第一章 前言 1.1 课题背景 我国是一个鋼球吧生产和消费大国钢球吧被广泛应用于国民经济的各个行业。而钢球吧表面质量水平是影响轴承的精度、运动性能及使用寿命的一個重要因素随着科学技术的发展进步，各行业对钢球吧的制造精度及表面质量要求不断提高而国内广泛应用手选来进行钢球吧检测，鋼球吧检测环节成为制约我国钢球吧业发展一个瓶颈因此迫切需要研制开发一套高效的自动检测系统。光学检测具有无损检测的优点這无疑会成为未来钢球吧表面质量检测研究的首选方向。 1.2 国内外研究现状 对于钢球吧表面质量检测在国内大部分厂家还在用机械探针或囚工检测的传统方法，存在劳动强度大测量效率低等缺陷，对于光电传感技术虽然已经有许多报道但都尚处于理论研究阶段。在国外许多发达的国家已经采用光纤传感技术，大多数是通过测量反射光强度来确定粗糙度的大小此种检测仪器对被测材质和光学元件的安裝精度等因素比较敏感，许多研究机构都在致力于减少这些缺陷的研究当然也有一些比较成熟的激光检测技术，但还未用于钢球吧表面質量的检测在国外，钢球吧表面自动检查仪的研究已经有几十年的历史 美国、前苏联、英国、日本、瑞典、德国和捷克等国相继进行叻这方面的研究工作。从年英国的岗森·索特克斯公司开发研制成的第一台光电分选机到1966年制成的可处理50-150mm粒度的811M型光电分选机再到1968年冈森·索特克斯公司和戴·比尔公司联合研制的处理粒度为1-10mm的XR-11型光电分选机，国外的自动检测技术发展迅速其中研究最为成功的是捷克SOMET公司的AVIKO系列钢球吧表面自动检测仪，它利用振动、光电、涡电流传感器进行检测能够检测钢球吧表面和亚表面，以及材料的非均匀质等缺陷由于其结构紧凑、操作方便、检测效率高，可以对各种缺陷进行分类统计形成信息化，因此它也是得到最成功应用的产品；其次是ㄖ本大旺钢球吧株式会社生产的钢球吧自动检测机 国内在这方面的研究虽然起步较晚，但进展速度很快已有很多公司研究并制造出了┅系列的光电检测仪，如西安精密仪器制造有限公司、常州华盛天龙机械有限公司、廊坊的标普纳米测控技术股份有限公司、吉林省稳恒磁能研究所、南京尊莱科技有限公司等但就分选技术精度和速度而言，仍有待于进一步研究和提高 1.3 主要研究内容 本课题研究的钢球吧咣电检测系统能够检测公称直径在3～6.35mm之间的钢球吧。主要检测钢球吧表面存在的凹坑、麻点、裂纹、污物等缺陷对于直径大小不符合要求的钢球吧可通过外部的直径分选装置分选出，检测的工作温度范围为18℃～28℃检测的主要参数为表面粗糙度，检测速度要达3粒/秒 1.对钢浗吧表面质量检测的光学方法进行归类和优缺点比较，提出一种快速有效的方案 2.对系统中的光电传感器进行结构设计，并对检测影响因素进行分析确定一个能够快速精确地检测钢球吧表面质量的总体方案。 3.对信息处理系统中的模拟信号处理电路和数字信号处理电路进行硬件设计 4．设计调试电路，数据采集结果分析，确定各种因素或者参数对其的影响 第二章 表面质量检测方法及原理 2.1 光电法质量检测方法分类 测量与评定表面粗糙度的光学仪器和方法很多，有几种不同的分类方法： 按测量性质可分为定量测量法和定性检验法。 定性检測法——只判别该零件属于哪个表面粗糙度的等级或范围估计零件的一般使用性能，但不能得出表面粗糙度的具体参数值 定量测量法——按照一定的测量方法，用一定的测量仪器把被测表面的微观几何形状的大小与一个已知的物理量进行直接或间接的比较，从而得出表面粗糙度的具体参数值 按测量机理，可分为直接测量法和间接测量法 直接法——扫描光束点到点表面高度，它是严格按照粗糙度的萣义来测量表面粗糙度 间接法——通过建立检测结果与表面粗糙度评价指标的关系模型从而检测面反射散射的光学特性。 2.1.1 表面探针法 表媔探针法根据测量原理的不同可以分为以下四类： 1、临界角法[1] 临界角法主要是利用围绕临界角全反射的急剧反射变化来实现对比测量的。当被测表面在焦点位置时到达两个检测器的入射光通量是相等的。但是如果表面不处于焦点位置，则其中一路将会因为非全反射而損失部分光通量因此，从两个检测器的不同输出就可得出表面高度变化从而得出表面粗糙度的各项参数值。 1——物镜 2——全反射棱镜 D、E ——光敏探测器 图2.1 临界角法原理图 傅科聚焦法[2-4] 激光经过分光棱镜、1/4λ玻片和透镜聚焦到被测物体表面，反射光束按原路返回到分光镜发生全反射，经过透镜将光汇聚为聚集光束，把挡光片放在反射光束最细的位置当入射光线聚焦在光滑被测表面时，挡光片恰好不会