[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: 201420799741.6
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN204255880U
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 李國平;王成林;艾長勝;馬玉真
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙妍

技術領域

本實用新型涉及一種檢測鋼球表面缺陷的光纖傳感器，尤其是能夠實現一種傳感器多個缺陷參數的測量，屬于精密測量領域。

背景技術

根據機械行業標準《滾動軸承鋼球表面缺陷圖冊及評定方法》，鋼球表面缺陷劃分為斑點、麻點、擦痕、劃條和凹坑等，包括粗糙度檢測、缺陷數目檢測和缺陷尺寸的測量，缺陷尺寸包括缺陷長度尺寸、缺陷寬度尺寸以及缺陷深度尺寸，給鋼球表面缺陷檢測帶來諸多不便，目前用于鋼球表面缺陷檢測的傳感器大多僅能檢測一個參數；工廠里廣泛采用輪廓儀檢查結合金相顯微鏡人工測量的方法，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。檢測效率的限制以及國外核心技術的封鎖導致國內鋼球表面質量檢測依靠按比例抽檢，降低了鋼球質量的可靠性，這已經成為制約我國鋼球業發展一個瓶頸。

目前，在精密測量領域，一般傳感器都是針對單一被測參數服務于專用儀器或裝置，只能實現單項參數的測量，用反射式光纖傳感器對鋼球表面缺陷進行檢測，還存在以下技術問題和不足：(1)鋼球表面反射率的變化影響光學檢測方法的性能；

(2)鋼球球面的影響給傳感器探頭軸線與球心的安裝定位帶來不便；

(3)被測鋼球傾斜面缺陷影響檢測結果；

(4)鋼球表面缺陷檢測需要對多個參數進行評估。

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，克服已有技術的不足，根據粗糙表面散射的理論以及雙光束比較測量法以及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，結構簡單，體積小，測量精度高，能夠實現多參數無損檢測。

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，包括傳感器探頭和光電轉換器，所述的傳感器探頭的光纖束由呈環狀分布的19根光纖組成，其包括發射光纖和接收光纖束，所述的發射光纖和接收光纖束呈二維等六邊形排列，軸心是發射光纖，由軸心依次向外圈是接收光纖，與發射光纖距離最近的6根接收光纖為十字正交接收光纖，其分為四路A₁，A₂，B₁，B₂分別各自與一個光電轉換器相連，得到四路電信號；剩余12根接收光纖為比值處理接收光纖，且排布在同一圓周的6根比值處理接收光纖耦合為一路與一個光電轉換器相連，得到兩路信號C，D，傳感器共輸出六路電信號。

所述的十字正交接收光纖為等六邊形排列，任選正六邊形一條對應頂點的對角線作為Y軸，構建平面正交坐標系，與Y軸相交的兩根光纖分別作為正半軸光纖與負半軸光纖，各與一個光電轉換器相連；剩余四根接收光纖分別排列在X軸兩側，X軸正、負半軸各有兩根光纖分別耦合為一路與一個光電轉換器相連；最終形成了A₁，A₂，B₁，B₂四路信號；X軸光纖與Y軸光纖構成十字正交排列，X軸信號強度為Y軸信號強度的兩倍，通過兩個軸的信號強度區分兩個參考軸。

所述的比值處理接收光纖，是根據與軸心發射光纖距離不同區分的，比值處理接收光纖有兩路，每路各有六根光纖排列在同一半徑大小的圓周上。

所述的光纖束中的19根光纖緊密排列，構成二維的等六邊形陣列。

所述的激光光源發射820納米波長的紅外光。

本實用新型中所述的接收光纖，十字正交接收光纖分四路輸出，比值處理接收光纖分兩路輸出。

本實用新型所述的接收光纖每一路輸出單獨與一個光電轉換器相連進行光電轉換，共有六路電信號輸出。

本實用新型所述的發射光纖與接收光纖均為多模光纖。

本實用新型的檢測方法，如下：

步驟1.對裝置進行矯正；

利用十字正交接收光纖輸出信號計算傾斜角度，在相互垂直的兩個方向測量方程定義為：