專利名稱：一種用激光位移傳感器測量扭力軸滾壓特征參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用激光位移傳感器測量扭力軸滾壓特征參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
一般情況下，扭力軸測量普遍采用的是人工接觸式測量，扭力軸齒根位置的對刀也是采用手動對刀的方式，對于現(xiàn)代化的高效智能加工機床來說，這明顯不滿足精度要求和效率要求。因此，開發(fā)一套自動化的測量系統(tǒng)很有必要，該系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)自動非接觸式測量，自動定位齒根位置，且測量精度很高。現(xiàn)有存在一種采用激光位移傳感器進行非接觸測量工件角度的方法，但是由于扭力軸為回轉(zhuǎn)體，該方法不適合扭力軸這種回轉(zhuǎn)工件的測量要求。因此，需要單獨開發(fā)一種適合扭力軸滾壓特征參數(shù)測量的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用激光位移傳感器測量扭力軸滾壓特征參數(shù)的方法，該方法可實現(xiàn)機床對扭力軸進行自動測量的問題，其測量精度高。本發(fā)明方法是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種用激光位移傳感器測量扭力軸滾壓特征參數(shù)的方法，該方法是在機床上進行的，具體步驟為:步驟一、設置測量裝置；所述測量裝置包括激光位移傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、編碼器以及工控機；其中所述激光位移傳感器固定在機床托板上，并可沿機床導軌方向往復運動，所述編碼器通過齒形同步帶與機床上的主軸相連；激光位移傳感器與數(shù)據(jù)采集卡連接，工控機與數(shù)據(jù)采集卡和編碼器分別連接。步驟二、在機床主軸上裝夾圓柱形標準驗棒，令激光位移傳感器的激光頭位置與驗棒保持合適的距離，使得驗棒上的測量點在激光位移傳感器的量程范圍內(nèi)，且令驗棒軸心與激光頭在同一水平高度；通過驗棒進行標定，測出驗棒軸心到激光頭的距離Ltl ；L0 =&+L，其中Rtl為驗棒的半徑，L為激光位移傳感器測得的數(shù)據(jù)，即驗棒外圓到激光頭的距離。步驟三、卸下驗棒，在機床主軸上裝夾扭力軸，并在扭力軸上選取多個測量截面；令扭力軸隨機床上的主軸進行勻速轉(zhuǎn)動，然后控制激光位移傳感器隨機床托板沿所述主軸方向運動，并使其依次與多個選定的測量截面相對應；激光位移傳感器每秒發(fā)出多個(10000)個脈沖，快速測量每一時刻扭力軸表面的點到激光頭的距離;根據(jù)機床上主軸的旋轉(zhuǎn)角速度，利用編碼器記錄每一測量點所對應的角度值Θ，并將所述L'和Θ傳入工控機。步驟四、工控機對測得的數(shù)據(jù)進行處理，由R = Ltl-L'求出每一扭力軸測量點到扭力軸軸心的距離R，然后對每一 Θ對應R存儲為(0，R)，每一選定的測量截面對應一組(e，R)，由所有的(0，r)值就可以在坐標圖上畫出所測量的各截面的輪廓圖；當對扭力軸的光桿部分進行測量時，得到的是一個圓形；當對扭力軸的齒形部分進行測量時，得到的截面圖是一個齒輪。步驟五、計算出扭力軸齒根位置的具體方法為:選取扭力軸齒形截面對應的一組(Θ，R)，將所選取的(Θ，R)中R的次最大和次最小分別記為Rmax和Rmin,將所選取的(Θ，R)中按Θ由小到大，依次將Θ對應的R與Rmax和Rmin比較，將第一個落在Rmin±0.3mm范圍的點記為S，從S開始，找到第一個落在Ι^η±0.3mm范圍的點并記為A，找到第一個超出Rmin±0.3mm范圍的點記為B;則齒根位置的坐標即為(0c，R。)，其中θ。= (θΑ+θΒ)/2,其中θ Α為A點所對應的角度，θ Β為B點所對應的角度，R。為Θ。所對應的距離；計算出扭力軸齒根位置的坐標(Θ C Rc)。自此，就完成了對扭力軸滾壓特征參數(shù)進行測量的步驟。有益效果 本發(fā)明所建立的測量裝置結(jié)構(gòu)簡單易行，測量方法容易操作，能夠?qū)崿F(xiàn)對扭力軸進行自動非接觸式測量的要求。同以往的人工手動測量相比，該方法能夠大幅度地提高測量效率和測量精度。通過實現(xiàn)自動對刀功能，能夠保證工件的連續(xù)加工，很大程度地減少輔助加工時間，提高生產(chǎn)效率，提升機床的自動化和智能化程度。


圖1是本發(fā)明的測量方法中所采用的儀器設備連接關(guān)系圖；圖2是光桿部分測量方法示意圖；圖3是尋找齒根位置方法示意圖；1-激光位移傳感器，2-數(shù)據(jù)采集卡，3-編碼器，4-工控機，5-機床托板，6_機床導軌，7-扭力軸，8、9_傳輸線。
具體實施例方式本發(fā)明按技術(shù)方案中規(guī)定的方法步驟實施，其中，在第一步建立的測量裝置中，激光位移傳感器是采用日本基恩士公司的LK-H050激光位移傳感器，數(shù)據(jù)采集卡是采用其配套產(chǎn)品，編碼器是采用EMICON編碼器，型號為N0C-SP10000-2MD-500，工控機是采用研華的工控機整機IPC610H。激光位移傳感器通過安裝裝置固定在機床托板上，可以沿機床導軌方向往復運動，激光位移傳感器通過第一數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)采集卡連接，數(shù)據(jù)采集卡通過第二數(shù)據(jù)傳輸線與工控機連接，測量數(shù)據(jù)由激光位移傳感器傳到數(shù)據(jù)采集卡，再傳到工控機；編碼器也通過數(shù)據(jù)線與工控機連接并將測量數(shù)據(jù)傳入工控機。所有的測量數(shù)據(jù)在工控機內(nèi)由編制好的程序進行計算處理。步驟二至步驟五按技術(shù)方案中規(guī)定的方法步驟實施。本發(fā)明測量數(shù)據(jù)的應用: 在針對扭力軸光桿部分進行滾壓時，根據(jù)測量得到的半徑(距離)R控制滾壓力度進行滾壓加工；在扭力軸滾壓加工前后各測量一次，可以測得扭力軸直徑變化量AR，從而獲知滾壓加工的效果。在針對扭力軸齒根位置進行滾壓時，根據(jù)計算出扭力軸齒根位置的坐標(Θ。，R。)，旋轉(zhuǎn)扭力軸，使?jié)L壓頭自動進給到齒根位置，然后根據(jù)測量得到的半徑R?？刂茲L壓力度進行滾壓加工；利用本發(fā)明的方法，可以大大提高加工的效率。
綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用激光位移傳感器測量扭力軸滾壓特征參數(shù)的方法，該方法是在機床上進行的，其特征在于，具體步驟為: 步驟一、設置測量裝置； 所述測量裝置包 括激光位移傳感器(I)、數(shù)據(jù)采集卡(2)、編碼器(3)以及工控機(4)；其中所述激光位移傳感器(I)固定在機床托板(5)上，并可沿機床導軌(6)方向往復運動，所述編碼器(3)通過齒形同步帶與機床上的主軸相連；激光位移傳感器(I)與數(shù)據(jù)采集卡(2)連接，工控機⑷與數(shù)據(jù)采集卡(2)和編碼器(3)分別連接； 步驟二、在機床主軸上裝夾圓柱形標準驗棒，令激光位移傳感器的激光頭位置與驗棒保持設定距離，使得驗棒上的測量點在激光位移傳感器的量程范圍內(nèi)，且令驗棒軸心與激光頭在同一水平高度；通過驗棒進行標定，測出驗棒軸心到激光頭的距離L0 ；L0 = &+L，其中Rtl為驗棒的半徑，L為驗棒外圓到激光頭的距離； 步驟三、卸下驗棒，在機床主軸上裝夾扭力軸(7)，并在扭力軸上選取多個測量截面；令扭力軸隨機床上的主軸勻速轉(zhuǎn)動，然后控制激光位移傳感器隨機床托板沿所述主軸方向運動，并使其依次與多個選定的測量截面相對應；激光位移傳感器每秒發(fā)出多個脈沖，快速測量每一時刻扭力軸表面的點到激光頭的距離L';根據(jù)機床上主軸的旋轉(zhuǎn)角速度，利用編碼器記錄每一測量點所對應的角度值Θ，并將所述L'和Θ傳入工控機； 步驟四、工控機對測得的數(shù)據(jù)進行處理，由R = Ltl-L'求出每一扭力軸測量點到扭力軸軸心的距離R，然后對每一 Θ對應R存儲為(Θ，R),每一選定的測量截面對應一組(Θ，R)；步驟五、計算出扭力軸齒根位置的具體方法為:選取扭力軸齒形截面對應的一組(Θ，R)，將所選取的(Θ，R)中R的次最大和次最小分別記為Rmax和Rmin,將所選取的(Θ，R)中按Θ由小到大，依次將Θ對應的R與Rmax和Rmin比較，將第一個落在Rmin±0.3mm范圍的點記為S，從S開始，找到第一個落在Ι^η±0.3mm范圍的點并記為A，找到第一個超出Rmin±0.3mm范圍的點記為B;則齒根位置的坐標即為(0c，R。)，其中θ。= (θΑ+θΒ)/2,其中θ Α為A點所對應的角度，θ Β為B點所對應的角度，R。為Θ。所對應的距離；計算出扭力軸齒根位置的坐標(Θ C Rc)。
全文摘要
本發(fā)明提供用激光位移傳感器測量扭力軸滾壓特征參數(shù)的方法，該方法是在機床上進行的，具體步驟為設置測量裝置；通過驗棒進行標定，測出驗棒軸心到激光頭的距離L0；測量每一時刻扭力軸表面的點到激光頭的距離L′，利用編碼器記錄每一測量點所對應的角度值θ；由R＝L0-L′求出每一扭力軸測量點到扭力軸軸心的距離R，然后對每一θ對應R存儲為(θ,R)，根據(jù)(θ,R)計算出扭力軸齒根位置。本發(fā)明所建立的測量裝置結(jié)構(gòu)簡單易行，測量方法容易操作，能夠?qū)崿F(xiàn)對扭力軸進行自動非接觸式測量的要求。
文檔編號G01B11/00GK103105129SQ20131001194
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者王西彬, 郝娟, 盛東良, 裴家杰 申請人:北京理工大學