一種激光檢測螺桿轉(zhuǎn)子端截形的方法
【專利摘要】一種激光檢測螺桿轉(zhuǎn)子端截形的方法，涉及螺桿轉(zhuǎn)子的檢測。利用激光位移傳感器高精度、非接觸式、壽命長的測量優(yōu)勢，使其沿著轉(zhuǎn)子理論端截形運(yùn)動(dòng)以保持等距測量。建立螺桿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系與激光位移傳感器移動(dòng)平臺(tái)所在坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，計(jì)算出轉(zhuǎn)子端截形各型值點(diǎn)的法向矢量，通過旋轉(zhuǎn)螺桿轉(zhuǎn)子避免了測量過程中被測點(diǎn)被其它輪廓遮擋的干涉現(xiàn)象以及被測點(diǎn)法向矢量與激光射出方向的夾角超出激光位移傳感器可精確測量的角度范圍的問題?？捎行岣邫z測精度，獲得螺桿轉(zhuǎn)子端截形的高精度檢測，亦可實(shí)用于螺旋面相對(duì)開闊產(chǎn)品的端截形測量。
【專利說明】一種激光檢測螺桿轉(zhuǎn)子端截形的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及螺桿轉(zhuǎn)子的檢測，尤其是涉及一種激光檢測螺桿轉(zhuǎn)子端截形的方法。【背景技術(shù)】
[0002]螺桿轉(zhuǎn)子端面型線是螺桿轉(zhuǎn)子的主要特征線，是螺桿制造的基礎(chǔ)，因而對(duì)螺桿轉(zhuǎn)子端面型線的測量是螺桿產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵。隨著螺桿及其研究的發(fā)展，其轉(zhuǎn)子端截面型線組成也越來越復(fù)雜，在保證精度的條件下對(duì)型線測量的難度也越來越大。對(duì)轉(zhuǎn)子型線的檢測方法之一是機(jī)械靠模([I]張正華.螺桿轉(zhuǎn)子型線檢測技術(shù)研究[D].江南大學(xué).2008年6月)，其測量的關(guān)鍵取決于標(biāo)準(zhǔn)螺桿轉(zhuǎn)子的制造精度，該方法適用于測量精度較低的螺桿轉(zhuǎn)子。目前普遍采用三坐標(biāo)測量儀(CMM)進(jìn)行檢測([2]石國榮，隋連香，查繼紅.螺旋曲面的數(shù)字化測量及數(shù)據(jù)處理技術(shù)[J].沈陽工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào).2004,23(2):80-82)，按其接觸方式可分為接觸式和非接觸式兩類。接觸式測量是采用測頭直接接觸轉(zhuǎn)子表面獲得轉(zhuǎn)子型線坐標(biāo)的方法，該檢測方法可使螺桿在回轉(zhuǎn)狀態(tài)下，測量其全部尺寸、型線等的幾何形狀精度([3]葉晶.雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線檢測與表達(dá)的研究[D].江南大學(xué).2011年6月)。但與CMM設(shè)備相配套的檢測軟件操作復(fù)雜，對(duì)工作人員的操作技能要求很高；測頭使用中易磨損導(dǎo)致測量精度降低、壽命低，針對(duì)大曲率型線的測量運(yùn)動(dòng)加速度變化大影響測量精度、故此檢測精度方面也有待提高。而非接觸式測量因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)為三個(gè)直線軸，運(yùn)動(dòng)計(jì)算復(fù)雜，效率低，測量精度難以滿足產(chǎn)品需求，以TDV-900為例其測量精度在0.02mm?
0.05mm，而螺桿轉(zhuǎn)子屬于精密制造產(chǎn)品，其精度要求上下偏差不超過0.01mm，因此目前企業(yè)普遍采用的是接觸式測量設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供可滿足絲級(jí)精度檢測要求，能夠精確獲得螺桿轉(zhuǎn)子端截面型線的精度，并且可通過沿Z軸移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子平臺(tái)獲得螺桿轉(zhuǎn)子幾何尺寸和任意其它位置端截形型線的精度，精確評(píng)估加工誤差，測量結(jié)果為指導(dǎo)和提高螺桿轉(zhuǎn)子加工精度提供可靠數(shù)據(jù)的一種激光檢測螺桿轉(zhuǎn)子端截形的方法。
[0004]本發(fā)明包括以下步驟:
[0005](I)建立螺桿轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系，根據(jù)螺桿轉(zhuǎn)子端截形方程計(jì)算出螺桿轉(zhuǎn)子端面輪廓上的各型值點(diǎn)法向矢量，將理論型線的X坐標(biāo)加上激光位移傳感器的最佳測量距離L，得到螺桿轉(zhuǎn)子端截形理論型線的平行曲線；
[0006](2)將激光位移傳感器固定在可沿X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)的平臺(tái)上，建立轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系與激光位移傳感器移動(dòng)平臺(tái)所在坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，調(diào)整激光位移傳感器使其相對(duì)被測螺桿處于最佳測量位置，并對(duì)測量起始位置進(jìn)行歸零標(biāo)定；
[0007](3)對(duì)下一個(gè)被測型值點(diǎn)的法向矢量與激光射出方向(X方向)的夾角是否在激光位移傳感器可準(zhǔn)確測量角度范圍(一 α, α)內(nèi)以及是否會(huì)發(fā)生干涉進(jìn)行判斷，在夾角合理且無干涉的情況下移動(dòng)，再通過Χ、Υ軸的聯(lián)動(dòng)，使激光位移傳感器沿步驟(I)中預(yù)先計(jì)算好的螺桿轉(zhuǎn)子端截形理論型線的平行曲線移動(dòng)，且激光射出方向(記為X方向)與轉(zhuǎn)子被測型值點(diǎn)法向矢量的夾角在激光位移傳感器可準(zhǔn)確測量角度范圍(一 α，α )內(nèi)；
[0008](4)當(dāng)被測型值點(diǎn)法向矢量與X方向的夾角超出(一 α，α )，或者激光位移傳感器發(fā)射的激光被其它輪廓擋住而發(fā)生干涉現(xiàn)象時(shí)，旋轉(zhuǎn)螺桿轉(zhuǎn)子使其轉(zhuǎn)過角度α或一 α，保證兩個(gè)激光射出方向與被測型值點(diǎn)法向矢量的夾角在角度(一 α, α)內(nèi)且無干涉現(xiàn)象，再根據(jù)坐標(biāo)變換原理計(jì)算旋轉(zhuǎn)后的螺桿轉(zhuǎn)子端面型線各型值點(diǎn)法向矢量，并相應(yīng)地移動(dòng)激光位移傳感器，使激光位移傳感器與被測點(diǎn)處于理論的標(biāo)定距離繼續(xù)進(jìn)行檢測，直到螺桿轉(zhuǎn)子端面型線測量完成；
[0009](5 )將激光位移傳感器沿Z軸移動(dòng)到下一個(gè)需要檢測的位置，重復(fù)步驟(3 )和(4 );
[0010](6)通過數(shù)據(jù)采集模塊讀取螺桿轉(zhuǎn)子不同位置端面型線的測量值，將計(jì)算結(jié)果保存為可處理的數(shù)據(jù)；測量的最大值與最小值做差即為螺桿轉(zhuǎn)子端截形的精度。
[0011 ] 在步驟(I)中，所述螺桿轉(zhuǎn)子端截形方程包括各型值點(diǎn)參數(shù)和螺旋參數(shù)。
[0012]在步驟(2)中，所述激光位移傳感器的激光射出方向平行于X軸；所述平臺(tái)沿Χ、Υ方向聯(lián)動(dòng)用于檢測螺桿轉(zhuǎn)子端截形輪廓，平臺(tái)沿Z方向移動(dòng)用于檢測螺桿轉(zhuǎn)子不同位置的端面型線，所述移動(dòng)的平臺(tái)的移動(dòng)精度高于Iym;所述起始位置的要求如下:激光位移傳感器與被測型值點(diǎn)的距離為激光位移傳感器的最佳測量長度L，并使被測點(diǎn)的法向矢量與激光射出方向(X方向)的夾角在激光位移傳感器可準(zhǔn)確測量的角度范圍(一 α，α )內(nèi)。
[0013]在步驟(4)中，所述坐標(biāo)變換包括:a)螺桿轉(zhuǎn)子端截形坐標(biāo)系繞Ζ’做旋轉(zhuǎn)α角度的旋轉(zhuǎn)變換、b)移動(dòng)平臺(tái)上的激光位移傳感器坐標(biāo)做相應(yīng)的平移變換、c)根據(jù)圖形變換理論，計(jì)算出旋轉(zhuǎn)后的剩余理論截形及各型值點(diǎn)的法向矢量。
[0014]本發(fā)明用于檢測三維直角坐標(biāo)系下螺桿轉(zhuǎn)子端截形的加工精度，利用激光位移傳感器高精度、非接觸式、壽命長的測量優(yōu)勢，使其沿著轉(zhuǎn)子理論端截形運(yùn)動(dòng)以保持等距測量。建立螺桿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系與激光位移傳感器移動(dòng)平臺(tái)所在坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，計(jì)算出轉(zhuǎn)子端截形各型值點(diǎn)的法向矢量，通過旋轉(zhuǎn)螺桿轉(zhuǎn)子避免了測量過程中被測點(diǎn)被其它輪廓遮擋的干涉現(xiàn)象以及被測點(diǎn)法向矢量與激光射出方向的夾角超出激光位移傳感器可精確測量的角度范圍的問題。本發(fā)明可有效提高檢測精度，獲得螺桿轉(zhuǎn)子端截形的高精度檢測，亦可實(shí)用于螺旋面相對(duì)開闊產(chǎn)品的端截形測量。
[0015]本發(fā)明的有益效果如下:
[0016]1.測量面廣。應(yīng)用本發(fā)明可以有效并準(zhǔn)確地獲得螺桿轉(zhuǎn)子任意端截面型線的加工精度，即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的節(jié)距、螺旋角或?qū)С痰葞缀纬叽缂庸ぞ鹊臋z測。該檢測方法可以推廣于螺旋面截形相對(duì)開闊產(chǎn)品的端截形測量。
[0017]2.測量精度高。由于測量過程中激光位移傳感器與被測型值點(diǎn)的距離始終保持在絲級(jí)的變化范圍內(nèi)，激光位移傳感器的測量精度可認(rèn)為是測量的重復(fù)精度，一般都是高于微米級(jí)，其測量誤差可忽略不計(jì)。本發(fā)明的測量誤差主要來源于系統(tǒng)的控制誤差，包括移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)誤差、光柵誤差等，這些誤差在檢測過程中無法避免，但可以有效控制在
0.0Olmm以下。在整個(gè)測量過程中，避免了要求螺桿轉(zhuǎn)子與移動(dòng)平臺(tái)聯(lián)動(dòng)所造成的聯(lián)動(dòng)誤差，避免了在后處理過程中要求對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接處理而引起的拼接誤差。故本發(fā)明具有極高的測量精度，理論上可達(dá)0.003?0.005mm。
[0018]3.精度評(píng)價(jià)方法簡單。將測量值與標(biāo)定O值進(jìn)行比較，即可獲得被測型值點(diǎn)的偏差，根據(jù)偏差的數(shù)值范圍評(píng)定螺桿轉(zhuǎn)子端截形的加工精度。
[0019]4.使用壽命長。由于采用了非接觸式的激光位移傳感器測量，使用壽命一般高于10年，避免了采用接觸式測量時(shí)激光位移傳感器易磨損、使用壽命低的缺陷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為螺桿轉(zhuǎn)子端截形檢測模型。
[0021]圖2為螺桿轉(zhuǎn)子端截形測量原理。
[0022]在圖1和2中，各標(biāo)記為:
[0023]11-移動(dòng)平臺(tái)，12-激光位移傳感器；
[0024]21-激光位移傳感器，22-理論端截形的平行曲線，23-旋轉(zhuǎn)后傳感器移動(dòng)軌跡，24-旋轉(zhuǎn)后的理論端截形的平行曲線，25-調(diào)整前的端截形，26-調(diào)整后的端截形；
[0025]Θ-參變量。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0027]本發(fā)明的直接應(yīng)用方式是進(jìn)行螺桿轉(zhuǎn)子端面截形型線的檢測。
[0028]步驟(I):如某已經(jīng)加工完成的螺桿轉(zhuǎn)子，建立螺桿轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系，給出它的任意端截形方程為:
T0 = [X0(S)COS Θ -y0(s) sin θ ] i+[x0(s) sin Θ +y0(s)cos Θ ] j 土p Θ k或用坐標(biāo)式表示為::)cos v?(s)sin
【權(quán)利要求】
1.一種激光檢測螺桿轉(zhuǎn)子端截形的方法，其特征在于包括以下步驟:(1)建立螺桿轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系，根據(jù)螺桿轉(zhuǎn)子端截形方程計(jì)算出螺桿轉(zhuǎn)子端面輪廓上的各型值點(diǎn)法向矢量，將理論型線的X坐標(biāo)加上激光位移傳感器的最佳測量距離L，得到螺桿轉(zhuǎn)子端截形理論型線的平行曲線；(2)將激光位移傳感器固定在可沿X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)的平臺(tái)上，建立轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系與激光位移傳感器移動(dòng)平臺(tái)所在坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，調(diào)整激光位移傳感器使其相對(duì)被測螺桿處于最佳測量位置，并對(duì)測量起始位置進(jìn)行歸零標(biāo)定；(3)對(duì)下一個(gè)被測型值點(diǎn)的法向矢量與激光射出方向(X方向)的夾角是否在激光位移傳感器可準(zhǔn)確測量角度范圍(一 α, α)內(nèi)以及是否會(huì)發(fā)生干涉進(jìn)行判斷，在夾角合理且無干涉的情況下移動(dòng)，再通過Χ、Υ軸的聯(lián)動(dòng)，使激光位移傳感器沿步驟(I)中預(yù)先計(jì)算好的螺桿轉(zhuǎn)子端截形理論型線的平行曲線移動(dòng)，且激光射出方向(記為X方向)與轉(zhuǎn)子被測型值點(diǎn)法向矢量的夾角在激光位移傳感器可準(zhǔn)確測量角度范圍(一 α，α )內(nèi)；(4)當(dāng)被測型值點(diǎn)法向矢量與X方向的夾角超出(一α，α )，或者激光位移傳感器發(fā)射的激光被其它輪廓擋住而發(fā)生干涉現(xiàn)象時(shí)，旋轉(zhuǎn)螺桿轉(zhuǎn)子使其轉(zhuǎn)過角度α或一 α，保證兩個(gè)激光射出方向與被測型值點(diǎn)法向矢量的夾角在角度(一 α, α)內(nèi)且無干涉現(xiàn)象，再根據(jù)坐標(biāo)變換原理計(jì)算旋轉(zhuǎn)后的螺桿轉(zhuǎn)子端面型線各型值點(diǎn)法向矢量，并相應(yīng)地移動(dòng)激光位移傳感器，使激光位移傳感器與被測點(diǎn)處于理論的標(biāo)定距離繼續(xù)進(jìn)行檢測，直到螺桿轉(zhuǎn)子端面型線測量完成；(5)將激光位移傳感器沿Z軸移動(dòng)到下一個(gè)需要檢測的位置，重復(fù)步驟(3)和(4)；(6)通過數(shù)據(jù)采集模塊讀取螺桿轉(zhuǎn)子不同位置端面型線的測量值，將計(jì)算結(jié)果保存為可處理的數(shù)據(jù)；測量的最大值與最小值做差即為螺桿轉(zhuǎn)子端截形的精度。
2.如權(quán)利要求1所述一種激光檢測螺桿轉(zhuǎn)子端截形的方法，其特征在于在步驟(I)中，所述螺桿轉(zhuǎn)子端截形方程包括各型值點(diǎn)參數(shù)和螺旋參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1一種激光檢測螺桿轉(zhuǎn)子端截形的方法，其特征在于在步驟(2)中，所述激光位移傳感器的激光射出方向平行于X軸；所述平臺(tái)沿X、Y方向聯(lián)動(dòng)用于檢測螺桿轉(zhuǎn)子端截形輪廓，平臺(tái)沿Z方向移動(dòng)用于檢測螺桿轉(zhuǎn)子不同位置的端面型線，所述移動(dòng)的平臺(tái)的移動(dòng)精度高于I μ m。
4.如權(quán)利要求1一種激光檢測螺桿轉(zhuǎn)子端截形的方法，其特征在于在步驟(2)中，所述起始位置的要求如下:激光位移傳感器與被測型值點(diǎn)的距離為激光位移傳感器的最佳測量長度L，并使被測點(diǎn)的法向矢量與激光射出方向即X方向的夾角在激光位移傳感器可準(zhǔn)確測量的角度范圍(一 α，α )內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1一種激光檢測螺桿轉(zhuǎn)子端截形的方法，其特征在于在步驟(4)中，所述坐標(biāo)變換包括:a)螺桿轉(zhuǎn)子端截形坐標(biāo)系繞Ζ’做旋轉(zhuǎn)α角度的旋轉(zhuǎn)變換；b)移動(dòng)平臺(tái)上的激光位移傳感器坐標(biāo)做相應(yīng)的平移變換；c)根據(jù)圖形變換理論，計(jì)算出旋轉(zhuǎn)后的剩余理論截形及各型值點(diǎn)的法向矢量。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK103438828SQ201310365949
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】姚斌, 張祥雷, 張凌, 沈志煌 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)