CN101733680A - 大型轴承滚道的非接触式在线测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种测量技术领域的大型轴承滚道的非接触式在线测量装置及方法，装置包括：激光位移传感器、固定装置、数据采集模块和数据处理模块，其中：激光位移传感器与数据采集模块相连传输距离点列数据，数据采集模块与数据处理模块相连传输激光位移传感器的距离点列数据，固定装置分别与激光位移传感器和数控机床相连；方法具体为：将装置安装在数控机床刀架上，利用数控机床刀架带动激光位移传感器进行轴承滚道面的扫描，再通过数据处理获取轴承滚道截面形状及参数，并得到轴承滚道面的形状偏差。本发明实现了非接触式在线测量，扩大了应用范围，满足轴承测量要求，有效提高了轴承滚道面测量的精度与效率。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种测量技术领域的装置及方法，具体是一种大型轴承滚道的非接触式在线测量装置及方法。
背景技术
滚动轴承是机械工业使用广泛、要求严格的配套件和基础件，被人们称为机械的关节。特别是近年来风力发电等的广泛应用，使得大型轴承的需求不断增加。轴承制造业是一种精密的基础件制造业，它的精度以0.001mm来衡量，而普通机械零件的制造公差一般只有0.01mm。因此在实际生产中，通常选用选配的方式，这就对轴承轮廓的检测精度提出了较高的要求。我国轴承内外套圈在加工完后的检测几乎都靠人工和落后的千分表完成。因而，存在着检测精度不高、检测效率低、劳动强度大等弊端。一套轴承在生产过程中需要用几十种检测仪器，进行上百次的检查。在轴承工厂检查人员一般占到生产工人(不包括辅助工人)的10％-16％。如此众多的检测参数，要完全靠人工实现不仅误差大而且劳动强度极高。同时，由于这种方法通常测量误差很大，不能得到需要的精度，导致在最后的选配中需要多次拆装，影响选配质量及速度；而且测量时必须离线，测量时间长，不利于发现误差时的即时修正，对生产效率和质量均有一定的影响。因此，我国大型轴承滚道面测量已成为生产中迫切需要解决的重大技术问题，有效的解决大型轴承滚道面的准确在线测量对促进整个大中型轴承行业的技术进步具有重大意义。
激光检测技术属于非接触式测量技术，与接触式测量方式相比，具有限制更少、效率更高、不损伤测量表面、不易受被测对象表面状态影响等优点，因此在精密及超精密加工中应用广泛。
经对现有技术的文献检索发现，付风岚等在《激光与红外》[2007.5]上发表了题为“零件表面粗糙度的激光在线测量”的文章，该文介绍了一种零件表面粗糙度的激光在线测量方法，在测量中，引入激光三角测量系统，用无衍射激光光束作光源，用高精度的CCD摄像机作位移传感器，通过计算机数据处理得到表面粗糙度值。但是该方法仅用于工件表面的粗糙度测量，不能应用在轴承轮廓检测方面。
又经检索发现，杨旭东等在《轴承》[2007.4]上发表了题为“一种新型滚动轴承表面形貌测量仪”的文章，该文介绍了一种新型的滚动轴承表面形貌测量仪，它采用一种全新的能越过陡峭表面的二维位移传感器和垂直扫描三维工作台组成一个闭环控制系统，将传统的触针移动扫描方式改变为工作台移动扫描方式。但是该装置采用的测量器件也以接触式为主，所测量的只是中小型轴承，无法实现大型轴承轮廓的测量；而且本技术仍采用离线测量的手段，由检测人员工人利用千分表等设备检测，不仅测量误差大，发现误差后需要重新装夹加工，不利于发现误差时的及时修正。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种大型轴承滚道的非接触式在线测量装置及方法。本发明采用激光位移传感器测量距离，结合数控机床刀架带动激光位移传感器上下运动，实现轴承滚道轮廓的在线扫描，通过对扫描数据的处理，识别出在线测量物体的形状，从而实现轴承滚道的非接触测量，且测量快速、准确。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及的大型轴承滚道的非接触式在线测量装置，包括：激光位移传感器、固定装置、数据采集模块和数据处理模块，其中：激光位移传感器与数据采集模块相连传输测量工件的距离点列数据，数据采集模块与数据处理模块相连传输测量工件的距离点列数据，固定装置分别与激光位移传感器和数控机床相连。
所述的固定装置包括：左夹板、右夹板、基板和安装柄，其中：左夹板和右夹板固定在基板两侧，激光位移传感器位于左夹板和右夹板之间，安装柄的一端与基板上的安装孔相连。
本发明涉及的上述大型轴承滚道的非接触式在线测量装置的测量方法，包括以下步骤：
第一步，保持加工完成的待测轴承在机床工作台上不变，测量装置的安装柄安装在数控机床的刀架上，并调整激光位移传感器与所测轴承段法线方向一致，且激光位移传感器的测头正对待测轴承滚道面。
第二步，控制数控机床的刀架沿待测轴承滚道面的法线方向移动，使得待测轴承滚道面在激光位移传感器的测量范围之内。
第三步，控制机床的刀架带动测量装置上下运动的同时，激光位移传感器对被测轴承滚道面进行扫描，得到轴承滚道面的轮廓点列信息。
所述的激光位移传感器对被测轴承滚道面进行扫描是：激光位移传感器对被测轴承套滚道截面进行采样，得到截面的距离数据，得到的点是否在轴承表面上通过距离值域判定，保留位于指定值域范围内的点列位置数据。
第四步，将扫描得到的点列距离数据通过数据采集模块传输到数据处理模块，数据处理模块结合刀架在竖直方向的上下运动的距离数据，得到扫描点的直角坐标，进而实现轴承轮廓的二维重建，得到待测轴承截面轮廓形状及尺寸参数、并与标准图纸比较，获得轴承截面轮廓的形状偏差。
所述的尺寸参数根据待测轴承的式样及测量需求设定。
第五步，以若干角度旋转机床工作台，每次旋转后重复以上四个步骤，测量轴承若干截面处的轮廓，得到轴承若干截面处的轮廓形状及尺寸参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：实现了大型轴承轮廓的在线非接触式测量，扩大了应用范围，满足了轴承滚道的测量要求，提高了测量的精度和效率。
附图说明
图1为本发明测量装置的连接方式及结构示意图；
图2为本发明测量装置的总体结构组成框图；
图3为本发明测量装置的固定装置结构组成图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
本实施例中被测轴承为双列轴承，轴承内径为1900mm，外径2250mm，轴承厚度300mm，滚道间距为140mm，滚道截面圆直径为80mm。
如图1及图2所示，本实施例涉及的大型轴承滚道的非接触式在线测量装置，包括：固定装置4、激光位移传感器5、数据处理模块6、数据采集模块7，其中：激光位移传感器4与数据采集模块6相连传输测量工件的距离点列数据，数据采集模块7与数据处理模块6相连传输测量轴承套截面的距离点列数据，数据处理模块6与数控机床1主轴垂直运动协作获得数控机床刀架3垂直运动信息进而得到激光位移传感器5的位置数据，固定装置4分别与激光位移传感器5和数控机床1相连。
所述的激光位移激光器1是KEYENCE公司生产的LK-G150 CCD。
所述的数据采集模块4是KEYENCE公司生产的LK-G3001V。
如图3所示，所述的固定装置4包括：左夹板8、右夹板9、基板10和安装柄11，其中：左夹板8和右夹板9固定在基板10两侧，激光位移传感器5位于左夹板8和右夹板9之间，安装柄11的一端通过螺纹与基板10上的安装孔相连，安装柄11的另一端与数控机床1的刀架3相连。
本实施例涉及的上述大型轴承滚道的非接触式在线测量装置的测量方法，包括以下步骤：
第一步，保持加工完成的被测轴承2在机床工作台上不变，将固定装置4的安装柄11安装在数控机床刀架3上，调整激光位移传感器5与所测轴承2的法线方向一致，且激光位移传感器5的测头正对待测轴承2滚道面；
第二步，控制数控机床1的刀架沿待测轴承滚道面的法线方向移动，使得待测轴承滚道截面在激光位移传感器5的测量范围之内；
第三步，数控机床刀架3带动激光位移传感器5运动到距离轴承套上方3cm处，然后数控机床刀架3在竖直面内向下移动的时每隔0.2mm暂停1s，同时激光位移传感器5对被测轴承2的滚道截面进行采样，保留点距离小于190mm且大于110mm的点的距离数据，得到被测轴承截面的距离点列数据；
第四步，将扫描得到的点列距离数据通过数据采集模块7传输到数据处理模块6，数据处理模块6结合刀架3在竖直方向的上下运动的距离数据，得到扫描点的直角坐标，进而利用B样条曲线拟合轴承截面的点列数据，重建出所测量的轴承套的轮廓，计算出待测轴承2滚道截面轮廓形状，然后与标准图纸比较进而计算得到待测轴承套的形状偏差：利用逐点分析连续两点的矢量变化来判断是滚道部分还是内径部分；在滚道部分逐点利用十一点法计算曲率，并用平均曲率来得到滚道的直径，进而求出滚道的圆心位置；利用圆心和曲率和测得的滚道数据比较，获得滚道的圆度信息；利用得到的两个圆心距离得到滚道间距。
第五步，以每次旋转10°来完成对旋转工作台的36次旋转，每次旋转后重复上述四个步骤，根据第四步获得的轴承套36个截面的圆心位置及滚道间距，得到滚道对基准面的不平行度和双列轴承的滚道间距跳动信息。
本实施例测量的有效滚道深度范围为0mm-40mm，测量最高精度为0.01mm，通过采用激光位移传感器5，实现了大型轴承的快速非接触式在线测量，同时测量精度、可靠性得到了提高，并且测量范围也得到了扩展。
Claims (4)
1.一种大型轴承滚道的非接触式在线测量装置，其特征在于，包括：激光位移传感器、固定装置、数据采集模块和数据处理模块，其中：激光位移传感器与数据采集模块相连传输距离点列数据信息，数据采集模块与数据处理模块相连传输激光位移传感器的距离点列数据，固定装置分别与激光位移传感器和数控机床相连。
2.根据权利要求1所述的大型轴承滚道的非接触式在线测量装置，其特征是，所述的固定装置包括：左夹板、右夹板、基板和安装柄，其中：左夹板和右夹板固定在基板两侧，激光位移传感器位于左夹板和右夹板之间，安装柄的一端通过基板的安装孔相连。
3.一种根据权利要求1所述的大型轴承滚道的非接触式在线测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，保持加工完成的待测轴承在机床工作台上不变，测量装置安装在数控机床刀架上，调整激光位移传感器与所测轴承段法线方向一致，且激光位移传感器的测头正对待测轴承滚道面；
第二步，控制数控机床的刀架沿待测轴承滚道面的法线方向移动，使得待测轴承滚道面在激光位移传感器的测量范围之内；
第三步，控制机床的刀架带动测量装置上下运动的同时，激光位移传感器对被测轴承滚道面进行扫描，得到轴承滚道面的点列数据；
第四步，将扫描得到的点列距离数据通过数据采集模块传输到数据处理模块，数据处理模块结合刀架在竖直方向的上下运动的距离数据，得到扫描点的直角坐标，进而实现轴承轮廓的二维重建，得到待测轴承的轮廓信息、滚道截面形貌及参数和形状偏差；
第五步，以若干角度旋转机床工作台，每次旋转后重复以上四个步骤，测量轴承若干截面处的轮廓，得到轴承若干截面处的轮廓形状及尺寸参数。
4.根据权利要求3所述的大型轴承滚道的非接触式在线测量方法，其特征是，第三步中所述的激光位移传感器对被测轴承滚道面进行扫描是：激光位移传感器在若干时间间隔内对被测轴承的滚道面进行采样，保留得到的若干点列位置数据中位于指定值域范围内的点列位置数据。
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