【技术实现步骤摘要】
滚动直线导轨副滑块型面中径的测量算法
本专利技术属于滚动直线导轨副滑块检测领域，具体涉及一种滚动直线导轨副滑块型面中径的测量算法。
技术介绍
滑块是滚动直线导轨副的一个重要构件，滚动直线导轨副的滑块中径尺寸及位置精度要求高，直接影响了钢球和滚道的接触角，进而影响直线导轨副预紧力，最终改变滚动直线导轨副的使用性能。从提高国内滚动直线导轨副的产品出发，很有必要对滚动直线导轨副滑块型面中径进行检测。滚动直线导轨副滑块中径的测量主要分为接触式测量与非接触式测量。接触式测量，这种方法精度高，但是操作繁琐受认为因素影响大，且无法实现自动化测量。非接触式测量方法，通过激光位移传感器扫掠滚道，在计算机中拟合出滑块中径。由于滚动直线导轨副滑块的跨距小，激光位移传感器尺寸大，二者容易产生干涉，无法将传感器置于滑块凹槽内部，直接对滑块中径进行测量。目前采用非接触式方法对滚动直线导轨副滑块中径检测仍处于一片空白。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种滚动直线导轨副滑块型面中径的测量算法。本专利技术所...
【技术保护点】
1.一种滚动直线导轨副滑块型面中径的测量算法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、构建坐标系：构建夹具空间直角坐标系、待测滑块(3)的空间直角坐标系、激光位移传感器系统组成的空间直角坐标系、第一激光位移传感器(2)和第二激光位移传感器(4)的空间直角坐标系、第一激光位移传感器(2)和第二激光位移传感器(4)的空间斜坐标系；/n构建夹具的空间直角坐标系，具体为夹具上固连的标定块(10)的空间直角坐标系o
【技术特征摘要】
1.一种滚动直线导轨副滑块型面中径的测量算法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、构建坐标系：构建夹具空间直角坐标系、待测滑块(3)的空间直角坐标系、激光位移传感器系统组成的空间直角坐标系、第一激光位移传感器(2)和第二激光位移传感器(4)的空间直角坐标系、第一激光位移传感器(2)和第二激光位移传感器(4)的空间斜坐标系；
构建夹具的空间直角坐标系，具体为夹具上固连的标定块(10)的空间直角坐标系o0-x0y0z0，其中x0轴和夹具台面垂直，y0轴沿着夹具台的长度方向，z0轴沿着夹具台的宽度方向，x0轴、y0轴、z0轴遵循右手法则；
构建待测滑块(3)的空间直角坐标系o1-x1y1z1，其中x1轴与待测滑块(3)的侧基准面垂直，y1轴方向与待测滑块(3)导向方向相同，z1轴垂直于待测滑块(3)的大基准面，x1轴、y1轴、z1轴遵循右手法则；
构建激光位移传感器系统组成的空间直角坐标系o2-x2y2z2，其中y2轴方向与y1轴方向一致，x2轴在竖直面内与y2轴垂直，指向向上，z2轴与x2轴、y2轴遵循右手法则；
构建第一激光位移传感器(2)的空间直角坐标系o3-x3y3z3，其中z3轴为第一激光位移传感器(2)运动方向，x3轴垂直于z3轴，且位于z3轴、激光射出线组成的面内，y3轴与z3轴、x3轴遵循右手法则；
构建第一激光位移传感器(2)的空间斜坐标系o4-x4y4z4，实际采集数据过程中，数据点在第一激光位移传感器(2)的空间斜坐标系o4-x4y4z4中采集，其中z4轴即z3轴，y4轴即y3轴，x4轴代表传感器光线射出方向，其与x3轴之间的夹角为安装倾斜角β1；
构建第二激光位移传感器(4)的空间直角坐标系o5-x5y5z5，其中z5轴为第二激光位移传感器(4)运动方向，x5轴垂直于z5轴，且位于z5轴、激光射出线组成的面内，y5轴与z5轴、x5轴遵循右手法则；
构建第二激光位移传感器(4)的空间斜坐标系o6-x6y6z6，实际采集数据过程中，数据点在第二激光位移传感器(4)的空间斜坐标系o6-x6y6z6中采集，z6轴即z5轴，y6轴即y5轴，x6代表传感器光线射出方向，其与x5轴之间的夹角为安装倾斜角β2；
所述激光位移传感器系统中的第一激光位移传感器(2)、第二激光位移传感器(4)沿z2轴方向测量待测滑块(3)的两个滚道，滑块托架(9)上固连标定圆柱(1)、待测滑块(3)以及标定块(10),测量过程中，滑块托架(9)带动标定圆柱(1)、待测滑块(3)以及标定块(10)沿y2轴方向移动，第三激光位移传感器(5)、第四激光位移传感器(6)、第五激光位移传感器(7)、第六激光位移传感器(8)固连在实验台上，其中第三激光位移传感器(5)、第四激光位移传感器(6)用于采集待测滑块(3)和标定块(10)侧基准面数据，第五激光位移传感器(7)、第六激光位移传感器(8)用于采集待测滑块(3)以及标定块(10)大基准面的数据；
步骤2、利用标定块(10)得到夹具空间直角坐标系下的系统误差曲线：侧基准面的第三激光位移传感器(5)、第四激光位移传感器(6)与大基准面的第五激光位移传感器(7)、第六激光位移传感器(8)测量标定块(10)的两个与夹具配合的面，得到大基准面与侧基准面各两条直线数据，作为夹具系统的误差曲线，用于后续补偿；
步骤3、确定待测滑块(3)大基准面与侧基准面的平面度：第三激光位移传感器(5)、第四激光位移传感器(6)、第五激光位移传感器(7)、第六激光位移传感器(8)测量待测滑块(3)的大基准面与侧基准面，得到待测滑块(3)大基准面与侧基准面各两条直线数据，并将步骤2中得到的夹具系统误差曲线作为补偿曲线，得到待测滑块(3)大基准面、侧基准面在夹具空间直角坐标系下的坐标值，利用平面的最小二乘拟合方程，求出待测滑块(3)的大基准面和侧基准面的平面度；
步骤4、第一激光位移传感器(2)和第二激光位移传感器(4)扫掠标定圆柱(1)，利用椭圆的最小二乘法拟合，求解出标定椭圆一般方程；
步骤5、构建步骤4中所得椭圆一般方程与第一激光位移传感器(2)和第二激光位移传感器(4)安装倾斜角β1、β2并求解出所述安装倾斜角β1、β2：所述安装倾斜角β1是在第一激光位移传感器(2)射出光线与第一激光位移传感器(2)运动方向构成的平面内第一激光位移传感器(2)运动方向的垂直线与第一激光位移传感器(2)射出光线之间的夹角；安装倾斜角β2是第二激光位移传感器(4)射出光线与第二激光位移传感器(4)运动方向构成的平面内第二激光位移传感器(4)运动方向的垂直线与第二激光位移传感器(4)射出光线之间的夹角；
步骤6、确定第一激光位移传感器(2)和第二激光位移传感器(4)绕自身运动方向轴旋转的安装偏转角α1、α2并求解出所述安装偏转角α1、α2；所述安装偏转角α1是x3轴方向与滑块托架(9)运动方向y2轴之间的夹角；安装偏转角α2是x5轴方向与滑块托架(9)运动方向y2轴之间的夹角；
步骤7、计算待测滑块(3)内滚道中心点坐标：第一激光位移传感器(2)和第二激光位移传感器(4)扫掠待测滑块(3)内滚道，采集分别位于第一激光位移传感器(2)和第二激光位移传感器(4)空间斜坐标系下的待测滑块(3)滚道数据点，采用椭圆的最小二乘拟合，计算出待测滑块(3)滚道Roll1与滚道Roll2在空间斜坐标系下的滚道中心点的坐标(x4Roll1,y4Roll1,z4Roll1)、(x6Roll2,y6Roll2,z6Roll2)，、将空间斜坐标系下的滚道Roll1、滚道Roll2中心点的坐标(x4Roll1,y4Roll1,z4Roll1)、(x6Roll2,y6Roll2,z6Roll2)转化为位移传感器系统组成的空间直角坐标系下的滚道Roll1、滚道Roll2中心点的坐标(x2Roll1,y2Roll1,z2Roll1)、(x2Roll2,y2Roll2,z2Roll2)；
步骤8、对待测滑块(3)的不同截面进行测量，求解出不同截面的滚道Roll1、Roll2中心点在位移传感器系统组成的空间直角坐标系下的坐标，拟合出滚道Roll1、Roll2中心轴线的方向向量；
步骤9、根据步骤8拟合出的滚道Roll1、Roll2中心轴线的方向向量，求解出滚道Roll1中心轴线与滚道Roll2中心轴线的距离,即为滚动直线导轨副滑块滚道中径。
2.根据权利要求1所述的滚动直线导轨副滑块型面中径测量算法，其特征在于，所述步骤2获取夹具空间直角坐标系的系统误差曲线具体包括：滑块托盘(9)沿着y2轴方向运动过程中，第三激光位移传感器(5)、第四激光位移传感器(6)、第五激光位移传感器(7)、第六激光位移传感器(8)以及光栅测量出一系列坐标值(0x2,0y2,0z2)，对于第五激光位移传感器(7)、第六激光位移传感器(8)，0x2值在实验前由测距仪测得，为定值，0y2值由光栅尺读取，0z2值由第五激光位移传感器(7)、第六激光位移传感器(8)实时采集，对于第三激光位移传感器(5)、第四激光位移传感器(6)，0z2值由测距仪测得，为定值，0y2值由光栅尺读取，0x2值由第三激光位移传感器(5)、第四激光位移传感器(6)实时采集，分别以光栅采集的数据为横轴，以第三激光位移传感器(5)、第四激光位移传感器(6)采集的数据为纵轴，得到标定块(10)侧基准面的两条曲线数据，分别以光栅采集的数据为横轴，以第五激光位移传感器(7)、第六激光位移传感器(8)采集的数据为纵轴，得到标定块(10)大基准面的两条曲线数据，获取的四条曲线作为夹具系统的误差曲线，用于后续补偿。
3.根据权利要求2所述的滚动直线导轨副滑块型面中径测量算法，其特征在于，步骤3确定待测滑块(3)大基准面、侧基准面的平面度具体包括：
步骤3-1：滑块托盘(9)在沿着y2轴方向运动过程中，第三激光位移传感器(5)、第四激光位移传感器(6)、第五激光位移传感器(7)、第六激光位移传感器(8)以及光栅测量待测滑块(3)的大基准面、侧基准面，得到一系列坐标值(1x2,1y2,1z2)，对于第三激光位移传感器(5)、第四激光位移传感器(6)，1z2值与0z2值相等，为定值，1y2值由光栅尺读取，1x2值由第三激光位移传感器(5)、第四激光位移传感器(6)实时采集；对于第五激光位移传感器(7)、第六激光位移传感器(8)，1x2值与0x2值相等，为定值，1y2由光栅尺读取，1z2值由第五激光位移传感器(7)、第六激光位移传感器(8)实时采集，分别以光栅采集的数据为横轴，以第三激光位移传感器(5)、第四激光位移传感器(6)采集的数据为纵轴，得到待测滑块(3)侧基准面的两条曲线数据，分别以光栅采集的数据为横轴，以第五激光位移传感器(7)、第六激光位移传感器(8)采集的数据为纵轴，得到待测滑块(3)大基准面的两条曲线数据，将步骤2中得到夹具空间直角坐标系下的系统误差曲线用于补偿，得到待测滑块(3)的大基准面、侧基准面相对夹具空间直角坐标系的坐标：
(1x0,1y0,1z0)＝((1x2-0x2),(1y2-0y2),(1z2-0z2))(1)；
步骤3-2：对第五激光位移传感器(7)、第六激光位移传感器(8)所测量的数据，建立大基准面的最小二乘拟合方程为：
上式中(1x0,1y0,1z0)由步骤3-1误差补偿后的数据点，i＝1,2...n，n为采集的点的数量；
步骤3-3、联系步骤3-2中的方程，对方程系数A1、B1、C1求偏导得到方程组为：
步骤3-4：求解步骤3-3中的方程组，结果为：
步骤3-5：由步骤3-4求得方程系数A1,B1,C1，得到大基准面平面度最小二乘法评定结果t1为：
步骤3-6：第三激光位移传感器(5...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧屹，俞福春，王凯，冯虎田，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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