一種非接觸式軸承套圈內徑測量裝置的製作方法

2023-04-23 22:38:07

本發明涉及一種非接觸式軸承套圈內徑測量裝置。

背景技術：

軸承是一種高精密機械零件，其尺寸、幾何形狀是軸承精度等級的主要因素，測量是評判尺寸、幾何形狀等的必需手段。目前，在軸承加工過程及其成品測量中大多採用軸承專用儀器實現測量。軸承專用儀器具有操作簡單、易學、價廉、耐用、測量效率較高等優點，但也存在一定局限性，具體如下：

（1）軸承專用儀器所用硬質合金測頭在測量過程中對軸承零件表面易造成劃傷，普通軸承還可接受，但高精密軸承任何一點微小的瑕疵都會影響產品質量，這是絕對不允許的。

（2）對一些薄壁軸承，在專用儀器上手動測量，手的外力對測量結果造成很大影響，遠遠滿足不了軸承精度對測量的要求。

（3）專用儀器示值誤差較大，無法滿足部分精密軸承的測量需求。

（4）採用其他高精度計量儀器，存在著許多不足：①接觸測量多為兩點確定直徑的測量方法，一次只能測量一個直徑，滿足不了軸承檢測標準對平均直徑、直徑變動量等參數要求，而且時間長，效率低。②接觸測量均有測力，對薄壁軸承零件也有影響。③接觸測量均會對零件表面造成不同程度的劃傷。④非接觸測量測量準確度較低，受測量原理的限制，個別需求無法完成測量。

在授權公告號為CN101733680B的中國發明專利中公開了一種大型軸承滾道的非接觸式在線測量的方法，利用安裝在數控工具機上的雷射位移傳感器實現對軸承滾道的非接觸式測量，但這種測量方法所使用的測量裝置中僅配置單個雷射位移傳感器，既無法實現對軸承套圈內外徑尺寸的半徑測量，也無法實現對軸承套圈內外徑尺寸的直徑測量，依然無法解決高精密軸承的套圈內外徑尺寸的精確測量的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種結構簡單、測量精度高的非接觸式軸承套圈內徑測量裝置。

為實現上述目的，本發明所提供的非接觸式軸承套圈內徑測量裝置的技術方案是：一種非接觸式軸承套圈內徑測量裝置，包括傳感器安裝架，傳動器安裝架上設有沿軸承套圈徑向間隔分布的兩雷射位移傳感器，兩雷射位移傳感器分別具有用於在雷射位移傳感器插入軸承套圈中時向外朝向軸承套圈內表面的測頭，測量裝置還包括用於實現待測軸承套圈與兩雷射位移傳感器相對轉動的轉動驅動機構。

將兩雷射位移傳感器間隔分布方向定義為左右方向，所述兩雷射位移傳感器沿左右方向間距可調的裝配在所述傳感器安裝架上。

所述兩雷射位移傳感器分別通過移動架安裝在傳感器安裝架上，傳感器安裝架上設有沿左右方向延伸以用於調整兩雷射位移傳感器相向、相背移動的調整絲杆，兩移動架上分別設有與調整絲杆配合的螺紋孔，調整絲杆具有與兩移動架上的螺紋孔對應配合的兩螺紋段，兩螺紋段旋向相反，所述傳感器安裝架上還設有引導兩移動架沿左右方向移動的導向件。

所述轉動驅動機構用於驅動待測軸承套圈轉動以實現待測軸承套圈與兩雷射位移傳感器相對轉動，轉動驅動機構包括用於承載待測軸承套圈的轉臺，轉臺由電機驅動轉動。

測量裝置還包括用於控制所述轉臺間隔設定角度轉動的角位移編碼器，角位移編碼器與所述電機控制連接。

測量裝置還包括驅動傳感器安裝架帶著兩雷射位移傳感器沿軸承套圈軸向移動的軸向調整機構，以及用於檢測兩雷射位移傳感器沿軸承套圈軸向移動位移的軸向檢測器。

測量裝置還包括用於驅動傳感器安裝架帶著兩雷射位移傳感器沿垂直於軸承套圈軸向的平面移動的徑向調整機構，以及用於檢測兩雷射位移傳感器在徑向調整機構驅動下的位移的徑向檢測器。

測量裝置包括用於與兩雷射位移傳感器的信號輸出端連接的數據接收和處理模塊。

所述兩雷射位移傳感器可迴轉的裝配在所述傳感器安裝架上，兩雷射位移傳感器具有兩測頭相背布置的第一測量位置和兩測頭相向布置的第二測量位置。

本發明的有益效果是：本發明所提供的非接觸式軸承套圈內徑測量裝置中，利用兩雷射位移傳感器來測量軸承套圈的內徑尺寸，在保證測量精度的情況下，採用非接觸式的雷射位移傳感器來測量，可有效避免劃傷被測零件，保證零件的表面完整性。利用轉動驅動機構實現軸承套圈與兩雷射位移傳感器之間的相對轉動，這樣可測得不同角度位置處的軸承套圈的內徑尺寸和內徑尺寸變動量，從而有效提高測量精度。

進一步地，兩雷射位移傳感器沿左右方向間距可調，這樣可通過調整量雷射位移傳感器的間距適應不同尺寸的軸承套圈。

進一步地，選用調整絲杆調整量雷射位移傳感器的間距，調整方便可靠。

進一步地，轉動驅動機構包括用於承載待測軸承套圈的轉臺，方便實現軸承套圈與兩雷射位移傳感器的相對轉動。

進一步地，測量裝置還包括角位移編碼器，可根據需要控制轉臺帶著軸承套圈按照間隔設定角度轉動，提高轉動測量效率。

進一步地，測量裝置包括軸向調整機構，這樣可測量軸承套圈不同軸向位置出的截面的相應徑向尺寸。

附圖說明

圖1為本發明所提供的非接觸式軸承套圈內徑測量裝置的一種實施例的結構示意圖；

圖2為圖1中傳感器安裝架的結構示意圖；

圖3為應用圖1所示測量裝置測量軸承套圈內徑時的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步說明。

本發明所提供的非接觸式軸承套圈內徑測量裝置的具體實施例，如圖1至圖3所示，該實施例中的測量裝置包括底座20，底座20上通過滑臺調整機構安裝有傳感器安裝架8，傳感器安裝架8上設有沿軸承套圈徑向間隔分布的兩雷射位移傳感器，本實施例中，具體將兩雷射位移傳感器間隔分布方向定義為左右方向，兩雷射位移傳感器包括左右間隔分布的第一傳感器6和第二傳感器7，兩雷射位移傳感器分別具有用於在雷射位移傳感器插入軸承套圈中時向外朝向軸承套圈內表面的測頭。

本實施例中，軸承套圈的軸向為上下垂直方向，每個雷射位移傳感器分別通過移動架沿左右方向可移動的安裝在傳感器安裝架上，兩移動架為對應第一傳感器6的第一移動架26和對應第二傳感器7的第二移動架25，在傳感器安裝架8上設有沿左右方向延伸的用於調整兩雷射位移傳感器相向、相背移動的調整絲杆23，兩移動架上分別設有套裝在調整絲杆上的螺紋孔，調整絲杆23具有與兩移動架上的螺紋孔對應螺旋配合的兩螺紋段，兩螺紋段旋向相反。並且，在傳感器安裝架8上還設有導向引導兩移動架沿左右方向移動的導向件24，該導向件24具體為與兩移動架導向配合的導向杆。

為方便操作，使調整絲杆23一端沿軸向延伸出傳感器安裝架，在調整絲杆的伸出端設有手柄27，方便測量人員轉動調整絲杆23進而控制兩雷射位移傳感器相向或相背地移動調整。

測量裝置還包括用於實現待測軸承套圈與兩雷射位移傳感器相對轉動的轉動驅動機構，本實施例中，為方便測量軸承套圈內徑尺寸，轉動驅動機構具體包括用於承載待測軸承套圈5的轉臺4，轉臺4由電機21通過第一聯軸器3驅動轉動，並且，對應配置有與電機21控制連接的角位移編碼器22，該角位移編碼器作為轉動角度控制器控制電機21驅動待測的軸承套圈間隔設定角度轉動，即轉動設定角度後停止以進行測量，再轉動設定角度停止以進行測量。

本實施例中，滑臺調整機構包括底座20上設有的導向方向沿垂直方向延伸的垂直導軌9，本實施例中的垂直方向與放置在轉臺4上的待測軸承套圈5的軸向並行，垂直導軌9上設有軸向調整機構，軸向調整機構用於驅動傳感器安裝架8帶著兩雷射位移傳感器沿軸承套圈軸向移動，軸向調整機構具體包括垂直絲槓12，垂直絲槓12由垂直電機11通過第二聯軸器10驅動轉動，垂直絲槓12上對應裝配有用於驅動傳感器安裝架帶著兩雷射位移傳感器在垂直於軸承套圈軸向的平面內移動的徑向調整機構，徑向調整機構包括沿上下方向導向移動裝配在垂直導軌9上的水平導軌18，水平導軌18由垂直絲槓12驅動，垂直絲槓12轉動進而驅動水平導軌在上下方向上移動調整。在水平導軌12上導向移動裝配有水平滑臺17，傳感器安裝架8固定安裝在水平滑臺17上，水平滑臺17由水平絲槓14驅動沿水平導軌18移動調整，水平絲槓14由水平電機16通過第三聯軸器15驅動轉動。

上述徑向調整機構在本實施例中主要用於使兩雷射位移傳感器在軸承套圈水平移動至待測軸承套圈上方，以方便兩雷射位移傳感器伸入軸承套圈中。然後，利用可利用軸向調整機構驅動傳感器安裝架帶著兩雷射位移傳感器在上下垂直方向上移動調整，將兩雷射位移傳感器送入軸承套圈中，還可測量不同截面位置處的軸承套圈的內徑尺寸。

實際上，對應軸向調整機構，配置有用於檢測兩雷射位移傳感器沿軸承套圈軸向移動位移的軸向檢測器，此處的軸向檢測器具體為設置於垂直導軌旁側的用於檢測水平導軌沿軸承套圈軸向移動位移的垂直光柵尺13，由於兩雷射位移傳感器和傳感器安裝架跟隨水平滑臺17、水平導軌18沿上下方向移動，可通過檢測水平導軌的上下垂直位移實現對兩雷射位移傳感器上下垂直位移的檢測。

而且，對應徑向調整機構，配置有用於檢測兩雷射位移傳感器在徑向調整機構驅動下的位移的徑向檢測器，該徑向檢測器具體為設置於水平導軌旁側的水平光柵尺19，該水平光柵尺19可通過檢測水平滑臺17的水平位移實現對兩雷射位移傳感器的相應位移。

另外，本實施例中，測量裝置還包括用於與兩雷射位移傳感器的信號輸出端連接的數據接收和處理模塊，數據接收和處理模塊具體包括計算機1和測控系統2。

使用本實施例所提供的測量裝置測量軸承套圈的內徑尺寸時，以內徑公稱尺寸為50mm的軸承套圈為例，說明測量裝置的測量實施步驟：

（1）將長度為50mm的標準件放在轉臺4上，通過垂直電機11帶動垂直絲槓12旋轉使水平導軌18垂直移動；通過水平電機16帶動水平絲槓14旋轉使水平滑臺17水平移動，以帶動傳感器安裝架8整體移動至標準件上方。然後，轉動手柄27使調整絲杆23旋轉來調節兩移動架之間的水平距離，同時用50mm長的標準件標定兩雷射位移傳感器之間的水平測量距離至50mm。隨後，固定兩移動架以保持兩雷射位移傳感器之間的水平測量距離在50mm不變，並移開標準件。

（2）將被測的軸承套圈5放在轉臺4上，調節傳感器安裝架8的上下位置，使兩雷射位移傳感器伸入被測軸承套圈內，如圖3所示，圖3中的A和B表示為雷射光束，然後用比較測量法測量得到軸承套圈內徑。

比較測量法的介紹以內徑公稱尺寸為50mm的軸承套圈為例：先在步驟（1）中長度為50mm的標準件標定兩個雷射位移傳感器的距離為50mm，然後鎖定兩個雷射位移傳感器的位置不動；再分別用兩個雷射位移傳感器各自測量傳感器到軸承套圈內表面的距離，比如一個值是0.235，一個值是0.112，則待測的軸承套圈的內徑為50+0.235+0.112=50.347mm。

（3）通過角位移編碼器22和電機21調整轉臺4的旋轉角度，使被測的軸承套圈5轉動設定角度，兩雷射位移傳感器按照上述步驟（2）中的比較測量法測得轉動相應角度後的軸承套圈的內圈尺寸。繼續調整轉臺4設定角度，測量得到不同角度位置處軸承套圈的內徑尺寸和內徑尺寸的變動量。

（4）通過垂直電機11帶動垂直絲槓12使傳感器安裝架8垂直移動，通過傳感器安裝架8的垂直運動來帶動兩雷射位移傳感器對被測軸承套圈內表面進行掃描，實現對軸承套圈內表面不同橫截面處的內徑尺寸的測量。

（5）將（3）和（4）的測量數據通過測控系統2傳輸到計算機1，經計算機1解算比較軸承套圈內表面不同角度、不同橫截面處的內徑尺寸及內徑尺寸變動量，得到軸承套圈內徑的最大直徑和橢圓尺寸。從而，完成內徑尺寸、尺寸變動量、橢圓等參數的測量。

本實施例所提供的測量裝置中，利用兩雷射位移傳感器來測量軸承套圈的內徑尺寸，採用非接觸式的雷射位移傳感器來測量，可有效避免劃傷被測零件，保證零件的表面完整性。並且，利用轉臺驅動軸承套圈間隔轉動設定角度，這樣可以測得不同角度位置處的軸承套圈的內徑尺寸和內徑尺寸變動量，另外，利用軸向調整機構不僅可驅動兩雷射位移傳感器伸入軸承套圈中，還可調整兩雷射位移傳感器的上下位置，從而實現對不同截面處的徑向尺寸的測量。

在測量過程中，兩雷射位移傳感器經過作為標準件的軸承套圈的中心和通過待測軸承套圈的中心。

本實施例中，採用轉臺實現被測軸承套圈與兩雷射位移傳感器的相對轉動，可避免手工轉動操作所引起的變形，可有效提高測量準確性，尤其適用於薄壁軸承套圈的測量。在其他實施例中，也可使被測的軸承套圈不動，將傳感器安裝架整體的安裝在一迴轉臺上，利用迴轉臺的轉動驅使兩雷射位移傳感器繞軸承套圈的中心軸線轉動，具體的轉動驅動機構可根據實際情況設計布置。

本實施例中，利用角位移編碼器作為轉動角度控制器控制被測軸承套圈的轉動角度。在其他實施例中，如果利用手動驅動轉臺轉動的話，也可利用角度盤來來控制轉臺轉動角度。

本實施例中，軸向調整機構具體採用垂直絲槓，方便利用電機驅動調整。在其他實施例中，也可利用活塞缸或由伺服電機驅動電動推桿來實現傳感器安裝架及兩雷射位移傳感器在上下方向上的移動調整。相應的，對於徑向調整機構來講，也可採用活塞缸或由伺服電機驅動電動推桿來實現傳感器安裝架及兩雷射位移傳感器在水平面內的移動調整。

本實施例中，利用調整絲杆通過兩移動架驅動兩雷射位移傳感器相向或相背的同步移動。在其他實施例中，也可配置相應的活塞缸或由伺服電機驅動電動推桿來控制兩雷射位移傳感器的相向或相背移動。

本實施例中，利用軸向調整機構實現兩傳感器安裝架及兩雷射位移傳感器在軸承套圈軸向上的移動調整，這樣可實現不同截面的內徑尺寸測量。在其他實施例中，當不需要對不同深度的截面處的內徑進行測量時，也可不設置軸向調整機構，而利用人工將傳感器安裝架放入軸承套圈中。

本實施例中，兩雷射位移傳感器固設在移動架上，此時，兩雷射位移傳感器的兩側頭相背布置，以在兩雷射位移傳感器伸入軸承套圈中時使兩側頭向外朝向軸承套圈的內表面，保證對軸承套圈內徑尺寸的正常測量。

在其他實施例中，也可使兩雷射位移傳感器可迴轉的裝配在傳感器安裝架上，兩雷射位移傳感器具有兩測頭相背布置的第一測量位置和兩測頭相向布置的第二測量位置，這樣一來，當兩雷射位移傳感器位於第一測量位置時，可如本實施例所示對軸承套圈的內徑進行測量，而當兩雷射位移傳感器位於第二測量位置時，則可利用調整絲杆調整兩雷射位移傳感器的間距變大，使兩雷射位移傳感器布置在軸承套圈的外側，此時，兩雷射位移傳感器的兩側頭相向布置以朝向軸承套圈的外表面，這樣一來，可利用該裝置實現對軸承套圈外徑尺寸的測量。