1 绪论
1.1 课题的研究目的、意义
轴承是一个支撑轴的零件，如图1.1所示。它可以引导轴的旋转，也可以承受轴上空转的零件，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承。将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件，叫滚动轴承。
滚动轴承是标准化部件，一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成，如图1.2所示，其中内圈的作用是与轴相配合，并与轴一起旋转，外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用，滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命，保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。
图1.1 轴承图 1.2 轴承的构成
随着工业水平的不断进步，生产自动化、制造工艺水平不断提高，对于工业生产监控的要求也越来越严格。轴承作为机械设备中重要的旋转部件，对它的出厂质量和运行状况的检测是十分必要的。 轴承外圈外径是影响轴承质量的重要参数之一。目前，我国滚动轴承制造业在轴承尺寸精度的检测方面手段比较落后，仍采用扭簧表和相应的测量台架组成的检测系统，该系统自50年代至今基本上没有变化，已跟不上现代科学技术的发展，满
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足不了检测技术现代化的要求，并影响到产品质量的进一步提高。外径自动检验机是轴承行业提高检验效率和产品质量不可缺少的自动检验设备。
为了解决这个问题，设计一个轴承外径自动检测系统，配合开发的PLC控制和LABVIEW虚拟仪器软件对轴承外径进行自动检测，能实现轴承的自动上下料，自动定心夹紧，自动测量外径，并显示被检轴承是否合格。
1.2 滚动轴承外径测量的研究现状
1.2.1 轴承外圈外径测量的几种方法
（1）基于CCD的外径测量技术：
工作原理：CCD外径测量及控制系统原理如图1.3所示。该系统由光学成像、CCD驱动及采集、模拟信号处理及单片机4部分组成。CCD外径测量的工作原理为：点光源S置于透镜L1的焦点上，光线经过透镜L1后变成平行光束；该平行光束成为被测物体的背景光，物体在背景光的照射下，经过透镜L2 在CCD器件上成像；CCD是一种光电转换器，用集成电路工艺制成，它以电荷包的形式储存和传送信息，主要由光敏单元、输入结构和输出结构等组成，通过CCD可以实现光电转换，信号储存、转移、输出，以达CCD对物体像进行测量的目的。
图1.3 CCD外径测量系统原理
（2）电感式外径测量技术：
工作原理：电感传感器测量精度高、稳定性好、输出功率大,在精密长度计量中是一种较为理想的位移传感器。如图1.4所示，检测仪有两个传感器，采用接触式
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测量、两个传感器的工作状态及采样顺序分别由单片机通过控制器来进行控制图为机械装置示意图本机械装置可在径向和轴向分别进行调节，调节范围为0至25mm。因此只要更换型铁，便可测量不同直径不同的轴承。
图1.4 用电感传感器测外径的机械装置示意图
（3）基于气动测微原理的外径测量：
工作原理：如图1.5所示，气源经气室经四路（可扩展）导气管至测量头喷出，遇—定微小距离外工作表面的阻挡而引起测量头工作腔内气压的变化。选择合理的结构尺寸可以达到探测亚微米量级的灵敏度。压力的变化由压阻传感器将其转为电压的变化，再由前置级放大后，通过多路模拟转换开关送到数据采集系统分别进行采样保持和模数转换，记录入微机系统。计算机可根据需要进行实时的或半实时的数据处理，给出外径的最大值、最小值、平均值及其圆度信息，也可按既定的判别程序直接作出工件合格或超差的判断。
图1.5 气动外径测量原理图
1-测量头；2-轴承外圈；3-压阻测压传感器；4-前级放大器； 5-多路模拟转换开关；6-采样保持器；7-模数转换器；8-数据采集系统
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（4）激光扫描外径测量（LSDMG）:
激光扫描外径测量（LSDMG）是一种广泛应用的在线无损外径测量。它的基本原理如图1.6所示：准直激光束被扫描转镜偏转，再经扫描物镜（f?θ透镜）后成为线性扫描光束。假定待测试工件的直径为D，扫描光束在工件边沿相对于主光轴的夹角，则有以下测量方程式：
D=2fθ （1.1） 式中f为扫描透镜的焦距。
图1.6 激光扫描直径测量系统原理图
1.2.2 目前国内厂家生产的轴承外圈外径测量仪
目前我国生产轴承检测仪的厂家不多，主要有烟台轴承仪器厂、洛阳轴承研究所以及河南三门峡市中原精密有限公司等几家公司。
(1)图1.6是中原量仪生产的JWJ-3052A轴承外圈外径自动检验机。该机用电测头测量外径相互垂直两个截面的直径，将工件尺寸的变化量变化为电感量的变化，并输入电气控制箱，取其平均值，经执行机构将被测工件分为合格品和正、负超差品。
（2）图1.7是洛阳轴承科技股份有限公司生产的ZD0903成品轴承内外径自动检验机。此机是按GB307.2—84标准中规定的测量方法设计的用于成品球轴承内外径检测的自动机，本机采用双工位测量，机、电、气一体，自动化程度高；工件自动上下料，精确定位，匀速旋转，双测头浮动测量；微机自动运算，处理显示，给出GB307.1—84标准中规定的两大类12个参数；可根据预置的基准值，对被测工件
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内外径是否合格做出判断，并自动导入不同料仓；整个系统用PLC计算机控制，保护功能齐全、稳定、可靠。该自动机设计合理，操作调整方便，检测效率高，适用于大批量轴承生产线联线或单机使用。其主要技术指标为：示值误差:±0.5μm；示值稳定性:±0.5μm/8小时；测量截面数：2；测量周期：5秒；测量方式：手动、单步、自动。
a b 图1.6 轴承外径自动检验机图
1.3 轴承自动检测的发展方向
1.3.1 纳米测量技术
高速发展的技术经济对机械制造的要求越来越高，特别是计算机技术的飞速发展有力地促进了机械科技的进步。目前机械加工业已突破了0.01μm的进给技术，0.01μm圆度的加工技术和纳米级的粗糙度加工技术。纳米级的加工技术必然对产品检测提出更高的要求，如果检测仪器精度不提高，现有的检测仪器很快就不能满足制造业对产品检测的需求。产品精度的纵向延伸同时也将给国内的仪器制造业带来较大的冲击，甚至有被挤出市场的危险，从而迫使轴承仪器生产企业加大研发力度，积极与世界先进技术靠拢，将测量技术也提升到与纳米加工相适应的纳米测量。
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