一种轴类工件在位检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种轴类工件在位检测方法及系统，包括：针对待测轴类工件，获得测量点数据，并建立空间坐标；基于建立的空间坐标，求解拟合曲线，计算所述轴类工件的轴线方程；获得工件表面数据，利用空间矩阵实现坐标旋转；旋转所述轴类工件，对轴类工件的表面数据进行建模，基于所建模型，求得平面点集到轴线的距离，基于该距离计算所述轴类工件的径向圆跳动误差

【技术实现步骤摘要】
一种轴类工件在位检测方法及系统


[0001]本专利技术属于机械加工领域，尤其涉及圆柱型工件表面形位误差检测方法及系统
。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术
。
[0003]圆柱类零件作为机械产品的主要零件和机械运动的重要传动部件，在高转速运动的同时，还要承受大扭矩运动，具有较高的的加工要求
。
在零件的设计和制造中，形位误差是评价机械零件生产制造质量的重要指标，形位公差是企业重要的经济指标
。
形位误差包括零件的形状误差和位置误差，对产品的性能和使用寿命影响很大，形位误差越小，零件的精度越高
。
因此在企业生产之前，在设计图纸中常常规定形位误差的最大值，即形位公差
。
常见的几个公差主要有：形状公差
、
位置公差
、
方向公差以及跳动公差，研究的几何要素包括：直线度
、
圆度
、
平面度
、
圆柱度
、
线轮廓度以及面轮廓度等
。
[0004]目前现有的采用激光方法进行零件测量的系统仍存在一定的缺陷，一方面主要是由于激光测量技术本身的特点，光线容易在光滑
、
有弧度形状的工件表面或部分产生反射或投射，导致测量存在偏差，限制了其应用，因此在建立检测系统的同时也要考虑针对其特点进行传感器设置，其实际应用问题仍待解决；另一方面即目前对于工件的检测方法而言，单要素检测较多，能够建立完善
、
多元素检测的检测体系还较少，造成检测效率不高
、
不同测量系统存在较大的检测误差等问题，因此，建立一种能够满足如径向圆跳动
、
直线度等多要素检测的在线智能检测系统是行业要求和企业的迫切需求
。
因此，亟待解决上述问题
。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种轴类工件在位检测方法，为精度高且能够实现多要素在位测量的圆柱型工件在位检测方法
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0007]第一方面，公开了一种轴类工件在位检测方法，包括：
[0008]针对待测轴类工件，获得测量点数据，并建立空间坐标；
[0009]基于建立的空间坐标，求解拟合曲线，计算所述轴类工件的轴线方程；
[0010]获得工件表面数据，利用空间矩阵实现坐标旋转；
[0011]旋转所述轴类工件，对轴类工件的表面数据进行建模，基于所建模型，求得平面点集到轴线的距离，基于该距离计算所述轴类工件的径向圆跳动误差
。
[0012]作为进一步的技术方案，获得测量点数据时，光栅测头位于待测轴类工件一侧端面上，用以测量待测轴类工件的圆柱端部的一横截面上的点数据，利用光栅测头实现对待测轴类工件的定位测量；
[0013]其中，光栅测头分布于一竖直平面圆形的下半圆弧上，光栅测头所在测量平面为
Y
‑
O
‑
Z
平面，光栅测头所在直线的交点为空间原点
O
，依据笛卡尔左手定则建立坐标系
O
‑
X
‑
Y
‑
Z。
[0014]作为进一步的技术方案，利用光栅测头实现对待测轴类工件的定位测量时，针对光栅测头安装时存在的径向安装误差，采用标准圆轴进行标定
。
[0015]作为进一步的技术方案，针对光栅测头安装时存在的周向误差进行补偿
。
[0016]作为进一步的技术方案，针对光栅测头安装时存在的轴向误差进行补偿，其中，轴向误差即测头中心线不在同一垂直平面内；
[0017]对轴向误差进行标定时，使用杠杆百分表，将底座贴合光栅测头安装座上，杠杆端置于测头下部测柄上，使各个光栅测头百分表测量数值一致，保证光栅测头安装座边缘到光栅测头的距离相等，则光栅测头的轴向误差标定完成
。
[0018]作为进一步的技术方案，待测轴类工件的端部与平面
x
＝0的交线为一位于
Y
‑
O
‑
Z
平面上的椭圆，则上述测量的各点都在椭圆曲线上，对测量数据进行拟合；
[0019]通过最小二乘法或直接求解法对上述拟合问题求解即可得到椭圆曲线；
[0020]针对椭圆曲线通过求轴向的方向向量确定空间轴件的位置
。
[0021]作为进一步的技术方案，利用线激光传感器实现对待测轴类工件的表面测量
。
[0022]作为进一步的技术方案，在测量时，将线激光传感器检测直线与轴线间设置一定的角度；
[0023]进行坐标转换，将工件表面数据转换成轴线在
x
轴上的表面数据，已知轴线的空间位置，对轴线进行平移和旋转，使其与
x
轴重合
。
[0024]作为进一步的技术方案，将线激光传感器检测直线与轴线间设置一定的角度，通过建立评价模型对该角度进行评价，并采用标准圆柱对实际的夹角进行验证；
[0025]基于线激光传感器检测到的各点到圆柱轴线的距离都相等，求解得到旋转角度
。
[0026]作为进一步的技术方案，在确定线激光传感器的安装角度信息后，对线激光传感器的安装需要进行标定：
[0027]选取一块标准方块，使其一侧面与测头检测平面平行放置，其上平面与测头平面的原点
O
重合，线激光传感器水平设置于标准方块上方，其检测到的距离数据在标准块上沿扫描仪的
x
轴方向应为一水平直线，否则线激光传感器非水平放置；
[0028]对此时的位置进行标零，则线激光传感器与测头检测平面在
Z
坐标上进行统一；
[0029]对线激光传感器在空间坐标系上
y
值进行标定，在空间放置一标准圆柱，视圆柱轴线与空间原点
O
共线；
[0030]线激光传感器检测圆柱的圆柱面，检测数值在传感器
x
方向上应显示为一非标准圆弧；
[0031]根据空间几何原理，圆弧上仅有一点为最大值，该点在空间上应位于
X
‑
O
‑
Z
平面内，即空间
y
值为0，通过移动线激光传感器使扫描仪坐标上的
x
值为0的点与平面
X
‑
O
‑
Z
重合；
[0032]标准块到检测平面的距离为
x
c
，在线激光传感器中标准块的第一个测量点的横坐标值为
x
Ac
，则将该点的横坐标记做
x
c
，其余各点的横坐标根据线激光传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种轴类工件在位检测方法，其特征是，包括：针对待测轴类工件，获得测量点数据，并建立空间坐标；基于建立的空间坐标，求解拟合曲线，计算所述轴类工件的轴线方程；获得工件表面数据，利用空间矩阵实现坐标旋转；旋转所述轴类工件，对轴类工件的表面数据进行建模，基于所建模型，求得平面点集到轴线的距离，基于该距离计算所述轴类工件的径向圆跳动误差
。2.
如权利要求1所述的一种轴类工件在位检测方法，其特征是，获得测量点数据时，光栅测头位于待测轴类工件一侧端面上，用以测量待测轴类工件的圆柱端部的一横截面上的点数据，利用光栅测头实现对待测轴类工件的定位测量；其中，光栅测头分布于一竖直平面圆形的下半圆弧上，光栅测头所在测量平面为
Y
‑
O
‑
Z
平面，光栅测头所在直线的交点为空间原点
O
，依据笛卡尔左手定则建立坐标系
O
‑
X
‑
Y
‑
Z。3.
如权利要求1所述的一种轴类工件在位检测方法，其特征是，利用光栅测头实现对待测轴类工件的定位测量时，针对光栅测头安装时存在的径向安装误差，采用标准圆轴进行标定；优选的，针对光栅测头安装时存在的周向误差进行补偿
。
优选的，针对光栅测头安装时存在的轴向误差进行补偿，其中，轴向误差即测头中心线不在同一垂直平面内；对轴向误差进行标定时，使用杠杆百分表，将底座贴合光栅测头安装座上，杠杆端置于测头下部测柄上，使各个光栅测头百分表测量数值一致，保证光栅测头安装座边缘到光栅测头的距离相等，则光栅测头的轴向误差标定完成
。4.
如权利要求1所述的一种轴类工件在位检测方法，其特征是，待测轴类工件的端部与平面
x
＝0的交线为一位于
Y
‑
O
‑
Z
平面上的椭圆，则上述测量的各点都在椭圆曲线上，对测量数据进行拟合；通过最小二乘法或直接求解法对上述拟合问题求解即可得到椭圆曲线；针对椭圆曲线通过求轴向的方向向量确定空间轴件的位置
。5.
如权利要求1所述的一种轴类工件在位检测方法，其特征是，利用线激光传感器实现对待测轴类工件的表面测量；优选的，在测量时，将线激光传感器检测直线与轴线间设置一定的角度；进行坐标转换，将工件表面数据转换成轴线在
x
轴上的表面数据，已知轴线的空间位置，对轴线进行平移和旋转，使其与
x
轴重合；优选的，将线激光传感器检测直线与轴线间设置一定的角度，通过建立评价模型对该角度进行评价，并采用标准圆柱对实际的夹角进行验证；基于线激光传感器检测到的各点到圆柱轴线的距离都相等，求解得到旋转角度
。6.
如权利要求1所述的一种轴类工件在位检测方法，其特征是，在确定线激光传感器的安装角度信息后，对线激光传感器的安装需要进行标定
。7.
如权利要求6所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：万熠，唐莹，梁西昌，侯嘉瑞，李亚男，宋维业，王继来，李取浩，姬帅，张石磊，刘庆喜，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：