测装置的研制成本、缩短产品的开发周期、更加合理提高产品性能提供理论设计依据。
　　本文通过理论研究与工程应用相结合的方式，以简化子午线展开方法为基础，设计钢球表面亚表面缺陷无损检测装置。仿真结果表明：通过调整展开与扫描机构的运动参数，可以实现对钢球缺陷完全检测。为钢球表面亚表面缺陷无损检测的理论研究提供一条新的途径，对进一步推动钢球缺陷检测技术的发展具有一定的实践指导意义。

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Contents

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外发展应用现状及发展趋势

1.3 问题提出与研究内容

2 钢球检测装置总体方案设计

2.1 虚拟样机技术概况

2.2 检测装置虚拟样机系统的总体解决方案

2.3 本章小结

3 表面展开数学建模与运动仿真

3.1 表面缺陷展开机理描述

3.2 建立表面展开数学模型

3.3 基于运动控制的MATLAB仿真分析

3.4 本章小结

4 钢球表面展开机构结构设计

4.1 表面展开机构总体设计方案概述

4.2 表面展开机构结构分析与设计

4.3 本章小结

5 钢球表面展开运动学仿真及有限元分析

5.1 表面展开机构工作状态描述

5.2 基于Pro/Mechanism的运动学仿真

5.3 关键部件动力学分析

5.4 本章小结

6 总结及展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况