【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种精密磨削加工检测装置及方法，尤其涉及一种砂轮磨损状态在位检测方法及装置。
技术介绍
1、在工业制造领域，磨削是许多加工过程中不可或缺的一部分，而砂轮作为磨削加工中最重要的工具。在磨削加工过程中，砂轮的磨损状态直接影响着加工质量和效率。因此，对砂轮磨损状态的检测显得尤为重要。
2、传统的砂轮磨损检测方法主要依靠工人的经验，通过加工时的声音及工件的表面质量进行判断，这需要工人具备较高的加工经验，主观性较强，并且增加了人工成本。另外，目前检测砂轮磨损的方法还有利用声发射、电流、力等信号进行检测，然而此类方法都是定性检测，无法做到定量检测，存在检测不准确的问题。因此，开发一种能够在位检测磨损状态、具有较高精度且易于实现的检测装置及方法，是当前
亟待解决的问题。
3、在磨削加工过程中，砂轮磨损会导致磨刃逐渐磨损钝化，部分磨钝磨粒会产生脱落或者破碎的自锐作用。产生的砂轮碎片和材料去除磨屑，会留在砂轮表面堵塞砂轮的孔隙，导致面积度量尺度内固相面积增大，砂轮表面计算得到的分形维数也增大。根据计算得到砂轮表面分形维数可以定量地确定砂轮的磨损状态，通过将计算得到的砂轮表面分形维数与标定的阈值进行比较，可以判断砂轮是否需要修整。
技术实现思路
1、针对上述存在的技术不足，本专利技术所要解决的技术问题是现有技术检测效率低，检测精度不高，不能做到定量检测的问题，而提供一种砂轮磨损状态的在位检测装置及方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方
3、进一步，相机支架包括相机盒、电推杆、电机、滚珠丝杠，相机盒用于固定光学相机，相机盒下面铰接在滚珠丝杠的丝杠螺母上，相机盒与丝杠螺母之间还连接电推杆，由电推杆用于调整光学相机拍摄角度，电机连接滚珠丝杠，用于驱动滚珠丝杠使光学相机能沿砂轮工作面平行移动。
4、一种砂轮磨损状态的在位检测方法，采用砂轮磨损状态的在位检测装置，其步骤为：
5、s1，采用带有景深功能的光学相机拍摄出砂轮的三维形貌，利用计算软件读取照片的数据信息，通过频谱分析计算后，将砂轮三维形貌图构建在笛卡尔坐标系中；
6、s2，根据实际加工条件中砂轮磨粒和被磨工件的干涉深度，选取适当深度的砂轮地貌二维截面，利用计算软件求出截面内砂轮固相的总面积ss；
7、s3，利用标尺法确定砂轮的分形维数，首先假设砂轮是在整个空间内均匀分布的若干个正方体微结构组成，微结构包含砂轮的固相及孔隙；在砂轮的微结构上的任意一截面上，则固相面积s随面积度量尺度x的变化而变化，具有自相似性，从而计算出砂轮表面的分形维数；
8、s4，在磨削过程中，通过光学相机在位拍摄砂轮形貌计算出不同状态下砂轮的分形维数进行标定后，给出砂轮需要修整的分析维数阈值标准，从而能够实现准确定量判断砂轮的磨损状态。
9、进一步，步骤s1中，频谱分析计算，即用傅里叶变换将相机拍摄的图片信息由空域转换到频域，然后在笛卡尔坐标系中用函数z(x，y)来表示砂轮三维表面，其中z的值就是位置处(x，y)的高度值，对于三维表面数字m×n阵列z(xi，yi)，1≤i≤m，1≤i≤n，其二维离散傅立叶变换为
10、
11、其中p＝0，1，…，m-1，q＝0，1，…，n-1；沿x、y方向的空间频率up、vq分别为
12、
13、式(2)中δx，δy为离散点的取样间隔；函数z(xi，yi)的傅里叶变换是一个复数量，表示为
14、f(up，vq)＝r(up，vq)+jl(up，vq) (3)
15、于是将三维表面分解成一系列正弦波，
16、
17、其中正弦波的频率为
18、
19、进一步，步骤s2中，根据分形维数的定义，砂轮分形维数与在计算面积的度量尺度以及该尺度内砂轮固相的平均面积相关，砂轮在不同的磨损状态下时会有不同的分形维数，结合分形的定义式如下：
20、s(x)∝xd (6)
21、其中，x为面积度量尺度；s(x)为度量尺度x下，砂轮固相的平均面积；d为砂轮截面固相分形维数。
22、进一步，步骤s2中，将二维图像导入绘图软件中，在图像上画出许多正方形网格，由于网格边长δi是变化的，面积度量尺度xi＝δi*δi，砂轮固相的平均面积si等于砂轮固相的总面积ss除以网格数量，然后通过改变正方形网格的边长δi，得到对应的一系列的面积度量尺度xi和砂轮固相的平均面积si，将x和s的数据代入式(6)，两边取对数，得到公式(7)，
23、lns＝c+dlnx (7)
24、其中c为常数。
25、进一步，步骤s3中，标尺法是利用正方形、线段、圆、球的具有特征长度的几何图形来近似分形图形，从而实现图形的近似测量的方法，以标尺法为基础，又衍生出盒维数法方法，研究对象的测量结果需要满足公式(8)
26、n(l)∝ld (8)
27、其中，n(l)为度量尺度为时l的测量结果，l为度量尺度；d为研究对象的分形维数。
28、本专利技术的有益效果是：
29、本专利技术综合运用了实验测试与理论分析，从微观形貌出发，基于分形理论，通过分析砂轮的内部组成结构，计算砂轮的分形维数，从而判断砂轮的磨损状态，该装置及方法操作简单准确，能够定量判断砂轮的磨损状态，优化磨削工艺提供了指导意义。
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1.一种砂轮磨损状态的在位检测装置，其特征在于：包括砂轮，带有景深功能的光学相机，相机支架，能够横向移动的移动平台，相机支架安装于移动平台一端，且相机支架的移动方向与砂轮的工作面平行；光学相机安装于相机支架上，并能调整角度保持光学相机正对砂轮的工作面。
2.根据权利要求1所述的砂轮磨损状态的在位检测装置，其特征在于：相机支架包括相机盒、电推杆、电机、滚珠丝杠，相机盒用于固定光学相机，相机盒下面铰接在滚珠丝杠的丝杠螺母上，相机盒与丝杠螺母之间还连接电推杆，由电推杆用于调整光学相机拍摄角度，电机连接滚珠丝杠，用于驱动滚珠丝杠使光学相机能沿砂轮工作面平行移动。
3.一种砂轮磨损状态的在位检测方法，采用砂轮磨损状态的在位检测装置，其特征在于，其步骤为：
4.根据权利要求3所述的砂轮磨损状态的在位检测方法，其特征在于：步骤S1中，频谱分析计算，即用傅里叶变换将相机拍摄的图片信息由空域转换到频域，然后在笛卡尔坐标系中用函数Z(x，y)来表示砂轮三维表面，其中Z的值就是位置处(x，y)的高度值，对于三维表面数字M×N阵列Z(xi，yi),1≤i≤M，1≤i≤
5.根据权利要求3所述的砂轮磨损状态的在位检测方法，其特征在于：步骤S2中，根据分形维数的定义，砂轮分形维数与在计算面积的度量尺度以及该尺度内砂轮固相的平均面积相关,砂轮在不同的磨损状态下时会有不同的分形维数，结合分形的定义式如下：
6.根据权利要求3所述的砂轮磨损状态的在位检测方法，其特征在于：步骤S2中，将二维图像导入绘图软件中，在图像上画出许多正方形网格，由于网格边长δi是变化的，面积度量尺度Xi＝δi*δi，砂轮固相的平均面积Si等于砂轮固相的总面积Ss除以网格数量，然后通过改变正方形网格的边长δi，得到对应的一系列的面积度量尺度Xi和砂轮固相的平均面积Si，将X和S的数据代入式(6)，两边取对数，得到公式(7),
7.根据权利要求3所述的砂轮磨损状态的在位检测方法，其特征在于：步骤S3中，标尺法是利用正方形、线段、圆、球的具有特征长度的几何图形来近似分形图形，从而实现图形的近似测量的方法，以标尺法为基础，又衍生出盒维数法方法，研究对象的测量结果需要满足公式(8)
...【技术特征摘要】
1.一种砂轮磨损状态的在位检测装置，其特征在于：包括砂轮，带有景深功能的光学相机，相机支架，能够横向移动的移动平台，相机支架安装于移动平台一端，且相机支架的移动方向与砂轮的工作面平行；光学相机安装于相机支架上，并能调整角度保持光学相机正对砂轮的工作面。
2.根据权利要求1所述的砂轮磨损状态的在位检测装置，其特征在于：相机支架包括相机盒、电推杆、电机、滚珠丝杠，相机盒用于固定光学相机，相机盒下面铰接在滚珠丝杠的丝杠螺母上，相机盒与丝杠螺母之间还连接电推杆，由电推杆用于调整光学相机拍摄角度，电机连接滚珠丝杠，用于驱动滚珠丝杠使光学相机能沿砂轮工作面平行移动。
3.一种砂轮磨损状态的在位检测方法，采用砂轮磨损状态的在位检测装置，其特征在于，其步骤为：
4.根据权利要求3所述的砂轮磨损状态的在位检测方法，其特征在于：步骤s1中，频谱分析计算，即用傅里叶变换将相机拍摄的图片信息由空域转换到频域，然后在笛卡尔坐标系中用函数z(x，y)来表示砂轮三维表面，其中z的值就是位置处(x，y)的高度值，对于三维表面数字m×n阵列z(xi，yi)...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋治中，汪学栋，王伟荣，吴洁瑜，朱超华，
申请(专利权)人：上海机床厂有限公司，
类型：发明
国别省市：
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