轴承内外径检测讲义.doc

一、研究意义 轴承是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度2 起导致发动机整机毁坏。 由于航空轴承的使用环境恶劣，技术要求高，寿命和可靠性要求也非常高，因此对其产品的质量和可靠性要求极高。轴承的质量和可靠性与轴承的设计、制造、试验、选用、安装、使用、维护、运输、包装、保存等各环节都密切相关，忽略了任何一个环节都有可能造成轴承的失效或无法满足使用要求。因此，针对航空轴承的内外径检测，设计一个精密的光电检测系统是十分重要的。 二、研究目的 目前国内轴承检测系统相对比较落后，生产中所使用的专用检测仪器多达200种以上，其中大部分为机械式，并通过标准件进行比较测量，这些仪器的弊端主要表现在以下几个方面：首先，生产和质检环节完全分离，不是在生产过程中对产品质量进行修正。其次，信息化并未在检测技术中完全实现，这样在生产过程中，信息反馈跟不上检测系统节奏，不能真实有效地反应出被测件质量。再次，这些机械式轴承专用仪器在轴承测量时对检查员操作技术水平要求高。最后，对于一些特殊轴承，测量力对测量精度也有一定影响。 由以上所列举这些弊端可以看出，国内轴承检测行业还存在着不足。非接触式测量技术光学测量技术在光机电一体化发展的大趋势下被更多的应用于高精度检测领域。非接触测量可以在不接触工件的情况下对工件进行高精度测量，既不损伤工件测量表面，又具有高效率的特点。 因此，在光学测量技术的基础上，向非接触测量方向发展十分重要。本设计报告提供了一种检查传送带上装配好的航空轴承的内外径的光电检测方案，检测轴承是否装配完整。 三、检测原理 3.1 基本原理 方案设计的基本结构设计，采用了遮光板型光电检测的方案，如图1所示。通过遮挡，测量尺寸或者振动频率。 图1.遮挡型光电检测方案原理图 3.2 设计方案 轴承内外径光电检测系统基本结构如图2所示，组成部分主要有光源、球面反光镜、成像物镜、光澜、CCD、图像采集卡、计算机等。 图2. 轴承内外径光电检测系统基本结构 图2展示了一个轴承检测装置，它就是本论文所设计的轴承内外径光电检测系统的基本结构。光源发出光通过球面反光镜反射，反射所形成的平行光通过透明板照射到被测轴承上，轴承在光源的照射下，其影像被投射到光学成像系统，经透镜放大聚焦在CCD的光敏阵列面上, CCD摄像头将其接收的光学影像转换成视频信号输出到图像采集卡，图像采集卡再将视频信号转换成数字图像信息供计算机处理和CRT显示。计算机运用各种算法对图像数据进行运算处理，计算出待检测轴承的内外径，最后与预置的标准尺寸相比较判断其是否合格。 四、技术方案结构组成 4.1光源 合理的光源选择能够使得系统分辨率水准得到提升，软件运算编程的复杂程度得以降低，会使得系统整体运作速度提升。检测系统一般有两种：一种是为了获得被测元件的特征参数指标；另一种是通过测量被检物体的空间频谱分布确定备件物体的某些特征参数。对于前者可选用白炽灯、卤素灯等一些常见的可见光光源即可；对于后者，应该选用激光照明，因为它能满足单色性好、相干性好、光束准直精度高等要求。对于本文的轴承内外径光电检测系统，就属于前者的情况，可以根据实际情况在常见的可见光光源里选择合适的一种作为检测系统中的照明光源。 表1列出了一些常见的可见光光源的参数特性。 表1.可将光光源相关特性 光源 颜色 寿命/h 亮度 特点 卤素灯 白色偏黄 5000-7000 很亮 发热多，较便宜 荧光灯 白色偏绿 5000-7000 亮 较便宜 LED灯 红黄绿白蓝 10000-30000 较亮 发热少，有很多形状 氙灯 白色偏蓝 3000-7000 亮 发热多，持续光 白炽灯 黄色 1000 较亮 发热多，较便宜 综合考虑各个方面来进行比较，LED光源由于发热少，寿命长，不需要随时更换，非常适合用于本文所研究的轴承内外径光电检测系统中。 4.2 球面反射镜 在选择球面反射镜时，最需要的考虑的因素是所选球面反射镜的口径大小。这是因为在轴承内外径光电检测系统中，球面反射镜的作用是反射光源发出的光线，使其成为平行光出射，将被测轴承图像投影到CCD上。球面反射镜口径的大小直接影响了平行光线的照射范围，从而影响到轴承内外径检测系统的测量范围。球面反射镜的原理图如下图所示。 图3.球面反射镜原理图 在图中，F为球面反射镜焦距，Dia为球面反射镜的口径大小，H为球面反射镜的高度。由于设计参数要求的轴承外径为80mm-200mm，于是球面反射镜的口径需要至少大于200。本文选择的球面反射镜口径大小220mm，焦距100mm，厚度33mm，另外它的材料是硼娃酸盐玻璃，平均寿命小时。以上这些参数足以满足轴承内外径检测系统的对测量范