CN109648400A - 基于白光共焦在位测量的阀芯工作边毛刺形态重构方法 - Google Patents

Abstract

一种基于白光共焦在位测量的阀芯工作边毛刺形态重构方法，通过在磨床上装夹伺服阀阀芯部件并设定转速和目标尺寸后将白光共焦位移传感器固定于夹具上，调整夹具位置使得白光共焦位移传感器的光源中心对准伺服阀阀芯部件工作边外缘面，设定采样频率和对应的曝光时间；然后在一个阀芯旋转周期内采样读取当前平面与伺服阀阀芯部件工作边外缘面的采样点之间的距离；获取多个阀芯旋转周期下测得的每个采样点距离的平均值，从而计算得到伺服阀阀芯部件工作边上的毛刺高度；最后对阀芯旋转过程中每个周期下的采样点拟合，重构毛刺形态，评估毛刺去除效果。本方法配合采用微米级和亚微米级的直线模组和升降台对白光位移传感器进行位置精确控制，通过白光共焦位移传感器获得目标对应距离，实现毛刺形态精准测量，对毛刺去除效果有效评估，从而保证加工精度，提高生产效率。

Description

基于白光共焦在位测量的阀芯工作边毛刺形态重构方法

技术领域

本发明涉及的是一种机械制造领域的技术，具体是一种基于白光共焦在位测量的阀芯工作边毛刺形态重构方法。

背景技术

电液伺服阀为液压系统功率放大元件，它将输入的机械信号转换为液压信号输出，并进行功率放大。阀芯为伺服阀功率放大级核心组件滑阀副偶件中轴零件，其工作棱边与阀套相互配合构成节流窗口，而轴向配合精度直接决定了伺服阀的工作性能。生产过程中，阀芯工作边的最终加工工序为精密磨床靠磨，在加工过程中会产生微小毛刺，从而对偶件配合运动的灵活性、叠合量等性能产生重要影响。针对该微小毛刺，传统的去除方法为加工后离线安装在去毛刺装置上，用磨平的硬质合金条和用包有金相砂纸的刮片手工沿阀芯的外圆和端面反复挤压。采用手工去毛刺，大多依赖工人的经验，无法准确有效地评价毛刺去除效果。因此，需要一套集成有毛刺形态自动检测功能的去毛刺系统。

目前，国内外关于去除毛刺工艺的研究非常多，但实际投入机械制造领域运用的设备则较为缺乏，其中集成有毛刺形态重构功能的系统更是少之又少。现有的去毛刺技术大多结构复杂，应用范围狭窄，且未涉及毛刺形态的重构，不能有效评估毛刺的去除效果，并且涉及的毛刺尺度都相对较大，且缺乏一套去毛刺系统作为配合支撑，无法精准有效地评估毛刺去除效果。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于白光共焦在位测量的阀芯工作边毛刺形态重构方法，配合采用微米级和亚微米级的直线模组和升降台对白光位移传感器进行位置精确控制，通过白光共焦位移传感器获得目标对应距离，实现毛刺形态精准测量，对毛刺去除效果有效评估，从而保证加工精度，提高生产效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于白光共焦在位测量的阀芯工作边毛刺形态重构方法，包括：

步骤1)在磨床上装夹伺服阀阀芯部件并设定转速和目标尺寸；

步骤2)将白光共焦位移传感器固定于夹具上，调整夹具位置使得白光共焦位移传感器的光源中心对准伺服阀阀芯部件工作边外缘面，设定采样频率和对应的曝光时间；

步骤3)在一个阀芯旋转周期内采样读取当前平面与伺服阀阀芯部件工作边外缘面的采样点之间的距离；

所述的当前平面是指：白光共焦位移传感器前端外壳圆柱顶面。

所述的阀芯工作边外缘面的采样点是指：阀芯工作边外缘面上过白光共焦位移传感器外壳圆柱轴心的一点。

步骤4)获取多个阀芯旋转周期下分别按照步骤3)测得的每个采样点距离的平均值，从而计算得到伺服阀阀芯部件工作边上的毛刺高度；

步骤5)对阀芯旋转过程中每个周期下的采样点拟合，重构毛刺形态，评估毛刺去除效果。

本发明涉及一种实现上述方法的系统，包括：夹具、设置于去毛刺装备上的白光共焦位移传感器以及分别与之相连的光电控制模块、数据采集模块以及拟合重构模块，其中：白光共焦位移传感器固定于夹具上并正对伺服阀阀芯部件以采集采样点反射信号，光电控制模块与白光共焦位移传感器相连，传输光源源光信号和采样点反射信号，调整毛刺重构过程中的采样参数并根据采样点反射信号确定峰值波长，数据采集模块与光电控制模块相连，对峰值波长解码得到距离数据，拟合重构模块与数据采集模块相连，根据距离数据重构拟合形成毛刺形态。技术效果

现有伺服阀阀芯工作边微米级毛刺去除难度较大，缺少在位测量毛刺高度，进行毛刺形态重构的方法，一般毛刺形态重构难度和成本也较大，而通过本发明可以很好地解决微米级毛刺形态重构问题，本发明通过白光共焦传感器对毛刺在位实时测量，在获取毛刺形态之后及时进行去除，且能评估去除效果，协同工作，保证了加工精度和效率。

另外相比传统光测距，因多重反射光的影响导致轮廓测量不准。白光共焦由于来自测量点以外的多重发射光无法进入针孔，当工件或传感器发生移动后，反射状态发生变化，仍然能保证测量的稳定性、准确性以及良好的层析特性，且分辨力较高，对被测物特性和杂散光不敏感，本发明则基于以上特点，利用其对于微米级别的毛刺形态进行高精确度重构。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

图2为实施例原理示意图；

图3为实施流程示意图；

图4为去毛刺前毛刺形态重构结果示意图；

图5为去毛刺后毛刺形态重构结果示意图；

图中：X轴直线模组1、Y轴直线模组2、Z轴升降台3、金刚石车刀4、白光共焦位移传感器5、目标工件6。

具体实施方式

如图1和图2所示，为本实施例涉及的一种白光共焦在位测量的毛刺形态重构方法实现系统，包括：设置于夹具上的白光共焦位移传感器以及分别与之相连的光电控制模块和数据采集模块以及拟合重构模块，白光共焦位移传感器固定于夹具上并正对伺服阀阀芯部件以采集采样点反射信号，光电控制模块与白光共焦位移传感器相连，传输光源源光信号和采样点反射信号，调整毛刺重构过程中的采样参数并根据采样点反射信号确定峰值波长，数据采集模块与光电控制模块相连，对峰值波长解码得到距离数据，拟合重构模块与数据采集模块相连，根据距离数据重构拟合形成毛刺形态，从而确定去毛刺金刚石车刀4的刀尖与目标工件在工作系统中的相对位置，实现精准对刀，并在退刀后评估去除效果。

所述的光电控制模块包括：内置光源、波长探测器和用于调整毛刺重构过程中的采样参数，包括调节采样频率、曝光时间和白光强度等级的外部显示单元，其中：采样频率的选择范围为100Hz-2000Hz，对应曝光时间范围为500-10000μs，该光电控制模块控制白光光源发出，光强等级为传感器接收到的采样点反射信号强度，反射信号进入波长探测器从而确定接收到的峰值波长。当采样频率低于500Hz时，光强等级设定范围为4％-99％；当采样频率在

500Hz-2000Hz时，光强等级设定范围为10％-100％。若光强等级过低，则受到噪声影响过大；若光强等级过高，则测量误差较大，因此一般保证光强等级在99％左右。

所述的白光共焦位移传感器内部有输出光源的共焦孔、组合色散物镜、电子分束元件和耦合光纤，其中：耦合光纤与光电控制模块相连以发射、接受和传输光源白光和采样点反射光。

所述的数据采集模块包括：校准数据处理单元和数据平均单元，其中：校准数据处理单元与光电控制模块相连接以传输并解码峰值波长，利用预先设定的峰值波长和距离的校准表，得到传感器所测得到工件表面的微米级距离值并保存数据，将数据传输返回光电控制模块的外部显示单元，并以距离的时间序列图显示；数据平均单元与光电控制模块的外部显示单元相连，用于设定平均因子，平均化传感器的采样值，以减少数据传输频率，提高信噪比。

所述的拟合重构模块包括：距离转化单元，数据拟合单元与图像重构单元，其中：距离转化单元与数据采集模块相连以接收所测的传感器到工件表面的距离值并转化为毛刺高度，数据拟合单元将距离转化单元得到的毛刺高度数据输入到MATLAB软件进行线性拟合并传输给图像重构单元，图像重构单元与光电控制模块的外部显示单元相连，在屏幕上显示目标工件表面毛刺分布图像。

本实施例基于上述装置的毛刺重构方法，具体包括以下步骤：

步骤1：在外圆磨床上装夹阀芯并分别设置工件以转速n(r/min)匀速转动、阀芯的半径为R、位移传感器前端与阀芯轴线初始距离为L0。

步骤2：将白光共焦位移传感器装夹在夹具上，将夹具固定安装在Z轴升降台上，通过粗调X，Y轴直线模组和Z轴升降台使去毛刺车刀的刀尖大致对准工件的最外缘面；通过微调Y轴模组使得目标工件进入白光传感器的测量范围内，然后转动z轴升降台手轮，微调去毛刺车刀的高度；微调过程中数据采集模块记录的位移传感器所采集的传感器前端圆柱顶面与阀芯外缘的距离L，当L数值最小时即为将传感器位置对准工件轴心，并记录此时直线模组Y方向的进给量L1，则位移传感器前端与阀芯轴线距离为ΔL＝(L0-L1)，然后设定白光共焦位移传感器的采样频率f和对应的曝光时间1/f，以及白光强度等级。

步骤3：开启磨床，使得阀芯匀速转动，设定平均因子α，在一个阀芯旋转周期T＝60/n(s)的时间内数据采集模块读取当前传感器中心点水平面与工件外缘面一点之间的距离L，获取N＝60f/(αn)个采样点的距离数据L进行储存。

步骤4：数据采集模块对阀芯进行m个阀芯旋转周期的采样，对m个阀芯旋转周期中同一个采样点的测量值计算平均值得到Ls，拟合重构模块计算阀芯上每个采样点的毛刺高度δ＝(ΔL-R)-Ls，然后将N个采样点均匀分布在半径为R的圆上，即每个采样点距圆心的距离为δ+R，相邻采样点的角度差为2παn/(60f)。

步骤5：拟合重构模块对所有采样点进行线性连接拟合，重构出零件外缘面毛刺形态，并根据毛刺分布确定刀具的进刀量。

步骤6：在毛刺去除工序完成后，通过重复步骤1～4步骤进行形态重构以评估毛刺去除效果，当测得的毛刺最高高度小于阀芯偶件的配合公差，即可表明毛刺去除达到预期要求。

如图4和图5所示，为通过上述步骤采用一组检测数据进行毛刺重构，去毛刺前后毛刺重构图像。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (5)

1.一种基于白光共焦在位测量的阀芯工作边毛刺形态重构方法，其特征在于，包括：

步骤1)在磨床上装夹伺服阀阀芯部件并设定转速和目标尺寸；

步骤2)将白光共焦位移传感器固定于夹具上，调整夹具位置使得白光共焦位移传感器的光源中心对准伺服阀阀芯部件工作边外缘面，设定采样频率和对应的曝光时间；

步骤3)在一个阀芯旋转周期内采样读取当前平面与伺服阀阀芯部件工作边外缘面的采样点之间的距离；

步骤4)获取多个阀芯旋转周期下分别按照步骤3)测得的每个采样点距离的平均值，从而计算得到伺服阀阀芯部件工作边上的毛刺高度；

步骤5)对阀芯旋转过程中每个周期下的采样点拟合，重构毛刺形态，评估毛刺去除效果；

所述的当前平面是指：白光共焦位移传感器前端外壳圆柱顶面；

所述的阀芯工作边外缘面的采样点是指：阀芯工作边外缘面上过白光共焦位移传感器外壳圆柱轴心的一点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的步骤2，具体为：将白光共焦位移传感器装夹在夹具上，将夹具固定安装在Z轴升降台上，通过粗调X，Y轴直线模组和Z轴升降台使去毛刺车刀的刀尖大致对准工件的最外缘面；通过微调Y轴模组使得目标工件进入白光传感器的测量范围内，然后转动z轴升降台手轮，微调去毛刺车刀的高度；微调过程中采集到的…与阀芯外缘的距离的最小值即为将传感器位置对准工件轴心，并记录此时直线模组Y方向的进给量L1，则位移传感器前端与阀芯轴线距离为ΔL＝(L0-L1)，然后设定白光共焦位移传感器的采样频率f和对应的曝光时间1/f，以及白光强度等级。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的步骤3，具体为：设定平均因子α，在一个阀芯旋转周期T＝60/n(s)的时间内读取当前传感器中心点水平面与工件外缘面一点之间的距离L，获取N＝60f/(αn)个采样点的距离数据L。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的步骤4，具体为：对阀芯进行m个阀芯旋转周期的采样，对m个阀芯旋转周期中同一个采样点的测量值计算平均值得到Ls，计算阀芯上每个采样点的毛刺高度δ＝(ΔL-R)-Ls，然后将N个采样点均匀分布在半径为R的圆上，即每个采样点距圆心的距离为δ+R，相邻采样点的角度差为2παn/(60f)。

5.一种实现上述任一权利要求所述方法的系统，其特征在于，包括：夹具、设置于去毛刺装备上的白光共焦位移传感器以及分别与之相连的光电控制模块、数据采集模块以及拟合重构模块，其中：白光共焦位移传感器固定于夹具上并正对伺服阀阀芯部件以采集采样点反射信号，光电控制模块与白光共焦位移传感器相连，传输光源源光信号和采样点反射信号，调整毛刺重构过程中的采样参数并根据采样点反射信号确定峰值波长，数据采集模块与光电控制模块相连，对峰值波长解码得到距离数据，拟合重构模块与数据采集模块相连，根据距离数据重构拟合形成毛刺形态。