CN114894068A - 一种钢球直径测量方法及用于测量钢球直径的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢球直径测量技术领域，具体涉及一种钢球直径测量方法及用于测量钢球直径的装置。用于测量钢球直径的装置包括测量工具和固定座，固定座上开设有凹槽；测量工具位于凹槽的垂直上方；测量工具用于测量钢球最高点的高度；凹槽为圆锥槽，圆锥槽大径端的槽壁用于与放入圆锥槽中的钢球以相切圆相切，圆锥槽的轴线过相切圆的圆心，相切圆所在平面与圆锥槽轴线垂直。测量钢球时，待测钢球和标准钢球的高度差值和直径差值之间为放大的关系，能够先测量出精度等级有限的待测钢球和标准钢球的高度差，然后通过放大倍数计算得到精度等级更高的直径差值，以提高较低测量精度仪器的分辨率，从而实现钢球直径的高精度测量与分选的目的。

Description

一种钢球直径测量方法及用于测量钢球直径的装置

技术领域

本发明涉及钢球直径测量技术领域，具体涉及一种钢球直径测量方法。

背景技术

钢球直径直接影响轴承的动态工作特性，因此，安装前检测钢球直径并对钢球进行分选对轴承具有重要的现实意义。目前，国内大多数轴承厂家都采用人工分选或专用的量具对钢球直径进行测量和分选。人工分选是通过人工测量钢球的直径并与钢球的公称直径进行比较，直径差值在误差范围内的钢球为合格，反之为不合格。通常使用千分表对钢球直径进行测量，千分表的原始精度为0.001mm，千分表的分辨率有限，较难适用于更高精度等级的钢球直径的测量；同时，由于钢球的直径较小，测量时易出现操作不当而反复测量的情况，使得分选的效率较低。

而专用的量具的结构如授权公告号为CN210293063U的中国专利文献公开的一种能够方便调整的钢球直径测量装置，包括支架(即上述专利文献中提到的固定杆、支撑杆和底座)、千分表和固定座(即上述专利文献中提到的定位托块)，固定座的顶面设有用于放置钢球的凹槽，固定座的凹槽为倒三棱锥槽，通过倒三棱锥槽的三个内壁面将钢球固定。千分表的测量杆导向穿装在支架上并与凹槽垂直对应。测量时，先将标准钢球放置在固定座的凹槽中，并使标准钢球的球心与测量杆的轴线对齐，千分表测量标准钢球直径后校准千分表；再将待测钢球放置在固定座的凹槽中，利用千分表测量待测钢球的直径，此时，千分表显示的数值为待测钢球相对于标准钢球的误差值。需要说明的是，需提前根据误差值确定钢球分选标准，设定误差阈值；实际误差值在设定阈值内的钢球判断为合格，实际的误差值在设定阈值外的钢球判定为不合格，以提高钢球直径测量及分选效率。

上述能够方便调整的钢球直径测量装置虽然能够提高钢球的测量和分选效率，但是由于千分表测量的误差仅能判断钢球的误差程度，无法精确量化实际的直径误差，使得能够方便调整的钢球直径测量装置的分辨率较低，难以实现钢球直径高精度检测。而且，由于凹槽为倒三棱锥槽，钢球与倒三棱锥槽的三个内壁面的配合为点接触，理论情况下，钢球与三个内壁面的三个接触点在同一平面上且该平面垂直于倒三棱锥的轴线，但实际上，钢球自身存在一定的加工误差，较难保证钢球与三个内壁面的三个接触点所在的平面垂直于倒三棱锥的轴线，使得倒三棱锥的轴线与待测钢球的球心、标准钢球的球心存在不同程度的错位而增大测量误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢球直径测量方法，以解决现有技术中的测量方法使用分辨率较低的测量装置较难实现钢球直径的高精度测量的技术问题。本发明的目的还在于提供一种用于测量钢球直径的装置，以解决现有技术中分辨率较低的测量装置无法检测高精度钢球直径的技术问题。

为实现上述目的，本发明钢球直径测量方法的技术方案是：

钢球直径测量方法，用于测量钢球，包括以下步骤：

步骤一，将标准钢球放进圆锥槽内，使标准钢球与圆锥槽的槽壁相切，获取标准钢球最高点相对于基准面的高度，记录数据H1；

步骤二，将待测钢球放进上述圆锥槽内，待测钢球与圆锥槽的槽壁相切，获取待测钢球最高点相对于所述基准面的高度，记录数据H2；

步骤三，计算待测钢球的直径D2，计算公式为：：

其中，D1为标准钢球直径，α为圆锥槽的半锥角，ΔH＝H₂-H₁；为保证钢球与圆锥槽的槽壁相切，圆锥槽大径端的直径D₃≥D₁·cosα；所述圆锥槽的槽壁与放入圆锥槽中的钢球是以相切圆相切，圆锥槽的轴线通过所述相切圆的圆心，且相切圆所在平面与圆锥槽轴线垂直。

有益效果是：本发明的钢球直径测量方法中，待测钢球和标准钢球的高度差值和直径差值之间为放大的关系，放大的倍数为

能够先测量出精度等级有限的待测钢球和标准钢球的高度差，然后通过放大倍数计算得到精度等级更高的直径差值，以提高较低测量精度仪器的分辨率，从而实现钢球直径的高精度测量与分选的目的。而且，放入固定座的圆锥槽中的钢球与圆锥槽大径端的槽壁以相切圆相切，增加钢球与槽壁的接触点，即使钢球自身存在一定加工误差也能够尽可能地保证所有的接触点位于同一平面，且该平面垂直于圆锥槽的轴线，以使圆锥槽的轴线通过放入圆锥槽内的不同钢球的球心，减小钢球自身加工误差对球心定位的影响，提高测量得到的高度差的精度，进而提高钢球直径的测量精度。

进一步地改进，圆锥槽的横截面为梯形。

有益效果是：相比于具有相同圆锥角且横截面为三角形的圆锥槽，为保证圆锥槽大径端的直径D₃≥D₁·cosα，这样设计，圆锥槽的高度较小，降低圆锥槽的加工误差对测量精度的影响。

进一步地改进，获取高度采用的测量工具为千分表，千分表具有测量杆，测量杆沿圆锥槽的轴线方向导向移动。

有益效果是：这样设计，能够通过测量杆与悬伸杆的导向配合避免测量杆在移动过程中出线偏斜而影响测量精度。

进一步地改进，测量杆的端部为尖角。

有益效果是：这样设计，减小测量杆的端部与钢球最高点的对准面积，便于保证测量杆与钢球最高点的接触与对准。

为实现上述目的，本发明用于测量钢球直径的装置的技术方案是：

用于测量钢球直径的装置，包括测量工具和固定座，固定座上开设有凹槽，用于放置钢球；测量工具位于凹槽的垂直上方；测量工具用于测量钢球最高点的高度；所述凹槽为圆锥槽，圆锥槽大径端的槽壁用于与放入圆锥槽中的钢球以相切圆相切，圆锥槽的轴线过所述相切圆的圆心，相切圆所在平面与圆锥槽轴线垂直。

有益效果是：本发明的用于测量钢球直径的装置中，测量钢球时，待测钢球和标准钢球的高度差值和直径差值之间为放大的关系，能够先测量出精度等级有限的待测钢球和标准钢球的高度差，然后通过放大倍数计算得到精度等级更高的直径差值，以提高较低测量精度仪器的分辨率，从而实现钢球直径的高精度测量与分选的目的。而且，放入固定座的圆锥槽中的钢球与圆锥槽大径端的槽壁以相切圆相切，增加钢球与槽壁的接触点，即使钢球自身存在一定加工误差也能够尽可能地保证所有的接触点位于同一平面，且该平面垂直于圆锥槽的轴线，以使圆锥槽的轴线通过放入圆锥槽内的不同钢球的球心，减小钢球自身加工误差对球心定位的影响，提高测量得到的高度差的精度，进而提高钢球直径的测量精度。

进一步地改进，圆锥槽的横截面为梯形。

有益效果是：相比于具有相同圆锥角且横截面为三角形的圆锥槽，为保证圆锥槽大径端的直径D₃≥D₁·cosα，这样设计，圆锥槽的高度较小，降低圆锥槽的加工误差对测量精度的影响。

进一步地改进，还包括底座和水平延伸的悬伸杆，底座包括水平台和竖直臂，悬伸杆固定在竖直臂朝向水平台的一侧，固定座放置在水平台的上端面，圆锥槽的槽口朝上，测量工具沿圆锥槽的轴线导向穿装在悬伸杆上。

有益效果是：这样设计，水平台为钢球提供平整度较高的基准面，以提高测量精度；能够通过测量工具与悬伸杆的导向配合避免测量杆在移动过程中出线偏斜而影响测量精度。

进一步地改进，测量工具为千分表，千分表具有上下延伸的测量杆，测量杆沿圆锥槽的轴线方向导向穿装在悬伸杆上。

有益效果是：这样设计，结构简单，便于测量操作且数据处理较快。

进一步地改进，测量杆的端部为尖角。

有益效果是：这样设计，减小测量杆的端部与钢球最高点的对准面积，便于保证测量杆与钢球最高点的接触与对准。

附图说明

图1为本发明的用于测量钢球直径的装置的实施例1中测量标准钢球时的结构示意图；

图2为图1中用于测量钢球直径的装置测量待测钢球时的结构示意图；

图3为图1中固定座的结构示意图；

图4为计算公式推导的原理图；

图5为本发明的用于测量钢球直径的装置的实施例2中测量标准钢球时的结构示意图；

图6为图5中用于测量钢球直径的装置测量待测钢球时的结构示意图；

图7为图5中固定座的结构示意图。

图中：11、固定座；12、千分表；13、测量杆；14、待测钢球；15、竖直臂；16、水平台；17、标准钢球；18、圆锥槽；19、悬伸杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步地详细描述。

本发明的用于测量钢球直径的装置的实施例1：

本发明的用于测量钢球直径的装置用于测量钢球的直径以分选钢球。如图1和图2所示，用于测量钢球直径的装置包括底座、悬伸杆19、测量工具和固定座11，底座包括水平台16和固定在水平台16一侧的竖直臂15，悬伸杆19固定在竖直臂15朝向水平台16的一侧，测量工具导向穿装在悬伸杆19上。

如图3所示，固定座11放置在水平台16的上端面，固定座11上开设有凹槽，凹槽的槽口朝上，凹槽用于放置钢球。凹槽为圆锥槽18，圆锥槽18的横截面为上宽下窄的梯形，圆锥槽18大径端的槽壁能够与放入圆锥槽18中的钢球以相切圆相切，且圆锥槽18轴线通过相切圆的圆心。相切圆所在平面与圆锥槽18轴线垂直，使得圆锥槽18的轴线通过放入圆锥槽18内的钢球的球心。在其他实施例中，圆锥槽18的横截面为倒三角形。

测量工具位于圆锥槽18的垂直上方。测量工具为千分表12，千分表12的测量杆13沿圆锥槽18的轴线方向导向穿装在悬伸杆19上，测量时放入圆锥槽18内的钢球的球心与测量杆13的轴线上下对应，使得测量杆13的端部能够与钢球的最高点接触以测量钢球最高点的高度。本实施例中，测量杆13的端部为尖角。在其它实施例中，测量杆13的端部可以为圆角或方角。

采用上述的用于测量钢球直径的装置的实施例1，可以实现一种测量方法，该测量方法对应本发明的钢球直径测量方法的实施例1，下面将分别进行介绍。

本发明的钢球直径测量方法的实施例1，包括以下步骤：

步骤一：如图1所示，将标准钢球17放进固定座11的圆锥槽18内，标准钢球17与圆锥槽18的槽壁相切，且相切圆所在的平面垂直于圆锥槽18的轴线，使得圆锥槽18的轴线通过标准钢球17的球心；移动固定座11，使得标准钢球17的球心与千分表12的测量杆13的轴线上下对应，将测量杆13的端部接触标准钢球17的最高点，以测量标准钢球17最高点相对于基准面的高度，记录数据H₁，其中，基准面为悬伸杆19的下表面；

步骤二：如图2所示，向上提千分表12并取出标准钢球17，将待测钢球14放进圆锥槽18内，待测钢球14与圆锥槽18的槽壁相切，将测量杆13的端部接触待测钢球14的最高点，测量待测钢球14最高点相对于基准面的高度，记录数据H₂；

步骤三，计算待测钢球14的直径D₂，计算公式为：

其中，D₁为标准钢球17直径，α为圆锥槽18的半锥角，ΔH＝H₂-H₁；为保证钢球与圆锥槽18的槽壁相切，圆锥槽18大径端的直径D₃≥D₁·cosα。

如图4所示，计算公式推导过程如下：

(1)标准钢球17的直径为：

待测钢球14的直径为：

两钢球直径的差值为：

(2)

其中

(3)所以

其中，

(4)所以

(5)所以

(6)所以被测钢球直径与标准钢球17的直径差为

为保证圆锥槽18大径端的槽壁能够与放入圆锥槽18内钢球的外表面相切，需保证圆锥槽18大径端的直径D₃≥D₁·cosα，其中，D₁为标准钢球17的直径，α为圆锥槽18的半锥角。

可以看出，待测钢球14和标准钢球17的高度差值和直径差值之间为放大的关系，放大的倍数为

即使千分表12的测量精度有限，也能够先利用测量精度有限的千分表12测量出待测钢球14和标准钢球17的高度差，然后通过放大倍数计算得到精度等级更高的直径差值，以提高较低测量精度仪器的分辨率，从而实现钢球直径的高精度测量与分选的目的。而且，放入固定座11的圆锥槽18中的钢球与圆锥槽18大径端的槽壁以相切圆相切，增加钢球与槽壁的接触点，即使钢球自身存在一定加工误差也能够尽可能地保证所有的接触点位于同一平面，且该平面垂直于圆锥槽18的轴线，以使圆锥槽18的轴线通过放入圆锥槽18内的不同钢球的球心，减小钢球自身加工误差对球心定位的影响，提高测量得到的高度差的精度，进而提高钢球直径的测量精度。

本发明的用于测量钢球直径的装置的实施例2：

本实施例和实施例1的区别在于：实施例1中，底座包括水平台16和竖直臂15，固定座11放置在水平台16的上端面，圆锥槽18的槽口朝上，测量工具沿圆锥槽18轴线方向导向穿装在悬伸杆19上。本实施例中，如图6和图7所示，取消设置底座和悬伸杆19，圆锥槽18的槽口朝下，测量工具导向穿装在圆锥槽18的底壁上，且测量工具沿圆锥槽18的轴线方向导向运动。

采用上述的用于测量钢球直径的装置的实施例2，可以实现一种测量方法，该测量方法对应本发明的钢球直径测量方法的实施例2。

本发明的钢球直径测量方法的实施例2，包括以下步骤：

步骤一：如图5所示，将固定座11的圆锥槽18卡住标准钢球17，标准钢球17与圆锥槽18大径端的槽壁以相切圆相切；将测量杆13的端部接触标准钢球17的最高点，以测量标准钢球17最高点相对于基准面的高度，记录数据H₁，其中，基准面为圆锥槽18的底壁；

步骤二：如图6所示，取出标准钢球17，将固定座11的圆锥槽18卡住待测钢球14，待测钢球14与圆锥槽18大径端的槽壁以相切圆相切，将测量杆13的端部接触待测钢球14的最高点，测量待测钢球14最高点相对于基准面的高度，记录数据H₂；

步骤三，计算待测钢球14的直径D₂，计算公式为：

其中，D₁为标准钢球17直径，α为圆锥槽18的半锥角，ΔH＝H₂-H₁；为保证钢球与圆锥槽18的槽壁相切，圆锥槽18大径端的直径D₃≥D₁·cosα。

本发明的用于测量钢球直径的装置的实施例3：

本实施例和实施例1的区别在于：实施例1中，测量工具为千分表12。本实施例中，测量工具为激光扫描仪，激光扫描仪发射激光扫描钢球的顶部，以获得距离钢球最高点的距离。

最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)

1.钢球直径测量方法，用于测量钢球直径，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将标准钢球(17)放进圆锥槽(18)内，使标准钢球(17)与圆锥槽(18)的槽壁相切，获取标准钢球(17)最高点相对于基准面的高度，记录数据H₁；

步骤二，将待测钢球(14)放进上述圆锥槽(18)内，待测钢球(14)与圆锥槽(18)的槽壁相切，获取待测钢球(14)最高点相对于所述基准面的高度，记录数据H₂；

步骤三，计算待测钢球(14)的直径D₂，计算公式为：

其中，D₁为标准钢球(17)直径，α为圆锥槽(18)的半锥角，ΔH＝H₂-H₁；为保证钢球与圆锥槽(18)的槽壁相切，圆锥槽(18)大径端的直径D₃≥D₁·cosα；所述圆锥槽(18)的槽壁与放入圆锥槽(18)中的钢球是以相切圆相切，圆锥槽(18)的轴线通过所述相切圆的圆心，且相切圆所在平面与圆锥槽(18)轴线垂直。

2.根据权利要求1所述的钢球直径测量方法，其特征在于，所述圆锥槽(18)的横截面为梯形。

3.根据权利要求1或2所述的钢球直径测量方法，其特征在于，获取所述高度采用的测量工具为千分表(12)，千分表(12)具有测量杆(13)，测量杆(13)沿圆锥槽(18)的轴线方向导向移动。

4.根据权利要求3所述的钢球直径测量方法，其特征在于，所述测量杆(13)的端部为尖角。

5.用于测量钢球直径的装置，包括测量工具和固定座(11)，固定座(11)上开设有凹槽，用于放置钢球；测量工具位于凹槽的垂直上方；其特征在于，测量工具用于测量钢球最高点的高度；所述凹槽为圆锥槽(18)，圆锥槽(18)大径端的槽壁用于与放入圆锥槽(18)中的钢球以相切圆相切，圆锥槽(18)的轴线过所述相切圆的圆心，相切圆所在平面与圆锥槽(18)轴线垂直。

6.根据权利要求5所述用于测量钢球直径的装置，其特征在于，所述圆锥槽(18)的横截面为梯形。

7.根据权利要求5或6所述的用于测量钢球直径的装置，其特征在于，还包括底座和水平延伸的悬伸杆(19)，底座包括水平台(16)和竖直臂(15)，悬伸杆(19)固定在竖直臂(15)朝向水平台(16)的一侧，固定座(11)放置在水平台(16)的上端面，圆锥槽(18)的槽口朝上，测量工具沿圆锥槽(18)的轴线导向穿装在悬伸杆(19)上。

8.根据权利要求7所述的用于测量钢球直径的装置，其特征在于，所述测量工具为千分表(12)，千分表(12)具有上下延伸的测量杆(13)，测量杆(13)沿圆锥槽(18)的轴线方向导向穿装在悬伸杆(19)上。

9.根据权利要求8所述的用于测量钢球直径的装置，其特征在于，所述测量杆(13)的端部为尖角。

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