基于平移匹配和SVR 方法的滾動軸承接觸角測量

摘 要： 接觸角是表征軸承性能的重要設計參數，尤其對于高精密滾動軸承，其接觸角的大小直接影響軸承的剛度、承載能力和壽命，傳統方法是在保持架端面上貼反光測量標記片，但對于一些超薄超寬系列軸承，操作較為困難。針對此問題，文章提出一種基于平移匹配和支持向量回歸（support vector regression， SVR）方法的軸承接觸角測量方法，通過檢測軸承滾動體位置變化，結合灰度信息的平移匹配，實現對軸承旋轉角度的測量，再結合采集時間戳，采用SVR 算法進行回歸分析計算保持架轉速，繼而評估軸承接觸角。實驗表明：文章提出方法能夠在不設置實物標記的前提下，實現0.01 等級最大誤差性能指標的高精度檢測，為滾動軸承接觸角測量提供一種新的思路。

關鍵詞： 軸承; 保持架; 平移匹配; 支持向量回歸; 機器視覺

中圖分類號： TB9 文獻標志碼： A 文章編號： 1674–5124（2024）12–0169–08

0 引 言

滾動軸承接觸角是軸承的一項重要設計技術參數，其大小直接影響軸承的承載能力、剛度和壽命。對高精度軸承接觸角測量技術的研究具有重要意義。

滾動軸承接觸角可通過測量保持架轉速，并通過經驗公式計算得出[1]。目前，對轉速檢測方法較多。常用方法主要包括：1）光電編碼器檢測法[2]。主要通過光電碼盤轉速傳感器測量，光柵盤與電機同軸旋轉，將位置變化信息通過光電轉換為脈沖信號，根據脈沖數測量目標轉速。該方法光電編碼器要安裝在被測軸上，且需在保持架上粘貼反光片。2）光纖傳感器檢測法[3]。光纖耦合器發出光源，照射在軸承保持架的端面上。測量點不反射光，其余部位將光反射到接收端，獲得脈沖信號，并以此計算保持架轉速。該方法也需要在軸承端面安裝測試裝置。3）電磁感應法[4]。該方法通過電磁效應測量，軸承轉動時，磁鐵產生磁力線，齒輪切割磁力線，產生感應電動勢，單片機通過傳感器輸出的脈沖信號計算出轉速。該方法仍然需要在軸承實物上設置標記點。綜上所述，上述方法均需要在保持架上進行貼片，對于一些超薄超寬系列軸承，操作較為困難。

為解決上述問題，本文提出了基于平移匹配和SVR 法的滾動軸承接觸角測量法，通過匹配軸承滾珠位置獲得實時的轉動參數，再結合時間信息，通過支持向量回歸（SVR）方法進行數據處理和計算獲得相對準確的轉速信息。本文以Matlab 為平臺，利用Matlab App Designer 實現人機交互界面，形成可進行保持架轉速測量的獨立App；最后，經過實驗驗證，本方法解決了在軸承實物上做標記的問題，能對軸承保持架轉速進行精準測量，相對誤差小于0.01%，檢測效率高，單次測量時間不超過10 s。本文所設計的檢測系統操作簡單，有較好的可移植性和穩定性，為滾動軸承接觸角的測量提供了新的參考思路。