CN109968202A - 一种砂轮直径和轮廓在机检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂轮直径和轮廓在机检测装置及方法，所述砂轮直径和轮廓在机检测装置，包括砂轮直径检测装置；所述砂轮直径检测装置包括位于传感器支座上且相对设置第一激光位移传感器和第二激光位移传感器，所述第一激光位移传感器和所述第二激光位移传感器的激光光束重合且激光光束垂直于机床X轴和Z轴所在平面；所述机床为数控坐标磨床。本发明结构简单、操作方便，利用激光位移传感器的精密检测能力和计算机的计算处理能力高效准确地实现数控坐标磨床自转且公转砂轮的直径和轮廓的在机检测，有效提高了测量准确度和测量效率；本发明为非接触式检测自转且公转的砂轮直径，检测过程对砂轮和仪器无损耗，安全可靠，且降低测试成本。

Description

一种砂轮直径和轮廓在机检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种砂轮直径和轮廓在机检测装置及方法，属于精密、高效、高质量的磨削加工过程中直径测量技术领域。

背景技术

直升机制造企业生产典型的直升机接头类构件，具有多品种、小批量的特点。这类零件用于承受复杂应力和冲击振动、重负载工作条件，损坏或失效会直接导致产品产生严重的后果，发生等级事故。接头类构件是直升机的关键零部件，其连接孔加工要求高。随着未来定型产品的批产和新型号的开发，高质量的接头类构件连接孔需求会越来越多。目前坐标磨床是加工高质量的接头类构件连接孔的最后一道工序，但其自转且公转的砂轮直径无法精密高效高质量在机检测，而是普遍依靠工人师傅的经验加工，无法保证接头类构件连接孔的加工精度，存在废品率高、加工周期长的问题，对于保证接头类构件连接孔的加工精度已经吃力，不能适应更高批量零件加工的需求，是军用直升机制造企业的共性制造难题，已成为制约军用直升机关键零件批量制造的瓶颈。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的缺陷，发明了一种砂轮直径和轮廓在机检测装置及方法。本发明的技术方案如下：

一种砂轮直径和轮廓在机检测装置，包括砂轮直径检测装置；

所述砂轮直径检测装置包括位于传感器支座上且相对设置第一激光位移传感器和第二激光位移传感器，所述第一激光位移传感器和所述第二激光位移传感器的激光光束重合且激光光束垂直于机床X轴和Z轴所在平面；

所述机床为数控坐标磨床。

还包括控制与测量装置；

所述控制与测量装置包括第一信号采集线、第二信号采集线、信号控制器、电源、信号传输线和计算机；

所述第一激光位移传感器通过所述第一信号采集线与所述信号控制器连接，所述第二激光位移传感器通过所述第二信号采集线与所述信号控制器连接，所述信号控制器由所述电源提供220V直流电压，所述信号控制器通过所述信号传输线与所述计算机连接。

所述传感器支座通过T型螺钉固定在所述机床的工作台上。

本发明还提供了一种根据上述所述的砂轮直径和轮廓在机检装置进行砂轮直径和轮廓在机检测方法，具有如下步骤：

S1、标定所述第一激光位移传感器与所述第二激光位移传感器的间距L：

将厚度为b的量块置于所述第一激光位移传感器与所述第二激光位移传感器之间，所述量块的端面与激光光束垂直，分别记录所述第一激光位移传感器和所述第二激光位移传感器的测量结果L₁、L₂，重复测量M次，计算间距L＝[∑(L₁+L₂+b)]/M；

S2、调节所述机床的偏心滑板使所述机床的砂轮偏心量为0mm，启动所述机床的磨削主轴，带动所述机床的砂轮旋转，在所述机床的X轴进给机构、Y轴进给机构和Z轴进给机构的驱动下使所述机床的砂轮位于所述第一激光位移传感器和所述第二激光位移传感器之间且在所述机床的砂轮旋转轴线接近激光光束时，停止进给运动并记录当前机床坐标(x₁，y，z)，其中，所述机床的X轴进给机构驱动所述传感器支座沿所述机床X轴移动；

S3、设定所述第一激光位移传感器与所述第二激光位移传感器的信号数据存储量Q和采样周期T；

S4、启动所述砂轮直径和轮廓在机检测装置进行检测采样，所述传感器支座在所述X轴进给机构驱动下以F匀速移动，使机床坐标从(x₁，y，z)沿X轴移动且激光光束越过所述机床的砂轮旋转轴线，当检测采样得到的信号数据存储量为Q后，检测采样结束，所述信号数据为检测图像；

S5、用最小二乘法对检测图像每时刻最高点进行多项式拟合近似得到两个椭圆曲线，得两个椭圆的起点坐标t₁和分别的顶点坐标t_a和t_b，两顶点坐标时刻分别对应机床X轴坐标x_a＝x₁+F·(t_a-t₁)和x_b＝x₁+F·(t_b-t₁)。则机床坐标从(x₁，y，z)沿所述机床X轴运动到所述第一激光位移传感器激光光束和所述第二激光位移传感器激光光束检测到所述机床的砂轮旋转轴线时对应的机床坐标分别为(x_a，y，z)和(x_b，y，z)；

S6、重复步骤S4和S5 N次，计算得到所述机床的砂轮旋转轴线与激光光束垂直相交的坐标(x₂，y)，x₂＝[∑(x_a+x_b)]/2N；

S7、所述传感器支座在所述X轴进给机构驱动下沿X轴移动，使机床坐标移动至(x₂，y，z)，调节所述机床的偏心滑板使所述机床的砂轮偏心量为e mm，启动所述机床的磨削主轴带动所述机床的砂轮自转且公转；

S8、启动所述砂轮直径和轮廓在机检测装置进行检测采样，当检测采样得到的信号数据存储量为Q后，检测采样结束，利用最小二乘法对检测图像每时刻的最高点进行多项式拟合近似得到两个正弦曲线，进而得到所述第一激光位移传感器与所述第二激光位移传感器的检测图像波峰值，分别为对应的测量距离L₃和L₄；

S9、重复步骤S8 P次，计算自转且公转的所述机床的砂轮直径d′＝[∑(L-L₃-L₄)]/P；

S10、所述第一激光位移传感器与所述第二激光位移传感器的激光光束间的距离Δh＝|x_a-x_b|，计算测量误差

S11、输出自转且公转的所述机床的砂轮的实际直径

S12、控制所述机床的Z轴进给机构带动所述机床的砂轮垂直升降，通过步骤S2-S11测量不同高度截面处的自转且公转的所述机床的砂轮的实际直径，描绘出所述机床的砂轮轮廓。

与现有技术相比，本发明的显著效果是：

1.本发明结构简单、操作方便，利用激光位移传感器的精密检测能力和计算机的计算处理能力高效准确地实现数控坐标磨床自转且公转砂轮的直径和轮廓的在机检测，有效提高了测量准确度和测量效率；

2.本发明为非接触式检测自转且公转的砂轮直径，检测过程对砂轮和仪器无损耗，安全可靠，且降低测试成本；

3.本发明可实现对砂轮直径的在机检测和分析，为改善加工质量和提高磨削效率具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的具体实施方式中砂轮直径和轮廓在机检测装置的结构示意图。

图2为本发明的具体实施方式中机床和砂轮直径检测装置的剖视图。

图3为本发明的具体实施方式中砂轮加工工件示意图。

图4为本发明的具体实施方式中砂轮旋转轴线与激光光束垂直相交的坐标检测原理意图。

图5为本发明的具体实施方式中检测砂轮旋转轴线的扫描曲线。

图6为本发明的具体实施方式中自转且公转的砂轮直径检测原理意图。

图7为本发明的具体实施方式中检测自转且公转的砂轮直径的扫描曲线。

图8为本发明的具体实施方式中自转且公转的砂轮直径测量结果误差补偿示意图。

图9为本发明的具体实施方式中方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，一种砂轮直径和轮廓在机检测装置，包括砂轮直径检测装置和控制与测量装置；

所述砂轮直径检测装置包括位于传感器支座5上且相对设置第一激光位移传感器35和第二激光位移传感器34，所述第一激光位移传感器35和所述第二激光位移传感器34的激光光束重合且激光光束垂直于机床X轴和Z轴所在平面。

所述控制与测量装置包括第一信号采集线7、第二信号采集线8、信号控制器9、电源12、信号传输线11和计算机13；

所述第一激光位移传感器35通过所述第一信号采集线7与所述信号控制器9连接，所述第二激光位移传感器34通过所述第二信号采集线8与所述信号控制器9连接，所述信号控制器9通过电源线10由所述电源12提供220V直流电压，所述信号控制器9通过所述信号传输线11与所述计算机13连接。

所述机床为数控坐标磨床，包括基座1、左立柱15、右立柱20、工作台4、磨头箱30、第一溜板23，第二溜板29，控制工作台4纵向移动的X轴进给机构2，控制磨头箱30横向移动的Y轴进给机构26，控制第一溜板23垂直方向移动的Z轴进给机构17、22，W轴控制磨削主轴31旋转，控制偏心滑板32为砂轮33公转提供进给量的V轴进给机构。

所述X轴进给机构2固定在基座1上并由第一电机14驱动，基座1的上端面设有一对纵向导轨3，所述工作台4通过第一导引滑块6与所述纵向导轨3滑动连接；

左立柱15和右立柱20安装在基座1上，所述Z轴进给机构包括分别由第二电机18和第三电机21驱动的第一Z轴进给机构17和第二Z轴进给机构22，所述第一Z轴进给机构17固定在左立柱15上、第二Z轴进给机构22固定在右立柱20上，左立柱15和右立柱20上设有一对垂直导轨16，第一溜板23通过第二导引滑块24与垂直导轨16滑动连接；

所述Y轴进给机构26固定在第一溜板23上并由第四电机27驱动，第一溜板23上设有一对横向导轨25，第二溜板29通过第三导引滑块28与横向导轨25滑动连接，磨头箱30安装在第二溜板29上，所述磨头箱30包括磨削主轴31、偏心滑板32和砂轮33，所述左立柱15和所述右立柱20上端通过横梁19连接，所述传感器支座5通过T型螺钉36固定在所述工作台4上。

如图3所示，为砂轮33加工工件37示意图，所述砂轮33在偏心滑板32的调节下产生e mm的偏心量，加工过程中砂轮33自转且公转，自转角速度n_z、公转角速度n_g，砂轮33在Z轴进给机构17、22的驱动下沿竖直方向(Z轴方向)朝i向运动，加工结束后砂轮33在Z轴进给机构17、22的驱动下沿竖直方向朝h向运动移出加工区，完成工件37加工，在工件37加工出直径为d的孔，所述自转且公转的砂轮33直径为孔径d。

如图9所示，一种根据上述所述的砂轮直径和轮廓在机检装置进行砂轮直径和轮廓在机检测方法，具有如下步骤：

S1、标定所述第一激光位移传感器35与所述第二激光位移传感器34的间距L：

将厚度为b的量块置于所述第一激光位移传感器35与所述第二激光位移传感器34之间，所述量块的端面与激光光束垂直，分别记录所述第一激光位移传感器35和所述第二激光位移传感器34的测量结果L₁、L₂，重复测量M次，计算间距L＝[∑(L₁+L₂+b)]/M；

S2、调节所述偏心滑板32使所述砂轮33偏心量为0mm，启动所述磨削主轴31，带动所述砂轮33旋转，在所述X轴进给机构2、Y轴进给机构26和Z轴进给机构17、22的驱动下使所述砂轮33位于所述第一激光位移传感器35和所述第二激光位移传感器34之间且在所述砂轮33旋转轴线接近激光光束时，停止进给运动并记录当前机床坐标(x₁，y，z)，其中，所述X轴进给机构2驱动所述传感器支座5沿所述机床X轴移动；

S3、通过计算机软件设定所述第一激光位移传感器35与所述第二激光位移传感器34的信号数据存储量Q和采样周期T；

S4、如图4所示，启动所述砂轮直径和轮廓在机检测装置进行检测采样，所述传感器支座5在所述X轴进给机构2驱动下以F匀速移动，使机床坐标从(x₁，y，z)沿X轴移动且激光光束越过所述砂轮33旋转轴线(运动过程中砂轮33遮挡激光光束)，当检测采样得到的信号数据存储量为Q后，检测采样结束，所述信号数据为检测图像；

S5、用最小二乘法对检测图像每时刻最高点进行多项式拟合近似得到两个椭圆曲线(如图5所示)，得两个椭圆的起点坐标t₁和分别的顶点坐标t_a和t_b，两顶点坐标时刻分别对应机床X轴坐标x_a＝x₁+F·(t_a-t₁)和x_b＝x₁+F·(t_b-t₁)。则机床坐标从(x₁，y，z)沿所述机床X轴运动到所述第一激光位移传感器35激光光束和所述第二激光位移传感器34激光光束检测到所述砂轮33旋转轴线时对应的机床坐标分别为(x_a，y，z)和(x_b，y，z)；

S6、重复步骤S4和S5 N次，计算得到所述砂轮33旋转轴线与激光光束垂直相交的坐标(x₂，y)，x₂＝[∑(x_a+x_b)]/2N；

S7、如图6所示，所述传感器支座5在所述X轴进给机构2驱动下沿X轴移动，使机床坐标移动至(x₂，y，z)，调节所述偏心滑板32使所述砂轮33偏心量为e mm，启动所述磨削主轴31带动所述砂轮33自转且公转；

S8、启动所述砂轮直径和轮廓在机检测装置进行检测采样，当检测采样得到的信号数据存储量为Q后，检测采样结束，利用最小二乘法对检测图像每时刻的最高点进行多项式拟合近似得到两个正弦曲线(如图7所示)，进而得到所述第一激光位移传感器35与所述第二激光位移传感器34的检测图像波峰值，分别为对应的测量距离L₃和L₄；

S9、重复步骤S8 P次，计算自转且公转的所述砂轮33直径d′＝[∑(L-L₃-L₄)]/P；

S10、如图8所示，所述第一激光位移传感器35与所述第二激光位移传感器34的激光光束间的距离Δh＝|x_a-x_b|，计算测量误差

S11、输出自转且公转的所述砂轮33的实际直径

S12、控制所述Z轴进给机构17、22带动所述砂轮33垂直升降，通过步骤S2-S11测量不同高度截面处的自转且公转的所述砂轮33的实际直径，描绘出所述砂轮33轮廓。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种砂轮直径和轮廓在机检测装置，其特征在于：

包括砂轮直径检测装置；

所述砂轮直径检测装置包括位于传感器支座上且相对设置第一激光位移传感器和第二激光位移传感器，所述第一激光位移传感器和所述第二激光位移传感器的激光光束重合且激光光束垂直于机床X轴和Z轴所在平面；

所述机床为数控坐标磨床。

2.根据权利要求1所述的砂轮直径和轮廓在机检测装置，其特征在于：还包括控制与测量装置；

所述控制与测量装置包括第一信号采集线、第二信号采集线、信号控制器、电源、信号传输线和计算机；

所述第一激光位移传感器通过所述第一信号采集线与所述信号控制器连接，所述第二激光位移传感器通过所述第二信号采集线与所述信号控制器连接，所述信号控制器由所述电源提供220V直流电压，所述信号控制器通过所述信号传输线与所述计算机连接。

3.根据权利要求1所述的砂轮直径和轮廓在机检测装置，其特征在于：所述传感器支座通过T型螺钉固定在所述机床的工作台上。

4.一种根据权利要求1-3任一权利要求所述的砂轮直径和轮廓在机检装置进行砂轮直径和轮廓在机检测方法，其特征在于具有如下步骤：

S1、标定所述第一激光位移传感器与所述第二激光位移传感器的间距L：

将厚度为b的量块置于所述第一激光位移传感器与所述第二激光位移传感器之间，所述量块的端面与激光光束垂直，分别记录所述第一激光位移传感器和所述第二激光位移传感器的测量结果L₁、L₂，重复测量M次，计算间距L＝[∑(L₁+L₂+b)]/M；

S2、调节所述机床的偏心滑板使所述机床的砂轮偏心量为0mm，启动所述机床的磨削主轴，带动所述机床的砂轮旋转，在所述机床的X轴进给机构、Y轴进给机构和Z轴进给机构的驱动下使所述机床的砂轮位于所述第一激光位移传感器和所述第二激光位移传感器之间且在所述机床的砂轮旋转轴线接近激光光束时，停止进给运动并记录当前机床坐标(x₁，y，z)，其中，所述机床的X轴进给机构驱动所述传感器支座沿所述机床X轴移动；

S3、设定所述第一激光位移传感器与所述第二激光位移传感器的信号数据存储量Q和采样周期T；

S4、启动所述砂轮直径和轮廓在机检测装置进行检测采样，所述传感器支座在所述X轴进给机构驱动下以F匀速移动，使机床坐标从(x₁，y，z)沿X轴移动且激光光束越过所述机床的砂轮旋转轴线，当检测采样得到的信号数据存储量为Q后，检测采样结束，所述信号数据为检测图像；

S5、用最小二乘法对检测图像每时刻最高点进行多项式拟合近似得到两个椭圆曲线，得两个椭圆的起点坐标t₁和分别的顶点坐标t_a和t_b，两顶点坐标时刻分别对应机床X轴坐标x_a＝x₁+F·(t_a-t₁)和x_b＝x₁+F·(t_b-t₁)。则机床坐标从(x₁，y，z)沿所述机床X轴运动到所述第一激光位移传感器激光光束和所述第二激光位移传感器激光光束检测到所述机床的砂轮旋转轴线时对应的机床坐标分别为(x_a，y，z)和(x_b，y，z)；

S6、重复步骤S4和S5 N次，计算得到所述机床的砂轮旋转轴线与激光光束垂直相交的坐标(x₂，y)，x₂＝[∑(x_a+x_b)]/2N；

S7、所述传感器支座在所述X轴进给机构驱动下沿X轴移动，使机床坐标移动至(x₂，y，z)，调节所述机床的偏心滑板使所述机床的砂轮偏心量为e mm，启动所述机床的磨削主轴带动所述机床的砂轮自转且公转；

S8、启动所述砂轮直径和轮廓在机检测装置进行检测采样，当检测采样得到的信号数据存储量为Q后，检测采样结束，利用最小二乘法对检测图像每时刻的最高点进行多项式拟合近似得到两个正弦曲线，进而得到所述第一激光位移传感器与所述第二激光位移传感器的检测图像波峰值，分别为对应的测量距离L₃和L₄；

S9、重复步骤S8 P次，计算自转且公转的所述机床的砂轮直径d′＝[∑(L-L₃-L₄)]/P；

S10、所述第一激光位移传感器与所述第二激光位移传感器的激光光束间的距离Δh＝|x_a-x_b|，计算测量误差

S11、输出自转且公转的所述机床的砂轮的实际直径

S12、控制所述机床的Z轴进给机构带动所述机床的砂轮垂直升降，通过步骤S2-S11测量不同高度截面处的自转且公转的所述机床的砂轮的实际直径，描绘出所述机床的砂轮轮廓。