CN105067637B - 一种轴承球气浮旋转表面缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

一种轴承球气浮旋转表面缺陷检测装置，它涉及一种检测装置。本发明为解决现有轴承球的检测装置在检测过程中摩擦驱动打滑，展开轮易磨损，以及检测步骤繁琐，稳定性低且可控性差等问题。本发明中转盘支架固接在底盘上，转盘支架上安装有竖直设置的转盘，转盘的盘面上固接有显微镜机构，储气壳用底座水平设置在底盘上且位于显微镜机构的下方，储气壳用底座上有储气壳，储气壳的顶端有上盖，储气壳用底座上有进气通道，上盖上加工有喷气嘴，喷气嘴的侧壁上加工有出气槽，轴承球放置在喷气嘴上，储气壳内为储气腔，储气腔的上下两端分别与喷气嘴和进气通道相连通，气动旋转接头设置在进气通道内并与进气通道相连通。本发明用于检测轴承球表面缺陷。

Description

一种轴承球气浮旋转表面缺陷检测装置

技术领域

本发明涉及一种轴承球气浮旋转表面缺陷检测装置。

背景技术

滚动轴承是机械系统必不可少的关键基础件，对其运转精度、极限性能、可靠性等方面都有重要影响。球轴承是滚动轴承中最为常见的类型，广泛应用于各种机械系统。而球轴承的运转精度、使用寿命和极限指标很大程度上取决于其核心——轴承球。轴承球表面缺陷不仅会降低耐磨损性能，导致强度显著降低，而且往往会造成局部应力集中，成为断裂的起源区，这样极易导致零部件的损坏，严重影响轴承的运转精度、疲劳寿命和可靠性。经统计，由于轴承球表面的缺陷而引起的裂纹、裂缝造成的轴承失效达60％，轴承失效因球破坏的比例达58.8％，而国外仅占23.4％。因此，轴承球表面缺陷检测是衡量轴承性能的一项重要指标，也是轴承生产中一道必不可少的检验工艺。而无论采用何种检测方法，都必须保证被检测轴承球的全部表面缺陷检测，以剔除那些带有表面缺陷的轴承球，避免轴承使用过程因轴承球表面缺陷而导致的失效。

目前研究现状为：国内钢球厂及轴承厂都采用抽检方式，利用手动旋转和人眼观测被检测轴承球，检测结果容易受到检测技术人员的操作水平、职业素质、视力水平等方面的影响，导致误检和漏检率高，检测效率低。而随着轴承产业水平的提高，精密轴承所用轴承球会要求全部检测，以免因轴承导致机器失效，就会带来了工作强度大、检测效率高等问题。于是迫切需要一种轴承球表面缺陷的自动检测装置，以满足上述技术要求，提高检测效率、降低劳动强度和误检率。目前轴承球表面缺陷自动检测装置按照检测过程中轴承球驱动工作原理，可分为摩擦力驱动和真空吸附驱动两类。摩擦力驱动依赖于轴承球与驱动轮接触时的静摩擦力，检测过程中轴承球与驱动轮之间的运动默认为纯滚动。但是球体材料越轻，如氮化硅陶瓷材料等，成品球表面质量越好，静摩擦力越小，检测过程容易出现轴承球与驱动轮之间的滑动，无法实现全表面检测。另外，轴承球和驱动轮之间长时间的摩擦作用导致驱动轮磨损，使得驱动轮失去原来的形状，无法实现按照预定的轨迹完成全表面检测。而真空吸附驱动依靠真空泵抽真空吸附轴承球，通过电机带动其旋转。由于轴承球吸附区域无法检测，还需要二次检测。该方法需要的电机比较多，控制系统较为复杂，检测步骤比较繁琐，检测稳定性不高，可能出现二次检测切换过程中轴承球吸附不住的现象，同时检测时动作间连续性、相互协调和可靠性存在较多问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种轴承球气浮旋转表面缺陷检测装置，以解决现有轴承球的检测装置在检测过程中存在摩擦驱动打滑，展开轮易磨损，检测次数多，步骤繁琐、稳定性低且可控性差，无法实现球体全表面检测的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种轴承球气浮旋转表面缺陷检测装置，它包括底盘、转盘、转盘支架、显微镜机构、气动旋转接头、储气壳用底座、储气壳和上盖，所述底盘水平设置，所述转盘支架固定连接在底盘上，所述转盘支架上安装有竖直设置的转盘，转盘的盘面上固定连接有显微镜机构，所述储气壳用底座水平设置在底盘上且位于显微镜机构的下方，储气壳用底座上设置有储气壳，储气壳的顶端可拆卸连接有上盖，所述储气壳用底座上加工有进气通道，所述上盖上加工有喷气嘴，所述喷气嘴的侧壁上加工有出气槽，轴承球放置在喷气嘴上，所述储气壳内为储气腔，储气腔的上下两端分别与喷气嘴和进气通道相连通，所述气动旋转接头设置在进气通道内并与进气通道相连通。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明是通过气浮原理实现轴承球面检测的装置，结构设计新颖合理，使用方便，通过喷气嘴、储气腔、进气通道和气动旋转接头之间的配合设置为轴承球提供气浮的通道和动力。

2、本发明灵活性强，通过出气槽的设置使轴承球在气浮状态下进行定向旋转，通过控制气动旋转接头内的气体流量和压力实现对轴承球旋转速度的控制。显微镜机构在转盘的带动下摆动，运动轨迹为以轴承球为中心的圆弧形，摆动角度为0°至180°，有效实现对旋转状态下的轴承球全方位的扫描和检测的效果。

3、本发明中喷气嘴的加工尺寸可根据不同材质的轴承球量身定制，通过更换不同的上盖，实现对不同材质的轴承球的球面检测工作，使用方便。

4、本发明操作步骤简单，使用安全稳定，检测结果准确，轴承球的转速可控。对操作人员没有经验限制。同时，本发明所应用的气浮原理有效避免了检测过程中轴承球与驱动件之间的物理接触，消除了磨损，降低了使用和维护成本，不需要二次检测，提高了检测效率。

5、本发明具有理论研究价值和实际应用前景，能够创造一定的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明的主视结构剖面图；

图2是轴承球9气浮旋转原理示意图，图中实心箭头方向表示轴承球9的旋转方向，空心箭头表示气流方向；

图3是显微镜机构4全表面检测的原理示意图，图中实心箭头表示轴承球9的旋转方向，空心箭头表示显微镜镜头10的转动方向。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式包括底盘1、转盘2、转盘支架3、显微镜机构4、气动旋转接头5、储气壳用底座6、储气壳7和上盖8，所述底盘1水平设置，所述转盘支架3固定连接在底盘1上，所述转盘支架3上安装有竖直设置的转盘2，转盘2的盘面上固定连接有显微镜机构4，所述储气壳用底座6水平设置在底盘1上且位于显微镜机构4的下方，储气壳用底座6上设置有储气壳7，储气壳7的顶端可拆卸连接有上盖8，所述储气壳用底座6上加工有进气通道6-1，所述上盖8上加工有喷气嘴8-1，所述喷气嘴8-1的侧壁上加工有出气槽8-2，轴承球9放置在喷气嘴8-1上，所述储气壳7内为储气腔，储气腔的上下两端分别与喷气嘴8-1和进气通道6-1相连通，所述气动旋转接头5设置在进气通道6-1内并与进气通道6-1相连通。

本发明中喷气嘴8-1由竖直通道和球窝形槽组成，所述竖直通道与球窝形槽的槽底相连通，所述球窝形槽的槽内壁上开设有出气槽8-2，球窝形槽的形状是为了配合轴承球9的形状而设置，使轴承球9在气浮检测前的稳定性以及检测后落入喷气嘴8-1上的稳定性更好。

本发明中轴承球9的气浮原理为压力值为0.1～0.4MPa的压缩空气通过上盖8上的喷气嘴8-1将轴承球9顶起悬浮，由于喷气嘴8-1的侧壁上加工有一个出气槽8-2，导致开设有出气槽8-2的一侧压力较低，从而驱使轴承球9发生悬浮旋转，旋转速度取决于压缩空气的流量和压力。为了适用不同尺寸和不同材料的轴承球9的检测任务，喷气嘴8-1与轴承球9接触的球窝形槽的尺寸、出气槽8-2尺寸也随之改变。压缩空气的具体压力值是根据轴承球9自身质量和材质决定。本发明检测结果精确全面，有效节省检测时间，与现有技术相比，至少提高30％的工作效率。

具体实施方式二：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式中所述转盘2为电动转盘，所述转盘2的回转中心线与轴承球9的球心均位于同一水平线上。如此设置能够使显微镜机构4的位置更加准确，从而能够更加有效地实现对轴承球9的球面全方位的检测。当轴承球9在喷气嘴8-1处沿着出气槽8-2方向进行单向旋转时，显微镜机构4沿着与轴承球9旋转方向相垂直的方向0°～180°摆动进行轴承球9球面的扫描与检测，实现了轴承球9的全表面缺陷检测功能。其他结构及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式中显微镜机构4包括显微镜镜头10，所述显微镜镜头10朝向轴承球9的球面设置。本发明的显微镜机构4为已有产品，显微镜机构4还包括显微镜调焦机构13，用于调节显微镜镜头10与轴承球9之间的相对高度以聚焦轴承球9表面，显微镜镜头10为光学显微镜镜头。其他结构及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式中所述一种轴承球气浮旋转表面缺陷检测装置还包括第一密封垫圈11和第二密封垫圈12，所述第一密封垫圈11设置在储气壳用底座6和储气壳7之间，所述第二密封垫圈12设置在储气壳7和上盖8之间。为了防止中间过程气体泄露，用第一密封垫圈11和第二密封垫圈12进行密封；第一密封垫圈11和第二密封垫圈12的设置增强了本发明的气密性。其他结构及连接关系与具体实施方式三相同。

本发明的操作步骤：

第一步：对底盘1进行调平，排除底盘1倾斜对检测过程的影响；

第二步：由气动旋转接头5进入一定压力和流量的压缩空气，压缩空气从下到上依次通过储气壳用底座6、储气腔和喷气嘴8-1，驱动放置在喷气嘴8-1上的轴承球9浮起，并在气流和出气槽8-2共同作用下而旋转，通过控制气流的压力和流量调节轴承球9的旋转速度，以便显微镜机构4能够清晰成像；

第三步：通过更换喷气嘴8-1以适应不同材料和尺寸轴承球9的检测任务；

第四步：转盘2安装在转盘支架3上，确保转盘2的回转中心线与轴承球9的球心在同一水平线上；

第五步：通过显微镜机构4，调节显微镜镜头10与轴承球9之间的相对高度以聚焦轴承球9表面，同时调节显微镜镜头10的放大倍数以便能够清晰地观察到轴承球9表面缺陷；

第六步：转盘2通过显微镜机构4，带动显微镜镜头10发生摆动，结合轴承球9气浮旋转，可以完成轴承球9全表面扫描，经过CCD图像采集并传输给计算机，就可实现自动化表面缺陷检测。

结合本发明的有益效果说明以下实施例：

实施例一：当轴承球9为钢球时，由气动旋转接头5进入0.4MPa的压缩空气，压缩空气从下到上依次通过储气壳用底座6、储气腔和喷气嘴8-1，驱动放置在喷气嘴8-1上的钢球浮起，并在气流和出气槽8-2共同作用下而旋转，通过控制气流的压力和流量调节钢球的旋转速度，以便显微镜机构4能够清晰成像；转盘2安装在转盘支架3上，确保转盘2的回转中心线与钢球的球心在同一水平线上；通过显微镜机构4，调节显微镜镜头10与钢球之间的相对高度以聚焦钢球表面，同时调节显微镜镜头10的放大倍数以便能够清晰地观察到钢球表面缺陷。转盘2通过显微镜机构4，带动显微镜镜头10发生摆动，结合钢球气浮旋转，可以完成钢球全表面扫描，经过CCD图像采集并传输给计算机，就可实现自动化表面缺陷检测。

实施例二：当轴承球9为陶瓷球时，由气动旋转接头5进入0.1～0.2MPa的压缩空气，压缩空气从下到上依次通过储气壳用底座6、储气腔和喷气嘴8-1，驱动放置在喷气嘴8-1上的陶瓷球浮起，并在气流和出气槽8-2共同作用下而旋转，通过控制气流的压力和流量调节钢球的旋转速度，以便显微镜机构4能够清晰成像；转盘2安装在转盘支架3上，确保转盘2的回转中心线与陶瓷球的球心在同一水平线上；通过显微镜机构4，调节显微镜镜头10与陶瓷球之间的相对高度以聚焦陶瓷球表面，同时调节显微镜镜头10的放大倍数以便能够清晰地观察到陶瓷球表面缺陷。转盘2通过显微镜机构4，带动显微镜镜头10发生摆动，结合陶瓷球气浮旋转，可以完成陶瓷球全表面扫描，经过CCD图像采集并传输给计算机，就可实现自动化表面缺陷检测。

Claims (4)

1.一种轴承球气浮旋转表面缺陷检测装置，其特征在于：它包括底盘(1)、转盘(2)、转盘支架(3)、显微镜机构(4)、气动旋转接头(5)、储气壳用底座(6)、储气壳(7)和上盖(8)，所述底盘(1)水平设置，所述转盘支架(3)固定连接在底盘(1)上，所述转盘支架(3)上安装有竖直设置的转盘(2)，转盘(2)的盘面上固定连接有显微镜机构(4)，所述储气壳用底座(6)水平设置在底盘(1)上且位于显微镜机构(4)的下方，储气壳用底座(6)上设置有储气壳(7)，储气壳(7)的顶端可拆卸连接有上盖(8)，所述储气壳用底座(6)上加工有进气通道(6-1)，所述上盖(8)上加工有喷气嘴(8-1)，所述喷气嘴(8-1)的侧壁上加工有出气槽(8-2)，轴承球(9)放置在喷气嘴(8-1)上，所述储气壳(7)内为储气腔，储气腔的上下两端分别与喷气嘴(8-1)和进气通道(6-1)相连通，所述气动旋转接头(5)设置在进气通道(6-1)内并与进气通道(6-1)相连通；基于上述装置具体的操作步骤如下：

第一步：对底盘(1)进行调平，排除底盘(1)倾斜对检测过程的影响；

第二步：由气动旋转接头(5)进入一定压力和流量的压缩空气，压缩空气从下到上依次通过储气壳用底座(6)、储气腔和喷气嘴(8-1)，驱动放置在喷气嘴(8-1)上的轴承球(9)浮起，并在气流和出气槽(8-2)共同作用下而旋转，通过控制气流的压力和流量调节轴承球(9)的旋转速度，以便显微镜机构(4)能够清晰成像；

第三步：通过更换喷气嘴(8-1)以适应不同材料和尺寸轴承球(9)的检测任务；

第四步：转盘(2)安装在转盘支架(3)上，确保转盘(2)的回转中心线与轴承球(9)的球心在同一水平线上；

第五步：通过显微镜机构(4)，调节显微镜镜头(10)与轴承球(9)之间的相对高度以聚焦轴承球(9)表面，同时调节显微镜镜头(10)的放大倍数以便能够清晰地观察到轴承球(9)表面缺陷；

第六步：转盘(2)通过显微镜机构(4)，带动显微镜镜头(10)发生摆动，结合轴承球(9)气浮旋转，完成轴承球(9)全表面扫描，经过CCD图像采集并传输给计算机，实现自动化表面缺陷检测。

2.根据权利要求1所述的一种轴承球气浮旋转表面缺陷检测装置，其特征在于：所述转盘(2)为电动转盘，所述转盘(2)的回转中心线与轴承球(9)的球心均位于同一水平线上。

3.根据权利要求1或2所述的一种轴承球气浮旋转表面缺陷检测装置，其特征在于：显微镜机构(4)包括显微镜镜头(10)，所述显微镜镜头(10)朝向轴承球(9)的球面设置。

4.根据权利要求3所述的一种轴承球气浮旋转表面缺陷检测装置，其特征在于：所述一种轴承球气浮旋转表面缺陷检测装置还包括第一密封垫圈(11)和第二密封垫圈(12)，所述第一密封垫圈(11)设置在储气壳用底座(6)和储气壳(7)之间，所述第二密封垫圈(12)设置在储气壳(7)和上盖(8)之间。