轴承缺陷检测技术综述

1、轴承检测技术综述黄昭县1,2（1. 中国科学院大学，北京 100049；2. 中国科学院沈阳计算技术研究所，辽宁 沈阳 110168）摘 要：轴承是机械行业中的关键零部件，其质量直接影响产品的机械性能。为了保证轴承的精度和质量，检测技术是生产环节中不可或缺的重要环节。近年来轴承检测技术有了长足发展，各种检测技术层出不穷，分别应用于不同的场合。论文总结了几种轴承缺陷检测技术，并且分析各种检测技术的优缺点和使用场合，对应用于不同场合的轴承生产过程中检测技术的选取具有一定的参考价值。关键词：滚动轴承;检测技术Summary of detection of bearing technologyHUAN

2、G Zhao-xian1, 2 (1. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 2. Shenyang Institute of Computing Technology of Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110168, China)Abstract: The bearings are key components in the machinery industry, its quality directly affect the mechanical p

3、roperties of the product. In order to ensure the accuracy and quality of the bearings, detection technology is an integral part of the production of an important part. In recent years, bearing detection technology has made great progress, endless variety of detection techniques were used in differen

4、t occasions. Paper summarizes various detection techniques, and analyzes the advantages and disadvantages of various detection techniques to select a bearing used in different occasions during production testing technology has a certain reference value.Key words: rolling bearings; detection technolo

5、gy0 前言 轴承是机械行业中一个非常重要的零部件，使用非常普遍，要求也极其严格。轴承的加工精度和质量直接影响到产品的使用性能和寿命，尤其在汽车行业中，轴承的质量优劣直接关乎驾乘人员的生命安危。因此，对轴承加工质量的检测一直是轴承生产厂家关心的问题。光学技术、传感器技术、数字图像技术、计算机技术、软件技术以及自动化技术等高新技术的发展，使得轴承检测由传统的人工视觉检测转变为基于计算机视觉、坐标变换、超声波、震动频谱分析等的自动检测技术，检测装置由传统的人工机械工具转变为基于PLC、DSP/BIOS、ARM、CAN总线的自动检测系统，检测精度与检测效率得到很大提高。本文查阅大量文献，总结近年来的

6、轴承检测技术，分析各种检测技术的优缺点及适用场合，对应用于不同场合的轴承生产过程中检测技术的选取具有一定的参考价值。1 轴承检测原理1.1轴承的概念轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件，即当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。在机械产品中，轴承属于高精度产品，不仅需要数学、物理等诸多学科理论的支持，而且需要材料科学、热处理技术、精密加工和检测技术、数控技术和有效的数值方法以及功能强大的计算机技术等诸多学科为之服务。其中检测技术是轴承加工中的最后一道防线，它将直接关乎机械传动中的性能和安全。因此，对检测技术的进行研究，提高检测

7、准确性具有一定的现实意义。1.2 轴承检测内容及标准轴承的种类繁多，不同种类的轴承检测侧重点也不同，但一般都需要进行基本尺寸精度检测(内外经检测)、元件毛刺检测(平滑度检测)、游隙检测、探伤检测、外形检测（是否变形）等。轴承的检测标准也因种类的不同而侧重不同，有的侧重平滑度，有的侧重内外径尺寸，有的则要求轴承的刚性和耐受性。因此，在轴承检测过程中，根据检测标准的侧重点选取不同的检测技术。2 检测技术简介任何一种检测方法，首先要尽可能地消除干扰，提高信噪比，达到较高的检测准确度；其次，尽可能的及早预报故障的发生，降低故障发生率。传统的检测方法是采用内径千分尺测量，受环境（如温度）影响导致误差较大

8、，且测量结果因人而异。这种人工目测的方法不仅工作量大、效率低，而且可靠性差、漏检率高，影响产品出厂质量，很难满足现在生产的需要。2.1 振动检测技术轴承在运转过程中，除轴承零部件间的一些固有的、由功能所要求的运动以外的其它一切偏离理想位置的运动均称为轴承振动。振动检测技术是利用传感器得到外圈的振动信号，然后对它进行放大处理。被测轴承的内圈端面紧靠芯轴轴肩，并以某一恒定的规定转速旋转，外圈不转并承受一定的径向或轴向载荷，用传感器测头摄取滚道中心截面与外圈外圆柱面相交线上的轴承外圈振动（速度）分量，将该径向振动（速度）分量转变成电信号并将该电信号输入到测量放大系统，对其进行信号处理得到轴承低、中、

9、高三个频段的径向振动速度均方根值（m/s），由此来判断轴承的质量。滚动轴承振动现象属于非线性随机过程振动理论范畴，机理十分复杂。现在主要的产品是振动噪声测量仪，它的测量误差较大，检测标准的不确定的较高，且测量过程中受环境因素影响较大。但是因其结构简单，体积小携带方便而广泛应用于电机、泵、风机等的现场测试。2.2 声发射检测技术声发射是指材料受到外力或内力的作用产生变形或者裂纹扩展时，以弹性波的形式释放应变能的现象。声发射检测是一种动态无损检测方法，声发射信号来自缺陷本身。缺陷所处的位置和所受的应力状态的不同其损伤程度也不同，所以声发射特征也不同。因此，可以利用轴承的声发射信号对轴承的安全性及运

10、行状态进行长期监测。声发射信号一般可以分为突发型和连续型两种。滚动轴承的故障属于元件的剥落和裂纹时，产生的声发射信号可以归为突发型。由于润滑不足或工作表面胶合时，产生的声发射信号则可以看作是连续型的信号。滚动轴承在运行过程中，其故障（不管是表面损伤、裂纹还是磨损故障）会引起接触面的弹性冲击而产生声发射信号，该信号蕴含了丰富的碰磨信息，因此可利用声发射来检测和诊断滚动轴承的故障。与振动方法相比不同的是，振动信号的频率比较低，而声发射信号的频率范围一般在20kHz以上，因此它不受机械振动和噪声的干扰。经实验得知，正常轴承经过一定时间的运行后，声发射信号可以明显的反应故障的变化，而振动检测技术中振动

11、信号由于与噪声及其它干扰信号混在一起，既看不出信号的明显变化，更不能发现故障信号，依靠振动信号的振动检测技术的准确度大大降低。与其它检测方法相比，声发射检测方法的优点有：能够及早诊断故障；信号单纯干净，抗干扰性好，因此能够及时、可靠地预报故障的发生。2.3 计算机视觉检测技术计算机视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能，从客观事物的图像中提取信息，通过对信息进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。一个典型的工业机器视觉应用系统包括光源、光学系统、图像捕捉系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块、和机械执行模块。首先，采用摄像机获取被测目标的图像信号，然后通过A/D转换变成

12、数字信号传送给专用的图像处理系统进行处理，最后根据图像处理系统的处理结果去控制和驱动执行机构进行相应的处理。机器视觉强调实用性，要求能够适应工业现场恶劣的环境，具有合理的性价比；强调实时性，要求高速度和高精度。机器视觉技术与传统人工检测技术相比，可以克服人工检测时检测人员的视觉疲劳，具有较高的一致性和可靠性，且其检测质量水平是可以预测的；可以工作在恶劣的环境和对人来说不安全的环境，避免检测人员受到伤害；可以满足生产线上速度的需求，生产线上可以包括许多部件，如果生产线每秒包含几个操作，过程检测对人来说就是不可能实现的；计算机视觉检测技术一般都有数据处理单元和数据存储单元，能够对检测数据进行分析，

13、为质量管理人员进行质量管理提供决策依据。计算机视觉检测技术随着科技的发展和进步，技术日趋成熟，必将在现代和未来的制造业中得到越来越广泛的应用。3检测系统简介高准确度的检测不仅需要先进的检测技术，还需要一系列的检测流程和高效的检测系统。严格的检测流程能够保证每一个检测环节的高准确度，高效的检测系统能够及时对检测数据进行分析和处理，并且可以对检测数据进行统计分析，从而提高决策判断的准确性。为了提高检测的准确度，在检测系统中一般同时检测多种参数，综合多种信号然后给出决策判断。3.1分布式轴承检测系统 计算机网络技术快速发展，能够满足工业上的通信要求，构建分布式自动检测系统是当前检测技术研究与发展的一

14、个重要方向。由于分布式检测系统具有可靠性高、扩展性好、灵活性强等特点，对于提高检测系统的整体效能，提高系统的性能价格比，降低检测费用，缩短检测周期，具有很高的应用价值。 分布式轴承检测系统分为三级，如图1所示：第一级为现场级，考虑到现场设备的运行要有较高的稳定性，现场级采用可编程控制器PLC来控制生产线。在检测过程中实现上料、输送、夹装、分类等各个生产过程。第二级为控制级，一般采用激光干涉原理的传感器，其测量精度可达0.1m。A/D数据采集卡一般安装在工控机的插槽中，系统通过测量轴承外径轮廓各点数值并对所测数据进行分析，然后将结果通知PLC，由PLC控制分拣出不合格产品；另一方面，该级工控机还

15、需完成对现场的监测、控制、保护功能。系统通过现场总线CAN与现场级PLC实现通信。第三级为管理级，它接收控制级传来的各种实时数据或者历史数据，管理人员可观察系统的整个运行状态。该级的PC与控制级的IPC的连接采用复合TCP/IP协议的以太网。图1 分布式轴承检测系统结构图3.2嵌入式轴承检测系统目前嵌入式技术的快速发展，以其可靠性高、成本低、适应环境强等优点，在工业、通信等领域的应用非常广泛。传统的基于PC机的滚动轴承检测系统体积大、耗电量大、安装调配复杂，其应用范围非常有限，基于DSP和ARM的嵌入式轴承检测系统日益开发出来，并且得到广泛应用。系统由4大部分组成，如图2所示：检测部分（机械部

16、分）、数据采集模块、DSP信号处理系统和ARM控制显示部分。DSP处理芯片接受ARM的控制命令，控制数据的采样，将从传感器采集到的信号经放大、A/D转换后分成两路：一路进入DSP芯片进行信号处理；另一路经音频放大后供工人通过耳机或者音响直接监听诊断。DSP和ARM之间的通信通过HPI口实现，该通信接口将ARM接收到的外界干预传给DSP，同时将DSP的信号处理完后得到的需要在界面上显示的数据传给ARM在LCD上显示。图2 嵌入式轴承检测系统结构图4 总结与展望轴承是机械传动中的重要零部件，在传送运动中需要做高速高精的转动，因而对质量的要求特别高。除了对材料的选取、加工工艺的提高来提高轴承的质量之

17、外，还应该提高检测技术来保证轴承出厂时符合质量要求。检测技术可以贯穿于整个轴承的生产加工工序，保证每一道工序产品都是合格的，进而保证整个产品的合格。因轴承检测是保证轴承质量的最后一道防线，因而对其检测的准确度要求极高，然后轴承的故障是非线性的随机的，很难保证测量的误差，二者的矛盾使检测技术一直是轴承生产中的研究热点。高准确度、高灵活性、低成本一直将会是各个轴承检测技术研发机构追求的目标。计算机技术的快速发展为实现这一目标提供了可能。计算机视觉技术保证了准确度，分布式检测系统保证了灵活性，嵌入式检测单元保证了检测系统的低成本。未来计算机识别技术将会广泛应用到轴承检测系统中，各种模式识别算法、图像

18、处理技术也将会成为轴承检测中的关键技术。5 结论(1) 简单介绍了轴承的概念，并给出了轴承检测中涉及的内容和检测标准。(2) 总结了几种常见的检测技术，并分析了各自的优缺点。 (3) 简单介绍了分布式检测系统和嵌入式检测系统。 (4) 对轴承检测技术的发展提出了一些自己的见解。参考文献1 杨峰,黄一恒,曾佑恒.HXD1C型机车顶轮轴承检测方法的设计与实现J. 机车电传动.2012.1:66-68.2 张家弼.MA80轴流压缩机轴承超声波检测技术应用J.无损探伤。2004.12:22-23.3 于霞.PLC在轴承检测系统中的应用J.科技咨询导报.2006.12:44.4 李小勇.单套机车轴承检测

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