顆粒度分析儀在軸承行業(yè)中的應用

鄭曉敏

(萬向集團公司 技術(shù)中心，杭州 311215)

軸承生產(chǎn)過程中使用的潤滑脂、防銹油和清洗劑中的雜質(zhì)會直接影響軸承的振動噪聲及疲勞壽命，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)被越來越多廠家認可。目前最常用的檢測油品中雜質(zhì)顆粒的方法為圓形濾波器顆粒分析，即將油品過濾后，對殘留物進行量化評級；檢測潤滑脂中雜質(zhì)顆粒是將潤滑脂涂抹在血球計數(shù)板上對顆粒大小和數(shù)量進行人工計算和測量，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別。傳統(tǒng)的非金屬夾雜物評定方法也是人工調(diào)整樣品臺，逐個視場地對比分析，記錄評定結(jié)果，同樣存在著效率低和漏檢視場的缺點。

針對以上問題，需要一個新的解決方案來適應新的形勢，新檢測方法應具有分辨率高、自動化、簡單和可靠等優(yōu)點。下文通過對油品雜質(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)中的應用。

1 顆粒污染度分析

對防銹油等液體中雜質(zhì)的測定主要依據(jù)GB/T 20082—2006《液壓傳動、液體污染采用光學顯微鏡測定顆粒污染度的方法》進行。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數(shù)及圖像分析技術(shù)測定外來雜質(zhì)粒子的數(shù)量和尺寸。因為需要對所測試面積內(nèi)所有顆粒進行分級和測試，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成像檢測技術(shù)取代了傳統(tǒng)的應用激光顆粒傳感器的方法，自動掃描全視場，通過圖像拼接成完整圖片，可以清晰顯示每個顆粒的形態(tài)特征和磨粒尺寸，根據(jù)預先設(shè)定的顆粒等級(根據(jù)ISO4406及ATSM標準設(shè)定)進行評定，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)移到金屬觀測盒內(nèi)，放置于顆粒度分析儀上進行分析。

1.2 拼接圖像的獲取

用專用軟件設(shè)定好起始邊界，顆粒度分析儀會自動完成所選邊界內(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(左邊是一個視場的圖像，右邊是由352個視場拼接成的圖像)。

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，進入顆粒度的自動分析模塊，并設(shè)置顆粒度分級等級，軟件會對圖片進行二值化處理，如圖2所示。二值化完成后，再對雜質(zhì)進行自動分析，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

分析軟件會自動記錄每個粒度級別的顆粒數(shù)目和不同粒度級別的顆粒所占的面積，并繪制圖表。對于尺寸最大的20個顆粒，會自動輸出圖片和尺寸。

2 非金屬夾雜物分析

非金屬夾雜物對鋼的強度、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。現(xiàn)有的顯微鏡和圖像分析儀可以定量測試非金屬夾雜物的長度，但不能實現(xiàn)自動掃描，往往需要人工調(diào)整樣品臺，針對每一個視場進行逐個分析，然后按照GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定——標準評級圖顯微檢驗法》和ASTM E45—2005《鋼中夾雜物含量的評定方法》測量非金屬夾雜物。樣品檢測面積為160 mm2，每一個視場面積為0.50 mm2，這意味著每檢測一個樣品，需要移動320個視場，人工移動檢測效率很低，且容易造成漏檢。

顆粒度分析儀擁有自動掃描臺和專用的夾雜物分析軟件，可以實現(xiàn)全自動移動檢測視場，聚焦拍照，對非金屬夾雜物進行自動測量和評級。

2.1 樣品制備

根據(jù)GB/T10561—2005標準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，一般采用長方體或正方體，以便正置圖像獲取和自動聚焦。

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，顯微鏡會自動完成所選邊界內(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，進入非金屬夾雜物的自動分析模塊，選取需要的評級標準(如GB/T 10561，ASTM E45等)，軟件會對圖片進行二值化處理，如圖3所示。

圖3 非金屬夾雜物圖像二值化處理示意圖

對二值化進行人工處理，以便軟件能更好地完成夾雜物的提取，自動輸出結(jié)果，并按照所選的標準進行評級。軟件會記錄所有夾雜物的尺寸，并列出尺寸最大的20個夾雜物的圖像，如圖4所示。為了防止誤評，可以通過人工判定，刪除不是夾雜物的圖像。

圖4 夾雜物測量示意圖

2.4 分析結(jié)果

軟件分析之后即可自動輸出報告，其格式可以根據(jù)客戶需求進行更改。

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現(xiàn)試樣的大小顆粒測量，通過一個完整的馬賽克拼接圖像，能夠?qū)υ嚇尤残畔⑦M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量，不僅可靠性高，而且重復再現(xiàn)性較好，能達到最新工業(yè)標準測量的要求。

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。顆粒度分析儀的應用可以實現(xiàn)檢測的自動化，大大提升檢測效率。因此，顆粒度分析儀將會是現(xiàn)在乃至未來強有力的分析工具。