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轴承检测仪器的分类与发展

作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12

精密机械制造技术的飞速发展和产品精度的日益提高，有力地促进了测试技术和试验技术的发展，使其呈现出多态性和超精密的特性。轴承加工技术的进步和轴承产品精度的提高，促进了轴承检测仪器及实验技术的发展，纳米测量、智能仪器、虚拟仪器、网络仪器等开始在轴承行业先进企业应用。中国正在逐步成为世界的产品制造中心，国外的先进制造技术和测试技术日益冲击着国内的轴承行业。由于在应用技术领域和国外存在的差距，目前国内的轴承检测仪器设备仍然与国外的同类先进企业存在着较大的差距。为了满足轴承行业的需要，轴承仪器要跟踪世界先进水平，开发新仪器，改变过去高精度检测仪器或设备只能从国外进口的局面。轴承仪器的分类和发展方向1. 轴承仪器的分类及特点(1)从结构构成上分轴承检测仪器可以分为机械式仪器、光机电一体化仪器、智能化仪器、无损检测仪器。机械式仪器测量采用表头进行显示，分辨率低，显示分辨率在1mm左右，主观误差较大，一般检测参数单一，但成本低、可靠性高，普及面广，如轴承行业现在使用的Ｄ系列内、外径仪、Ｈ系列高度仪、Ｗ系列沟位置仪、Ｂ系列摆差仪等。光机电一体化仪器一般采用传感器测量、数字显示，分辨率高，显示分辨率一般比机械式仪器高一数量级，示值准确，动态性能好，如激光粗糙度仪、标准测长机、基准游隙仪、摩擦力矩仪、主动测量仪、振动测量仪、在线内径测量机、机外检测机等。智能化仪器一般采用传感器测量，计算机分析处理测量数据，一般具有消除测量安装误差、综合分析判断、数据存储、统计分析、网络管理接口等功能。具有分辨率高、示值准确、显示直观、人机对话良好、动态性能好等特点，如Y系列圆度仪、基准游隙仪、机外检测机、智能振动测量仪、R系列沟曲率仪、摩擦力矩仪、网络化轴承多参数仪等。无损检测仪器一般采用传感器测量，可以非破坏检查轴承内部和表面裂纹缺陷等，如显微硬度机、涡流裂纹检查机、超声波探伤机等。(2)从性能上分轴承检测仪器可以分为计量型仪器、抽检实验仪器和工序用仪器。计量型仪器一般采用传感器测量，测量数值准确，精度高，要求操作员技术水平高，使用条件好，如圆度仪、轮廓度、测长仪、凸度仪、干涉显微镜等。抽检实验仪器一般采用传感器测量，测量数值准确，精度高，要求操作员技术水平较高，如圆度仪、振动仪、游隙仪、旋转精度仪、摩擦力矩仪、刚度仪、沟曲率仪、接触角仪、多参数仪、性能实验机等。工序间用仪器一般采用机械量表或传感器测量，显示分辨率、测量精度相对较低，测量数值稳定。如内外径仪、高度仪、沟位置仪、摆差仪、主动量仪、机外检测机等。(3)从检测性能上分轴承检测仪器可以分为零件测量仪器成品测量仪器和在线测量仪器。零件测量仪器一般指测量零件特征的仪器，如圆度仪、轮廓度、沟形、凸度仪、粗糙度仪、内外径仪、Ｈ高度仪等。成品测量仪器一般指测量轴承整体性能或特征的仪器，如振动仪、游隙仪、旋转精度仪、摩擦力矩仪、刚度仪、接触角仪、凸出量仪等。在线测量仪器一般应用在轴承生产设备上或生产、装配线中。如主动测量仪、机外检测机、自动游隙仪、自动测振仪、灵活性检测机等。2. 轴承仪器的发展方向轴承精度的提高促使计量型仪器向高精度方向发展，进入了纳米时代。纳米轮廓形状测量技术、亚微米尺寸测量技术、工业CT无损检测技术、激光技术已应用在轴承行业。检测实验型仪器向综合化、智能化方向发展，进入计算机信息管理、计算机模拟、网络化管理时代。工序仪器向数字化方向发展，进入计算机信息网络化管理、自动计算工序数理统计时代。在线检测仪器由开环向闭环方向发展，进入测量、加工、反馈、补偿、统计一体化时代。轴承测量仪器的新技术应用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进步有力地促进了机械科技的进步。目前机械加工业已突破了0.01mm的进给技术，0.01mm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，现有的仪器检测精度已经不能满足制造业对产品检测的需求。产品精度的纵向延伸也将给国内的仪器制造业带来较大的冲击，甚至是被挤出市场的危机，从而迫使轴承仪器的生产企业加大研发力度，积极向世界先进技术靠拢，将测量技术也提升到与纳米加工相适应的纳米测量。纳米级测量技术在轴承行业中最引人注目的是进行圆度、粗糙度等微小形状的测量。(1)纳米圆度测量技术圆度仪是机械加工中不可缺少的检测设备其精度制约着机械加工精度，为此国内外对圆度仪的开发生产极为重视，如英、美、德、日在20世纪7年代就生产出主轴精度优于±0.02m的高精度圆度仪，特别是英国R.T公司生产的圆度仪性能比较稳定世界上有很高的市场占有率，该公司生产的新型圆度仪采用分离主轴回转误差的办法来提高测量精度分离后的高精度圆度仪圆度测量值的不确定度可达0.005μm，放大倍率已达到100万倍，分辨率已达到纳米级，主轴回转精度0.01μm，代表了当代圆度仪的水平。20世纪90年代，计算机技术飞速发展并广泛应用在圆度仪上，圆度仪的功能更加完善，实现了圆度、圆柱度、垂直度、倾斜度、平面度等参数的测量，并增加了斜率分析，谐波分析等功能。国内开发生产的圆度仪种类也很多，如上海机床厂仿TaLyro型，主轴回转精度0.1μm；上海量具刃具厂生产的台式圆度仪，回转精度0.1μm左右；北京机床研究所生产的台式圆度仪，回转精度0.05μm。洛阳轴承研究所在20世纪70年代末开发的高速圆度仪Y9025开创了圆度测量的一个新领域，获国家发明奖，主轴精度0.1μm，在轴承及其他行业大量应用。1996年开发出Y9025的改进产品Y9025G，199年开发出Y905钢球圆度仪，其主轴回转精度达0.02～0.08μm，电气系统已实现计算机化，并增加了三种评定圆度方法以及斜率分析、谐波分析等功能。多年来，几代专家对圆度测量的研究使得国内已系统掌握了圆度测量技术，并掌握了研制高精度圆度仪关键技术的方法及数学模型。洛阳轴承研究所在2002年开发了电感式低速圆度仪测量系统，通过主轴回转误差的分离技术使圆度的测量达到了纳米级不确定度，测量不确定度在0.005～0.01μm之间，从而为最终实现纳米圆度测量提供了可能和保证。仪器在性能上接近国外同类仪器的测量水平。(2)纳米粗糙度及轮廓测量技术机械零件的表面粗糙度测量仪和表面形状测量仪的结合称为轮廓仪，是检测机械零件表面质量的精密仪器。国内外对轮廓仪的开发生产极为重视，英、美、日、德等国从2世纪四、五十年代起就陆续开发生产了多种轮廓仪，如美国MMC公司、日本的东京精密公司、德国的霍梅尔公司、英国的泰勒公司，并不断更新换代。轮廓仪的标准也不断更新。英国公司的Talysur轮廓仪的发展水平代表了各个时期的世界发展水平，20世纪90年代初激光式轮廓仪的分辨率达0.01μm，90年代中期的电感式轮廓仪的分辨率达0.001μm，量程±2mm。国内在2世纪90年代末引进开发的电感式轮廓仪的显示分辨率达0.001μm，量程±2mm，但真正意义上的纳米轮廓测量仪器还没有，这是近期仪器研发要达到的目标。2. 网络仪器的开发应用CAQN（Computer Aity Net）是运用计算机技术、网络技术、精密检测技术组建的崭新的质量自动化网络，是信息时代的质量管理体系、质量控制体系，能够实现质量数据的自动采集和传递，实现网络化质量监督和管理，实现以预防为主的统计过程控制（SPC）。网络轴承检测仪器是最新的数字网络系统和精密检测技术的有机结合，仪器可以对轴承的多参数进行测量、工序和工艺能力分析、质量统计分析，达到控制轴承产品质量的目的，完善企业的现代化质量管理。洛阳轴承研究所和洛阳汇智测控技术有限公司在1999年研制开发了网络化轴承多参数检测仪器及质量管理系统CAQN，已经在轴承行业开始应用。轴承行业现有的传统仪器可以通过改造由计算机对其进行管理，实现仪器的网络化功能。CAQN的体系结构分为三级：现场测量级、集中监控级、质量信息管理级。它包括两层网络形式：基于智能化多参数测量仪、面向检测的RS485工业通信网和基于客户机/服务器、面向管理的计算机局域网。其主要由智能轴承多参数测量仪、工作站（监控计算机）、管理站（管理计算机）、网络数据库服务器组成。现场测量仪是智能化的高精度轴承多参数测量仪，完成轴承零件各种参数的检测，建立临时数据库，存储测量结果，并能够以通信的方式将数据汇送到监控计算机。工作站（监控计算机）定时读取各现场测量仪的测量结果，将数据传送到数据库中，实时监控生产全过程的质量状况，实时分析质量变化原因。管理站（管理计算机）通过数据库o Qual-读取数据来实现实时监控、质量分析、数据查询、打印等，实现质量信息电子化管理。服务器计算机与多台监控计算机和管理计算机相连，控制数据库管理，负责存储数据、操纵数据并为用户检索数据。3.虚拟仪器与智能仪器现代化技术的进步以计算机、信息技术的进步为代表，不断革新的计算机技术从各个层面上影响着、引导着各行各业的技术革新。基于计算机技术的虚拟仪器系统技术正以不可逆转的力量推动着测试技术的革命。虚拟仪器系统的概念不仅推进了以仪器为基础的测试系统的改造，同时也影响了以数据采集为主的测试系统的传统构造方式的进化。虚拟仪器系统的概念汇集了各种分散的测试领域，并正在逐步取代传统的测试方法，成为一种标准的技术规范。虚拟仪器技术的出现是计算机技术发展的结果，也是用户对仪器品种、功能、精度、测试速度、实时性、友好性、复杂运算、可存储性等苛求的结果，是测试技术领域的一大突破。虚拟仪器因其无比的优越性迅速占领了市场，测试功能设计方面的可自由扩充性、兼容性以及低廉的成本大大缩短了开发周期。从虚拟仪器概念的提出到产品大量而快速的普及也仅仅是短短十几年时间，而测试功能的多样性、准确度却达到了前所未有的程度，从而节约了大量的人力和物力去进行更深层次的研发。虚拟仪器就是在通用计算机上加一组实现特定功能的软硬件，从而达到甚至超过几台传统仪器应有的效果和功能，避免了传统仪器不能很好相互兼容的缺点。智能轴承仪器属于虚拟仪器的范畴，是利用了传统计算机硬件固有的高速运算和存储能力，以及能进行复杂运算的特征，并利用已有的高效的程序设计平台，结合需要开发的特定领域，开发出一系列实现特定功能的软硬件和接口。这种特定的软硬件系统联上传统的计算机软硬件平台，就可完成一套完善的智能测试仪器。国内轴承行业已经开始涉足虚拟和智能测试领域。20世纪90年代中期，我国成功开发出智能化圆度测量仪、沟曲率测量仪、旋转精度测量仪、智能轴承多参数测量仪、摩擦力矩测量仪、数字振动测量仪、形状仪、轮廓仪、机

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