專利名稱：采用激光掃描三角法檢測砂輪表面形貌的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非接觸式砂輪表面形貌檢測方法，特別是一種采用激光掃描三角法檢測砂輪表面形貌的方法，屬于機(jī)械工程檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
砂輪表面形貌是影響磨削過程的重要因素之一。砂輪表面形貌不僅具有隨機(jī)性質(zhì)，而且在磨削過程中發(fā)生動態(tài)變化，給研究帶來了很大的困難。目前雖然可對砂輪表面形貌建立一些理論模型，但建立這些模型時往往作了很多簡化，使模型的適用范圍受到很大限制。通過模擬磨粒在砂輪內(nèi)部的隨機(jī)分布對砂輪表面形貌進(jìn)行了計算機(jī)模擬，這些模擬結(jié)果有一定的參考價值，但與砂輪實際形貌仍有相當(dāng)大的差距。
已有技術(shù)中對砂輪表面形貌研究的檢測方法主要包括復(fù)印法、觸針法、光截法、光電自動測量法和激光功率譜法等。其中復(fù)印法只能得到砂輪表面磨粒的分布情況，不能反映磨粒裸露高度的信息。觸針法、光截法等方法只能測量砂輪外圓上一條圓周線上的二維形貌特征，不能得出砂輪表面的整個三維形貌。用激光功率譜方法只能得到砂輪表面的某些狀態(tài)，如磨粒磨損面積以及磨粒分布，也不能得到砂輪表面的完整形貌，無法得到準(zhǔn)確的砂輪的實際形貌。三維坐標(biāo)測量方法是在三坐標(biāo)測量機(jī)上，逐點(diǎn)測量砂輪表面各點(diǎn)的高度，從而得到砂輪表面的三維形貌。三坐標(biāo)測量方法采用機(jī)械式的觸點(diǎn)測頭，如果測量間距為0.1mm，則測量砂輪表面一塊5mm×5mm面積內(nèi)的形貌，需要逐點(diǎn)測量2500個點(diǎn)的高度，如采用更小的測量距離，測量點(diǎn)將更多，因此測量需要更長的時間，測量效率很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種采用激光掃描三角法檢測砂輪表面形貌的方法。使其在三維坐標(biāo)中使用非接觸式光學(xué)測頭的激光掃描三角法檢測砂輪表面形貌的方法，不存在砂輪對測頭的機(jī)械作用，測頭尖端不會發(fā)生磨損。
本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案來實施的具體檢測方法如下①首先對砂輪進(jìn)行修整；②將修整后的砂輪固定在激光掃描頭正下方的掃描桌上，調(diào)整激光掃描頭的位置，使氖激光器發(fā)出的激光光束與y-z平面平行，并照射在砂輪表面上；③調(diào)整氖激光器的輸出功率和光束寬度；④激光掃描頭沿x軸方向移動后，掃描桌沿y軸負(fù)方向移動，之后，使激光掃描頭沿x軸負(fù)方向移動；⑤激光掃描頭移動時，三維表面上反光點(diǎn)的位置在z軸方向不斷變化引起光點(diǎn)在位置敏感器上成象的位置發(fā)生相應(yīng)變化，其位置值經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入計算機(jī)；⑥計算得出表面各測點(diǎn)處的z方向高度值。
該方法采用由激光掃描系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和計算機(jī)構(gòu)成的激光掃描三角法檢測系統(tǒng)，其中激光掃描系統(tǒng)由激光掃描頭和掃描桌組成，激光掃描頭由兩個透鏡組、兩個位置敏感器(PSD)、氖激光器組成。將樹脂結(jié)合劑SiC砂輪放在掃描頭的正下方的掃描桌上，掃描桌所在的位置即是所選三維坐標(biāo)的x-y平面，使氖激光器發(fā)出的激光光束與y-z平面平行。氖激光器輸出的氖激光照射在砂輪表面上并產(chǎn)生漫反射，反射光通過兩個透鏡組聚焦到兩個位置敏感器上。當(dāng)激光掃描頭沿x軸方向移動以及掃描桌沿y軸方向移動時，砂輪三維表面上反光點(diǎn)的位置在z軸方向不斷變化，光點(diǎn)在兩個位置敏感器上所成的象的位置相應(yīng)發(fā)生變化，其位置值經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入計算機(jī)，并可通過三角關(guān)系計算得出砂輪表面各點(diǎn)處的z方向高度值，從而得到砂輪表面的真實形貌。
本發(fā)明的有益效果是，該測量方法可以快速精確定量地檢測到砂輪表面形貌，對分析研究砂輪的耐用度和磨削效果以及如何進(jìn)行砂輪的修銳提供了有效的參考數(shù)據(jù)。由于采用非接觸式測量方法，不存在接觸式測量方法中砂輪對測頭的機(jī)械作用，測頭尖端不會發(fā)生磨損。


圖1是本發(fā)明檢測系統(tǒng)示意圖。
圖中1是透鏡組，2是位置敏感器，3是氖激光器，4是砂輪，5是模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，6是計算機(jī)、7是掃描桌。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖所示的檢測系統(tǒng)對本發(fā)明的具體實施方法描述如下采用由Replica500激光掃描系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5和計算機(jī)6構(gòu)成的激光掃描三角法檢測系統(tǒng)，其中Replica500激光掃描系統(tǒng)由Replica500激光掃描頭和掃描桌7組成，Replica500激光掃描頭由兩個透鏡組1、兩個位置敏感器2、氖激光器3組成；選用組織號為5的46#粒度樹脂結(jié)合劑SiC砂輪4(250×70×25)作為被檢測砂輪；第一步，在測量之前，首先用單點(diǎn)金剛石筆對SiC砂輪4進(jìn)行修整；第二步，將修整后的樹脂結(jié)合劑SiC砂輪4放在Replica500激光掃描頭正下方的掃描桌7上，使氖激光器3發(fā)出的激光光束與y-z平面平行并照射在SiC砂輪4表面上；第三步，調(diào)整氖激光器3的性能參數(shù)，使氖激光器3的輸出功率為5W，光束寬度為200um；第四步，移動激光掃描頭，使激光掃描頭以0.5mm/s的速度沿x軸方向移動8秒后，將掃描桌7沿y軸負(fù)方向移動2mm，再使激光掃描頭以0.5mm/s的速度沿x軸負(fù)方向移動8秒，經(jīng)兩次掃描后得到砂輪4表面一塊4mm×4mm范圍內(nèi)的三維形貌；第五步，當(dāng)激光掃描頭移動時，三維表面上反光點(diǎn)的位置在z軸方向不斷變化，光點(diǎn)在兩個位置敏感器2上成象的位置發(fā)生相應(yīng)變化，其位置值經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5轉(zhuǎn)換后送入計算機(jī)6；第六步，在計算機(jī)6內(nèi)經(jīng)三角關(guān)系計算得出表面各測點(diǎn)處的z方向高度值。
對掃描形貌圖中的一條掃描線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在4mm的距離內(nèi)，共有14個尖峰，平均每1mm有3個，這與在工具顯微鏡下觀察的結(jié)果相一致，說明激光三維掃描測得的結(jié)果能反映每個磨粒的位置分布和突出高度，使用激光三維掃描方法得到的測量結(jié)果可以反映砂輪的真實形貌狀況。
權(quán)利要求
1.一種采用激光掃描三角法檢測砂輪表面形貌的方法，其特征在于，具體檢測方法如下①首先對砂輪(4)進(jìn)行修整；②將修整后砂輪(4)固定在激光掃描頭正下方的掃描桌(7)上，調(diào)整激光掃描頭的位置，使氖激光器(3)發(fā)出的激光光束與y-z平面平行，并照射在砂輪(4)表面上；③調(diào)整氖激光器(3)的輸出功率和光束寬度；④激光掃描頭沿x軸方向移動后，掃描桌(7)沿y軸負(fù)方向移動，之后，使激光掃描頭沿x軸負(fù)方向移動；⑤激光掃描頭移動時，三維表面上反光點(diǎn)的位置在z軸方向不斷變化引起光點(diǎn)在位置敏感器(2)上成象的位置發(fā)生相應(yīng)變化，其位置值經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(5)轉(zhuǎn)換后送入計算機(jī)(6)；⑥計算得出表面各測點(diǎn)處的z方向高度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用激光掃描三角法檢測砂輪表面形貌的方法，其特征是，所述的步驟③，調(diào)整氖激光器(3)的輸出功率是5W。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用激光掃描三角法檢測砂輪表面形貌的方法，其特征是，所述的步驟③，調(diào)整氖激光器(3)輸出的光束寬度是200um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用激光掃描三角法檢測砂輪表面形貌的方法，其特征是，所述的步驟④，激光掃描頭沿x軸方向的移動速度為0.5mm/s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的采用激光掃描三角法檢測砂輪表面形貌的方法，其特征是，所述步驟④，激光掃描頭以0.5mm/s的移動速度沿x軸方向移動8秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的采用激光掃描三角法檢測砂輪表面形貌的方法，其特征是，所述步驟④，激光掃描頭以0.5mm/s的移動速度沿x軸方向移動8秒后，沿y軸負(fù)方向移動掃描桌2mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述的采用激光掃描三角法檢測砂輪表面形貌的方法，其特征是，所述步驟④，掃描桌沿y軸負(fù)方向移動2mm后，使激光掃描頭以0.5mm/s的移動速度沿x軸負(fù)方向移動8秒。
全文摘要
采用激光掃描三角法檢測砂輪表面形貌的方法，屬于機(jī)械工程檢測技術(shù)領(lǐng)域。首先對砂輪進(jìn)行修整；將修整后砂輪固定在激光掃描頭正下方的掃描桌上，調(diào)整激光掃描頭的位置，使氖激光器發(fā)出的激光光束與y－z平面平行，并照射在砂輪表面上；調(diào)整氖激光器的輸出功率和光束寬度；激光掃描頭沿x軸方向移動后，掃描桌沿y軸負(fù)方向移動，之后，使激光掃描頭沿x軸負(fù)方向移動；激光掃描頭移動時，三維表面上反光點(diǎn)的位置在z軸方向不斷變化引起光點(diǎn)在位置敏感器上所成的象的位置發(fā)生相應(yīng)變化，其位置值經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入計算機(jī)；計算得出表面各測點(diǎn)處的z方向高度值。該測量方法不僅能精確定量檢測砂輪的表面形貌，而且測量速度快，精度高，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號G01B11/30GK1587903SQ20041005384
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月19日
發(fā)明者陳明, 孫方宏, 馬玉平 申請人:上海交通大學(xué)