CN111993159A - 一种轴类工件在位非接触检测方法 - Google Patents

一种轴类工件在位非接触检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轴类工件在位非接触检测方法，包括如下步骤：建立检测系统，标定检测系统并建立检测坐标系；对工件在检测系统的位姿进行分析建立工件装夹装置的坐标系统；控制轴类工件加工机床的装夹装置转动，线激光测量仪进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析，获得轴类工件的理想基准轴线；激光位移传感器对检测部位进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析，获得凸轮轴轴颈实际跳动加工精度；采用线激光测量仪对检测部位进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析获得轴类工件同轴度加工精度。本发明可实时检测出轴类工件轴颈圆心及其理想基准轴线，避免了传统使用顶针基准或V形块所带来的系统误差以及补偿的困难。

Description

一种轴类工件在位非接触检测方法
技术领域
本发明涉及加工领域中轴类工件的检测方法，尤其涉及一种轴类工件在位非接触检测方法。
背景技术
凸轮轴是活塞发动机的部件，其作用是控制气门的开启和闭合，凸轮轴的主体是一根与气缸组长度近似相同的圆柱形棒体，上面有若干个轴颈以及轴颈间套有若干个凸轮，用于驱动气门。凸轮轴是发动机的核心部件，其加工精度直接影响到发动机的噪声、动力性能、经济性等整体性能指标。其中对凸轮轴轴颈跳动加工精度要求非常高，也是检测的必检项目，传统光学机械量仪、接触测头测量仪器及样板测量效率极低且多数需要离线进行，无法适应当今高精高效规模化生产模式的需要。
因此，亟待解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的提供一种误差小且检测效果高的轴类工件在位非接触检测方法。
本发明公开了一种轴类工件在位非接触检测方法，包括如下步骤：
(1)、建立检测系统，标定检测系统并建立检测坐标系；
(2)、对工件在检测系统的位姿进行分析建立工件装夹装置的坐标系统；
(3)、控制轴类工件加工机床的装夹装置转动，线激光测量仪进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析，获得轴类工件的理想基准轴线；
(4)、激光位移传感器对检测部位进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析，获得凸轮轴轴颈实际跳动加工精度；
(5)、采用线激光测量仪对检测部位进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析获得轴类工件同轴度加工精度。
其中，所述步骤(1)的具体步骤包括：所述检测系统包括位于机床一侧的光栅导轨以及依次间隔位于光栅导轨上的采用线激光测量仪进行测量的测量位置A、采用激光位移传感器进行测量的测量位置C和采用线激光测量仪进行测量的测量位置B；其中测量位置A和测量位置B为所需检测的基准位置，测量位置C为需要进行跳动、同轴度以及轮廓度检测位置；线激光测量仪和激光位移传感器的测量方向一致，在测量方向前距离L处放置标定板，调节标定板标定平面与线激光测量仪光路正交，且与激光位移传感器光路垂直；其中线激光测量仪的XOY平面与标定板标定平面平行，激光位移传感器光路垂直与XOY平面，激光位移传感器在光栅导轨上的安装方向与Y轴平行；建立线激光测量仪在位置A和位置B处的坐标系OA-XAYAZA和坐标系OB-XBYBZB；再调节使激光位移传感器的光斑在线激光测量仪光路的Y轴上，建立激光位移传感器在位置C处的坐标系OC-XCYCZC；对线激光测量仪的测量原点进行标零，则OA、OB的X、Z坐标为0；对激光位移传感器的测量原点进行标零，则OC的X、Z坐标为0；
线激光测量仪可获取XOZ平面内的坐标数据，Y轴的坐标数据由线激光测量仪光路所在光栅导轨上的位置得出；设定线激光测量仪在位置A时坐标原点OA为世界坐标系原点，若OA的坐标标定为(0,0,0)，若线激光测量仪在位置A处所测的数据为(xA,zA)，则位置A内的三维坐标为(xA,0,zA)；
线激光测量仪在位置A和位置B的光路距离为lAB，则OB的坐标标定为(0,0,lAB)；若线激光测量仪在位置B所测的数据为(xB,zB)，那么坐标系OB-XBYBZB内的坐标在坐标系OA-XAYAZA中可表示为：
Figure BDA0002652590790000021
线激光测量仪和激光位移传感器在位置A和位置C的光路距离为lAC，则OC坐标即标定为(0,0,lAC)；若激光位移传感器在位置C所测的数据为(zC)，那么坐标系OC-XCYCZC内的坐标在坐标系OA-XAYAZA中可表示为：
Figure BDA0002652590790000022
优选的，所述步骤(2)的具体步骤包括：当轴类工件的检测截面法向轴线与理想基准轴线不共线时，即当轴类工件与检测系统存在绕X轴方向的旋转角θ和绕Z轴方向的旋转角ɑ时，线激光测量仪的光路所测的测量截面为椭圆，其中椭圆的短轴为轴直径，椭圆的长轴ac与Z轴存在夹角，椭圆的短轴bd与X轴存在夹角；所得椭圆轮廓的椭心在中心轴线上，测量截面与横截面的夹角为λ，其中椭圆的长轴ac长度为lac，短轴bd长度为lbd，则λ的计算公式为：
Figure BDA0002652590790000031
在装夹装置中装夹一根轴类的量柱量块，启动线激光测量仪对量柱量块进行截面轮廓检测，量柱量块置于线激光测量仪的测量光路中，则量柱量块与测量光路的相交截面为椭圆轮廓；激光测量仪在位置A可测得量柱量块在任一位置时的半截面轮廓弧
Figure BDA0002652590790000032
则可假定弧
Figure BDA0002652590790000033
上轮廓点坐标为Pn(xn,0,zn),(n＝1,2,3…)，坐标点满足公式(4)：
Figure BDA0002652590790000034
式中a、b、c、d、e和f为常系数，通过代入坐标点集求出；
则椭圆在OA-XAYAZA坐标系中的椭圆长轴的旋转角
Figure BDA0002652590790000035
由公式(5)求出：
Figure BDA0002652590790000036
假定椭圆的几何中心OU的坐标为(xU,zU)，则由公式(6)和(7)求出：
Figure BDA0002652590790000037
Figure BDA0002652590790000038
长轴长度lac和短轴长度lbd可分别由公式(8)和(9)求出：
Figure BDA0002652590790000039
Figure BDA00026525907900000310
量柱量块的测量截面与其同心横截面存在的夹角λ，根据公式(3)、(4)、(8)和(9)求出；
量柱量块的测量截面A轮廓的短轴为其同心横截面A轮廓的直径，以
Figure BDA0002652590790000041
为工件装夹装置坐标系的XS轴，以测量截面A轮廓的中心OU为工件装夹装置坐标系的原点OS，以垂直于量柱量块的横截面A轮廓的轴心轴线为YS轴，建立符合右手规则的工件装夹装置坐标系OS-XSYSZS；
检测系统坐标系OA-XAYAZA与工件装夹装置坐标系OS-XSYSZS之间具有偏离量为
Figure BDA0002652590790000042
即检测系统坐标系中的点(x,y,z)分别在x轴和z轴方向上平移xu和zu，然后绕X轴旋转角度λ，再绕Y轴旋转角度
Figure BDA0002652590790000043
后即可能获得对应在工件装夹装置坐标系OS-XSYSZS中对应的点坐标(x',y',z')；因此检测系统坐标系和工件装夹装置坐标系的变换关系为：
Figure BDA0002652590790000044
再者，所述步骤(3)的具体步骤包括：将轴类工件装夹在标定好的装夹装置中，将线激光测量仪的光路对准轴类工件的基准轴段，启动位置A和位置B处的线激光测量仪进行测量；假定线激光测量仪在位置A；获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为Pi(xi,0,zi),(i＝1,2,3…)，坐标点满足公式(11)：
Figure BDA0002652590790000045
解方程可求出常数a1、b1、c1、d1、e1和f1，再由公式(12)和(13)求出：
Figure BDA0002652590790000046
Figure BDA0002652590790000047
线激光测量仪在距离测量位置A为l′AB的测量位置B获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA的坐标为Pj(xj,l′AB,zj),(j＝1,2,3…)；坐标点满足公式(14)：
Figure BDA0002652590790000048
解方程可求出a2、b2、c2、d2、e2和f2，再由公式(15)和(16)求出：
Figure BDA0002652590790000051
Figure BDA0002652590790000052
可分别获得测量位置A和测量位置B处截面轮廓所对应的工件横截面的中心坐标
Figure BDA0002652590790000053
与
Figure BDA0002652590790000054
则基准轴段的中心轴线在OA-XAYAZA坐标系下轴线的直线公式为：
Figure BDA0002652590790000055
进一步，所述步骤(4)的具体步骤包括：旋转轴类工件，激光位移传感器获取测量位置C实时测量点的坐标，假定某一时刻坐标为C1(0,yC1,zC1)；线激光测量仪获得此时刻旋转位置时的实时轮廓点数据，假定此时刻线激光测量仪在位置A获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为Pi1(xi1,0,zi1),(i＝1,2,3…)，坐标点满足公式(18)：
Figure BDA0002652590790000056
解方程可求出a11、b11、c11、d11、e11和f11，再由公式(19)和(20)求出：
Figure BDA0002652590790000057
Figure BDA0002652590790000058
假定此时刻线激光测量仪在距离测量位置A为l″AB的测量位置B获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA的坐标为Pj1(xj1,l″AB,zj1),(j＝1,2,3…)，坐标点满足公式(21)：
Figure BDA0002652590790000059
解方程可求出a21、b21、c21、d21、e21和f21，再由公式(22)和(23)求出：
Figure BDA00026525907900000510
Figure BDA00026525907900000511
可获得此时刻基准轴段中心点坐标
Figure BDA0002652590790000061
和
Figure BDA0002652590790000062
求得此时刻测量点到实时中心轴线的距离d1，计算公式为：
Figure BDA0002652590790000063
旋转轴类工件，测得旋转一周后各时刻所记录的数据，并计算获得全部时刻测量点到实时中心轴线的距离di(i＝1,2,3…)；
轴类工件的径向圆跳动t通过实时测量点到实时中心轴线的距离di(i＝1,2,3…)中的最大值dmax和最小值dmin的差值求得，计算公式为：
t＝dmax-dmin (25)
再者，所述步骤(5)的具体步骤包括：先利用线激光测量仪对轴类工件基准轴段测量位置A和测量位置B进行轮廓检测，线激光测量仪获得某一旋转位置时的实时轮廓点数据，假定此时刻线激光测量仪在位置A获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为P′i1(x′i1,0,z′i1),(i＝1,2,3…)，坐标点满足公式(26)：
Figure BDA0002652590790000064
解方程可求出a’11、b’11、c’11、d’11、e’11和f’11，再由公式(27)和(28)求出：
Figure BDA0002652590790000065
Figure BDA0002652590790000066
假定此时刻线激光测量仪在距离位置A为l″′AB的位置B获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA的坐标为P′j1(x′j1,l″′AB,z′j1),(j＝1,2,3…)，坐标点满足公式(29)：
Figure BDA0002652590790000067
解方程可求出a’21、b’21、c’21、d’21、e’21和f’21，再由公式(30)和(31)求出：
Figure BDA0002652590790000068
Figure BDA0002652590790000069
可获得此时刻基准轴段中心点坐标
Figure BDA0002652590790000071
和
Figure BDA0002652590790000072
则该时刻基准轴段中心点所连接的中心轴线在OA-XAYAZA坐标系下的轴线的直线公式为：
Figure BDA0002652590790000073
将线激光测量仪沿YA轴方向移动至工件检测轴段位置C′处，通过光栅导轨获得移动距离l′，假定此时刻线激光测量仪在位置C′获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为Pk1(xk1,l′,zk1),(k＝1,2,3…)，坐标点满足公式(33)：
Figure BDA0002652590790000074
解方程可求出a3、b3、c3、d3、e3和f3，再由公式(34)和(35)求出：
Figure BDA0002652590790000075
Figure BDA0002652590790000076
在不同位置重复数次检测，获得基准轴段中心点坐标
Figure BDA0002652590790000077
和
Figure BDA0002652590790000078
(i＝1、2、3...)，测量段横截面中心坐标点集记为C′i(xC′i,l′,zC′i)(i＝1,2,3…)；求得检测轴段横截面中心坐标点到基准段中心轴线的距离d′i，计算公式为：
Figure BDA0002652590790000079
轴类工件检测轴段的同轴度φt通过获得的检测轴段横截面中心坐标点到基准段中心轴线的距离d′i中的最大值d′max和最小值d′min的差值求得，计算公式为：
φt＝d′max-d′min (37)。
优选的，所述轴类工件为凸轮轴，线激光测量仪对凸轮轴凸轮的凸桃进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析，获得凸轮轴凸轮轮廓度加工精度；
将线激光测量仪移动至凸轮的凸桃处，每移动一小段距离进行一次数据采集，将采集获得的OA-XAYAZA坐标系下的数据坐标通过算法转换到OS-XSYSZS工件装夹装置坐标系下，对轮廓点进行拟合，再与标准凸轮轮廓进行对比，计算出轮廓度。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：首先本发明可实时检测出轴类工件轴颈圆心及其理想基准轴线，避免了传统使用顶针基准或V形块所带来的系统误差以及补偿的困难，非接触测量坐标系的建立可获得各方面的空间坐标；其中本发明使高精度的加工精度检测过程直接在加工现场上进行，非接触测量避免了对加工工件的损伤和检测仪器的损耗，点面结合避免了复杂标定过程和零件装夹位置的影响，同时避免多次装夹所带来的定位误差；相比于其他检测方法，本发明可靠性高、检测效率高且时间短，可实现对大尺寸轴类工件的在位非接触检测，且自由度高不依赖大量的固定夹具约束，并具有广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明中检测系统坐标系示意图；
图2为本发明中流程示意图；
图3为本发明中检测系统和工件工装装置的结构示意图；
图4为本发明中检测系统坐标系标定示意图；
图5为本发明中线激光测量仪所测量柱量块所在横截面的坐标系示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
首先需要实现检测系统与工件装夹装置的坐标系建立与统一，并进行在位测量中轴的坐标数据检测，来得到作为基准的轴心轴线，最后得到轴跳动的检测结果，构建检测系统坐标系如附图1所示。利用固定在光栅导轨上的线激光测量仪在测量位置A和测量位置B基准轴段测量截面轮廓，测量截面轮廓拟合圆心为OU、OW；激光位移传感器在测量位置C出测量跳动检测轴段，测量点在以OV为圆心的横截面上，OV在轴心轴线上。由于检测系统与工件位置相对有偏置，所以测量截面轮廓与以轴心轴线为法向量的同心横截面轮廓存在夹角λ。构建以激光导轨上线激光测量仪在位置A所建立的坐标原点OA为世界坐标系原点，线激光测量仪的X0Z面为世界坐标系XOZ面，于是建立基于检测系统的世界坐标系OA-XAYAZA，线激光测量仪在光栅导轨B位置处有坐标系OB-XBYBZB，激光位移传感器在光栅导轨C位置处有坐标系OC-XCYCZC。
因此，为了得到作为基准的轴心轴线OAOB和在OA-XAYAZA世界坐标系下的测量点坐标(xC,yC,zC)，需要将坐标系OB-XBYBZB和OC-XCYCZC转换到OA-XAYAZA系统世界坐标系下，以及确定工件装夹装置坐标系OS-XSYSZS。之后便可对工件测量，并将测量数据进行跳动误差等算法计算，得到工件跳动等误差。
如图1和图2所示，本发明的一种轴类工件在位非接触检测方法，包括如下步骤：
(1)、建立检测系统，标定检测系统并建立检测坐标系；
如图3和图4所示，所述检测系统包括位于机床一侧的光栅导轨8以及依次间隔位于光栅导轨上的采用线激光测量仪6进行测量的测量位置A、采用激光位移传感器7进行测量的测量位置C和采用线激光测量仪6进行测量的测量位置B，线激光测量仪6和激光位移传感器7安装在光栅导轨8的滑块上；其中测量位置A和测量位置B为所需检测的基准位置，测量位置C为需要进行跳动、同轴度以及轮廓度检测位置；如图4所示，调整线激光测量仪、激光位移传感器与光栅直导轨的平面度，使其平面度达到0.001mm，线激光测量仪和激光位移传感器的测量方向一致，在测量方向前距离L处放置标定板，调节标定板标定平面与线激光测量仪光路正交，且与激光位移传感器光路垂直；其中线激光测量仪的XOY平面与标定板标定平面平行，激光位移传感器光路垂直与XOY平面，激光位移传感器在光栅导轨上的安装方向与Y轴平行；建立线激光测量仪在位置A和位置B处的坐标系OA-XAYAZA和坐标系OB-XBYBZB；再调节使激光位移传感器的光斑在线激光测量仪光路的Y轴上，建立激光位移传感器在位置C处的坐标系OC-XCYCZC；对线激光测量仪的测量原点进行标零，则OA、OB的X、Z坐标为0；对激光位移传感器的测量原点进行标零，则OC的X、Z坐标为0；
线激光测量仪可获取XOZ平面内的坐标数据，Y轴的坐标数据由线激光测量仪光路所在光栅导轨上的位置得出；设定线激光测量仪在位置A时坐标原点OA为世界坐标系原点，若OA的坐标标定为(0,0,0)，若线激光测量仪在位置A处所测的数据为(xA,zA)，则位置A内的三维坐标为(xA,0,zA)；
线激光测量仪在位置A和位置B的光路距离为lAB，则OB的坐标标定为(0,0,lAB)；若线激光测量仪在位置B所测的数据为(xB,zB)，那么坐标系OB-XBYBZB内的坐标在坐标系OA-XAYAZA中可表示为：
Figure BDA0002652590790000101
线激光测量仪和激光位移传感器在位置A和位置C的光路距离为lAC，则OC坐标即标定为(0,0,lAC)；若激光位移传感器在位置C所测的数据为(zC)，那么坐标系OC-XCYCZC内的坐标在坐标系OA-XAYAZA中可表示为：
Figure BDA0002652590790000102
本发明可使用检测系统中的激光传感器获取到工件在OA-XAYAZA坐标系下的坐标数据，然后进行之后的计算分析；
(2)、对工件在检测系统的位姿进行分析建立工件装夹装置的坐标系统；
如图5所示，工件装夹装置包括夹床控制箱1、夹床卡盘2、待检凸轮轴3、顶针4和顶针滑轨5，轴类工件的检测截面法向轴线与理想基准轴线不共线时，即当轴类工件与检测系统存在绕X轴方向的旋转角θ和绕Z轴方向的旋转角ɑ时，线激光测量仪的光路所测的测量截面为椭圆，其中椭圆的短轴为轴直径，椭圆的长轴ac与Z轴存在夹角，椭圆的短轴bd与X轴存在夹角；所得椭圆轮廓的椭心在中心轴线上，测量截面与横截面的夹角为λ，其中椭圆的长轴ac长度为lac，短轴bd长度为lbd，则λ的计算公式为：
Figure BDA0002652590790000103
在装夹装置中装夹一根轴类的量柱量块，启动线激光测量仪对量柱量块进行截面轮廓检测，量柱量块置于线激光测量仪的测量光路中，则量柱量块与测量光路的相交截面为椭圆轮廓；激光测量仪在位置A可测得量柱量块在任一位置时的半截面轮廓弧
Figure BDA0002652590790000104
则可假定弧
Figure BDA0002652590790000105
上轮廓点坐标为Pn(xn,0,zn),(n＝1,2,3…)，坐标点满足公式(4)：
Figure BDA0002652590790000106
式中a、b、c、d、e和f为常系数，通过代入坐标点集求出；
则椭圆在OA-XAYAZA坐标系中的椭圆长轴的旋转角
Figure BDA0002652590790000107
由公式(5)求出：
Figure BDA0002652590790000111
假定椭圆的几何中心OU的坐标为(xU,zU)，则由公式(6)和(7)求出：
Figure BDA0002652590790000112
Figure BDA0002652590790000113
长轴长度lac和短轴长度lbd可分别由公式(8)和(9)求出：
Figure BDA0002652590790000114
Figure BDA0002652590790000115
量柱量块的测量截面与其同心横截面存在的夹角λ，根据公式(3)、(4)、(8)和(9)求出；
量柱量块的测量截面A轮廓的短轴为其同心横截面A轮廓的直径，以
Figure BDA0002652590790000116
为工件装夹装置坐标系的XS轴，以测量截面A轮廓的中心OU为工件装夹装置坐标系的原点OS，以垂直于量柱量块的横截面A轮廓的轴心轴线为YS轴，建立符合右手规则的工件装夹装置坐标系OS-XSYSZS；
检测系统坐标系OA-XAYAZA与工件装夹装置坐标系OS-XSYSZS之间具有偏离量为
Figure BDA0002652590790000117
即检测系统坐标系中的点(x,y,z)分别在x轴和z轴方向上平移xu和zu，然后绕X轴旋转角度λ，再绕Y轴旋转角度
Figure BDA0002652590790000118
后即可能获得对应在工件装夹装置坐标系OS-XSYSZS中对应的点坐标(x',y',z')；因此检测系统坐标系和工件装夹装置坐标系的变换关系为：
Figure BDA0002652590790000119
(3)、控制轴类工件加工机床的装夹装置转动，线激光测量仪进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析，获得轴类工件的理想基准轴线；
将轴类工件装夹在标定好的装夹装置中，将线激光测量仪的光路对准轴类工件的基准轴段，启动位置A和位置B处的线激光测量仪进行测量；假定线激光测量仪在位置A；获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为Pi(xi,0,zi),(i＝1,2,3…)，坐标点满足公式(11)：
Figure BDA0002652590790000121
解方程可求出常数a1、b1、c1、d1、e1和f1，再由公式(12)和(13)求出：
Figure BDA0002652590790000122
Figure BDA0002652590790000123
线激光测量仪在距离测量位置A为l′AB的测量位置B获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA的坐标为Pj(xj,l′AB,zj),(j＝1,2,3…)；坐标点满足公式(14)：
Figure BDA0002652590790000124
解方程可求出a2、b2、c2、d2、e2和f2，再由公式(15)和(16)求出：
Figure BDA0002652590790000125
Figure BDA0002652590790000126
可分别获得测量位置A和测量位置B处截面轮廓所对应的工件横截面的中心坐标
Figure BDA0002652590790000127
与
Figure BDA0002652590790000128
则基准轴段的中心轴线在OA-XAYAZA坐标系下轴线的直线公式为：
Figure BDA0002652590790000129
(4)、激光位移传感器对检测部位进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析，获得凸轮轴轴颈实际跳动加工精度；
旋转轴类工件，激光位移传感器获取测量位置C实时测量点的坐标，假定某一时刻坐标为C1(0,yC1,zC1)；线激光测量仪获得此时刻旋转位置时的实时轮廓点数据，假定此时刻线激光测量仪在位置A获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为Pi1(xi1,0,zi1),(i＝1,2,3…)，坐标点满足公式(18)：
Figure BDA0002652590790000131
解方程可求出a11、b11、c11、d11、e11和f11，再由公式(19)和(20)求出：
Figure BDA0002652590790000132
Figure BDA0002652590790000133
假定此时刻线激光测量仪在距离测量位置A为l″AB的测量位置B获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA的坐标为Pj1(xj1,l″AB,zj1),(j＝1,2,3…)，坐标点满足公式(21)：
Figure BDA0002652590790000134
解方程可求出a21、b21、c21、d21、e21和f21，再由公式(22)和(23)求出：
Figure BDA0002652590790000135
Figure BDA0002652590790000136
可获得此时刻基准轴段中心点坐标
Figure BDA0002652590790000137
和
Figure BDA0002652590790000138
求得此时刻测量点到实时中心轴线的距离d1，计算公式为：
Figure BDA0002652590790000139
旋转轴类工件，测得旋转一周后各时刻所记录的数据，并计算获得全部时刻测量点到实时中心轴线的距离di(i＝1,2,3…)；
轴类工件的径向圆跳动t通过实时测量点到实时中心轴线的距离di(i＝1,2,3…)中的最大值dmax和最小值dmin的差值求得，计算公式为：
t＝dmax-dmin (25)
本发明使用实时检测的中心轴线，可以避免工件装夹装置回转偏心带来的影响，提高了计算精度；
(5)、采用线激光测量仪对检测部位进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析获得轴类工件同轴度加工精度；
先利用线激光测量仪对轴类工件基准轴段测量位置A和测量位置B进行轮廓检测，线激光测量仪获得某一旋转位置时的实时轮廓点数据，假定此时刻线激光测量仪在位置A获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为P′i1(x′i1,0,z′i1),(i＝1,2,3…)，坐标点满足公式(26)：
Figure BDA0002652590790000141
解方程可求出a’11、b’11、c’11、d’11、e’11和f’11，再由公式(27)和(28)求出：
Figure BDA0002652590790000142
Figure BDA0002652590790000143
假定此时刻线激光测量仪在距离位置A为l″′AB的位置B获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA的坐标为P′j1(x′j1,l″′AB,z′j1),(j＝1,2,3…)，坐标点满足公式(29)：
Figure BDA0002652590790000144
解方程可求出a’21、b’21、c’21、d’21、e’21和f’21，再由公式(30)和(31)求出：
Figure BDA0002652590790000145
Figure BDA0002652590790000146
可获得此时刻基准轴段中心点坐标
Figure BDA0002652590790000147
和
Figure BDA0002652590790000148
则该时刻基准轴段中心点所连接的中心轴线在OA-XAYAZA坐标系下的轴线的直线公式为：
Figure BDA0002652590790000149
将线激光测量仪沿YA轴方向移动至工件检测轴段位置C′处，通过光栅导轨获得移动距离l′，假定此时刻线激光测量仪在位置C′获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为Pk1(xk1,l′,zk1),(k＝1,2,3…)，坐标点满足公式(33)：
Figure BDA0002652590790000151
解方程可求出a3、b3、c3、d3、e3和f3，再由公式(34)和(35)求出：
Figure BDA0002652590790000152
Figure BDA0002652590790000153
在不同位置重复数次检测，获得基准轴段中心点坐标
Figure BDA0002652590790000154
和
Figure BDA0002652590790000155
(i＝1、2、3...)，测量段横截面中心坐标点集记为C′i(xC′i,l′,zC′i)(i＝1,2,3…)；求得检测轴段横截面中心坐标点到基准段中心轴线的距离d′i，计算公式为：
Figure BDA0002652590790000156
轴类工件检测轴段的同轴度φt通过获得的检测轴段横截面中心坐标点到基准段中心轴线的距离d′i中的最大值d′max和最小值d′min的差值求得，计算公式为：
φt＝d′max-d′min (37)
采用本发明的方法可静态且非接触的获取工件的检测轴段的横截面中心点集，进而获得检测轴段的轴线与基准轴线的误差大小；因此可以避免装夹装置和工件回转偏心带来的影响，以及移动工件的繁琐工序。
本发明的一种轴类工件在位非接触检测方法，轴类工件为凸轮轴，包括如下步骤：
(1)、建立检测系统，标定检测系统并建立检测坐标系；
如图3和图4所示，所述检测系统包括位于机床一侧的光栅导轨8以及依次间隔位于光栅导轨上的采用线激光测量仪6进行测量的测量位置A、采用激光位移传感器7进行测量的测量位置C和采用线激光测量仪6进行测量的测量位置B，线激光测量仪6和激光位移传感器7安装在光栅导轨8的滑块上；其中测量位置A和测量位置B为所需检测的基准位置，测量位置C为需要进行跳动、同轴度以及轮廓度检测位置；如图4所示，调整线激光测量仪、激光位移传感器与光栅直导轨的平面度，使其平面度达到0.001mm，线激光测量仪和激光位移传感器的测量方向一致，在测量方向前距离L处放置标定板，调节标定板标定平面与线激光测量仪光路正交，且与激光位移传感器光路垂直；其中线激光测量仪的XOY平面与标定板标定平面平行，激光位移传感器光路垂直与XOY平面，激光位移传感器在光栅导轨上的安装方向与Y轴平行；建立线激光测量仪在位置A和位置B处的坐标系OA-XAYAZA和坐标系OB-XBYBZB；再调节使激光位移传感器的光斑在线激光测量仪光路的Y轴上，建立激光位移传感器在位置C处的坐标系OC-XCYCZC；对线激光测量仪的测量原点进行标零，则OA、OB的X、Z坐标为0；对激光位移传感器的测量原点进行标零，则OC的X、Z坐标为0；
线激光测量仪可获取XOZ平面内的坐标数据，Y轴的坐标数据由线激光测量仪光路所在光栅导轨上的位置得出；设定线激光测量仪在位置A时坐标原点OA为世界坐标系原点，若OA的坐标标定为(0,0,0)，若线激光测量仪在位置A处所测的数据为(xA,zA)，则位置A内的三维坐标为(xA,0,zA)；
线激光测量仪在位置A和位置B的光路距离为lAB，则OB的坐标标定为(0,0,lAB)；若线激光测量仪在位置B所测的数据为(xB,zB)，那么坐标系OB-XBYBZB内的坐标在坐标系OA-XAYAZA中可表示为：
Figure BDA0002652590790000161
线激光测量仪和激光位移传感器在位置A和位置C的光路距离为lAC，则OC坐标即标定为(0,0,lAC)；若激光位移传感器在位置C所测的数据为(zC)，那么坐标系OC-XCYCZC内的坐标在坐标系OA-XAYAZA中可表示为：
Figure BDA0002652590790000162
本发明可使用检测系统中的激光传感器获取到工件在OA-XAYAZA坐标系下的坐标数据，然后进行之后的计算分析；
(2)、对工件在检测系统的位姿进行分析建立工件装夹装置的坐标系统；
如图5所示，工件装夹装置包括夹床控制箱1、夹床卡盘2、待检凸轮轴3、顶针4和顶针滑轨5，凸轮轴的检测截面法向轴线与理想基准轴线不共线时，即当凸轮轴与检测系统存在绕X轴方向的旋转角θ和绕Z轴方向的旋转角ɑ时，线激光测量仪的光路所测的测量截面为椭圆，其中椭圆的短轴为轴直径，椭圆的长轴ac与Z轴存在夹角，椭圆的短轴bd与X轴存在夹角；所得椭圆轮廓的椭心在中心轴线上，测量截面与横截面的夹角为λ，其中椭圆的长轴ac长度为lac，短轴bd长度为lbd，则λ的计算公式为：
Figure BDA0002652590790000171
在装夹装置中装夹一根轴类的量柱量块，启动线激光测量仪对量柱量块进行截面轮廓检测，量柱量块置于线激光测量仪的测量光路中，则量柱量块与测量光路的相交截面为椭圆轮廓；激光测量仪在位置A可测得量柱量块在任一位置时的半截面轮廓弧
Figure BDA0002652590790000172
则可假定弧
Figure BDA0002652590790000173
上轮廓点坐标为Pn(xn,0,zn),(n＝1,2,3…)，坐标点满足公式(4)：
Figure BDA0002652590790000174
式中a、b、c、d、e和f为常系数，通过代入坐标点集求出；
则椭圆在OA-XAYAZA坐标系中的椭圆长轴的旋转角
Figure BDA0002652590790000175
由公式(5)求出：
Figure BDA0002652590790000176
假定椭圆的几何中心OU的坐标为(xU,zU)，则由公式(6)和(7)求出：
Figure BDA0002652590790000177
Figure BDA0002652590790000178
长轴长度lac和短轴长度lbd可分别由公式(8)和(9)求出：
Figure BDA0002652590790000179
Figure BDA0002652590790000181
量柱量块的测量截面与其同心横截面存在的夹角λ，根据公式(3)、(4)、(8)和(9)求出；
量柱量块的测量截面A轮廓的短轴为其同心横截面A轮廓的直径，以
Figure BDA0002652590790000182
为工件装夹装置坐标系的XS轴，以测量截面A轮廓的中心OU为工件装夹装置坐标系的原点OS，以垂直于量柱量块的横截面A轮廓的轴心轴线为YS轴，建立符合右手规则的工件装夹装置坐标系OS-XSYSZS；
检测系统坐标系OA-XAYAZA与工件装夹装置坐标系OS-XSYSZS之间具有偏离量为
Figure BDA0002652590790000183
即检测系统坐标系中的点(x,y,z)分别在x轴和z轴方向上平移xu和zu，然后绕X轴旋转角度λ，再绕Y轴旋转角度
Figure BDA0002652590790000184
后即可能获得对应在工件装夹装置坐标系OS-XSYSZS中对应的点坐标(x',y',z')；因此检测系统坐标系和工件装夹装置坐标系的变换关系为：
Figure BDA0002652590790000185
(3)、控制凸轮轴加工机床的装夹装置转动，线激光测量仪进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析，获得凸轮轴的理想基准轴线；
将凸轮轴装夹在标定好的装夹装置中，将线激光测量仪的光路对准凸轮轴的基准轴段，启动位置A和位置B处的线激光测量仪进行测量；假定线激光测量仪在位置A；获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为Pi(xi,0,zi),(i＝1,2,3…)，坐标点满足公式(11)：
Figure BDA0002652590790000186
解方程可求出常数a1、b1、c1、d1、e1和f1，再由公式(12)和(13)求出：
Figure BDA0002652590790000187
Figure BDA0002652590790000191
线激光测量仪在距离测量位置A为l′AB的测量位置B获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA的坐标为Pj(xj,l′AB,zj),(j＝1,2,3…)；坐标点满足公式(14)：
Figure BDA0002652590790000192
解方程可求出a2、b2、c2、d2、e2和f2，再由公式(15)和(16)求出：
Figure BDA0002652590790000193
Figure BDA0002652590790000194
可分别获得测量位置A和测量位置B处截面轮廓所对应的工件横截面的中心坐标
Figure BDA0002652590790000195
与
Figure BDA0002652590790000196
则基准轴段的中心轴线在OA-XAYAZA坐标系下轴线的直线公式为：
Figure BDA0002652590790000197
(4)、激光位移传感器对检测部位进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析，获得凸轮轴轴颈实际跳动加工精度；
旋转凸轮轴，激光位移传感器获取测量位置C实时测量点的坐标，假定某一时刻坐标为C1(0,yC1,zC1)；线激光测量仪获得此时刻旋转位置时的实时轮廓点数据，假定此时刻线激光测量仪在位置A获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为Pi1(xi1,0,zi1),(i＝1,2,3…)，坐标点满足公式(18)：
Figure BDA0002652590790000198
解方程可求出a11、b11、c11、d11、e11和f11，再由公式(19)和(20)求出：
Figure BDA0002652590790000199
Figure BDA00026525907900001910
假定此时刻线激光测量仪在距离测量位置A为l″AB的测量位置B获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA的坐标为Pj1(xj1,l″AB,zj1),(j＝1,2,3…)，坐标点满足公式(21)：
Figure BDA0002652590790000201
解方程可求出a21、b21、c21、d21、e21和f21，再由公式(22)和(23)求出：
Figure BDA0002652590790000202
Figure BDA0002652590790000203
可获得此时刻基准轴段中心点坐标
Figure BDA0002652590790000204
和
Figure BDA0002652590790000205
求得此时刻测量点到实时中心轴线的距离d1，计算公式为：
Figure BDA0002652590790000206
旋转凸轮轴，测得旋转一周后各时刻所记录的数据，并计算获得全部时刻测量点到实时中心轴线的距离di(i＝1,2,3…)；
凸轮轴的径向圆跳动t通过实时测量点到实时中心轴线的距离di(i＝1,2,3…)中的最大值dmax和最小值dmin的差值求得，计算公式为：
t＝dmax-dmin (25)
本发明使用实时检测的中心轴线，可以避免工件装夹装置回转偏心带来的影响，提高了计算精度；
(5)、采用线激光测量仪对检测部位进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析获得凸轮轴同轴度加工精度；
先利用线激光测量仪对轴类工件基准轴段测量位置A和测量位置B进行轮廓检测，线激光测量仪获得某一旋转位置时的实时轮廓点数据，假定此时刻线激光测量仪在位置A获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为P′i1(x′i1,0,z′i1),(i＝1,2,3…)，坐标点满足公式(26)：
Figure BDA0002652590790000207
解方程可求出a’11、b’11、c’11、d’11、e’11和f’11，再由公式(27)和(28)求出：
Figure BDA0002652590790000211
Figure BDA0002652590790000212
假定此时刻线激光测量仪在距离位置A为l″′AB的位置B获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA的坐标为P′j1(x′j1,l″′AB,z′j1),(j＝1,2,3…)，坐标点满足公式(29)：
Figure BDA0002652590790000213
解方程可求出a’21、b’21、c’21、d’21、e’21和f’21，再由公式(30)和(31)求出：
Figure BDA0002652590790000214
Figure BDA0002652590790000215
可获得此时刻基准轴段中心点坐标
Figure BDA0002652590790000216
和
Figure BDA0002652590790000217
则该时刻基准轴段中心点所连接的中心轴线在OA-XAYAZA坐标系下的轴线的直线公式为：
Figure BDA0002652590790000218
将线激光测量仪沿YA轴方向移动至工件检测轴段位置C′处，通过光栅导轨获得移动距离l′，假定此时刻线激光测量仪在位置C′获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为Pk1(xk1,l′,zk1),(k＝1,2,3…)，坐标点满足公式(33)：
Figure BDA0002652590790000219
解方程可求出a3、b3、c3、d3、e3和f3，再由公式(34)和(35)求出：
Figure BDA00026525907900002110
Figure BDA00026525907900002111
在不同位置重复数次检测，获得基准轴段中心点坐标
Figure BDA00026525907900002112
和
Figure BDA00026525907900002113
(i＝1、2、3...)，测量段横截面中心坐标点集记为C′i(xC′i,l′,zC′i)(i＝1,2,3…)；求得检测轴段横截面中心坐标点到基准段中心轴线的距离d′i，计算公式为：
Figure BDA0002652590790000221
凸轮轴检测轴段的同轴度φt通过获得的检测轴段横截面中心坐标点到基准段中心轴线的距离d′i中的最大值d′max和最小值d′min的差值求得，计算公式为：
φt＝d′max-d′min (37)
采用本发明的方法可静态且非接触的获取工件的检测轴段的横截面中心点集，进而获得检测轴段的轴线与基准轴线的误差大小；因此可以避免装夹装置和工件回转偏心带来的影响，以及移动工件的繁琐工序；
(6)、线激光测量仪对凸轮轴凸轮的凸桃进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析，获得凸轮轴凸轮轮廓度加工精度；
将线激光测量仪移动至凸轮的凸桃处，每移动一小段距离进行一次数据采集，将采集获得的OA-XAYAZA坐标系下的数据坐标通过算法转换到OS-XSYSZS工件装夹装置坐标系下，对轮廓点进行拟合，再与标准凸轮轮廓进行对比，计算出轮廓度。
实施例
以某柴油机厂所生产的凸轮轴为例，其凸轮轴轴颈直径为180mm，长1780mm，跳动公差要求为0.05mm，同轴度公差要求为0.05mm，凸桃轮廓度要求为0.08mm。于是根据检测凸轮轴大小，检测装置的线激光测量仪选取某LJ-X8400型，可测最大宽度320mm，精度5um；CCD激光位移传感器选取某LK-G400型，精度2um，可测量范围400±100mm。
将检测系统放置于机床一侧，凸轮轴置于上述与检测系统标定好的工件装夹装置中，将线激光测量仪的光路对准工件的基准轴段，启动位置A、B的线激光测量仪进行测量；假定线激光测量仪在位置A获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为Pi(xi,0,zi),(i＝1,2,3…)，线激光测量仪在距离A位置为lAB的B位置获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA的坐标为Pj(xj,lAB,zj),(i＝1,2,3…)。通过计算可分别获得位置A、B截面轮廓所对应的工件横截面的中心坐标OU(xU,0,zU)与OW(xW,lAB,zW)，结果见表1内OU坐标和OW坐标。
旋转工件，激光位移传感器获取实时测量点的坐标Ci(0,yCi,zCi)(i＝1,2,3…)，线激光测量仪获得同旋转位置时的实时轮廓点数据，通过计算，获得基准轴段中心点坐标OUi(xUi,0,zUi)和OWi(xWi,lAB,zWi)(i＝1,2,3…)。可通过计算求得实时测量点到实时中心轴线的距离di，通过计算获得工件的径向圆跳动t，结果见表1内t值。
然后将线激光测量仪沿YA轴方向移动至工件检测轴段，通过光栅导轨获得移动距离l则,通过计算可获得工件检测轴段轮廓在OA-XAYAZA坐标系下的坐标，通过计算可求得检测轴段横截面中心点的坐标。在不同位置重复数次检测，则可获得测量段横截面中心坐标点集记为Di(0,yDi,zDi)(i＝1,2,3…)；则通过计算可求得检测轴段横截面中心坐标点到基准段中心轴线的距离di，通过计算可求得工件检测轴段的同轴度φt，结果见表1内φt值。
将线激光测量仪移动至凸轮的凸桃处，每移动一小段距离进行一次数据采集，将采集获得的OA-XAYAZA坐标系下的数据坐标，计算机系统通过算法转换到OS-XSYSZS工件及装夹系统坐标系下。利用系统二维或三维软件对轮廓点进行拟合，然后与所设计的标准凸轮轮廓进行对比，计算出轮廓度，结果见表1内轮廓度值。
表1轴检测结果部分数据
Figure BDA0002652590790000231
Figure BDA0002652590790000241

Claims (7)

1.一种轴类工件在位非接触检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、建立检测系统，标定检测系统并建立检测坐标系；
(2)、对工件在检测系统的位姿进行分析建立工件装夹装置的坐标系统；
(3)、控制轴类工件加工机床的装夹装置转动，线激光测量仪进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析，获得轴类工件的理想基准轴线；
(4)、激光位移传感器对检测部位进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析，获得凸轮轴轴颈实际跳动加工精度；
(5)、采用线激光测量仪对检测部位进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析获得轴类工件同轴度加工精度。
2.根据权利要求1所述的一种轴类工件在位非接触检测方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体步骤包括：所述检测系统包括位于机床一侧的光栅导轨以及依次间隔位于光栅导轨上的采用线激光测量仪进行测量的测量位置A、采用激光位移传感器进行测量的测量位置C和采用线激光测量仪进行测量的测量位置B；其中测量位置A和测量位置B为所需检测的基准位置，测量位置C为需要进行跳动、同轴度以及轮廓度检测位置；线激光测量仪和激光位移传感器的测量方向一致，在测量方向前距离L处放置标定板，调节标定板标定平面与线激光测量仪光路正交，且与激光位移传感器光路垂直；其中线激光测量仪的XOY平面与标定板标定平面平行，激光位移传感器光路垂直与XOY平面，激光位移传感器在光栅导轨上的安装方向与Y轴平行；建立线激光测量仪在位置A和位置B处的坐标系OA-XAYAZA和坐标系OB-XBYBZB；再调节使激光位移传感器的光斑在线激光测量仪光路的Y轴上，建立激光位移传感器在位置C处的坐标系OC-XCYCZC；对线激光测量仪的测量原点进行标零，则OA、OB的X、Z坐标为0；对激光位移传感器的测量原点进行标零，则OC的X、Z坐标为0；
线激光测量仪可获取XOZ平面内的坐标数据，Y轴的坐标数据由线激光测量仪光路所在光栅导轨上的位置得出；设定线激光测量仪在位置A时坐标原点OA为世界坐标系原点，若OA的坐标标定为(0,0,0)，若线激光测量仪在位置A处所测的数据为(xA,zA)，则位置A内的三维坐标为(xA,0,zA)；
线激光测量仪在位置A和位置B的光路距离为lAB，则OB的坐标标定为(0,0,lAB)；若线激光测量仪在位置B所测的数据为(xB,zB)，那么坐标系OB-XBYBZB内的坐标在坐标系OA-XAYAZA中可表示为：
Figure FDA0002652590780000021
线激光测量仪和激光位移传感器在位置A和位置C的光路距离为lAC，则OC坐标即标定为(0,0,lAC)；若激光位移传感器在位置C所测的数据为(zC)，那么坐标系OC-XCYCZC内的坐标在坐标系OA-XAYAZA中可表示为：
Figure FDA0002652590780000022
3.根据权利要求2所述的一种轴类工件在位非接触检测方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体步骤包括：当轴类工件的检测截面法向轴线与理想基准轴线不共线时，即当轴类工件与检测系统存在绕X轴方向的旋转角θ和绕Z轴方向的旋转角ɑ时，线激光测量仪的光路所测的测量截面为椭圆，其中椭圆的短轴为轴直径，椭圆的长轴ac与Z轴存在夹角，椭圆的短轴bd与X轴存在夹角；所得椭圆轮廓的椭心在中心轴线上，测量截面与横截面的夹角为λ，其中椭圆的长轴ac长度为lac，短轴bd长度为lbd，则λ的计算公式为：
Figure FDA0002652590780000023
在装夹装置中装夹一根轴类的量柱量块，启动线激光测量仪对量柱量块进行截面轮廓检测，量柱量块置于线激光测量仪的测量光路中，则量柱量块与测量光路的相交截面为椭圆轮廓；激光测量仪在位置A可测得量柱量块在任一位置时的半截面轮廓弧
Figure FDA0002652590780000024
则可假定弧
Figure FDA0002652590780000025
上轮廓点坐标为Pn(xn,0,zn),(n＝1,2,3…)，坐标点满足公式(4)：
Figure FDA0002652590780000026
式中a、b、c、d、e和f为常系数，通过代入坐标点集求出；
则椭圆在OA-XAYAZA坐标系中的椭圆长轴的旋转角
Figure FDA0002652590780000031
由公式(5)求出：
Figure FDA0002652590780000032
假定椭圆的几何中心OU的坐标为(xU,zU)，则由公式(6)和(7)求出：
Figure FDA0002652590780000033
Figure FDA0002652590780000034
长轴长度lac和短轴长度lbd可分别由公式(8)和(9)求出：
Figure FDA0002652590780000035
Figure FDA0002652590780000036
量柱量块的测量截面与其同心横截面存在的夹角λ，根据公式(3)、(4)、(8)和(9)求出；
量柱量块的测量截面A轮廓的短轴为其同心横截面A轮廓的直径，以
Figure FDA0002652590780000037
为工件装夹装置坐标系的XS轴，以测量截面A轮廓的中心OU为工件装夹装置坐标系的原点OS，以垂直于量柱量块的横截面A轮廓的轴心轴线为YS轴，建立符合右手规则的工件装夹装置坐标系OS-XSYSZS；
检测系统坐标系OA-XAYAZA与工件装夹装置坐标系OS-XSYSZS之间具有偏离量为
Figure FDA0002652590780000038
即检测系统坐标系中的点(x,y,z)分别在x轴和z轴方向上平移xu和zu，然后绕X轴旋转角度λ，再绕Y轴旋转角度
Figure FDA0002652590780000039
后即可能获得对应在工件装夹装置坐标系OS-XSYSZS中对应的点坐标(x',y',z')；因此检测系统坐标系和工件装夹装置坐标系的变换关系为：
Figure FDA0002652590780000041
4.根据权利要求3所述的一种轴类工件在位非接触检测方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体步骤包括：将轴类工件装夹在标定好的装夹装置中，将线激光测量仪的光路对准轴类工件的基准轴段，启动位置A和位置B处的线激光测量仪进行测量；假定线激光测量仪在位置A；获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为Pi(xi,0,zi),(i＝1,2,3…)，坐标点满足公式(11)：
Figure FDA0002652590780000042
解方程可求出常数a1、b1、c1、d1、e1和f1，再由公式(12)和(13)求出：
Figure FDA0002652590780000043
Figure FDA0002652590780000044
线激光测量仪在距离测量位置A为l′AB的测量位置B获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA的坐标为Pj(xj,l′AB,zj),(j＝1,2,3…)；坐标点满足公式(14)：
Figure FDA0002652590780000045
解方程可求出a2、b2、c2、d2、e2和f2，再由公式(15)和(16)求出：
Figure FDA0002652590780000046
Figure FDA0002652590780000047
可分别获得测量位置A和测量位置B处截面轮廓所对应的工件横截面的中心坐标
Figure FDA0002652590780000048
与
Figure FDA0002652590780000049
则基准轴段的中心轴线在OA-XAYAZA坐标系下轴线的直线公式为：
Figure FDA00026525907800000410
5.根据权利要求4所述的一种轴类工件在位非接触检测方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体步骤包括：旋转轴类工件，激光位移传感器获取测量位置C实时测量点的坐标，假定某一时刻坐标为C1(0,yC1,zC1)；线激光测量仪获得此时刻旋转位置时的实时轮廓点数据，假定此时刻线激光测量仪在位置A获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为Pi1(xi1,0,zi1),(i＝1,2,3…)，坐标点满足公式(18)：
Figure FDA0002652590780000051
解方程可求出a11、b11、c11、d11、e11和f11，再由公式(19)和(20)求出：
Figure FDA0002652590780000052
Figure FDA0002652590780000053
假定此时刻线激光测量仪在距离测量位置A为l″AB的测量位置B获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA的坐标为Pj1(xj1,l″AB,zj1),(j＝1,2,3…)，坐标点满足公式(21)：
Figure FDA0002652590780000054
解方程可求出a21、b21、c21、d21、e21和f21，再由公式(22)和(23)求出：
Figure FDA0002652590780000055
Figure FDA0002652590780000056
可获得此时刻基准轴段中心点坐标
Figure FDA0002652590780000057
和
Figure FDA0002652590780000058
求得此时刻测量点到实时中心轴线的距离d1，计算公式为：
Figure FDA0002652590780000059
旋转轴类工件，测得旋转一周后各时刻所记录的数据，并计算获得全部时刻测量点到实时中心轴线的距离di(i＝1,2,3…)；
轴类工件的径向圆跳动t通过实时测量点到实时中心轴线的距离di(i＝1,2,3…)中的最大值dmax和最小值dmin的差值求得，计算公式为：
t＝dmax-dmin (25)。
6.根据权利要求5所述的一种轴类工件在位非接触检测方法，其特征在于，所述步骤(5)的具体步骤包括：先利用线激光测量仪对轴类工件基准轴段测量位置A和测量位置B进行轮廓检测，线激光测量仪获得某一旋转位置时的实时轮廓点数据，假定此时刻线激光测量仪在位置A获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为P′i1(x′i1,0,z′i1),(i＝1,2,3…)，坐标点满足公式(26)：
Figure FDA00026525907800000610
解方程可求出a’11、b’11、c’11、d’11、e’11和f’11，再由公式(27)和(28)求出：
Figure FDA0002652590780000061
Figure FDA0002652590780000062
假定此时刻线激光测量仪在距离位置A为l″′AB的位置B获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA的坐标为P′j1(x′j1,l″′AB,z′j1),(j＝1,2,3…)，坐标点满足公式(29)：
Figure FDA0002652590780000063
解方程可求出a’21、b’21、c’21、d’21、e’21和f’21，再由公式(30)和(31)求出：
Figure FDA0002652590780000064
Figure FDA0002652590780000065
可获得此时刻基准轴段中心点坐标
Figure FDA0002652590780000066
和
Figure FDA0002652590780000067
则该时刻基准轴段中心点所连接的中心轴线在OA-XAYAZA坐标系下的轴线的直线公式为：
Figure FDA0002652590780000068
将线激光测量仪沿YA轴方向移动至工件检测轴段位置C′处，通过光栅导轨获得移动距离l′，假定此时刻线激光测量仪在位置C′获得的截面轮廓内点在坐标系OA-XAYAZA下的坐标为Pk1(xk1,l′,zk1),(k＝1,2,3…)，坐标点满足公式(33)：
Figure FDA0002652590780000069
解方程可求出a3、b3、c3、d3、e3和f3，再由公式(34)和(35)求出：
Figure FDA0002652590780000071
Figure FDA0002652590780000072
在不同位置重复数次检测，获得基准轴段中心点坐标
Figure FDA0002652590780000073
和
Figure FDA0002652590780000074
测量段横截面中心坐标点集记为C′i(xC′i,l′,zC′i)(i＝1,2,3…)；求得检测轴段横截面中心坐标点到基准段中心轴线的距离d′i，计算公式为：
Figure FDA0002652590780000075
轴类工件检测轴段的同轴度φt通过获得的检测轴段横截面中心坐标点到基准段中心轴线的距离d′i中的最大值d′max和最小值d′min的差值求得，计算公式为：
φt＝d′max-d′min (37)。
7.根据权利要求6所述的一种轴类工件在位非接触检测方法，其特征在于，所述轴类工件为凸轮轴，线激光测量仪对凸轮轴凸轮的凸桃进行连续数据采集，对采集的数据进行计算分析，获得凸轮轴凸轮轮廓度加工精度；
将线激光测量仪移动至凸轮的凸桃处，每移动一小段距离进行一次数据采集，将采集获得的OA-XAYAZA坐标系下的数据坐标通过算法转换到OS-XSYSZS工件装夹装置坐标系下，对轮廓点进行拟合，再与标准凸轮轮廓进行对比，计算出轮廓度。
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Application publication date: 20201127

Assignee: Shandong Lingzhou Intelligent Technology Co.,Ltd.

Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980037871

Denomination of invention: A Non Contact Detection Method for Axis Workpieces in Place

Granted publication date: 20220211

License type: Common License

Record date: 20230713