CN1208850A - 微小型轴承滚道粗糙度测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微小型轴承滚道粗糙度测定的测试仪器,它由差动式电感传感器、传动装置、定位装置、微型计算机控制系统组成,其特点是采用了精密的传动装置和定位装置,采用了间隙小、直线性好、振动小的差动式电感传感器和用微机信息处理,能保证不同规格的轴承在几分钟内便能调到准确的位置进行测量,能动态显示轴承滚道形状,并可选择不同位置测定粗糙度参数,微观显示轮廓,t_p线并打印输出。

Description

微小型轴承滚道粗糙度测试仪

本发明涉及一种用于微型轴承滚道粗糙度测定的测试仪器。

微型轴承内外圈滚道的粗糙度为轴承加工工艺的重要指标之一，其性能直接影响到轴承的噪音和寿命等重要指标，然而由于微型轴承的滚道尺寸小，又呈圆弧状，因此，对其粗糙度测定是目前轴承行业中难题，现有轴承厂目前采用目测法，用目测与样板比较来估计粗糙度，由于微型轴承滚道的粗糙度比较小，一般为光洁度11以上，所以这种测定误差较大。另外亦有用光切法观察干涉条纹来测定，这种方法必须破坏零件取样，并且观察范围小、方法烦琐，上述两种测量均为非直接法，目前市场上有表面粗糙度测试仪亦不能用来测量微型轴承的内外圈滚道的粗糙度。

本发明的目的是克服现有技术目测法及光切法的缺点，应用电感传感器测量工件加工表面粗糙度测试仪原理，提供一种接触式直接测量微型轴承滚道粗糙度测试仪。

本发明的技术方案为：它由差动式电感器、传动装置、定位装置、微型计算机控制系统、电源组成，其特点是1、传动装置，由直流电动机、大小皮带轮、传感器固定座、弹性调节座、小轴座、小轴、大小凸轮、杠杆、活动光杆、上下活动导轨、压簧、旋转板及底座所组成，凸轮轴上依次套装有大凸轮、小凸轮、大皮带轮、大皮带轮通过皮带和电动机出轴上的小皮带轮相连接，传感器固定座与上下活动导轨及装有小轴的小轴座固定装在一起，上下活动导轨相应处于光杆上，传感器通过销子搁在弹性调节座上，小凸轮与装于底座上的杠杆相接触；2、定位装置由旋转板、靠板、测微丝杆、前板、V型架、固定钮、转轴及用于调节传感器高低位置的高低调节架所组成，旋转板两侧与前板相应位置各有二只轴套通过转轴连接，用于安放被测轴承的V型架与旋转板通过两侧的导轨相配，在被测轴承后置有一块靠板，固定钮置于V型架上。

本发明的基本原理为：由计算机发出信号驱动差动式电感传感器，使其探头上的金钢石触针沿着垂直于被测轴承加工纹理方向移动，触针通过杠杆带动电感线圈，使电感随之发生变化，再通过放大器送入A/D转换板，最后由微机分析和处理这些数据信息，并从定义粗糙度的参数型式显示和打印输出。

本发明实施例结合附图作进一步说明：

图1为传动装置总装圈；

图2为定位装置主视图；

图3为高低调节定位装置主视图；

图4为定位装置高低架主视图；

图5定位装置高低调节架侧视图；

图6为大凸轮工作分段图；

图7为非导头型电感传感器结构示意图；

图8为差动式电感传感器连接图；

图9为微型计算机控制系统框图。

由图1所示，传动装置由直流电动6、大小皮带轮8和7、传感器固定座2，弹性调节座12、小轴11、大小凸轮4和5、杠杆10、活动光杆13和19，上、下活动导轨15和14，压簧18、旋转板1及底座16所组成，凸轮轴9上依次套装有大凸轮4、小凸轮5、大皮带轮8、大皮带轮通过皮带和电动机6出轴上的小皮带轮相连接，传感器固定座2与上、下活动导轨及装有小轴11的小轴座3固定安装在一起，上下活动导轨15、14相应的处于光杆19、13上，传感器17通过销子搁在弹性调节座上，小凸轮5与装于底座上的杠杆10相接触，大凸轮4与小轴11始终相接触，大凸轮推动传感器17及传感器固定座2直线移动，整个运动长度为10mm，由图6所示，大凸轮由三段组成，其中180°为朝前移动段，90°为回程测量段，后90°为回程段，返回时由压簧18推动传感器座2沿着凸轮表面朝后移动，整个运动过程，传感器由上下导轨15、14沿着光杆19、13移动，小凸轮5转动通过杠杆10使传感器运动到轴承滚道测量段时缓慢降到适当位置，测量结束，又使之抬起来，以完成整个测量动作，避免触针碰损。

由图2、图3、图4、图5所示，定位装置由旋转板1、靠板20、测微丝杆27、前板21、V型架24、固定钮25、转轴26及用于调节传感器高低位置的高低调节架29所组成，旋转板两侧与前板相应位置各有二只轴套通过转轴26连接。旋转板可以以转轴为中心，向前转动，最大限位为30°，这样便可方便地测量轴承滚道边缘的粗糙度，从而扩大滚道的测量范围。用于安放被测轴承28的V型架24与旋转板1通过两侧的导轨相配，导轨的接触面经过精心的研磨，以保证V型架在旋转板上下滑动时的直线性和平滑程度。在被测轴承28后面置有一块靠板20，于不同厚度轴承，用测微丝杆27来调节靠板前后移动，从而改变轴承的位置，测微丝杆上的套筒通过刻线可以读数，其数字对应于被测轴承的厚度，其范围为6—16毫米，并由此来保证传感器测量的触针位置的准确，固定钮25置于V型架24上。

由图1所示，传感器的触针中心可通过调节弹性调节座12来对准V型架中心，保证测量位置在轴承滚道的中心。

由图4、图5所示，被测轴承高低位置，可采用作为定位装置的附件高低调节架来定位；高低调节架29由调节探头31、定位槽30所组成，在仪器出厂之前，调节传感器座高低位置；使传感器触针与高低调节架的调节探头高低一致，然后，把调节架通过定位槽30与转轴26配合后安装在旋转板前面，再上下调节V型使调节探头31刚好接触被测轴承滚道底部；最后用固定钮25把V型架24固定，于是被测轴承的位置被调节好，然后把定位装置安放在仪器旋转板1上，测量便可进行。

本发明所采用的为非导头型式差动电感传感器，即直接用触针在被测工件上爬行，它能把轴承滚道的形状及粗糙度同时测出，这就要求传感器灵敏度高(0.01μm)，线性区宽、稳定性好。由图7所示，差动式电感传感器由金刚石触针32、杠杆33、片簧34、磁罐35、线圈36及磁片37所组成，两个完全相同的单个线圈36安装在单片片簧34作支承的等距离两边，线圈36置于磁罐35内，离磁罐35端面距δ₀处放置一片磁片37。由图8所示，差动式电感传感器的两个线圈接在交流桥的两臂。在初始位置即杠杆两边磁片处于平衡位置时，Z₁＝Z₂，Z₃＝Z₄，μ₀＝0；当偏离平衡位置时，两个线圈的电感是一个增加，一个减小，电桥失去平衡，即有电压输出。 ${\stackrel{\·}{u}}_0=\frac{\mathrm{ui}}{2{\mathrm{\δ}}_0}\·\mathrm{\Δ\δ}$

＝电桥输入电压

＝电桥输出电压

δ₀：磁片在平衡位置时与磁罐的初始间隙

△δ：磁片位移量

由此可以得出，差动式接法在灵敏度方面比单个线圈增加一培，并对电源频率，温度等变化可补偿、从而减少外界影响造成的误差。

由图9所示，微型计算机控制系统由传感器桥路检出、前置放大、相敏检波、直流放大、A/D转换、D/A转换、放大马达驱动PC机几部分组成，控制统程序为：

第一阶段为PC机发出D/A信号经放大驱动马达带动传感器在被侧轴承滚道中来回扫描，并同时在CRT上显示出形状，通过调节旋钮电位器使形状充满线性区；第二阶段程序为开始测试，一次扫描后，选择参与运算数据范围；再设定取样长度和段数，最后经过数据处理和运算后屏幕输出被测轴承轮廓，参数R_a、R_y、R₂、S、S_m、R_y、R_p及t_p曲线和数据。

根据上述程序，本发明采用奔腾586微机、采用C语言编制程序。

由于采用精密的传动装置、定位装置、间隙小、直线性好、振动小的差动式电感传感器以及采用奔腾586微机进行信息处理、控制，因而能保证不同规格的轴承在几分钟内便能调到准确的位置进行测量，能动态显示轴承滚道形状，并可选择不同位置测定粗糙度参数，微观显示轮廓，t_p曲线并打印输出，适宜轴承厂不同规格成批轴承的滚道粗糙度测试。

Claims (5)

1、一种由差动式电感传感器、传动装置、定位装置、微型计算机控制系统组成的微小型轴承滚道粗糙度测试仪，其特征在于：

A、传动装置由直流电动机(6)、大小皮带轮(8)、(7)传感器固定座(2)、弹性调节座(12)、小轴座(3)、小轴(11)、大小凸轮(4)、(5)、杠杆(10)、活动光杆(13)、(19)、上下活动导轨(15)、(14)、压簧(18)、旋转板(1)及底座(16)所组成，凸轮轴(9)上依次套装有大凸轮(4)、小凸轮(5)、大皮带轮(8)、大皮带轮通过皮带和电动机(6)出轴上的小皮带轮相连接，传感器固定座(2)与上下活动导轨(15)、(14)及装有小轴(11)的小轴座(3)固定装在一起，上下活动导轨(15)、(14)相应的处于光杆(19)、(13)上，传感器(17)通过销子搁在弹性调节座(12)上，小凸轮(5)与装于底座上的杠杆(10)相接触，大凸轮(4)与小轴(11)始终相接触；

B、定位装置由旋转板(1)、靠板(20)、测微丝杆(27)、前板(21)、V型架(24)、固定钮(25)、转轴(26)及用于调节传感器高低位置的高低调节架(29)所组成，旋转板两侧与前板相应位置各有二只轴套通过转轴(26)连接，用于安放被测轴承(28)的V型架(24)与旋转板(1)通过两侧的导轨相配，在被测轴承(28)后置有一块靠板(20)，固定钮(25)置于V型架(24)上。

2、根据权利要求1所述的微小型轴承滚道粗糙度测试仪，其特征在于，所述的定位装置高低调节架(29)由调节探头(31)、定位槽(30)所组成。

3、根据权利要求1所述的微小型轴承滚道粗糙度测试仪，其特征在于；所述的大凸轮(4)由三段组成，其中前180°为朝前移动段，90°为回程测量段，后90°为回程段。

4、根据权利要求1所述的微小型轴承滚道粗糙度测试仪，其特征在于：所述的差动式电感传感器由金钢石触针(32)、杠杆(33)、片簧(34)、磁罐(35)、线圈(36)及磁片(37)所组成，触针(32)固定于杠杆(33)上，杠杆(33)与片簧(34)固定连接，两个完全相同的单个线圈安装在用单片簧片(34)作支承的等距离两边，线圈于磁罐内，离磁罐端面距δ₀为0.5mm处放置有一片磁片(37)。

5、根据权利要求1所述的微小型轴承滚道粗糙度测试仪，其特片在于，所述的微型计算机控制系统它包括传感器，马达、马达驱动电路、交流桥路、前置放大、相敏检波、直流放大、A/D转换、D/A转换、微机，由微机的数字信号经D/A转换成模拟信号经驱动电路驱动马达带动传感器，传感器的输出经交流桥路与前置放大器相连接，放大的信号经相敏检波、直流放大器送入A/D转换板，最后至微机，分析和处理这些数据信息，其控制系统程序为：

第一阶段程序为PC机发出D/A信号经放大驱动马达带动传感器在被测轴承滚道中来回扫描，并同时在CRT上显示出滚道形状，通过调节旋钮电位器，使形状充满线性区；

第二阶段程序为开始测试，一次扫描后，选择参与运算数据范围；再设定取样长度和段数，最后经过数据处理和运算屏幕输出被测量轴承轮廓，参数R_a、R_y、R₂、S、S_m、R_v、R_p及t_p曲线和数据。

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