CN103105129A - 一种用激光位移传感器测量扭力轴滚压特征参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用激光位移传感器测量扭力轴滚压特征参数的方法，该方法是在机床上进行的，具体步骤为：设置测量装置；通过验棒进行标定，测出验棒轴心到激光头的距离L₀；测量每一时刻扭力轴表面的点到激光头的距离L′，利用编码器记录每一测量点所对应的角度值θ；由R＝L₀-L′求出每一扭力轴测量点到扭力轴轴心的距离R，然后对每一θ对应R存储为(θ,R)，根据(θ,R)计算出扭力轴齿根位置。本发明所建立的测量装置结构简单易行，测量方法容易操作，能够实现对扭力轴进行自动非接触式测量的要求。

Description

一种用激光位移传感器测量扭力轴滚压特征参数的方法

技术领域

本发明属于光电测量技术领域，涉及一种用激光位移传感器测量扭力轴滚压特征参数的方法。

背景技术

一般情况下，扭力轴测量普遍采用的是人工接触式测量，扭力轴齿根位置的对刀也是采用手动对刀的方式，对于现代化的高效智能加工机床来说，这明显不满足精度要求和效率要求。因此，开发一套自动化的测量***很有必要，该***要求能够实现自动非接触式测量，自动定位齿根位置，且测量精度很高。

现有存在一种采用激光位移传感器进行非接触测量工件角度的方法，但是由于扭力轴为回转体，该方法不适合扭力轴这种回转工件的测量要求。因此，需要单独开发一种适合扭力轴滚压特征参数测量的方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种用激光位移传感器测量扭力轴滚压特征参数的方法，该方法可实现机床对扭力轴进行自动测量的问题，其测量精度高。

本发明方法是通过下述技术方案实现的：

一种用激光位移传感器测量扭力轴滚压特征参数的方法，该方法是在机床上进行的，具体步骤为：

步骤一、设置测量装置；

所述测量装置包括激光位移传感器、数据采集卡、编码器以及工控机；其中所述激光位移传感器固定在机床托板上，并可沿机床导轨方向往复运动，所述编码器通过齿形同步带与机床上的主轴相连；激光位移传感器与数据采集卡连接，工控机与数据采集卡和编码器分别连接。

步骤二、在机床主轴上装夹圆柱形标准验棒，令激光位移传感器的激光头位置与验棒保持合适的距离，使得验棒上的测量点在激光位移传感器的量程范围内，且令验棒轴心与激光头在同一水平高度；通过验棒进行标定，测出验棒轴心到激光头的距离L₀；L₀＝R₀+L，其中R₀为验棒的半径，L为激光位移传感器测得的数据，即验棒外圆到激光头的距离。

步骤三、卸下验棒，在机床主轴上装夹扭力轴，并在扭力轴上选取多个测量截面；令扭力轴随机床上的主轴进行匀速转动，然后控制激光位移传感器随机床托板沿所述主轴方向运动，并使其依次与多个选定的测量截面相对应；激光位移传感器每秒发出多个（10000）个脉冲，快速测量每一时刻扭力轴表面的点到激光头的距离L′；根据机床上主轴的旋转角速度，利用编码器记录每一测量点所对应的角度值θ，并将所述L′和θ传入工控机。

步骤四、工控机对测得的数据进行处理，由R＝L₀-L′求出每一扭力轴测量点到扭力轴轴心的距离R，然后对每一θ对应R存储为(θ,R)，每一选定的测量截面对应一组(θ,R)，由所有的(θ,R)值就可以在坐标图上画出所测量的各截面的轮廓图；当对扭力轴的光杆部分进行测量时，得到的是一个圆形；当对扭力轴的齿形部分进行测量时，得到的截面图是一个齿轮。

步骤五、计算出扭力轴齿根位置的具体方法为：选取扭力轴齿形截面对应的一组(θ,R)，将所选取的(θ,R)中R的次最大和次最小分别记为R_max和R_min，将所选取的(θ,R)中按θ由小到大，依次将θ对应的R与R_max和R_min比较，将第一个落在R_min±0.3mm范围的点记为S，从S开始，找到第一个落在R_min±0.3mm范围的点并记为A，找到第一个超出R_min±0.3mm范围的点记为B;则齿根位置的坐标即为(θ_c,R_c)，其中θ_c＝(θ_A+θ_B)/2，其中θ_A为A点所对应的角度，θ_B为B点所对应的角度,R_c为θ_c所对应的距离；计算出扭力轴齿根位置的坐标(θ_c,R_c)。

自此，就完成了对扭力轴滚压特征参数进行测量的步骤。

有益效果

本发明所建立的测量装置结构简单易行，测量方法容易操作，能够实现对扭力轴进行自动非接触式测量的要求。同以往的人工手动测量相比，该方法能够大幅度地提高测量效率和测量精度。通过实现自动对刀功能，能够保证工件的连续加工，很大程度地减少辅助加工时间，提高生产效率，提升机床的自动化和智能化程度。

附图说明

图1是本发明的测量方法中所采用的仪器设备连接关系图；

图2是光杆部分测量方法示意图；

图3是寻找齿根位置方法示意图；

1-激光位移传感器，2-数据采集卡，3-编码器，4-工控机，5-机床托板，6-机床导轨，7-扭力轴，8、9-传输线。

具体实施方式

本发明按技术方案中规定的方法步骤实施，其中，在第一步建立的测量装置中，激光位移传感器是采用日本基恩士公司的LK-H050激光位移传感器，数据采集卡是采用其配套产品，编码器是采用EMICON编码器，型号为NOC-SP10000-2MD-500，工控机是采用研华的工控机整机IPC610H。激光位移传感器通过安装装置固定在机床托板上，可以沿机床导轨方向往复运动，激光位移传感器通过第一数据传输线与数据采集卡连接，数据采集卡通过第二数据传输线与工控机连接，测量数据由激光位移传感器传到数据采集卡，再传到工控机；编码器也通过数据线与工控机连接并将测量数据传入工控机。所有的测量数据在工控机内由编制好的程序进行计算处理。步骤二至步骤五按技术方案中规定的方法步骤实施。

本发明测量数据的应用：

在针对扭力轴光杆部分进行滚压时，根据测量得到的半径（距离）R控制滚压力度进行滚压加工；在扭力轴滚压加工前后各测量一次，可以测得扭力轴直径变化量ΔR，从而获知滚压加工的效果。在针对扭力轴齿根位置进行滚压时，根据计算出扭力轴齿根位置的坐标(θ_c,R_c)，旋转扭力轴，使滚压头自动进给到齿根位置，然后根据测量得到的半径R_c控制滚压力度进行滚压加工；利用本发明的方法，可以大大提高加工的效率。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用激光位移传感器测量扭力轴滚压特征参数的方法，该方法是在机床上进行的，其特征在于，具体步骤为：

步骤一、设置测量装置；

所述测量装置包括激光位移传感器(1)、数据采集卡(2)、编码器(3)以及工控机(4)；其中所述激光位移传感器(1)固定在机床托板(5)上，并可沿机床导轨(6)方向往复运动，所述编码器(3)通过齿形同步带与机床上的主轴相连；激光位移传感器(1)与数据采集卡(2)连接，工控机(4)与数据采集卡(2)和编码器(3)分别连接；

步骤二、在机床主轴上装夹圆柱形标准验棒，令激光位移传感器的激光头位置与验棒保持设定距离，使得验棒上的测量点在激光位移传感器的量程范围内，且令验棒轴心与激光头在同一水平高度；通过验棒进行标定，测出验棒轴心到激光头的距离L₀；L₀＝R₀+L，其中R₀为验棒的半径，L为验棒外圆到激光头的距离；

步骤三、卸下验棒，在机床主轴上装夹扭力轴(7)，并在扭力轴上选取多个测量截面；令扭力轴随机床上的主轴匀速转动，然后控制激光位移传感器随机床托板沿所述主轴方向运动，并使其依次与多个选定的测量截面相对应；激光位移传感器每秒发出多个脉冲，快速测量每一时刻扭力轴表面的点到激光头的距离L′；根据机床上主轴的旋转角速度，利用编码器记录每一测量点所对应的角度值θ，并将所述L′和θ传入工控机；

步骤四、工控机对测得的数据进行处理，由R＝L₀-L′求出每一扭力轴测量点到扭力轴轴心的距离R，然后对每一θ对应R存储为(θ,R)，每一选定的测量截面对应一组(θ,R)；

步骤五、计算出扭力轴齿根位置的具体方法为：选取扭力轴齿形截面对应的一组(θ,R)，将所选取的(θ,R)中R的次最大和次最小分别记为R_max和R_min，将所选取的(θ,R)中按θ由小到大，依次将θ对应的R与R_max和R_min比较，将第一个落在R_min±0.3mm范围的点记为S，从S开始，找到第一个落在R_min±0.3mm范围的点并记为A，找到第一个超出R_min±0.3mm范围的点记为B;则齿根位置的坐标即为(θ_c,R_c)，其中θ_c＝(θ_A+θ_B)/2，其中θ_A为A点所对应的角度，θ_B为B点所对应的角度,R_c为θ_c所对应的距离；计算出扭力轴齿根位置的坐标(θ_c,R_c)。

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