专利名称：陶瓷球表面质量检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机电领域，尤其是陶瓷球表面质量检测装置。
背景技术：
随着世界航空、航天事业的蓬勃发展，氮化硅陶瓷具有优良的综合性能，具备滚动 轴承所要求的全部重要特性，因此对陶瓷球的表面质量检测是必不可少的。基于图像处理 的检测技术不只适用于陶瓷材料，也适合别的其他材料，能够检测微小的缺陷。陶瓷轴承在 制药、化工、纺织、航空航天、冶金、机械、石油、交通、电子、军事装备等领域有着广泛的应用 前景和越来越明显的市场空间。随着陶瓷材料应用的日益广泛，因此对陶瓷材料的检测也 是至关重要的。目前，国内主要采用的还是人工目检的方法，国外虽然有射线检测、超声波检测、 渗透检测与光学显微镜下目检相结合、激光散射检测技术。每种检测方法都能够检测到一 定尺寸和形态的表面和此表面缺陷，但又有各自的局限性。且都是采用螺旋共轭轴展开法 对球进行检测，这样在实际使用中存在2个缺点1)展开轮与陶瓷球之间的运动为滚动和 滑动结合，其运动轨迹无法精确确定；2)展开轮表面磨损后失去了原有的形状，使陶瓷球 不能按设计轨迹展开，这样就会在检测时存在盲区。
发明内容
本装置为一种陶瓷球表面质量检测装置，该装置采用螺旋球带展开法或平行球带 展开法代替目前的螺旋共轭轴展开法，使用夹具带动球强制旋转，在转动轴的法截面内使 显微镜一CCD系统绕球转动从而实现球面展开。本装置适用于所有表面缺陷细微、体积不 是很大的球检测。本装置包括机架1、夹紧组件、球升降组件、球竖直旋转组件、球水平旋转组件和显 微镜摆动组件组成。夹紧组件、球升降组件、球竖直旋转组件、球水平旋转组件分别靠螺钉 安装在机架1上。夹紧组件和球竖直旋转组件水平安装在机架1的水平台面上，其中心线 在一条线上；球水平旋转组件和球升降组件安装在机架1的水平台面下面，球水平旋转组 件安装在载物台上，载物台的中心线与球水平旋转轴中心线重合，载物台的轴中心线竖直 方向，与夹紧组件的中心线垂直；显微镜摆动组件机架1的水平台面上面，中心线与夹紧组 件的中心线垂直，其中心线与球水平旋转组件的中心线在水平方向叉开一点距离。夹紧组件包括动支座25、推拉轴23、电磁铁24、直线轴承22、深沟球轴承21和动 夹具20。动夹具20通过滚动轴承21安装在推拉轴23上，推拉轴23连接到然后电磁铁24 的推杆上，电磁铁24用螺钉固定在动支座25上，直线轴承22固定在动支座25的孔中，推 拉轴23穿过直线轴承22实现直线运动，动支座25可以在机架1的水平台面上适当调整左 右位置并通过螺钉固定。球升降组件包括步进电机2、同步带轮3、同步带4、丝杠5、同步带轮6、深沟球轴承 7、轴承座8、下底座9、螺母10、滑块11、导轨12及过渡连接件。同步带轮3通过顶丝固定在步进电机2上，同步带轮6固定在丝杠5上，步进电机2固定在下底座9上，丝杠5的下 侧的光轴部分安装深沟球轴承7，轴承7通过轴承座8固定在下底座9上。螺母10安装在 丝杠5上形成丝杠螺母副，螺母10通过过渡连接件和滑块11连接，滑块11安装在导轨12 上，导轨12通过螺钉固定在下底座9上，导轨12的方向和丝杠的方向一致。球水平旋转组件包括套筒13、顶夹具16、同步带轮15、深沟球轴承14、同步带31、 同步带轮32、步进电机33、电机座34。顶夹具16固定在同步带轮15上，同步带轮15内部 安装深沟球轴承14，深沟球轴承14安装在套筒13上，套筒13安装在螺母10上。同步带轮 32通过顶丝固定在步进电机33的轴上，同步带轮32和同步带轮15通过同步带31连接起 来。步进电机33固定在电机座34上，电机座34固定在套筒13上。球竖直旋转组件包括静夹具18、步进电机17，通过紧固螺钉连接在一起。步进电 机17通过安装座固定到机架1的水平台面上。显微镜摆动组件包括显微镜19、显微镜支架30、深沟球轴承29、摆轴28、步进电机 26和摆支座27。显微镜19安装在显微镜支架30上，显微镜支架30安装在摆轴28上，摆 轴28通过深沟球轴承29安装在摆支座27上，摆轴28的一端与步进电机26通过顶丝相连， 步进电机26安装在摆支座27上。本发明具有如下优点(1)可以实现平行球带展开法或螺旋球带展开法对球进行检测；(2)采用电磁铁进行夹紧，可以提高夹紧速度，即提高了检测速度；
图1为本发明的陶瓷球表面质量检测装置的主视图；图2为本发明的陶瓷球表面质量检测装置的左视图。
具体实施例方式结合附图对本发明作进一步说明本装置为一种陶瓷球表面质量检测装置，该装置采用螺旋球带展开法或平行球带 展开法代替目前的螺旋共轭轴展开法，使用夹具带动球强制旋转，在转动轴的法截面内使 显微镜一CCD系统绕球转动从而实现球面展开。本装置适用于所有表面缺陷细微、体积不 是很大的球检测。本装置包括机架1、夹紧组件、球升降组件、球竖直旋转组件、球水平旋转组件和显 微镜摆动组件组成。夹紧组件、球升降组件、球竖直旋转组件、球水平旋转组件分别靠螺钉 安装在机架1上。夹紧组件和球竖直旋转组件水平安装在机架1的水平台面上，其中心线 在一条线上；球水平旋转组件和球升降组件安装在机架1的水平台面下面，球水平旋转组 件安装在载物台上，载物台的中心线与球水平旋转轴中心线重合，载物台的轴中心线竖直 方向，与夹紧组件的中心线垂直；显微镜摆动组件机架1的水平台面上面，中心线与夹紧组 件的中心线垂直，其中心线与球水平旋转组件的中心线在水平方向叉开一点距离。夹紧组件包括动支座25、推拉轴23、电磁铁24、直线轴承22、深沟球轴承21和动 夹具20。动夹具20通过滚动轴承21安装在推拉轴23上，推拉轴23连接到然后电磁铁24 的推杆上，电磁铁24用螺钉固定在动支座25上，直线轴承22固定在动支座25的孔中，推
4拉轴23穿过直线轴承22实现直线运动，动支座25可以在机架1的水平台面上适当调整左 右位置并通过螺钉固定。球升降组件包括步进电机2、同步带轮3、同步带4、丝杠5、同步带轮6、深沟球轴承 7、轴承座8、下底座9、螺母10、滑块11、导轨12及过渡连接件。同步带轮3通过顶丝固定 在步进电机2上，同步带轮6固定在丝杠5上，步进电机2固定在下底座9上，丝杠5的下 侧的光轴部分安装深沟球轴承7，轴承7通过轴承座8固定在下底座9上。螺母10安装在 丝杠5上形成丝杠螺母副，螺母10通过过渡连接件和滑块11连接，滑块11安装在导轨12 上，导轨12通过螺钉固定在下底座9上，导轨12的方向和丝杠的方向一致。球水平旋转组件包括套筒13、顶夹具16、同步带轮15、深沟球轴承14、同步带31、 同步带轮32、步进电机33、电机座34。顶夹具16固定在同步带轮15上，同步带轮15内部 安装深沟球轴承14，深沟球轴承14安装在套筒13上，套筒13安装在螺母10上。同步带轮 32通过顶丝固定在步进电机33的轴上，同步带轮32和同步带轮15通过同步带31连接起 来。步进电机33固定在电机座34上，电机座34固定在套筒13上。球竖直旋转组件包括静夹具18、步进电机17，通过紧固螺钉连接在一起。步进电 机17通过安装座固定到机架1的水平台面上。显微镜摆动组件包括显微镜19、显微镜支架30、深沟球轴承29、摆轴28、步进电机 26和摆支座27。显微镜19安装在显微镜支架30上，显微镜支架30安装在摆轴28上，摆 轴28通过深沟球轴承29安装在摆支座27上，摆轴28的一端与步进电机26通过顶丝相连， 步进电机26安装在摆支座27上。对于球的展开有三种展开方式螺旋共轭轴展开，平行球带展开，螺旋球带展开。 本装置只需对检测装置采用不同的控制方式就可以实现后两种的展开方式。1对显微镜间歇摆动，可以实现平行球带展开方式的球体表面质量检测展开步骤首先用手把球放在顶夹具16上，然后球升降组件动作，步进电机2运 动，通过同步带轮3、同步带4和同步带轮6组成的带传动带动丝杠5转动，步进电机26驱 动摆轴28摆动，带动显微镜支架30、显微镜19摆动到一个极限位置(不妨设为左极限位 置)。当顶夹具16上升到适当的位置，推拉轴23、动夹具20、滚动轴承22在电磁铁24的推 力下把球夹紧，然后在步进电机2的驱动下，顶夹具15回到初始位置。球竖直旋转组件动 作，步进电机17驱动静夹具18、被检测的球、动夹具20 —起开始竖直转动，显微镜19开始 摆动一定角度，当球竖直旋转一周，显微镜再摆动一定角度，如此循环，直到显微镜摆到另 一个极限位置(右极限位置)；球升降组件动作，顶夹具16开始上升，上升到合适位置，电 磁铁24松开，球落在顶夹具16上。然后球水平旋转组件动作，步进电机33驱动同步带轮 32、同步带31和同步带轮15组成的带传动带动顶夹具16转动90°。电磁铁24再次夹紧， 球升降组件动作使顶夹具16再次回到原始位置，球又开始竖直转动，显微镜又开始一步步 的间断性的往回摆动，直到显微镜摆到另一个极限位置(左极限位置)，从而完成对球的检 测。这种展开方式在检测过程中，显微镜的摆动是间歇性的，容易实现运动控制，检测
精度尚。2对显微镜连续摆动，可以实现螺旋球带展开方式的球体表面质量检测展开步骤首先用手把球放在顶夹具16上，然后球升降组件动作，步进电机2运
5动，通过同步带轮3、同步带4和同步带轮6组成的带传动带动丝杠5转动，步进电机26驱 动摆轴28摆动，带动显微镜支架30、显微镜19摆动到一个极限位置(不妨设为左极限位 置)。当顶夹具16上升到适当的位置，推拉轴23、动夹具20、直线轴承22在电磁铁24的推 力下把球夹紧，然后在步进电机2的驱动下，顶夹具16回到初始位置。球竖直旋转组件动 作，步进电机17驱动静夹具18、被检测的球、动夹具20 —起开始竖直转动，同时显微镜19 开始摆动，直到摆到另一个极限位置(右极限位置)；载物台组件开始上升，上升到合适位 置，电磁铁24松开，球落在顶夹具16上，然后球水平旋转组件动作，步进电机33驱动同步 带轮32、同步带31、同步带轮15组成的带传动带动顶夹具16转动90°，电磁铁24再次夹 紧，顶夹具16通过球升降组件再次回到原始位置，球又开始竖直转动，同时显微镜开始往 回摆到第一个极限位置(左极限位置)，从而完成对球的检测。
螺旋球带展开方式与平行球带展开相比，检测速度较快，监测精度稍低。
权利要求
一种陶瓷球表面质量检测装置，该装置包括机架(1)、夹紧组件、球升降组件、球竖直旋转组件、球水平旋转组件和显微镜摆动组件，夹紧组件、球升降组件、球竖直旋转组件、球水平旋转组件分别安装在机架(1)上。其特征在于所述夹紧组件和球竖直旋转组件水平安装在机架(1)的水平台面上，其中心线在一条线上；球水平旋转组件和球升降组件安装在机架(1)的水平台面下面，球水平旋转组件安装在载物台上，载物台的中心线与球水平旋转轴中心线重合，载物台的轴中心线竖直方向，与夹紧组件的中心线垂直；显微镜摆动组件机架1的水平台面上面，中心线与夹紧组件的中心线垂直，其中心线与球水平旋转组件的中心线在水平方向叉开距离。
2.如权利要求1所述的陶瓷球表面质量检测装置，其特征在于所述夹紧组件包括动 支座(25)、推拉轴(23)、电磁铁(24)、直线轴承(22)、深沟球轴承(21)和动夹具(20)，所述 动夹具(20)通过滚动轴承(21)安装在推拉轴(23)上，推拉轴(23)连接到电磁铁(24)的 推杆上，电磁铁(24)固定在动支座(25)上，直线轴承(22)固定在动支座(25)的孔中，推 拉轴(23)穿过直线轴承(22)实现直线运动。
3.如权利要求1所述的陶瓷球表面质量检测装置，其特征在于所述球升降组件包括 步进电机(2)、同步带轮(3)、同步带(4)、丝杠(5)、同步带轮(6)、深沟球轴承(7)、轴承座 (8)、下底座(9)、螺母(10)、滑块(11)、导轨(12及过渡连接件，同步带轮(3)通过顶丝固定 在步进电机(2)上，同步带轮(6)固定在丝杠(5)上，步进电机(2)固定在下底座(9)上，丝 杠(5)的下侧的光轴部分安装深沟球轴承(7)，轴承(7)通过轴承座(8)固定在下底座(9) 上。螺母(10)安装在丝杠(5)上形成丝杠螺母副，螺母(10)通过过渡连接件和滑块(11) 连接，滑块(11)安装在导轨(12)上，导轨(12)通过螺钉固定在下底座(9)上，导轨(12) 的方向和丝杠的方向一致。
4.如权利要求1所述的陶瓷球表面质量检测装置，其特征在于球水平旋转组件包括 套筒(13)、顶夹具(16)、同步带轮(15)、深沟球轴承(14)、同步带(31)、同步带轮(32)、步 进电机(33)、电机座(34)，顶夹具(16)固定在同步带轮(15)上，同步带轮(15)内部安装深 沟球轴承(14)，深沟球轴承(14)安装在套筒(13)上，套筒(13)安装在螺母(10)上，同步 带轮(32)通过顶丝固定在步进电机(33)的轴上，同步带轮(32)和同步带轮(15)通过同 步带(31)连接起来。步进电机(33)固定在电机座(34)上，电机座(34)固定在套筒(13) 上。
5.如权利要求1所述的陶瓷球表面质量检测装置，其特征在于球竖直旋转组件包括 静夹具(18)、步进电机(17)，通过紧固螺钉连接在一起，步进电机(17)通过安装座固定到 机架(1)的水平台面上。
6.如权利要求1所述的陶瓷球表面质量检测装置，其特征在于显微镜摆动组件包括 显微镜(19)、显微镜支架(30)、深沟球轴承(29)、摆轴(28)、步进电机(26)和摆支座(27)。 显微镜(19)安装在显微镜支架(30)上，显微镜支架(30)安装在摆轴(28)上，摆轴(28) 通过深沟球轴承(29)安装在摆支座(27)上，摆轴(28)的一端与步进电机(26)通过顶丝 相连，步进电机(26)安装在摆支座(27)上。
全文摘要
一种陶瓷球表面质量检测装置，该装置包括机架(1)、夹紧组件、球升降组件、球竖直旋转组件、球水平旋转组件和显微镜摆动组件，夹紧组件、球升降组件、球竖直旋转组件、球水平旋转组件分别安装在机架(1)上，所述夹紧组件和球竖直旋转组件水平安装在机架(1)的水平台面上，球水平旋转组件和球升降组件安装在机架(1)的水平台面下面，显微镜摆动组件机架1的水平台面上面。可以实现平行球带展开法或螺旋球带展开法对球进行检测，采用电磁铁进行夹紧，可以提高夹紧速度，即提高了检测速度。
文档编号G02B21/24GK101915768SQ20101024273
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月3日 优先权日2010年8月3日
发明者张付祥, 李文忠 申请人:河北科技大学