一种半球轴承球度检测装置及方法
【专利摘要】一种半球轴承球度检测装置及方法，包括四爪卡盘、倾斜测试工装、水平测试工装。测试时，将半球与水平测试工装相互连接，水平测试工装固定在四爪卡盘上，通过圆度仪来测试半球的3个水平位置圆度；然后，将半球与水平测试工装相互连接，水平测试工装固定在倾斜测试工装上，倾斜测试工装固定在四爪卡盘上，通过圆度仪来测试半球的2个倾斜位置圆度；通过检测半球以上5个位置圆度的精度，来达到检测半球球面精度的要求。本发明专利适用于各种类型的半球轴承球度检测，测试方法准确，简单；可广泛应用于各生产线上使用。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种半球轴承球度检测装置及方法。 一种半球轴承球度检测装置及方法
【背景技术】
[0002] 随着精密加工技术的发展，精密球面的应用范围越来越广，广泛应用于球面轴承、 精密机械，仪器仪表、航空航天设备、超精密陀螺转子等，测量用双球规与圆度仪基准等都 要用到球面或者球体。因为球的几何形状精度对球面、球体的使用性能影响很大，价格也随 其精度以指数函数增加。为保证质量，在生产与应用球面、球体的地方，往往需要对球度进 行测量。于是，对于球体、球面的加工、测量、评定和判别也成为一项非常值得重视的技术。
[0003] 目前，常用的有电磁式、电子式、光学式、光电式以及气动式。各种转换原理具有不 同的特点，它们的应用范围因对测量条件要求、适用对象的不同而有所区别。光学式或光电 式原理设计的测量仪器，如光学投影仪、光学图像处理、激光测距仪等方法，可以达到精度 高、速度快等要求。但光源（如激光）价格高、寿命短、对测量环境要求苛刻，另外光学系统 结构复杂、制造调试困难，这类仪器仅适合于计量室使用；气动式测量仪器虽然能实现一次 安装定位、多点同时测量的优点，但也存在多测量喷嘴调试精度高、系统复杂等缺点；而传 统的电磁与电子式量仪，如三座标测量仪，通常采用红宝石测头，只能进行接触式测量、不 可避免的要在被测工件上留下划痕，同时由于其自身主轴的回转精度、红宝石测头自身的 圆度对最终测试精度产生巨大影响，通常只能在计量室或试验室使用。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种测量时间短、精 度高、重复性好且适合多种半球轴承球面精度测试的半球轴承球度检测装置及方法。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 一种半球轴承球度检测装置，包括：四爪卡盘、倾斜测试工装、水平测试工装和圆 度仪；倾斜测试工装的倾斜面与水平面的夹角为40-50度；待测半球轴承固定在水平测试 工装上；在水平测试时，水平测试工装垂直固定在四爪卡盘上；在倾斜测试时，水平测试工 装固定在倾斜测试工装的倾斜面上，倾斜测试工装固定在四爪卡盘上；圆度仪的圆度测量 头与待测半球轴承外表面相互接触，四爪卡盘固定在圆度仪的回转中心上，通过圆度仪带 动四爪卡盘回转，通过圆度仪测试不同半球轴承截面的圆度误差获得半球轴承球度误差。
[0007] 圆度仪带动四爪卡盘回转，回转精度小于0. 001mm。
[0008] 圆度仪的圆度测量头与待测半球轴承外表面相互接触，接触压力在0· 1?0· 5N之 间。
[0009] 圆度仪的圆度测量头为尼龙材料。
[0010] 利用上述检测装置进行检测的方法，包括如下步骤：
[0011] (1)将待测半球轴承固定在水平测试工装上，再将水平测试工装垂直固定在四爪 卡盘上；将四爪卡盘固定在圆度仪的回转中心上，调整四爪卡盘的位置，保证待测半球轴 承与圆度仪的回转中心同轴度小于0. 001mm ;同时调整圆度测量头与待测半球轴承的外表 面的接触压力，保证其表面接触压力在〇. 1?〇. 5N之间；通过圆度仪带动四爪卡盘回转， 从而带动待测半球轴承旋转，待测半球轴承在旋转过程中的轴向跳动和径向跳动均小于 0. 01mm ;通过调节圆度测量头与待测半球轴承相互接触点的上下位置，从而获得水平3个 位置的圆度误差；
[0012] (2)将待测半球轴承与水平测试工装固定牢靠，再将水平测试工装固定在倾斜 测试工装的倾斜面上；然后，将倾斜测试工装垂直固定在四爪卡盘上；将四爪卡盘固定 在圆度仪上，调整四爪卡盘的位置，保证待测半球轴承与圆度仪的回转中心同轴度小于 0. 001mm ;同时调整圆度测量头与待测半球轴承的外表面的接触压力，保证其表面接触压力 在0. 1?0. 5N之间；通过圆度仪带动四爪卡盘回转，从而带动待测半球轴承旋转，待测半球 轴承在旋转过程中的轴向跳动和径向跳动均小于〇. 01mm ;通过圆度仪测量得到第一倾斜 位置的圆度误差；将水平测试工装相对其轴线顺时针旋转90°后重新固定在倾斜测试工 装的倾斜面上，重复第一倾斜位置的测量过程，从而获得第二倾斜位置的圆度误差；
[0013] (3)将水平三个位置的圆度误差和倾斜两个位置的圆度误差中最大的圆度误差作 为半球轴承的球度误差。
[0014] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0015] (1)本发明通过圆度仪来测试待测半球轴承的5个不同截面的圆度，来实现半球 球度的测量，测试方法，测试设备简单；
[0016] (2)本发明通过对测试工装及待测半球轴承相互之间轴径向跳动的要求，从而减 小测试工装带来的测试误差；
[0017] (3)本发明通过对圆度仪的回转精度，测量头与待测半球轴承外表面的接触压力 的要求，从而减少测试仪器带来的测试误差；
[0018] (4)本发明通过以上方法减小测试误差，提高测试，其圆度测量精度能达0. 1 μ m， 多次测试数据重复性大于90%，测试数据可靠，重复性好，适合工业化规模生产的大批量测 试。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明测试装置的水平3位置测试主视图；
[0020] 图2为本发明测试装置的倾斜2位置测试主视图；
[0021] 图3为本发明测试方法的原理示意图。
【具体实施方式】
[0022] 如图1、图2所示，本发明测试装置包括四爪卡盘1、倾斜测试工装2、水平测试工 装3和圆度仪；倾斜测试工装2的倾斜面与水平面的夹角为40-50度；待测半球轴承4固定 在水平测试工装3上；在水平测试时，水平测试工装3垂直固定在四爪卡盘1上；在倾斜测 试时，水平测试工装3固定在倾斜测试工装2的倾斜面上，倾斜测试工装2固定在四爪卡盘 1上；圆度仪的圆度测量头5与待测半球轴承4外表面相互接触，四爪卡盘1固定在圆度仪 上，通过圆度仪带动四爪卡盘1回转，通过圆度仪测试不同半球轴承截面的圆度误差获得 半球轴承球度误差。
[0023] 圆度测量头5与待测半球轴承4外表面相互接触，保证其表面接触压力在0. 1? 0. 5N之间；圆度仪带动四爪卡盘1回转，保证回转精度小于0. 001mm。
[0024] 如图1所示，将待测半球轴承4固定在水平测试工装3上，再将水平测试工装3垂 直固定在四爪卡盘1上；将四爪卡盘1固定在圆度仪上，调整四爪卡盘的位置，保证待测半 球轴承4与圆度仪的回转中心0'同轴度小于0. 001mm ;同时调整圆度测量头5与待测半球 轴承4的外表面的接触压力，保证其表面接触压力在0. 1?0. 5N之间；通过圆度仪带动四 爪卡盘1回转，从而带动待测半球轴承4旋转，待测半球轴承4在旋转过程中的轴向跳动和 径向跳动均小于0. 01mm ;通过调节圆度测量头5与待测半球轴承4相互接触点的上下位置 (X方向上）的，从而获得水平3个位置的圆度误差。
[0025] 如图2所示，倾斜位置测试时，将待测半球轴承4与水平测试工装3固定牢靠，再 将水平测试工装3固定在倾斜测试工装2的倾斜面上；然后，将倾斜测试工装2垂直固定在 四爪卡盘1上；将四爪卡盘1固定在圆度仪上，调整四爪卡盘的位置，保证待测半球轴承4 与圆度仪的回转中心〇'同轴度小于〇. 001mm ;同时调整圆度测量头5与待测半球轴承4的 外表面的接触压力，保证其表面接触压力在〇. 1?〇. 5N之间；待测半球轴承（4)在旋转过 程中的轴向跳动和径向跳动均小于〇. 01mm ;通过圆度仪测量得到第一倾斜位置的圆度误 差；将水平测试工装3相对其轴线〇'顺时针旋转90°后重新固定在倾斜测试工装2的倾 斜面上，重复第一倾斜位置的测量过程，从而获得第二倾斜位置的圆度误差。五个位置的圆 度误差测试完毕后，其最大圆度误差即为半球轴承的球度误差。
[0026] 如图3所示，一种球形物体，沿其任意截面切割，切割出来的剖面都将为一个圆 (?、H 2、H3、H4、H5……），反向证明，只需测试一个球形物体的任意截面圆度满足要求，其球面 精度即能满足要求，本发明正是基于以上原理设计的。
[0027] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【权利要求】
1. 一种半球轴承球度检测装置，其特征在于包括：四爪卡盘（1)、倾斜测试工装（2)、水 平测试工装（3)和圆度仪；倾斜测试工装（2)的倾斜面与水平面的夹角为40-50度；待测 半球轴承（4)固定在水平测试工装（3)上；在水平测试时，水平测试工装（3)垂直固定在四 爪卡盘（1)上；在倾斜测试时，水平测试工装（3)固定在倾斜测试工装（2)的倾斜面上，倾 斜测试工装（2)固定在四爪卡盘（1)上；圆度仪的圆度测量头（5)与待测半球轴承（4)外 表面相互接触，四爪卡盘（1)固定在圆度仪的回转中心上，通过圆度仪带动四爪卡盘（1)回 转，通过圆度仪测试不同半球轴承截面的圆度误差获得半球轴承球度误差。
2. 根据权利要求1所述的一种用于半球轴承球度精密检测装置，其特征在于：圆度仪 带动四爪卡盘（1)回转，回转精度小于0.001mm。
3. 根据权利要求1所述的一种用于半球轴承球度精密检测装置，其特征在于：圆度仪 的圆度测量头（5)与待测半球轴承（4)外表面相互接触，接触压力在0. 1?0. 5N之间。
4. 根据权利要求1所述的一种用于半球轴承球度精密检测装置，其特征在于：圆度仪 的圆度测量头（5)为尼龙材料。
5. 利用权利要求1至4所述的检测装置进行检测的方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 将待测半球轴承（4)固定在水平测试工装（3)上，再将水平测试工装（3)垂直固 定在四爪卡盘（1)上；将四爪卡盘（1)固定在圆度仪的回转中心上，调整四爪卡盘的位置， 保证待测半球轴承（4)与圆度仪的回转中心同轴度小于0. 001mm ;同时调整圆度测量头（5) 与待测半球轴承（4)的外表面的接触压力，保证其表面接触压力在0· 1?0.5N之间；通过 圆度仪带动四爪卡盘（1)回转，从而带动待测半球轴承（4)旋转，待测半球轴承（4)在旋 转过程中的轴向跳动和径向跳动均小于0.01mm;通过调节圆度测量头（5)与待测半球轴承 (4)相互接触点的上下位置，从而获得水平3个位置的圆度误差； (2) 将待测半球轴承（4)与水平测试工装（3)固定牢靠，再将水平测试工装（3)固定在 倾斜测试工装（2)的倾斜面上；然后，将倾斜测试工装（2)垂直固定在四爪卡盘（1)上；将 四爪卡盘（1)固定在圆度仪上，调整四爪卡盘的位置，保证待测半球轴承（4)与圆度仪的回 转中心同轴度小于0.001mm;同时调整圆度测量头（5)与待测半球轴承（4)的外表面的接 触压力，保证其表面接触压力在(λ 1?0.5N之间；通过圆度仪带动四爪卡盘（1)回转，从而 带动待测半球轴承（4)旋转，待测半球轴承（4)在旋转过程中的轴向跳动和径向跳动均小 于0. 01mm ;通过圆度仪测量得到第一倾斜位置的圆度误差；将水平测试工装（3)相对其轴 线顺时针旋转90°后重新固定在倾斜测试工装（2)的倾斜面上，重复第一倾斜位置的测量 过程，从而获得第二倾斜位置的圆度误差； (3) 将水平三个位置的圆度误差和倾斜两个位置的圆度误差中最大的圆度误差作为半 球轴承的球度误差。
【文档编号】G01B21/20GK104061894SQ201410265824
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】曹清, 翟秀果, 王尚, 王晓瑜, 李建春 申请人:北京航天控制仪器研究所