球面滚子非接触测量系统的开发

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Development of Spherical Roler Non-Contact Measuring SystemWang Xiao-qiang，Cui Feng-kui，Zhang Mao-huan(School of Mechatronics Engineering，Henan University of Science and Technology，Luoyang 471003，China)Abstract：On the basis of analyzing the technical characteristics of the spherical roler of roling bearing，the platformand hardware control system of non-contact measuring system based on active vision are set up.The hardware selec-tion of motion control and data acquisition system is introduced，and the function modules and working flow of softwareare constructed.Th e practical applications indicate that the non-contact measuring system meets to the function an daccuracy requirements of spherical roler inspection。

Key words：spherical roler；non-contact measurement；motion control；data acquisition高质量的轴承制造离不开高精度的检测，对滚子的精确测量是保证轴承质量的重要环节↑年来 ，对轴承性能要求越来越高，工作环境更加严酷，对于-些应用在航空、航天等诚的特种轴承滚子，其精度、性能要求都较高，采用传统的检测方法无法满足检测的需要。国外设备昂贵，技术保密，不适合引进。

目前国内针对滚子的传统测量设备主要分为3大类 ：(1)检测样板l1 J。此类检测为 比对测量，依赖操作者的经验和操作技巧，人为误差比较大；收稿 日期 ：2013-02-26；修回日期 ：2013-05-l4(2)接触式轮廓测量仪。测量过程繁琐、效率低，误差较大，不适合批量测量 ；(3)专用测量仪器。

此类仪器都是针对零件的某-参数(如曲率半径、曲面凸度、圆心位置等)进行检测 3-8 3，全参数测量仪器较少，且均为接触式测量。

因此，针对某型号特种轴承用球端面凸度系列滚子的设计技术要求，以非接触光学精密测量技术为基础，综合运用计算机主动视觉、图像处理、精密运动控制及计算机控制等相关技术，研发了-套轴承球面滚子专用测量仪器，实现了对球面滚子的全参数自动化测量，对后续的零件分级和改进生产工艺等方面都具有重要的意义。

[3] 王国庆，牛伟，成娟，等，基于阶次小波包与 Markov链模型的转子早期故障诊断[J].西北工业大学学报，2012，30(3)：466-469。

[4] Kolmogorov A N.Three Approaches to the QuantitativeDefinition of InformationJ].International Journal ofComputer Mathematics，1968，2(1-4)：157-168。

[5] Lempel A，Ziv J.On the Complexity of Finite Sequenced[J].IEEE Transactions on Information Theory，1976，22(1)：75-81。

[6] Fyfe K R，Munckeds R.Analysis of Computed OrderTracking[J].Mechanical Systems and Signal Process-ing，1997，11(2)：187-205。

(编辑：张旭)《轴承)2013.No.91 滚子结构特点球面滚子的结构如图 1所示。滚子轴向为带有凸度的腰鼓形，其纵切面两侧的截线为圆弧，顶端面为-具有较大直径的切顶球面，且球冠高度仅为几十微米到上百微米，下端面为-平面，与滚子轴线无垂直度要求。

图 1 球 面滚子的结构根据滚子的结构及尺寸控制条件，要求检测最大轴径L、轴截面圆浑径 R、球形端面球半径SR及最大轴径到球形端面球顶点(空间虚点)的距离 日。此类滚子结构特点对测量仪器的定位及检测都提出了很高的要求。

2 测量系统方案设计测量仪如图2所示 ，主要由大理石基台、角度可调式旋转工作台、精密电动平移台、光栅尺、光学测头组件及立柱支架组成。

1- 大理石基 台；2-角度 司调式旋转工作 台；3-光学测头组件 ；4-光栅尺；5-精密电动平移台；6-立柱支架图2 测量仪结构示意图基本工作原理为：以滚子小端面进行初定位，通过安装于旋转工作台上呈正交组合的 ，y向角位移调整台实现滚子的摆正(保证滚子轴线与测头光幕相垂直)；通过精密电动平移台带动光学测头组件上下移动，实现对滚子的平扫测量，得到各扫描截面的径向尺寸，轴向位移由安装于立柱上的光栅尺获取；通过计算机对原始测量数据进行处理，得到滚子的最大轴径；对数据进行分段处理和圆弧拟合，计算出轴截面圆浑径及球形端面球半径；根据球形端面球顶点的球心 Z向坐标及最大轴径坐标值，得到最大轴径到球形端面虚拟球顶点的距离。

21 光学测头组件光学测头组件采用 日本 Keyence公司的 LS-7000系列绿色 LED数字测微计，其结构如图 3所示 。

高亮度 GaN绿色 LED光源经标准透镜形成单-的平行光线对滚子进行照射，再经远心光学系统分别在 HL-CCD及 CMOS显示照相机上成像。CCD上明亮和黑暗区域之间的边缘检出，得到光幕扫描截面径向测量值 ；经数值二分，并与测头 z向位置相结合，获得零件轴向截面轮廓相对位置坐标。

；! 相机 远心光学系统 高亮度GaN绿色u∞l豳鞠黼 糊 r～ . 光束分光器 点-m、厂- -f。

目标 l特别散射器件I t.-HI，CCD 标准镜接收器 发射器图3 LS-7000系列光学测头测量原理图LS-7000系列特有的绿色 LED和远心镜头HL-CCD光学系统，能达到常规测微计的双倍速度和精度，系统采样速度达到每秒 2 400点，测量精度达到 ±2 m及 ±0.15 Ixm的重复性。

2.2 X-Y双向角度可调式旋转工作台工作台的调整装置广泛应用于各种计量检测仪器中，是实现测量仪器高精度检测的保证，同时调整方法的可靠性和方便性也是影响测量仪器操作性的关键因素。现有工作台的调整装置大多通过楔形块或蜗轮蜗杆机构，借助于水平仪或者标准件加仪器本身的读数结果来实现对工作台的水平调整，且绝大多数仅能实现在-维方向上的水平调整。

针对上述问题，结合成熟的角位移工作 台技术，提出了-种 -l，双向角度可调式旋转工作台，其结构如图4所示。工作台由回转台、2个耦合角位移台及垫铁组成。回转台绕轴线回转，按90。分度；2个耦合角位移台(偏摆中心重合)呈正交方式安装于回转台上；垫铁作为被测零件支撑台，其高度由耦合角位移台偏摆中心高度及被测零件高度范围确定。

王晓强 ，等 ：球面滚子非接触测量系统的开发 ·45·1-被测零件；2-垫铁；3-耦合角位移台；4-回转台图4 X-Y双向角度可调式旋转工作台进行轴线摆正(工件轴线与测头光幕相垂直)时，首先将测头移动到耦合角位移台的偏摆中心高度，调整角位移台，通过测头控制器显示数值找到最小读数状态，即为-个方向上的摆正；通过下层回转台使工作台旋转 9O。，重复上述调整过程，实现另-正交方向上的摆正。对于采用非接触式光幕测量仪器