CN103206939A - 一种回转支承滚道检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种回转支承滚道检测装置，包括测量主机，所述测量主机包括桥架、工作台及驱动系统，所述桥架置于工作台上，所述驱动系统置于工作台上，用于驱动所述桥架；所述测量装置还包括控制系统，所述控制系统包括手柄，所述手柄用于操作驱动系统；所述测量装置还包括测头测座系统，所述测头测座系统包括用于测量回转支承滚道的测量装置及用于计算和统计测量数据的数据处理系统。所述回转支承滚道检测装置，测量精度更高，同时，测量装置的通用性更强，因此，成本相对较低，更容易推广应用。此外，本发明还提出一种回转支承滚道检测装置的检测方法。

Description

一种回转支承滚道检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及机械零部件检测领域，特别涉及一种回转支承滚道检测装置及其检测方法。

背景技术

回转支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。随着近年来工程机械的发展，特别是军工、国防的特殊要求，回转支承作为一种精密的基础件，其精度要求逐渐以微米来衡量，而普通机械零件的制造公差一般只有0.01毫米。因此，在实际生产当中，通常选用选配的方式，这就对滚道轮廓的检测精度提出了较高要求。目前，国内回转支承制造生产企业大都采用桥尺测量棒对回转支承内外滚道直径进行检测，桥尺一端固定，一端移动，移动部分连接百分表，由弹簧复位，两端通过钢球与滚道接触，测量前，桥尺在测长仪上校核，确定桥尺的基本尺寸及压力值，即可检测滚道的直径尺寸。此滚道直径检测方案仅能检测滚道直径，且未考虑球形测量装置磨损引起的测量误差，无法检测滚道形状而滚道形状的精度对于回转支承制造精度、装配间隙，甚至是对整车的工作性能、作业安全性、使用寿命等都会产生重要的影响。

此外，相关技术中，针对回转支承滚道直径的测量主要有接触式及非接触式两种，对于滚道形状的关键尺寸的测量需要专用设备或装置，且精度等级受限。申请号为CN200910312499.9的中国专利公开了一种能够检测滚道形状的非接触式在线测量装置及方法，如图1所示，该在线测量装置包括数控机床1’、被测轴承2’、刀架3’、固定装置4’、激光位移传感器5’、数据采集箱体6’及数据采集模块7’。该测量装置可完成大型回转支承滚道形状及尺寸的检测，但这种设备为专用设备，虽然结构相对简单，但使用成本较高，且只能完成回转支承类产品的测量，并且只能通过扫描方式完成测量，因此精度较低，仅在0.01毫米左右，无法满足高精度检测及设备通用性的要求。其次，所使用的方法也没有解决回转支承滚道形状难以测量、滚道上下圆弧偏心距离及钢球与滚道接触角测量较难的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种回转支承滚道检测装置及方法，用于解决回转支承滚道形状难以测量、滚道上下圆弧偏心距离及钢球与滚道接触角测量较难、测量精度较低的问题。

一方面，本发明提出了一种回转支承滚道检测装置，所述回转支承滚道检测装置包括测量主机，所述测量主机包括桥架、工作台及驱动系统，所述桥架置于工作台上，所述驱动系统置于工作台上，用于驱动所述桥架；所述测量装置还包括控制系统，所述控制系统包括手柄，所述手柄用于操作驱动系统；所述测量装置还包括测头测座系统，所述测头测座系统包括用于测量回转支承滚道的测量装置及用于计算和统计测量数据的数据处理系统。

进一步地，所述桥架包括支腿和与所述支腿固定连接的横梁，所述支腿垂直设立于所述工作台上，所述横梁水平设置于所述支腿上。

进一步地，所述测量装置置于所述横梁中部的滑架上，所述测量装置可相对于所述横梁上下伸缩，所述数据处理系统包括计算机，所述测量装置与所述计算机电连接。

进一步地，所述测量装置为三坐标测头、或扫描测头或光学测头。

上述回转支承滚道检测装置，测量精度更高，同时，测量装置的通用性更强，因此，成本相对较低，更容易推广应用。

另一方面，本发明还提出一种回转支承滚道检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤S1：把待检回转支承置于工作台上，调整回转支承位置，使回转支承在检测范围内；

步骤S2：操作手柄，采集回转支承上不少于四点的对称位置数据，得到回转支承横截面圆心坐标（X₀，Y₀，Z₀）及回转支承的变形数据；

步骤S3：移动桥架，使X=X₀，并锁定X轴，移动Y轴，分别测得X0Z截面上圆弧n点（n≥4）共n组样点的半径R1至Rn；

步骤S4：移动桥架，使Y=Y₀，并锁定Y轴，移动X轴，分别测得Y0Z截面上圆弧n点（n≥4）共n组样点的半径R1至Rn；

步骤S5：将上述获得的2n组点列数据传输到数据处理模块，实现回转支承滚道轮廓的二维重建，给定名义值后，可得待测回转支承滚道上下轮廓的中心偏距G、滚道圆弧半径R1、滚道直径尺寸A。

步骤S6：通过滚道偏心距离G、钢球半径r与滚道半径尺寸R1的偏差值，计算钢球与滚道实际接触角度=arcsin[(G/2(R1-r)]。

进一步地，尺寸G为上下圆弧偏心距离，通过采集R上的点阵数据，得出该横截面回转支承的圆心坐标（X₀，Y₀，Z₀）及回转支承的变形数据，再通过该圆心坐标的截面采集R1、R1’上的点阵数据点，模拟出两圆R1(X₁，Y₁，Z₁)、R1’（X₂,，Y₂，Z₂）；同理，可得对称方向两圆及圆心R1’’(X₃，Y₃，Z₃）、R1’’’（X₄，Y₄，Z₄）。

进一步地，步骤S5中，所述滚道直径尺寸为

$A=\sqrt{{(X_1-X_2)}^2+{(Y_1-Y_2)}^2+{(Z_1-Z_2)}^2}.$

进一步地，步骤S6中，所述滚道偏心距离为

$G=\sqrt{{(X_1-X_3)}^2+{(Y_1-Y_3)}^2+{(Z_1-Z_3)}^2}.$

上述回转支承滚道检测方法，解决了回转支承滚道形状难以测量、滚道上下圆弧偏心距离及钢球与滚道接触角测量较难的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为相关技术中用于检测大型回转支承滚道形状及尺寸的装置示意图；

图2为本发明回转支承滚道检测装置的结构示意图；

图3为本发明回转支承结构及检测示意图；

图4为图3中A部分放大图。

图1中附图标记的对应关系为：

1’数控机床         2’被测轴承             3’刀架             4’固定装置

5’激光位移传感器   6’数据采集箱体         7’数据采集模块

图2至图4中附图标记的对应关系为：

1支腿        2回转支承        3工作台         4测量装置         5控制面板

6手柄        7驱动系统        8横梁           9导轨             10计算机

11滑架       12零位片

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图2所示，所述回转支承滚道检测装置用于检测回转支承2的滚道形状及尺寸，包括测量主机、控制系统及测头测座系统，测量主机包括桥架、工作台3及驱动系统7，使用时，工作台3置于水平面上，待检测回转支承2置于工作台3上，桥架置于工作台3上，驱动系统7置于工作台3上，用于驱动所述桥架来回移动，驱动系统7包括电机，还可以是液压驱动缸等。通常情况下，工作台3的材质可以是花岗石的。桥架包括支腿1和横梁8，横梁8与支腿1固定连接，支腿1垂直设立于工作台3上，横梁8水平设置于支腿1上，支腿1的数量优选为两根，分别设立于工作台3的两端的导轨9上，并可沿导轨6移动，横梁8的两端置于两根支腿1的顶部。

上述技术方案中，控制系统包括手柄6，手柄6置于控制面板5上，控制面板5置于工作台3上，手柄6用于操作驱动系统7沿三轴（X、Y、Z）方向移动，手柄6控制所述驱动系统7的运动方向和运动速度。

上述技术方案中，测头测座系统包括测量装置4，测量装置4安装于滑架11上，所述滑架11置于横梁8中部下侧，为方便测量，所述滑架11可相对于所述横梁8进行上下伸缩，测量装置4用于测量回转支承2滚道，测头测座系统还包括用于计算和统计测量数据的数据处理系统，具体而言，数据处理系统包括计算机10，并且，计算机10与测量装置4电连接，测量装置4的测量数据可以实时的反馈给计算机10，计算机10对测量数据进行计算和统计。

进一步地，所述测量装置4可以是接触式的，也可以是非接触式的，具体而言，包括三坐标测头，还可以为扫描式测头，还可以是光学测头，在此不做限制，只要能对回转支承2滚道进行测量即可，测头上安装有各类传感器，传感器通过线路与计算机连接。

上述技术方案中，回转支承滚道检测装置还包括零位片12，所述零位片12用于校正坐标系统。

上述回转支承滚道检测装置，具有如下优点：

首先，测量精度更高。回转支承滚道检测装置可采用非接触式扫描测量装置4对回转支承2作全方维扫描，并实时把扫描所得的数据传递到数据处理系统进行分析和计算，因此，测量精度更高。

其次，通用性好，成本较低。回转支承滚道检测装置可以对不同类型的轴承进行检测，因此，通用性好，成本更低，更容易推广。

如图3及图4所示，本发明还提出一种回转支承滚道检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤S1，把需要检测的回转支承2置于检测装置的工作台3上，并来回调整回转支承2的位置，使其处于检测装置的检测范围内；

步骤S2，操作置于工作台3上的手柄6，并通过测量装置4采集回转支承2上（图3中B尺寸所示的圆）不少于四点的对称位置数据，得到横截面回转支承2圆心坐标（X₀，Y₀，Z₀）及回转支承2的变形数据，此处所指的变形数据为回转支承在经过热处理后而发生的形状变形数据。

步骤S3，移动支腿1及横梁8，并带动测量装置4，使X=X₀，并锁定X轴，移动Y轴，分别测得X0Z截面上圆弧n点（n≥4）共n组样点的半径R1至Rn；需要说明的是，R1至Rn的数据为任意所选取的点所测得的半径数据；

步骤S4，移动支腿1及横梁8，并带动测量装置4，使Y=Y₀，并锁死Y轴，移动X轴，分别测得Y0Z截面上圆弧n点（n≥4）共n组样点的半径R1至Rn；需要说明的是，R1至Rn的数据为任意所选取的点所测得的半径数据；

步骤S5，将上述获得的2n组点列数据传输到数据处理模块，实现回转支承2滚道轮廓的二维重建，给定名义值后，可得待测回转支承2滚道上下轮廓的中心偏距G、滚道圆弧半径R1、滚道直径尺寸A。

上述步骤中，需要说明的是，此处所指的名义值为理论值。此外，所述滚道直径尺寸为 $A=\sqrt{{(X_1-X_2)}^2+{(Y_1-Y_2)}^2+{(Z_1-Z_2)}^2}.$

步骤S6，通过滚道偏心距离G、钢球半径r与滚道半径尺寸R1的偏差值，可计算钢球与滚道实际接触角度=arcsin[G/2(R1-r)]。需要说明的是，所述滚道偏心距离为 $G=\sqrt{{(X_1-X_3)}^2+{(Y_1-Y_3)}^2+{(Z_1-Z_3)}^2}.$

进一步地，通过采集R上的点阵数据，得出该横截面回转支承（2）的圆心坐标（X₀，Y₀，Z₀）及回转支承（2）的变形数据，再通过该圆心坐标的截面采集R1、R1’上的点阵数据，模拟出两圆R1(X₁，Y₁，Z₁)、R1’（X₂,，Y₂，Z₂）；同理，可得对称方向两圆及圆心R1’’(X₃，Y₃，Z₃）、R1’’’（X₄，Y₄，Z₄）。需要说明的是，R1’代表R1的第二个点的数据值，以此类推。

通过上述方法，完成对回转支承2的形状和尺寸的测量。

上述回转支承滚道装置的检测方法，具有如下优点：

首先，操作方便，工作效率更高。上述回转支承滚道检测方法，无须夹具固定回转支承2，操作简单、方便，因此，工作效率更高。

其次，解决了回转支承2滚道形状难以测量、滚道上下圆弧偏心距离及钢球与滚道接触角测量较难的问题。通过多次采集多个点的数据，并通过公式加以计算得出所需数据，解决了回转支承2滚道形状难以测量、滚道上下圆弧偏心距离及钢球与滚道接触角测量较难的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种回转支承滚道检测装置，其特征在于，所述回转支承滚道检测装置包括：

测量主机，所述测量主机包括桥架、工作台（3）及驱动系统（7），所述桥架置于所述工作台（3）上，所述驱动系统（7）置于工作台（3）上，用于驱动所述桥架；

控制系统，所述控制系统包括手柄（6），所述手柄（6）用于操作驱动系统（7）；

测头测座系统，所述测头测座系统包括用于测量回转支承（2）滚道的测量装置（4）及用于计算和统计测量数据的数据处理系统。

2.根据权利要求1所述的回转支承滚道检测装置，其特征在于，所述桥架包括支腿（1）和与所述支腿（1）固定连接的横梁（8），所述支腿（1）垂直设立于所述工作台（3）上，所述横梁（8）水平设置于所述支腿（1）上。

3.根据权利要求2所述的回转支承滚道检测装置，其特征在于，所述测量装置（4）置于所述横梁（8）中部的滑架（11）上，所述测量装置（4）可相对于所述横梁（8）上下伸缩，所述数据处理系统包括计算机（10），所述测量装置（4）与所述计算机（10）电连接。

4.根据权利要求3所述的回转支承滚道检测装置，其特征在于，所述测量装置（4）为三坐标测头、或扫描测头或光学测头。

5.一种权利要求1至4中任一项所述的回转支承滚道检测装置的检测方法，其特征在于，所述回转支承滚道检测方法包括以下步骤：

S1）：把待检回转支承置于工作台（3）上，调整回转支承（2）位置，使回转支承（2）在检测范围内；

S2）：操作手柄（6），采集回转支承（2）上不少于四点的对称位置数据，得到回转支承（2）横截面圆心坐标（X₀，Y₀，Z₀）及回转支承（2）的变形数据；

S3）：移动桥架，使X=X₀，并锁定X轴，移动Y轴，分别测得X0Z截面上圆弧n点（n≥4）共n组样点的半径R1至Rn；

S4）：移动桥架，使Y=Y₀，并锁定Y轴，移动X轴，分别测得Y0Z截面上圆弧n点（n≥4）共n组样点的半径R1至Rn；

S5）：将上述获得的2n组点列数据传输到数据处理模块，实现回转支承（2）滚道轮廓的二维重建，测得待测回转支承（2）滚道上下轮廓的中心偏距G、滚道圆弧半径R1、滚道直径尺寸A。

S6）：通过滚道偏心距离G、钢球半径r与滚道半径尺寸R1的偏差值，计算钢球与滚道实际接触角度=arcsin[G/2(R1-r)]。

6.根据权利要求5检测方法，其特征在于，通过采集R上的点阵数据，得出该横截面回转支承（2）的圆心坐标（X₀，Y₀，Z₀）及回转支承（2）的变形数据，再通过该圆心坐标的截面采集R1、R1’上的点阵数据，模拟出两圆R1(X₁，Y₁，Z₁)、R1’（X₂,，Y₂，Z₂）；同理，可得对称方向两圆及圆心R1’’(X₃，Y₃，Z₃）、R1’’’（X₄，Y₄，Z₄）。

7.根据权利要求6检测方法，其特征在于，步骤S5中，所述滚道直径尺寸为 $A=\sqrt{{(X_1-X_2)}^2+{(Y_1-Y_2)}^2+{(Z_1-Z_2)}^2}.$

8.根据权利要求6检测方法，其特征在于，步骤S6中，所述滚道偏心距离为 $G=\sqrt{{(X_1-X_3)}^2+{(Y_1-Y_3)}^2+{(Z_1-Z_3)}^2}.$

Images