CN101915768B - 陶瓷球表面质量检测装置 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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-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，夹紧组件的中心线和球竖直旋转组件的中心线在一条线上；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组件的中心线重合，载物台的中心线为竖直方向，与夹紧组件的中心线垂直；显微镜摆动组件位于机架1的水平台面上面，显微镜摆动组件的中心线与夹紧组件的中心线垂直，显微镜摆动组件的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、第一深沟球轴承21和动夹具20。动夹具20通过第一深沟球轴承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。
球升降组件包括第一步进电机2、第一同步带轮3、第一同步带4、丝杠5、第二同步带轮6、第二深沟球轴承7、轴承座8、下底座9、螺母10、滑块11、导轨12及过渡连接件。第一同步带轮3通过顶丝固定在第一步进电机2上，第二同步带轮6固定在丝杠5上，第一步进电机2固定在下底座9上，丝杠5的下侧的光轴部分安装第二深沟球轴承7，第二深沟球轴承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、第三同步带轮15、第三深沟球轴承14、第二同步带31、第四同步带轮32、第二步进电机33、电机座34。顶夹具16固定在第三同步带轮15上，第三同步带轮15内部安装第三深沟球轴承14，第三深沟球轴承14安装在套筒13上，套筒13安装在螺母10上。第四同步带轮32通过顶丝固定在第二步进电机33的轴上，第四同步带轮32和第三同步带轮15通过第二同步带31连接起来。第二步进电机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、第三步进电机17，通过紧固螺钉连接在一起。第三步进电机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、第四深沟球轴承29、摆轴28、第四步进电机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通过第四深沟球轴承29安装在摆支座27上，摆轴28的一端与第四步进电机26通过顶丝相连，第四步进电机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；
附图说明
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-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，夹紧组件的中心线和球竖直旋转组件的中心线在一条线上；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组件的中心线重合，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、第一深沟球轴承21和动夹具20。动夹具20通过第一深沟球轴承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。
球升降组件包括第一步进电机2、第一同步带轮3、第一同步带4、丝杠5、第二同步带轮6、第二深沟球轴承7、轴承座8、下底座9、螺母10、滑块11、导轨12及过渡连接件。第一同步带轮3通过顶丝固定在第一步进电机2上，第二同步带轮6固定在丝杠5上，第一步进电机2固定在下底座9上，丝杠5的下侧的光轴部分安装第二深沟球轴承7，第二深沟球轴承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、第三同步带轮15、第三深沟球轴承14、第二同步带31、第四同步带轮32、第二步进电机33、电机座34。顶夹具16固定在第三同步带轮15上，第三同步带轮15内部安装第三深沟球轴承14，第三深沟球轴承14安装在套筒13上，套筒13安装在螺母10上。第四同步带轮32通过顶丝固定在第二步进电机33的轴上，第四同步带轮32和第三同步带轮15通过第二同步带31连接起来。第二步进电机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、第三步进电机17，通过紧固螺钉连接在一起。第三步进电机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、第四深沟球轴承29、摆轴28、第四步进电机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通过第四深沟球轴承29安装在摆支座27上，摆轴28的一端与第四步进电机26通过顶丝相连，第四步进电机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，第一步进电机2运动，通过第一同步带轮3、第一同步带4和第二同步带轮6组成的带传动带动丝杠5转动，第四步进电机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，然后在第一步进电机2的驱动下，顶夹具15回到初始位置。
球竖直旋转组件动作，第三步进电机17驱动静夹具18、被检测的球、动夹具20一起开始竖直转动，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，第二步进电机33驱动第四同步带轮32、第二同步带31和第三同步带轮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，检测精度高。
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，第一步进电机2运动，通过第一同步带轮3、第一同步带4和第二同步带轮6组成的带传动带动丝杠5转动，第四步进电机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，然后在第一步进电机2的驱动下，顶夹具16回到初始位置。球竖直旋转组件动作，第三步进电机17驱动静夹具18、被检测的球、动夹具20一起开始竖直转动，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，第二步进电机33驱动第四同步带轮32、第二同步带31、第三同步带轮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。
Claims (6)
1.一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，所述夹紧组件的中心线和球竖直旋转组件的中心线在一条线上；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组件的中心线重合，载物台的中心线为竖直方向，与夹紧组件的中心线垂直；显微镜摆动组件位于机架(1)的水平台面上面，显微镜摆动组件的中心线与夹紧组件的中心线垂直，显微镜摆动组件的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)、第一深沟球轴承(21)和动夹具(20)，所述动夹具(20)通过第一深沟球轴承(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第一步进电机(2)、第一同步带轮(3)、第一同步带(4)、丝杠(5)、第二同步带轮(6)、第二深沟球轴承(7)、轴承座(8)、下底座(9)、螺母(10)、滑块(11)、导轨(12)及过渡连接件，第一同步带轮(3)通过顶丝固定在第一步进电机(2)上，第二同步带轮(6)固定在丝杠(5)上，第一步进电机(2)固定在下底座(9)上，丝杠(5)的下侧的光轴部分安装第二深沟球轴承(7)，第二深沟球轴承(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3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)、第三同步带轮(15)、第三深沟球轴承(14)、第二同步带(31)、第四同步带轮(32)、第二步进电机(33)、电机座(34)，顶夹具(16)固定在第三同步带轮(15)上，第三同步带轮(15)内部安装第三深沟球轴承(14)，第三深沟球轴承(14)安装在套筒(13)上，套筒(13)安装在螺母(10)上，第四同步带轮(32)通过顶丝固定在第二步进电机(33)的轴上，第四同步带轮(32)和第三同步带轮(15)通过第二同步带(31)连接起来，第二步进电机(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)、第三步进电机(17)，通过紧固螺钉连接在一起，第三步进电机(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)、第四深沟球轴承(29)、摆轴(28)、第四步进电机(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)通过第四深沟球轴承(29)安装在摆支座(27)上，摆轴(28)的一端与第四步进电机(26)通过顶丝相连，第四步进电机(26)安装在摆支座(27)上。
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