CN101281015A - 罗拉成品检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种罗拉成品检测方法，通过在罗拉端面、环轴壁上设置传感器，计算罗拉的端面跳动、长度、直线度，新型涨套装置能满足罗拉零件的精密定位要求，依据直接接触式测量原理，通过杠杆机构可采集零件表面信息。软件系统应用模块化设计思想，能完成零件的在线测量控制、检测数据自动记录、零件分选、参数调整、统计分析等功能。能一次检测罗拉直线度、长度偏差和端面跳动，经多批次随机抽样50件检验，将自动检测和手工检测结果相比较，两者重合度很好，每根检测时间为20秒。

Description

罗拉成品检测方法

技术领域

本发明属于一种纺织罗拉成品的检测方法。

背景技术

我国纺织机械行业年生产罗拉近几百万件。随着竞争日趋激烈，市场对罗拉轴的需求越来越大。其主要工艺流程是：冷拉—磨削—夹花—高频淬火—校直—磨削。工件虽经校直工艺，但部分工件因应力释放，夹花面直线度超差较大，因此要求在线件件检测，剔除不合格产品，保证产品最终质量。由于罗拉一端加工有顶针孔，而另一端是内圆孔，罗拉自动装夹不易实现。罗拉检测包括6段夹花面直线度、长度偏差和端面跳动等多个检测项，涉及的检测量、器具多，以往人工需分多次检测一件工件上的多项参数，最快时间为5分钟，而且检测精度随操作者工作情绪有波动，效率不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种罗拉成品检测方法，能一次自动检测直线度、两个端面的跳动及长度等多个检测指标，检测时间缩短到20秒，提高了检测效率，保证了产品质量。

本发明的技术方案如下：

罗拉成品检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、罗拉先放置在两V形块上，左顶针顶紧罗拉左边轴心，锥杆安装于松开的涨套内，并左移进罗拉右端内孔，顶紧工件，涨套沿径向均匀分布有多个狭缝，在锥杆作用下可均匀涨开，涨紧罗拉，实现罗拉轴向定位，驱动锥杆带动罗拉旋转；

(2)、在罗拉的左、右端面以及环轴壁上分别贴壁设置检测传感器以检测端面与罗拉轴的跳动；

(3)、罗拉长度检测：采用标准轴对罗拉的左、右端面传感器进行标定，得到端面用两传感器的初始值ΔL₁₀、ΔL₂₀，设标准轴截面公称长度为L₀，当测量罗拉长度为L时，得到两传感器值ΔL₁、ΔL₂，被测罗拉的实际长度L和L₀的偏差ΔL为

ΔL＝|L-L₀|

＝|ΔL₁+ΔL₂-(ΔL₁₀+ΔL₂₀)|   (3)

通过计算ΔL，与设定的阈值比较，确定罗拉长度是否符合要求，判定罗拉是否合格；

(4)、罗拉端面检测：罗拉的左、右端面传感器，在罗拉每旋转一圈，分别测量罗拉左、右端面上的N个点的测量值ΔL_1i、L_2i，＝i＝1，2，…，N，排除粗大误差，得到左、右端面的跳动值T_L、T_R：

T_L＝|Max(ΔL_1i)-Min(ΔL_1i)|   (4)

T_R＝|Max(ΔL_2i)-Min(ΔL_2i)|   (5)

通过计算T_L、T_R与设定的阈值比较，确定罗拉端面是否符合要求，判定罗拉是否合格；

(5)、罗拉直线度检测：以左顶针与端锥杆中心的连线为旋转轴线，罗拉每旋转一周，罗拉环轴壁上各传感器分别环绕不同的圆截面上测量M次，罗拉环轴壁上的传感器数为K，设ΔR_ij为传感器采样值，θ_ij为传感器测量时位于圆截面上的对应角度，采样数据为(ΔR_ij，θ_ij)，其中i为各传感器所环绕的圆截面号，i＝1，2，…，K，j为采样点数，j＝1，2，…M，按式(6)计算每一截面的最小二乘圆心坐标O_i(X_i，Y_i，Z_i)；

$\left\{\begin{array}{c}{X}_i=\frac{2}{M}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{\ΔR}}_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}\right)\\ Y_i=\frac{2}{M}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\left(\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}\right)\end{array}\right.---\left(6\right)$

Z_i为各个传感器所环绕的圆截面轴向距离，以罗拉上首尾两个传感器所环绕的圆截面圆心连线为基准轴线，中间K-2个传感器所环绕的圆截面相对该轴线弯曲度W_i为

$W_i=\sqrt{{(X_i-a-q{Z}_i)}^2+{(Y_i-b-p{Z}_i)}^2}---\left(7\right)$

其中a、b、p、q为计算系数，分别由下式得到：

$a=X_1-\frac{X_K-X_1}{Z_K-Z_1}\×Z_1,$ $b=Y_1-\frac{Y_K-Y_1}{Z_K-Z_1}{\×Z}_1,$ $q=\frac{X_K-X_1}{Z_K-Z_1},$ $P=\frac{Y_K-Y_1}{Z_K-Z_1}$

则直线度S为：S＝Max(W₂，W₃，W₄，…W_K-1)，与设定的S的阈值比较，确定罗拉直线度是否符合要求，判定罗拉是否合格。

所述的罗拉成品检测方法，其特征在于：所述的ΔL阈值在±0.05mm；T_L、T_R阈值在±0.05mm，直线度S阈值为±0.02mm。

所述的罗拉成品检测方法，其特征在于：所述的M＝180，N＝180，K＝8。

所述的罗拉成品检测方法，其特征在于：涨套外表面经磨削成粗糙面，内表面为圆锥面与锥杆配合。

本发明采用最小二乘原理，能检测罗拉夹花面的直线度，两个端面的跳动及长度偏差，已应用在上海良纺纺织机械专件厂罗拉产品生产线上，通过多批次随机抽取50根零件，将系统检测结果和手工检测结果进行比较，重合度相一致，能满足生产需求，检测时间由原来的人工检测5分钟缩短为自动检测的20秒，大大节省了时间，提高了效率，实用效果良好。

附图说明

图1为本发明检测方法原理图。

具体实施方式

本测量系统采用分辨率为0.5um的差动式电感传感器对罗拉进行检测，传感器布置如图1所示，测量步骤是：罗拉2先放置在两V形块上，在气动系统驱动下，左顶针1先右移到固定位置，顶紧罗拉2左边轴心，涨套7沿径向均匀分布有多个狭缝，锥杆8安装于涨套7内，锥杆8带动松开的涨套7左移进罗拉2右端的内孔，顶紧工件，实现罗拉2轴向定位，拉杆6前端螺合有螺母5，向左顶住锥杆8，然后拉杆6右拉，使涨套7涨紧罗拉2，步进电机驱动锥杆8带动工件旋转。

因和罗拉2右端内孔表面接触，涨套7外表面经磨削具有很高的粗糙度，内表面为圆锥面与锥杆8配合；

(2)、在罗拉2的左、右端面上分别贴壁设有差动式电感传感器4，在罗拉的环轴壁上贴壁设置有8个差动式电感传感器3；锥杆8外缘上贴壁设有安装差动式电感传感器9。

1.1长度偏差检测原理

长度偏差测量前需用标准轴对测量系统进行标定，得到端面用两传感器的初始值ΔL₁₀、ΔL₂₀，设标准轴截面公称长度为L₀，则两传感器之间的距离L_AB为

L_AB＝L₀+ΔL₁₀+ΔL₂₀     (1)

当被测罗拉长度为L，得到两传感器值ΔL₁、ΔL₂，则L_AB又可表示为

L_AB＝L+ΔL₁+ΔL₂            (2)

由式(1)、(2)，被测罗拉的实际长度L和标准轴直径L₀的偏差ΔL为

ΔL＝|L-L₀|

   ＝|ΔL₁+ΔL₂-(ΔL₁₀+ΔL₂₀)|    (3)

当ΔL在[+0.05mm，-0.05mm]内，端面长度符合要求，判该工件合格，否则为废品。

1.2端面跳动检测原理

工件旋转一圈，端面传感器采样左、右侧两环形端面上180点，得数据ΔL_1i、ΔL_2i，i＝1，2，…，180，排除粗大误差，得到左、右端面跳动值T_L、T_R为：

T_L＝|Max(ΔL_1i)-Min(ΔL_1i)|    (4)

T_R＝|Max(ΔL_2i)-Min(ΔL_2i)|    (5)

当T_L、T_R均在[+0.005mm，-0.005mm]内，端面跳动符合要求，判该工件合格，否则为废品。

1.3直线度检测原理

直线度测量要求以顶针中心和内孔中心的连线为旋转轴线。但内孔的中心难以测量，为此专门设计了新型涨套，将难以测量的内孔中心转移到可以测量的锥杆中心。涨套涨紧工件后，内孔中心和涨套中心重合，又由于涨套中心和锥杆中心同心，因此锥杆中心和内孔中心同心，实现了罗拉的精密定位，同时在保证检测基准的条件下实现了内孔自动装夹。

罗拉每旋转2°，传感器采样一次，旋转一周，采样180次，采样后数据经A/D转换，送入计算机。依最小二乘原理，将两端圆截面计算圆心连线作基准轴线，计算中间6截面圆心偏离此轴线距离，判断轴心线弯曲情况。设ΔR_ij为采样值，θ_ij为对应角度，采样数据为(ΔR_ij，θ_ij)，其中i为截面号，i＝1，2，…，8，j为采样点数，j＝1，2，…180，按式(6)可以计算每一截面的最小二乘圆心坐标O_i(X_i，Y_i，Z_i)。

$\left\{\begin{array}{c}{X}_i=\frac{2}{180}\underset{j=1}{\overset{180}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{\ΔR}}_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}\right)\\ Y_i=\frac{2}{180}\underset{j=1}{\overset{180}{\mathrm{\Σ}}}\left(\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}\right)\end{array}\right.---\left(6\right)$

Z_i为截面轴向距离。如果以1、8首尾两截面圆心连线为基准轴线，中间6截面相对该轴线弯曲度W_i为

$W_i=\sqrt{{(X_i-a-q{Z}_i)}^2+{(Y_i-b-p{Z}_i)}^2}---\left(7\right)$

其中a、b、p、q为计算系数，分别由下式得到：

$a=X_1-\frac{X_8-X_1}{Z_8-Z_1}\×Z_1,$ $b=Y_1-\frac{Y_8-Y_1}{Z_8-Z_1}{\×Z}_1,$ $q=\frac{X_8-X_1}{Z_8-Z_1},$ $P=\frac{Y_8-Y_1}{Z_8-Z_1}$

则直线度S为：S＝Max(W₂，W₃，W₄，W₅，W₆，W₇)。S在0.02mm内为合格，否则被判为废品。

2.1检测机构

罗拉在线检测系统采用直接接触式测量方式，通过杠杆机构，测量零件表面信息。当零件绕轴心旋转时，测量杆将在弹簧作用下紧贴在工件表面，表面微小变化通过杠杆传递给传感器，传感器能实时采集数据。不检测时，支撑气缸活塞伸出，杠杆逆时针旋转，脱开工件，工件可以方便地取出。

传感器测量电路与数据采集系统采取独立联接方式。系统中还设置了温度传感器，通过测量仪器及环境温度实现温度误差补偿。

Claims (4)

1、罗拉成品检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、罗拉先放置在两V形块上，左顶针顶紧罗拉左边轴心，锥杆安装于松开的涨套内，并左移进罗拉右端内孔，顶紧工件，涨套沿径向均匀分布有多个狭缝，在锥杆作用下可均匀涨开，涨紧罗拉，实现罗拉轴向定位，驱动锥杆带动罗拉旋转；

(2)、在罗拉的左、右端面以及环轴壁上分别贴壁设置检测传感器以检测端面与罗拉轴的跳动；

(3)、罗拉长度检测：采用标准轴对罗拉的左、右端面传感器进行标定，得到端面用两传感器的初始值ΔL₁₀、ΔL₂₀，设标准轴截面公称长度为L₀，当测量罗拉长度为L时，得到两传感器值ΔL₁、ΔL₂，被测罗拉的实际长度L和L₀的偏差ΔL为

ΔL＝|L-L₀|

＝|ΔL₁+ΔL₂-(ΔL₁₀+ΔL₂₀)|    (3)

通过计算ΔL，与设定的阈值比较，确定罗拉长度是否符合要求，判定罗拉是否合格；

(4)、罗拉端面检测：罗拉的左、右端面传感器，在罗拉每旋转一圈，分别测量罗拉左、右端面上的N个点的测量值ΔL_1i、L_2i，＝i＝1，2，…，N，排除粗大误差，得到左、右端面的跳动值T_L、T_R：

T_L＝|Max(ΔL_1i)-Min(ΔL_1i)|  (4)

T_R＝|Max(ΔL_2i)-Min(ΔL_2i)|  (5)

通过计算T_L、T_R与设定的阈值比较，确定罗拉端面是否符合要求，判定罗拉是否合格；

(5)、罗拉直线度检测：以左顶针与端锥杆中心的连线为旋转轴线，罗拉每旋转一周，罗拉环轴壁上各传感器分别环绕不同的圆截面上测量M次，罗拉环轴壁上的传感器数为K，设ΔR_ij为传感器采样值，θ_ij为传感器测量时位于圆截面上的对应角度，采样数据为(ΔR_ij，θ_ij)，其中i为各传感器所环绕的圆截面号，i＝1，2，…，K，j为采样点数，j＝1，2，…M，按式(6)计算每一截面的最小二乘圆心坐标O_i(X_i，Y_i，Z_i)；

$\left\{\begin{array}{c}{X}_i=\frac{2}{M}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{\ΔR}}_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}\right)\\ Y_i=\frac{2}{M}\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\left(\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}\right)\end{array}\right.---\left(6\right)$

Z_i为各个传感器所环绕的圆截面轴向距离，以罗拉上首尾两个传感器所环绕的圆截面圆心连线为基准轴线，中间K-2个传感器所环绕的圆截面相对该轴线弯曲度W_i为

$W_i=\sqrt{{(X_i-a-q{Z}_i)}^2+{(Y_i-b-p{Z}_i)}^2}---\left(7\right)$

其中a、b、p、q为计算系数，分别由下式得到：

$a=X_1-\frac{X_K-X_1}{Z_K-Z_1}\×Z_1,$ $b=Y_1-\frac{Y_K-Y_1}{Z_K-Z_1}{\×Z}_1,$ $q=\frac{X_K-X_1}{Z_K-Z_1},$ $P=\frac{Y_K-Y_1}{Z_K-Z_1}$

则直线度S为：S＝Max(W₂，W₃，W₄，…W_K-1)，与设定的S的阈值比较，确定罗拉直线度是否符合要求，判定罗拉是否合格。

2、根据权利要求1所述的罗拉成品检测方法，其特征在于：所述的ΔL阈值在±0.05mm；T_L、T_R阈值在±0.05mm，直线度S阈值为±0.02mm。

3、根据权利要求1所述的罗拉成品检测方法，其特征在于：所述的M＝180，N＝180，K＝8。

4、根据权利要求1所述的罗拉成品检测方法，其特征在于：涨套外表面经磨削成粗糙面，内表面为圆锥面与锥杆配合。

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