[发明专利]基于激光干涉全息检测法的轴承球球形误差快速检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及轴承球体的测量方法，尤其是涉及一种基于激光干涉全息检测法的轴承球球形误差快速检测方法。

背景技术

轴承是精密机械、仪器设备中的重要基础件，其精度对装备的总体性能有着重大影响。其中，轴承球作为轴承的关键基础元件，也是轴承最薄弱的环节，表面的缺陷诸如表面粗糙度、波度和形状误差都会导致大量热量的产生，进而导致产品的磨损和寿命减少。目前，高品质轴承球生产的主要问题是次品的检测与筛选。与表面缺陷相比，球形误差测量与评定方法还有待完善，主要是因为球体面形测量难度大，大多方法基于圆周轮廓式测量原理，这与轴承滚动体在机械制造和机构理论中的作用是不相称的，所以轴承球球形误差测量与评定研究非常必要。企业要进入高端装备用精密轴承市场，轴承各元件的检测与质量控制是关键。轴承球表面每个区域都要达到精度要求，受限于检测方法，传统以线代面的检测方式漏检率高，无法满足高品质轴承球的检测与质量控制要求。因此，企业亟需一种可以对轴承球整个面形检测的新方法。

对于轴承滚动体的检测包括了表面缺陷检测和形状误差检测，国内外都有相关研究。表面缺陷的无损检测技术较为成熟，主要有：涡流检测、射线检测、超声波检测、渗透检测技术与光学显微镜下目检相结合、激光检测等。其中，激光检测法因其独特的优势，迅速发展起来，目前发展比较成熟的激光检测方法有：激光聚焦法、激光散射法、激光散斑法和暗区比测量法。每种检测方法都能够检测到一定尺寸和形态的表面和次表面缺陷，但无法反映形状误差情况。

其他检测方法有接触式测量，球体振动检测技术等。德国Mahr公司和英国Taylor Hobson公司的粗糙度仪和圆度仪可以分别检测轴承滚动体的粗糙度和圆度，其原理是用一个很小的触针在被测表面上移动，获取表面粗糙度、波纹度、形状误差及其他一些形貌特征等综合信息，该方法每次只能在触针轨迹范围内进行检测，无法反映轴承滚动体整体质量，测量结果易受探针针头直径和形状的影响，不适用于在线测量；球体振动检测技术为目前比较常用的钢球质量检测技术，其原理是使用高精度旋转主轴带动被测钢球旋转，经压电加速度计拾取其振动信号，表征钢球表面的波度，综合反映单粒球体表面质量，包括了球体表面粗糙度，球形精度和尺寸相互差等，该方法在长期使用过程中表现出精密主轴容易发生故障，检测结果不稳定的情况。此外，上述两种方法虽可以测量形状误差，但属于有损检测，适合小批量采样检测，不适合大批量采样检测，批一致性也无法保证。

浙江工业大学的夏其表和天津大学的秦展田提出了球体研磨振动的在线检测，对精密球在研磨加工过程中的振动信号进行了测试和分析，其振动信号反映了球体整体质量，目前设备的在线检测精度还达不到离线检测的水平。

球面的形状误差检测方法有很多，如三点法、径向法、经圆测量法、样板法、全息法、光纤法、阴影法、标准球面法和激光干涉法等。前面三种方法本质上也是运用圆度测量系统和统计技术获得的一系列二维圆度误差来计算三维球形误差，后几种方法可以对整个面形进行检测。

合肥工业大学的唐海勇等人提出了基于气动测量的球形误差测量系统研究，将球体尺寸量转换成流量或压力的变化量，从而实现球形误差测量，该方法属于非接触无损检测，但并不能解决精密球体的球形误差测量；上海交通大学的刘冰提出了基于精密球面磨床的球度在位测量方法研究，应用先进的传感器技术设计了球度在位测量系统，适用于球阀等大球径球体测量；Claudio Ramirez使用相移矢量剪切干涉仪检测了球面光学元件的球形误差；Daodang Wang使用点衍射干涉技术以及SCHREINER R使用基于平移旋转的球面绝对检测技术对球面进行测量，可以实现近0.001λ的面形检测精度，进而极大地促进了光学表面加工精度的提高；Xinxue Ma使用相位变更方法与激光干涉仪结合，优化了光学球面镜面形误差评估计算方法。

上述方法中，激光干涉法应用最为广泛，主要应用于光学元件的面形检测，具有高分辨率、高准确度、高灵敏度和重复性好等优点。国内外已有相关产品对球面进行检测：美国ZYGO公司的GPI-HS激光干涉仪、德国XONOX公司的VT750立式球面/平面激光干涉仪、美国VEECO公司的NTI4000激光干涉仪等。