一種圓柱形滾子曲率半徑的測量方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種圓柱形滾子曲率半徑的測量方法，使用到一套測量裝置，測量裝置含基座、二維移動活動架、支架、激光位移傳感器、夾緊套、氣浮轉(zhuǎn)臺、氣浮軸承及伺服電機，本發(fā)明的測量方法利用激光位移傳感器測量圓柱形滾子同一高度處兩段圓弧的曲率半徑，采用非接觸式在測量過程中不會破壞圓柱形滾子表面圓弧的精密結(jié)構(gòu)和輪廓，再利用最小二乘法擬合出該高度處的曲率半徑，重復(fù)相同的過程就能測量其它高度處的曲率半徑，從而計算出圓柱形滾子的總曲率半徑，從而判斷出總曲率半徑是否符合設(shè)計要求，提高圓柱形滾子曲率半徑的測量精度，避免人工誤差，從整體上有效提高圓柱形滾子的出廠性能，本發(fā)明的測量方法簡單可靠，測量裝置能重復(fù)使用。
【專利說明】
一種圓柱形滾子曲率半徑的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于軸承滾子自動化檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種圓柱形滾子曲率半徑 的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 圓柱形滾子的曲率半徑反映了其表面幾何形貌的特征質(zhì)量，不僅影響軸承的裝配 質(zhì)量，而且決定軸承工作的穩(wěn)定性。但是，受到加工水平的限制，成品圓柱形滾子的曲率半 徑往往存在微小差異，這些微小差異是制約軸承性能提高的關(guān)鍵。因此，磨削加工后需要檢 測圓柱形滾子的曲率半徑是否滿足精度及設(shè)計要求。
[0003] 在實際檢測中，圓柱形滾子曲率半徑的測量方式主要有靠模法、標準滾子涂色法 和輪廓儀直接測量法。
[0004] 靠模法是利用標準樣板與圓柱形滾子表面接觸來實現(xiàn)定性檢側(cè)，靠模法適用于磨 削加工后的現(xiàn)場檢測，靠模法的測量精度受到標準樣板制造工藝、定位精度、現(xiàn)場環(huán)境等因 素的限制，因此不能實現(xiàn)圓柱形滾子曲率半徑的高精度測量。
[0005] 標準滾子涂色法是采用標準滾子涂色的方式來定性檢測圓柱形滾子的曲率半徑， 標準滾子涂色法適用于終磨后的車間內(nèi)檢測，標準滾子涂色法的測量精度受到標準滾子的 精度等級、涂料質(zhì)量及涂抹均勻性等因素影響，也不能實現(xiàn)較高精度圓柱形滾子曲率半徑 的檢測。
[0006] 輪廓儀直接測量法是通過輪廓儀直接測量圓柱形滾子的表面形狀，并利用最小二 乘法擬合求得圓柱形滾子的曲率半徑。輪廓儀直接測量法在調(diào)中及操作過程中容易引入較 大的測量誤差，因此很難達到較高的測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述不足之處，本發(fā)明提供了一種圓柱形滾子曲率半徑的測量方法，該測量 方法通過一套測量裝置來測量圓柱形滾子的曲率半徑，利用激光位移傳感器測量圓柱形滾 子在同一高度處的曲率半徑，再利用最小二乘法擬合出該高度處的曲率半徑，最后利用相 同的方法測量圓柱形滾子其它高度處的曲率半徑，從而求出圓柱形滾子的總曲率半徑，并 判斷出總曲率半徑是否符合精度要求，從而提高圓柱形滾子曲率半徑的測量精度。
[0008] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] -種圓柱形滾子曲率半徑的測量方法，該測量方法使用到一套測量裝置，所述測 量裝置包括基座、二維移動活動架、支架、激光位移傳感器、夾緊套、氣浮轉(zhuǎn)臺、氣浮軸承及 伺服電機，伺服電機的旋轉(zhuǎn)角度及旋轉(zhuǎn)速度^和^均由計算機控制，其中 V1<V2，激光位移 傳感器檢測到的被測圓柱形滾子曲率半徑數(shù)據(jù)被輸入該計算機中，該計算機還存儲有最小 二乘擬合法，通過該最小二乘擬合法能夠計算出被測圓柱形滾子的曲率半徑，被測圓柱形 滾子在磨削加工時具有定位端，所述定位端在磨削加工時已做出顯示標記，給定圓柱形滾 子的設(shè)計曲率半徑為R，本發(fā)明的特征如下：
[0010] 基座上一側(cè)配置有二維移動活動架，二維移動活動架具有固定的垂直架和隨所述 垂直架上下移動的水平架，在所述水平架的任一端下方通過螺紋聯(lián)接能左右移動的支架， 支架上固定有激光位移傳感器；
[0011] 基座上另一側(cè)配置有氣浮軸承，安裝在基座下端的伺服電機輸出軸穿過氣浮軸承 后與氣浮轉(zhuǎn)臺聯(lián)接，氣浮轉(zhuǎn)臺水平位于氣浮軸承上端面，氣浮轉(zhuǎn)臺中心線與伺服電機輸出 軸中心線在聯(lián)接后是重合的，在氣浮轉(zhuǎn)臺的上端面配裝有能拆卸的夾緊套，配裝夾緊后的 夾緊套中心線與氣浮轉(zhuǎn)臺的中心線重合；
[0012] 測量被測圓柱形滾子的曲率半徑按如下步驟進行：
[0013] ①將被測圓柱形滾子的所述定位端平放在氣浮轉(zhuǎn)臺上使被測圓柱形滾子的中心 軸線垂直于氣浮轉(zhuǎn)臺水平面，通過夾緊套將被測圓柱形滾子的所述定位端處夾緊，從夾緊 套上端沿處到被測圓柱形滾子上端沿處的總高度設(shè)定為L，共測量k次，則每次測量的高度 間距為l = L/k，k為自然正整數(shù)，調(diào)節(jié)所述水平架使激光位移傳感器先對準被測圓柱形滾子 上端沿處的圓弧，此時激光位移傳感器的初始測量位置稱其為度處；
[0014] ②啟動伺服電機按順時針方向并以V1旋轉(zhuǎn)30度，此時被測圓柱形滾子旋轉(zhuǎn)30度時 的位置被標記為1!位30度處，從所述1:位0度處到所述lHi30度處激光位移傳感器對被測圓 柱形滾子的圓弧處進行測量并得出lHil數(shù)據(jù)，所述lHil數(shù)據(jù)被輸入計算機中，計算機利用 最小二乘擬合法能夠求解出所述lHil數(shù)據(jù)的曲率半徑η;
[0015] ③啟動伺服電機按順時針方向從所述1^30度處出發(fā)并以速度^旋轉(zhuǎn)180度，此時 被測圓柱形滾子旋轉(zhuǎn)180度時的位置被標記為ldi210度處；
[0016] ④啟動伺服電機按順時針方向從所述lHi210度處出發(fā)并以V1旋轉(zhuǎn)30度，此時被測 圓柱形滾子旋轉(zhuǎn)30度時的位置被標記為lHi240度處，從所述lHi210度處到所述零lHi240 度處激光位移傳感器對被測圓柱形滾子的圓弧處進行測量并得出h位Π 數(shù)據(jù)，所述h位Π 數(shù)據(jù)被輸入計算機中，計算機利用最小二乘擬合法能夠求解出所述1:位Π 數(shù)據(jù)的曲率半徑
能夠計算出被測圓柱形滾子在li位時的平均曲率半徑R1;
[0017] ⑤將所述水平架向下移動第一個高度間距1使激光位移傳感器對準被測圓柱形滾 子的h位處圓弧，此時激光位移傳感器的初始測量位置稱其為h位0度處，重復(fù)上述②-④能 夠計算出被測圓柱形滾子在h位時的平均曲率半徑R 2;
[0018] ⑥在上述⑤的基礎(chǔ)上將所述水平架再向下移動第二個高度間距1使激光位移傳感 器對準被測圓柱形滾子的13位處圓弧，此時激光位移傳感器的初始測量位置稱其為13位0度 處，以此類推激光位移傳感器從初始測量位置起按高度間距1依次向下移動就具有14位0度 處、1 5位0度處…和lk位0度處，不斷重復(fù)上述②-④能夠計算出被測圓柱形滾子在13位時的 平均曲率半徑R 3、14位時的平均曲率半徑R4…和lk位時的平均曲率半徑R k;
[0019 ] 將上述k次測量得到的Ri、R2、R3、R4、…Rk通過計算機計算出總曲率半徑恥：
[0021]再通過計算機就能夠比較出被測圓柱形滾子的總曲率半徑似.是否滿足R之設(shè)計要 求。
[0022]由于采用如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生如下積極效果：
[0023] 1、本發(fā)明能夠一次性測量不同規(guī)格圓柱形滾子在不同圓弧處的曲率半徑，從而實 現(xiàn)對圓柱形滾子表面輪廓的識別，并自動識別出合格的圓柱形滾子。
[0024] 2、本發(fā)明采用非接觸式測量方法，在測量過程中不會破壞圓柱形滾子表面圓弧的 精密結(jié)構(gòu)和輪廓。
[0025] 3、利用激光位移傳感器測量圓柱形滾子同一高度處兩段不同圓弧的曲率半徑，再 利用最小二乘法擬合出該高度處的曲率半徑，重復(fù)相同的過程就能測量其它高度處的曲率 半徑，從而計算出圓柱形滾子的總曲率半徑，并判斷出總曲率半徑是否符合設(shè)計要求。
[0026] 4、本發(fā)明能提高圓柱形滾子曲率半徑的測量精度，避免人工誤差，從整體上能有 效提高圓柱形滾子的出廠性能。
[0027] 5、本發(fā)明的測量方法更能滿足工業(yè)檢測和精細生產(chǎn)的實際需要。
【附圖說明】
[0028]圖1是測量裝置的局部結(jié)構(gòu)示意簡圖。
[0029] 圖1中：1-基座；2-二維移動活動架;3-支架;4-激光位移傳感器;5-被測圓柱形滾 子;6-夾緊套;7-氣浮轉(zhuǎn)臺；8-氣浮軸承;9-伺服電機。
【具體實施方式】
[0030] 本發(fā)明是一種圓柱形滾子曲率半徑的測量方法，本發(fā)明利用激光位移傳感器測量 圓柱形滾子同一高度處兩段不同圓弧的曲率半徑，再利用最小二乘法擬合出該高度處的曲 率半徑，重復(fù)相同的過程就能測量其它高度處的曲率半徑，從而計算出圓柱形滾子的總曲 率半徑，并判斷出總曲率半徑是否符合設(shè)計要求。
[0031] 結(jié)合圖1，本發(fā)明的方法使用到一套測量裝置，所述測量裝置包括基座1、二維移動 活動架2、支架3、激光位移傳感器4、夾緊套6、氣浮轉(zhuǎn)臺7、氣浮軸承8及伺服電機9,伺服電機 9的旋轉(zhuǎn)角度及旋轉(zhuǎn)速度VI和V2均由計算機控制，其中VI <V2，VI和V2可根據(jù)被測圓柱形滾子 5的測量要求而提前設(shè)定。
[0032] 激光位移傳感器檢測到的被測圓柱形滾子曲率半徑數(shù)據(jù)被輸入該計算機中，該計 算機還存儲有最小二乘擬合法，通過該最小二乘擬合法能夠計算出被測圓柱形滾子的曲率 半徑，被測圓柱形滾子在磨削加工時具有定位端，所述定位端在磨削加工時已做出顯示標 記，給定圓柱形滾子的設(shè)計曲率半徑為R。
[0033] 所述測量裝置的聯(lián)接關(guān)系簡述如下：
[0034]基座上一側(cè)配置有二維移動活動架，二維移動活動架具有固定的垂直架和隨所述 垂直架上下移動的水平架，在所述水平架的任一端下方通過螺紋聯(lián)接能左右移動的支架， 支架上固定有激光位移傳感器，所述水平架能帶動激光位移傳感器實現(xiàn)上下移動，所述水 平架沿所述垂直架上下移動的方式可以是手動的，也可以是自動的，而左右移動的支架能 夠調(diào)節(jié)激光位移傳感器與被測圓柱形滾子表面的間距。
[0035]基座上另一側(cè)配置有氣浮軸承，安裝在基座下端的伺服電機輸出軸穿過氣浮軸承 后與氣浮轉(zhuǎn)臺聯(lián)接，氣浮轉(zhuǎn)臺水平位于氣浮軸承上端面并保證氣浮軸承旋轉(zhuǎn)時氣浮轉(zhuǎn)臺隨 其同步轉(zhuǎn)動，氣浮轉(zhuǎn)臺中心線與伺服電機輸出軸中心線在聯(lián)接后是重合的，在氣浮轉(zhuǎn)臺的 上端面配裝有能拆卸的夾緊套，配裝夾緊后的夾緊套中心線與氣浮轉(zhuǎn)臺的中心線重合。
[0036] 在所述測量裝置的協(xié)助下，本發(fā)明的測量方法按如下步驟進行：
[0037] ①將被測圓柱形滾子的所述定位端平放在氣浮轉(zhuǎn)臺上使被測圓柱形滾子的中心 軸線垂直于氣浮轉(zhuǎn)臺水平面，通過夾緊套將被測圓柱形滾子的所述定位端處夾緊，從夾緊 套上端沿處到被測圓柱形滾子上端沿處的總高度設(shè)定為L，共測量k次，則每次測量的高度 間距為l=L/k，k為自然正整數(shù)，對于被測圓柱形滾子而言，若L=15mm，則建議k23,這是因 為被測圓柱形滾子的曲率半徑變化不大而致，測量3次取上中下三個位置心、1? 2和1?3即可。夾 緊套具有一定高度，夾緊套在高度方向與氣浮轉(zhuǎn)臺接觸的稱其為夾緊套下端沿處，反之稱 其為夾緊套上端沿處。調(diào)節(jié)所述水平架使激光位移傳感器先對準被測圓柱形滾子上端沿處 的圓弧，此時激光位移傳感器的初始測量位置稱其為度處，由此看出本發(fā)明采用非接 觸式測量方法，在測量過程中不會破壞圓柱形滾子表面圓弧的精密結(jié)構(gòu)和輪廓。
[0038] ②啟動伺服電機按順時針方向并以V1旋轉(zhuǎn)30度，此時被測圓柱形滾子旋轉(zhuǎn)30度時 的位置被標記為1!位30度處，從所述11位0度處到所述l^i30度處激光位移傳感器對被測圓 柱形滾子的圓弧處進行測量并得出lHil數(shù)據(jù)，所述lHil數(shù)據(jù)被輸入計算機中，計算機利用 最小二乘擬合法能夠求解出所述lHil數(shù)據(jù)的曲率半徑η。
[0039] ③啟動伺服電機按順時針方向從所述lHi30度處出發(fā)并以速度V2旋轉(zhuǎn)180度，此時 被測圓柱形滾子旋轉(zhuǎn)180度時的位置被標記為lHi210度處，所述lHi210度處不需要測量曲 率半徑，是一個過渡過程。
[0040] ④啟動伺服電機按順時針方向從所述lHi210度處出發(fā)并以V1旋轉(zhuǎn)30度，此時被測 圓柱形滾子旋轉(zhuǎn)30度時的位置被標記為lHi240度處，從所述lHi210度處到所述零lHi240 度處激光位移傳感器對被測圓柱形滾子的圓弧處進行測量并得出h位Π 數(shù)據(jù)，所述h位Π 數(shù)據(jù)被輸入計算機中，計算機利用最小二乘擬合法能夠求解出所述1:位Π 數(shù)據(jù)的曲率半徑
能夠計算出被測圓柱形滾子在h位時的平均曲率半徑Ru
[0041] ⑤將所述水平架向下移動第一個高度間距1使激光位移傳感器對準被測圓柱形滾 子的h位處圓弧，此時激光位移傳感器的初始測量位置稱其為h位〇度處，重復(fù)上述②-④能 夠計算出被測圓柱形滾子在1 2位時的平均曲率半徑r2。
[0042] ⑥在上述⑤的基礎(chǔ)上將所述水平架再向下移動第二個高度間距1使激光位移傳感 器對準被測圓柱形滾子的13位處圓弧，此時激光位移傳感器的初始測量位置稱其為13位0度 處，以此類推激光位移傳感器從初始測量位置起按高度間距1依次向下移動就具有14位0度 處、1 5位0度處…和lk位0度處，不斷重復(fù)上述②-④能夠計算出被測圓柱形滾子在13位時的 平均曲率半徑R 3、14位時的平均曲率半徑R4…和lk位時的平均曲率半徑R k。
[0043] 將上述k次測量得到的Ri、R2、R3、R4、…Rk通過計算機計算出總曲率半徑1^,:
[0045]再通過計算機就能夠比較出被測圓柱形滾子的總曲率半徑似.是否滿足R之設(shè)計要 求，圓柱形滾子的設(shè)計曲率半徑R是具有一定公差范圍的，R總只要落入該公差范圍內(nèi)，計算 機就能即時做出合格判斷，否則就會做出不合格判斷，由此看出本發(fā)明能夠一次性測量不 同規(guī)格被測圓柱形滾子在不同圓弧處的曲率半徑，從而實現(xiàn)對被測圓柱形滾子表面輪廓的 識別，并自動識別出合格的被測圓柱形滾子，滿足圓柱形滾子的工業(yè)化檢測和精細生產(chǎn)需 求。
[0046]上述是從上到下的測量方法，本發(fā)明從下到上來測量被測圓柱形滾子的曲率半徑 同樣是可行的，此時調(diào)節(jié)所述水平架使激光位移傳感器先對準夾緊套上端沿處被測圓柱形 滾子的圓弧，則激光位移傳感器的初始測量位置稱其為1:位〇度處，通過上述②-④即可計 算出被測圓柱形滾子在h位時的平均曲率半徑Ri，之后將所述水平架向上移動第一個高度 間距1使激光位移傳感器對準被測圓柱形滾子的1 2位處圓弧，此時激光位移傳感器的初始 測量位置稱其為12位〇度處，再重復(fù)⑤-⑥即可得出總曲率半徑R總，未述部分參見所述技術(shù) 方案。
【主權(quán)項】
1. 一種圓柱形滾子曲率半徑的測量方法，該測量方法使用到一套測量裝置，所述測量 裝置包括基座（1)、二維移動活動架(2)、支架(3)、激光位移傳感器(4)、夾緊套(6)、氣浮轉(zhuǎn) 臺（7)、氣浮軸承(8)及伺服電機(9)，伺服電機(9)的旋轉(zhuǎn)角度及旋轉(zhuǎn)速度^和^均由計算機 控制，其中 V1<V2，激光位移傳感器(4)檢測到的被測圓柱形滾子(5)曲率半徑數(shù)據(jù)被輸入該 計算機中，該計算機還存儲有最小二乘擬合法，通過該最小二乘擬合法能夠計算出被測圓 柱形滾子(5)的曲率半徑，被測圓柱形滾子(5)在磨削加工時具有定位端，所述定位端在磨 削加工時已做出顯示標記，給定圓柱形滾子的設(shè)計曲率半徑為R，其特征是： 基座（1)上一側(cè)配置有二維移動活動架(2 )，二維移動活動架（2)具有固定的垂直架和 隨所述垂直架上下移動的水平架，在所述水平架的任一端下方通過螺紋聯(lián)接能左右移動的 支架(3)，支架(3)上固定有激光位移傳感器(4); 基座（1)上另一側(cè)配置有氣浮軸承(8)，安裝在基座（1)下端的伺服電機(9)輸出軸穿過 氣浮軸承(8)后與氣浮轉(zhuǎn)臺（7)聯(lián)接，氣浮轉(zhuǎn)臺（7)水平位于氣浮軸承(8)上端面，氣浮轉(zhuǎn)臺 (7)中心線與伺服電機(9)輸出軸中心線在聯(lián)接后是重合的，在氣浮轉(zhuǎn)臺（7)的上端面配裝 有能拆卸的夾緊套(6)，配裝夾緊后的夾緊套(6)中心線與氣浮轉(zhuǎn)臺（7)的中心線重合； 測量被測圓柱形滾子(5)的曲率半徑按如下步驟進行： ① 將被測圓柱形滾子(5)的所述定位端平放在氣浮轉(zhuǎn)臺（7)上使被測圓柱形滾子(5)的 中心軸線垂直于氣浮轉(zhuǎn)臺（7)水平面，通過夾緊套(6)將被測圓柱形滾子(5)的所述定位端 處夾緊，從夾緊套(6)上端沿處到被測圓柱形滾子(5)上端沿處的總高度設(shè)定為L，共測量k 次，則每次測量的高度間距為1 = L/k，k為自然正整數(shù)，調(diào)節(jié)所述水平架使激光位移傳感器 (4)先對準被測圓柱形滾子(5)上端沿處的圓弧，此時激光位移傳感器(4)的初始測量位置 稱其為li位〇度處； ② 啟動伺服電機(9)按順時針方向并以V1旋轉(zhuǎn)30度，此時被測圓柱形滾子(5)旋轉(zhuǎn)30度 時的位置被標記為1:位30度處，從所述度處到所述l^i30度處激光位移傳感器(4)對 被測圓柱形滾子(5)的圓弧處進行測量并得出lHil數(shù)據(jù)，所述lHil數(shù)據(jù)被輸入計算機中， 計算機利用最小二乘擬合法能夠求解出所述1:位1數(shù)據(jù)的曲率半徑η; ③ 啟動伺服電機(9)按順時針方向從所述lHi30度處出發(fā)并以速度V2旋轉(zhuǎn)180度，此時 被測圓柱形滾子(5)旋轉(zhuǎn)180度時的位置被標記為l^i210度處； ④ 啟動伺服電機(9)按順時針方向從所述lHi210度處出發(fā)并以V1旋轉(zhuǎn)30度，此時被測 圓柱形滾子(5)旋轉(zhuǎn)30度時的位置被標記為h位240度處，從所述h位210度處到所述零1:位 240度處激光位移傳感器(4)對被測圓柱形滾子(5)的圓弧處進行測量并得出lHin數(shù)據(jù)， 所述lHin數(shù)據(jù)被輸入計算機中，計算機利用最小二乘擬合法能夠求解出所述lHin數(shù)據(jù) 的曲率半徑r2，計算機通過能夠計算出被測圓柱形滾子(5)在h位時的平均曲 率半徑Ri; ⑤ 將所述水平架向下移動第一個高度間距1使激光位移傳感器(4)對準被測圓柱形滾 子(5)的12位處圓弧，此時激光位移傳感器(4)的初始測量位置稱其為1 2位0度處，重復(fù)上述 ②-④能夠計算出被測圓柱形滾子(5)在12位時的平均曲率半徑R 2; ⑥ 在上述⑤的基礎(chǔ)上將所述水平架再向下移動第二個高度間距1使激光位移傳感器 (4)對準被測圓柱形滾子(5)的13位處圓弧，此時激光位移傳感器(4)的初始測量位置稱其 為13位0度處，以此類推激光位移傳感器(4)從初始測量位置起按高度間距1依次向下移動 就具有1 4位〇度處、15位〇度處…和度處，不斷重復(fù)上述②-④能夠計算出被測圓柱形滾 子(5)在1 3位時的平均曲率半徑R3、14位時的平均曲率半徑R4…和lk位時的平均曲率半徑Rk; 將上述k次測量得到的Ri、R 2、R3、R4、通過計算機計算出總曲率半徑R總：再通過計算機就能夠比較出被測圓柱形滾子(5)的總曲率半徑R總是否滿足R之設(shè)計要 求。
【文檔編號】G01B11/255GK105865374SQ201610173245
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】王中宇
【申請人】洛陽亨基智能數(shù)控裝備科技有限公司