CN102735179B - 轴承直径与滚道半径测量的装置及其方法 - Google Patents
轴承直径与滚道半径测量的装置及其方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及轴承直径与滚道半径测量的装置及方法，在机架的下方布置有支架，支架上安装有水平旋转机构，水平旋转机构上固定有工作台，机架上沿纵向布置有左直线运动机构和右直线运动机构，左直线运动机构与右直线运动机构相平行，左直线运动机构上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的左外位移传感器和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的左内位移传感器，右直线运动机构上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的右外位移传感器和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的右内位移传感器，传感器均连接数据处理与计算系统。对轴承内圈外圈进行轮廓采集并分析与处理，对大量数据进行计算得到最后精准的轴承的滚道半径以及整个轴承的直径。
Description
技术领域
本发明涉及一种轴承直径与滚道半径测量的装置及其方法。
背景技术
滚动轴承的体积大，对产品的要求精度高，目前采用乔尺的测量方式，由于人工测量的误差大，且方法的不准确性，只能大致的测量出轴承的直径。
目前急需设计一个精密的测量仪器，对轴承内圈外圈进行真实测试和采集。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种轴承直径与滚道半径测量的装置及其方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
轴承直径与滚道半径测量的装置，特点：包括机架、水平旋转机构和工作台，机架的底部安装有移动轮，在机架的下方布置有支架，支架上安装有水平旋转机构，水平旋转机构上固定有工作台，机架上沿纵向布置有左直线运动机构和右直线运动机构，左直线运动机构与右直线运动机构相平行，左直线运动机构上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的左外位移传感器和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的左内位移传感器，右直线运动机构上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的右外位移传感器和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的右内位移传感器，左外位移传感器、左内位移传感器、右外位移传感器和右内位移传感器位于工作台之上，左外位移传感器、左内位移传感器、右外位移传感器和右内位移传感器通过数据线连接数据处理与计算系统。
进一步地，上述的轴承直径与滚道半径测量的装置，所述左外位移传感器、左内位移传感器、右外位移传感器和右内位移传感器均为二维线激光位移传感器。
本发明轴承直径与滚道半径测量的方法，左外位移传感器与右外位移传感器为一对，左内位移传感器与右内位移传感器为一对，左外位移传感器与右外位移传感器检测轴承外圈,左内位移传感器与右内位移传感器检测轴承内圈,通过传感器测量出被测物体截面上的每一个点的坐标，坐标的基准是以传感器自身的位置为基准，根据截面轮廓曲线中各个点的坐标得到测量的滚道拟合的圆心的坐标；
如果左外位移传感器与右外位移传感器之间的距离为L1，测量得到圆心的坐标(x1,y1)，(x2,y2)
则整个轴承的直径为L1-y1-y2
如果左内位移传感器与右内位移传感器之间的距离为L2，测量得到的圆心的坐标(x3,y3)(x4,y4)
则整个轴承的直径为L2+y3+y4
具体包括以下步骤：
(1)检测时左直线运动机构与右直线运动机构在水平方向沿纵向Y轴移动一小段距离，使传感器的光带在移动过程中经过轴承的圆心，左外位移传感器采集轴承左侧外表面轮廓坐标数据，左内位移传感器采集轴承左侧内表面轮廓坐标数据，右外位移传感器采集轴承右侧外表面轮廓坐标数据，右内位移传感器采集轴承右侧内表面轮廓坐标数据，将采集的轴承轮廓数据发送给数据处理与计算系统保存；
(2)左直线运动机构与右直线运动机构在水平方向沿纵向Y轴移动结束之后，数据处理与计算系统对所采集的轮廓数据进行分析，找出经过圆心的那组数据；
(3)根据得到的经过圆心的那组数据，进行圆拟合，得到圆心相对于传感器(内圈是两边的传感器，外圈是里面的两个传感器)的坐标位置以及轴承滚道的半径；
(4)利用每对传感器的之间的距离和滚道拟合出来的两个圆的圆心相对于各自传感器的距离，计算出两个圆心之间的距离，也是整个轴承的直径；
(5)水平旋转机构带动工作台上的轴承内圈和外圈旋转，重复上述步骤(1)～(4)得到滚道半径R，整个轴承直径D；
(6)水平旋转机构带动工作台上的轴承内圈和外圈旋转a度，重复上述步骤(1)～(4)，转动次，得到R1、R2、R3......Rn，D1、D2、D3......Dn；
(7)最后求出滚道半径和轴承直径
更进一步地，上述的轴承直径与滚道半径测量的方法，步骤(2)，轮廓数据分析的方法是：针对每组轮廓曲线找到构成此曲线所有坐标中Y轴方向的最小值Mi，将每组的Mi都存在一个数组H中，对数组H进行计算，轴承外圈测量时找出最小值，轴承内圈测量时找出最大值，从而找出经过圆心的那组轮廓数据。
更进一步地，上述的轴承直径与滚道半径测量的方法，步骤(3)，圆拟合的方法为：
①在滚道轮廓中任取三个点，组成一个三角形，然后得到这个三角形的外接圆，进而求出外接圆的圆心坐标(Xi，Yi)以及圆心到三个点的距离Di，即滚道半径；
②步骤①重复m次，得到外接圆的圆心坐标X1，X2，X3......XmY1，Y2，Y3......Ym
以及滚道半径D1，D2，D3……Dm；
③最后求出圆心坐标和滚道半径
再进一步地，上述的轴承直径与滚道半径测量的方法，步骤(3)，圆拟合的方法为：
①先计算出滚道轮廓坐标中X与Y坐标的平均值，以平均值的X，Y作为圆心的坐标，然后计算所有轮廓的坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值ΔDi；
②移动前次得到的圆心坐标在坐标系中沿Y轴的正方向以0.001mm为单位进行移动得到新的圆心坐标，然后计算轮廓坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值ΔDi+1；
ΔDi+1比ΔDi大时，则之前的圆心坐标沿Y轴的负方向以0.001mm为单位进行移动得到新的圆心坐标，进而得到新的方差值ΔDi+1；
当ΔDi+1比ΔDi小时，此时的圆心坐标沿Y轴负方向以0.001mm为单位继续移动得到新的圆心坐标，得到新的方差值ΔDi+2；当ΔDi+2比ΔDi+1小时，则继续沿Y轴负方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到ΔDi+2比ΔDi+1大时，那之前的圆心坐标定为(X′,Y′)；
ΔDi+1比ΔDi小时，则继续沿Y轴正方向移动，然后得到新的方差值ΔDi+2，当ΔDi+2比ΔDi+1小时，则继续沿Y轴正方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到ΔDi+2比ΔDi+1大时，那之前的圆心坐标定为(X′,Y′)；
③移动步骤②中的圆心坐标(X′,Y′)在坐标系中沿X轴的正方向以0.001mm为单位进行移动得到新的圆心坐标，然后计算轮廓坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值ΔEi+1；
ΔEi+1比ΔDi+2大时，则之前的圆心坐标沿X轴的负方向以0.001mm为单位进行移动得到新的圆心坐标，进而得到新的方差值ΔEi+1；
当ΔEi+1比ΔDi+2小时，此时的圆心坐标沿X轴负方向以0.001mm为单位继续移动得到新的圆心坐标，得到新的方差值ΔEi+2；当ΔEi+2比ΔEi+1小时，则继续沿X轴负方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到ΔEi+2比ΔEi+1大时，那之前的圆心坐标就为所要求的坐标；
ΔEi+1比ΔEi小时，则继续沿X轴正方向移动，然后得到新的方差值ΔEi+2，当ΔEi+2比ΔEi+1小时，则继续沿X轴正方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到ΔEi+2比ΔEi+1大时，那之前的圆心坐标就为所要求的坐标。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明装置对轴承内圈外圈进行轮廓采集，并对采集得到的数据进行初步的分析与处理，最后在计算机中上对取得的大量数据进行计算得到最后精准的轴承的滚道半径以及整个轴承的直径。二维线激光位移传感器对轴承表面的轮廓进行坐标采集，传感器采集的所有轮廓数据保存在计算机，数据处理与计算系统对保存的数据进行查找，找出传感器经过与圆心时采集的那组滚道轮廓数据，然后进行圆拟合得到圆心相对于传感器的距离及滚道半径。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种轴承直径与滚道半径测量的装置及其方法，对轴承内圈外圈进行真实测试和采集，并对采集得到的数据进行初步的分析与处理，最后在计算机中上对取得的大量数据进行计算得到最后精准的轴承的内道半径以及整个轴承的半径。
如图1所示，轴承直径与滚道半径测量的装置，包括机架1、水平旋转机构3和工作台4，机架1的底部安装有移动轮，在机架1的下方布置有支架2，支架2上安装有水平旋转机构3，水平旋转机构3上固定有工作台4，机架1上沿纵向布置有左直线运动机构9和右直线运动机构10，伺服电机驱动左直线运动机构9和右直线运动机构10在水平面上沿Y轴进行移动，左直线运动机构9与右直线运动机构10相平行，左直线运动机构9上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的左外位移传感器5和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的左内位移传感器6，右直线运动机构10上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的右外位移传感器7和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的右内位移传感器8，左外位移传感器5、左内位移传感器6、右外位移传感器7和右内位移传感器8位于工作台4之上，左外位移传感器5、左内位移传感器6、右外位移传感器7和右内位移传感器8通过数据线连接数据处理与计算系统；左外位移传感器5、左内位移传感器6、右外位移传感器7和右内位移传感器8均为二维线激光位移传感器。
上述装置进行轴承直径与滚道半径测量时，左外位移传感器5与右外位移传感器7为一对，左内位移传感器6与右内位移传感器8为一对，左外位移传感器5与右外位移传感器7检测轴承11的外圈,左内位移传感器6与右内位移传感器8检测轴承11的内圈,通过传感器测量出被测物体截面上的每一个点的坐标，坐标的基准是以传感器自身的位置为基准，根据截面轮廓曲线中各个点的坐标得到测量的滚道拟合的圆心的坐标；
如果左外位移传感器5与右外位移传感器7之间的距离为L1，测量得到圆心的坐标(x1,y1)，(x2,y2)
则整个轴承的直径为L1-y1-y2
如果左内位移传感器6与右内位移传感器8之间的距离为L2，测量得到的圆心的坐标(x3,y3)(x4,y4)
则整个轴承的直径为L2+y3+y4
具体包括以下步骤：
(1)检测时左直线运动机构9与右直线运动机构10在水平方向沿纵向Y轴移动一小段距离，使传感器的光带在移动过程中经过轴承的圆心，左外位移传感器5采集轴承左侧外表面轮廓坐标数据，左内位移传感器6采集轴承左侧内表面轮廓坐标数据，右外位移传感器7采集轴承右侧外表面轮廓坐标数据，右内位移传感器8采集轴承右侧内表面轮廓坐标数据，将采集的轴承轮廓数据发送给数据处理与计算系统保存；
(2)左直线运动机构与右直线运动机构在水平方向沿纵向Y轴移动结束之后，数据处理与计算系统对所采集的轮廓数据进行分析，找出经过圆心的那组数据；轮廓数据分析的方法是：针对每组轮廓曲线找到构成此曲线所有坐标中Y轴方向的最小值Mi，将每组的Mi都存在一个数组H中，对数组H进行计算，轴承外圈测量时找出最小值，轴承内圈测量时找出最大值，从而找出经过圆心的那组轮廓数据；
(3)根据得到的经过圆心的那组数据，进行圆拟合，得到圆心相对于传感器(内圈是两边的传感器，外圈是里面的两个传感器)的坐标位置以及轴承滚道的半径；其中，圆拟合的第一种方法为：
①在滚道轮廓中任取三个点，组成一个三角形，然后得到这个三角形的外接圆，进而求出外接圆的圆心坐标(Xi,Yi)以及圆心到三个点的距离Di，即滚道半径；
②步骤①重复m次，得到外接圆的圆心坐标X1，X2，X3......XmY1，Y2，Y3......Ym
以及滚道半径D1，D2，D3......Dm；
③最后求出圆心坐标和滚道半径
圆拟合的第二种方法为：
①先计算出滚道轮廓坐标中X与Y坐标的平均值，以平均值的X，Y作为圆心的坐标，然后计算所有轮廓的坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值ΔDi；
②移动前次得到的圆心坐标在坐标系中沿Y轴的正方向以0.001mm为单位进行移动得到新的圆心坐标，然后计算轮廓坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值ΔDi+1；
ΔDi+1比ΔDi大时，则之前的圆心坐标沿Y轴的负方向以0.001mm为单位进行移动得到新的圆心坐标，进而得到新的方差值ΔDi+1；
当ΔDi+1比ΔDi小时，此时的圆心坐标沿Y轴负方向以0.001mm为单位继续移动得到新的圆心坐标，得到新的方差值ΔDi+2；当ΔDi+2比ΔDi+1小时，则继续沿Y轴负方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到ΔDi+2比ΔDi+1大时，那之前的圆心坐标定为(X′，Y′)；
ΔDi+1比ΔDi小时，则继续沿Y轴正方向移动，然后得到新的方差值ΔDi+2，当ΔDi+2比ΔDi+1小时，则继续沿Y轴正方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到ΔDi+2比ΔDi+1大时，那之前的圆心坐标定为(X′,Y′)；
③移动步骤②中的圆心坐标(X′,Y′)在坐标系中沿X轴的正方向以0.001mm为单位进行移动得到新的圆心坐标，然后计算轮廓坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值ΔEi+1；
ΔEi+1比ΔDi+2大时，则之前的圆心坐标沿X轴的负方向以0.001mm为单位进行移动得到新的圆心坐标，进而得到新的方差值ΔEi+1；
当ΔEi+1比ΔDi+2小时，此时的圆心坐标沿X轴负方向以0.001mm为单位继续移动得到新的圆心坐标，得到新的方差值ΔEi+2；当ΔEi+2比ΔEi+1小时，则继续沿X轴负方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到ΔEi+2比ΔEi+1大时，那之前的圆心坐标就为所要求的坐标；
ΔEi+1比ΔEi小时，则继续沿X轴正方向移动，然后得到新的方差值ΔEi+2，当ΔEi+2比ΔEi+1小时，则继续沿X轴正方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到ΔEi+2比ΔEi+1大时，那之前的圆心坐标就为所要求的坐标；
(4)利用每对传感器的之间的距离和滚道拟合出来的两个圆的圆心相对于各自传感器的距离，计算出两个圆心之间的距离，也是整个轴承的直径；
(5)水平旋转机构带动工作台上的轴承内圈和外圈旋转，重复上述步骤(1)～(4)得到滚道半径R，整个轴承直径D；
(6)水平旋转机构带动工作台上的轴承内圈和外圈旋转a度，重复上述步骤(1)～(4)，转动次，得到R1、R2、R3......Rn,D1、D2、D3......Dn；
(7)最后求出滚道半径和轴承直径
在移动中找到经过圆心的测量位置；根据激光位移传感器本身的相对位置，以及投射到轴承滚道的图像的图像处理算法拟合出滚道的半径及圆心相对于传感器的坐标。计算出来滚道的半径以及轴承的直径。
上述装置对轴承内圈外圈进行轮廓采集，并对采集得到的数据进行初步的分析与处理，最后在计算机中上对取得的大量数据进行计算得到最后精准的轴承的滚道半径以及整个轴承的直径。数据采集部分是用二维线激光位移传感器对轴承表面的轮廓进行坐标采集，传感器采集的所有轮廓数据保存在计算机，数据处理与计算系统对保存的数据进行查找，找出传感器经过与圆心时采集的那组滚道轮廓数据，然后进行圆拟合得到圆心相对于传感器的距离及滚道半径。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.利用轴承直径与滚道半径测量的装置进行轴承直径与滚道半径测量的方法，轴承直径与滚道半径测量的装置包括机架、水平旋转机构和工作台，机架的底部安装有移动轮，在机架的下方布置有支架，支架上安装有水平旋转机构，水平旋转机构上固定有工作台，机架上沿纵向布置有左直线运动机构和右直线运动机构，左直线运动机构与右直线运动机构相平行，左直线运动机构上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的左外位移传感器和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的左内位移传感器，右直线运动机构上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的右外位移传感器和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的右内位移传感器，左外位移传感器、左内位移传感器、右外位移传感器和右内位移传感器位于工作台之上，左外位移传感器、左内位移传感器、右外位移传感器和右内位移传感器通过数据线连接数据处理与计算系统，其特征在于：左外位移传感器与右外位移传感器为一对，左内位移传感器与右内位移传感器为一对，左外位移传感器与右外位移传感器检测轴承外圈,左内位移传感器与右内位移传感器检测轴承内圈,通过传感器测量出被测物体截面上的每一个点的坐标，坐标的基准是以传感器自身的位置为基准，根据截面轮廓曲线中各个点的坐标得到测量的滚道拟合的圆心的坐标；
如果左外位移传感器与右外位移传感器之间的距离为L1，测量得到圆心的坐标(x1,y1)，(x2,y2)
则整个轴承的直径为L1-y1-y2
如果左内位移传感器与右内位移传感器之间的距离为L2，测量得到的圆心的坐标(x3,y3)(x4,y4)
则整个轴承的直径为L2+y3+y4
具体包括以下步骤：
(1)检测时左直线运动机构与右直线运动机构在水平方向沿纵向Y 轴移动一小段距离，使传感器的光带在移动过程中经过轴承的圆心，左外位移传感器采集轴承左侧外表面轮廓坐标数据，左内位移传感器采集轴承左侧内表面轮廓坐标数据，右外位移传感器采集轴承右侧外表面轮廓坐标数据，右内位移传感器采集轴承右侧内表面轮廓坐标数据，将采集的轴承轮廓数据发送给数据处理与计算系统保存；
(2)左直线运动机构与右直线运动机构在水平方向沿纵向Y轴移动结束之后，数据处理与计算系统对所采集的轮廓数据进行分析，找出经过圆心的那组数据；
(3)根据得到的经过圆心的那组数据，进行圆拟合，得到圆心相对于传感器的坐标位置以及轴承滚道的半径；
(4)利用每对传感器的之间的距离和滚道拟合出来的两个圆的圆心相对于各自传感器的距离，计算出两个圆心之间的距离，也是整个轴承的直径；
(5)水平旋转机构带动工作台上的轴承内圈和外圈旋转，重复上述步骤(1)～(4)得到滚道半径R，整个轴承直径D；
(6)水平旋转机构带动工作台上的轴承内圈和外圈旋转a度，重复上述步骤(1)～(4)，转动次，得到R1、R2、R3......Rn，D1、D2、D3......Dn；
(7)最后求出滚道半径和轴承直径
2.根据权利要求1所述的轴承直径与滚道半径测量的方法，其特征在于：步骤(2)，轮廓数据分析的方法是：针对每组轮廓曲线找到构成此曲线所有坐标中Y轴方向的最小值Mi，将每组的Mi都存在一个数组H中，对数组H进行计算，轴承外圈测量时找出最小值，轴承内圈测量时找出最大值，从而找出经过圆心的那组轮廓数据。
3.根据权利要求1所述的轴承直径与滚道半径测量的方法，其特征在于：步骤(3)，圆拟合的方法为：
①在滚道轮廓中任取三个点，组成一个三角形，然后得到这个三角形的外接圆，进而求出外接圆的圆心坐标(Xi，Yi)以及圆心到三个点的距离Di，即滚道半径；
②步骤①重复m次，得到外接圆的圆心坐标X1，X2，X3......Xm，Y1，Y2，Y3......Ym
以及滚道半径D1,D2,D3……Dm；
③最后求出圆心坐标和滚道半径
4.根据权利要求1所述的轴承直径与滚道半径测量的方法，其特征在于：步骤(3)，圆拟合的方法为：
①先计算出滚道轮廓坐标中X与Y坐标的平均值，以平均值的X，Y作为圆心的坐标，然后计算所有轮廓的坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值ΔDi；
②移动前次得到的圆心坐标在坐标系中沿Y轴的正方向以0.001mm为单位进行移动得到新的圆心坐标，然后计算轮廓坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值ΔDi+1；
ΔDi+1比ΔDi大时，则之前的圆心坐标沿Y轴的负方向以0.001mm为单位进行移动得到新的圆心坐标，进而得到新的方差值ΔDi+1；
当ΔDi+1比ΔDi小时，此时的圆心坐标沿Y轴负方向以0.001mm为单位继续移动得到新的圆心坐标，得到新的方差值ΔDi+2；当ΔDi+2比ΔDi+2小时，则继续沿Y轴负方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到ΔDi+2比ΔDi+1大时，那之前的圆心坐标定为(X',Y')；
ΔDi+1比ΔDi小时，则继续沿Y轴正方向移动，然后得到新的方差值ΔDi+2，当ΔDi+2比ΔDi+1小时，则继续沿Y轴正方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到ΔDi+2比ΔDi+1大时，那之前的圆心坐标定为(X'，Y')；
③移动步骤②中的圆心坐标(X'，Y')在坐标系中沿X轴的正方向以0.001mm为单位进行移动得到新的圆心坐标，然后计算轮廓坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值ΔEi+1；
ΔEi+1比ΔDi+2大时，则之前的圆心坐标沿X轴的负方向以0.001mm为单位进行移动得到新的圆心坐标，进而得到新的方差值ΔEi+1；
当ΔEi+1比ΔDi+2小时，此时的圆心坐标沿X轴负方向以0.001mm为单位继续移动得到新的圆心坐标，得到新的方差值ΔEi+2；当ΔEi+2比ΔEi+1小时，则继续沿X轴负方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到ΔEi+2比ΔEi+1大时，那之前的圆心坐标就为所要求的坐标；
ΔEi+1比ΔEi小时，则继续沿X轴正方向移动，然后得到新的方差值ΔEi+2，当ΔEi+2比ΔEi+1小时，则继续沿X轴正方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到ΔEi+2比ΔEi+1大时，那之前的圆心坐标就为所要求的坐标。
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