一种圆柱形滚子曲率半径的测量方法
【专利摘要】本发明是一种圆柱形滚子曲率半径的测量方法，使用到一套测量装置，测量装置含基座、二维移动活动架、支架、激光位移传感器、夹紧套、气浮转台、气浮轴承及伺服电机，本发明的测量方法利用激光位移传感器测量圆柱形滚子同一高度处两段圆弧的曲率半径，采用非接触式在测量过程中不会破坏圆柱形滚子表面圆弧的精密结构和轮廓，再利用最小二乘法拟合出该高度处的曲率半径，重复相同的过程就能测量其它高度处的曲率半径，从而计算出圆柱形滚子的总曲率半径，从而判断出总曲率半径是否符合设计要求，提高圆柱形滚子曲率半径的测量精度，避免人工误差，从整体上有效提高圆柱形滚子的出厂性能，本发明的测量方法简单可靠，测量装置能重复使用。
【专利说明】
一种圆柱形滚子曲率半径的测量方法
技术领域
[0001] 本发明属于轴承滚子自动化检测技术领域，尤其涉及到一种圆柱形滚子曲率半径 的测量方法。
【背景技术】
[0002] 圆柱形滚子的曲率半径反映了其表面几何形貌的特征质量，不仅影响轴承的装配 质量，而且决定轴承工作的稳定性。但是，受到加工水平的限制，成品圆柱形滚子的曲率半 径往往存在微小差异，这些微小差异是制约轴承性能提高的关键。因此，磨削加工后需要检 测圆柱形滚子的曲率半径是否满足精度及设计要求。
[0003] 在实际检测中，圆柱形滚子曲率半径的测量方式主要有靠模法、标准滚子涂色法 和轮廓仪直接测量法。
[0004] 靠模法是利用标准样板与圆柱形滚子表面接触来实现定性检侧，靠模法适用于磨 削加工后的现场检测，靠模法的测量精度受到标准样板制造工艺、定位精度、现场环境等因 素的限制，因此不能实现圆柱形滚子曲率半径的高精度测量。
[0005] 标准滚子涂色法是采用标准滚子涂色的方式来定性检测圆柱形滚子的曲率半径， 标准滚子涂色法适用于终磨后的车间内检测，标准滚子涂色法的测量精度受到标准滚子的 精度等级、涂料质量及涂抹均匀性等因素影响，也不能实现较高精度圆柱形滚子曲率半径 的检测。
[0006] 轮廓仪直接测量法是通过轮廓仪直接测量圆柱形滚子的表面形状，并利用最小二 乘法拟合求得圆柱形滚子的曲率半径。轮廓仪直接测量法在调中及操作过程中容易引入较 大的测量误差，因此很难达到较高的测量精度。
【发明内容】
[0007] 针对上述不足之处，本发明提供了一种圆柱形滚子曲率半径的测量方法，该测量 方法通过一套测量装置来测量圆柱形滚子的曲率半径，利用激光位移传感器测量圆柱形滚 子在同一高度处的曲率半径，再利用最小二乘法拟合出该高度处的曲率半径，最后利用相 同的方法测量圆柱形滚子其它高度处的曲率半径，从而求出圆柱形滚子的总曲率半径，并 判断出总曲率半径是否符合精度要求，从而提高圆柱形滚子曲率半径的测量精度。
[0008] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] -种圆柱形滚子曲率半径的测量方法，该测量方法使用到一套测量装置，所述测 量装置包括基座、二维移动活动架、支架、激光位移传感器、夹紧套、气浮转台、气浮轴承及 伺服电机，伺服电机的旋转角度及旋转速度^和^均由计算机控制，其中 V1<V2，激光位移 传感器检测到的被测圆柱形滚子曲率半径数据被输入该计算机中，该计算机还存储有最小 二乘拟合法，通过该最小二乘拟合法能够计算出被测圆柱形滚子的曲率半径，被测圆柱形 滚子在磨削加工时具有定位端，所述定位端在磨削加工时已做出显示标记，给定圆柱形滚 子的设计曲率半径为R，本发明的特征如下：
[0010] 基座上一侧配置有二维移动活动架，二维移动活动架具有固定的垂直架和随所述 垂直架上下移动的水平架，在所述水平架的任一端下方通过螺纹联接能左右移动的支架， 支架上固定有激光位移传感器；
[0011] 基座上另一侧配置有气浮轴承，安装在基座下端的伺服电机输出轴穿过气浮轴承 后与气浮转台联接，气浮转台水平位于气浮轴承上端面，气浮转台中心线与伺服电机输出 轴中心线在联接后是重合的，在气浮转台的上端面配装有能拆卸的夹紧套，配装夹紧后的 夹紧套中心线与气浮转台的中心线重合；
[0012] 测量被测圆柱形滚子的曲率半径按如下步骤进行：
[0013] ①将被测圆柱形滚子的所述定位端平放在气浮转台上使被测圆柱形滚子的中心 轴线垂直于气浮转台水平面，通过夹紧套将被测圆柱形滚子的所述定位端处夹紧，从夹紧 套上端沿处到被测圆柱形滚子上端沿处的总高度设定为L，共测量k次，则每次测量的高度 间距为l = L/k，k为自然正整数，调节所述水平架使激光位移传感器先对准被测圆柱形滚子 上端沿处的圆弧，此时激光位移传感器的初始测量位置称其为度处；
[0014] ②启动伺服电机按顺时针方向并以V1旋转30度，此时被测圆柱形滚子旋转30度时 的位置被标记为1!位30度处，从所述1:位0度处到所述lHi30度处激光位移传感器对被测圆 柱形滚子的圆弧处进行测量并得出lHil数据，所述lHil数据被输入计算机中，计算机利用 最小二乘拟合法能够求解出所述lHil数据的曲率半径η;
[0015] ③启动伺服电机按顺时针方向从所述1^30度处出发并以速度^旋转180度，此时 被测圆柱形滚子旋转180度时的位置被标记为ldi210度处；
[0016] ④启动伺服电机按顺时针方向从所述lHi210度处出发并以V1旋转30度，此时被测 圆柱形滚子旋转30度时的位置被标记为lHi240度处，从所述lHi210度处到所述零lHi240 度处激光位移传感器对被测圆柱形滚子的圆弧处进行测量并得出h位Π 数据，所述h位Π 数据被输入计算机中，计算机利用最小二乘拟合法能够求解出所述1:位Π 数据的曲率半径
能够计算出被测圆柱形滚子在li位时的平均曲率半径R1;
[0017] ⑤将所述水平架向下移动第一个高度间距1使激光位移传感器对准被测圆柱形滚 子的h位处圆弧，此时激光位移传感器的初始测量位置称其为h位0度处，重复上述②-④能 够计算出被测圆柱形滚子在h位时的平均曲率半径R 2;
[0018] ⑥在上述⑤的基础上将所述水平架再向下移动第二个高度间距1使激光位移传感 器对准被测圆柱形滚子的13位处圆弧，此时激光位移传感器的初始测量位置称其为13位0度 处，以此类推激光位移传感器从初始测量位置起按高度间距1依次向下移动就具有14位0度 处、1 5位0度处…和lk位0度处，不断重复上述②-④能够计算出被测圆柱形滚子在13位时的 平均曲率半径R 3、14位时的平均曲率半径R4…和lk位时的平均曲率半径R k;
[0019 ] 将上述k次测量得到的Ri、R2、R3、R4、…Rk通过计算机计算出总曲率半径恥：
[0021]再通过计算机就能够比较出被测圆柱形滚子的总曲率半径似.是否满足R之设计要 求。
[0022]由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：
[0023] 1、本发明能够一次性测量不同规格圆柱形滚子在不同圆弧处的曲率半径，从而实 现对圆柱形滚子表面轮廓的识别，并自动识别出合格的圆柱形滚子。
[0024] 2、本发明采用非接触式测量方法，在测量过程中不会破坏圆柱形滚子表面圆弧的 精密结构和轮廓。
[0025] 3、利用激光位移传感器测量圆柱形滚子同一高度处两段不同圆弧的曲率半径，再 利用最小二乘法拟合出该高度处的曲率半径，重复相同的过程就能测量其它高度处的曲率 半径，从而计算出圆柱形滚子的总曲率半径，并判断出总曲率半径是否符合设计要求。
[0026] 4、本发明能提高圆柱形滚子曲率半径的测量精度，避免人工误差，从整体上能有 效提高圆柱形滚子的出厂性能。
[0027] 5、本发明的测量方法更能满足工业检测和精细生产的实际需要。
【附图说明】
[0028]图1是测量装置的局部结构示意简图。
[0029] 图1中：1-基座；2-二维移动活动架;3-支架;4-激光位移传感器;5-被测圆柱形滚 子;6-夹紧套;7-气浮转台；8-气浮轴承;9-伺服电机。
【具体实施方式】
[0030] 本发明是一种圆柱形滚子曲率半径的测量方法，本发明利用激光位移传感器测量 圆柱形滚子同一高度处两段不同圆弧的曲率半径，再利用最小二乘法拟合出该高度处的曲 率半径，重复相同的过程就能测量其它高度处的曲率半径，从而计算出圆柱形滚子的总曲 率半径，并判断出总曲率半径是否符合设计要求。
[0031] 结合图1，本发明的方法使用到一套测量装置，所述测量装置包括基座1、二维移动 活动架2、支架3、激光位移传感器4、夹紧套6、气浮转台7、气浮轴承8及伺服电机9,伺服电机 9的旋转角度及旋转速度VI和V2均由计算机控制，其中VI <V2，VI和V2可根据被测圆柱形滚子 5的测量要求而提前设定。
[0032] 激光位移传感器检测到的被测圆柱形滚子曲率半径数据被输入该计算机中，该计 算机还存储有最小二乘拟合法，通过该最小二乘拟合法能够计算出被测圆柱形滚子的曲率 半径，被测圆柱形滚子在磨削加工时具有定位端，所述定位端在磨削加工时已做出显示标 记，给定圆柱形滚子的设计曲率半径为R。
[0033] 所述测量装置的联接关系简述如下：
[0034]基座上一侧配置有二维移动活动架，二维移动活动架具有固定的垂直架和随所述 垂直架上下移动的水平架，在所述水平架的任一端下方通过螺纹联接能左右移动的支架， 支架上固定有激光位移传感器，所述水平架能带动激光位移传感器实现上下移动，所述水 平架沿所述垂直架上下移动的方式可以是手动的，也可以是自动的，而左右移动的支架能 够调节激光位移传感器与被测圆柱形滚子表面的间距。
[0035]基座上另一侧配置有气浮轴承，安装在基座下端的伺服电机输出轴穿过气浮轴承 后与气浮转台联接，气浮转台水平位于气浮轴承上端面并保证气浮轴承旋转时气浮转台随 其同步转动，气浮转台中心线与伺服电机输出轴中心线在联接后是重合的，在气浮转台的 上端面配装有能拆卸的夹紧套，配装夹紧后的夹紧套中心线与气浮转台的中心线重合。
[0036] 在所述测量装置的协助下，本发明的测量方法按如下步骤进行：
[0037] ①将被测圆柱形滚子的所述定位端平放在气浮转台上使被测圆柱形滚子的中心 轴线垂直于气浮转台水平面，通过夹紧套将被测圆柱形滚子的所述定位端处夹紧，从夹紧 套上端沿处到被测圆柱形滚子上端沿处的总高度设定为L，共测量k次，则每次测量的高度 间距为l=L/k，k为自然正整数，对于被测圆柱形滚子而言，若L=15mm，则建议k23,这是因 为被测圆柱形滚子的曲率半径变化不大而致，测量3次取上中下三个位置心、1? 2和1?3即可。夹 紧套具有一定高度，夹紧套在高度方向与气浮转台接触的称其为夹紧套下端沿处，反之称 其为夹紧套上端沿处。调节所述水平架使激光位移传感器先对准被测圆柱形滚子上端沿处 的圆弧，此时激光位移传感器的初始测量位置称其为度处，由此看出本发明采用非接 触式测量方法，在测量过程中不会破坏圆柱形滚子表面圆弧的精密结构和轮廓。
[0038] ②启动伺服电机按顺时针方向并以V1旋转30度，此时被测圆柱形滚子旋转30度时 的位置被标记为1!位30度处，从所述11位0度处到所述l^i30度处激光位移传感器对被测圆 柱形滚子的圆弧处进行测量并得出lHil数据，所述lHil数据被输入计算机中，计算机利用 最小二乘拟合法能够求解出所述lHil数据的曲率半径η。
[0039] ③启动伺服电机按顺时针方向从所述lHi30度处出发并以速度V2旋转180度，此时 被测圆柱形滚子旋转180度时的位置被标记为lHi210度处，所述lHi210度处不需要测量曲 率半径，是一个过渡过程。
[0040] ④启动伺服电机按顺时针方向从所述lHi210度处出发并以V1旋转30度，此时被测 圆柱形滚子旋转30度时的位置被标记为lHi240度处，从所述lHi210度处到所述零lHi240 度处激光位移传感器对被测圆柱形滚子的圆弧处进行测量并得出h位Π 数据，所述h位Π 数据被输入计算机中，计算机利用最小二乘拟合法能够求解出所述1:位Π 数据的曲率半径
能够计算出被测圆柱形滚子在h位时的平均曲率半径Ru
[0041] ⑤将所述水平架向下移动第一个高度间距1使激光位移传感器对准被测圆柱形滚 子的h位处圆弧，此时激光位移传感器的初始测量位置称其为h位〇度处，重复上述②-④能 够计算出被测圆柱形滚子在1 2位时的平均曲率半径r2。
[0042] ⑥在上述⑤的基础上将所述水平架再向下移动第二个高度间距1使激光位移传感 器对准被测圆柱形滚子的13位处圆弧，此时激光位移传感器的初始测量位置称其为13位0度 处，以此类推激光位移传感器从初始测量位置起按高度间距1依次向下移动就具有14位0度 处、1 5位0度处…和lk位0度处，不断重复上述②-④能够计算出被测圆柱形滚子在13位时的 平均曲率半径R 3、14位时的平均曲率半径R4…和lk位时的平均曲率半径R k。
[0043] 将上述k次测量得到的Ri、R2、R3、R4、…Rk通过计算机计算出总曲率半径1^,:
[0045]再通过计算机就能够比较出被测圆柱形滚子的总曲率半径似.是否满足R之设计要 求，圆柱形滚子的设计曲率半径R是具有一定公差范围的，R总只要落入该公差范围内，计算 机就能即时做出合格判断，否则就会做出不合格判断，由此看出本发明能够一次性测量不 同规格被测圆柱形滚子在不同圆弧处的曲率半径，从而实现对被测圆柱形滚子表面轮廓的 识别，并自动识别出合格的被测圆柱形滚子，满足圆柱形滚子的工业化检测和精细生产需 求。
[0046]上述是从上到下的测量方法，本发明从下到上来测量被测圆柱形滚子的曲率半径 同样是可行的，此时调节所述水平架使激光位移传感器先对准夹紧套上端沿处被测圆柱形 滚子的圆弧，则激光位移传感器的初始测量位置称其为1:位〇度处，通过上述②-④即可计 算出被测圆柱形滚子在h位时的平均曲率半径Ri，之后将所述水平架向上移动第一个高度 间距1使激光位移传感器对准被测圆柱形滚子的1 2位处圆弧，此时激光位移传感器的初始 测量位置称其为12位〇度处，再重复⑤-⑥即可得出总曲率半径R总，未述部分参见所述技术 方案。
【主权项】
1. 一种圆柱形滚子曲率半径的测量方法，该测量方法使用到一套测量装置，所述测量 装置包括基座（1)、二维移动活动架(2)、支架(3)、激光位移传感器(4)、夹紧套(6)、气浮转 台（7)、气浮轴承(8)及伺服电机(9)，伺服电机(9)的旋转角度及旋转速度^和^均由计算机 控制，其中 V1<V2，激光位移传感器(4)检测到的被测圆柱形滚子(5)曲率半径数据被输入该 计算机中，该计算机还存储有最小二乘拟合法，通过该最小二乘拟合法能够计算出被测圆 柱形滚子(5)的曲率半径，被测圆柱形滚子(5)在磨削加工时具有定位端，所述定位端在磨 削加工时已做出显示标记，给定圆柱形滚子的设计曲率半径为R，其特征是： 基座（1)上一侧配置有二维移动活动架(2 )，二维移动活动架（2)具有固定的垂直架和 随所述垂直架上下移动的水平架，在所述水平架的任一端下方通过螺纹联接能左右移动的 支架(3)，支架(3)上固定有激光位移传感器(4); 基座（1)上另一侧配置有气浮轴承(8)，安装在基座（1)下端的伺服电机(9)输出轴穿过 气浮轴承(8)后与气浮转台（7)联接，气浮转台（7)水平位于气浮轴承(8)上端面，气浮转台 (7)中心线与伺服电机(9)输出轴中心线在联接后是重合的，在气浮转台（7)的上端面配装 有能拆卸的夹紧套(6)，配装夹紧后的夹紧套(6)中心线与气浮转台（7)的中心线重合； 测量被测圆柱形滚子(5)的曲率半径按如下步骤进行： ① 将被测圆柱形滚子(5)的所述定位端平放在气浮转台（7)上使被测圆柱形滚子(5)的 中心轴线垂直于气浮转台（7)水平面，通过夹紧套(6)将被测圆柱形滚子(5)的所述定位端 处夹紧，从夹紧套(6)上端沿处到被测圆柱形滚子(5)上端沿处的总高度设定为L，共测量k 次，则每次测量的高度间距为1 = L/k，k为自然正整数，调节所述水平架使激光位移传感器 (4)先对准被测圆柱形滚子(5)上端沿处的圆弧，此时激光位移传感器(4)的初始测量位置 称其为li位〇度处； ② 启动伺服电机(9)按顺时针方向并以V1旋转30度，此时被测圆柱形滚子(5)旋转30度 时的位置被标记为1:位30度处，从所述度处到所述l^i30度处激光位移传感器(4)对 被测圆柱形滚子(5)的圆弧处进行测量并得出lHil数据，所述lHil数据被输入计算机中， 计算机利用最小二乘拟合法能够求解出所述1:位1数据的曲率半径η; ③ 启动伺服电机(9)按顺时针方向从所述lHi30度处出发并以速度V2旋转180度，此时 被测圆柱形滚子(5)旋转180度时的位置被标记为l^i210度处； ④ 启动伺服电机(9)按顺时针方向从所述lHi210度处出发并以V1旋转30度，此时被测 圆柱形滚子(5)旋转30度时的位置被标记为h位240度处，从所述h位210度处到所述零1:位 240度处激光位移传感器(4)对被测圆柱形滚子(5)的圆弧处进行测量并得出lHin数据， 所述lHin数据被输入计算机中，计算机利用最小二乘拟合法能够求解出所述lHin数据 的曲率半径r2，计算机通过能够计算出被测圆柱形滚子(5)在h位时的平均曲 率半径Ri; ⑤ 将所述水平架向下移动第一个高度间距1使激光位移传感器(4)对准被测圆柱形滚 子(5)的12位处圆弧，此时激光位移传感器(4)的初始测量位置称其为1 2位0度处，重复上述 ②-④能够计算出被测圆柱形滚子(5)在12位时的平均曲率半径R 2; ⑥ 在上述⑤的基础上将所述水平架再向下移动第二个高度间距1使激光位移传感器 (4)对准被测圆柱形滚子(5)的13位处圆弧，此时激光位移传感器(4)的初始测量位置称其 为13位0度处，以此类推激光位移传感器(4)从初始测量位置起按高度间距1依次向下移动 就具有1 4位〇度处、15位〇度处…和度处，不断重复上述②-④能够计算出被测圆柱形滚 子(5)在1 3位时的平均曲率半径R3、14位时的平均曲率半径R4…和lk位时的平均曲率半径Rk; 将上述k次测量得到的Ri、R 2、R3、R4、通过计算机计算出总曲率半径R总：再通过计算机就能够比较出被测圆柱形滚子(5)的总曲率半径R总是否满足R之设计要 求。
【文档编号】G01B11/255GK105865374SQ201610173245
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】王中宇
【申请人】洛阳亨基智能数控装备科技有限公司