钢球表面质量检测系统设计设计说明.docx

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钢球表面质量检测系统设计设计说明

毕业设计

题目钢球表面质量检测系统设计

摘要

轴承的精确度、运动性能和使用寿命,在很大的程度上都是取决于其中钢球的质量的,所以在钢球的生产中对成品钢球的表面缺陷进行检测是十分重要的。

目前,国内各轴承企业以及钢球厂家对于钢球表面质量的检测大多采用传统的人工目视的方法，这种方法容易受到检测工人的技术水平、责任心、劳累程度等不稳定因素的影响,而且其误检和漏检率高,同时自动化程度又低。

国产钢球的表面质量检测技术与国外同级别的相比存在着较大的差距，造成这种差距的原因之一就是钢球表面质量检测技术的落后。

随着轴承行业对钢球表面质量要求的不断提高,开发一种价格适宜，速度及效率高的钢球表面质量自动检测装置就变得非常重要。

本文中提出的基于光纤传感技术的钢球表面缺陷检测研究是以钢球表面缺陷为研究对象，研究钢球表面缺陷的自动检测技术，目的就是为了解决我国在钢球表面质量检测方面自动化程度低，效率低的状况，开发出具有自己独立知识产权的钢球外观检测仪。

分析钢球检测系统的工作流程，钢球展开机构的实现方法，经纬展开运动轨迹的分析，展开轮的机构及工作原理。

基于调制技术和锁相放大技术，分析并设计了钢球表面缺陷信号处理系统，包括激光激励驱动电路、窄带滤波电路、相敏检波电路、移相电路、除法运算电路；采用的是C8051F020单片机用来进行信号采集及处理，包括其电源电路、外部晶振电路、复位电路、串口通讯、JTAG接口电路、键盘及显示。

关键词：

钢球；表面缺陷；系统设计；展开机构

ABSTRACT

Toalargeextent,theaccuracy,sportsperformanceandservicelifeofbearing,whichdependonthequalityoftheballinbearings.Therefore,detectingthesurfacedefectsofthefinishedballisreallyimportantintheproductionofsteelballs.Currently,fortestingthesurfacequalityoftheball,domesticenterprisesandballbearingmanufacturerswhoalmostusedtraditionalmethodsofartificialvisual,inwhichwayiseasilyaffectedbythelevelofdetectiontechnologyworkers,responsibility,fatiguedegreeofinstability,anditshighrateoffalsepositivesandmissed,thelowdegreeofautomation.Comparedthedetectiontechnologyofsurfacequalityofballwithforeigncountries,thereisabiggapmadeinChina,causingoneofthereasonsforthisdisparityisthatthedetectiontechnologyofsurfacequalityofballbehind.Withthecontinuouslyrequirementsofimprovingthesurfacequalityoftheballinbearingindustry,whichbecomesveryimportantisdevelopinganaffordable,highspeedandefficiency,automaticdetectiondeviceofsurfacequalityoftheball.

Ballsurfacedefectdetectionbasedonopticalfibersensingtechnologyresearchpresentedinthispaperisbasedontheballsurfacedefectsastheresearchobject,theballsurfacedefectautomaticdetectiontechnology,thepurposeistoresolvethedegreeofautomationoftheballsurfacequalitydetectionlow,lowefficiencysituation,developedwithitsownindependentintellectualpropertyrightsoftheballappearancedetector.

Analyzingtheworkflowoftheballdetectionsystem,implementationoftheballdeploymentmechanism,analyzingthetrajectoryofexpansiondependsonlatitudeandlongitude.

Analyzedanddesignedsignalprocessingsystemofballsurfacedefectsbasedonmodulationandlock-inamplificationtechnology,whichincludedthelaserexcitationdrivecircuit,thenarrowbandfiltercircuit,thephase-sensitivedetectioncircuit,thephaseshiftingcircuit,thedivisioncircuit；C8051F020SCMisusedforsignalacquisitionandprocessing，whichincludedthepowersupplycircuit,anexternalcrystaloscillatorcircuit,resetcircuit,serialcommunications,JTAGinterfacecircuit,keyboardanddisplay.

Keywords：

Ball;Surfacedefects;SystemDesign;Expansionmechanism

目录

摘要………………………………………………..…….….……………...

ABSTRACT…………………………………………………………………

1前言……….……………………………………………….….………………………….1

1.1研究背景及意义..........................………….………….………..1

1.2国内外钢球表面质量检测装置的研究现状...........................……….......……2

1.3设计内容......................…………………………….…....……..………3

2钢球表面展开机构分析及设计.....................……..….………………………….…..…4

2.1钢球展开机构的实现方法………………………………………………………4

2.2经纬展开运动轨迹分析…………………………….………………...………5

2.3展开轮结构及工作原理……………………………………………………...…5

2.4展开轮的设计……………………………………………………...7

3信号处理系统分析及设计......................……..….………………………….…..….…9

3.1调制光源激励电路………………………………………………………………10

3.2光电转换及前置放大电路…………………………….………………...………11

3.3带通滤波电路……………………………………………………...……………12

3.4锁相放大电路……………………………………………………...……………12

3.4.1相敏检波电路…………………………….…………………………...13

3.4.2低通滤波电路…………………………….…………………………...13

3.4.3移相电路…………………………….…………………………..14

3.5除法运算电路……………………………………………………...………14

3.6数据的采集与处理…………………………………………………...………15

3.6.1电源电路…………………………….…………………………...16

3.6.2外部晶振电路…………………………….…………………………...16

3.6.3复位电路…………………………….…………………………...16

3.6.4串口通讯…………………………….…………………………...17

3.6.5JTAG接口电路…………………………….…………………………..18

3.6.6键盘及显示…………………………….…………………………..18

4结论......................……….………….……………………..….……...…..….………...20

参考文献......................…………….…………………..….…..……………….………….21

致谢......................………………….……………………..…….…………...…………….22

1前言

1.1研究背景及意义

球轴承是一种基本的组成部分，在机械行业中是非常重要的，球的滚动轴承，在其运动精度的质量起着决定性的作用，球轴承的寿命，性能等，表面缺陷对钢球表面质量缺陷的影响是明显的，因为球会引起轴承振动的脉冲式，球轴承的比较中的噪声和振动的旋转时产生的大，轴承转速和振动脉冲周期成反比，球轴承振动的幅度与钢球外貌缺陷的尺寸相关，钢球表面缺陷越大，球轴承的振动幅度就越大。

根据统计数据可以知道：

在各种各样的球轴承的失效形式中，由于故障所造成的表面缺陷的钢铁高达80%。

因此说要想使得球轴承质量提高，减少钢球表面缺陷是非常重要的。

跟着钢球行业制造工艺水平的不断提高，在一定程度上，钢球外貌缺陷的数目和品种有了较好的控制，但为了保证钢球表面质量不能全球企业只有提高加工工艺的实现，保证钢球表面质量的最可行的或通过质量测试环节来实现的，因此在钢球行业中，钢球表面质量检测的研究一直是作为一个重要的研究方向。

在通过几十年的成长进程以后，我国的钢球制造业，显然成为钢球的制造大国，但还不是钢球的制造强国，与国外同级别的相比国产钢球表面质量仍旧有较大的差异。

依据对海内轴承行业进行了不完全的统计以后，了解到由于钢球表面损坏而造成球轴承不能使用的比例高达77％，而在国外仅为35％，因此国内还需大量进口很多高品质钢球及轴承。

钢球检测技术的落伍是造就这类差距的重要原因之一：

在国外的不少发达国家已经广泛的使用钢球表面质量自动检