CN109764952B - 一种轴抖动检测、转速测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴抖动检测、转速测量方法和装置，包括检测轴、光源发射装置、图像采集装置，检测轴上加工而成有反光镜面；轴抖动检测方法包括以下步骤：S1、光源矫正；S2、光斑标定；S3、抖动检测；S4、图像处理。本发明提供的轴抖动检测、转速测量方法和装置，采用光学检测方法，直接在检测轴上加工出局部微型反光镜面，加工工艺简单，可以实现对轴的非接触式检测，避免轴检测前后的多次安装，实现高灵敏度的轴抖动遥测。

Description

一种轴抖动检测、转速测量方法

技术领域

本发明涉及机床检测技术领域，具体涉及一种轴抖动检测、转速测量方法。

背景技术

机床装备制造业的龙头，在国民经济现代化的建设中起着重大作用，随着加工工业市场需求的变化，机床逐渐向高档数控和多功能的方向发展，由此带动机床的配合部件的要求越来越高。尤其在高档数控机床加工中，刀具组的造价昂贵，且刀具更换程序复杂，而机床转轴的稳定性直接影响机床的加工精度和刀具的使用寿命，由此及时检测数控机床的转轴抖动，对于提高转轴的使用寿命，保证机床加工精度具有重要意义。另一方面，对于高速旋转轴的精确转速测量，提供一种无损、无干扰的测量方法也具有重要意义。

现有技术中，一般采用声纹检测或在转轴上加装振动传感器的方式检测轴抖动，采用声纹检测的方式易受外界振动的影响，而采用加装振动传感器的方式，对于轴的微小抖动检测灵敏度有待提高。

专利号为201610036855.9公开了一种空气主轴振动精密测量装置及其方法，包括隔振平台、支撑框架、主轴固定组件、正X向激光组件、Z向激光组件、Y向激光组件、负X向激光组件、红外线测量组件、下斜方棱镜组件、上斜方棱镜组件、角锥棱镜组件；本发明的测量方法，包括激光束对焦步骤、测量空气主轴跳动量步骤、计算偏心距步骤、计算圆度误差步骤和计算振动量步骤。本发明提供的测量装置，需要将待检测的空气主轴拆卸后安装在主轴固定架上，检测方法较为复杂，在主轴的反复多次安装过程中可能出现安装偏差和磨损的问题。

发明内容

本发明为解决现有技术中对轴抖动的检测方法灵敏度不高、需要拆卸后检测的问题，提供一种轴抖动检测、转速测量方法和装置，可以保持轴在原工作位置上，采用高灵敏度的遥测方式，实现对轴多种抖动状态的非接触式检测和对轴转速的精确测量，测试方法简单，加工成本低，可以根据轴型号和尺寸，采用不同的实施方式。

本发明提供一种轴抖动检测、转速测量方法，轴抖动检测、转速测量装置包括检测轴、还包括用于将光源发射至检测轴的光源发射装置、用于接收光源经检测轴反射后的反射光的图像采集装置，设置在检测轴上用于将光源反射至图像采集装置的反光镜面。直接在检测轴表面上加工有反光镜面，光源发射装置对准反光镜面设置，不必采用其他反光部件与轴结合的形式实现光反射，减少反射光的能量损耗，图像采集装置采集反射光斑成像；加工方式简单，对轴的局部精加工出数个微小的反光镜面即可。

本发明提供一种轴抖动检测、转速测量装置，作为优选方式，还包括图像处理装置，图像处理装置用于分析反射光信号，包括反射光斑的成像位置、成像频率和光源发射至成像形成反射光斑的飞行时间。通过对反射光斑成像的处理，获得实际反射光斑的成像位置、飞行时间和成像频率，并以此为基础判断和计算检测轴的抖动状态。

本发明提供一种轴抖动检测、转速测量方法，作为优选方式，反光镜面中心线与检测轴的旋转轴之间设置有夹角，反光镜面在检测轴的圆周上均匀排布。在检测轴的表面加工出相对于旋转轴倾斜的反光镜面，检测轴发生抖动时，反射光斑的成像位置、飞行时间和成像频率都会发生变化，通过对反射光斑图像的分析可以确定轴的抖动状态，反光镜面设置以不影响检测轴的动平衡为准，反光镜面在检测轴的圆周上均匀排布只是一种保持动平衡的方式，设置有多个反光镜面或检测轴的重量分布不均匀时，根据轴的重量分布计算反光镜面位置，维持检测轴的动平衡不变，反光镜面的形状也不必完全相同。

本发明提供一种轴抖动检测、转速测量方法，作为优选方式，反光镜面与检测轴的旋转轴平行设置，检测轴上设置有沿检测轴轴向排布的至少两个反光镜面。反光镜面与旋转轴平行设置，降低了加工要求，避免对旋转轴表面产生破坏，尽量降低对旋转轴本身强度的影响。只进行转速测量时只设置一个反光镜面即可。进行抖动检测时，检测轴轴向上设置一个反光镜面时，可能存在以反光镜面为中心或平行于反光镜面的轴抖动，这种情况下不能准确检测轴的抖动状态和偏移角度；检测轴轴向上设置多个反光镜面时，可以根据反光镜面的反射光斑的飞行时间不同确定光程差，从而根据光程差和反光镜面的设置位置确定检测轴相对于原旋转轴的偏移程度；反射镜面面积较小时，如反射镜面面积光源点面积相近时，可以根据采集到反射光斑的数量确定检测轴沿原旋转轴上下抖动的偏移状态。

本发明提供一种轴抖动检测、转速测量方法，作为优选方式，反光镜面与检测轴的旋转轴平行设置时，反光镜面形心在检测轴上关于旋转轴对称设置。反光镜面的面积微小且不对检测轴产生破坏，实际对于检测轴的动平衡影响很小，作为进一步优化，反光镜面对称设置，反光镜面的加工精度和加工程度相同，避免对检测轴的动平衡产生影响。

本发明提供一种轴抖动检测、转速测量方法，作为优选方式，检测轴外侧设置有保护罩，保护罩轴向上与反光镜面对应设置有感光窗口。保护罩可以避免外界环境对检测轴造成破坏，在保护罩上开设有与反光镜面对应的感光窗口，一方面可以起到直观的轴抖动检测，另一方面可以在检测轴正常工作时进行检测，避免检测轴的多次拆卸和安装，简化测试步骤；保护罩上的感光窗口只设置检测轴轴向一侧的即可，对称设置的另一侧反光镜面可以简化或不设置对应的感光窗口。

本发明提供一种轴抖动检测、转速测量方法，包括以下步骤：

S1、光源矫正：检测轴正常转动时，固定光源发射装置和图像采集装置位置，使光源通过感光窗口到达反光镜面，图像采集装置采集反射光斑图像；

S2、光斑标定：检测轴正常转动时，确定标准反射光斑的成像位置、飞行时间和成像频率；

S3、抖动检测：检测轴工作一定时间后，光源发射装置和图像采集装置位置固定，采集实际反射光斑图像；

S4、图像处理：根据实际反射光斑图像确定时间反射光斑的成像位置、飞行时间和成像频率，从而确定轴抖动状态；

S5、检测轴无抖动时，图像采集装置采集反射光斑图像，根据反射光斑图像确定反射光斑的成像频率，从而确定检测轴转速；用于形成反射光斑的发射光源为连续光源。进行轴抖动检测时，优选采用脉冲光源，以便通过时间戳等方式记录分析反射光斑的成像位置、飞行时间和成像频率；进行轴转速测量时，为避免脉冲间隔大于轴转动周期，优选采用连续光源，采用脉冲光源时要保证光源脉冲间隔不大于轴转动周期。

本发明提供的轴抖动检测、转速测量方法和装置，直接在检测轴表面上加工有反光镜面，减少反射光的能量损耗，图像采集装置采集反射光斑成像，加工方式简单，可以实现对轴多种抖动状态的非接触式检测和对轴转速的精确测量。

本发明进一步提供了检测轴外侧的保护罩轴向上与反光镜面对应设置有感光窗口，可以在检测轴工作时进行检测，避免拆卸检测轴，简化测试步骤，提高检测效率。

附图说明

图1为一种轴抖动检测、转速测量装置倾斜反光镜面检测示意图；

图2为一种轴抖动检测、转速测量装置多个倾斜反光镜面检测示意图；

图3为一种轴抖动检测、转速测量装置平行反光镜面检测示意图；

图4为一种轴抖动检测、转速测量装置转速测量示意图。

附图标记：

1、检测轴；2、光源发射装置；3、图像采集装置；4、反光镜面；5、保护罩；6、感光窗口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，一种轴抖动检测、转速测量装置，包括检测轴1、光源发射装置2、图像采集装置3，检测轴1上加工而成有反光镜面4，反光镜面4中心线与检测轴1的旋转轴之间设置有夹角，检测轴上下质量均一时，反光镜面4设置在检测轴质心对应的检测轴1表面圆周相对两个侧面上，检测轴1外侧设置有保护罩5，保护罩5轴向一侧上与反光镜面4对应设置有感光窗口6，光源发射装置2对准感光窗口6设置。光源发射装置2采用激光发生器，图像采集装置3采用CCD图像传感器或CCD相机。

本实施例在使用过程中，检测轴抖动包括以下步骤：

S1、光源矫正：检测轴1正常转动时，固定光源发射装置2和图像采集装置3位置，使光源通过感光窗口6到达反光镜面4，图像采集装置3采集反射光斑图像；

S2、光斑标定：检测轴1正常转动时，确定标准反射光斑的成像位置、飞行时间和成像频率；

S3、抖动检测：检测轴1工作一定时间后，光源发射装置2和图像采集装置3位置固定，采集实际反射光斑图像；

S4、图像处理：根据实际反射光斑图像确定时间反射光斑的成像位置、飞行时间和成像频率，从而确定轴抖动状态；

S5、检测轴无抖动时，图像采集装置采集反射光斑图像，根据反射光斑图像确定反射光斑的成像频率，从而确定检测轴转速。

检测轴1沿原旋转轴上下偏移时，反光镜面4偏离感光窗口6，体现为反射光斑图像的成像频率降低；检测轴1面对光源发射装置2前后偏移时，反光镜面4反射点的位置移动，反射光斑的位置会发生变化，飞行时间和成像频率也会发生变化，根据实际反射光斑成像位置、飞行时间和成像频率数据与标准反射光斑数据对比，可以确定检测轴1的具体抖动状态；检测轴1面对光源发射装置2左右偏移时，反射光斑成像位置和成像频率会发生变化；检测轴1沿原旋转轴前后平行移动时，反射光斑的飞行时间和成像频率会发生变化。

实施例2

本实施例与实施例1具有不同的反光镜面4设置。

如图2所示，一种轴抖动检测、转速测量装置，包括检测轴1、光源发射装置2、图像采集装置3，检测轴1上加工而成有反光镜面4，反光镜面4中心线与检测轴1的旋转轴之间设置有夹角，检测轴1上设置有3个反光镜面4，反光镜面4在检测轴的圆周上均匀排布，检测轴上下质量均一时，反光镜面4设置在检测轴质心对应的检测轴1表面圆周上，检测轴1外侧设置有保护罩5，保护罩5轴向一侧上与反光镜面4对应设置有感光窗口6，光源发射装置2对准感光窗口6设置。光源发射装置2采用激光发生器，图像采集装置3采用CCD图像传感器或CCD相机。

本实施例在使用过程中，检测轴抖动包括以下步骤：

S1、光源矫正：检测轴1正常转动时，固定光源发射装置2和图像采集装置3位置，使光源通过感光窗口6到达反光镜面4，图像采集装置3采集反射光斑图像；

S2、光斑标定：检测轴1正常转动时，确定标准反射光斑的成像位置、飞行时间和成像频率；

S3、抖动检测：检测轴1工作一定时间后，光源发射装置2和图像采集装置3位置固定，采集实际反射光斑图像；

S4、图像处理：根据实际反射光斑图像确定时间反射光斑的成像位置、飞行时间和成像频率，从而确定轴抖动状态；

S5、检测轴无抖动时，图像采集装置采集反射光斑图像，根据反射光斑图像确定反射光斑的成像频率，从而确定检测轴转速。

实施例3

本实施例与实施例1具有不同的反光镜面4设置。

如图3所示，一种轴抖动检测、转速测量装置，包括检测轴1、光源发射装置2、图像采集装置3，检测轴1上加工而成有反光镜面4，反光镜面4与检测轴1的旋转轴平行设置，且反光镜面4形心在检测轴1上关于旋转轴对称设置，反光镜面4沿检测轴1轴向设置有3个反光镜面4，检测轴1外侧设置有保护罩5，保护罩5轴向上一侧与反光镜面4对应设置有感光窗口6，光源发射装置2对准感光窗口6设置。光源发射装置2采用激光发生器，图像采集装置3采用CCD图像传感器或CCD相机，还包括图像处理装置，图像处理装置用于分析反射光斑的成像位置、飞行时间、成像频率。

本实施例在使用过程中，检测轴抖动包括以下步骤：

S1、光源矫正：检测轴1正常转动时，固定光源发射装置2和图像采集装置3位置，使光源通过感光窗口6到达反光镜面4，图像采集装置3采集反射光斑图像；

S2、光斑标定：检测轴1正常转动时，确定标准反射光斑的成像位置、飞行时间和成像频率；

S3、抖动检测：检测轴1工作一定时间后，光源发射装置2和图像采集装置3位置固定，采集实际反射光斑图像；

S4、图像处理：根据实际反射光斑图像确定时间反射光斑的成像位置、飞行时间和成像频率，从而确定轴抖动状态。

检测轴1沿原旋转轴上下偏移时，反光镜面4偏离感光窗口6，体现为反射光斑图像的成像数量减少；检测轴1面对光源发射装置2前后偏移时，三个反射光斑对应的飞行时间和成像频率也会发生变化，根据飞行时间确定可以确定实际反射点，三个反射点连线平行移动一个检测轴半径的距离，即与原旋转轴相交，交点可确定为偏移中心，继而可确定偏移角度；检测轴1面对光源发射装置2左右偏移时，反射光斑的成像频率会发生变化，根据三个反射光斑的成像频率和检测轴1的转速可确定反射点的实际旋转半径，将三个反射点的旋转中心相连即与原旋转轴相交，点可确定为偏移中心，继而可确定偏移角度；检测轴1沿原旋转轴前后平行移动时，反射光斑的飞行时间和成像频率会发生变化，可以根据飞行时间和成像频率的变化确定平行移动的距离。

实施例4

本实施例与实施例1具有不同的反光镜面4设置和测试用途。

如图4所示，一种轴抖动检测、转速测量装置，包括检测轴1、光源发射装置2、图像采集装置3，检测轴1上加工而成有反光镜面4，反光镜面4与检测轴1的旋转轴平行设置，且反光镜面4形心在检测轴1上关于旋转轴对称设置，反光镜面4沿检测轴1轴向设置有1个反光镜面4，检测轴1外侧设置有保护罩5，保护罩5轴向上与反光镜面4对应设置有感光窗口6，光源发射装置2对准感光窗口6设置。光源发射装置2采用发射连续光的光源发生器，图像采集装置3采用CCD图像传感器或CCD相机，还包括图像处理装置，图像处理装置用于分析反射光斑的成像位置、飞行时间、成像频率。

本实施例在使用过程中，轴转速测量包括以下步骤：

S1、光源矫正：检测轴1正常转动时，固定光源发射装置2和图像采集装置3位置，使光源通过感光窗口6到达反光镜面4，图像采集装置3采集反射光斑图像；

S2、转速测量：检测轴1正常转动时，光源发射装置2持续发光，图像采集装置3采集反射光斑图像；

S3、图像处理：根据反射光斑图像确定反射光斑的成像频率，从而确定检测轴1转速。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轴抖动检测、转速测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、光源矫正：检测轴(1)正常转动时，固定光源发射装置(2)和图像采集装置(3)位置，使光源通过感光窗口(6)到达反光镜面(4)，图像采集装置(3)采集反射光斑图像；

S2、光斑标定：检测轴(1)正常转动时，确定标准反射光斑的成像位置、飞行时间和成像频率；

S3、抖动检测：检测轴(1)工作一定时间后，保持光源发射装置(2)和图像采集装置(3)位置固定，采集实际反射光斑图像；

S4、图像处理：根据实际反射光斑图像确定时间反射光斑的成像位置、飞行时间和成像频率，从而判断检测轴(1)抖动状态；

S5、转速测量：检测轴(1)无抖动时，图像采集装置(3)采集反射光斑图像，根据反射光斑图像确定反射光斑的成像频率，从而确定检测轴(1)转速；

所述光源发射装置(2)用于将光源发射至所述检测轴(1)、所述图像采集装置(3)用于接收所述光源经所述检测轴(1)反射后的反射光，所述反光镜面(4)设置在所述检测轴(1)上用于将所述光源反射至所述图像采集装置(3)，图像处理装置用于分析所述反射光信号，所述光源发射装置(2)采用激光发生器，所述图像采集装置(3)采用CCD图像传感器或CCD相机；

所述检测轴(1)外侧设置有保护罩(5)，所述保护罩(5)轴向上设置有用于光源发射装置(2)的发射光和经所述反光镜面(4)的反射光通过的感光窗口(6)。

2.根据权利要求1所述的一种轴抖动检测、转速测量方法，其特征在于：设有所述反光镜面(4)的所述检测轴(1)在转动过程中处于动平衡状态。

3.根据权利要求2所述的一种轴抖动检测、转速测量方法，其特征在于：所述反光镜面(4)中心线与所述检测轴(1)的旋转轴之间设置有夹角。

4.根据权利要求3所述的一种轴抖动检测、转速测量方法，其特征在于：所述反光镜面(4)在所述检测轴(1)的圆周上均匀排布。

5.根据权利要求1所述的一种轴抖动检测、转速测量方法，其特征在于：所述反光镜面(4)与所述检测轴(1)的旋转轴平行设置，所述检测轴(1)上设置有沿所述检测轴(1)轴向排布的至少两个所述反光镜面(4)。

6.根据权利要求5所述的一种轴抖动检测、转速测量方法，其特征在于：所述反光镜面(4)形心关于所述旋转轴对称设置。

7.根据权利要求1～6其中任意一项所述的一种轴抖动检测、转速测量方法，其特征在于：所述反射光信号包括所述图像采集装置(3)接收的所述反射光成像位置、成像频率和所述光源发射至成像的飞行时间。

8.根据权利要求1所述的一种轴抖动检测、转速测量方法，其特征在于：步骤S5中用于形成所述反射光斑的发射光源为连续光源。

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