CN105234820A - 一种非接触式金属基砂轮圆度误差及磨损量在线检测方法及实现该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

一种非接触式金属基砂轮圆度误差及磨损量在线检测方法及实现该方法的装置，涉及磨削加工领域中的金属基砂轮圆度误差和砂轮磨损量在线检测技术。它为了解决现有测量金属基砂轮圆度误差及砂轮磨损量的方法应用范围窄的问题。本发明的方案为：固定电涡流传感器的位置，采用电涡流传感器在线检测该电涡流传感器测头与金属基砂轮表面距离，计算得到砂轮不同位置半径变化情况，从而得到金属基砂轮旋转一周的圆度误差曲线。通过比较一段磨削时间后砂轮对应位置半径的变化，计算得到金属基砂轮表面不同位置的磨损量。本发明能够以非接触方式在磨削过程实时检测金属基砂轮磨损量及砂轮圆度误差，检测精度高，适用范围广。

Description

一种非接触式金属基砂轮圆度误差及磨损量在线检测方法及实现该方法的装置
技术领域
本发明涉及磨削加工领域中的金属基砂轮圆度误差和砂轮磨损量在线检测技术。
背景技术
随着空间技术的迅速发展，对空间光学系统及其装置，尤其对于空间光学器件表面有了更高的精度需求目前大口径的空间镜片材料主要采用SiC陶瓷、光学玻璃、微晶玻璃等，由于它们较高的硬脆特性，使得使用金属基金刚石砂轮超精密磨削加工成为当前这些空间镜片的重要加工手段。
由于镜片材料的高硬脆的特性，而且多为大口径镜片，金属基金刚石砂轮在磨削过程中的磨损量很大，一方面造成了砂轮的圆度误差，影响工件加工精度；另一方面使得砂轮径向尺寸减小，如果未能及时补偿进给量，砂轮将空转，无法接触工件，影响加工效率，无法满足空间镜片加工需求，所以要对加工过程中的金刚石砂轮进行实时检测，即在线检测，以获得砂轮磨削过程中的砂轮磨损量，为砂轮补偿进给提供依据；实时获取砂轮圆度误差情况，为砂轮修整提供依据，以保证砂轮精度，提高镜片加工质量和效率。因此寻求磨削加工过程中金属基金刚石砂轮圆度、磨损量的在线检测方法有重要意义。
目前砂轮的检测方法有声发射检测法、激光功率频谱检测法、CCD传感器检测法等，其中声发射检测法可通过对磨削过程中的声发射(AE)信号间接获得砂轮磨损状态，激光功率谱检测法可以对砂轮表面形貌进行测量，CCD传感器检测法可以检测砂轮轮廓，这些检测方法在特定条件下都有一定的效果，但是都有一定局限，要么不能在线检测，只能在位检测，要么无法在磨削液或机床噪声环境下检测，应用范围都受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有测量金属基砂轮圆度误差和砂轮磨损量的方法应用范围窄的问题，提供一种非接触式金属基砂轮圆度误差及磨损量在线检测方法及实现该方法的装置。
本发明所述的一种非接触式金属基砂轮圆度误差及磨损量在线检测方法为：固定电涡流传感器的位置，采用电涡流传感器测量该电涡流传感器测头与金属基砂轮表面的距离，根据该距离变化情况计算得到金属基砂轮半径的变化情况，根据金属基砂轮旋转一周的半径变化情况得到磨削过程中金属基砂轮的圆度误差曲线，通过比较砂轮不同位置的半径磨削前后的变化情况，计算得到金属基砂轮表面不同位置的磨损量。
上述方法具体为：将电涡流传感器固定在垂直于砂轮旋转轴线的中间截面径向方向，采用电涡流传感器测量该电涡流传感器测头与金属基砂轮表面的距离，根据该距离变化情况得到金属基砂轮半径的变化情况，根据金属基砂轮旋转一周的半径变化情况得到磨削过程中金属基砂轮的圆度误差曲线；通过比较砂轮不同位置的半径磨削前后的变化情况，计算得到金属基砂轮表面不同位置的磨损量。
采用光电码盘对金属基砂轮外圆各点角度位置进行测量定位，以得到金属基砂轮圆度误差曲线各处和砂轮表面各点磨损量的位置信息。
实现上述非接触式金属基砂轮圆度误差和磨损量在线检测方法的装置包括电涡流传感器1、数据采集卡2、计算机3和光电码盘4；
所述电涡流传感器1固定在砂轮罩上，且电涡流传感器1位于通过金属基砂轮截面圆心的直线上，电涡流传感器1的信号输出端连接数据采集卡2的信号输入端，数据采集卡2的信号输出端连接计算机3，光电码盘用于对金属基砂轮的外圆进行精确定位。
本发明在采用金属基砂轮磨削加工过程中，通过电涡流传感器在线检测金属基砂轮半径变化，从而计算出砂轮磨削过程中的磨损量，为砂轮的补偿进给提供依据。通过检测砂轮旋转一周各处半径的变化值可得到砂轮的圆度误差曲线，并得到砂轮所需的修整量，为砂轮修整提供依据。同时光电码盘对砂轮外圆各处进行精确测量定位，得到砂轮各处的磨损量及圆度误差的具体位置，并由计算机实时反馈给修整装置，从而为修整装置精确修整实时提供位置及修整量的信息。与现有技术相比，本发明适用范围比较广，由于是以高频电涡流效应为原理的非接触式检测装置，可对进入其测量范围内运动的金属物体形貌进行精密地非接触测量，灵敏度高，能够检测微小的距离变化，并且耐高温、油污、尘埃、噪声、湿度等，能在恶劣环境下长期连续工作，对磨削液不敏感，可应用于采用磨削液的湿磨加工，检测精度高，分辨率可达0.4μm，可在线检测砂轮圆度误差及磨损量。
附图说明
图1为实施方式一所述的一种非接触式金属基砂轮圆度误差及磨损量在线检测方法的原理示意图，其中11表示金属基砂轮未磨损时的轮廓，12表示砂轮磨损后的轮廓，13表示砂轮磨损后最小半径所对应的虚拟轮廓。
图2为实施方式四所述的装置的原理示意图；
图3为实施方式四所述的装置的原理示意图，其中虚线框内的结构为图2中相应结构的左视图，其中5表示平面磨床，6表示金属基砂轮，7表示砂轮罩，8表示工件，9表示工作台，10表示磨削液。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种非接触式金属基砂轮圆度误差及磨损量在线检测方法，该方法为：固定电涡流传感器1的位置，采用电涡流传感器1测量该电涡流传感器1测头与金属基砂轮6表面的距离，根据该距离变化情况计算得到金属基砂轮6半径的变化情况，根据金属基砂轮6旋转一周的半径变化情况得到磨削过程中金属基砂轮6的圆度误差曲线，通过比较砂轮不同位置的半径磨削前后的变化情况，计算得到金属基砂轮6表面不同位置的磨损量。
未磨损的砂轮圆度好，圆弧各处对应的半径大小相等，经过一段时间的磨削后，会发生磨损，磨损处圆弧对应半径会减小(所述半径是指砂轮中心到圆弧的距离)，而且不同程度磨损处对应的半径大小也会不同，将电涡流传感器安装在垂直于砂轮旋转轴线的中间截面径向方向，通过检测工作状态下的砂轮与测头的距离的变化情况，可以检测出砂轮半径的变化值(测得的距离变化量即是砂轮磨损量)，从而实现砂轮磨损量的在线检测。其中砂轮半径变化最小值处，即为砂轮最小磨损量处，取该处的距离变化量dmin作为补偿量反馈给机床进行补偿进给量C：dmin＝C。
通过电涡流传感器检测测头与砂轮表面的距离，根据砂轮旋转一周的距离数据得砂轮圆度误差曲线。根据加工精度的圆度要求判断砂轮是否需要修整，如需要修整，可进一步计算得到砂轮所需修整量。选取测量所得砂轮一个圆周的数据，即一个周期的数据，距离最大变化量即为砂轮要达到精度要求所需的修整量：
X＝Rmax-Rmin＝dmax
式中：X为所需修整量，Rmax为半径最大值，Rmin为半径最小值，dmax为砂轮加工磨损后测得距离最大变化量。
本实施方式采用电涡流传感器来测量距离，在金属基砂轮工作过程中实时检测电涡流传感器测头与金属基砂轮表面的距离，并记录该距离，由距离的变化情况可计算得到金属基砂轮半径的变化情况，根据半径的变化情况得到金属基砂轮磨削过程中的磨损量及圆度误差，其中磨损量为机床补偿进给提供依据，圆度误差和计算得到砂轮所需修整量为砂轮修整提供依据。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种非接触式金属基砂轮圆度误差及磨损量在线检测方法的进一步限定，本实施方式中，所述方法具体为：将电涡流传感器1的测头固定在垂直于砂轮旋转轴线的中间截面的径向方向上，采用电涡流传感器1测量该电涡流传感器1的测头与金属基砂轮6表面的距离，根据该距离变化情况计算得到金属基砂轮6半径的变化情况，根据金属基砂轮6旋转一周的半径变化情况得到圆度误差曲线及磨削过程中金属基砂轮6的磨损量；通过比较砂轮不同位置的半径磨削前后的变化情况，计算得到金属基砂轮6表面不同位置的磨损量。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式二所述的一种非接触式金属基砂轮圆度误差及磨损量在线检测方法的进一步限定，本实施方式中，采用光电码盘4对金属基砂轮6外圆各点角度位置进行测量定位，以得到金属基砂轮6圆度误差曲线各处和砂轮表面各点磨损量的位置信息。
光电码盘与金属基砂轮同轴安装。电涡流传感器检测到的距离由计算机上的LABVIEW程序显示并记录下来，然后由MATLAB程序滤波处理、计算和描绘圆度误差曲线，同时光电码盘对砂轮外圆各处进行精确定位，得到砂轮各磨损处、圆度误差各处的具体位置信息，并由计算机实时反馈给机床和修整装置，为机床补偿进给提供位置和补偿量的信息，为修整装置精确修整实时提供位置和修整量的信息，从而构成在线检测系统。
具体实施方式四：结合图2、图3说明本实施方式，本实施方式是实现实施方式一所述的方法的装置，该装置包括电涡流传感器1、数据采集卡2、计算机3和光电码盘4；
所述电涡流传感器1固定在砂轮罩上，且电涡流传感器1位于垂直于砂轮旋转轴线的中间截面径向方向上，电涡流传感器1的信号输出端连接数据采集卡2的信号输入端，数据采集卡2的信号输出端连接计算机3，光电码盘4用于对金属基砂轮6的外圆各点角度位置进行精确测量及定位。
如图1所示，开始加工工件前，砂轮未磨损时，半径(即初始半径)为R1，电涡流传感器1检测得到电压值对应距离d；当磨削加工一段时间，砂轮开始磨损时，检测得到电压值对应的距离dx(对应于砂轮半径Rx)，电压值与距离值呈线性关系，其电压值之差换算为距离，即为砂轮各处半径相对于未磨损时的变化量，也对应着磨损量，通过实时检测砂轮可计算得到砂轮磨损量情况。计算得到砂轮半径的变化值，由砂轮一周半径变化值可得砂轮圆度误差，结合砂轮初始半径(砂轮未磨损状态下的半径)R1求得所需修整量，即最大处半径与最小处半径之差。

Claims (4)

1.一种非接触式金属基砂轮圆度误差及磨损量在线检测方法，其特征在于，固定电涡流传感器(1)的位置，采用电涡流传感器(1)测量该电涡流传感器(1)测头与金属基砂轮(6)表面的距离，根据该距离变化情况计算得到金属基砂轮(6)半径的变化情况，根据金属基砂轮(6)旋转一周的半径变化情况得到磨削过程中金属基砂轮(6)的圆度误差曲线，通过比较砂轮不同位置的半径磨削前后的变化情况，计算得到金属基砂轮(6)表面不同位置的磨损量。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式金属基砂轮圆度误差及磨损量在线检测方法，其特征在于，所述方法具体为：将电涡流传感器(1)的测头固定在垂直于砂轮旋转轴线的中间截面的径向方向上，采用电涡流传感器(1)测量该电涡流传感器(1)的测头与金属基砂轮(6)表面的距离，根据该距离变化情况计算得到金属基砂轮(6)半径的变化情况，根据金属基砂轮(6)旋转一周的半径变化情况得到圆度误差曲线及磨削过程中金属基砂轮(6)的磨损量；通过比较砂轮不同位置的半径磨削前后的变化情况，计算得到金属基砂轮(6)表面不同位置的磨损量。
3.根据权利要求2所述的一种非接触式金属基砂轮圆度误差及磨损量在线检测方法，其特征在于，采用光电码盘(4)对金属基砂轮(6)外圆各点角度位置进行测量定位，以得到金属基砂轮(6)圆度误差曲线各处和砂轮表面各点磨损量的位置信息。
4.实现权利要求3所述的一种非接触式金属基砂轮圆度误差及磨损量在线检测方法的装置，其特征在于：该装置包括电涡流传感器(1)、数据采集卡(2)、计算机(3)和光电码盘(4)；
所述电涡流传感器(1)固定在砂轮罩上，且电涡流传感器(1)位于垂直于砂轮旋转轴线的中间截面径向方向上，电涡流传感器(1)的信号输出端连接数据采集卡(2)的信号输入端，数据采集卡(2)的信号输出端连接计算机(3)，光电码盘(4)用于对金属基砂轮(6)的外圆各点角度位置进行精确测量及定位。
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