基于二维激光位移传感器的砂轮三维形貌测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103424084A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103424084103424084A(43)申请公布日2013.12.04(21)申请号201210209812.8(22)申请日2012.06.25(71)申请人上海理工大学地址200093上海市杨浦区军工路516号(72)发明人李郝林迟玉伦(74)专利代理机构上海德昭知识产权代理有限公司31204代理人郁旦蓉(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)权权利要求书3页利要求书3页说明书8页说明书8页附图1页附图1页(54)发明名称基于二维激光位移传感器的砂轮三维形貌测量方法(57)摘要本发明公开了一种基于二维激光位移传感器的砂轮三维形貌测量方法，包括：(1)机床砂轮表面三维形貌测量；(2)砂轮表面三维测量数据的处理；(3)砂轮表面三维形貌结果显示。该发明专利可有效方便测量出砂轮表面三维形貌数据，对数据处理后绘制出的砂轮三维图形非常有助于帮助工人了解磨削加工中砂轮的微观形貌结构组成变化，对定量分析砂轮表面三维形貌特征提供了依据。CN103424084ACN103428ACN103424084A权利要求书1/3页1.一种基于二维激光位移传感器的砂轮三维形貌测量方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)机床砂轮表面三维形貌测量首先是将超高精度2D激光位移传感器(2)安放于被测机床砂轮(1)表面的前方；然后在测量开始前，设定该传感器信号的采样频率fk＝1000Hz，传感器每次采样的数据点数为M，测量长度为Ls，并通过计算机软件输入传感器的测量次数参数N；(2)砂轮表面三维测量数据的处理该实验数据处理主要有砂轮三维测量数据的基准平面计算、数字滤波和三维形貌参数计算；(3)砂轮表面三维形貌结果显示(3.1)利用MATLAB软件编程对上述测量砂轮表面数据计算后可实现三维形貌参数显示与比较，计算后的三维形貌参数能有效地反映出砂轮表面微观结合形状的特性，测量三次后计算的砂轮形貌各参数比较；(3.2)利用MATLAB软件编程对上述测量砂轮表面数据实现三维图形化显示，使用三维图形方便直观地观测砂轮表面形貌构造。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，调整超高精度2D激光位移传感器(2)的激光射线垂直于被测砂轮表面，先启动机床砂轮做低速转动，通常设置砂轮转速VS≤3m/s，再触发该超高精度2D激光位移传感器(2)进行数据采样，同时将超高精度2D激光位移传感器(2)采集的数据信号通过控制器(3)传送到PC机(4)里进行处理分析。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，砂轮表面三维形貌基准平面的计算：利用最小二乘法来确定被测三维形貌数据的基准平面，该基准平面是3D表面形貌评定非常合适的参考基准，残差表面数据ξ(xi，yj)将被作为滤波和计算三维形貌参数的数据源。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，砂轮表面三维数据的数字滤波：采用频谱分析和数字滤波方法对测得的原始数据进行预处理，砂轮形貌表面的三维形貌数据，如式(9)所示：式中，fh(xi，yj)，(xi＝iΔx，yj＝jΔy；i＝1，2，...，M；j＝1，2，...，N)，是滤波后的表面残差数据，其中Δx和Δy是采样数据点间隔，M和N分别表示在x和y方向的采样点数，该滤波后的表面残差数据fh(xi，yj)将被用于砂轮表面三维形貌参数计算。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，砂轮表面三维形貌参数的计算砂轮表面三维形貌参数是用来对表面微观几何形状特性的某些方面做出精确的描述，反映出机床砂轮表面微观几何形状、微观不平度高度、宽度、砂轮磨损及摩擦润滑特性。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：微观不平度高度有关的参数包括：2CN103424084A权利要求书2/3页1)表面形貌的算术平均高度Sa2)表面形貌的均方根偏差Sq上式(10)和式(11)，Sa和Sq是对整个表面形貌高度信息的描述，3)表面形貌的最大峰值SpSp＝max(fh(xi，yj))(12)式中，Sp是测量区域内，最大的峰高度值，4)表面形貌的最大谷值SvSv＝min(fh(xi，yj))(13)式中，Sv是测量区域内，最大的谷高度值，5)表面形貌的最大高度值SzSz＝Sp+|Sv|(14)式中，Sv是测量区域内，最大高峰和最大谷底之和，式(12)、式(13)和式(14)，Sp可有效反映砂轮表面磨粒切削特性；Sv可提供砂轮表面含有冷却液体积的信息；Sv是砂轮形貌起伏的最大高度，当砂轮发生磨损机制时，Sv可快速表达出高度的变化。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：与微观不平度间距有关的参数包括：1)表面形貌的均方根斜率SΔq2