摘要：簡要介紹了鋼球表面檢測系統(tǒng)的組成與工作原理；描述了采用經緯展開方式的鋼球表面展開系統(tǒng)的設計，并理論驗證了該系統(tǒng)的實用性；簡述了該系統(tǒng)的實際應用情況。

　　關鍵詞：鋼球檢測；缺陷；經緯展開；運動學方程；仿真

　　近年來發(fā)展的鋼球質量檢測儀器大多采用渦流檢測技術，檢查時對鋼球的球面多采用子午線展開方式，但由于此類儀器價格昂貴、使用過程中難以達到鋼球檢查要求的清潔度、子午線展開方式中子午輪型面復雜、制作難度大、子午輪在應用中易于磨損、受損的子午輪會導致鋼球展開不充分、容易引起缺陷漏檢、需要經常更換、維護費用高，目前在國內推廣使用受到一定的限制。　　因此，為簡化子午線展開的復雜模型，介紹一種采用經緯展開方式的鋼球表面展開系統(tǒng)，并簡要介紹該系統(tǒng)的設計制作。此系統(tǒng)具有價格便宜、易于制作、展開充分、不易磨損等特點。

1 系統(tǒng)組成與工作原理 以機械展開為核心的鋼球自動檢測系統(tǒng)主要分為自動進料系統(tǒng)、機械展開系統(tǒng)、渦流檢查系統(tǒng)、自動分選系統(tǒng)。自動進料系統(tǒng)定時定量有規(guī)律地將鋼球供應給機械展開系統(tǒng)?！　′撉蛟跈C械展開系統(tǒng)作用下，連續(xù)、完整和高效地將待檢測表面在一定時間內連續(xù)全部送至傳感器的有效探測區(qū)域，使其不存在任何盲點，并且盡量減小重復點以提高檢測質量和檢測效率。渦流檢查系統(tǒng)將材質不合格的鋼球分選到異質鋼球通道。自動分選系統(tǒng)根據渦流檢查的結果對鋼球進行分類。檢測系統(tǒng)結構示意如圖1所示。　　鋼球表面檢測系統(tǒng)用于工業(yè)軸承生產中鋼球的無損檢測，能夠自動篩選出有缺陷(如裂紋)和材質(如熱處理狀態(tài)、化學成分和硬度)不合格的鋼球。該系統(tǒng)檢測的基本原理及工作流程是：鋼球由進料斗經配料盤進入材質分選通道，材質檢查由渦流探頭、下料孔進入分選系統(tǒng)，不合格的鋼球從A通道剔除，合格鋼球經B通道進入探傷通道，探傷時由上導輪的球窩有序地將鋼球送入探傷位置，探傷后的鋼球由下導輪球窩送入分選器，根據探傷時有無缺陷信號分別送入合格通道和不合格通道。檢測中，機械裝置、渦流檢查系統(tǒng)和工控機應該各司其職、協(xié)同工作，機械裝置保證鋼球的有序進給、傳動和展開，渦流檢查系統(tǒng)通過傳感器測取信息，由工控機統(tǒng)一控制。

2 鋼球表面檢測的機械系統(tǒng)2．1 鋼球表面機械展開系統(tǒng) 機械展開是鋼球檢測時整個球面都能保證得到檢查的技術關鍵。如果展開不充分，會使局部球面得不到檢查，導致漏檢。因此，在實現外觀質量檢測過程中，鋼球須在此展開機構的作用下，連續(xù)、完整和高效地將待檢測表面在一定時間內連續(xù)全部送至傳感器的有效探測區(qū)域，使其不存在任何盲點，并且盡量減小重復點以提高檢測質量和檢測效率。　　本研究采用經緯展開方式對鋼球表面進行機械展開，即探頭沿鋼球赤道擺動掃描，鋼球沿經線方向旋轉地互動展開，這種展開方式簡化了子午線展開的復雜模型，只要經緯方向的轉動配合恰當，就可以方便得到充分的展開?！　C械展開系統(tǒng)的運動部件主要有探頭架、上下導輪，當電機控制上下導輪同速度搓動時，步進電機控制探頭架上安置的成180。角的兩只探頭沿赤道方向對鋼球掃描檢查。由于采用上下導輪搓動形式，保證鋼球被檢時能很好地轉動，并且上下導輪的接觸球面為V字型，使被檢鋼球與導輪的接觸可近似看作是點接觸，所以，可以認為被檢鋼球與上下導輪間作純滾動而不產生滑動?！　z測中被檢鋼球的進出料是由輪系上的球窩實現的。在上下導輪同步轉動時，下導輪將帶走檢查完畢的鋼球，同時上導輪將待檢球送入檢查位置?！　〗浘曊归_方式中，探頭沿鋼球赤道方向擺動掃描，鋼球沿經線方向旋轉，因此探頭在鋼球表面的掃查軌跡是鋼球面上的一圈圈的螺旋線。螺旋線能否覆蓋整個球面和螺旋線的密度決定了展開是否充分，是否有局部的漏檢存在?！　∮捎谔筋^在鋼球表面的掃查軌跡是復雜的空間螺旋線，并且鋼球在展開過程中只作純旋轉運動，不產生移動，因此為了能對探頭在鋼球表面掃查運動規(guī)律做動態(tài)仿真，同時分析鋼球展開軌跡空間螺旋線的間距即死區(qū)大小和檢測運動周期，建立了一套簡便有效的數學模型。

2．2 自動進料、自動分選系統(tǒng) 由于滾動體便于運送，設計了與檢測速度相適應的進、出料和分選機構。進料由料嘴和配料盤完成，料嘴和配料盤都由電機帶動低速轉動，料嘴的轉動可使料斗中的鋼球有所擾動，以便鋼球可以源源不斷地進入檢查通道。配料盤轉動用于控制進球速度與檢測速度保持一致，避免通道中供求過量積壓或供求不足?！　≡谶M球途中安排了材質檢查、分選機構，經過渦流檢查，材質不合格的鋼球在這里被分選到異質鋼球通道。材質分選之后安排了異質球分選機構，把與被檢鋼球規(guī)格直徑尺寸不相吻合的鋼球送入異質通道剔除出去。異質球分選機構采用了一對輥輪。　　輥輪由兩截直徑不等的圓柱組成，兩輥輪小端低、大端高，成一定角度的平行安裝。小端間隙以被檢鋼球校準(通常比被檢鋼球大0．15～0．2O mm)，兩輥輪以內側向上的不同方向轉動，這樣，當鋼球從輥輪間隙上方滾動通過時，小于被檢鋼球規(guī)格尺寸(稱小球)，在輥輪大端尺寸處已經從輥輪間隙中跌落到輥輪大端下方的小球槽被剔除，大于被檢鋼球規(guī)格尺寸的鋼球(稱大球)則不論在輥輪大端還是小端都不能從輥輪間隙中跌落下來，只能從小端的尾部滾落到大球槽中被剔除。檢測后只有從輥輪小端間隙中跌落下來的鋼球才能進入探傷通道。在制作輥輪時盡量提高它的表面清潔度和光滑程度，避免鋼球被劃傷或污損。在渦流探傷通道中安裝光電管，用以對通過的鋼球進行計數?！　∮捎陔姶砰y門具有響應速度快、易于控制的特點，在材質分選和探傷分選中均采用電磁閥門結構。在合格球通過時，渦流儀將不會發(fā)出信號，電磁閥門將會在無任何動作情況下讓球進入合格通道，當有異質球或傷球通過閥門時，渦流信號經計算機處理判別，計算機將會控制電磁閥門動作讓鋼球進入旁路分選出去。

3 結束語 通過對鋼球檢測系統(tǒng)的研究，理論上驗證了采用經緯展開方式的鋼球表面機械展開系統(tǒng)設計的實用性，并將此理論已經應用到實際中，經檢驗該系統(tǒng)可以準確地檢測鋼球有無缺陷?！　〉鞠到y(tǒng)在低速檢測時比較穩(wěn)定，當進行高速檢測時有時會出現誤檢，所以該系統(tǒng)將有待改進。將在機械控制部分采用數字PID進行控制，可以抑制高速檢測過程中的干擾和不穩(wěn)定等；嘗試采用數字圖形顯示技術進行鋼球質量的檢測，以便于直觀、形象地對鋼球檢測儀的檢測性能和運行狀態(tài)進行判斷?！　】傊撓到y(tǒng)不但簡化了子午線展開的復雜模型，而且具有價格便宜、易于制作、展開充分、不易磨損等特點，便于在我國推廣使用。

參考文獻：[1] 同濟大學數學教研室．高等數學[M]．jt京：高等教育出版社，l996．[2] 潘洪平．鋼球表面質量自動評價體系建立及其應用技術的研究[D]．哈爾濱工業(yè)大學，2000-08．[3] 潘洪平，董申，梁迎春，等．鋼球表面質量評價系統(tǒng)[J]．軸承，2000，(7)．[4] 潘洪平，謝水生，等．鋼球表面質量評價系統(tǒng)用展開輪的理論研究[J]．軸承，2001，(12)．[5] 趙剛，等．鋼球表面展開機構的運動學方程解析解[J]．軸承，1998，(7)．