CN203069529U - 一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型具体公开了一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，包括壳体、聚光透镜和光纤束，所述壳体底部设有聚光透镜，在聚光透镜的上部设有光纤束，所述的光纤束包括发射光纤束和接收光纤束，所述的发射光纤束和接收光纤束呈多圈同轴同心圆环排列，轴心是发射光纤束，由轴心依次向外是近轴心端接收光纤束、中间接收光纤束、远端接收光纤束。本实用新型的有益效果是：将光纤传感技术应用到钢球表面质量检测中，实现了钢球表面质量的实时处理和自动化无损检测，并且能够同时测量多种缺陷参数。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种钢球表面质量光纤检测装置，尤其是能够实现一种传感器多种缺陷参数的测量。
背景技术
国标规定钢球表面质量包含表面缺陷，表面粗糙度和波纹度三个参数。但是目前用于钢球表面质量检测的仪器大多仅能检测其中的一个参数，而且测量速度很慢。对表面粗糙度工厂里广泛采用显微镜人工测量或者轮廓仪检查的方法，效率很低；对表面缺陷采用人工目检的传统方法，误检率高，或者引进国外钢球表面缺陷自动检测仪，价格昂贵，并且也仅检测表面缺陷这一个参数。检测效率的限制以及国外核心技术的封锁导致国内钢球质量分选按比例抽检，降低了钢球的可靠性，这已经成为制约我国钢球业发展一个瓶颈。
实用新型内容
针对传统的钢球表面缺陷检测方法存在的问题，根据粗糙表面散射的理论和反射式强度型光纤传感器工作特性，本实用新型提出了一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，包括壳体、聚光透镜和光纤束，所述壳体底部设有聚光透镜，在聚光透镜的上部设有光纤束，所述的光纤束包括发射光纤束和接收光纤束，所述的发射光纤束和接收光纤束呈多圈同轴同心圆环排列，轴心是发射光纤束，由轴心依次向外是近轴心端接收光纤束、中间接收光纤束、远轴心端接收光纤束。
所述的光纤束从端部开始至第80毫米固定于壳体内。
所述的光纤束端面是与待测钢球曲度一样的球面。
所述的壳体的底端上设有玻璃窗口。
在所述的壳体内部设有束紧卡口。
所述的发射光纤束中单个发射光纤的数值孔径为0.11。
所述的接收光纤束中单个接收光纤的数值孔径为0.22。
所述的接收光纤束有三圈。
所述的光纤束中单个光纤的内径为105微米；外径为125微米。
所述的数值孔径是指入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度α的正弦值就称为光纤的数值孔径。
本实用新型的有益效果是：
该传感器在钢球表面缺陷检测上由传统的检测反射率来判断缺陷存在具体化为从表面缺陷深度、表面缺陷高度和表面缺陷反射率多参数评价缺陷，实现对表面缺陷检测的量化。表面缺陷深度、表面缺陷高度反映了位移量的变化，表面缺陷反射率反映了表面粗糙程度的变化，进而结合缺陷长度、宽度、以及缺陷数将钢球表面缺陷归类，判断出属于哪种缺陷和缺陷等级。
在对单一的位移量或反射率的变化检测时，比较容易测量，当这两个参数同时变化时，它们引起的光强变化趋势会叠加在一起，叠加效果出现不确定性，因此必须实现位移和粗糙度的分离提取，该新型采取了光束比较测量法，把接收光纤束不同圈的接收光强相比，比值是仅与不同圈光纤端面到反射体的距离有关的函数，而与光强的大小、反射体的粗糙度以及光纤传输损耗等因素无关，因此这种方法可以消掉反射率的影响，从而提取缺陷特征中的位移信息，准确检测出这种复合型缺陷。同轴光纤最外圈接收光纤束离发射光纤束较远，对位移变化最不敏感，而对反射率变化最敏感，可用来测量粗糙程度。聚光透镜能够使发射光纤发出的光不至于扩散的太快，近似认为是朗伯发光面。玻璃窗口起保护作用，而且使出射光与反射光能无障碍通过。
将光纤传感技术应用到钢球表面质量检测中，实现了钢球表面质量的实时处理和自动化无损检测，并且能够同时测量多种缺陷参数。
附图说明
图1是光纤传感器探头横截面示意图；
图2是光纤传感器外观示意图；
图3是光纤传感器探头纵剖面和钢球表面相对应的意图；
图中1.发射光纤束，2.近轴心端接收光纤束，3.中间接收光纤束，4.远端接收光纤束，5.壳体，6.聚光透镜，7.玻璃窗口，8、光纤束端面，9、钢球表面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1、图2所示，本实用新型包括壳体5、聚光透镜6和光纤束，壳体5底部设有聚光透镜6，在聚光透镜6的上部设有光纤束，光纤束包括发射光纤束1和接收光纤束，发射光纤束1和接收光纤束呈多圈同轴同心圆环排列，轴心是发射光纤束1，由轴心依次向外是近轴心端接收光纤束2，中间接收光纤束3，远端接收光纤束4。壳体5的底端上设有玻璃窗口7。壳体5内部设有束紧卡口。光纤束端面与聚光透镜6相对应。单个发射光纤的数值孔径为0.11。单个接收光纤的数值孔径为0.22，如图3所示光纤束端面8与待测钢球表面9的曲度一样。所述的光纤束从端部开始至第80毫米固定于壳体5内。
工作时，由控制器发出指令脉冲经发送端信息处理电路经过激励电路驱动半导体激光器发光送给发射光纤束1，由发射光纤束1传输将光投射在钢球表面，反射回来的光由多组同轴接收光纤束接收，接收到的光强与钢球表面缺陷有关。经接收光纤束传输的光信号进入PIN光电二极管，实现光电转换，然后进行放大和A/D转换，再对接收到的数字信号进行处理，由CPU进行信号提取，运用一种数学算法将点阵数字信息转化为钢球的表面形貌特征，最后对形貌特征进行分析从而得到钢球表面缺陷情况，并进行缺陷等级评定。
Claims (9)
1.一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：包括壳体、聚光透镜和光纤束，所述壳体底部设有聚光透镜，在聚光透镜的上部设有光纤束，所述的光纤束包括发射光纤束和接收光纤束，所述的发射光纤束和接收光纤束呈多圈同轴同心圆环排列，轴心是发射光纤束，由轴心依次向外是近轴心端接收光纤束、中间接收光纤束、远轴心端接收光纤束。
2.如权利要求1所述的一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：所述的光纤束从端部开始至第80毫米固定于壳体内。
3.如权利要求1所述的一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：所述的光纤束端面是与待测钢球曲度一样的球面。
4.如权利要求1所述的一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：所述的壳体的底端上设有玻璃窗口。
5.如权利要求1所述的一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：在所述的壳体内部设有束紧卡口。
6.如权利要求1所述的一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：所述的发射光纤束中单个发射光纤的数值孔径为0.11。
7.如权利要求1所述的一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：所述的接收光纤束中单个接收光纤的数值孔径为0.22。
8.如权利要求1所述的一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：所述的接收光纤束有三圈。
9.如权利要求1所述的一种检测钢球表面缺陷的新型光纤传感器，其特征在于：所述的光纤束中单个光纤的内径为105微米；外径为125微米。
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|---|---|---|---|---|
| CN110907449A (zh) * | 2018-09-17 | 2020-03-24 | 通用电气公司 | 自动破损评级系统 |
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