申請?zhí)? 201710391440.8

申請日: 2017.05.27

國家/省市:中國河南(41)

公開號: 107179101A

公開日: 2017.09.19

主分類號:G01D 21/02(2006.01)

分類號: G01D 21/02(2006.01)

申請人: 鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司

發(fā)明人: 師超鈺; 朱建輝

代理人: 劉建芳

代理機構(gòu):鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所（普通合伙）(41104)

申請人地址:河南省鄭州市高新區(qū)梧桐街121號

摘要： 本發(fā)明公開了一種砂輪表面粗糙度和磨粒分布狀態(tài)的檢測及評價方法，通過利用激光位移傳感器高速率、高精度的掃描采集能力以及計算機的高效數(shù)據(jù)處理能力，實現(xiàn)砂輪表面粗糙度和磨粒分布狀態(tài)的檢測及分析評價，并分別針對砂輪表面圓周方向的粗糙度、磨粒分布密度和分布均勻性計算出相應(yīng)的評價參量，克服了目前砂輪表面粗糙度和磨粒分布狀態(tài)的檢測成本高、且耗時費力又難以全面評價的困難，為砂輪制造和修整工藝的改進提供準(zhǔn)確依據(jù)，對提高磨削加工質(zhì)量和效率具有重要意義。

主權(quán)利要求

1.一種砂輪表面粗糙度和磨粒分布狀態(tài)的檢測及評價方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1：檢測裝置的準(zhǔn)備工作；被測砂輪安裝在機床主軸上；檢測裝置包括激光位移傳感器、控制器、數(shù)據(jù)電纜線、磁力支撐架和計算機，激光位移傳感器設(shè)置在磁力支撐架上，且激光位移傳感器位于被測砂輪正前方，激光位移傳感器和被測砂輪非接觸，激光位移傳感器通過數(shù)據(jù)電纜線與控制器連接，控制器通過數(shù)據(jù)電纜線與計算機連接；啟動檢測裝置，機床工作臺帶動激光位移傳感器移動，使激光位移傳感器位于被測砂輪表面的前方，激光光斑通過被測砂輪軸的中心；步驟2：利用激光位移傳感器采集砂輪表面圓周方向輪廓數(shù)據(jù)，具體包括步驟2.1-2.3；步驟2.1：啟動機床主軸，帶動被測砂輪勻速旋轉(zhuǎn)；步驟2.2：設(shè)置激光位移傳感器參數(shù)；根據(jù)砂輪直徑、砂輪轉(zhuǎn)速和磨粒直徑這些條件參量，通過控制器設(shè)置激光位移傳感器的采樣頻率f和采樣長度L；采樣頻率f和采樣長度L滿足式(1)所示關(guān)系：式(1)中，ns是被測砂輪轉(zhuǎn)速，單位r/min；ds是被測砂輪直徑，單位mm；m是被測砂輪表面磨粒直徑，單位mm；激光位移傳感器采樣頻率f單位為Hz，采樣長度L單位為個；步驟2.3：激光位移傳感器對旋轉(zhuǎn)的被測砂輪外圓表面掃描采樣，將采樣點的相對高度，即被測砂輪表面圓周方向輪廓數(shù)據(jù)，傳輸至計算機；步驟3：對傳輸至計算機的原始采樣數(shù)據(jù)進行降噪處理，具體包括步驟3.1-3.5；步驟3.1：將傳輸至計算機的原始采樣數(shù)據(jù)構(gòu)建采樣數(shù)據(jù)數(shù)組Y1＝{y1,y2,…,yL}，并將Y1中數(shù)據(jù)點逐一進行編號，構(gòu)建采樣點坐標(biāo)數(shù)組X1＝{1,2,…,L}；步驟3.2：對步驟3.1中的原始采樣數(shù)據(jù)數(shù)組Y1進行濾波去噪，濾波原理為，砂輪表面不超過寬度閾值J范圍內(nèi)的采樣高度值，其變化幅度不應(yīng)超過幅度閾值H，寬度閾值J是指激光位移傳感器采樣數(shù)據(jù)段中數(shù)據(jù)點的個數(shù)的合理值，幅度閾值H是指激光位移傳感器采樣數(shù)據(jù)段中數(shù)據(jù)點的差值的合理值；步驟3.3：對步驟3.2濾波去噪后的數(shù)據(jù)數(shù)組進行線性插值處理，以補充濾波去除的數(shù)據(jù)點，獲得新的數(shù)據(jù)數(shù)組Y2＝{y′1,y′2,…,y′L}，Y2的坐標(biāo)數(shù)組仍為X1；步驟3.4：對步驟3.3線性插值處理后獲得的數(shù)據(jù)數(shù)組Y2，計算其移動平均數(shù)，即截取長度為Q的滑動數(shù)據(jù)段，Q為奇數(shù)，利用每個數(shù)據(jù)段的平均數(shù)構(gòu)建平均線數(shù)據(jù)數(shù)組利用每個數(shù)據(jù)段的中心位置坐標(biāo)構(gòu)建平均線坐標(biāo)數(shù)組步驟3.5：剔除奇異數(shù)據(jù)點并進行線性插值補充；計算步驟3.3線性插值處理后獲得的數(shù)據(jù)數(shù)組Y2相對于步驟3.4計算得到的平均線數(shù)據(jù)數(shù)組Ym的偏移量并進行分布統(tǒng)計，將偏離幅度大，且分布概率低的數(shù)組Y2中的奇異數(shù)據(jù)點剔除，剔除的數(shù)據(jù)點采用線性插值補充，獲得新的數(shù)據(jù)數(shù)組Y3的坐標(biāo)數(shù)組步驟4：計算得到與砂輪表面粗糙度相關(guān)的評價參量：輪廓平均偏差Ra、輪廓偏差一致度Pa、正輪廓平均偏差Rap、負(fù)輪廓平均偏差Ram、輪廓平均偏差Ra的均值和標(biāo)準(zhǔn)差Pc，具體包括步驟4.1-4.5；步驟4.1：計算得到中位線數(shù)據(jù)數(shù)組YU和中位線坐標(biāo)數(shù)組XU，具體包括步驟4.1.1-4.1.3；步驟4.1.1：按照取樣周期1/K和評定長度M對步驟3.4中的平均線數(shù)據(jù)數(shù)組Ym進行截??；K和M均為正整數(shù)；截取方法為：砂輪圓周表面一周的采樣點數(shù)為個，從數(shù)組Ym中截取時，共截取M段，每段長度為個數(shù)據(jù)點，每段截取的起始點坐標(biāo)分別為經(jīng)過截取后獲得M個數(shù)組分別為：數(shù)組Ym1、Ym2、……、YmM的坐標(biāo)數(shù)組分別為步驟4.1.2：針對步驟4.1.1中的數(shù)組Ym1、Ym2、……、YmM，利用數(shù)學(xué)的最小二乘法依次對各數(shù)組中數(shù)據(jù)進行曲線擬合，擬合后獲得Ym1、Ym2、……、YmM對應(yīng)的擬合數(shù)組分別為：擬合數(shù)組Yn1、Yn2、……、YnM的坐標(biāo)數(shù)組仍為Xm1、Xm2、……、XmM；步驟4.1.3：針對步驟4.1.2中的擬合數(shù)組Yn1、Yn2、……、YnM，依次截取各數(shù)組的中間個數(shù)據(jù)點，構(gòu)成子集數(shù)組Yu1、Yu2、……、YuM；擬合數(shù)組Yn1、Yn2、……、YnM對應(yīng)的子集數(shù)組分別為：子集數(shù)組Yu1、Yu2、……、YuM的坐標(biāo)數(shù)組分別為：分別將子集數(shù)組Yu1、Yu2、……、YuM的數(shù)據(jù)點依次順序排列，構(gòu)成中位線數(shù)據(jù)數(shù)組同樣的，分別將子集數(shù)組Yu1、Yu2、……、YuM的坐標(biāo)數(shù)組Xu1、Xu2、……、XuM的數(shù)據(jù)點依次順序排列，構(gòu)成中位線坐標(biāo)數(shù)組步驟4.2：計算步驟3.5中的剔除奇異數(shù)據(jù)點并插值補充后的數(shù)據(jù)數(shù)組Y3相對于步驟4.1.3中的中位線數(shù)據(jù)數(shù)組YU的坐標(biāo)對應(yīng)的數(shù)據(jù)點的偏移量，獲得輪廓偏移量數(shù)組輪廓偏移量數(shù)組Ys的坐標(biāo)數(shù)組Xs仍為XU，即為方便后續(xù)表述，將輪廓偏移量數(shù)組Ys的坐標(biāo)按順序重新排號，即輪廓偏移量數(shù)組Ys的坐標(biāo)數(shù)組Xs調(diào)整為步驟4.3：利用步驟4.2中的輪廓偏移量數(shù)組Ys按照取樣周期1/K和評定長度M計算輪廓平均偏差Ra以及輪廓偏差一致度Pa；式(2)(3)中，ns是被測砂輪轉(zhuǎn)速，單位r/min；f是激光位移傳感器采樣頻率，單位Hz；ysi為偏移量數(shù)組Ys中數(shù)據(jù)點；輪廓平均偏差Ra用來評價砂輪表面圓周方向的整體或局部的粗糙程度；輪廓偏差一致度Pa用來評價砂輪表面圓周方向局部粗糙度的一致性；步驟4.4：計算正輪廓平均偏差Rap和負(fù)輪廓平均偏差Ram；將步驟4.2中的輪廓偏移量數(shù)組Ys中的正數(shù)和負(fù)數(shù)分別篩選出來，構(gòu)建正輪廓偏移量數(shù)組Ysp和負(fù)輪廓偏移量數(shù)組Ysm，將數(shù)組Ysp和Ysm按照取樣周期1/K和評定長度M計算正輪廓平均偏差Rap和負(fù)輪廓平均偏差Ram，式(4)中，{yspa，yspa+1，…，yspb}為輪廓偏移量數(shù)組Ys子集數(shù)組中的正數(shù)，{yspc，yspc+1，…，yspd}為輪廓偏移量數(shù)組Ys子集數(shù)組中的正數(shù)，Ysp＝{yspa，…，yspb，…，yspc，…，yspd}；式(5)中，{ysma1，ysma1+1，…，ysmb1}為輪廓偏移量數(shù)組Ys子集數(shù)組中的負(fù)數(shù)，{ysmc1，ysmc1+1，…，ysmd1{為輪廓偏移量數(shù)組Ys子集數(shù)組中的負(fù)數(shù)，Ysm＝{ysma1，…，ysmb1，…，ysmc1，…，ysmd1}；正輪廓平均偏差Rap和負(fù)輪廓平均偏差Ram用來評價砂輪表面的鈍化狀態(tài)；步驟4.5：計算均值和標(biāo)準(zhǔn)差Pc；如果砂輪寬度較大，需要對砂輪表面的平均粗糙度進行綜合評價，將激光位移傳感器沿砂輪軸向平移，使激光光斑位于砂輪一側(cè)邊緣，然后激光位移傳感器向另一側(cè)平移一段距離E，取樣周期1/K中K取值為1，重復(fù)步驟2.3至步驟4.3，計算得到輪廓平均偏差Ra2，如此循環(huán)往復(fù)，直到激光光斑位于砂輪的另一側(cè)邊緣時結(jié)束，共測量n-1次，得到Ra2、Ra3、Ra4、…、Ran，計算Ra2、Ra3、Ra4、…、Ran的均值和標(biāo)準(zhǔn)差Pc；激光位移傳感器的平移距離E滿足式(8)所示關(guān)系：0.9ws＜(n-2)E＜ws(8)式(8)中，ws是被測砂輪軸向?qū)挾?，單位mm；用來綜合評價砂輪表面，兼顧整個軸向?qū)挾鹊谋砻?，沿圓周方向的平均粗糙程度；Pc用來評價砂輪表面圓周方向粗糙度在軸向不同位置的一致性；步驟5：計算得到與砂輪表面磨粒分布密度和均勻性相關(guān)的評價參量：砂輪表面圓周方向輪廓曲線的峰值間距S、磨粒直徑與峰間距占比δ、峰值間距離散度Sp、砂輪表面圓周方向輪廓曲線的峰值間距S的均值磨粒直徑與峰間距占比δ的均值和峰值間距離散度Sp的均值具體包括步驟5.1-5.3；步驟5.1：尋找輪廓曲線的波峰值及其位置坐標(biāo)；將步驟3.5中剔除奇異數(shù)據(jù)點并插值補充后的數(shù)據(jù)數(shù)組Y3及其坐標(biāo)數(shù)組X3導(dǎo)入二維直角坐標(biāo)系，繪制出砂輪表面圓周方向的輪廓曲線，通過差值法和閾值法尋找輪廓曲線的波峰值及其位置坐標(biāo)；差值法和閾值法尋找輪廓曲線波峰的原理為：輪廓曲線中后一位置采樣點和前一位置采樣點的差值可以重新形成一個新的差值波形，差值波形中由正轉(zhuǎn)負(fù)過零位置對應(yīng)輪廓曲線中的采樣點為準(zhǔn)波峰值，如果差值波形中由正轉(zhuǎn)負(fù)過零位置前的正值數(shù)據(jù)長度超過一定長度閾值R且正值數(shù)據(jù)幅度超過一定幅度閾值I，并且該位置后的負(fù)值數(shù)據(jù)長度超過一定長度閾值R且負(fù)值數(shù)據(jù)幅度超過一定幅度閾值I，即認(rèn)定該位置對應(yīng)輪廓曲線中的采樣點為波峰值；步驟5.2：計算砂輪表面圓周方向輪廓曲線的峰值間距S、磨粒直徑與峰間距占比δ以及峰值間距離散度Sp；根據(jù)步驟5.1中尋找得到的數(shù)據(jù)數(shù)組Y3中所有的波峰值及其在坐標(biāo)數(shù)組X3中對應(yīng)的位置坐標(biāo)，從坐標(biāo)數(shù)組X3中截取砂輪表面一個圓周的波峰值所對應(yīng)的位置坐標(biāo)，構(gòu)建數(shù)組Xp＝{N1,N2,…,Nt}；由數(shù)組Xp中相鄰兩元素的差值，計算砂輪表面圓周方向輪廓曲線的峰值間距S、磨粒直徑與峰值間距占比δ以及峰值間距離散度Sp，式(9)(10)(11)中，ns是被測砂輪轉(zhuǎn)速，單位r/min；ds是被測砂輪直徑，單位mm；dm是被測砂輪表面磨粒直徑，單位mm；f是激光位移傳感器采樣頻率，單位Hz；峰值間距S用來評價砂輪表面圓周方向磨粒分布的平均間距；磨粒直徑與峰間距占比δ用來評價砂輪表面磨粒分布的密度；峰值間距離散度Sp用來評價砂輪表面磨粒分布的均勻性；步驟5.3：分別計算砂輪表面圓周方向輪廓曲線的峰值間距S、磨粒直徑與峰間距占比δ以及峰值間距離散度Sp的均值和將激光位移傳感器沿砂輪軸向平移，使激光光斑位于砂輪一側(cè)邊緣，然后激光位移傳感器向另一側(cè)平移一段距離，平移規(guī)則與步驟4.5中的相同，重復(fù)步驟2.3至步驟3.5，以及步驟5.1和步驟5.2，計算得S2、δ2以及Sp2，如此循環(huán)往復(fù)，計算得S3、δ3、Sp3，S4、δ4、Sp4，……，最后計算各參數(shù)均值峰值間距S、磨粒直徑與峰間距占比δ以及峰值間距離散度Sp的均值和用來針對砂輪表面，兼顧整個軸向?qū)挾鹊谋砻?，沿圓周方向磨粒分布的密度和均勻性進行評價。