一种滚动直线导轨副导轨型面检测方法及检测平台技术

本发明专利技术公开了一种滚动直线导轨副导轨型面检测方法及检测平台，方法包括：由线激光测量仪采集点云数据；基于所采集的点云数据进行导轨面截面提取；对截面上的大曲率拐点进行提取；对待测导轨进行圆弧拟合和平面拟合；对导轨型面的参数进行求解

【技术实现步骤摘要】
一种滚动直线导轨副导轨型面检测方法及检测平台


[0001]本专利技术是关于滚动直线导轨副精密检测领域，特别是关于一种滚动直线导轨副导轨型面检测方法
。

技术介绍

[0002]滚动直线导轨副主要由滑块
、
导轨
、
滚珠或滚子
、
反向器
、
保持器和端盖等组成
。
导轨是滚动直线导轨副的主体部件，直接影响滚动直线导轨的行走精度
、
力学性能等
。
确保滚动直线导轨副中导轨型面的精度和质量，是滚动直线导轨副生产中非常重要的一环
。
[0003]导轨的型面信息包括滚道圆弧直径
、
导轨侧面与底面平面度
、
滚道中心线相对于平面的平行度，左右导轨滚道中心线距离等
。
[0004]常见的非接触式滚动导轨型面精度检测方法主要有激光干涉法
、
激光准直测量法
、
激光三角法
、
激光跟踪法等
。
其中，激光干涉法具有高精度
、
高灵敏度
、
非接触式等优点，已成为导轨型面精度检测技术的主流方法之一
。
[0005]目前仍没有一种通用的
、
高效的导轨型面检测方法，对于导轨型面的理论分析和研究装置的成果较少，未形成面对市场的产品，并且还存在着检测指标不规范不统一
、
测量精度和检测效率较低等问题
。<br/>[0006]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术
。

技术实现思路

[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种滚动直线导轨副导轨型面检测方法，其特征在于，方法包括：由线激光测量仪采集点云数据；基于所采集的点云数据进行导轨面截面提取；对截面上的大曲率拐点进行提取；对待测导轨进行圆弧拟合和平面拟合；对导轨型面的参数进行求解
。
[0008]在一优选的实施方式中，对导轨面直通滤波截面提取具体包括如下步骤：沿着滑块运动方向进行截面提取，设置滤波器的过滤字段为“y”；设置函数限制范围为截面厚度值；设置滤波器过滤方向，正向过滤即保留截面数据，反向过滤即对整个数据去除截面信息；重复执行
N
次，每次执行将输入数据更新至上一次截面的反向过滤数据，并不断增加函数限制范围两参数值
。
[0009]在一优选的实施方式中，对截面上的大曲率拐点进行提取具体包括如下步骤：利用
KD
‑
Tree
的
nearestKSearch
方法，遍历截面点云的每个点以查找最近的
K 个
点，并提取最近邻搜索得到的点索引和距离结果；使用主成分分析方法计算提取点云的主成分，得到三个特征向量 v1、v2
以及
v3
；计算出提取点云的质心坐标，根据质心和
v1
的方向拟合一条直线；计算点云提取点云集中的每个点到拟合直线的距离的平均值
、
方差和标准差；判断标准差是否大于设定阈值；如果判断标准差大于设定阈值，则确定点是导轨截面圆弧段的拐点
。
[0010]在一优选的实施方式中，对待测导轨进行圆弧拟合和平面拟合包括如下步骤：创建
SACSegmentation
对象，分别设置其模型类型为三维圆模型和平面模型，执行拟合；每次平面拟合时，记录模型的内点数，不断提取并比较内点数量大小，更新记录最大和第二大平面的拟合结果
。
[0011]在一优选的实施方式中，对导轨型面的参数进行求解包括如下步骤：计算导轨滚道半径，计算导轨滚道半径包括如下步骤：设各截面拟合圆弧的半径分别为：，其中
n
为截面数量，则滚道圆弧半径值
R
为：，标准差为：
。
[0012]在一优选的实施方式中，对导轨型面的参数进行求解包括如下步骤：计算滚道中心距
Hr
，计算滚道中心距
Hr
包括如下步骤：设某一截面拟合左圆弧圆心坐标为，右圆弧圆心坐标为，则两圆弧中心距为：，计算得各截面圆弧中心距为，其中
n
为截面数量，则滚道中心距
Hr
为：，标准差为：
。
[0013]在一优选的实施方式中，对导轨型面的参数进行求解包括如下步骤：计算滚道中心到底面基准距离
H
，计算滚道中心到底面基准距离
H
包括如下步骤：设某一截面拟合圆弧圆心坐标为，拟合底面的平面方程为，则圆心到底面基准距离为：，计算得各截面圆弧到底面基准距为
，其中
n
为截面数量，则滚道中心距
H
为：，标准差为：
。
[0014]在一优选的实施方式中，对导轨型面的参数进行求解包括如下步骤：计算导轨基准面平行度，计算导轨基准面平行度包括如下步骤：设各截面圆心连线的方向向量为滚道中线的方向向量，导轨侧面基准面的法向量为，则其与滚道中线的夹角为：，设导轨底面基准面的法向量为，则其与滚道中线的夹角为：
。
[0015]在一优选的实施方式中，对导轨型面的参数进行求解包括如下步骤：计算导轨基准面的平面度，计算导轨基准面的平面度包括如下步骤：首先计算每个点到该平面的距离：，其中
i
是基准平面中的一点，设基准平面总共有
n
个点，计算所有距离的平均值：，计算所有距离的最大值，由公式：平面度 = 最大偏差 / 平均偏差，得基准平面的平面度：
。
[0016]本专利技术提供了一种导轨型面检测平台，平台包括安装平板，安装平板上配有悬挂式电机座，伺服电机安装在电机座上，伺服电机通过膜片型联轴器驱动左右旋向滚珠丝杠，左右旋向滚珠丝杠采用固定支撑的方式安装于固定单元与支撑单元上，左右旋向滚珠丝杠传动两个固定于悬挂架的螺母，能够进行同步反向的调整运动，悬挂架上配有拉伸弹簧连接测量仪安装板，安装板用于固定线激光测量仪，微调螺栓安装于悬挂架上，微调螺栓用于顶住安装板，通过微调螺栓的螺旋进给微调线激光测量仪的位姿，每个微调螺栓配备开槽型自锁螺母，悬挂架由固定于安装平板侧面的滚珠丝杠副导向，安装平板中间安装测量仪安装架安装第二线激光测量仪，其中，平台被用于执行如前述的方法
。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点，专利技术目的在于提供一种滚动直线导轨副导轨型面参数的检测方法，以提供非接触式导轨型面误差测量方案
。
本专利技术采用线激光测量仪对导轨型面特征测量，并设计调整机构满足多尺寸规格导轨的高精度测量任务
。
本专利技术能够检测导轨型面特征包括：导轨滚道圆弧直径，导轨滚道圆弧中心位置，导轨底面基准面和侧面基准面的平面度和平行度...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种滚动直线导轨副导轨型面检测方法，其特征在于，所述方法包括：由线激光测量仪采集点云数据；基于所采集的点云数据进行导轨面直通滤波截面提取；对截面上的大曲率拐点进行提取；对待测导轨进行圆弧拟合和平面拟合；对导轨型面的参数进行求解
。2.
如权利要求1所述的方法，其中，对导轨面直通滤波截面提取具体包括如下步骤：沿着滑块运动方向进行截面提取，设置滤波器的过滤字段为“y”；设置函数限制范围为截面厚度值；设置滤波器过滤方向，正向过滤即保留截面数据，反向过滤即对整个数据去除截面信息；重复执行
N
次，每次执行将输入数据更新至上一次截面的反向过滤数据，并不断增加函数限制范围两参数值
。3.
如权利要求1所述的方法，其中，对截面上的大曲率拐点进行提取具体包括如下步骤：利用
KD
‑
Tree
的
nearestKSearch
方法，遍历截面点云的每个点以查找最近的
K 个点，并提取最近邻搜索得到的点索引和距离结果；使用主成分分析方法计算提取点云的主成分，得到三个特征向量 v1、v2
以及
v3
；计算出提取点云的质心坐标，根据质心和
v1
的方向拟合一条直线；计算点云提取点云集中的每个点到拟合直线的距离的平均值
、
方差和标准差；判断标准差是否大于设定阈值；如果判断标准差大于设定阈值，则确定所述点是导轨截面圆弧段的拐点
。4.
如权利要求2所述的方法，其中，对待测导轨进行圆弧拟合和平面拟合包括如下步骤：创建
SACSegmentation
对象，分别设置其模型类型为三维圆模型和平面模型，执行拟合；每次平面拟合时，记录模型的内点数，不断提取并比较内点数量大小，更新记录最大和第二大平面的拟合结果
。5.
如权利要求3所述的方法，其中，对导轨型面的参数进行求解包括如下步骤：计算导轨滚道半径，计算导轨滚道半径包括如下步骤：设各截面拟合圆弧的半径分别为：，其中
n
为截面数量，则滚道圆弧半径值
R
为：，标准差为：
。6.
如权利要求4所述的方法，其中，对导轨型面的参数进行求解包括如下步骤：计算滚道中心距
Hr
，计...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金峰，张泽阳，王海同，朱健，马紫瑞，高建波，靳松，张旺，高嘉铭，杨转玲，
申请(专利权)人：雁栖湖基础制造技术研究院北京有限公司北京交通大学，
类型：发明
国别省市：