【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超精密加工，具体而言，涉及一种小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法及系统。
技术介绍
1、近些年，精密和超精密磨削加工在航天航空、导航、光学及微电子等领域应用日益广泛。但由于砂轮制造误差及加工磨损等因素的影响，使小直径球头砂轮的径向轮廓精度变差，进而对半球谐振子的表面质量和加工精度带来不利影响。基于此，如何在高速旋转状态下实现小直径球头砂轮径向轮廓精度的精准获取成为当下超精密加工的关键所在。
2、目前，接触式在位检测和非接触式在位检测技术是获取球头砂轮径向轮廓精度最常采用的两类方式。其中，接触式在位检测技术如千分表可实现低转速状态的测量，但该方法灵敏度较低、触头易损坏及高速旋转状态下无法使用的不足。各类传感器技术经过几十余年发展，使得非接触式在位检测的可靠性得到充分保障。相较于接触式在位检测，该检测技术在规避上述不足的前提下，还具有检测速度极快、能实现薄壁件等不可接触物体测量的优点。但该在位检测方法建模分析难度大、对测试环境及测试人员要求严苛，测试精度有限，无法达到微米/亚微米级别，测量数据易受工件表面反射特性影响。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：
2、现有的在位检测方法建模分析难度大、对测试环境及测试人员要求严苛，测试精度有限，测量数据易受工件表面反射特性影响。
3、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案：
4、本专利技术提供了一种小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法，包
5、s1、搭建激光位移传感器数据采样系统，确定采集起始位置，在球头砂轮转动状态下，对其径向与激光位移传感器的相对距离数据进行采集；
6、s2、对采样数据中的低频干扰信号进行滤波降噪处理；
7、s3、基于不同配准角下球头砂轮与激光位移传感器的相对距离之差，构建球头砂轮圆周轮廓变化规律模型，采用特殊点代入的方式对球头砂轮径向轮廓精度进行求解。
8、进一步地，s1中所述搭建激光位移传感器数据采样系统，包括如下步骤：
9、s11、将激光位移传感器、数据采集卡及计算机串联形成数据采样系统；
10、s12、将球头砂轮倾斜40°安装，且将激光位移传感器倾斜40°安装于机床的微位移平台；
11、s13、调整激光位移传感器与球头砂轮相对位置，使激光位移传感器发射光束经砂轮表面轮廓反射后可被传感器再次接收。
12、进一步地，s1中对球头砂轮径向与激光位移传感器的相对距离数据进行采集过程中，设置激光位移传感器的滤波方式为低通滤波。
13、进一步地，s2中对采样数据中的低频干扰信号进行滤波降噪处理，包括如下步骤：
14、针对采集的相对距离数据x(t)表示为：
15、x1(t)＝s(t)+n(t) (1)
16、其中，s(t)为相对距离数据真实信号；n(t)为采集过程引入的低频干扰信号；
17、采用改进的经验模态分解算法对数据x(t)进行降噪处理，即：
18、首先，在数据x(t)中加入幅值不同的成对随机白噪音ni(t)和-ni(t)，且确保加入噪音长度与原始信号长度一致：
19、
20、
21、其次，分别对添加噪音后的数据和进行emd分解，得到一系列imf分量：和
22、对得到的imf分量和进行聚合平均运算，得到imf数据结果cj(t)：
23、
24、激光位移传感器采样数据x(t)可转化成如下形式：
25、
26、式中，rn(t)为残差信号，n为数据x(t)的imf分解层数；
27、最后，根据球头砂轮转速计算出对应的频率f，并依据该频率值找到对应的cj(t)，此时cj(t)即为采样的相对距离数据x1(t)经改进的经验模态分解算法处理后的降噪数据。
28、进一步地，s3中所述球头砂轮圆周轮廓变化规律模型，具体为：
29、
30、式中，rjx_out为球头砂轮径向跳动量，rjx为球头砂轮径向圆周轮廓半径，disε与disξ分别表示降噪后配准角θ＝ε及θ＝ξ时采样的球头砂轮与激光位移传感器的相对距离，hξ与hε则表示配准角θ＝ε及θ＝ξ时的砂轮径向圆周轮廓处金刚石磨粒的突出高度，且配准角ε和ξ为任意选取的配准角，为简化式(6)的书写形式，将记为φθ。
31、进一步地，s3中所述根据所述模型对球头砂轮径向轮廓精度进行求解，包括如下过程：
32、s31、利用特殊点代入的方式对球头砂轮圆周轮廓变化规律模型进行求解；
33、令i1＝δ、i2＝δ+β及i3＝δ-β，β为配准角的角度增量，根据公式(6)可得：
34、
35、
36、联立等式(7)与(8)可得：
37、
38、将式(9)中记为x1，记为y1，则：
39、
40、由于激光位移传感器采样数据与真实值间存在误差量，则：
41、
42、根据激光位移传感器重复测量精度值，基于数据均值运算的方式消除采样误差err：
43、
44、其中，式中分别表示为激光位移传感器采样数据均值运算结果；
45、s32、余弦函数拟合的方法求解球头砂轮径向跳动量rjx_out，在静止状态下测取砂轮径向圆周半径rjx，进一步求取金刚石磨粒的突出高度hθ；
46、对等式(12)进行余弦函数拟合，将拟合结果的幅值除以-4·sin(β/2)2，即为内支撑杆的径向跳动量rjx_out；
47、由于角度β较小，砂轮圆周轮廓上角度对应的磨粒突出高度hθ并不会发生大幅度改变，因此将i1、i2及i3对应的磨粒突出高度及视作为一条直线，则等式(9)中的结果即为0，进一步，求解出球头砂轮圆周轮廓半径rjx；
48、假设hε＝a并代入等式(6)中，即可求解出hξ，随后不断改变角度增量β结果，即可获得球头砂轮径向圆周轮廓在不同配准角θ下的金刚石磨粒突出高度hθ；
49、s33、求解球头砂轮径向轮廓精度；
50、根据求解得到的球头砂轮径向圆周半径rjx及假设得到的磨粒突出高度hθ，对球头砂轮不同配准角θ下的径向轮廓尺寸进行求解；
51、以球头砂轮径向轮廓尺寸对应的半径最小值rjx_min及半径最大值rjx_max之差作为该球头砂轮的径向轮廓精度rjx_acc：
52、rjx_acc＝rjx_max-rjx_min (13)。
53、一种小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量系统，该系统具有与上述技术方案任一项的步骤对应的程序模块，运行时执行上述的小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法中的步骤。
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1.一种小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法，其特征在于，S1中所述搭建激光位移传感器数据采样系统，包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法，其特征在于，S1中对球头砂轮径向与激光位移传感器的相对距离数据进行采集过程中，设置激光位移传感器的滤波方式为低通滤波。
4.根据权利要求1所述的小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法，其特征在于，S2中对采样数据中的低频干扰信号进行滤波降噪处理，包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法，其特征在于，S3中所述球头砂轮圆周轮廓变化规律模型，具体为：
6.根据权利要求5所述的小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法，其特征在于，S3中所述对球头砂轮径向轮廓精度进行求解，包括如下过程：
7.一种小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量系统，其特征在
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现权利要求1～6中任一项所述的小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法，其特征在于，s1中所述搭建激光位移传感器数据采样系统，包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法，其特征在于，s1中对球头砂轮径向与激光位移传感器的相对距离数据进行采集过程中，设置激光位移传感器的滤波方式为低通滤波。
4.根据权利要求1所述的小直径球头砂轮高速旋转下径向轮廓精度在位测量方法，其特征在于，s2中对采样数据中的低频干扰信号进行滤波降噪处理，包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的小直径球头砂轮高速旋转下径向轮...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘赫男，孙建刚，陈明君，程健，吴春亚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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