微型钢球表面缺陷检测实现方法及其关键技术研究

摘要

随着机械产品运行高速化、工作质量高性能化的发展要求，关键机械零部件的设计标准也随之提高。因此，轴承的质量寿命对于保障机电设备关键部件的运行动态品质与寿命具有重要影响。目前，国内外对钢球质量检测标准没有统一规定，这在一定程度上制约了机械装备技术总体水平的提高。钢球表面质量检测客观要求，一种可靠、快速、性能稳定的钢球表面缺陷检测装置呼之欲出。本文提出利用电涡流无损检测方法，实现微型钢球表面亚表面缺陷检测与分选，这对钢球无损检测、保证钢球表面和亚表面质量具有较高的学术价值与工程应用前景。
　　论文介绍了钢球表面质量检测控制系统关键结构，提出检测设备核心机构—展开与扫描机构的控制原理与实现方法，探讨了钢球检测设备机构运动控制关键技术问题的解决方法；建立了驱动展开机构与扫描机构协调运动的步进电机的数学模型，阶段试验验证了控制方案的合理性。
　　在对钢球缺陷电涡流检测原理分析研究的基础上，提出钢球表面缺陷电涡流无损检测实现方法；分析了电涡流传感器检测信号与检测频率、钢球与扫描探头之间距离及钢球表面缺陷类型等因素之间的内在影响规律；指出由于电磁感应现象所产生的感应电流变化大小间接反映钢球表面质量优劣。
　　基于钢球表面缺陷电涡流无损检测方案，提出了检测机构控制系统的硬件和软件设计的关键问题解决方案，系统地解决了硬件参数计算选型、控制电路设计、程序编写等与运动控制方案密切相关的技术问题；构建了基于LabVIEW软件的，钢球表面质量信号采集、分析及显示的虚拟仪器系统。根据软件处理结果，可以及时监控钢球检测过程，实现钢球缺陷优劣程度可视化。
　　全文通过对钢球表面展开关键运动参数控制要求的分析，合理解决了展开机构各运动量之间的协调问题；提出并实践构建了基于LabVIEW软件，实现控制系统信号采集与处理、显示与存储为一体的虚拟仪器系统，为钢球表面亚表面缺陷检测提供了新的方法；为钢球表面质量无损检测设备研究设计提供了设计依据与样机借鉴。

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Contents

1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 涡流无损检测的发展历程

1.4 课题来源及主要研究内容

2 微型钢球缺陷检测原理和关键问题

2.1 微型钢球表面展开机理

2.2 微型钢球展开与缺陷扫描运动控制关键问题

2.3 钢球缺陷检测控制系统关键部分数学模型的建立

2.4 本章小结

3 钢球缺陷检测传感器原理及选型

3.1 钢球缺陷检测实现方法

3.2 电涡流传感器的原理及其特性

3.3 典型测量电路

3.4 本章小结

4 钢球缺陷检测设备驱动方案设计

4.1 钢球缺陷检测驱动方案概述

4.2 控制系统功能及其关键技术

4.3 控制系统硬件设计

4.4 本章小结

5 钢球缺陷检测设备软件设计

5.1 软件设计概述及其关键

5.2 步进电机的软件控制

5.3 数据的采集及其显示

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间从事科学研究及发表论文情况