砂輪表面微觀三維形貌的在機測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于磨削加工的測量裝置領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 磨削因為其獨特的加工優(yōu)勢，常作為機械產(chǎn)品加工的精加工工序，廣泛應(yīng)用于工 業(yè)生產(chǎn)中，尤其是對于硬脆材料，磨削是目前唯一的成熟加工手段。而砂輪作為磨削加工的 工具，其表面磨粒的狀態(tài)，直接關(guān)系到砂輪的磨削性能，對加工零件的精度和質(zhì)量有重要影 響。為了分析砂輪表面磨粒的狀態(tài)，就必須獲得砂輪表面的微觀形貌。
[0003] 目前砂輪形貌的測量方法主要包括：
[0004] ①W掃描電子顯微鏡和各類光學顯微鏡為代表的直接成像觀察法，運種方法可W 直觀的看到砂輪表面磨粒的形態(tài)，但是僅能獲得二維圖像，無法獲得磨粒突出高度運一重 要信息，而且僅能觀察砂輪表面很小的區(qū)域，無法對整個砂輪表面進行觀察評價。
[0005] ②W=坐標測量機、白光干設(shè)儀和共聚焦顯微鏡為代表的掃描重構(gòu)法，運種方法 可W根據(jù)砂輪表面磨粒上各點的高度信息，重構(gòu)出砂輪表面形貌，但由于測量分辨率不高 及磨粒表面反光帶來的諸多誤差，重構(gòu)法獲得的磨粒形狀多為圓錐或球形，與真實磨粒的 多面體形狀相去甚遠。而且運兩種方法均需將砂輪從機床上取下，才能用測量儀器進行測 量，無法在機測量，影響了加工效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有砂輪表面形貌測量技術(shù)無法實現(xiàn)在機測量、無法精確測量 完整砂輪表面形貌的問題，本發(fā)明提供了一種砂輪表面微觀=維形貌的在機測量方法。
[0007] 砂輪表面微觀=維形貌的在機測量方法，該測量方法的具體過程為：
[0008] 步驟一，將一維激光位移傳感器放置在被測砂輪正下方，使得一維激光位移傳感 器輸出的激光束照射方向與被測砂輪的圓周表面垂直，且與被測砂輪的主軸中屯、線垂直相 交；
[0009] 步驟二，被測砂輪W10化pm的速度轉(zhuǎn)動，同時一維激光位移傳感器在被測砂輪軸 向的兩個端面之間W0. 8mm/min的速度沿軸向平移，保證一維激光位移傳感器發(fā)出的激光 束始終打在被測砂輪的圓周表面上，
[0010] 在兩種運動的疊加下，一維激光位移傳感器發(fā)出的激光束在被測砂輪圓周表面上 的運動軌跡為螺旋線形，從而掃描整個被測砂輪的圓周表面，一維激光位移傳感器將采集 的數(shù)據(jù)信息依次通過激光測微儀控制器和數(shù)據(jù)采集卡實時的送至工控機，工控機對接收的 數(shù)據(jù)信號進行處理，從而實現(xiàn)對被測砂輪完整表面形貌的測量。
[0011] 所述的步驟二中，數(shù)據(jù)采集卡使用50曲Z的采樣頻率。
[0012] 步驟二中，所述的工控機對接收的數(shù)據(jù)信號進行處理的具體過程為：
[0013] 步驟Al,工控機利用接收的原始測量數(shù)據(jù)重構(gòu)出砂輪表面的微觀=維形貌，
[0014] 步驟A2,對重構(gòu)出的砂輪表面的微觀S維形貌去除奇異點數(shù)據(jù)，并對去除的數(shù)據(jù) 點進行修復(fù)補全；
[0015] 步驟A3,對去除奇異點后的砂輪表面的微觀S維形貌進行去除噪聲點數(shù)據(jù)。
[0016] 步驟A2中所述的對重構(gòu)出的砂輪表面的微觀S維形貌去除奇異點數(shù)據(jù)，并對去 除的數(shù)據(jù)點進行修復(fù)補全的具體過程為：
[0017] 步驟A21，工控機對接收的原始測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分布分析，獲得累計分布占比函 數(shù)P化k)，
[0018]
(島抽n:含％么島剛) （丄)，
[0019] 其中，h表示任意一個測量點數(shù)據(jù)；
[0020] hm。濟hmi。分別表示所有原始測量點數(shù)據(jù)中的最大值和最小值；
[OOWhk為在hmax和hmm范圍內(nèi)的任意整數(shù)；
[0022] N表示所有原始測量點數(shù)據(jù)的總個數(shù)，
[002引 N化《hk)表示小于或等于hk的數(shù)據(jù)點個數(shù)；
[0024] 步驟A22,設(shè)定闊值范圍，將P化k)等于4%作為最小闊值，P化k)等于99%作為最 大闊值，并將大于最大闊值或小于最小闊值的數(shù)據(jù)點作為奇異點， 陽0巧]步驟A23,將所有奇異點去除，
[0026] 步驟A24,使用二維線性插值方法，將被去除的數(shù)據(jù)點修復(fù)補全。
[0027] 步驟A3中所述的對去除奇異點后的砂輪表面的微觀S維形貌進行去除噪聲點數(shù) 據(jù)的具體過程為：
[0028] 步驟A31，對于修復(fù)奇異點后的砂輪微觀S維形貌數(shù)據(jù)，計算每個測量點數(shù)據(jù)與其 鄰近的8個測量點的平均差值；計算公式如下：
[0029]
(/ 二巧2 -Lm,W+1;'/ 二巧一1,巧，巧 +1) ( 2 )'
[0030] 且當i=m時，j聲n,
[00川其中屯ml。表示數(shù)據(jù)矩陣中的第m行、第n列處的測量點數(shù)據(jù)，m和n均為正整數(shù)，
[0032] hui,表示與該數(shù)據(jù)點緊挨著的8個測量點數(shù)據(jù)，
[0033] 步驟A32,對所有測量點計算得到的進行了統(tǒng)計分布分析，取累計分布達到 9 5 %處的作為噪聲闊值A(chǔ)threshedd，
[0034] 步驟A33,將每個測量點計算出來的與噪聲闊值A(chǔ)thfesWd做比較，判斷該測量 點是否是噪聲點，判斷條件如下：
[0035] 'A-。,/。>Ay!,."-,,。姑噪聲點 < 、么.zJa《A娩化流城非噪聲點 （3)
[0036] 并將判斷結(jié)果中的所有的噪聲點數(shù)據(jù)去除，
[0037] 步驟A34,使用二維線性插值函數(shù)，將所有被去除的噪聲數(shù)據(jù)點修復(fù)補全，實現(xiàn)對 被測砂輪完整表面形貌的測量。
[0038] 本發(fā)明帶來的有益效果是，
[0039] 本發(fā)明采用的是非接觸式一維激光位移傳感器，精度高，并且可W很方便地安裝 到機床工作臺上，實現(xiàn)快速測量。對一次測得的整個砂輪圓周表面的形貌數(shù)據(jù)進行分析處 理之后，可重構(gòu)出砂輪表面上任何一個小區(qū)域的微觀=維形貌，據(jù)此可選取=維形貌參數(shù) 來對砂輪的磨削性能進行定量評價，進而輔助工人判斷砂輪是否需要修整，提高工業(yè)生產(chǎn) 效率并保證生產(chǎn)質(zhì)量。
[0040] 本發(fā)明充分利用了機床各軸的高精度運動性能，僅僅附加了一個一維激光位移傳 感器便實現(xiàn)了對整個砂輪表面的微觀=維形貌測量?？蛇_到0.Iym的測量精度，而且整套 測量裝置安裝靈活、操作簡單，具有較強的實用性。
【附圖說明】
[0041] 圖1為【具體實施方式】一中，所述的砂輪表面微觀=維形貌的在機測量方法的原理 示意圖；
[0042] 圖2為工控機通過接收的原始測量數(shù)據(jù)獲得的砂輪表面的微觀=維形貌圖；
[0043] 圖3為去除奇異點后的砂輪表面的微觀S維形貌圖；
[0044] 圖4為對被去除的數(shù)據(jù)點修復(fù)補全后的砂輪表面的微觀=維形貌圖；
[0045] 圖5為去除噪聲點后的砂輪表面的微觀S維形貌圖；
[0046] 圖6為被去除的噪聲點修復(fù)補全后的砂輪表面的微觀=維形貌圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0047] 一：參見圖1說明本實施方式，本實施方式所述的砂輪表面微觀= 維形貌的在機測量方法，該測量方法的具體過程為：
[0048] 步驟一，將一維激光位移傳感器1放置在被測砂輪2正下方，使得一維激光位移傳 感器1輸出的激光束照射方向與被測砂輪2的圓周表面垂直，且與被測砂輪2的主軸中屯、 線垂直相交；
[0049] 步驟二，被測砂輪2W10化pm的速度轉(zhuǎn)動，同時一維激光位移傳感器1在被測砂 輪2軸向的兩個端面之間W0. 8mm/min的速度沿軸向平移，保證一維激光位移傳感器1發(fā) 出的激光束始終打在被測砂輪2的圓周表面上，
[0050] 在兩種運動的疊加下，一維激光位移傳感器1發(fā)出的激光束在被測砂輪2圓周表 面上的運動軌跡為螺旋線形，從而掃描整個被測砂輪2的圓周表面，一維激光位移傳感器1 將采集的數(shù)據(jù)信息依次通過激光測微儀控制器3和數(shù)據(jù)采集卡4實時的送至工控機5,工控 機5對接收的數(shù)據(jù)信號進行處理，從而實現(xiàn)對被測砂輪2完整表面形貌的測量。
[0051] 本實施方式，采用的一維激光位移傳感器1和激光測微儀控制器3均為日本 Ifeyence公司生產(chǎn)，型號分別為LK-冊20和LK-G5000。
[0052] 數(shù)據(jù)采集卡4可采用美國NI公司的產(chǎn)品，型號為PCI6132。工控機無特別要求， 普通機型的工控機均可滿足測量要求。
【具體實施方式】 [0053] 二：本實施方式與一所述的砂輪表面微觀=維形貌的 在機測量方法的區(qū)別在于，所述的步驟二中，數(shù)據(jù)采集卡4使用50曲Z的采樣頻率。
[0054] 本實施方式中，選取運樣的測量參數(shù)是為了保證所有的測量點在砂輪軸向和圓周 方向的間距相等，大約為8ym。
【具體實施方式】 [0055] 本實施方式與二所述的砂輪表面微觀=維形貌的 在機測量方法的區(qū)別在于，步驟二中，所述的工控機5對接收的數(shù)據(jù)信號進行處理的具體 過程為：
[0056] 步驟Al,工控機5利用接收的原始測量數(shù)據(jù)重構(gòu)出砂輪表面的微觀=維形貌，
[0057] 步驟A2,對重構(gòu)出的砂輪表面的微觀S維形貌去除奇異點數(shù)據(jù)，并對去除的數(shù)據(jù) 點進