轴承滚珠直径超精密在线测量方法技术

本发明专利技术涉及一种轴承滚珠直径超精密在线测量方法，包括４个激光位移传感器，１个精密手动移动平台，基于四点测球法，建立球体测量坐标系，通过激光位移传感器测量与球体之间距离值，将距离值转化为坐标值，进而建立滚珠直径测量回归模型，通过对模型的计算方法及精度估计，计算出球径值。实现滚珠直径在线测量。与其它球径测量仪相比，最大特点就是能够进行在线测量，并可以测量完整或非完整球体半径，再通过反馈控制系统，可以在线控制球体加工精度，降低加工成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在线测量方法，特别涉及一种。
技术介绍
目前测量球径一般采用卡尺、三坐标测量仪和激光测量，多是静态测量。卡尺操作简单，读数直观，但无法测量小于半球的非完整球体，而且受量程限制，不宜测量直径较大的球体。且不能用于在线测量。三坐标测量仪很好的解决了上述问题，但是成本很高，体积较大，也不能在线测量。激光测量方法，用光切法比较多，通过激光扫描，在CCD镜头上测得球体所遮住的阴影区域，用最小二乘法计算出球体阴影区域的最大球体直径，精度高但造价高，不能用于在线测量。
技术实现思路
本专利技术是针对目前无法实现在线测量球径的问题，提出了一种，能够在滚珠超精密研磨过程中实时测量直径值，此方法具有简单、操作方便、便于控制滚珠质量、工艺性好的特点。 本专利技术的技术方案为一种，包括4个激光位移传感器，1个精密手动移动平台，具体方法如下步骤 1)基于四点测球法，建立球体测量坐标系，通过激光位移传感器测量与球体之间距离值，将距离值转化为坐标值； 2)建立滚珠直径测量回归模型，在球体运动过程中，激光位移传感器不断采集距离值，得出大量点的坐标用n个点(y1n，y2n，y3n)(i＝1，2，…，n)，其中至少有四点不在同一平面上，进行球面拟合，建立回归模型Y＝Xβ+ε其中 β＝(α1，α2，α3，r)T；(α1，α2，α3)为被测球的球心三维直角坐标；r为被测球半径；I3为三阶单位矩阵； εi＝(ε1i，ε2i，ε3i)T；(ri， θi)为第i个测点的球面坐标； 3)通过对模型的计算方法及精度估计，计算出球径值 (k＝1，2，3)，为测量的球面半径和球心坐标的加权最小二乘估计； 为估计结果的精度估计。 所述激光位移传感器，选用基恩士的LK-G80，用于比对激光位移传感器的精度的精密手动移动平台，选用台湾坦联生产的CY-65，精度是0.001mm。。 本专利技术的有益效果在于本专利技术，与其它球径测量仪相比，最大特点就是能够进行在线测量，并可以测量完整或非完整球体半径，再通过反馈控制系统，可以在线控制球体加工精度，降低加工成本 附图说明 图1为本专利技术中四点测球法示意图； 图2为本专利技术中球坐标示意图。 具体实施例方式 采用四个激光位移传感器，四个激光位移传感器以固定长度安装在空间恰当位置，以其中一个测头建立空间坐标系，取为原点，激光位移传感器发出激光，就测得与球体之间的距离，通过距离计算，就知道了激光在球体上四个点的坐标，这样球体坐标值就可以确定。在球体运动过程中，激光位移传感器不断采集距离值，就得出大量点的坐标，多次测量就平均值，就得出滚珠直径的较精确值。 基于四点测球法，建立球体测量坐标系，通过激光位移传感器测量与球体之间距离值，将距离值转化为坐标值空间要确定一个球，必须有四个参数，即球心坐标(a，b，c)和球半径R。对应地要已知球面上四个点的坐标才能建立四个方程，构成一个方程组。因此，为了实现球参数的测量，至少要建立四个测量点，即所谓四点测球法。如图1示为采集测量点的坐标值，特选用激光位移传感器，本专利技术选择的激光位移传感器是基恩士的LK-G80，同时为了比对传感器的精度，使用的标尺是台湾坦联生产的CY-65系列的单轴精密手动移动平台，它的精度是0.001mm。 假设测点对应的空间坐标为(xi，yi，zi)(i＝1，2，3，4)，被测球的球心坐标(a，b，c)，球半径为R满足 (xi-a)2+(yi-b)2+(zi-c)2＝R2(i＝1，2，3，4)(1) 令K＝(R2-a2-b2-c2)/2，则有K+xia+yib+zic＝mi (2) 其中 令 则有 求出K，a，b，c后，显然半径R满足R＝(2K+a2+b2+c2)1/2 (4) 这样就求出被测球体的直径。 当用球坐标表示时，如图2示，(ri， θi)为第i个测点的球面坐标。假设被测球形工件是半径为R的标准球，测得值ri与rj(i≠j)相互独立，且满足ri(i＝1，2，…，n)服从方差为σ2的正态分布。当用直角坐标表示时，记为(y1n，y2n，y3n)为第n点的三个直角坐标值，当i≠j时，则(y1i，y2i，y3i)与(y1j，y2j，y3j)相互独立。记∑n为第n点的协方差矩阵，记Y＝(y11，y21，y31，…y1n，y2n，y3n)T， 建立滚珠直径测量回归模型为了求得球径的估计值，用n个点(y1n，y2n，y3n)(i＝1，2，…，n)(其中至少有四点不在同一平面上)进行球面拟合，建立回归模型Y＝Xβ+ε(5) 其中 β＝(α1，α2，α3，r)T；(α1，α2，α3)为被测球的球心三维直角坐标；r为被测球半径；I3为三阶单位矩阵； εi＝(ε1i，ε2i，ε3i)T。 则ε1i ε1i ε3i 由于det(∑)＝0，所以回归模型(5)为奇异的回归模型。 通过对模型的计算方法及精度估计，计算出球径值下面将模型(5)分成三个模型进行处理 Model I Y(1)＝X(1)β(1)+ε(1) (6) Model II Y(2)＝X(2)β(2)+ε(2) (7) Model IIIY(3)＝X(3)β(3)+ε(3) (8) 其中 Y(k)＝(yk1，yk2，…，ykn)T； β(k)＝(αk，rk)T； ε(k)＝(εk1，εk2，…，εkn)T； 则ε(k)N(0，σ2∑k)，(k＝1，2，3) 其中 式(6)，(7)，(8)的参考广义最小二乘估计为 (k＝1，2，3)(9) 其中 表示模型I、II、III对r的加权最小二乘估计。则 (k＝1，2，3)(10) 令 则 由式(10)可得 式(9)为测量的球面半径和球心坐标的加权最小二乘估计。式(12)为这两项估计结果的精度估计。权利要求1.一种，包括4个激光位移传感器，1个精密手动移动平台，其特征在于，具体方法如下步骤1)基于四点测球法，建立球体测量坐标系，通过激光位移传感器测量与球体之间距离值，将距离值转化为坐标值；2)建立滚珠直径测量回归模型，在球体运动过程中，激光位移传感器不断采集距离值，得出大量点的坐标用n个点(y1n，y2n，y3n)(i＝1，2，…，n)，其中至少有四点不在同一平面上，进行球面拟合，建立回归模型Y＝Xβ+ε其中β＝(α1，α2，α3，r)T；(α1，α2，α3)为被测球的球心三维直角坐标；r为被测球半径；I3为三阶单位矩阵；εi＝(ε1i，ε2i，ε3i)T；为第i个测点的球面坐标；3)通过对模型的计算方法及精度估计，计算出球径值(k＝1，2，3)，为测量的球面半径和球心坐标的加权最小二乘估计；为估计结果的精度估计。2.根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴承滚珠直径超精密在线测量方法，包括４个激光位移传感器，１个精密手动移动平台，其特征在于，具体方法如下步骤：　　１）基于四点测球法，建立球体测量坐标系，通过激光位移传感器测量与球体之间距离值，将距离值转化为坐标值；　　２）建立滚珠直径测量回归模型，在球体运动过程中，激光位移传感器不断采集距离值，得出大量点的坐标：用ｎ个点（ｙ↓［１ｎ］，ｙ↓［２ｎ］，ｙ↓［３ｎ］）（ｉ＝１，２，…，ｎ），其中至少有四点不在同一平面上，进行球面拟合，建立回归模型：Ｙ＝Ｘβ＋ε其中：Ｘ＝（＊＊＊）；β＝（α↓［１］，α↓［２］，α↓［３］，ｒ）↑［Ｔ］；（α↓［１］，α↓［２］，α↓［３］）为被测球的球心三维直角坐标；ｒ为被测球半径；Ｉ↓［３］为三阶单位矩阵；ε＝（ε↓［１］↑［Ｔ］，ε↓［２］↑［Ｔ］，…，ε↓［ｎ］↑［Ｔ］）↑［Ｔ］；ε↓［ｉ］＝（ε↓［１ｉ］，ε↓［２ｉ］，ε↓［３ｉ］）↑［Ｔ］；（ｒ↓［ｉ］，φ↓［ｉ］，θ↓［ｉ］）为第ｉ个测点的球面坐标；　　３）通过对模型的计算方法及精度估计，计算出球径值：＊＝＊＊＊＝（Ｘ↑［（ｋ）↑［Ｔ］］∑↑［（ｋ）↑［－１］］Ｘ↑［（ｋ）］）↑［－１］Ｘ↑［（ｋ）↑［Ｔ］］∑↑［（ｋ）↑［－１］］Ｙ↑［（ｋ）］，（ｋ＝１，２，３），为测量的球面半径和球心坐标的加权最小二乘估计；＊＊＊为估计结果的精度估计。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，程曦，麦云飞，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]