顆粒度分析儀在軸承行業(yè)中的應(yīng)用

鄭曉敏

(萬向集團(tuán)公司 技術(shù)中心，杭州 311215)

軸承生產(chǎn)過程中使用的潤(rùn)滑脂、防銹油和清洗劑中的雜質(zhì)會(huì)直接影響軸承的振動(dòng)噪聲及疲勞壽命，隨著軸承質(zhì)量的提高，控制油脂產(chǎn)品雜質(zhì)的重要性已經(jīng)被越來越多廠家認(rèn)可。目前最常用的檢測(cè)油品中雜質(zhì)顆粒的方法為圓形濾波器顆粒分析，即將油品過濾后，對(duì)殘留物進(jìn)行量化評(píng)級(jí)；檢測(cè)潤(rùn)滑脂中雜質(zhì)顆粒是將潤(rùn)滑脂涂抹在血球計(jì)數(shù)板上對(duì)顆粒大小和數(shù)量進(jìn)行人工計(jì)算和測(cè)量，這些方法不僅效率低，還容易漏檢。

軸承材料中非金屬夾雜物會(huì)影響軸承的接觸疲勞壽命，GB/T 18254—2002《高碳鉻軸承鋼》規(guī)定了軸承鋼材料允許的非金屬夾雜物級(jí)別。傳統(tǒng)的非金屬夾雜物評(píng)定方法也是人工調(diào)整樣品臺(tái)，逐個(gè)視場(chǎng)地對(duì)比分析，記錄評(píng)定結(jié)果，同樣存在著效率低和漏檢視場(chǎng)的缺點(diǎn)。

針對(duì)以上問題，需要一個(gè)新的解決方案來適應(yīng)新的形勢(shì)，新檢測(cè)方法應(yīng)具有分辨率高、自動(dòng)化、簡(jiǎn)單和可靠等優(yōu)點(diǎn)。下文通過對(duì)油品雜質(zhì)顆粒及非金屬夾雜物分析介紹了顆粒度分析儀在軸承行業(yè)中的應(yīng)用。

1 顆粒污染度分析

對(duì)防銹油等液體中雜質(zhì)的測(cè)定主要依據(jù)GB/T 20082—2006《液壓傳動(dòng)、液體污染采用光學(xué)顯微鏡測(cè)定顆粒污染度的方法》進(jìn)行。該方法用真空過濾收集液樣中的顆粒污染物，采用顯微鏡技術(shù)分析濾膜上顆粒污染物，通過透射光或入射光人工計(jì)數(shù)及圖像分析技術(shù)測(cè)定外來雜質(zhì)粒子的數(shù)量和尺寸。因?yàn)樾枰獙?duì)所測(cè)試面積內(nèi)所有顆粒進(jìn)行分級(jí)和測(cè)試，如果采用傳統(tǒng)的圖像分析儀，容易造成漏檢，效率也很低。

顆粒度分析儀采用高分辨率的光學(xué)成像檢測(cè)技術(shù)取代了傳統(tǒng)的應(yīng)用激光顆粒傳感器的方法，自動(dòng)掃描全視場(chǎng)，通過圖像拼接成完整圖片，可以清晰顯示每個(gè)顆粒的形態(tài)特征和磨粒尺寸，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的顆粒等級(jí)(根據(jù)ISO4406及ATSM標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定)進(jìn)行評(píng)定，結(jié)果以數(shù)據(jù)和圖表的形式表示，可以高效率地完成所有尺寸顆粒的精確測(cè)量。

1.1 樣品制備

通過專用的過濾裝置把油中的雜質(zhì)過濾到過濾膜片中。過濾膜片有不同的孔徑，可以根據(jù)需要選取。把制好的過濾膜片轉(zhuǎn)移到金屬觀測(cè)盒內(nèi)，放置于顆粒度分析儀上進(jìn)行分析。

1.2 拼接圖像的獲取

用專用軟件設(shè)定好起始邊界，顆粒度分析儀會(huì)自動(dòng)完成所選邊界內(nèi)的圖像獲取，并無縫拼接成一張完整的大圖片，如圖1所示(左邊是一個(gè)視場(chǎng)的圖像，右邊是由352個(gè)視場(chǎng)拼接成的圖像)。

圖1 拼接圖像獲取示意圖

1.3 軟件分析

把拼接成的大圖片調(diào)入分析軟件，進(jìn)入顆粒度的自動(dòng)分析模塊，并設(shè)置顆粒度分級(jí)等級(jí)，軟件會(huì)對(duì)圖片進(jìn)行二值化處理，如圖2所示。二值化完成后，再對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)分析，并輸出最終結(jié)果。

圖2 顆粒度污染圖像二值化處理示意圖

1.4 分析結(jié)果

分析軟件會(huì)自動(dòng)記錄每個(gè)粒度級(jí)別的顆粒數(shù)目和不同粒度級(jí)別的顆粒所占的面積，并繪制圖表。對(duì)于尺寸最大的20個(gè)顆粒，會(huì)自動(dòng)輸出圖片和尺寸。

2 非金屬夾雜物分析

非金屬夾雜物對(duì)鋼的強(qiáng)度、塑性、斷裂韌性、切削、疲勞、熱脆以及耐蝕等性能有很大影響，因此鋼材非金屬夾雜物分析也越來越受到重視?，F(xiàn)有的顯微鏡和圖像分析儀可以定量測(cè)試非金屬夾雜物的長(zhǎng)度，但不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掃描，往往需要人工調(diào)整樣品臺(tái)，針對(duì)每一個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行逐個(gè)分析，然后按照GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定——標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》和ASTM E45—2005《鋼中夾雜物含量的評(píng)定方法》測(cè)量非金屬夾雜物。樣品檢測(cè)面積為160 mm2，每一個(gè)視場(chǎng)面積為0.50 mm2，這意味著每檢測(cè)一個(gè)樣品，需要移動(dòng)320個(gè)視場(chǎng)，人工移動(dòng)檢測(cè)效率很低，且容易造成漏檢。

顆粒度分析儀擁有自動(dòng)掃描臺(tái)和專用的夾雜物分析軟件，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)移動(dòng)檢測(cè)視場(chǎng)，聚焦拍照，對(duì)非金屬夾雜物進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和評(píng)級(jí)。

2.1 樣品制備

根據(jù)GB/T10561—2005標(biāo)準(zhǔn)制備非金屬夾雜物試樣，試樣面需要非常平整，且無水漬、污物、孔洞及劃痕，一般采用長(zhǎng)方體或正方體，以便正置圖像獲取和自動(dòng)聚焦。

2.2 拼接圖像的獲取

把試樣放置在顆粒度分析儀上，通過軟件設(shè)定好起始邊界，顯微鏡會(huì)自動(dòng)完成所選邊界內(nèi)的圖像獲取，并無縫拼接成一張完整的大圖片。

2.3 軟件分析

把拼接成的大圖片調(diào)入分析軟件，進(jìn)入非金屬夾雜物的自動(dòng)分析模塊，選取需要的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(如GB/T 10561，ASTM E45等)，軟件會(huì)對(duì)圖片進(jìn)行二值化處理，如圖3所示。

圖3 非金屬夾雜物圖像二值化處理示意圖

對(duì)二值化進(jìn)行人工處理，以便軟件能更好地完成夾雜物的提取，自動(dòng)輸出結(jié)果，并按照所選的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)級(jí)。軟件會(huì)記錄所有夾雜物的尺寸，并列出尺寸最大的20個(gè)夾雜物的圖像，如圖4所示。為了防止誤評(píng)，可以通過人工判定，刪除不是夾雜物的圖像。

圖4 夾雜物測(cè)量示意圖

2.4 分析結(jié)果

軟件分析之后即可自動(dòng)輸出報(bào)告，其格式可以根據(jù)客戶需求進(jìn)行更改。

3 結(jié)束語

顆粒度分析儀將使軸承質(zhì)量控制過程上升到新的高度，無需多重圖像分析即可一步實(shí)現(xiàn)試樣的大小顆粒測(cè)量，通過一個(gè)完整的馬賽克拼接圖像，能夠?qū)υ嚇尤残畔⑦M(jìn)行分析。工業(yè)上使用顆粒度分析儀，就可以完成所有尺寸顆粒的精確測(cè)量，不僅可靠性高，而且重復(fù)再現(xiàn)性較好，能達(dá)到最新工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量的要求。

隨著人工成本的不斷提高，各企業(yè)都不斷要求提高工作效率。顆粒度分析儀的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的自動(dòng)化，大大提升檢測(cè)效率。因此，顆粒度分析儀將會(huì)是現(xiàn)在乃至未來強(qiáng)有力的分析工具。