基于光学原理的轴承球体表面缺陷检测方法研究

目的实现球体表面微小缺陷的非接触式检测。方法基于激光散射和剪切干涉的光学原理,设计了适用于微小缺陷检测的光路系统,搭建了可适用于不同直径球体检测的精密可调节检测光路系统平台,通过对标定板的检测及重复性实验,确定光路系统的检测精度。采用高精度气浮主轴搭建了精密可调节的球体运动平台,通过对直径20 mm的G5级高精度氮化硅陶瓷球的检测实验,以及通过对一半抛光一半未抛光直径20 mm轴承钢球体的检测对比实验,验证光路实验平台对于球体表面微小缺陷检测的可行性。结果标定板上4μm宽、63 nm高的条纹的剪切干涉信噪比为8∶1,具有相对较高的信噪比。G5级高精度氮化硅陶瓷球的检测试验以及一半抛光一半未抛光轴承钢球体检测的对比实验,验证了该光路实验平台中,激光散射可灵敏地检测较深的微米级缺陷,剪切干涉可灵敏地检测较浅的微米级缺陷。结论基于光学原理搭建的球体表面微小缺陷检测平台,可以实现对球体表面微米级别缺陷的检测。

适用于小光斑覆盖光学检测的球体表面全展开方法研究

目的精密轴承性能与轴承球体表面质量密切相关,表面的精密快速检测对于保证轴承球体质量非常重要,因而提出一种适用于在线光学检测的新球体全展开方法。方法分析目前已提出的几种球体全展开方法,并指出它们在实际应用中的不足,对新的展开机构的展开原理进行分析,并进行了理论分析推导。建立了新的展开机构模型,通过Adams软件虚拟仿真,并通过设定不同的仿真参数,探究不同参数对球体全表面展开检测轨迹的影响。将子午线检测和螺旋线检测时光斑的覆盖率做了对比。结果新机构可实现球体均匀全覆盖展开,适于激光散射和干涉这种光斑面积较小的检测方法,全覆盖时间受进动和转动速度的影响。进动速度一定时,主轴转动速度越大,螺旋线间距越大,不影响全覆盖时间;主轴转动速度一定时,进动速度越大,螺旋线间距越小,全覆盖时间越短。在仿真时间为15 s、主轴转动速度为400(°)/s的情况下,得到最优进动速度为12(°)/s。结论对于新的球体展开机构,通过对转动和进动速度以及聚焦位置的调整,可实现对不同直径球体表面的均匀全覆盖检测。

球体圆度测量中光轴偏移对测量精度影响的实验研究

为描述光学精密位移传感器测量高端轴承球体圆度过程中,光轴与轴承球体赤道面存在一定的角度时对测量结果的影响,讨论了这种装置的工作原理及可实现的测量精度,从理论上分析了有一定倾斜时测量值与实际值之间的误差,同时通过实验测量,验证了该装置在测量轴承球体时测量误差与倾斜角之间的关系。评估了利用该装置测量高端轴承球体几何量,如圆度等时的精度上限,建立了一套利用精密光学位移传感器测量轴承球体几何量及误差评定的方法。该装置及测量方法可用于生产线上的在线检测。