[實(shí)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420799741.6
• 申請(qǐng)日: 2014-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN204255880U
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國平;王成林;艾長勝;馬玉真
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/95
• 分類號(hào): G01N21/95
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙妍

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)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?qū)崿F(xiàn)一種傳感器多個(gè)缺陷參數(shù)的測量，屬于精密測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

根據(jù)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《滾動(dòng)軸承鋼球表面缺陷圖冊(cè)及評(píng)定方法》，鋼球表面缺陷劃分為斑點(diǎn)、麻點(diǎn)、擦痕、劃條和凹坑等，包括粗糙度檢測、缺陷數(shù)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(gè)參數(shù)；工廠里廣泛采用輪廓儀檢查結(jié)合金相顯微鏡人工測量的方法，效率很低，對(duì)表面缺陷采用人工目檢的傳統(tǒng)方法，誤檢率高，或者引進(jìn)國外鋼球表面缺陷自動(dòng)檢測儀，價(jià)格昂貴。檢測效率的限制以及國外核心技術(shù)的封鎖導(dǎo)致國內(nèi)鋼球表面質(zhì)量檢測依靠按比例抽檢，降低了鋼球質(zhì)量的可靠性，這已經(jīng)成為制約我國鋼球業(yè)發(fā)展一個(gè)瓶頸。

目前，在精密測量領(lǐng)域，一般傳感器都是針對(duì)單一被測參數(shù)服務(wù)于專用儀器或裝置，只能實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)參數(shù)的測量，用反射式光纖傳感器對(duì)鋼球表面缺陷進(jìn)行檢測，還存在以下技術(shù)問題和不足：(1)鋼球表面反射率的變化影響光學(xué)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(jié)果；

(4)鋼球表面缺陷檢測需要對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)傳統(tǒng)的鋼球表面缺陷檢測方法存在的問題，克服已有技術(shù)的不足，根據(jù)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(qiáng)度型光纖傳感器工作特性，本實(shí)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(jié)構(gòu)簡單，體積小，測量精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)多參數(shù)無損檢測。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)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(zhuǎn)換器，所述的傳感器探頭的光纖束由呈環(huán)狀分布的19根光纖組成，其包括發(fā)射光纖和接收光纖束，所述的發(fā)射光纖和接收光纖束呈二維等六邊形排列，軸心是發(fā)射光纖，由軸心依次向外圈是接收光纖，與發(fā)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(gè)光電轉(zhuǎn)換器相連，得到四路電信號(hào)；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(gè)光電轉(zhuǎn)換器相連，得到兩路信號(hào)C，D，傳感器共輸出六路電信號(hào)。

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(duì)應(yīng)頂點(diǎn)的對(duì)角線作為Y軸，構(gòu)建平面正交坐標(biāo)系，與Y軸相交的兩根光纖分別作為正半軸光纖與負(fù)半軸光纖，各與一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器相連；剩余四根接收光纖分別排列在X軸兩側(cè)，X軸正、負(fù)半軸各有兩根光纖分別耦合為一路與一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器相連；最終形成了A₁，A₂，B₁，B₂四路信號(hào)；X軸光纖與Y軸光纖構(gòu)成十字正交排列，X軸信號(hào)強(qiáng)度為Y軸信號(hào)強(qiáng)度的兩倍，通過兩個(gè)軸的信號(hào)強(qiáng)度區(qū)分兩個(gè)參考軸。

所述的比值處理接收光纖，是根據(jù)與軸心發(fā)射光纖距離不同區(qū)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(gòu)成二維的等六邊形陣列。

所述的激光光源發(fā)射820納米波長的紅外光。

本實(shí)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(shí)用新型所述的接收光纖每一路輸出單獨(dú)與一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器相連進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，共有六路電信號(hào)輸出。

本實(shí)用新型所述的發(fā)射光纖與接收光纖均為多模光纖。

本實(shí)用新型的檢測方法，如下：

步驟1.對(duì)裝置進(jìn)行矯正；

利用十字正交接收光纖輸出信號(hào)計(jì)算傾斜角度，在相互垂直的兩個(gè)方向測量方程定義為：