钢球测量工装和钢球直径测试仪以及钢球直径测量方法

技术领域

本发明涉及钢球例如滚动轴承中的滚珠等的测量技术，特别是一种钢球测量工装和钢 球直径测试仪以及钢球直径测量方法。

背景技术

滚动轴承近年来被广泛应用与航空、航天、交通运输、机械制造、仪器仪表等多个领 域，而钢球作为轴承的滚动体，它的质量优劣对于滚动轴承的性能、安全起着决定性的作 用，因此钢球的质量检测是制约轴承产业发展的重要因素之一。目前在生产线上的钢球检 测还停留在较原始的方法阶段，使用杠杆千分尺对钢球进行检测，此方法的优点在于检测 效率高，方便可行，但杠杆千分尺分辨率低，无法实现高精度钢球直径的检测工作，且由 于检验人员使用千分尺的熟练程度不同，导致测量值重复性差、测量不准确的问题。对于 高精度钢球的检测在生产线中尚无较好的解决方法。目前计量室检定高精度钢球普遍应用 的方法是通过0.2μm光学计和立式光栅尺对钢球直径进行测试。0.2μm光学计与量块配合 可实现对钢球直径的比较测量，此种方法能够较精确的测量一批钢球的球径差，目前主要 问题在于0.2μm光学计在测量高精度的钢球时分辨率不够高，仪器本身对温度变化和时间 的推移会有漂移，配合量块对钢球绝对直径测量时由于测头与工作面不平行而导致测量结 果中存在系统误差，由于没有卡具或工装，导致测量效率偏低，无法满足大批量钢球测量 的要求。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种钢球测量工装和钢球直径测试仪 以及钢球直径测量方法，有利于被测钢球定位，能够提高测量效率，从而满足大批量钢球 测量的要求。

本发明的技术方案如下：

钢球测量工装，其特征在于，包括工装基座，所述工装基座上设置有工作台，所述工 作台上竖向设置有一对导轨，即量块内导轨和量块外导轨，在所述量块内导轨与所述量块 外导轨之间设置有待测钢球横向平面定位装置。

所述待测钢球横向平面定位装置通过所述一对导轨的一个开口侧以支撑方式定位所述 待测钢球，而另一个开口侧是所述待测钢球的自由侧。

所述待测钢球横向平面定位装置固定连接在所述工装基座上。

所述待测钢球横向平面定位装置包括钢球定位杆，所述钢球定位杆的一端为所述待测 钢球的支撑端，另一端穿越钢球定位杆立柱中的竖向槽连接钢球定位杆锁紧螺母，所述钢 球定位杆立柱的下部固定连接在所述工装基座上。

所述工装基座上设置有钢球卸载顶杆立柱，钢球卸载顶杆通过钢球卸载顶杆安装套、 垫圈和钢球卸载顶杆安装螺母连接在所述钢球卸载顶杆立柱上，所述钢球卸载顶杆一端指 向所述待测钢球，并且该端杆部设置有钢球卸载顶杆止动螺母，另一端穿越所述钢球卸载 顶杆立柱后被弹簧套接。

所述待测钢球横向平面定位装置包括两根钢球定位杆，所述两根钢球定位杆通过所述 一对导轨的一个开口侧以斜向交汇方式支撑所述待测钢球，所述钢球卸载顶杆位于所述两 根钢球定位杆之间，所述待测钢球被支撑于下量块之上，所述下量块位于所述工作台上， 所述待测钢球支撑上量块，所述上量块之上是光栅位移传感器球形测头，所述工作台为三 珠工作台。

钢球直径测试仪，其特征在于，包括仪器底座，所述仪器底座上设置有仪器底座立柱， 所述仪器底座立柱上设置有光栅位移传感器定位支架，所述光栅位移传感器定位支架上设 置有锁紧手轮，所述光栅位移传感器定位支架下方设置有限位环，所述限位环套接在所述 仪器底座立柱上，所述光栅位移传感器定位支架通过光栅位移传感器支架连接光栅位移传 感器，所述光栅位移传感器的测量杆与光栅位移传感器球形测头连接，所述光栅位移传感 器球形测头的下方对应设置有钢球测量工装，所述钢球测量工装包括工装基座，所述工装 基座上设置有工作台，所述工作台上竖向设置有一对导轨，即量块内导轨和量块外导轨， 在所述量块内导轨与所述量块外导轨之间设置有待测钢球横向平面定位装置，所述钢球测 量工装连接在所述仪器底座上。

钢球直径测量方法，其特征在于，包括以下步骤：①在一个基础平台上放置一个工作 台，在该工作台上放置第一个量块，通过光栅位移传感器球形测头测出第一个量块的上表 面高度尺寸；②在第一个量块上定位待测钢球，在待测钢球上放置第二个量块，第二个量 块与第一个量块上下对称且平行设置，然后通过光栅位移传感器球形测头第二个量块的上 表面高度尺寸；③用第二个量块的上表面高度尺寸减去第二个量块本身的标准厚度以及第 一个量块的上表面高度尺寸，即得待测钢球的直径。

所述工作台为三珠工作台，所述在第一个量块上定位待测钢球采用钢球测量工装，所 述钢球测量工装包括工装基座，所述工装基座上设置有工作台，所述工作台上竖向设置有 一对导轨，即量块内导轨和量块外导轨，在所述量块内导轨与所述量块外导轨之间设置有 待测钢球横向平面定位装置，所述待测钢球横向平面定位装置通过所述一对导轨的一个开 口侧以支撑方式定位所述待测钢球，而另一个开口侧是所述待测钢球的自由侧。

将步骤①中的第一个量块的上表面高度尺寸作为校准零位。

本发明的技术效果如下：本发明的钢球测量工装和钢球直径测试仪以及钢球直径测量 方法能够使钢球直径溯源至长度实物量具的最高标准，即量块，同时提高了球批直径差的 测量速度大大提高了测量不确定度指标和测量效率。

附图说明

图1是实施本发明的钢球测量工装结构示意图。

图2是图1的俯视结构示意图。

图3是实施本发明的钢球直径测试仪结构示意图。

图4是光栅位移传感器球形测头在下量块的上表面对零操作示意图。

图5是实施本发明的钢球直径测量方法的原理示意图。

附图标记列示如下：1—工装基座；2—钢球卸载顶杆；3—弹簧；4—钢球卸载顶杆安 装套；5—钢球卸载顶杆立柱；6—垫圈；7—钢球卸载顶杆安装螺母；8—钢球卸载顶杆止 动螺母；9—钢球定位杆立柱；10—钢球定位杆锁紧螺母；11—光栅位移传感器球形测头； 12—上量块；13—待测钢球；14—下量块；15—工作台；16—基座紧固螺钉；17—垫圈； 18—钕铁硼磁片；19—立柱紧固螺钉；20—垫圈；21—钢球定位杆；22—量块内导轨；23 —量块外导轨；24—光栅位移传感器；25—光栅位移传感器支架；26—测量杆；27—球形 测头；28—量块；29—被测钢球；30—钢球测量工装；31—仪器底座；32—量块吊架；33 —限位环；34—锁紧手轮；35—光栅位移传感器定位支架；36—仪器底座立柱；37—基础 平台。

具体实施方式

下面结合附图（图1-图5）对本发明进行说明。

图1是实施本发明的钢球测量工装结构示意图。图2是图1的俯视结构示意图。如图1 和图2所示，钢球测量工装，包括工装基座1，所述工装基座1上设置有工作台15，所述 工作台15上竖向设置有一对导轨，即量块内导轨22和量块外导轨23，在所述量块内导轨 22与所述量块外导轨23之间设置有待测钢球横向平面定位装置。所述待测钢球横向平面定 位装置通过所述一对导轨的一个开口侧以支撑方式定位所述待测钢球13，而另一个开口侧 是所述待测钢球13的自由侧。所述待测钢球横向平面定位装置固定连接在所述工装基座1 上。所述待测钢球横向平面定位装置包括钢球定位杆21，所述钢球定位杆21的一端为所述 待测钢球13的支撑端，另一端穿越钢球定位杆立柱9中的竖向槽连接钢球定位杆锁紧螺母 10，所述钢球定位杆立柱9的下部固定连接在所述工装基座1上。所述工装基座1上设置 有钢球卸载顶杆立柱5，钢球卸载顶杆2通过钢球卸载顶杆安装套4、垫圈6和钢球卸载顶 杆安装螺母7连接在所述钢球卸载顶杆立柱5上，所述钢球卸载顶杆2一端指向所述待测 钢球13，并且该端杆部设置有钢球卸载顶杆止动螺母8，另一端穿越所述钢球卸载顶杆立 柱5后被弹簧3套接。所述待测钢球横向平面定位装置包括两根钢球定位杆21，所述两根 钢球定位杆21通过所述一对导轨的一个开口侧以斜向交汇方式支撑所述待测钢球13，所述 钢球卸载顶杆2位于所述两根钢球定位杆21之间，所述待测钢球13被支撑于下量块14之 上，所述下量块14位于所述工作台15上，所述待测钢球13支撑上量块12，所述上量块 12之上是光栅位移传感器球形测头11，所述工作台15为三珠工作台。

图3是实施本发明的钢球直径测试仪结构示意图。图3中的钢球测量工装参考图1和 图2。钢球直径测试仪，包括仪器底座31，所述仪器底座31上设置有仪器底座立柱36，所 述仪器底座立柱36上设置有光栅位移传感器定位支架35，所述光栅位移传感器定位支架 35上设置有锁紧手轮34，所述光栅位移传感器定位支架35下方设置有限位环33，所述限 位环33套接在所述仪器底座立柱36上，所述光栅位移传感器定位支架35通过光栅位移传 感器支架25连接光栅位移传感器24，所述光栅位移传感器24的测量杆26与光栅位移传感 器球形测头27连接，所述光栅位移传感器球形测头27的下方对应设置有钢球测量工装30， 钢球测量工装参考图1和图2，所述钢球测量工装包括工装基座1，所述工装基座1上设置 有工作台15，所述工作台15上竖向设置有一对导轨，即量块内导轨22和量块外导轨33， 在所述量块内导轨22与所述量块外导轨23之间设置有待测钢球横向平面定位装置，所述 钢球测量工装连接在所述仪器底座上。

图4是光栅位移传感器球形测头在下量块的上表面对零操作示意图。图5是实施本发 明的钢球直径测量方法的原理示意图。参考图4和图5，钢球直径测量方法，包括以下步骤： ①在一个基础平台37上放置一个工作台15，在该工作台15上放置第一个量块（即下量块 14），通过光栅位移传感器球形测头测出第一个量块的上表面高度尺寸；②在第一个量块上 定位待测钢球13，在待测钢球上放置第二个量块（即上量块12），第二个量块与第一个量 块上下对称且平行设置，然后通过光栅位移传感器球形测头11第二个量块的上表面高度尺 寸；③用第二个量块的上表面高度尺寸减去第二个量块本身的标准厚度以及第一个量块的 上表面高度尺寸，即得待测钢球的直径。所述工作台15为三珠工作台，所述在第一个量块 上定位待测钢球采用钢球测量工装，所述钢球测量工装包括工装基座，所述工装基座上设 置有工作台，所述工作台上竖向设置有一对导轨，即量块内导轨和量块外导轨，在所述量 块内导轨与所述量块外导轨之间设置有待测钢球横向平面定位装置，所述待测钢球横向平 面定位装置通过所述一对导轨的一个开口侧以支撑方式定位所述待测钢球，而另一个开口 侧是所述待测钢球的自由侧。将步骤①中的第一个量块的上表面高度尺寸作为校准零位。

在测量量块时，应采用球形测头，而测量钢球则应使用平面测头，为使钢球绝对直径 量值可以溯源至量块，且为了保证高精度测量，测量过程中不可能更换测头，高精度钢球 球径测量仪工作原理如下：在进行钢球球径绝对值测量时，首先移除被测钢球和其上方的 量块，用光栅位移传感器测杆上的球形测头直接测量放置于下方三珠工作台上的量块，用 以对零，如图4所示，然后将被测钢球和钢球上方的量块依次放于三珠工作台上方的量块 之上，再次用光栅位移传感器测量，测得值为钢球球径与上方量块尺寸之和，即可间接得 到钢球球径值，如图5所示。测量过程中钢球测量工装保证钢球的定位和两量块间的平行 度。在进行钢球球批直径差测量时，利用钢球测量工装上的钢球定位杆，实现每次测量钢 球的重复定位，利用卸载机构实现钢球的移除，从而实现高稳定性，高精度且高效率的球 批直径差测量。

如图3所示，测量过程中首先依据被测钢球的尺寸，选择对应的钢球定位杆21并调节 钢球定位杆21和钢球卸载顶杆2至对应位置，并调节整体测量工装在工作台上的位置以保 证光栅位移传感器的测杆与三珠工作台15中心在同一轴线，将基座紧固螺钉16旋入，此 时螺钉顶部的钕铁硼磁片18的吸力保证钢球测量工装整体固定于底座之上，此时以测量普 通量块的方法测量下方的量块14，同时将光栅位移传感器数显置零，然后将被测钢球13置 于下侧量块14之上，并与两钢球定位杆21相接处，测量时，整体工作台微向钢球定位杆 21一侧倾斜，被测钢球13在重力作用下定位于钢球定位杆21和下侧量块14之间，保证重 复定位，上侧量块12从量块导轨22上侧滑入，压于被测钢球13之上，再次用光栅位移传 感器测量被测钢球13与上侧量块12所组成的尺寸之和，光栅位移传感器的示值减去上侧 量块12的尺寸即是被测钢球13的直径。测试完成后，将光栅位移传感器测头11抬起，测 头带动量块吊架抬升，并将上侧量块12吊起，此时轻推钢球卸载顶杆2可以将被测钢球13 顶出以便收集存放，继而测量第二颗钢球，往复上述操作可以实现快速的球批直径差测量 工作，良好的定位保证测量的重复性。

在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造 的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或 删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。