CN105277235A - 圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置及在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置及在线监测方法，该在线监测装置包括圆柱滚子磨削系统、表面质量检测系统、尺寸精度在线测量系统、温度力学测试系统和数据库系统。该在线监测方法包括对圆柱滚子的磨削，对圆柱滚子表面质量的检测，控制所述磨轮的转速、所述托板进给机构上下左右运动，以及对尺寸精度在线测。本发明可实现滚子加工过程中的实时控制，以保证加工质量的稳定性及一致性。

Description

圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置及在线监测方法

技术领域

本发明涉及装备制造业加工领域，具体地说是一种圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置及在线监测方法。

背景技术

目前，国内外普遍采用无心磨削的方式批量加工圆柱滚子。无心磨削机床由于砂轮、导轮等部件的安装条件以及加工过程中砂轮、导轮等部件的磨损，难以保证各个圆柱滚子的加工条件稳定性，从而很难获得高精度和高一致性的圆柱滚子。同时目前大部分圆柱滚子厂家采用人工目测法检查滚子表面缺陷，人眼的疲劳会导致误检率很高，并且对亚表面的缺陷也无能为力；少数圆柱滚子厂家进口国外检测设备，但是由于价格昂贵，一般只用于抽检，不能满足全部检测要求。在尺寸精度监测过程中，目前普遍采用千分表测量。但随着圆柱滚子产量的不断提高，传统的测量方式不再满足当今的生产需求，所以针对现有表面质量和尺寸精度监测和加工监控的局限性，提出新的监测和加工监控是迫切需要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置。

本发明要解决现有的圆柱滚子加工过程中传统的测量方式不再满足当今的生产需求，表面质量以及尺寸精度的检测、加工控制存在一定局限性的问题。

本发明的技术方案是：一种圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置，包括圆柱滚子磨削系统、表面质量检测系统、尺寸精度在线测量系统、温度力学测试系统和数据库系统，所述圆柱滚子磨削系统包括磨轮、导轮、圆柱滚子、托板；所述表面质量检测系统包括激光管、物镜、光学装置、稳频装置、高频放大器、相位测量装置、A/D转换装置、控制装置；所述尺寸精度在线测量系统包括线位移传感器、线位移和角度组合的混合传感器、线位移传感器和混合传感器处理器；所述温度力学测试系统包括磨轮位置传感器、导轮位置传感器、托板温度传感器、托板应力传感器。

优选的，所述的托板设于所述的磨轮和导轮之间，所述的圆柱滚子设于所述的托板上方，且圆柱滚子与所述的导轮相接触，所述的线位移传感器、线位移和角度组合的混合传感器设于所述的圆柱滚子的上方的一侧，所述的线位移传感器和混合传感器处理器的一端与所述的线位移传感器、线位移和角度组合的混合传感器相接，另一端与所述的控制装置的一端相接；所述的光学装置设于所述的圆柱滚子的上方的另一侧，所述的稳频装置设于所述光学装置的上方并与之相接，所述的物镜设于所述的光学装置下方，所述的激光管设于所述的光学装置的下方，且设于所述物镜的旁边，所述高频放大器的一端与所述光学装置相接，高频放大器的另一端与所述相位测量装置的一端相接，所述的相位测量装置的另一端与所述控制装置的一端之间通过A/D转换装置相接；所述的磨轮位置传感器设于所述磨轮的上方的一侧，且靠近磨轮；所述的导轮位置传感器设于所述导轮的下方的一侧，且靠近导轮；所述的托板温度传感器的一端与所述的托板的侧面相接，另一端与所述的控制装置的一端相接，所述的托板应力传感器的一端与所述的托板的侧面相接，另一端与所述的控制装置的一端相接，且所述的托板应力传感器设于所述的托板温度传感器的下方；所述的数据库系统与所述控制装置的另一端相接。

作为进一步优选的，所述的线位移传感器和混合传感器处理器、A/D转换装置、导轮位置传感器、托板温度传感器、托板应力传感器以及磨轮位置传感器均接于所述控制装置的同一端，所述的数据库系统接于所述控制装置的另一端。

作为进一步优选的，所述的磨轮表面设有磨粒。

作为进一步优选的，所述的托板下方连接有托板进给机构。

一种种由圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置实现的在线监测方法，该方法由以下步骤实现：

(1)所述的圆柱滚子设于所述的磨轮和导轮之间的垂直方向支撑的托板上，所述的圆柱滚子以接近导轮的速度转动，所述的磨轮的转动速度比所述的导轮速度快，由此形成磨轮对圆柱滚子的磨削。

(2)所述的表面质量检测系统采用激光管作为光源，其射出光为一对偏正面互相垂直的线偏振光，经圆柱滚子反射进入物镜，这一对线偏振光经两个布儒斯特窗分别取出两个纵模强弱变化信号，送入稳频装置，进行热稳频，使其两个纵模同时存在，其余光束经光学测量装置后，形成两路信号，即测量信号和参考信号，被测工件的表面微观信息就包含在测量信号中，两路信号经高频放大器以后，进入相位测量装置比相，其输出的电压信号通过A/D转换装置转变为数字信号，由控制装置进行处理，通过对磨轮上磨粒的大小和结合剂的种类跟表面质量检测的结果进行比对分析，选择出合适磨削圆柱滚子的磨粒的大小和结合剂。

(3)所述控制装置根据温度力学测试系统中磨轮位置传感器、导轮位置传感器、托板温度传感器和托板应力传感器检测的结果控制所述磨轮的转速、所述托板进给机构上下左右运动，从而实现闭环控制。

(4)所述尺寸精度在线测量系统采用一种混合法误差分离方法，在圆柱滚子周上采用两个激光传感器，一个线位移传感器，一个是线位移和角度组合的混合传感器，可以将圆度误差和主轴运动误差分离，根据尺寸精度在线测量系统检测的结果，通过对不同阶段的加工工艺参数进行阶段性调整，在加工初期保证工件材料余量的去除，在后期保证加工精度。

(5)所述的数据库系统，通过表面质量检测系统、温度力学测试系统和尺寸精度在线测量系统检测的数据，这些数据将被记录用于数据库的推理和学习。结合所建立的工艺参数专家数据库，针对不同加工对象借助推理机制进行推理，顺序搜索知识库中的控制模式，并选择合理的加工工艺参数。

本发明的有益效果为：1.提高圆柱滚子磨削精度；2.提高圆柱滚子磨削表面质量；3.简化为设备的人工操作过程；4、提高检测效率，降低人工成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图所示，本发明包括圆柱滚子磨削系统、表面质量检测系统、尺寸精度在线测量系统、温度力学测试系统和数据库系统16，所述圆柱滚子磨削系统包括磨轮1、导轮14、圆柱滚子22、托板21；所述表面质量检测系统包括激光管11、物镜9、光学装置8、稳频装置7、高频放大器10、相位测量装置12、A/D转换装置13、控制装置15；所述尺寸精度在线测量系统包括线位移传感器6、线位移和角度组合的混合传感器4、线位移传感器和混合传感器处理器5；所述温度力学测试系统包括磨轮位置传感器3、导轮位置传感器17、托板温度传感器18、托板应力传感器19。

本实施例中，所述的托板21设于所述的磨轮1和导轮14之间，所述的圆柱滚子22设于所述的托板21上方，且圆柱滚子22与所述的导轮14相接触，所述的线位移传感器6、线位移和角度组合的混合传感器4设于所述的圆柱滚子22的上方的一侧，所述的线位移传感器和混合传感器处理器5的一端与所述的线位移传感器6、线位移和角度组合的混合传感器4相接，另一端与所述的控制装置15的一端相接；所述的光学装置8设于所述的圆柱滚子22的上方的另一侧，所述的稳频装置7设于所述光学装置8的上方并与之相接，所述的物镜9设于所述的光学装置8下方，所述的激光管11设于所述的光学装置8的下方，且设于所述物镜9的旁边，所述高频放大器10的一端与所述光学装置8相接，高频放大器10的另一端与所述相位测量装置12的一端相接，所述的相位测量装置12的另一端与所述控制装置15的一端之间通过A/D转换装置13相接；所述的磨轮位置传感器3设于所述磨轮1的上方的一侧，且靠近磨轮1；所述的导轮位置传感器17设于所述导轮14的下方的一侧，且靠近导轮14；所述的托板温度传感器18的一端与所述的托板21的侧面相接，另一端与所述的控制装置15的一端相接，所述的托板应力传感器19的一端与所述的托板21的侧面相接，另一端与所述的控制装置15的一端相接，且所述的托板应力传感器19设于所述的托板温度传感器18的下方；所述的数据库系统16与所述控制装置15的另一端相接。

本实施例中，所述的线位移传感器和混合传感器处理器5、A/D转换装置13、导轮位置传感器17、托板温度传感器18、托板应力传感器19以及磨轮位置传感器3均接于所述控制装置15的同一端，所述的数据库系统16接于所述控制装置15的另一端。

本实施例中，所述的磨轮1表面设有磨粒2。

本实施例中，所述的托板21下方连接有托板进给机构20。

一种种由圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置实现的在线监测方法，该方法由以下步骤实现：

(1)当磨削加工时，所述圆柱滚子22置于所述磨轮1和导轮14之间的垂直方向支撑的托板21上。由于所述导轮14转速慢，磨轮1转速快，一般情况下所述磨轮1的圆周速度比导轮14的圆周速度快50～80倍，圆柱滚子22以接近导轮14的速度转动，由此形成了磨轮1对圆柱滚子22的磨削。

(2)所述的表面质量检测系统采用激光管11作为光源，其射出光为一对偏正面互相垂直的线偏振光，经圆柱滚子22反射进入物镜9，这一对线偏振光经两个布儒斯特窗分别取出两个纵模强弱变化信号，送入稳频装置7，进行热稳频，使其两个纵模同时存在。其余光束经光学测量装置后，形成两路信号，即测量信号和参考信号，被测工件的表面微观信息就包含在测量信号中，两路信号经高频放大器10以后，进入相位测量装置12比相，其输出的电压信号通过A/D转换装置13转变为数字信号，由控制装置15进行处理，数据和图形结果可由打印机输出。所述的高频放大器10为现有通用的高频放大电路，所述的相位测量装置12为现有通用的相位测量电路，所述的A/D转换装置13为现有通用的A/D转换电路。通过对磨轮1上磨粒2的大小和结合剂的种类跟表面质量检测的结果进行比对分析，选择出合适磨削圆柱滚子的磨粒2的大小和结合剂。这种非接触式激光测量系统可以直接作用于产品的生产线上，实现在线测量；同时可重复的产生测量结果和客观反映测量情况不受到操作者的影响。

(3)所述控制装置15可以根据温度力学测试系统检测的结果控制所述磨轮1的转速、所述托板进给机构20上下左右运动，从而实现闭环控制。

(4)所述尺寸精度在线测量系统采用一种混合法误差分离方法。在圆柱滚子周上采用两个激光传感器，一个线位移传感器6，一个是线位移和角度组合的混合传感器4，可以将圆度误差和主轴运动误差分离。根据尺寸精度在线测量系统检测的结果，通过对不同阶段的加工工艺参数进行阶段性调整，在加工初期保证工件材料余量的去除，在后期保证加工精度。

(5)所述的数据库系统16，通过表面质量检测系统、温度力学测试系统和尺寸精度在线测量系统检测的数据，这些数据将被记录用于数据库的推理和学习。结合所建立的工艺参数专家数据库，针对不同加工对象借助推理机制进行推理，顺序搜索知识库中的控制模式，并选择合理的加工工艺参数，自动完成加工设备加工参数的最佳设定，简化为设备的人工操作过程。

Claims (6)

1.一种圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置，包括圆柱滚子磨削系统、表面质量检测系统、尺寸精度在线测量系统、温度力学测试系统和数据库系统，其特征在于所述圆柱滚子磨削系统包括磨轮、导轮、圆柱滚子、托板；所述表面质量检测系统包括激光管、物镜、光学装置、稳频装置、高频放大器、相位测量装置、A/D转换装置、控制装置；所述尺寸精度在线测量系统包括线位移传感器、线位移和角度组合的混合传感器、线位移传感器和混合传感器处理器；所述温度力学测试系统包括磨轮位置传感器、导轮位置传感器、托板温度传感器、托板应力传感器。

2.根据权利要求1所述的圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置，其特征在于所述的托板设于所述的磨轮和导轮之间，所述的圆柱滚子设于所述的托板上方，且圆柱滚子与所述的导轮相接触，所述的线位移传感器、线位移和角度组合的混合传感器设于所述的圆柱滚子的上方的一侧，所述的线位移传感器和混合传感器处理器的一端与所述的线位移传感器、线位移和角度组合的混合传感器相接，另一端与所述的控制装置的一端相接；所述的光学装置设于所述的圆柱滚子的上方的另一侧，所述的稳频装置设于所述光学装置的上方并与之相接，所述的物镜设于所述的光学装置下方，所述的激光管设于所述的光学装置的下方，且设于所述物镜的旁边，所述高频放大器的一端与所述光学装置相接，高频放大器的另一端与所述相位测量装置的一端相接，所述的相位测量装置的另一端与所述控制装置的一端之间通过A/D转换装置相接；所述的磨轮位置传感器设于所述磨轮的上方的一侧，且靠近磨轮；所述的导轮位置传感器设于所述导轮的下方的一侧，且靠近导轮；所述的托板温度传感器的一端与所述的托板的侧面相接，另一端与所述的控制装置的一端相接，所述的托板应力传感器的一端与所述的托板的侧面相接，另一端与所述的控制装置的一端相接，且所述的托板应力传感器设于所述的托板温度传感器的下方；所述的数据库系统与所述控制装置的另一端相接。

3.根据权利要求2所述的圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置，其特征在于所述的线位移传感器和混合传感器处理器、A/D转换装置、导轮位置传感器、托板温度传感器、托板应力传感器以及磨轮位置传感器均接于所述控制装置的同一端，所述的数据库系统接于所述控制装置的另一端。

4.根据权利要求2所述的圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置，其特征在于所述的磨轮表面设有磨粒。

5.根据权利要求2所述的圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置，其特征在于所述的托板下方连接有托板进给机构。

6.一种由权利要求1所述的圆柱滚子超精磨削精度和表面质量在线监测装置实现的在线监测方法，其特征在于该方法由以下步骤实现：

(1)当磨削加工时，所述的圆柱滚子设于所述的磨轮和导轮之间的垂直方向支撑的托板上，所述的圆柱滚子以接近导轮的速度转动，所述的磨轮的转动速度比所述的导轮速度快，由此形成磨轮对圆柱滚子的磨削。

(2)所述的表面质量检测系统采用激光管作为光源，其射出光为一对偏正面互相垂直的线偏振光，经圆柱滚子反射进入物镜，这一对线偏振光经两个布儒斯特窗分别取出两个纵模强弱变化信号，送入稳频装置，进行热稳频，使其两个纵模同时存在，其余光束经光学测量装置后，形成两路信号，即测量信号和参考信号，被测工件的表面微观信息就包含在测量信号中，两路信号经高频放大器以后，进入相位测量装置比相，其输出的电压信号通过A/D转换装置转变为数字信号，由控制装置进行处理，通过对磨轮上磨粒的大小和结合剂的种类跟表面质量检测的结果进行比对分析，选择出合适磨削圆柱滚子的磨粒的大小和结合剂。

(3)所述控制装置根据温度力学测试系统中磨轮位置传感器、导轮位置传感器、托板温度传感器和托板应力传感器检测的结果控制所述磨轮的转速、所述托板进给机构上下左右运动，从而实现闭环控制。

(4)所述尺寸精度在线测量系统采用一种混合法误差分离方法，在圆柱滚子周上采用两个激光传感器，一个线位移传感器，一个是线位移和角度组合的混合传感器，可以将圆度误差和主轴运动误差分离，根据尺寸精度在线测量系统检测的结果，通过对不同阶段的加工工艺参数进行阶段性调整，在加工初期保证工件材料余量的去除，在后期保证加工精度。

(5)所述的数据库系统，通过表面质量检测系统、温度力学测试系统和尺寸精度在线测量系统检测的数据，这些数据将被记录用于数据库的推理和学习。结合所建立的工艺参数专家数据库，针对不同加工对象借助推理机制进行推理，顺序搜索知识库中的控制模式，并选择合理的加工工艺参数。