近年來發(fā)展的鋼球質(zhì)量檢測儀器大多采用渦流檢測技術(shù)，檢查時對鋼球的球面多采用子午線展開方式，但由于此類儀器價格昂貴、使用過程中難以達(dá)到鋼球檢查要求的清潔度、子午線展開方式中子午輪型面復(fù)雜、制作難度大、子午輪在應(yīng)用中易于磨損、受損的子午輪會導(dǎo)致鋼球展開不充分、容易引起缺陷漏檢、需要經(jīng)常更換、維護(hù)費用高，目前在國內(nèi)推廣使用受到一定的限制。
　　因此，為簡化子午線展開的復(fù)雜模型，介紹一種采用經(jīng)緯展開方式的鋼球表面展開系統(tǒng)，并簡要介紹該系統(tǒng)的設(shè)計制作。此系統(tǒng)具有價格便宜、易于制作、展開充分、不易磨損等特點。

1 系統(tǒng)組成與工作原理
以機(jī)械展開為核心的鋼球自動檢測系統(tǒng)主要分為自動進(jìn)料系統(tǒng)、機(jī)械展開系統(tǒng)、渦流檢查系統(tǒng)、自動分選系統(tǒng)。自動進(jìn)料系統(tǒng)定時定量有規(guī)律地將鋼球供應(yīng)給機(jī)械展開系統(tǒng)。
　　鋼球在機(jī)械展開系統(tǒng)作用下，連續(xù)、完整和高效地將待檢測表面在一定時間內(nèi)連續(xù)全部送至傳感器的有效探測區(qū)域，使其不存在任何盲點，并且盡量減小重復(fù)點以提高檢測質(zhì)量和檢測效率。渦流檢查系統(tǒng)將材質(zhì)不合格的鋼球分選到異質(zhì)鋼球通道。自動分選系統(tǒng)根據(jù)渦流檢查的結(jié)果對鋼球進(jìn)行分類。檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。
　　鋼球表面檢測系統(tǒng)用于工業(yè)軸承生產(chǎn)中鋼球的無損檢測，能夠自動篩選出有缺陷(如裂紋)和材質(zhì)(如熱處理狀態(tài)、化學(xué)成分和硬度)不合格的鋼球。該系統(tǒng)檢測的基本原理及工作流程是：鋼球由進(jìn)料斗經(jīng)配料盤進(jìn)入材質(zhì)分選通道，材質(zhì)檢查由渦流探頭、下料孔進(jìn)入分選系統(tǒng)，不合格的鋼球從A通道剔除，合格鋼球經(jīng)B通道進(jìn)入探傷通道，探傷時由上導(dǎo)輪的球窩有序地將鋼球送入探傷位置，探傷后的鋼球由下導(dǎo)輪球窩送入分選器，根據(jù)探傷時有無缺陷信號分別送入合格通道和不合格通道。檢測中，機(jī)械裝置、渦流檢查系統(tǒng)和工控機(jī)應(yīng)該各司其職、協(xié)同工作，機(jī)械裝置保證鋼球的有序進(jìn)給、傳動和展開，渦流檢查系統(tǒng)通過傳感器測取信息，由工控機(jī)統(tǒng)一控制。

2 鋼球表面檢測的機(jī)械系統(tǒng)
2．1 鋼球表面機(jī)械展開系統(tǒng)
機(jī)械展開是鋼球檢測時整個球面都能保證得到檢查的技術(shù)關(guān)鍵。如果展開不充分，會使局部球面得不到檢查，導(dǎo)致漏檢。因此，在實現(xiàn)外觀質(zhì)量檢測過程中，鋼球須在此展開機(jī)構(gòu)的作用下，連續(xù)、完整和高效地將待檢測表面在一定時間內(nèi)連續(xù)全部送至傳感器的有效探測區(qū)域，使其不存在任何盲點，并且盡量減小重復(fù)點以提高檢測質(zhì)量和檢測效率。
　　本研究采用經(jīng)緯展開方式對鋼球表面進(jìn)行機(jī)械展開，即探頭沿鋼球赤道擺動掃描，鋼球沿經(jīng)線方向旋轉(zhuǎn)地互動展開，這種展開方式簡化了子午線展開的復(fù)雜模型，只要經(jīng)緯方向的轉(zhuǎn)動配合恰當(dāng)，就可以方便得到充分的展開。
　　機(jī)械展開系統(tǒng)的運動部件主要有探頭架、上下導(dǎo)輪，當(dāng)電機(jī)控制上下導(dǎo)輪同速度搓動時，步進(jìn)電機(jī)控制探頭架上安置的成180。角的兩只探頭沿赤道方向?qū)︿撉驋呙铏z查。由于采用上下導(dǎo)輪搓動形式，保證鋼球被檢時能很好地轉(zhuǎn)動，并且上下導(dǎo)輪的接觸球面為V字型，使被檢鋼球與導(dǎo)輪的接觸可近似看作是點接觸，所以，可以認(rèn)為被檢鋼球與上下導(dǎo)輪間作純滾動而不產(chǎn)生滑動。
　　檢測中被檢鋼球的進(jìn)出料是由輪系上的球窩實現(xiàn)的。在上下導(dǎo)輪同步轉(zhuǎn)動時，下導(dǎo)輪將帶走檢查完畢的鋼球，同時上導(dǎo)輪將待檢球送入檢查位置。
　　經(jīng)緯展開方式中，探頭沿鋼球赤道方向擺動掃描，鋼球沿經(jīng)線方向旋轉(zhuǎn)，因此探頭在鋼球表面的掃查軌跡是鋼球面上的一圈圈的螺旋線。螺旋線能否覆蓋整個球面和螺旋線的密度決定了展開是否充分，是否有局部的漏檢存在。
　　由于探頭在鋼球表面的掃查軌跡是復(fù)雜的空間螺旋線，并且鋼球在展開過程中只作純旋轉(zhuǎn)運動，不產(chǎn)生移動，因此為了能對探頭在鋼球表面掃查運動規(guī)律做動態(tài)仿真，同時分析鋼球展開軌跡空間螺旋線的間距即死區(qū)大小和檢測運動周期，建立了一套簡便有效的數(shù)學(xué)模型。

2．2 自動進(jìn)料、自動分選系統(tǒng)
由于滾動體便于運送，設(shè)計了與檢測速度相適應(yīng)的進(jìn)、出料和分選機(jī)構(gòu)。進(jìn)料由料嘴和配料盤完成，料嘴和配料盤都由電機(jī)帶動低速轉(zhuǎn)動，料嘴的轉(zhuǎn)動可使料斗中的鋼球有所擾動，以便鋼球可以源源不斷地進(jìn)入檢查通道。配料盤轉(zhuǎn)動用于控制進(jìn)球速度與檢測速度保持一致，避免通道中供求過量積壓或供求不足。
　　在進(jìn)球途中安排了材質(zhì)檢查、分選機(jī)構(gòu)，經(jīng)過渦流檢查，材質(zhì)不合格的鋼球在這里被分選到異質(zhì)鋼球通道。材質(zhì)分選之后安排了異質(zhì)球分選機(jī)構(gòu)，把與被檢鋼球規(guī)格直徑尺寸不相吻合的鋼球送入異質(zhì)通道剔除出去。異質(zhì)球分選機(jī)構(gòu)采用了一對輥輪。
　　輥輪由兩截直徑不等的圓柱組成，兩輥輪小端低、大端高，成一定角度的平行安裝。小端間隙以被檢鋼球校準(zhǔn)(通常比被檢鋼球大0．15～0．2O mm)，兩輥輪以內(nèi)側(cè)向上的不同方向轉(zhuǎn)動，這樣，當(dāng)鋼球從輥輪間隙上方滾動通過時，小于被檢鋼球規(guī)格尺寸(稱小球)，在輥輪大端尺寸處已經(jīng)從輥輪間隙中跌落到輥輪大端下方的小球槽被剔除，大于被檢鋼球規(guī)格尺寸的鋼球(稱大球)則不論在輥輪大端還是小端都不能從輥輪間隙中跌落下來，只能從小端的尾部滾落到大球槽中被剔除。檢測后只有從輥輪小端間隙中跌落下來的鋼球才能進(jìn)入探傷通道。在制作輥輪時盡量提高它的表面清潔度和光滑程度，避免鋼球被劃傷或污損。在渦流探傷通道中安裝光電管，用以對通過的鋼球進(jìn)行計數(shù)。
　　由于電磁閥門具有響應(yīng)速度快、易于控制的特點，在材質(zhì)分選和探傷分選中均采用電磁閥門結(jié)構(gòu)。在合格球通過時，渦流儀將不會發(fā)出信號，電磁閥門將會在無任何動作情況下讓球進(jìn)入合格通道，當(dāng)有異質(zhì)球或傷球通過閥門時，渦流信號經(jīng)計算機(jī)處理判別，計算機(jī)將會控制電磁閥門動作讓鋼球進(jìn)入旁路分選出去。

3 結(jié)束語
通過對鋼球檢測系統(tǒng)的研究，理論上驗證了采用經(jīng)緯展開方式的鋼球表面機(jī)械展開系統(tǒng)設(shè)計的實用性，并將此理論已經(jīng)應(yīng)用到實際中，經(jīng)檢驗該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地檢測鋼球有無缺陷。
　　但本系統(tǒng)在低速檢測時比較穩(wěn)定，當(dāng)進(jìn)行高速檢測時有時會出現(xiàn)誤檢，所以該系統(tǒng)將有待改進(jìn)。將在機(jī)械控制部分采用數(shù)字PID進(jìn)行控制，可以抑制高速檢測過程中的干擾和不穩(wěn)定等；嘗試采用數(shù)字圖形顯示技術(shù)進(jìn)行鋼球質(zhì)量的檢測，以便于直觀、形象地對鋼球檢測儀的檢測性能和運行狀態(tài)進(jìn)行判斷。
　　總之，該系統(tǒng)不但簡化了子午線展開的復(fù)雜模型，而且具有價格便宜、易于制作、展開充分、不易磨損等特點，便于在我國推廣使用。

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