CN108332688A - 一种滚珠直线导轨副滚道直线度在线测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种滚珠直线导轨副滚道直线度在线测量方法，该方法利用激光位移传感器多角度测量同一位置与滚道截面上的圆弧上三点的距离，通过三角函数关系推导出滚道截面圆弧圆心空间坐标值，并多次测量滚道轴向不同位置的截面圆弧圆心空间坐标值，利用最小二乘法拟合所测具有一定离散性的圆心，即可得到滚道直线度。该发明实现对滚道直线度快速精确测量，测量精度取决于所使用的激光位移传感器测量精度，采用高精度激光位移传感器可以实现对滚道直线度测量精度误差小于0.1微米。而且利用数控机床本身具有高精度传动的工作台进行检测，测量更准确。

Description

一种滚珠直线导轨副滚道直线度在线测量方法

技术领域

本发明涉及直线导轨测量领域，尤其涉及一种滚珠直线导轨副滚道直线度在线测量方法。

背景技术

目前，直线导轨精度测量大多采用手工测量或接触式传感器进行测量，对试验员素质要求高且测量结果精确性差。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种测量精确的滚珠直线导轨副滚道直线度在线测量方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种滚珠直线导轨副滚道直线度在线测量方法，所述在线测量方法包括以下步骤：

1)将激光位移传感器通过夹具安装在数控机床的床身上，选取激光位移传感器初始测量位置为点O₁，其中夹具可带动激光位移传感器的测量头在垂直于滚道轴线的平面内围绕点O₁任意角度转动；

2)直线导轨的滚道磨削时，将直线导轨安装在数控机床的工作台上，利用成型砂轮磨削滚道，磨削完后将滚道擦拭干净；

3)利用激光位移传感器并配合数控机床工作台的移动，多次测量并计算出滚道轴向不同位置的截面圆心空间坐标值，再利用最小二乘法对上述测得的多个圆心进行直线拟合，根据拟合得到的空间直线计算得到滚道的直线度。

所述步骤3)的具体方法如下：

a)利用激光位移传感器测量点O₁到滚道圆弧上依序的三个点A₁、B₁、C₁的距离，分别记为l_1A、l_1B、l_1C，其中每次测量间隔角度均为θ，即O₁A₁与O₁B₁、O₁B₁与O₁C₁所成夹角均为θ；

b)以点O₁为坐标系原点，测量中线O₁B₁与坐标系O₁X相重合，数控机床工作台的移动方向与坐标系O₁Z相平行，建立三维直角坐标系XYZ，测量点A₁、B₁、C₁的坐标分别为(-l_1Acosθ,l_1Asinθ,0)、(-l_1B,0,0)、(-l_1Ccosθ,-l_1Csinθ,0)；

c)利用三角函数关系，推导得到滚道圆弧A₁B₁C₁的圆心点O′₁的坐标(x₁,y₁,z₁)，其中x₁、y₁、z₁的具体取值计算如下：

z₁＝0；

d)利用数控机床控制工作台带动直线导轨沿Z轴正方向每次移动距离d以进行多次测量，激光位移传感器测量位置始终保持不变，相对滚道上次测量点沿Z轴方向移动了距离d，取第n次测量激光位移传感器测量点相对位置为点O_n，n为等于或大于5的整数，点O_n相对于点O₁沿Z轴移动了(n-1)d的距离，重复第1次测量滚道圆弧三个点的方法，得到测量点A_n、B_n、C_n的坐标分别为(-l_nAcosθ,l_nAsinθ,-(n-1)d)、(-l_nB,0,-(n-1)d)、(-l_nCcosθ,-l_nCsinθ,-(n-1)d)；

同样利用三角函数关系，推导得到滚道圆弧A_nB_nC_n的圆心点O′_n的坐标(x_n,y_n,z_n)，其中x_n、y_n、z_n的具体取值计算如下：

z_n＝-(n-1)d；

e)根据上述多次测量和计算得到滚道轴向不同位置的圆心点O′₁，O′₂，O′₃，…，O′_n，采用最小二乘法对上述圆心点进行直线拟合，设拟合空间直线Ls的表达式为：

其中：

设测量所得到的圆心点O′₁，O′₂，O′₃，…，O′_n到拟合的空间直线Ls的距离为d_i，i＝1，2，3，…，n，d_i的计算如下：

根据国标GB/T 11336-2004的规定：在评定任意方向上直线度误差时，为包容实际直线，且轴线的方向与最小二乘中线Ls平行或重合，并具有最小直径的圆柱面；可知，该拟合得到的空间直线Ls是一条包容实际线的最小圆柱面的直线，圆柱的直径值f_LS即为空间直线的直线度值，亦为滚道的直线度值，即为：

f_LS＝2min(max(d_i))

所述直线导轨通过磁性吸附安装在数控机床的工作台上。

所述成型砂轮磨削滚道完后通过酒精将滚道擦拭干净。

本发明采用以上技术方案，具有以下有益效果：利用激光位移传感器多角度测量同一位置与滚道截面上的圆弧上三点的距离，通过三角函数关系推导出滚道截面圆弧圆心空间坐标值，并多次测量滚道轴向不同位置的截面圆弧圆心空间坐标值，利用最小二乘法拟合所测具有一定离散性的圆心，即可得到滚道直线度。该发明实现对滚道直线度快速精确测量，测量精度取决于所使用的激光位移传感器测量精度，采用高精度激光位移传感器可以实现对滚道直线度测量精度误差小于0.1微米。而且利用数控机床本身具有高精度传动的工作台进行检测，测量更准确。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明在线测量方法的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种滚珠直线导轨副滚道直线度在线测量方法，所述在线测量方法包括以下步骤：

1)将激光位移传感器4通过夹具安装在数控机床的床身上，选取激光位移传感器4初始测量位置为点O₁，其中夹具带动激光位移传感器4的测量头在垂直于滚道轴线的平面内围绕点O₁任意角度转动；

2)直线导轨2的滚道3磨削时，将直线导轨2通过磁性吸附安装在数控机床的工作台1上，利用成型砂轮磨削滚道3，磨削完后通过酒精将滚道3擦拭干净；

3)利用激光位移传感器4并配合数控机床工作台1的移动，多次测量并计算出滚道轴向不同位置的截面圆心空间坐标值，再利用最小二乘法对上述测得的多个圆心进行直线拟合，根据拟合得到的空间直线计算得到滚道的直线度。该步骤具体方法如下：

a)利用激光位移传感器4测量点O₁到滚道3圆弧上依序的三个点A₁、B₁、C₁的距离，分别记为l_1A、l_1B、l_1C，其中每次测量间隔角度均为θ，即O₁A₁与O₁B₁、O₁B₁与O₁C₁所成夹角均为θ；

b)以点O₁为坐标系原点，测量中线O₁B₁与坐标系O₁X相重合，数控机床工作台1的移动方向与坐标系O₁Z相平行，建立三维直角坐标系XYZ，测量点A₁、B₁、C₁的坐标分别为(-l_1Acosθ,l_1Asinθ,0)、(-l_1B,0,0)、(-l_1Ccosθ,-l_1Csinθ,0)；

c)利用三角函数关系，推导得到滚道3圆弧A₁B₁C₁的圆心O′₁的坐标(x₁,y₁,z₁)，其中x₁、y₁、z₁的具体取值计算如下：

z₁＝0；

d)利用数控机床控制工作台1带动直线导轨2沿Z轴正方向每次移动距离d以进行多次测量，激光位移传感器4测量位置始终保持不变，相对滚道3上次测量点沿Z轴方向移动了距离d，取第n次测量激光位移传感器4测量点相对位置为点O_n，n为等于或大于5的整数，点O_n相对于点O₁沿Z轴移动了(n-1)d的距离，重复第1次测量滚道3圆弧三个点的方法，得到测量点A_n、B_n、C_n的坐标分别为(-l_nAcosθ,l_nAsinθ,-(n-1)d)、(-l_nB,0,-(n-1)d)、(-l_nCcosθ,-l_nCsinθ,-(n-1)d)；

同样利用三角函数关系，推导得到滚道3圆弧A_nB_nC_n的圆心O′_n的坐标(x_n,y_n,z_n)，其中x_n、y_n、z_n的具体取值计算如下：

z_n＝-(n-1)d；

e)根据上述多次测量和计算得到滚道3轴向不同位置的圆心点O′₁，O′₂，O′₃，…，O′_n，采用最小二乘法对上述圆心点进行直线拟合，设拟合空间直线Ls的表达式为：

其中：

设测量所得到的圆心点O′₁，O′₂，O′₃，…，O′_n到拟合的空间直线Ls的距离为d_i，i＝1，2，3，…，n，d_i的计算如下：

根据国标GB/T 11336-2004的规定：在评定任意方向上直线度误差时，为包容实际直线，且轴线的方向与最小二乘中线Ls平行或重合，并具有最小直径的圆柱面。可知，该拟合得到的空间直线Ls是一条包容实际线的最小圆柱面的直线，圆柱的直径值f_LS即为空间直线的直线度值，亦为滚道3的直线度值，即为：

f_LS＝2min(max(d_i))

上述测量方法既可以应用于滑块滚道和直线导轨滚道磨削加工过程中直线度的在线测量，也可以应用于成品滑块滚道和直线导轨滚道直线度的测量。

该发明实现对滚道直线度快速精确测量，测量精度取决于所使用的激光位移传感器测量精度，采用高精度激光位移传感器可以实现对滚道直线度测量精度误差小于0.1微米。而且本发明利用数控机床本身具有高精度传动的工作台进行检测，测量更准确。

Claims (4)

1.一种滚珠直线导轨副滚道直线度在线测量方法，其特征在于：所述在线测量方法包括以下步骤：

1)将激光位移传感器通过夹具安装在数控机床的床身上，选取激光位移传感器初始测量位置为点O₁，其中夹具可带动激光位移传感器的测量头在垂直于滚道轴线的平面内围绕点O₁任意角度转动；

2)直线导轨的滚道磨削时，将直线导轨安装在数控机床的工作台上，利用成型砂轮磨削滚道，磨削完后将滚道擦拭干净；

3)利用激光位移传感器并配合数控机床工作台的移动，多次测量并计算出滚道轴向不同位置的截面圆心空间坐标值，再利用最小二乘法对上述测得的多个圆心进行直线拟合，根据拟合得到的空间直线计算得到滚道的直线度。

2.根据权利要求1所述的一种滚珠直线导轨副滚道直线度在线测量方法，其特征在于：所述步骤3)的具体方法如下：

a)利用激光位移传感器测量点O₁到滚道圆弧上依序的三个点A₁、B₁、C₁的距离，分别记为l_1A、l_1B、l_1C，其中每次测量间隔角度均为θ，即O₁A₁与O₁B₁、O₁B₁与O₁C₁所成夹角均为θ；

b)以点O₁为坐标系原点，测量中线O₁B₁与坐标系O₁X相重合，数控机床工作台的移动方向与坐标系O₁Z相平行，建立三维直角坐标系XYZ，测量点A₁、B₁、C₁的坐标分别为(-l_1Acosθ,l_1Asinθ,0)、(-l_1B,0,0)、(-l_1Ccosθ,-l_1Csinθ,0)；

c)利用三角函数关系，推导得到滚道圆弧A₁B₁C₁的圆心点O′₁的坐标(x₁,y₁,z₁)，其中x₁、y₁、z₁的具体取值计算如下：

z₁＝0；

d)利用数控机床控制工作台带动直线导轨沿Z轴正方向每次移动距离d以进行多次测量，激光位移传感器测量位置始终保持不变，相对滚道上次测量点沿Z轴方向移动了距离d，取第n次测量激光位移传感器测量点相对位置为点O_n，n为等于或大于5的整数，点O_n相对于点O₁沿Z轴移动了(n-1)d的距离，重复第1次测量滚道圆弧三个点的方法，得到测量点A_n、B_n、C_n的坐标分别为(-l_nAcosθ,l_nAsinθ,-(n-1)d)、(-l_nB,0,-(n-1)d)、(-l_nCcosθ,-l_nCsinθ,-(n-1)d)；

同样利用三角函数关系，推导得到滚道圆弧A_nB_nC_n的圆心点O′_n的坐标(x_n,y_n,z_n)，其中x_n、y_n、z_n的具体取值计算如下：

z_n＝-(n-1)d；

e)根据上述多次测量和计算得到滚道轴向不同位置的圆心点O′₁，O′₂，O′₃，…，O′_n，采用最小二乘法对上述圆心点进行直线拟合，设拟合空间直线Ls的表达式为：

其中：

设测量所得到的圆心点O′₁，O′₂，O′₃，…，O′_n到拟合的空间直线Ls的距离为d_i，i＝1，2，3，…，n，d_i的计算如下：

根据国标GB/T 11336-2004的规定：在评定任意方向上直线度误差时，为包容实际直线，且轴线的方向与最小二乘中线Ls平行或重合，并具有最小直径的圆柱面；可知，该拟合得到的空间直线Ls是一条包容实际线的最小圆柱面的直线，圆柱的直径值f_LS即为空间直线的直线度值，亦为滚道的直线度值，即为：

f_LS＝2min(max(d_i))。

3.根据权利要求1所述的一种滚珠直线导轨副滚道直线度在线测量方法，其特征在于：所述直线导轨通过磁性吸附安装在数控机床的工作台上。

4.根据权利要求1所述的一种滚珠直线导轨副滚道直线度在线测量方法，其特征在于：所述成型砂轮磨削滚道完后通过酒精将滚道擦拭干净。