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[摘 要]钢球是重要的基础零部件，尤其是矿山用球磨钢球在国民经济发展中起着巨大作用。在一些特殊条件下，常常需要特殊材质的钢球，来完成不同环境下所要求达到的功能。其实一些特殊材质钢球已广泛应用于国民经济各个领域中，包括9Cr18、3Cr13不锈钢，铜、铝、钛合金钢以及玛瑙、玻璃、陶瓷球等。它们的推广应用，不仅推动了钢球生产业的发展，而且也促进了相关行业的技术发展和科技进步。钢球表面缺陷能够使钢球在磨矿过程中提前开裂破碎失效，因此需要加强钢球表面缺陷检测。
[关键词]钢球；表面缺陷；破碎；质量
中图分类号：TH597 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
磨矿在国民经济中起着重要的支撑作用，钢球是它最常用的研磨体，肩负碎矿和磨矿的作用。钢球的质量在很大程度上影响着磨矿效率和其使用寿命。据国内外相关资料统计，由钢球表面缺陷引起的钢球失效比例占31.4%，是制约钢球质量提高的主要因素。钢球表面缺陷的检测既是整个钢球生产加工工藝的最后一道质量检测的关卡，又是决定钢球出厂质量保证的关键性工序，由此可见，钢球表面缺陷的检测是影响钢球质量提高的关键性因素。本文主要对几种钢球表面缺陷检测技术进行研究，以供参考。
1 钢球生产流程
钢球生产的后工序即钢球自动外观检测（自动剔除不合格品）、性能检测、计数包装，都是影响钢球质量的关键。钢球外观检测是钢球加工过程中不可缺少的过程。钢球外观检测主要包括表面划伤、裂纹、表面麻点等方面的检测。钢球制作工艺：加热——成型——淬火——回火——外观检测——性能检测——成品包装。
2 钢球分类
从应用大类来看，钢球可分为应用粉碎工业上的耐磨钢球和应用精密轴承工业上的轴承钢球二大类。耐磨钢球（简称磨球）是当今工业实践运用最为广泛的产品，有句话叫：“有工业必有粉碎”对此说得很贴切；轴承钢球在精密轴承工业和生活领域使用历史悠久，使用更加广泛，可以说大部分有转动的地方就有钢球的存在，俗称钢珠，滚珠。
钢球是钢球、钢段及异形研磨体的泛称。从外形来分，可分为正圆形球（普遍狭义称谓）、胶囊球、椭圆球、阴阳球、空心球、多面球、多缺球（表面体上有窝坑）等。
3 国内钢球检测技术的研究现状
我国对于钢球表面质量自动检测装置的研究起步比较晚，最早始于1958年，相继由重庆大学、洛阳轴承研究所、江苏金镡机械厂、哈尔滨轴承厂等相关单位进行了研究。目前为止，已经研制出了一些国产的钢球质量检测仪，但是在钢球表面缺陷的检测速度和准确率上与国外的成熟设备有一定的差距。现在国内用于钢球表面缺陷检测的技术有光学检测、涡电流检测、激光散斑检测、机器视觉检测等。
3.1 光学检测技术原理
通过检测钢球局部区域的表面特性和与之相邻表面特性的差异，来判断此局部区域是否出现缺陷。利用CCD图像传感器来采集钢球表面的光学图像，经过一定的图像处理以达到缺陷的机器识别目的。表面质量的好坏对成像质量的影响是很大的，当入射平行光束投射到钢球表面上时，如果光束投射的光斑范围内没有疵病，光束将遵循反射或折射规律传播。如果投射的光斑范围内有疵病，入射光束将被疵病无规则地反射即散射。（光学检测技术原理图如图1）
3.2 电涡流检测技术
湖北工業大学、武汉理工大学和济南大学对捷克SOMET公司AVIKO系列的产品进行了分析研究，并针对涡电流检测展开了进一步的研究设计，各自取得了一定的成果，其工作原理如图3所示。该检测法对钢球表面的裂纹和亚表面的缺陷等比较敏感，对钢球表面的缺陷（划痕和麻点等）无法识别，并且不能检测非金属材料的球，而且它对检测环境和检测设备的结构要求很高，开发成本高，不适合推广使用。
3.3 机器视觉检测技术
机器视觉检测设备主要由图像检测装置、传动装置和控制装置组成，将钢球依次、匀速地送入轨道，分布在轨道上的6个摄像头获得钢球表面图像，利用VC++编程对图像进行分割、重构，并计算出整个钢球表面的最大缺陷以及缺陷总和。之后的一组电磁开关会根据钢球表面缺陷的情况对钢球进行分级处理。该设备的优点是相对成本较低，检测缺陷精度较高。但是其检测速度只有1500—3000粒/小时，跟国外钢球质量自动检测设备的速度无法比拟。除此之外，国内使用的高精度CCD仍需进口，这也无形中限制了机器视觉检测在钢球表面质量检测上的应用。
3.4 激光散斑技术
当激光照射在相对粗糙（与光的波长相比）物体表面上，经过不同光程的散射光之间相互干涉，在物体表面或附近的光场中可以观察到一种无规则分布的亮暗斑点，称为激光散斑（Laser Speckles）或斑纹。这种散斑包含了反射物体的表面信息、反射粒子的运动信息等，通过对散斑图像进行统计分析，以提取所需要信息，这种技术就叫做激光散斑技术。
结语
钢球表面缺陷是衡量钢球质量的一项重要因素，钢球表面无缺陷能保证钢球在球磨机中正常磨矿使用，相反钢球表面存在缺陷就会导致钢球在使用过程中表面剥落、开裂，严重影响磨矿设备正常运行，为了控制钢球表面缺陷，钢球表面检测技术应运而生。钢球面缺陷检测是一项具有高度重复性、复杂性和智能性的工作，相信在科研人员的共同努力下，我们会研发出更多、更先进的钢球表面缺陷检测技术，使我国工业实现可持续发展。
参考文献
[1] 徐记玲.钢球表面缺陷检测技术的研究[D].济南大学，2016.
[2] 张永奎.基于光纤传感技术的钢球表面缺陷检测研究[D].济南大学，2011.
[3] 王成林.钢球表面缺陷的多光纤检测方法研究[D].济南大学，2014.
[4] 马贤淑，华云松，杨海马，王光斌.激光散射式技术在钢球表面缺陷检测中的应用[J].激光与红外，2015，11：1304-1308.
[关键词]钢球；表面缺陷；破碎；质量
中图分类号：TH597 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
磨矿在国民经济中起着重要的支撑作用，钢球是它最常用的研磨体，肩负碎矿和磨矿的作用。钢球的质量在很大程度上影响着磨矿效率和其使用寿命。据国内外相关资料统计，由钢球表面缺陷引起的钢球失效比例占31.4%，是制约钢球质量提高的主要因素。钢球表面缺陷的检测既是整个钢球生产加工工藝的最后一道质量检测的关卡，又是决定钢球出厂质量保证的关键性工序，由此可见，钢球表面缺陷的检测是影响钢球质量提高的关键性因素。本文主要对几种钢球表面缺陷检测技术进行研究，以供参考。
1 钢球生产流程
钢球生产的后工序即钢球自动外观检测（自动剔除不合格品）、性能检测、计数包装，都是影响钢球质量的关键。钢球外观检测是钢球加工过程中不可缺少的过程。钢球外观检测主要包括表面划伤、裂纹、表面麻点等方面的检测。钢球制作工艺：加热——成型——淬火——回火——外观检测——性能检测——成品包装。
2 钢球分类
从应用大类来看，钢球可分为应用粉碎工业上的耐磨钢球和应用精密轴承工业上的轴承钢球二大类。耐磨钢球（简称磨球）是当今工业实践运用最为广泛的产品，有句话叫：“有工业必有粉碎”对此说得很贴切；轴承钢球在精密轴承工业和生活领域使用历史悠久，使用更加广泛，可以说大部分有转动的地方就有钢球的存在，俗称钢珠，滚珠。
钢球是钢球、钢段及异形研磨体的泛称。从外形来分，可分为正圆形球（普遍狭义称谓）、胶囊球、椭圆球、阴阳球、空心球、多面球、多缺球（表面体上有窝坑）等。
3 国内钢球检测技术的研究现状
我国对于钢球表面质量自动检测装置的研究起步比较晚，最早始于1958年，相继由重庆大学、洛阳轴承研究所、江苏金镡机械厂、哈尔滨轴承厂等相关单位进行了研究。目前为止，已经研制出了一些国产的钢球质量检测仪，但是在钢球表面缺陷的检测速度和准确率上与国外的成熟设备有一定的差距。现在国内用于钢球表面缺陷检测的技术有光学检测、涡电流检测、激光散斑检测、机器视觉检测等。
3.1 光学检测技术原理
通过检测钢球局部区域的表面特性和与之相邻表面特性的差异，来判断此局部区域是否出现缺陷。利用CCD图像传感器来采集钢球表面的光学图像，经过一定的图像处理以达到缺陷的机器识别目的。表面质量的好坏对成像质量的影响是很大的，当入射平行光束投射到钢球表面上时，如果光束投射的光斑范围内没有疵病，光束将遵循反射或折射规律传播。如果投射的光斑范围内有疵病，入射光束将被疵病无规则地反射即散射。（光学检测技术原理图如图1）
3.2 电涡流检测技术
湖北工業大学、武汉理工大学和济南大学对捷克SOMET公司AVIKO系列的产品进行了分析研究，并针对涡电流检测展开了进一步的研究设计，各自取得了一定的成果，其工作原理如图3所示。该检测法对钢球表面的裂纹和亚表面的缺陷等比较敏感，对钢球表面的缺陷（划痕和麻点等）无法识别，并且不能检测非金属材料的球，而且它对检测环境和检测设备的结构要求很高，开发成本高，不适合推广使用。
3.3 机器视觉检测技术
机器视觉检测设备主要由图像检测装置、传动装置和控制装置组成，将钢球依次、匀速地送入轨道，分布在轨道上的6个摄像头获得钢球表面图像，利用VC++编程对图像进行分割、重构，并计算出整个钢球表面的最大缺陷以及缺陷总和。之后的一组电磁开关会根据钢球表面缺陷的情况对钢球进行分级处理。该设备的优点是相对成本较低，检测缺陷精度较高。但是其检测速度只有1500—3000粒/小时，跟国外钢球质量自动检测设备的速度无法比拟。除此之外，国内使用的高精度CCD仍需进口，这也无形中限制了机器视觉检测在钢球表面质量检测上的应用。
3.4 激光散斑技术
当激光照射在相对粗糙（与光的波长相比）物体表面上，经过不同光程的散射光之间相互干涉，在物体表面或附近的光场中可以观察到一种无规则分布的亮暗斑点，称为激光散斑（Laser Speckles）或斑纹。这种散斑包含了反射物体的表面信息、反射粒子的运动信息等，通过对散斑图像进行统计分析，以提取所需要信息，这种技术就叫做激光散斑技术。
结语
钢球表面缺陷是衡量钢球质量的一项重要因素，钢球表面无缺陷能保证钢球在球磨机中正常磨矿使用，相反钢球表面存在缺陷就会导致钢球在使用过程中表面剥落、开裂，严重影响磨矿设备正常运行，为了控制钢球表面缺陷，钢球表面检测技术应运而生。钢球面缺陷检测是一项具有高度重复性、复杂性和智能性的工作，相信在科研人员的共同努力下，我们会研发出更多、更先进的钢球表面缺陷检测技术，使我国工业实现可持续发展。
参考文献
[1] 徐记玲.钢球表面缺陷检测技术的研究[D].济南大学，2016.
[2] 张永奎.基于光纤传感技术的钢球表面缺陷检测研究[D].济南大学，2011.
[3] 王成林.钢球表面缺陷的多光纤检测方法研究[D].济南大学，2014.
[4] 马贤淑，华云松，杨海马，王光斌.激光散射式技术在钢球表面缺陷检测中的应用[J].激光与红外，2015，11：1304-1308.