[實用新型]一種檢測鋼球表面缺陷的新型光纖傳感器

有效

• 申請號: 201320064125.1
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN203069529U
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 李國平;王成林;呂景超;艾長勝;馬玉真;張永奎;高燕飛;代善強
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01N21/952
• 分類號: G01N21/952
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭華清

技術領域

本實用新型涉及一種鋼球表面質量光纖檢測裝置，尤其是能夠實現一種傳感器多種缺陷參數的測量。

背景技術

國標規定鋼球表面質量包含表面缺陷，表面粗糙度和波紋度三個參數。但是目前用于鋼球表面質量檢測的儀器大多僅能檢測其中的一個參數，而且測量速度很慢。對表面粗糙度工廠里廣泛采用顯微鏡人工測量或者輪廓儀檢查的方法，效率很低；對表面缺陷采用人工目檢的傳統方法，誤檢率高，或者引進國外鋼球表面缺陷自動檢測儀，價格昂貴，并且也僅檢測表面缺陷這一個參數。檢測效率的限制以及國外核心技術的封鎖導致國內鋼球質量分選按比例抽檢，降低了鋼球的可靠性，這已經成為制約我國鋼球業發展一個瓶頸。

實用新型內容

針對傳統的鋼球表面缺陷檢測方法存在的問題，根據粗糙表面散射的理論和反射式強度型光纖傳感器工作特性，本實用新型提出了一種檢測鋼球表面缺陷的新型光纖傳感器。

本實用新型采用的技術方案如下：

一種檢測鋼球表面缺陷的新型光纖傳感器，包括殼體、聚光透鏡和光纖束，所述殼體底部設有聚光透鏡，在聚光透鏡的上部設有光纖束，所述的光纖束包括發射光纖束和接收光纖束，所述的發射光纖束和接收光纖束呈多圈同軸同心圓環排列，軸心是發射光纖束，由軸心依次向外是近軸心端接收光纖束、中間接收光纖束、遠軸心端接收光纖束。

所述的光纖束從端部開始至第80毫米固定于殼體內。

所述的光纖束端面是與待測鋼球曲度一樣的球面。

所述的殼體的底端上設有玻璃窗口。

在所述的殼體內部設有束緊卡口。

所述的發射光纖束中單個發射光纖的數值孔徑為0.11。

所述的接收光纖束中單個接收光纖的數值孔徑為0.22。

所述的接收光纖束有三圈。

所述的光纖束中單個光纖的內徑為105微米；外徑為125微米。

所述的數值孔徑是指入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度范圍內的入射光才可以。這個角度α的正弦值就稱為光纖的數值孔徑。

本實用新型的有益效果是：

該傳感器在鋼球表面缺陷檢測上由傳統的檢測反射率來判斷缺陷存在具體化為從表面缺陷深度、表面缺陷高度和表面缺陷反射率多參數評價缺陷，實現對表面缺陷檢測的量化。表面缺陷深度、表面缺陷高度反映了位移量的變化，表面缺陷反射率反映了表面粗糙程度的變化，進而結合缺陷長度、寬度、以及缺陷數將鋼球表面缺陷歸類，判斷出屬于哪種缺陷和缺陷等級。

在對單一的位移量或反射率的變化檢測時，比較容易測量，當這兩個參數同時變化時，它們引起的光強變化趨勢會疊加在一起，疊加效果出現不確定性，因此必須實現位移和粗糙度的分離提取，該新型采取了光束比較測量法，把接收光纖束不同圈的接收光強相比，比值是僅與不同圈光纖端面到反射體的距離有關的函數，而與光強的大小、反射體的粗糙度以及光纖傳輸損耗等因素無關，因此這種方法可以消掉反射率的影響，從而提取缺陷特征中的位移信息，準確檢測出這種復合型缺陷。同軸光纖最外圈接收光纖束離發射光纖束較遠，對位移變化最不敏感，而對反射率變化最敏感，可用來測量粗糙程度。聚光透鏡能夠使發射光纖發出的光不至于擴散的太快，近似認為是朗伯發光面。玻璃窗口起保護作用，而且使出射光與反射光能無障礙通過。

將光纖傳感技術應用到鋼球表面質量檢測中，實現了鋼球表面質量的實時處理和自動化無損檢測，并且能夠同時測量多種缺陷參數。

附圖說明

圖1是光纖傳感器探頭橫截面示意圖；

圖2是光纖傳感器外觀示意圖；

圖3是光纖傳感器探頭縱剖面和鋼球表面相對應的意圖；

圖中1.發射光纖束，2.近軸心端接收光纖束，3.中間接收光纖束，4.遠端接收光纖束，5.殼體，6.聚光透鏡，7.玻璃窗口，8、光纖束端面，9、鋼球表面。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

如圖1、圖2所示，本實用新型包括殼體5、聚光透鏡6和光纖束，殼體5底部設有聚光透鏡6，在聚光透鏡6的上部設有光纖束，光纖束包括發射光纖束1和接收光纖束，發射光纖束1和接收光纖束呈多圈同軸同心圓環排列，軸心是發射光纖束1，由軸心依次向外是近軸心端接收光纖束2，中間接收光纖束3，遠端接收光纖束4。殼體5的底端上設有玻璃窗口7。殼體5內部設有束緊卡口。光纖束端面與聚光透鏡6相對應。單個發射光纖的數值孔徑為0.11。單個接收光纖的數值孔徑為0.22，如圖3所示光纖束端面8與待測鋼球表面9的曲度一樣。所述的光纖束從端部開始至第80毫米固定于殼體5內。

工作時，由控制器發出指令脈沖經發送端信息處理電路經過激勵電路驅動半導體激光器發光送給發射光纖束1，由發射光纖束1傳輸將光投射在鋼球表面，反射回來的光由多組同軸接收光纖束接收，接收到的光強與鋼球表面缺陷有關。經接收光纖束傳輸的光信號進入PIN光電二極管，實現光電轉換，然后進行放大和A/D轉換，再對接收到的數字信號進行處理，由CPU進行信號提取，運用一種數學算法將點陣數字信息轉化為鋼球的表面形貌特征，最后對形貌特征進行分析從而得到鋼球表面缺陷情況，并進行缺陷等級評定。