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专利名称：轴承直径与滚道半径测量的装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种 轴承直径与滚道半径测量的装置及其方法。
背景技术：
滚动轴承的体积大，对产品的要求精度高，目前采用乔尺的测量方式，由于人工测量的误差大，且方法的不准确性，只能大致的测量出轴承的直径。目前急需设计一个精密的测量仪器，对轴承内圈外圈进行真实测试和采集。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种轴承直径与滚道半径测量的装置及其方法。本发明的目的通过以下技术方案来实现
轴承直径与滚道半径测量的装置，特点包括机架、水平旋转机构和工作台，机架的底部安装有移动轮，在机架的下方布置有支架，支架上安装有水平旋转机构，水平旋转机构上固定有工作台，机架上沿纵向布置有左直线运动机构和右直线运动机构，左直线运动机构与右直线运动机构相平行，左直线运动机构上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的左外位移传感器和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的左内位移传感器，右直线运动机构上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的右外位移传感器和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的右内位移传感器，左外位移传感器、左内位移传感器、右外位移传感器和右内位移传感器位于工作台之上，左外位移传感器、左内位移传感器、右外位移传感器和右内位移传感器通过数据线连接数据处理与计算系统。进一步地，上述的轴承直径与滚道半径测量的装置，所述左外位移传感器、左内位移传感器、右外位移传感器和右内位移传感器均为二维线激光位移传感器。本发明轴承直径与滚道半径测量的方法，左外位移传感器与右外位移传感器为一对，左内位移传感器与右内位移传感器为一对，左外位移传感器与右外位移传感器检测轴承外圈，左内位移传感器与右内位移传感器检测轴承内圈，通过传感器测量出被测物体截面上的每一个点的坐标，坐标的基准是以传感器自身的位置为基准，根据截面轮廓曲线中各个点的坐标得到测量的滚道拟合的圆心的坐标；
如果左外位移传感器与右外位移传感器之间的距离为LI，测量得到圆心的坐标(xl, yl), (x2, y2)
则整个轴承的直径为Ll-yl_y2
如果左内位移传感器与右内位移传感器之间的距离为L2，测量得到的圆心的坐标(x3,y3) (x4, y4)
则整个轴承的直径为L2+yl+y2 具体包括以下步骤
(I)检测时左直线运动机构与右直线运动机构在水平方向沿纵向Y轴移动一小段距离，使传感器的光带在移动过程中经过轴承的圆心，左外位移传感器采集轴承左侧外表面轮廓坐标数据，左内位移传感器采集轴承左侧内表面轮廓坐标数据，右外位移传感器采集轴承右侧外表面轮廓坐标数据，右内位移传感器采集轴承右侧内表面轮廓坐标数据，将采集的轴承轮廓数据发送给数据处理与计算系统保存；
(2)左直线运动机构与右直线运动机构在水平方向沿纵向Y轴移动结束之后，数据处理与计算系统对所采集的轮廓数据进行分析，找出经过圆心的那组数据；
(3)根据得到的经过圆心的那组数据，进行圆拟合，得到圆心相对于传感器(内圈是两边的传感器，外圈是里面的两个传感器)的坐标位置以及轴承滚道的半径；
(4)利用每对传感器的之间的距离和滚道拟合出来的两个圆的圆心相对于各自传感器的距离，计算出两个圆心之间的距离，也是整个轴承的直径；· (5)水平旋转机构带动工作台上的轴承内圈和外圈旋转，重复上述步骤(I) (4)得到滚道半径R，整个轴承直径D ；
(6)水平旋转机构带动工作台上的轴承内圈和外圈旋转a度，重复上述步骤(I) (4)，
转动 N=—次,得到A、％、％......Jh Jh......;
(7)最后求出滚道半径和轴承直径宇。更进一步地，上述的轴承直径与滚道半径测量的方法，步骤(2)，轮廓数据分析的
方法是针对每组轮廓曲线找到构成此曲线所有坐标中Y轴方向的最小值吟，将每组的Me
都存在一个数组H中，对数组H进行计算，轴承外圈测量时找出最小值，轴承内圈测量时找出最大值，从而找出经过圆心的那组轮廓数据。更进一步地，上述的轴承直径与滚道半径测量的方法，步骤(3)，圆拟合的方法为
①在滚道轮廓中任取三个点，组成一个三角·形，然后得到这个三角形的外接圆，进而求出外接圆的圆心坐标(4，K)以及圆心到三个点的距离A，即滚道半径；
②步骤①重复m次，得到外接圆的圆心坐标4, ……ZotF1，Y2，Y3……
以及滚道半径A, A, D3…… ;
③最后求出圆心坐标(f，t)和滚道半径t。再进一步地，上述的轴承直径与滚道半径测量的方法，步骤(3)，圆拟合的方法为
①先计算出滚道轮廓坐标中X与Y坐标的平均值，以平均值的X，Y作为圆心的坐标，然后计算所有轮廓的坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值AR ；②移动前次得到的圆心坐标在坐标系中沿Y轴的正方向以O.OOlmm为单位进行移动得到新的圆心坐标，然后计算轮廓坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值
比大时，则之前的圆心坐标沿Y轴的负方向以O. OOlmm为单位进行移动得到新的圆心坐标，进而得到新的方差值;
当比小时，此时的圆心坐标沿Y轴负方向以O. OOlmm为单位继续移动得到新的圆心坐标，得到新的方差值;当_:， 2比小时，则继续沿Y轴负方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到比大时，那之前的圆心坐标定为(广A;
比^巧小时，则继续沿Y轴正方向移动，然后得到新的方差值,当比小时，则继续沿Y轴正方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到Δ￡^比大时，那之前的圆心坐标定为，F'').
③移动步骤②中的圆心坐标在坐标系中沿X轴的正方向以O.OOlmm为单位进行移动得到新的圆心坐标，然后计算轮廓坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值&乓‘1 ；
&Ei，i比^巧^大时，则之前的圆心坐标沿X轴的负方向以O. OOlmm为单位进行移动得
到新的圆心坐标，进而得到新的方差值；
当Δ￡+1比小时，此时的圆心坐标沿X轴负方向以O. OOlmm为单位继续移动得到
新的圆心坐标，得到新的方差值码< ;当碼< 比Al1小时，则继续沿X轴负方向移动，然
后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到比大时，那之前的圆心坐标就为所要求的坐标；&Ε·^1比^乓小时，则继续沿X轴正方向移动，然后得到新的方差值ΔΕμ ,当比ASt1小时，则继续沿X轴正方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到
吗:ζ比大时，那之前的圆心坐标就为所要求的坐标。本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在
本发明装置对轴承内圈外圈进行轮廓采集，并对采集得到的数据进行初步的分析与处理，最后在计算机中上对取得的大量数据进行计算得到最后精准的轴承的滚道半径以及整个轴承的直径。二维线激光位移传感器对轴承表面的轮廓进行坐标采集，传感器采集的所有轮廓数据保存在计算机，数据处理与计算系统对保存的 数据进行查找，找出传感器经过与圆心时采集的那组滚道轮廓数据，然后进行圆拟合得到圆心相对于传感器的距离及滚道半径。


下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明
图I:本发明的结构示意图。
具体实施例方式本发明提供一种轴承直径与滚道半径测量的装置及其方法，对轴承内圈外圈进行真实测试和采集，并对采集得到的数据进行初步的分析与处理，最后在计算机中上对取得的大量数据进行计算得到最后精准的轴承的内道半径以及整个轴承的半径。如图I所示，轴承直径与滚道半径测量的装置，包括机架I、水平旋转机构3和工作台4，机架I的底部安装有移动轮，在机架I的下方布置有支架2，支架2上安装有水平旋转机构3，水平旋转机构3上固定有工作台4，机架I上沿纵向布置有左直线运动机构9和右直线运动机构10，伺服电机驱动左直线运动机构9和右直线运动机构10在水平面上沿Y轴进行移动，左直线运动机构9与右直线运动机构10相平行,左直线运动机构9上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的左外位移传感器5和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的左内位移传感器6，右直线运动机构10上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的右外位移传感器7和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的右内位移传感器8，左外位移传感器5、左内位移传感器6、右外位移传感器7和右内位移传感器8位于工作台4之上,左外位移传感器5、左内位移传感器6、右外位移传感器7和右内位移传感器8通过数据线连接数据处理与计算系统；左外位移传感器5、左内位移传感器6、右外位移传感器7和右内位移传感器8均为二维线激光位移传感器。上述装置进行轴承直径与滚道半径测量时，左外位移传感器5与右外位移传感器7为一对,左内位移传感器6与右内位移传感器8为一对,左外位移传感器5与右外位移传感器7检测轴承11的外圈，左内位移传感器6与右内位移传感器8检测轴承11的内圈，通过传感器测量出被测物体截面上的每一个点的坐标，坐标的基准是以传感器自身的位置为基准，根据截面轮廓曲线中各个点的坐标得到测量的滚道拟合的圆心的坐标；如果左外位移传感器5与右外位移传感器7之间的距离为LI，测量得到圆心的坐标(xl, yl)，(x2, y2)
则整个轴承的直径为Ll-yl_y2 如果左内位移传感器6与右内位移传感器8之间的距离为L2，测量得到的圆心的坐标(x3,y3) (x4, y4)
则整个轴承的直径为L2+yl+y2 具体包括以下步骤
(1)检测时左直线运动机构9与右直线运动机构10在水平方向沿纵向Y轴移动一小段距离，使传感器的光带在移动过程中经过轴承的圆心，左外位移传感器5采集轴承左侧外表面轮廓坐标数据，左内位移传感器6采集轴承左侧内表面轮廓坐标数据，右外位移传感器7采集轴承右侧外表面轮廓坐标数据，右内位移传感器8采集轴承右侧内表面轮廓坐标数据，将采集的轴承轮廓数据发送给数据处理与计算系统保存；
(2)左直线运动机构与右直线运动机构在水平方向沿纵向Y轴移动结束之后，数据处理与计算系统对所采集的轮廓数据进行分析，找出经过圆心的那组数据；轮廓数据分析的
方法是针对每组轮廓曲线找到构成此曲线所有坐标中Y轴方向的最小值吟，将每组的吟
都存在一个数组H中，对数组H进行计算，轴承外圈测量时找出最小值，轴承内圈测量时找出最大值，从而找出经过圆心的那组轮廓数据；
(3)根据得到的经过圆心的那组数据，进行圆拟合，得到圆心相对于传感器(内圈是两边的传感器，外圈是里面的两个传感器)的坐标位置以及轴承滚道的半径；其中，圆拟合的第一种方法为
①在滚道轮廓中任取三个点，组成一个三角形，然后得到这个三角形的外接圆，进而求出外接圆的圆心坐标(4，K)以及圆心到三个点的距离A，即滚道半径；
②步骤①重复m次，得到外接圆的圆心坐标A,A , ……, F2 , F3……Ym 以及滚道半径……Dm ;
V γτη vym.
③最后求出圆心坐标(f，￥)和滚道半径^；
圆拟合的第二种方法为
①先计算出滚道轮廓坐标中X与Y坐标的平均值，以平均值的X，Y作为圆心的坐标，然后计算所有轮廓的坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值^巧;
②移动前次得到的圆心坐标在坐标系中沿Y轴的正方向以O.OOlmm为单位进行移动得到新的圆心坐标，然后计算轮廓坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值
肋 i-l ;Δ￡ μ比ΔΙ)ε大时，则之前的圆心坐标沿Y轴的负方向以O. OOlmm为单位进行移动得到新的圆心坐标，进而得到新的方差值;
当叫社比^巧小时，此时的圆心坐标沿Y轴负方向以O. OOlmm为单位继续移动得到新的圆心坐标，得到新的方差值MW:;当^^2比·:^小时，则继续沿Y轴负方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到比大时，那之前的圆心坐标定为(r，r'); 比ΔΙ^小时，则继续沿Y轴正方向移动，然后得到新的方差值,当ΔΙ^_比
小时，则继续沿Y轴正方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找
到Δ￡3 τ2比ΔΖ η大时，那之前的圆心坐标定为,，Ff).
③移动步骤②中的圆心坐标，F')在坐标系中沿X轴的正方向以O. OOlmm为单位进行移动得到新的圆心坐标，然后计算轮廓坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值&乓+1 ;
h大时，则之前的圆心坐标沿X轴的负方向以O. OOlmm为单位进行移动得
到新的圆心坐标，进而得到新的方差值；
当碼+1比^^3 小时，此时的圆心坐标沿X轴负方向以O. OOlmm为单位继续移动得到
新的圆心坐标，得到新的方差值叫+:;当吨W比叫，!小时，则继续沿X轴负方向移动，然
后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到比ΔΑμ大时，那之前的圆心坐标就为所要求的坐标；
比^小时，则继续沿X轴正方向移动，然后得到新的方差值Δ^_2 ,当Δ￡_2比小时，则继续沿X轴正方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到&Ε·^2比6乓+1大时，那之前的圆心坐标就为所要求的坐标；
(4)利用每对传感器的之间的距离和滚道拟合出来的两个圆的圆心相对于各自传感器的距离，计算出两个圆心之间的距离，也是整个轴承的直径；
(5)水平旋转机构带动工作台上的轴承内圈和外圈旋转，重复上述步骤(I) (4)得到滚道半径R，整个轴承直径D ；
(6)水平旋转机构带动工作台上的轴承内圈和外圈旋转a度，重复上述步骤(I) (4)，
g
转动 N= 次，得到A 為為......Rn，D1、D:、D3......Dn ;
(7)最后求出滚道半径f和轴承直径f。
·
在移动中找到经过圆心的测量位置；根据激光位移传感器本身的相对位置，以及投射到轴承滚道的图像的图像处理算法拟合出滚道的半径及圆心相对于传感器的坐标。计算出来滚道的半径以及轴承的直径。上述装置对轴承内圈外圈进行轮廓采集，并对采集得到的数据进行初步的分析与处理，最后在计算机中上对取得的大量数据进行计算得到最后精准的轴承的滚道半径以及整个轴承的直径。数据采集部分是用二维线激光位移传感器对轴承表面的轮廓进行坐标采集，传感器采集的所有轮廓数据保存在计算机，数据处理与计算系统对保存的数据进行查找，找出传感器经过与圆心时采集的那组滚道轮廓数据，然后进行圆拟合得到圆心相对于传感器的距离及滚道半径。需要理解到的是以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.轴承直径与滚道半径测量的装置，其特征在于包括机架、水平旋转机构和工作台，机架的底部安装有移动轮，在机架的下方布置有支架，支架上安装有水平旋转机构，水平旋转机构上固定有工作台，机架上沿纵向布置有左直线运动机构和右直线运动机构，左直线运动机构与右直线运动机构相平行，左直线运动机构上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的左外位移传感器和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的左内位移传感器，右直线运动机构上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的右外位移传感器和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的右内位移传感器，左外位移传感器、左内位移传感器、右外位移传感器和右内位移传感器位于工作台之上，左外位移传感器、左内位移传感器、右外位移传感器和右内位移传感器通过数据线连接数据处理与计算系统。
2.根据权利要求I所述的轴承直径与滚道半径测量的装置，其特征在于所述左外位移传感器、左内位移传感器、右外位移传感器和右内位移传感器均为二维线激光位移传感器。
3.利用权利要求I所述的装置进行轴承直径与滚道半径测量的方法，其特征在于左外位移传感器与右外位移传感器为一对，左内位移传感器与右内位移传感器为一对，左外位移传感器与右外位移传感器检测轴承外圈，左内位移传感器与右内位移传感器检测轴承内圈，通过传感器测量出被测物体截面上的每一个点的坐标，坐标的基准是以传感器自身的位置为基准，根据截面轮廓曲线中各个点的坐标得到测量的滚道拟合的圆心的坐标； 如果左外位移传感器与右外位移传感器之间的距离为LI，测量得到圆心的坐标(xl, yl), (x2, y2) 则整个轴承的直径为Ll-yl_y2 如果左内位移传感器与右内位移传感器之间的距离为L2，测量得到的圆心的坐标(x3,y3) (x4, y4) 则整个轴承的直径为L2+yl+y2 具体包括以下步骤 (1)检测时左直线运动机构与右直线运动机构在水平方向沿纵向Y轴移动一小段距离，使传感器的光带在移动过程中经过轴承的圆心，左外位移传感器采集轴承左侧外表面轮廓坐标数据，左内位移传感器采集轴承左侧内表面轮廓坐标数据，右外位移传感器采集轴承右侧外表面轮廓坐标数据，右内位移传感器采集轴承右侧内表面轮廓坐标数据，将采集的轴承轮廓数据发送给数据处理与计算系统保存； (2)左直线运动机构与右直线运动机构在水平方向沿纵向Y轴移动结束之后，数据处理与计算系统对所采集的轮廓数据进行分析，找出经过圆心的那组数据； (3)根据得到的经过圆心的那组数据，进行圆拟合，得到圆心相对于传感器的坐标位置以及轴承滚道的半径； (4)利用每对传感器的之间的距离和滚道拟合出来的两个圆的圆心相对于各自传感器的距离，计算出两个圆心之间的距离，也是整个轴承的直径； (5)水平旋转机构带动工作台上的轴承内圈和外圈旋转，重复上述步骤(I) (4)得到滚道半径R，整个轴承直径D ； (6)水平旋转机构带动工作台上的轴承内圈和外圈旋转a度，重复上述步骤(I) (4)，转动 N=~f 次，得到......Rn，Di^D2 >-°l......Dn ; (7)最后求出滚道半径^和轴承直径。
4.根据权利要求3所述的轴承直径与滚道半径测量的方法，其特征在于步骤(2)，轮廓数据分析的方法是针对每组轮廓曲线找到构成此曲线所有坐标中Y轴方向的最小值巧，将每组的％都存在一个数组H中，对数组H进行计算，轴承外圈测量时找出最小值，轴承内圈测量时找出最大值，从而找出经过圆心的那组轮廓数据。
5.根据权利要求3所述的轴承直径与滚道半径测量的方法，其特征在于步骤(3)，圆拟合的方法为 ①在滚道轮廓中任取三个点，组成一个三角形，然后得到这个三角形的外接圆，进而求出外接圆的圆心坐标(馬，K)以及圆心到三个点的距离A，即滚道半径； ②步骤①重复m次，得到外接圆的圆心坐标A,A , ……, , ……I 以及滚道半径A,A,D3……Dm . ③最后求出圆心坐标(f, t)和滚道半径O
6.根据权利要求3所述的轴承直径与滚道半径测量的方法，其特征在于步骤(3)，圆拟合的方法为 ①先计算出滚道轮廓坐标中X与Y坐标的平均值，以平均值的X，Y作为圆心的坐标，然后计算所有轮廓的坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值&巧； ②移动前次得到的圆心坐标在坐标系中沿Y轴的正方向以0.OOlmm为单位进行移动得到新的圆心坐标，然后计算轮廓坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值仙 i+l ; 碼竹比AR大时，则之前的圆心坐标沿Y轴的负方向以0. OOlmm为单位进行移动得到新的圆心坐标，进而得到新的方差值^； 当瑪*比小时，此时的圆心坐标沿Y轴负方向以0. OOlmm为单位继续移动得到新的圆心坐标，得到新的方差值比AD1U小时，则继续沿Y轴负方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到比大时，那之前的圆心坐标定为(X1 ’ i")； ADm比小时，则继续沿Y轴正方向移动，然后得到新的方差值,当碼_:比 小时,则继续沿Y轴正方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到A￡ E_:比大时，那之前的圆心坐标定为,，F ). ③移动步骤②中的圆心坐标在坐标系中沿X轴的正方向以0.001mm为单位进行移动得到新的圆心坐标，然后计算轮廓坐标到圆心的距离组成一个数组，并计算此数组的方差值^^-1 ； A-I比大时，则之前的圆心坐标沿X轴的负方向以0. OOlmm为单位进行移动得到新的圆心坐标，进而得到新的方差值；· 当AEm比小时，此时的圆心坐标沿X轴负方向以0. OOlmm为单位继续移动得到新的圆心坐标，得到新的方差值瑪< ;当吨^比叫^小时，则继续沿X轴负方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到比大时，那之前的圆心坐标就为所要求的坐标； h比叫小时，则继续沿X轴正方向移动，然后得到新的方差值碼^ ,当叫比小时,则继续沿X轴正方向移动，然后比较新得到的方差值与之前的方差值，直到找到At—:比大时，那之前的圆心坐标就为所要求的坐标。
全文摘要
本发明涉及轴承直径与滚道半径测量的装置及方法，在机架的下方布置有支架，支架上安装有水平旋转机构，水平旋转机构上固定有工作台，机架上沿纵向布置有左直线运动机构和右直线运动机构，左直线运动机构与右直线运动机构相平行，左直线运动机构上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的左外位移传感器和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的左内位移传感器，右直线运动机构上并列安装有用于采集轴承外表面轮廓坐标数据的右外位移传感器和用于采集轴承内表面轮廓坐标数据的右内位移传感器，传感器均连接数据处理与计算系统。对轴承内圈外圈进行轮廓采集并分析与处理，对大量数据进行计算得到最后精准的轴承的滚道半径以及整个轴承的直径。
文档编号G01B11/08GK102735179SQ20121019374
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者石文华 申请人:苏州致幻工业设计有限公司