一种轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量仪器及其方法.pdf

本发明涉及一种轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量仪器及其方法，包括一可沿竖直方向上下升降的升降板，所述升降板上设置有一用于放置滚子的旋转台，所述升降板的正上方设置有带圆锥通孔的平板，所述圆锥通孔位置旋转台的正上方，该圆锥通孔的孔径小于滚子，所述平板的上方设置有用于顶抵滚子上端面的弹簧伸缩杆，所述平板在圆锥通孔的左右侧分别设置有立柱，所述立柱上设置有滑槽，所述滑槽内设置有可沿滑槽左右移动的刀口平尺。本发明提出了一套新的定位、夹紧、旋转装置，同时利用弹力将刀口平尺压紧在轴承滚子表面形成狭缝方便的实现狭缝的间距控制，保证了激光衍射条纹图像的质量；是一种高效、易操作、高精度的轴承滚子表面质量检测装置。

1.  一种轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量仪器，其特征在于：包括一可沿竖直方向上下升降的升降板，所述升降板上设置有一用于放置滚子的旋转台，所述升降板的正上方设置有带圆锥通孔的平板，所述圆锥通孔位置旋转台的正上方，该圆锥通孔的孔径小于滚子，所述平板的上方设置有用于顶抵滚子上端面的弹簧伸缩杆，所述平板在圆锥通孔的左右侧上分别设置有立柱，所述立柱上设置有滑槽，所述滑槽内设置有可沿滑槽左右移动的刀口平尺，所述刀口平尺的端面顶抵在滚子侧壁上，该端面上设置有多个凸起，所述刀口平尺的后侧铰接有第二弹簧伸缩杆，所述平板的两端均铰接有长杆，所述第二弹簧伸缩杆的另一端与长杆的上端相铰接，所述升降板的两端设置有行程槽，所述长杆的下端通过一滚轴在行程槽内左右滑动，以使升降板上下升降时，长杆推动刀口平尺顶抵在滚子的侧壁上，同时升降板带动滚子上升顶抵住弹簧伸缩杆；所述平板在圆锥通孔的前后侧分别设置有激光器和二维CCD接受屏。

2.  根据权利要求1所述的轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量仪器，其特征在于：所述两个刀口平尺上的凸起交错布置。

3.  根据权利要求1所述的轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量仪器，其特征在于：所述激光器与滚子之间设置有准直镜，以使激光器发出的激光经过准直镜的准直之后照射到滚子两侧的狭缝上。

4.  根据权利要求1所述的轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量仪器，其特征在于：所述升降板的正下方设置有座板，所述座板上设置有驱使升降板上下升降的升降机构。

5.  根据权利要求1所述的轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量仪器，其特征在于：所述平板的左右侧还分别设置有用于支撑和导引第二弹簧伸缩杆的支撑柱，所述支撑柱上设置有让第二弹簧伸缩杆通过的通孔。

6.  一种轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量方法，其特征在于，按以下步骤进行：
（1）将轴承滚子的轴向两端固定，在轴承滚子的左右侧壁上分别设置贴紧滚子侧壁的刀口平尺，所述刀口平尺与滚子侧壁相接触的端面上设置有多个凸起，以使刀口平尺的端面与滚子侧壁之间形成狭缝，并记录狭缝宽度D；
（2）在滚子的前后侧壁旁处分别设置激光器和二维CCD接受屏，同时记录狭缝与接受屏的距离L；
（3）开启激光器，使滚子沿中心线匀速转动，用计算机定时采集并记录二维CCD接受屏上的衍射条纹图像信息，狭缝每个点的衍射图像对应二维CCD接受屏上水平方向相对的一条线，根据夫琅禾费单缝衍射原理d=λL/D，采用分析软件分析出衍射图像上每条水平线上的条纹间距d，反推出其对应的狭缝宽度D1，获得狭缝上不同位置的缝隙大小，通过D1和D的比较，判断轴承表面的缺陷位置，以及缺陷的大小，进而判断滚子表面缺陷程度。

7.  根据权利要求6所述的轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量方法，其特征在于：所述两个刀口平尺上的凸起交错布置。

一种轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量仪器及其方法
技术领域
本发明涉及一种轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量仪器及其方法。
背景技术
轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。对机器的精度以及使用寿命有重要影响。因此，轴承的生厂商对于轴承滚子表面加工的质量的测量是必不可少的。
现有的生产实践中针对于轴承滚子的表面加工质量的检测无专门的检测技术，多数仍采用目视法，依靠经验丰富的技工用眼睛一个一个对轴承滚子进行识别，这种方法不仅价格昂贵，效率低而且还存在人为失误的因素，效果不理想。
激光衍射测量技术利用激光亮度高，方向性好，单色性好及相干性好等特点，采用非接触测量和间接测量方法，根据夫琅禾费衍射原理可以将细微的狭缝距离波动转化为明显的条纹的间距变化，可用于测量极微小的工件表面缺陷。现有的激光衍射测量仪器无法对工件整个外表面进行360°的测量，同时操作复杂，不能用于实际工程。对轴承滚子表面缺陷的进行360°激光衍射测量仪器目前还处于空白。
根据夫琅禾费单缝衍射原理，当激光通过由滚子轴承表面与刀口平尺刃锋间形成的狭缝（狭缝宽度为D），在二维CCD接受屏上显示明暗相间的衍射条纹，条纹间距d与狭缝宽度D、激光波长λ、狭缝与接受屏的距离L之间满足关系d=Lλ/D。测出衍射条纹间距d，就可以反推出狭缝宽度D。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量仪器及其方法，提出了一套新的定位、夹紧、旋转装置，同时利用弹力将刀口平尺压紧在轴承滚子表面形成狭缝方便的实现狭缝的间距控制，保证了激光衍射条纹图像的质量；是一种高效、易操作、高精度的轴承滚子表面质量检测装置。
为了解决上述技术问题，本发明的一种技术方案是：一种轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量仪器，包括一可沿竖直方向上下升降的升降板，所述升降板上设置有一用于放置滚子的旋转台，所述升降板的正上方设置有带圆锥通孔的平板，所述圆锥通孔位置旋转台的正上方，该圆锥通孔的孔径小于滚子，所述平板的上方设置有用于顶抵滚子上端面的弹簧伸缩杆，所述平板在圆锥通孔的左右侧上分别设置有立柱，所述立柱上设置有滑槽，所述滑槽内设置有可沿滑槽左右移动的刀口平尺，所述刀口平尺的端面顶抵在滚子侧壁上，该端面上设置有多个凸起，所述刀口平尺的后侧铰接有第二弹簧伸缩杆，所述平板的两端均铰接有长杆，所述第二弹簧伸缩杆的另一端与长杆的上端相铰接，所述升降板的两端设置有行程槽，所述长杆的下端通过一滚轴在行程槽内左右滑动，以使升降板上下升降时，长杆推动刀口平尺顶抵在滚子的侧壁上，同时升降板带动滚子上升顶抵住弹簧伸缩杆；所述平板在圆锥通孔的前后侧分别设置有激光器和二维CCD接受屏。
进一步的，所述两个刀口平尺上的凸起交错布置。
进一步的，所述激光器与滚子之间设置有准直镜，以使激光器发出的激光经过准直镜的准直之后照射到滚子两侧的狭缝上。
进一步的，所述升降板的正下方设置有座板，所述座板上设置有驱使升降板上下升降的升降机构；所述升降机构可以为蜗轮蜗杆式升降机构、液压缸、剪叉升降机构等。
进一步的，所述平板的左右侧还分别设置有用于支撑和导引第二弹簧伸缩杆的支撑柱，所述支撑柱上设置有让第二弹簧伸缩杆通过的通孔。
为了解决上述技术问题，本发明的另一种技术方案是：一种轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量方法，按以下步骤进行：
（1）将轴承滚子的轴向两端固定，在轴承滚子的左右侧壁上分别设置贴紧滚子侧壁的刀口平尺，所述刀口平尺与滚子侧壁相接触的端面上设置有多个凸起，以使刀口平尺的端面与滚子侧壁之间形成狭缝，并记录狭缝宽度D；
（2）在滚子的前后侧壁旁处分别设置激光器和二维CCD接受屏，同时记录狭缝与接受屏的距离L；
（3）开启激光器，使滚子沿中心线匀速转动，用计算机定时采集并记录二维CCD接受屏上的衍射条纹图像信息，狭缝每个点的衍射图像对应二维CCD接受屏上水平方向相对的一条线，根据夫琅禾费单缝衍射原理d=λL/D，采用分析软件分析出衍射图像上每条水平线上的条纹间距d，反推出其对应的狭缝宽度D1，获得狭缝上不同位置的缝隙大小，通过比较D1和预先测量的狭缝宽度D，判断出在轴承的表面哪个位置出现缺陷，以及缺陷的大小，进而判断滚子表面缺陷程度。
进一步的，所述两个刀口平尺上的凸起交错布置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本装置通过在一匀速转动的轴承滚子的左右侧壁上设置刀口平尺、前后侧旁设置激光器和二维CCD接受屏，使刀口平尺的端面与滚子侧壁之间形成狭缝，运用夫琅禾费单缝衍射原理，用所得数据判断滚子表面缺陷程度；高效、易操作、精度高，适合工业化大批量生产。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的构造示意图。
图2为本发明实施例的原理示意图。
图3为本发明实施例中滚子和刀口平尺的构造示意图。
图4为本发明实施例中二维CCD接受屏上的衍射条纹图像。
图中：1-滚子，2-座板，21-电机，22-连杆升降机构，3-升降板，31-行程槽，32-旋转台，4-平板，41-圆锥通孔，42-立柱，43-支撑柱，5-刀口平尺，51-凸起，6-弹簧伸缩杆，7-第二弹簧伸缩杆，8-长杆，9-激光器，10-准直镜，11-二维CCD接受屏，D-狭缝的宽度，L-狭缝与接受屏的距离。
具体实施方式
实施例一：如图1~3所示，一种轴承滚子表面缺陷的激光衍射测量仪器，包括一可沿竖直方向上下升降的升降板3，所述升降板3上设置有一用于放置滚子1的旋转台32，所述升降板3的正上方设置有带圆锥通孔41的平板4，所述圆锥通孔41位置旋转台32的正上方，该圆锥通孔41的孔径小于滚子1，所述平板4的上方设置有用于顶抵滚子1上端面的弹簧伸缩杆6，所述平板4在圆锥通孔41的左右侧上分别设置有立柱42，所述立柱42上设置有滑槽，所述滑槽内设置有可沿滑槽左右移动的刀口平尺5，所述刀口平尺5的端面顶抵在滚子1侧壁上，该端面上设置有多个凸起51，所述刀口平尺5的后侧铰接有第二弹簧伸缩杆7，所述平板4的两端均铰接有长杆8，所述第二弹簧伸缩杆7的另一端与长杆8的上端相铰接，所述升降板3的两端设置有行程槽31，所述长杆8的下端通过一滚轴在行程槽31内左右滑动，以使升降板3上下升降时，长杆8推动刀口平尺的凸起51顶抵在滚子1的侧壁上，同时升降板3带动滚子上升顶抵住弹簧伸缩杆6；所述平板4在圆锥通孔41的前后侧分别设置有激光器9和二维CCD接受屏11。
本实施例中，所述两个刀口平尺上的凸起51交错布置，其中一个刀口平尺上设置有两个凸起，另一个上设置有三个凸起。
本实施例中，所述激光器9与滚子1之间设置有准直镜10，以使激光器9发出的激光经过准直镜10的准直之后照射到滚子两侧的狭缝上。
本实施例中，所述升降板3的正下方设置有座板2，所述座板2上设置有驱使升降板3上下升降的连杆升降机构22，该连杆升降机构22包括两根中部相铰接且相交叉的连杆，两根连杆的上端均铰接在升降板底部，其中一根升降杆的下端铰接在座板上，另一根升降杆的下端与一电机21相连接，该电机带动该连杆移动，进而实现升降板的升降。
本实施例中，所述平板4的左右侧还分别设置有用于支撑和导引第二弹簧伸缩杆7的支撑柱43，所述支撑柱上设置有让第二弹簧伸缩杆7通过的通孔。
使用本装置时，先将轴承滚子1放置在平板上的圆锥通孔41内进行定位，开启电机21，电机21通过连杆升降机构22驱使升降板3上升，升降板3上的旋转台32将滚子1顶起直至滚子上端顶抵在弹簧伸缩杆6底部，同时平板4两端的连杆8在升降板的行程槽31作用下，带动第二弹簧伸缩杆7，进而推动刀口平尺的端面顶抵在滚子侧壁上（刀口平尺上的凸起51使得刀口平尺的端面与滚子侧壁形成狭缝，该狭缝宽度为D，并测量出狭缝与接受屏的距离L），然后开启旋转台32匀速转动滚子1，再开启激光器9，激光器9发出的激光经过准直镜10的准直之后照射到滚子两侧的狭缝上，并在二维CCD接受屏11显现出明暗相间的衍射条纹，如图4所示（中间最明亮条纹两侧的明暗条纹即是狭缝的衍射图像），用计算机定时采集并记录二维CCD接受屏上的衍射条纹图像信息，狭缝每个点的衍射图像对应二维CCD接受屏上水平方向相对的一条线，根据夫琅禾费单缝衍射原理d=λL/D，采用分析软件分析出衍射图像上每条水平线上的条纹间距d，反推出其对应的狭缝宽度D1，获得狭缝上不同位置的缝隙大小，通过比较D1和预先测量的狭缝宽度D，判断出在轴承的表面哪个位置出现缺陷，以及缺陷的大小，进而判断滚子表面缺陷程度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。