一种从动式轴承沟曲率半径测量装置及方法与流程

本发明属于工程技术领域，尤其涉及一种从动式轴承沟曲率半径测量装置及方法。

背景技术：

轴承是现代工业中非常重要的基础零部件，球轴承是其中一种应用最为广泛的轴承，沟道曲率半径是球轴承的重要性能指标，球轴承的沟道曲率半径和沟形偏差是影响轴承的旋转精度、游隙、接触角、振动噪声和摩擦力矩等动态性能的重要因素，进而影响装有该轴承的机器的运转精度。球轴承沟道曲率半径是球轴承的内(外)圈轴向截面内沟道轮廓线的圆弧半径，如图1所示。目前国内普遍应用的球轴承沟道曲率半径测量方法是非数字化的或非专用的，现有的测量方法：（1）球头刮色法，球头刮色法是先用红色均匀涂抹在沟道上，然后用对应的钢球用力从沟道刮过，通过对刮痕状态的分析来判断轴承质量，属于定性测量。优点：操作简单，成本低廉；缺点：无法得到测量数据，精度差；（2）轮廓测量法，通过将被测沟道轴向截面与理想圆弧相比较来测量沟道曲率半径，属于定量测量。优点：精度高，半径示值误差为±4.5um；缺点：时间长，效率低；（3）国外还有基于直角坐标测量方法的轴承沟道曲率测量仪，属于轮廓测量方法，精度可达到2.0um，形状误差精度可达到0.5um，自动测量时间为20s。

现有的测量球轴承沟道曲率半径测量方面还存在很多问题和局限，测量精度与测量效率难以兼顾，有待改进和完善。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有高效率和高精度的轴承沟道曲率半径测量仪器和测量方法，可提高工厂加工制造生产线上轴承沟道曲率半径测量水平，提高轴承质量，具有重要的意义。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种从动式轴承沟曲率半径测量装置，测量装置包括测量平台，在测量平台上方设置有夹具安装平台，在夹具安装平台上还设置有数个装夹待测轴承套圈的夹具，夹具包括三个卡爪、夹具小齿轮以及控制夹具紧松待测轴承套圈的夹具电机，待测轴承套圈摆放在夹具安装平台的上方，穿过夹具安装平台和待测轴承套圈设置有通过电机带动转动的滚珠丝杆，电机带动夹具安装平台上下移动，在滚珠丝杆上还设置大齿轮，在大齿轮上设置三个呈120度交的三个卡爪，z向位移传感器抵在夹具安装平台底面，x向位移传感器的测头抵在待测轴承套圈的沟道上。

本发明是一种从动式轴承沟曲率半径的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：

a、将待测轴承套圈安装在所述夹具安装平台，夹具夹紧松开工件的夹紧电机正转，带动小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮转动，大齿轮上三个呈120度角的三个卡爪将待测轴承套圈自动对中夹紧，此时x向位移传感器的测头正好抵在待测轴承套圈的沟道上，z向位移传感器抵在夹具安装平台的下底面上；

b、测量启动，所述电机转动带动滚珠丝杆转动，带动装在所述滚珠丝杆上的夹具安装平台上下移动，上下移动范围限制在沟道测量要求内，此时，x向位移传感器和z向位移传感器就实时采集得到测量数据，最后通过控制软件计算输出得到轴承沟曲率半径r。

本发明的有益效果是：本发明设计了独特的机械结构，全过程由计算机控制，主要传感器是高精度光栅尺，传感器分辨率高达0.1um，采集的数据通过计算拟合补偿软件处理，得到更精确的结果，本发明比现在市场上的测量设备精度更高，效率更高，本发明的球轴承沟道曲率半径测量系统的测量精度为0.5um，测量重复性精度为±2.0um，可满足生产企业的技术要求。

附图说明

图1是本发明球轴承沟道曲率半径示意图。

图2是本发明测量原理图。

图3是本发明测量装置结构原理图。

图4是本发明圆弧半径拟合示意图。

图5是本发明测量装置未装待测工件的结构示意图。

图6是本发明测量装置安装待测工件并夹紧后的结构示意图。

图7是本发明测量装置前视图的结构示意图。

图8是本发明测量方法的总体方案图。

图9是本发明控制软件功能框图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

如图1-9所示，本发明是一种从动式轴承沟曲率半径测量装置，测量装置包括测量平台1，在所述测量平台1上方设置有夹具安装平台2，在所述夹具安装平台2上还设置有数个装夹所述待测轴承套圈3的夹具，所述夹具包括三个卡爪4、夹具小齿轮6以及控制夹具紧松待测轴承套圈3的夹具电机11，待测轴承套圈3摆放在所述夹具安装平台2的上方，穿过所述夹具安装平台2和所述待测轴承套圈3设置有通过电机9带动转动的滚珠丝杆10，所述电机9带动夹具安装平台2上下移动，在所述滚珠丝杆10上还设置大齿轮，在所述大齿轮上设置三个呈120度交的三个卡爪4，z向位移传感器8抵在所述夹具安装平台2底面，x向位移传感器7的测头5抵在待测轴承套圈3的沟道上。

本发明的从动式轴承沟曲率半径的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：

a、将待测轴承套圈3安装在所述夹具安装平台2，夹具夹紧松开工件的夹紧电机11正转，带动小齿轮6转动，小齿轮6带动大齿轮转动，大齿轮上三个呈120度角的三个卡爪4将待测轴承套圈3自动对中夹紧，此时x向位移传感器7的测头5正好抵在待测轴承套圈3的沟道上，z向位移传感器8抵在夹具安装平台2的下底面上；

b、测量启动，所述电机9转动带动滚珠丝杆10转动，带动装在所述滚珠丝杆10上的夹具安装平台2上下移动，上下移动范围限制在沟道测量要求内，此时，x向位移传感器7和z向位移传感器8就实时采集得到测量数据，最后通过控制软件计算输出得到轴承沟曲率半径r。

x方向位移传感器和z方向位移传感器安装在夹具安装平台上，这两个位移传感器保持固定不动，待测轴承套圈套圈测量时放在测量夹具上，测量时上下运动，x方向位移传感器的测头被动的抵在待测轴承套圈沟道表面，可测量得到沟道x方向的位移量，z方向位移传感器的测头抵在测量夹具安装座的下面，可测量得到沟道z方向的位移量，这种被动的测量得到测量值，可称为被动测量，因此该测量装置也可以称为从动式轴承沟曲率半径测量仪。

测量时，分别记录两个方向在待测轴承套圈表面的采样数据xi和zi，其中i=1,2,…,n，（n>3），表示采样点序数，记轴承沟道曲率半径测量值为r，则有r=f(xi,zi)。

在本发明中，两个位移传感器是直接接读取测量头在x和z方向上的位移量，传感器光栅尺读数就是待测轴承套圈表面轮廓上实测点坐标（xi,zi），这样可得到一系列的测量xi和zi，然后再利用最小二乘圆拟合法计算待测沟道曲率半径，具体的计算方法是：在被测实际轮廓内找到一个理想圆心(a,b)和理想半径r，使被测实际轮廓上各点到以该点为圆心所作的圆的径向距离ri与理想半径r之差的平方和最小，如图4所示，则该理想半径r即为所求的球轴承沟道曲率半径，推导的计算公式是：

（1）

（2）

（3）

式中，，，,，，,，，。

r即为所求的球轴承沟道曲率半径值。

本发明测量装置通过测控部分来完成数据处理。

如图8所示，机械部分是本发明的测量执行主体，只需要z向一个方向运动，所以只要一个电机z向电机，x方向位移传感器的测量头被动的抵在沟道上，测量得到沟道在x方向上的位移量，z方向位移传感器的测量头抵在夹具安装平台的底面上，测量得到沟道在z方向上的位移量，这样完成数据采集的工作。

测控部分包括控制部分和测量计算部分，控制部分将控制整个测量系统的运转过程，包括机械部分的运动控制等，由plc与工控机共同完成，使系统自动完成整个测量过程；测量计算部分主要是将两个位移传感器得到的电信号转换成相应的坐标值进行相应的处理，并结合上文给出的最小二乘圆法，将测点坐标值进行处理，可得到待测轴承套圈的沟道曲率半径数值及其表面轮廓曲线。

如图9所示，测量系统测控部分包括硬件部分，软件控制部分两部分。硬件控制部分，测量时，plc通过步进电机驱动器控制步进电机9的正反转，可测得x方向和z方向的位移量，两个位移传感器通过信号调理装置将位移信息传送至数据采集卡，进而传递至工控机进行处理。

本发明的控制软件功能框图如图9所示，本发明除了可实时测量曲率半径外，还可进行数学分析和结果显示与保存等。