阅读说明：本技术 圆柱面直线度检测装置及其检测方法以及无心磨床 (Cylindrical surface straightness detection device and detection method thereof, and centerless grinding machine ) 是由 陈新春 蹤雪梅 王灿 于 2020-07-27 设计创作，主要内容包括：本公开涉及一种圆柱面直线度检测装置及其检测方法以及无心磨床,其中,圆柱面直线度检测装置包括：工件支撑平台；至少两个工件支撑件,设置在工件支撑平台上,其被配置为水平支撑被测圆柱工件；传感器支撑平台；传感器支架,设置在传感器支撑平台上；多个位移检测传感器,安装在传感器支架上并沿着被测圆柱工件的长度方向布置,其被配置为检测被测圆柱工件的轮廓位置参数；以及信号处理部件,被配置为接收位移检测传感器检测的位置参数,并转换为被测圆柱工件的直线度数据。本公开圆柱面直线度检测装置减少了位移检测传感器在移动时造成的误差,提高了直线度检测精确度。(The disclosure relates to a cylindrical surface straightness detection device and a detection method thereof and a centerless grinding machine, wherein the cylindrical surface straightness detection device comprises: a workpiece support platform; at least two workpiece supports disposed on the workpiece support platform and configured to horizontally support a cylindrical workpiece under test; a sensor support platform; the sensor bracket is arranged on the sensor supporting platform; a plurality of displacement detection sensors mounted on the sensor holder and arranged along a length direction of the cylindrical workpiece to be measured, and configured to detect contour position parameters of the cylindrical workpiece to be measured; and the signal processing component is configured to receive the position parameters detected by the displacement detection sensor and convert the position parameters into straightness data of the cylindrical workpiece to be detected. The cylindrical surface straightness detection device reduces errors caused by movement of the displacement detection sensor, and improves straightness detection accuracy.)

圆柱面直线度检测装置及其检测方法以及无心磨床

技术领域

本公开涉及机械检测技术领域，尤其涉及一种圆柱面直线度检测装置及其检测方法以及无心磨床。

背景技术

随着工业的进步，在圆柱面磨削加工领域，对产品外圆的形位公差度提出了更高的要求。在现有的磨削过程中，一般对工件采用专用的检测仪器进行圆度和直线度检测，再根据检测结果修正磨削参数。直径>100mm、长度>3000mm圆柱面广泛应用于大型机械装备关键零部件。随着高质量发展需求不断深入机械行业，近年来，机械行业越来越重视直径>100mm、长度>3000mm圆柱面加工质量提升，一般需要对工件采用专用的检测仪器进行圆度和直线度检测，然而，检测仪器还存在精确度不够高的情况。

发明内容

经发明人研究发现，相关技术中存在检测精确度不够高的问题。

有鉴于此，本公开实施例提供一种圆柱面直线度检测装置及其检测方法以及无心磨床，能够提高检测精确度。

本公开的一些实施例提供了一种圆柱面直线度检测装置，用于检测被测圆柱工件的直线度，其包括：

工件支撑平台；

至少两个工件支撑件，设置在工件支撑平台上，其被配置为水平支撑被测圆柱工件；

传感器支撑平台；

传感器支架，设置在传感器支撑平台上；

多个位移检测传感器，安装在传感器支架上并沿着被测圆柱工件的长度方向布置，其被配置为检测被测圆柱工件的轮廓位置参数；以及

信号处理部件，被配置为接收位移检测传感器检测的位置参数，并转换为被测圆柱工件的直线度数据。

在一些实施例中，多个位移检测传感器在沿着被测圆柱工件的长度方向上呈等间距布置。

在一些实施例中，位移检测传感器包括二维激光位移传感器。

在一些实施例中，工件支撑件包括V型支撑件或U型支撑件。

在一些实施例中，位移检测传感器相对于传感器支架在竖直和水平两个方向上的位置可调。

在一些实施例中，传感器支架上设有对位移检测传感器进行定位的定位板，定位板上设有与位移检测传感器固定设置的校准机构，其被配置为将多个位移检测传感器校准至同一直线。

在一些实施例中，校准机构包括激光对中仪或激光跟踪仪。

在一些实施例中，传感器支撑平台底部设有与地面支撑接触的可调隔振垫铁；工件支撑平台底部设有与地面支撑接触的可调隔振垫铁。

在一些实施例中，多个位移检测传感器包括至少6个位移检测传感器。

本公开的一些实施例提供了一种无心磨床，包括前述圆柱面直线度检测装置。

本公开的一些实施例提供了一种前述圆柱面直线度检测装置的检测方法，包括：

放置步骤：将被测圆柱工件放置在至少两个工件支撑件上；

校准步骤：调整位移检测传感器的位置，使得多个位移检测传感器位于同一直线，位移检测传感器的光幕与被测圆柱工件的轴线垂直，且位移检测传感器的光幕对称中心线与被测圆柱工件的径向重合；

检测步骤：利用位移检测传感器对被测圆柱工件的轮廓位置参数进行检测并传送给信号处理部件；

参数修正步骤：利用信号处理部件对被测圆柱工件受重力引起的挠度进行计算，获得被测圆柱工件的轮廓位置修正参数；

计算步骤：利用信号处理部件将轮廓位置修正参数转换为被测圆柱工件的直线度数据。

在一些实施例中，至少两个工件支撑件包括两个工件支撑件；

在放置步骤中，被测圆柱工件居中放置在两个所述工件支撑件上；

对被测圆柱工件的轮廓位置参数进行检测的步骤包括：建立直线度测量坐标系，沿被测圆柱工件的径向中的水平方向为x轴方向，沿被测圆柱工件的径向中的竖直方向为y轴方向，沿被测圆柱工件的轴向为z轴方向，位移检测传感器对被测圆柱工件检测的轮廓位置参数数据记为，其表示第j个位移检测传感器的第i个数据点，i＝1，2，3…，j＝1，2，3…；

参数修正步骤包括：轮廓位置修正参数数据记为(x_ij，y_ij)，被测圆柱工件受重力引起的挠度记为Δy_ij，其中y_ij＝y_ij′+Δy_ij；

Δy_ij计算方法为：

当0≤z≤a时，

当a≤z≤L₀-a时，

当L₀-a≤z≤L₀时，

其中，a为被测圆柱工件第一端部到较近的工件支撑件的支撑点之间距离，L₀为被测圆柱工件的工件总长，z为位移检测传感器对应被测圆柱工件的位置与第一端部的距离，g为被测圆柱工件单位长度所受重力，E为被测圆柱工件的弹性模量为，I为被测圆柱工件的惯性矩。

因此，根据本公开实施例，通过设置至少两个工件支撑件并沿着被测圆柱工件的长度方向布置多个位移检测传感器，多个位移检测传感器能够在不同位置对被测圆柱工件的轮廓位置参数进行检测，继而信号处理部件计算出被测圆柱工件的直线度数据，减少了位移检测传感器在移动时造成的误差，提高了直线度检测精确度，本公开检测方法考虑到了因重力造成的挠度对检测精确度的影响，从而进行数据修正，也提高了直线度检测精确度。

附图说明

此处构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是本公开圆柱面直线度检测装置的一些实施例的结构示意图；

图2是本公开圆柱面直线度检测装置的一些实施例中位移检测传感器和被测圆柱工件的结构示意图；

图3是本公开圆柱面直线度检测装置的一些实施例中位移检测传感器和被测圆柱工件在另一视角的结构示意图。

附图标记说明

1、信号处理部件；2、传感器支撑平台；3、传感器支架；4、被测圆柱工件；5、工件支撑件；6、工件支撑平台；7、位移检测传感器。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、装置和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、装置和设备应当被视为说明书的一部分。

结合图1～图3所示，本公开的一些实施例提供了一种圆柱面直线度检测装置，用于检测被测圆柱工件4的直线度，其包括：工件支撑平台6、至少两个工件支撑件5、传感器支撑平台2、传感器支架3、多个位移检测传感器7(图1中未示出)以及信号处理部件1，其中，工件支撑件5设置在工件支撑平台6上，其被配置为水平支撑被测圆柱工件4；传感器支架3设置在传感器支撑平台2上；多个位移检测传感器7安装在传感器支架3上并沿着被测圆柱工件4的长度方向布置，其被配置为检测被测圆柱工件4的轮廓位置参数；信号处理部件1被配置为接收位移检测传感器7检测的位置参数，并转换为被测圆柱工件4的直线度数据。

在该示意性的实施例中，结合图1和图2所示，通过设置至少两个工件支撑件5并沿着被测圆柱工件4的长度方向布置多个位移检测传感器7，多个位移检测传感器7能够在不同位置对被测圆柱工件4的轮廓位置参数进行检测，继而信号处理部件1计算出被测圆柱工件的直线度数据，减少了位移检测传感器在移动时造成的误差，提高了直线度检测精确度。

如图2所示，在一些实施例中，多个位移检测传感器7在沿着被测圆柱工件4的长度方向上呈等间距L布置，以提高检测准确度，在一些实施例中，多个位移检测传感器7包括至少6个位移检测传感器7。

由于多个位移检测传感器7在沿着被测圆柱工件4的长度方向上布置，因此无需检测被测圆柱工件4的长度方向(亦即轴向)上的位置参数，在一些实施例中，位移检测传感器7包括二维激光位移传感器，从而简化结构设置，具有较高的可实施性。

对于工件支撑件5如何水平支撑被测圆柱工件4，如图1所示，在一些实施例中，工件支撑件5包括V型支撑件或U型支撑件，以确保支撑稳定性。

为提高使用范围，在一些实施例中，位移检测传感器7相对于传感器支架3在竖直和水平两个方向上的位置可调，使得位移检测传感器7能够检测不同尺寸大小的被测圆柱工件4，具有较高的适用性范围。

为确保检测准确度，在一些实施例中，传感器支架3上设有对位移检测传感器7进行定位的定位板，定位板上设有与位移检测传感器7固定设置的校准机构，其被配置为将多个位移检测传感器7校准至同一直线。

作为校准机构的一种实现方式，在一些实施例中，校准机构包括激光对中仪或激光跟踪仪。激光对中仪和激光跟踪仪均能够通过调整位移检测传感器7的位置来使得多个位移检测传感器7位于同一直线，保证位移检测传感器7的光幕与被测圆柱工件4的轴线垂直，且位移检测传感器7的光幕对称中心线与被测圆柱工件4的径向重合，具有较高的可实施性。

为减少外部对检测的影响，在一些实施例中，传感器支撑平台2底部设有与地面支撑接触的可调隔振垫铁；同理，工件支撑平台6底部设有与地面支撑接触的可调隔振垫铁。

本公开的一些实施例提供了一种无心磨床，包括前述圆柱面直线度检测装置，无心磨床相应地具有上述有益技术效果。本公开圆柱面直线度检测装置能够与无心磨实现快速集成，实现无心磨床在线直线度与圆度检测。

现有的检测方法未考虑到在检测过程中因重力造成的挠度对检测精确度的影响，本公开的一些实施例提供了一种前述圆柱面直线度检测装置的检测方法，包括：

放置步骤：将被测圆柱工件4放置在至少两个工件支撑件5上；

校准步骤：调整位移检测传感器7的位置，使得多个位移检测传感器7位于同一直线，位移检测传感器7的光幕与被测圆柱工件4的轴线垂直，且位移检测传感器7的光幕对称中心线与被测圆柱工件4的径向重合；

检测步骤：利用位移检测传感器7对被测圆柱工件4的轮廓位置参数进行检测并传送给信号处理部件1；

参数修正步骤：利用信号处理部件1对被测圆柱工件4受重力引起的挠度进行计算，获得被测圆柱工件4的轮廓位置修正参数；

计算步骤：利用信号处理部件1将轮廓位置修正参数转换为被测圆柱工件4的直线度数据。

该方法通过计算获得被测圆柱工件4受重力引起的挠度，获得被测圆柱工件4的轮廓位置修正参数去除了挠度对检测精确度的影响，提高了检测精确度。

在一些实施例中，如图1所示，至少两个工件支撑件5包括两个工件支撑件5；

在放置步骤中，被测圆柱工件4居中放置在两个工件支撑件5上；

对被测圆柱工件4的轮廓位置参数进行检测的步骤包括：建立直线度测量坐标系，沿被测圆柱工件4的径向中的水平方向为x轴方向，沿被测圆柱工件4的径向中的竖直方向为y轴方向，沿被测圆柱工件4的轴向为z轴方向，坐标原点、x轴方向、y轴方向分别与位移检测传感器7的坐标原点、x轴方向、y轴方向重合，位移检测传感器7对被测圆柱工件4检测的轮廓位置参数数据记为(x_ij，y_ij′)，其表示第j个位移检测传感器7的第i个数据点，i＝1，2，3…，j＝1，2，3…；

参数修正步骤包括：轮廓位置修正参数数据记为(x_ij，y_ij)，被测圆柱工件4受重力引起的挠度记为Δy_ij，其中y_ij＝y_ij′+Δy_ij；

Δy_ij计算方法为：

当0≤z≤a时，

当a≤z≤L₀-a时，

当L₀-a≤z≤L₀时，

其中，a为被测圆柱工件4第一端部到较近的工件支撑件5的支撑点之间距离，L₀为被测圆柱工件4的工件总长，z为位移检测传感器7对应被测圆柱工件4的位置与第一端部的距离，g为被测圆柱工件4单位长度所受重力，E为被测圆柱工件4的弹性模量为，I为被测圆柱工件4的惯性矩。

根据最小二乘拟合圆心，有

每个截面圆心坐标为

据此，可得

计算点到中线径向距离

距离最大值二倍为空间直线度

f＝2R_max (6)

根据公式(2)可计算获得每个截面离散点距离圆心距离最大值与最小值之差为该截面圆度。

通过实践论证，利用上述数值计算方法，更加准确地计算出被测圆柱工件4的直线度。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。