一種薄片砂輪平面度檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種薄片砂輪平面度檢測裝置及方法，包括機(jī)架、載物圓臺、XY軸滑臺、XY軸滑臺驅(qū)動機(jī)構(gòu)、激光位移傳感器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和工業(yè)計(jì)算機(jī)，載物圓臺水平設(shè)置在機(jī)架上且與機(jī)架的上表面轉(zhuǎn)動連接，XY軸滑臺水平設(shè)置在機(jī)架平臺上，激光位移傳感器設(shè)置在XY軸滑臺的移動件上，激光位移傳感器的輸出端連接數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的輸入端，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與工業(yè)計(jì)算機(jī)通信連接；本發(fā)明利用激光位移傳感器的高精度測量能力，結(jié)合高效的數(shù)據(jù)處理算法，實(shí)現(xiàn)了薄片砂輪平面度的快速、自動、精準(zhǔn)檢測，操作方便快捷，有效降低了人為誤差和儀器誤差對檢測結(jié)果的影響，檢測成本較低，大大提升了薄片砂輪平面度檢測的效率和精確度。
【專利說明】
一種薄片砂輪平面度檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及砂輪制造與精密檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種薄片砂輪平面度檢測裝 置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 薄片砂輪作為工業(yè)生產(chǎn)常用的工具之一，在對金屬和非金屬材料進(jìn)行切割、修磨 方面發(fā)揮著重要的作用；隨著微電子技術(shù)和微加工技術(shù)的快速發(fā)展，精密切割用超硬材料 薄片砂輪的厚度也變得越來越薄，薄片砂輪厚度越薄，越易變形，性能越差;薄片砂輪平面 度的好壞是影響其加工精度和加工質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)(薄片砂輪表面具有的宏觀凹凸高度相 對理想基準(zhǔn)平面的偏差稱為薄片砂輪的平面度），當(dāng)薄片砂輪的平面度較差時，不僅會直接 影響開槽和切割等的精度，甚至還會造成砂輪破裂，引起安全事故，因此，對薄片砂輪平面 度的檢測就顯得尤為重要了。
[0003] 薄片砂輪是一種表面粗糙、剛性差、易變形的復(fù)合非均質(zhì)材料，其平面度的檢測在 行業(yè)內(nèi)一直沒有較好的解決方法。
[0004] 關(guān)于平面度的檢測，現(xiàn)有方法有液平面法、打表測量法、水平儀走位法、三點(diǎn)支撐 法、三坐標(biāo)測量機(jī)法、平晶干涉法、光軸平面法和激光測距法等;但薄片砂輪具有小且薄、剛 性差、易變形、表面極其粗糙和易磨損接觸物等特性，因此采用接觸式檢測方法將會額外增 加薄片砂輪的形變，并且容易造成測量儀器的磨損，所以打表測量法、水平儀走位法和三坐 標(biāo)測量機(jī)法等接觸式平面度檢測方法并不適用于薄片砂輪平面度的檢測;液平面法則不 適用于小平面的平面度檢測，且難以獲得較高的檢測精度;平晶干涉法、光軸平面法和激光 測距法等光學(xué)檢測方法僅適用于光滑、致密零部件表面的檢測，也不適用于表面極其粗糙 的薄片砂輪平面度的測量；比如，CN201320872526.X和CN201510570316.9基于激光測距法 實(shí)現(xiàn)了被測產(chǎn)品平面度的檢測，但均應(yīng)用于鋼板、陶瓷等光滑表面的平面度測量，針對表面 不平滑的薄片砂輪無合適的檢測方案，無法應(yīng)用于薄片砂輪平面度的檢測。
[0005] 目前薄片砂輪平面度檢測的常用方法為，將薄片砂輪平放于大理石臺上，將塞尺 塞入薄片砂輪與臺面之間形成的縫隙，根據(jù)縫隙的大小判定平面度值;該方法在實(shí)際檢測 操作中受人為判斷主觀因素影響較大，檢測精確度極低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種薄片砂輪平面度檢測裝置及方法，用以解決現(xiàn)有的平 面度檢測方法不適用于薄片砂輪平面度的檢測的問題，同時還解決了行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的薄片砂 輪平面度檢測方法檢測結(jié)果不精確、檢測效率低的問題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種薄片砂輪平面度檢測裝置，包括機(jī)架、載物圓臺、XY軸滑臺、XY軸滑臺驅(qū)動機(jī) 構(gòu)、激光位移傳感器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和工業(yè)計(jì)算機(jī)，機(jī)架包括機(jī)架支架和機(jī)架平臺，機(jī)架支 架固定連接在機(jī)架平臺下面用于支撐機(jī)架平臺，載物圓臺水平設(shè)置在機(jī)架上，載物圓臺的 下表面與機(jī)架的上表面轉(zhuǎn)動連接，XY軸滑臺水平設(shè)置在機(jī)架平臺上，且XY軸滑臺設(shè)置在載 物圓臺的上方，XY軸滑臺驅(qū)動機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動XY軸滑臺作二維運(yùn)動，激光位移傳感器設(shè)置在 XY軸滑臺的移動件上，激光位移傳感器的輸出端連接數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的輸入端，數(shù)據(jù)傳輸系 統(tǒng)與工業(yè)計(jì)算機(jī)通信連接。
[0009] 所述載物圓臺通過勻速電機(jī)水平轉(zhuǎn)動連接在機(jī)架平臺上，載物圓臺的上表面設(shè)置 有多個緊固裝置。
[0010] 所述的緊固裝置包括支撐桿和緊固件，支撐桿的下端與載物圓臺的上表面固定連 接，緊固件的上端與支撐桿的上端鉸接，緊固件通過還通過彈簧與載物圓臺的上表面連接， 彈簧的上端與緊固件的上部連接，彈簧的下端與載物圓臺的上表面固定連接。
[0011] 所述的XY軸滑臺驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括X向伺服電機(jī)和Y向伺服電機(jī)，X向伺服電機(jī)和Y向伺 服電機(jī)分別設(shè)置在X軸滑臺和Y軸滑臺的兩端，X向伺服電機(jī)和Y向伺服電機(jī)的輸入端均與數(shù) 據(jù)傳輸系統(tǒng)的輸出端連接。
[0012] -種薄片砂輪平面度檢測方法，包括以下步驟：
[0013] A:將待檢測薄片砂輪平放在載物圓臺中央，并用緊固裝置將薄片砂輪固定在載物 圓臺上；
[0014] B:利用工業(yè)計(jì)算機(jī)的程序?qū)向伺服電機(jī)、Y向伺服電機(jī)和激光位移傳感器的參數(shù) 進(jìn)行配置;利用工業(yè)計(jì)算機(jī)控制X向伺服電機(jī)和Y向伺服電機(jī)驅(qū)動XY軸滑臺帶動激光位移傳 感器在砂輪上表面進(jìn)彳丁米樣；
[0015] C:激光位移傳感器將采樣點(diǎn)采集的原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)送至工業(yè)計(jì)算 機(jī)；
[0016] D:工業(yè)計(jì)算機(jī)對激光位移傳感器采樣點(diǎn)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波去噪處理后得 到處理數(shù)據(jù)；
[0017] E:將處理數(shù)據(jù)以采樣次序的序號為橫坐標(biāo)、以處理數(shù)據(jù)的值的大小為縱坐標(biāo)排列 在二維直角坐標(biāo)系中，然后對二維直角坐標(biāo)系中的處理數(shù)據(jù)按一定間隔取一最大值作為特 征點(diǎn)，再利用最小二乘法對特征點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，獲得可表征砂輪表面宏觀輪廓的二 維擬合曲線；
[0018] F:用激光位移傳感器采樣路徑上的采樣點(diǎn)坐標(biāo)代替步驟E得到的二維擬合曲線的 橫坐標(biāo)，將二維擬合曲線轉(zhuǎn)換為三維空間曲線；
[0019] G:選擇砂輪的一條直徑線并作與之垂直直徑線的平行平面，同時保證該平面與選 擇的直徑線平行，將該平面作為評定砂輪平面度的基準(zhǔn)平面;利用三維直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方 法，使三維直角坐標(biāo)系的一條坐標(biāo)軸垂直于基準(zhǔn)平面，獲得新的三維直角坐標(biāo)系，并將步驟 F得到的三維空間曲線在新的三維直角坐標(biāo)系中重新計(jì)算，獲得新的三維空間曲線；
[0020] H:在步驟G得到的新的三維直角坐標(biāo)系中，在垂直于基準(zhǔn)平面的坐標(biāo)軸上，計(jì)算步 驟G得到的新的三維空間曲線的分布范圍，即步驟G得到的新的三維空間曲線上的所有點(diǎn)， 在垂直于基準(zhǔn)平面的坐標(biāo)軸上坐標(biāo)的極差值；
[0021] I:將步驟G選擇的直徑線繞砂輪圓心旋轉(zhuǎn)一定角度，重復(fù)步驟G和步驟H，直至所有 選擇的直徑線均分整個砂輪，獲得在不同的基準(zhǔn)平面條件下，經(jīng)過重新計(jì)算后獲得的三維 空間曲線在垂直基準(zhǔn)平面方向坐標(biāo)軸上的極差值；
[0022] J:計(jì)算步驟I中所有極差值的最小值，作為被檢測砂輪的平面度，并將該平面度與 預(yù)設(shè)閾值比較，以判定被檢砂輪平面度是否合格。
[0023] 步驟B中所述的激光位移傳感器在砂輪表面進(jìn)行掃描采樣時的采樣路徑為環(huán)形正 弦波曲線、環(huán)形三角波曲線或者環(huán)形方波曲線，且掃描路徑需覆蓋砂輪表面整體區(qū)域。
[0024] 步驟E中對特征點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合的方法采用最小二乘法。
[0025]步驟G中所述的三維直角坐標(biāo)系的一條坐標(biāo)軸為z軸。
[0026] 本發(fā)明的有益效果為：
[0027] 本發(fā)明利用激光位移傳感器的高精度測量能力，結(jié)合高效的數(shù)據(jù)處理算法，實(shí)現(xiàn) 了薄片砂輪平面度的快速、自動、精準(zhǔn)檢測，操作方便快捷，有效降低了人為誤差和儀器誤 差對檢測結(jié)果的影響，檢測成本較低，大大提升了薄片砂輪平面度檢測的效率和精確度。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明所述薄片砂輪平面度檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明所述的緊固裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明所述薄片砂輪平面度檢測方法的流程示意圖；
[0031 ]圖4為本發(fā)明所述的激光位移傳感器掃描路徑示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 如圖1和圖2所示:本發(fā)明所述的薄片砂輪平面度檢測裝置，包括機(jī)架、載物圓臺4、 XY軸滑臺9、XY軸滑臺驅(qū)動機(jī)構(gòu)、激光位移傳感器10、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和工業(yè)計(jì)算機(jī);機(jī)架包括 機(jī)架支架2和機(jī)架平臺3,機(jī)架支架2固定連接在機(jī)架平臺3下面用于支撐機(jī)架平臺3;載物 圓臺4水平設(shè)置在機(jī)架平臺3上用于承載薄片砂輪1，為了方便激光位移傳感器10對放置在 載物圓臺4上的薄片砂輪1進(jìn)行掃描，載物圓臺4的下表面應(yīng)與機(jī)架平臺3的上表面轉(zhuǎn)動連 接，具體轉(zhuǎn)動連接的方式為:機(jī)架平臺3的中心位置固定設(shè)置有勻速電機(jī)5,載物平臺下表面 的中心與勾速電機(jī)5的輸出軸固定連接;為了保證薄片砂輪1不會在載物圓臺4上隨意晃動， 載物圓臺4的上表面還設(shè)置有多個用于固定薄片砂輪1的緊固裝置;優(yōu)選方案為緊固裝置的 個數(shù)采用偶數(shù)個，且緊固裝置在載物圓臺4的表面對稱設(shè)置;緊固裝置包括支撐桿6和緊固 件7,支撐桿6的下端與載物圓臺4的上表面固定連接，緊固件7的上端與支撐桿6的上端鉸 接，緊固件7還通過彈簧8與載物圓臺4的上表面連接，彈簧8的上端與緊固件7的上部連接， 彈簧8的下端與載物圓臺4的上表面固定連接，當(dāng)彈簧8處于自然狀態(tài)時，緊固件7的下端與 載物圓臺4的上表面接觸，且緊固件7與載物圓臺4的接觸面間有輕微的作用力;XY軸滑臺9 水平設(shè)置在機(jī)架平臺3上，且XY軸滑臺9的兩Y向滑臺平行分布于載物圓臺兩側(cè)的上方，X向 滑臺與兩Y向滑臺垂直連接，并可沿Y向在載物圓臺上方區(qū)域移動;XY軸滑臺驅(qū)動機(jī)構(gòu)用于 驅(qū)動XY軸滑臺9作二維運(yùn)動，XY軸滑臺驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括X向伺服電機(jī)11和Y向伺服電機(jī)12，Χ向 伺服電機(jī)11和Y向伺服電機(jī)12分別設(shè)置在X軸滑臺和Y軸滑臺的兩端，X向伺服電機(jī)11和Y向 伺服電機(jī)12的輸入端均與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接;激光位移傳感器10設(shè)置在XY軸滑臺9的移動 件上，激光位移傳感器10的輸出端連接數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的輸入端，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與工業(yè)計(jì)算 機(jī)通信連接。
[0033] 利用上述薄片砂輪平面度檢測裝置所進(jìn)行的檢測方法，包括以下步驟：
[0034] Α:向上拉開緊固裝置的緊固件7,將待檢測薄片砂輪1平放在載物圓臺4中央，然后 放下緊固裝置的緊固件7,利用彈簧8的彈力將薄片砂輪1固定在載物圓臺4上，然后打開勻 速電機(jī)5使薄片砂輪1隨載物圓臺4勾速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入下一步；
[0035] B:設(shè)置工業(yè)計(jì)算機(jī)程序(利用計(jì)算機(jī)程序通過X向伺服電機(jī)和Y向伺服電機(jī)驅(qū)動XY 軸滑臺屬于現(xiàn)有成熟技術(shù)，這里不再贅述），利用工業(yè)計(jì)算機(jī)的程序?qū)向伺服電機(jī)11、Y向 伺服電機(jī)12和激光位移傳感器10的參數(shù)進(jìn)行配置;工業(yè)計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將程序設(shè) 置的參數(shù)發(fā)送給X向伺服電機(jī)11、Υ向伺服電機(jī)12和激光位移傳感器10,利用X向伺服電機(jī)11 和Y向伺服電機(jī)12驅(qū)動XY軸滑臺9帶動激光位移傳感器10在砂輪上表面進(jìn)行采樣，激光位移 傳感器10在砂輪表面進(jìn)行采樣時的采樣路徑為環(huán)形正弦波曲線、環(huán)形三角波曲線或者環(huán)形 方波曲線，且采樣路徑需覆蓋砂輪表面整體區(qū)域；
[0036] 進(jìn)入下一步；
[0037] C:激光位移傳感器10將采樣點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)送至工業(yè)計(jì)算機(jī)， 進(jìn)入下一步；
[0038] D:工業(yè)計(jì)算機(jī)對激光位移傳感器10采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波去噪處理后得到處 理數(shù)據(jù)，具體濾波去噪處理的方法為：
[0039] 由于激光光斑照射到薄片砂輪1表面磨粒(構(gòu)成薄片砂輪的顆粒)的邊緣或兩磨粒 交界位置時，激光位移傳感器10會輸出峰值和谷值的噪點(diǎn)數(shù)據(jù)，為了剔除這些噪點(diǎn)數(shù)據(jù)，首 先將每個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)與相鄰的k個采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)構(gòu)成數(shù)據(jù)段，計(jì)算各數(shù)據(jù)段的極差值，然后 將極差值與閾值Q比較，若超出閾值Q，則認(rèn)為該數(shù)據(jù)段中存在噪點(diǎn)數(shù)據(jù)并舍棄該數(shù)據(jù)段，否 則認(rèn)為該數(shù)據(jù)段中的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)均為有效數(shù)據(jù)，然后提取各個數(shù)據(jù)段中的有效數(shù)據(jù)按照采 樣次序進(jìn)行排列重組（同一數(shù)據(jù)不重復(fù)提取），即可將噪點(diǎn)數(shù)據(jù)剔除，獲得濾波和去噪后的 處理數(shù)據(jù);其中，k和Q的值根據(jù)砂輪表面磨粒直徑、激光位移傳感器10采樣頻率、伺服電機(jī) 轉(zhuǎn)速和載物圓臺4轉(zhuǎn)速等參數(shù)設(shè)置，這里不再贅述；
[0040] 進(jìn)入下一步；
[0041] E:將處理數(shù)據(jù)以采樣次序的序號為橫坐標(biāo)、以處理數(shù)據(jù)的值的大小為縱坐標(biāo)排列 在二維直角坐標(biāo)系中，然后對二維直角坐標(biāo)系中的處理數(shù)據(jù)按一定間隔取一最大值作為特 征點(diǎn)，再利用最小二乘法對特征點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，即可獲得可表征砂輪表面宏觀輪廓 的二維擬合曲線，具體方法如下：
[0042]由于薄片砂輪1的表面較粗糙，因此二維直角坐標(biāo)系中的處理數(shù)據(jù)包含了薄片砂 輪1表面粗糙度和磨粒高度的信息，為準(zhǔn)確合理地計(jì)算薄片砂輪1的平面度，特采用提取特 征點(diǎn)和曲線擬合的方法消除薄片砂輪1表面粗糙度的干擾;其中，提取特征點(diǎn)的方法為對直 角坐標(biāo)系中的處理數(shù)據(jù)按一定間隔At取一最大值作為特征點(diǎn)，再利用數(shù)學(xué)的最小二乘法 對特征點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，獲得可表征砂輪表面宏觀輪廓的二維擬合曲線；
[0043] 其中，At的大小由磨粒直徑、激光位移傳感器10采樣頻率、伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速、載物圓 臺4轉(zhuǎn)速等參數(shù)決定，這里不再贅述;同時，為消除擬合曲線首尾處的擬合誤差，如圖4所示， 設(shè)A點(diǎn)為激光位移傳感器10的采樣起始點(diǎn)，則截取JA段和AF段的采樣數(shù)據(jù)分別添加至全部 采樣數(shù)據(jù)的起始和末尾位置，即選擇JABCDAF段數(shù)據(jù)進(jìn)行提取特征點(diǎn)和曲線擬合的處理，最 后再將JA段和AF段的擬合數(shù)據(jù)刪除，即得可表征薄片砂輪1表面宏觀輪廓的二維擬合曲線；
[0044] 進(jìn)入下一步；
[0045] F:將激光位移傳感器10的采樣路徑上的采樣點(diǎn)的坐標(biāo)信息替代步驟E得到的二維 擬合曲線的橫坐標(biāo)(采樣次序序號），將二維擬合曲線轉(zhuǎn)換為三維空間曲線；
[0046] 進(jìn)入下一步；
[0047] G:選擇薄片砂輪1的一條直徑線L并作與之垂直的直徑線的平行平面α，同時保證 平面α平行于直徑線L，將平面α作為評定薄片砂輪1平面度的基準(zhǔn)平面α;利用三維直角坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換的方法，使三維直角坐標(biāo)系的Z軸垂直于基準(zhǔn)平面α，獲得新的三維直角坐標(biāo)系，并將步 驟F中獲得的三維空間曲線在新的三維直角坐標(biāo)系中重新計(jì)算，獲得新的三維空間曲線； [0048] 進(jìn)入下一步；
[0049] Η:計(jì)算步驟G所述新的三維空間曲線在步驟G所述新的三維直角坐標(biāo)系Z軸中的分 布范圍，即步驟G所述新的三維空間曲線上的所有點(diǎn)在垂直于基準(zhǔn)平面α方向的坐標(biāo)軸(Ζ 軸)上的極差值；
[0050] I:將步驟G選擇的直徑線L繞砂輪中心旋轉(zhuǎn)一定角度，重復(fù)步驟G和步驟Η，直至選 擇的所有直徑線均分整個薄片砂輪1，獲得在不同基準(zhǔn)平面條件下，經(jīng)過重新計(jì)算后獲得的 三維空間曲線上的所有點(diǎn)在垂直于基準(zhǔn)平面α方向的坐標(biāo)軸（Z軸）上的極差值;進(jìn)入下一 步；
[0051] J:計(jì)算步驟I中所有極差值的最小值，作為被檢測砂輪的平面度，并將該平面度與 預(yù)設(shè)閾值比較，若未超出預(yù)設(shè)閾值，則判定被檢砂輪平面度合格;若超出預(yù)設(shè)閾值，則判定 被檢砂輪平面度不合格，存在較大變形量。
[0052] 實(shí)施例1:
[0053]步驟A:向上拉開緊固裝置的緊固件7,將待檢測薄片砂輪1平放在載物圓臺4中央， 然后放下緊固裝置的緊固件7,利用彈簧8的彈力將薄片砂輪1固定在載物圓臺4上，然后打 開勾速電機(jī)5使薄片砂輪1隨載物圓臺4勾速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入下一步；
[0054] 步驟B:設(shè)置工業(yè)計(jì)算機(jī)程序(利用計(jì)算機(jī)程序通過X向伺服電機(jī)和Y向伺服電機(jī)驅(qū) 動XY軸滑臺屬于現(xiàn)有成熟技術(shù)，這里不再贅述），利用工業(yè)計(jì)算機(jī)的程序?qū)向伺服電機(jī)11、 Y向伺服電機(jī)12和激光位移傳感器10的參數(shù)進(jìn)行配置;在本實(shí)施例中，工業(yè)計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù) 傳輸系統(tǒng)控制X向伺服電機(jī)11和Y向伺服電機(jī)12運(yùn)動使激光位移傳感器10在薄片砂輪1表面 按照環(huán)形正弦波曲線的路徑進(jìn)行采樣；以XY軸滑臺9的二維運(yùn)動方向作XY直角坐標(biāo)系，以載 物圓臺4的中心作為坐標(biāo)系原點(diǎn)，則環(huán)形正弦波曲線的參數(shù)方程可以表示為：
[0055]
其中1 = 1，2，一，11^和1?2分別為薄片砂輪1的外圓半徑和內(nèi)孔半徑；丫為掃描預(yù)留量， 用于防止激光式位移傳感器掃描至砂輪邊緣而引入誤差數(shù)據(jù);M為一周的掃描路徑中正弦 波的周期總數(shù);N為掃描采樣點(diǎn)總量;i為當(dāng)前掃描采樣點(diǎn)序號;進(jìn)入下一步；
[0056] 步驟C:激光位移傳感器10將采樣點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)送至工業(yè)計(jì) 算機(jī);進(jìn)入下一步；
[0057]步驟D:在工業(yè)計(jì)算機(jī)中對激光位移傳感器10采樣的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波去噪處理， 以剔除噪點(diǎn)數(shù)據(jù)，得到處理數(shù)據(jù)，進(jìn)入下一步；
[0058]步驟E:將處理數(shù)據(jù)以采樣次序的序號為橫坐標(biāo)、以處理數(shù)據(jù)的值的大小為縱坐標(biāo) 排列在二維直角坐標(biāo)系中，然后對二維直角坐標(biāo)系中的處理數(shù)據(jù)按一定間隔取一最大值作 為特征點(diǎn)，再利用最小二乘法對特征點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，即可獲得可表征砂輪表面宏觀 輪廓的二維擬合曲線，曲線擬合具體方法如下：
[0059] 本實(shí)施例中，多項(xiàng)式階數(shù)取15;設(shè)特征點(diǎn)數(shù)據(jù)為Pi(i，Wi)，i = 1，2，…，N，尋找近似 的多項(xiàng)式曲線
[0060]
[0061] 滿足曲線在各數(shù)據(jù)點(diǎn)處的偏差的平方和最小，即
[0062]
[0063] 爲(wèi)/丨、.相麻；古的'/、亜:么處ITI丨ΙτΑμ …伯愛市得：
將式(2)表示為矩陣的形式，并化簡轉(zhuǎn)換，可得：
[0064]
[0065]
[0066] 由式(3)可知，利用式(2)滿足多元一次方程組有唯一解的條件，求解式(2)得
[0067] ao，ai，a2,…，ai5
[0068] 的值，并代入
[0069]
[0070] 得二維擬合曲線方程Cp(X)。
[0071 ]步驟F:將激光位移傳感器10的采樣路徑曲線的坐標(biāo)信息(x，y)
[0072]
[0073] 替代二維擬合曲線
[0074]
[0075]的采樣次序序號的坐標(biāo)信息（X)，獲得三維空間曲線，并設(shè)置在三維直角坐標(biāo)系 中。
[0077]
[0076] 本實(shí)施例中，獲得的三維空間曲線的參數(shù)方程為：
[0078]
[0079] 步驟G:選擇薄片砂輪1的一條直徑線L并作與之垂直的直徑線的平行平面α，同時 保證平面α平行于直徑線L，將平面α作為評定薄片砂輪1平面度的基準(zhǔn)平面α;利用三維直角 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法，使三維直角坐標(biāo)系的Z軸垂直于基準(zhǔn)平面α，獲得新的三維直角坐標(biāo)系，并 將式(4)的三維空間曲線在新的三維直角坐標(biāo)系中重新計(jì)算，獲得新的三維空間曲線，新的 三維空間曲線的計(jì)算方法如下：
[0080] 本實(shí)施例中，如圖4所示，選擇直徑線AC和直徑線BD來定位基準(zhǔn)平面α;將式(4)三 維空間曲線繞X軸旋轉(zhuǎn)一定角度Θ，使點(diǎn)A和點(diǎn)C在Z軸的坐標(biāo)相等，式(4)三維空間曲線繞X軸 旋轉(zhuǎn)角度Θ后，新曲線的參數(shù)方程為：
[0081]
[0082] 其中i = l，2,…，Ν;將點(diǎn)A和點(diǎn)C的序號值iA和ic代入式(5)，由= ^計(jì)算出Θ角 度值;然后再將繞X軸旋轉(zhuǎn)后的三維空間曲線繞Y軸旋轉(zhuǎn)一定角度S，使點(diǎn)B和點(diǎn)D在Z軸的坐 標(biāo)相等，式(5)曲線繞Y軸旋轉(zhuǎn)角度δ后，新曲線的參數(shù)方程為：
[0083]
將點(diǎn)B和點(diǎn)D的序號值iB和iD代入式(6)，由Z〃B = z〃D計(jì)算出δ角度值;將δ值代入式(6)， 可得坐標(biāo)系Z軸垂直于砂輪平面度基準(zhǔn)平面時的三維空間曲線參數(shù)方程；
[0084] H:對式(6)得到的三維空間曲線，計(jì)算曲線上所有點(diǎn)的Z軸坐標(biāo)的極差值，即H1 = // _ // · Z max-Z min ；
[0085] I:將步驟G中選定的直徑線AC和直徑線BD繞薄片砂輪1圓心旋轉(zhuǎn)一定角度，重復(fù)步 驟G和步驟H的過程，直至所有選擇過的直徑線均分整個薄片砂輪1，獲得在不同的基準(zhǔn)平面 條件下，經(jīng)過重新計(jì)算后的三維空間曲線在坐標(biāo)系Z軸上的極差值H 2、H3、H4、……；
[0086] 本實(shí)施例中，如圖4,選擇直徑線EF和直徑線GH來定位基準(zhǔn)平面，計(jì)算轉(zhuǎn)換后的空 間曲線在Z軸上的極差值H2,并重復(fù)以上步驟。
[0087] J:對所有計(jì)算出的極差值，尋找其最小值Hmin作為被檢薄片砂輪1的平面度，并將 該平面度與預(yù)定閾值比較，以自動快速準(zhǔn)確地判定被檢薄片砂輪1平面度是否合格，是否存 在變形。
[0088]本發(fā)明的有益效果為：
[0089]本發(fā)明利用激光位移傳感器的高精度測量能力，結(jié)合高效的數(shù)據(jù)處理算法，實(shí)現(xiàn) 了薄片砂輪平面度的快速、自動、精準(zhǔn)檢測，操作方便快捷，有效降低了人為誤差和儀器誤 差對檢測結(jié)果的影響，檢測成本較低，大大提升了薄片砂輪平面度檢測的效率和精確度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種薄片砂輪平面度檢測裝置，其特征在于:包括機(jī)架、載物圓臺、XY軸滑臺、XY軸滑 臺驅(qū)動機(jī)構(gòu)、激光位移傳感器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和工業(yè)計(jì)算機(jī)，機(jī)架包括機(jī)架支架和機(jī)架平 臺，機(jī)架支架固定連接在機(jī)架平臺下面用于支撐機(jī)架平臺，載物圓臺水平設(shè)置在機(jī)架上，載 物圓臺的下表面與機(jī)架的上表面轉(zhuǎn)動連接，XY軸滑臺水平設(shè)置在機(jī)架平臺上，且XY軸滑臺 設(shè)置在載物圓臺的上方，XY軸滑臺驅(qū)動機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動XY軸滑臺作二維運(yùn)動，激光位移傳感 器設(shè)置在XY軸滑臺的移動件上，激光位移傳感器的輸出端連接數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的輸入端，數(shù) 據(jù)傳輸系統(tǒng)與工業(yè)計(jì)算機(jī)通信連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄片砂輪平面度檢測裝置，其特征在于:所述載物圓臺通 過勻速電機(jī)水平轉(zhuǎn)動連接在機(jī)架平臺上，載物圓臺的上表面設(shè)置有多個緊固裝置。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種薄片砂輪平面度檢測裝置，其特征在于:所述的緊固裝置 包括支撐桿和緊固件，支撐桿的下端與載物圓臺的上表面固定連接，緊固件的上端與支撐 桿的上端鉸接，緊固件通過還通過彈簧與載物圓臺的上表面連接，彈簧的上端與緊固件的 上部連接，彈簧的下端與載物圓臺的上表面固定連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄片砂輪平面度檢測裝置，其特征在于:所述的XY軸滑臺 驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括X向伺服電機(jī)和Y向伺服電機(jī)，X向伺服電機(jī)和Y向伺服電機(jī)分別設(shè)置在X軸滑 臺和Y軸滑臺的兩端，X向伺服電機(jī)和Y向伺服電機(jī)的輸入端均與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的輸出端連 接。5. 利用權(quán)利要求1所述的一種薄片砂輪平面度檢測裝置進(jìn)行的檢測方法，其特征在于， 包括以下步驟： A:將待檢測薄片砂輪平放在載物圓臺中央，并用緊固裝置將薄片砂輪固定在載物圓臺 上； B:利用工業(yè)計(jì)算機(jī)的程序?qū)向伺服電機(jī)、Y向伺服電機(jī)和激光位移傳感器的參數(shù)進(jìn)行 配置;利用工業(yè)計(jì)算機(jī)控制X向伺服電機(jī)和Y向伺服電機(jī)驅(qū)動XY軸滑臺帶動激光位移傳感器 在砂輪上表面進(jìn)行采樣； C:激光位移傳感器將采樣點(diǎn)采集的原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)送至工業(yè)計(jì)算機(jī)； D:工業(yè)計(jì)算機(jī)對激光位移傳感器采樣點(diǎn)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波去噪處理后得到處 理數(shù)據(jù)； E:將處理數(shù)據(jù)以采樣次序的序號為橫坐標(biāo)、以處理數(shù)據(jù)的值的大小為縱坐標(biāo)排列在二 維直角坐標(biāo)系中，然后對二維直角坐標(biāo)系中的處理數(shù)據(jù)按一定間隔取一最大值作為特征 點(diǎn)，再利用最小二乘法對特征點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，獲得可表征砂輪表面宏觀輪廓的二維 擬合曲線； F:用激光位移傳感器采樣路徑上的采樣點(diǎn)坐標(biāo)代替步驟E得到的二維擬合曲線的橫坐 標(biāo)，將二維擬合曲線轉(zhuǎn)換為三維空間曲線； G:選擇砂輪的一條直徑線并作與之垂直直徑線的平行平面，同時保證該平面與選擇的 直徑線平行，將該平面作為評定砂輪平面度的基準(zhǔn)平面;利用三維直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法，使 三維直角坐標(biāo)系的一條坐標(biāo)軸垂直于基準(zhǔn)平面，獲得新的三維直角坐標(biāo)系，并將步驟F得到 的三維空間曲線在新的三維直角坐標(biāo)系中重新計(jì)算，獲得新的三維空間曲線； H:在步驟G得到的新的三維直角坐標(biāo)系中，在垂直于基準(zhǔn)平面的坐標(biāo)軸上，計(jì)算步驟G 得到的新的三維空間曲線的分布范圍，即步驟G得到的新的三維空間曲線上的所有點(diǎn)，在垂 直于基準(zhǔn)平面的坐標(biāo)軸上坐標(biāo)的極差值； I:將步驟G選擇的直徑線繞砂輪圓心旋轉(zhuǎn)一定角度，重復(fù)步驟G和步驟H，直至所有選擇 的直徑線均分整個砂輪，獲得在不同的基準(zhǔn)平面條件下，經(jīng)過重新計(jì)算后獲得的三維空間 曲線在垂直基準(zhǔn)平面方向坐標(biāo)軸上的極差值； J:計(jì)算步驟I中所有極差值的最小值，作為被檢測砂輪的平面度，并將該平面度與預(yù)設(shè) 閾值比較，以判定被檢砂輪平面度是否合格。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種薄片砂輪平面度檢測方法，其特征在于:步驟B中所述的 激光位移傳感器在砂輪表面進(jìn)行掃描采樣時的采樣路徑為環(huán)形正弦波曲線、環(huán)形三角波曲 線或者環(huán)形方波曲線，且掃描路徑需覆蓋砂輪表面整體區(qū)域。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種薄片砂輪平面度檢測方法，其特征在于：步驟E中對特征 點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合的方法采用最小二乘法。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種薄片砂輪平面度檢測方法，其特征在于:步驟G中所述的 三維直角坐標(biāo)系的一條坐標(biāo)軸為z軸。
【文檔編號】G01B11/30GK105890550SQ201610255062
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】師超鈺, 馮克明, 朱建輝
【申請人】鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司