【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超精密加工，具体而言，涉及一种基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法。
技术介绍
1、超精密磨削加工具有高加工质量及效率、适应能力强以及加工成本低等优势，已成为现阶段实现复杂薄壁构件加工的主流方式之一。随着磨削周期的不断增加，磨削刀具如球头砂轮不可避免会在径向尺寸上发生变化即形成磨损，若径向尺寸变化值超过阈值范围就会影响到被加工件的面型精度及表面质量。基于此，如何高效精准地实现对磨削工具的径向尺寸监测已成为提升磨削加工效率与表面质量，降低表面/亚表面损伤的关键所在。
2、当下，针对小直径砂轮的径向尺寸的测量方法包括游标卡尺等常规测量工具测量、投影测量法及位移传感器测量。其中，常规工具测量检测过程便捷且检测成本低，但检测精度较差，因此该种检测方式主要应用于尺寸精度要求不严格的场合的使用。投影测量法则是通过投影获取被测物体的三维形貌，并根据形貌特征求解出对应的轮廓尺寸，但该方法大多数应用于离线测量且测量成本相对较高。此外，检测结果受人为主观因素的影响较大。相较于前两种测试方法，基于位移传感器的尺寸测量方法在保证测量结果精度满足要求的前提下大幅提升了测量效率，已成为目前球头砂轮尺寸测量的主要方式，但测试过程中引入的干扰信号和机床震动都会影响测试结果的真实性，且现有在位测量多为接触式测量，其分辨率往往不适用于小直径球头砂轮磨较小的磨损量分析。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：
2、现有在为测量方法无法
3、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案：
4、本专利技术提供了一种基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，包括如下步骤：
5、步骤一：将激光位移传感器与微位移平台相连，将激光位移传感器与微位移平台固定于机床x-y平面内；
6、步骤二：将未经使用的球头砂轮装夹于工具主轴的末端，作为砂轮磨损量测量的基准；
7、步骤三：控制u轴与z轴，使球头砂轮沿砂轮轴线倾斜角度方向移动一定距离s，通过各位置处u轴和z轴结果实现砂轮轴线倾角β的校准；
8、步骤四：根据采样轨迹所在平面以及砂轮轮廓采样长度l，得到采样起点与终点；
9、步骤五：采用激光位移传感器对球头砂轮相对位移数据进行往复采集；
10、步骤六：对激光位移传感器往复采样数据进行滤波降噪处理；
11、步骤七：对滤波降噪后的信号进行拟合，得到未经磨削的球头砂轮轮廓尺寸；
12、步骤八：采用与作为基准的球头砂轮相同的采样起点与终点，采用激光位移传感器对超精密磨削后的球头砂轮相对位移数据进行往复采集，按步骤六至七的方法，进一步得到的球头砂轮轮廓尺寸，将球头砂轮轮廓尺寸与作为基准的球头砂轮轮廓尺寸作对比，得到超精密磨削加工后的球头砂轮磨损量。
13、进一步地，步骤三包括如下步骤：
14、步骤三一：控制z轴调节激光位移传感器与球头砂轮的距离，使激光位移传感器测试球头砂轮的结果尽可能大，记录对应的的(u，z)值；
15、步骤三二：协调控制u轴与z轴，使球头砂轮沿其倾斜角度方向移动一定距离s，重复步骤三一的操作，记录对应的(u，z)值，构建距离s与u轴与z轴位移量之间的关系：
16、δu＝s·cosβ (1)
17、δz＝s·sinβ (2)
18、步骤三三：重复上述步骤三二的操作，得到一系列坐标(ui,zi)(i＝1,2,3,…,m)，其中m表示为累计测试次数；
19、步骤三四：将数据(ui,zi)(i＝1,2,3,…,m)进行线性拟合，计算得到球头砂轮轴线倾斜角度β。
20、进一步地，步骤四中所述采样轨迹所在平面与水平面的角度为β。
21、进一步地，步骤四中根据小直径球头砂轮磨削加工工件时的磨削轨迹确定砂轮轮廓采样长度l，所述采样起点与终点选自不参加磨削的区域。
22、进一步地，步骤五中所述采用激光位移传感器对球头砂轮相对位移数据进行往复采集，具体为：
23、基于校准后的轴向轮廓角度β，重新调整数据采集时球头砂轮的运行轨迹：
24、u'＝l·cosβ (3)
25、z'＝l·sinβ (4)
26、采用激光位移传感器对球头砂轮相对位移数据进行往复采集。
27、进一步地，步骤六中所述对激光位移传感器往复采样数据进行滤波降噪处理，具体为：首先，采用希尔伯特-黄变换对采样数据进行滤波降噪处理，然后对处理后的数据进行均值化运算，进一步消除采样误差。
28、进一步地，所述采用希尔伯特-黄变换对采样数据进行滤波降噪处理，包括如下步骤：
29、(1)计算信号的局部极大值点及极小值点，利用三次样条曲线分别连接信号的极大值点和极小值点，构建上下包络线；
30、(2)求出往复采样数据信号x(t)上、下包络线的均值，记作m1(t)，并求出信号x(t)和包络均值m1(t)的差值，记作h1(t)：。
31、h1(t)＝x(t)-m1(t) (5)
32、(3)判断h1(t)是否符合imf分量的两个约束前提，若是符合，则转到步骤(4)把h1(t)作为从信号x(t)中筛选出的第一个imf分量，记作c1(t)；若不符合，则将h1(t)替换x(t)作为原始信号，循环运行步骤(1)～(3)，至符合imf的两个前提条件为止；
33、h1k(t)＝h1(k-1)(t)-m1k(t) (6)
34、其中，k为循环次数；
35、循环筛选停止的条件为
36、
37、其中，sd为两个相邻分量的标准差，设置在0.2和0.3之间；
38、(4)选取符合imf约束条件的imf分量，得到残差信号：
39、r1(t)＝x(t)-c1(t) (8)
40、将r1(t)作为新的原始信号，重复步骤(1)～(3)，得到：
41、
42、(5)当rn(t)是单调函时，结束以上步骤，将rn(t)作为信号最终的残差项，于是往复采集数据x(t)的emd分解过程可表示为：
43、
44、其中，表示原始信号x(t)经过希尔伯特黄变换后的信号。
45、进一步地，所述方法还包括对往复周期数的确定，具体为对不同往复周期下的采样擦痒数据进行圆拟合，计算拟合圆半径误差率，进一步确定往复周期数。
46、进一步地，所述拟合圆半径误差率的计算方法为：
47、
48、进一步地，步骤七中采用最小二乘法对滤波降噪后的信号进行拟合，得到未经磨削的球头砂轮轮廓尺寸。
49、相较于现有技术，本专利技术的有益效果是：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，步骤三包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，步骤四中所述采样轨迹所在平面与水平面的角度为β。
4.根据权利要求3所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，步骤四中根据小直径球头砂轮磨削加工工件时的磨削轨迹确定砂轮轮廓采样长度L，所述采样起点与终点选自不参加磨削的区域。
5.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，步骤五中所述采用激光位移传感器对球头砂轮相对位移数据进行往复采集，具体为：
6.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于
7.根据权利要求6所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，所述采用希尔伯特-黄变换对采样数据进行滤波降噪处理，包括如下步骤：
8.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，所述方法还包括对往复周期数的确定，具体为对不同往复周期下的采样擦痒数据进行圆拟合，计算拟合圆半径误差率，进一步确定往复周期数。
9.根据权利要求8所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，所述拟合圆半径误差率的计算方法为：
10.根据权利要求9所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，步骤七中采用最小二乘法对滤波降噪后的信号进行拟合，得到未经磨削的球头砂轮轮廓尺寸。
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，步骤三包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，步骤四中所述采样轨迹所在平面与水平面的角度为β。
4.根据权利要求3所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，步骤四中根据小直径球头砂轮磨削加工工件时的磨削轨迹确定砂轮轮廓采样长度l，所述采样起点与终点选自不参加磨削的区域。
5.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在于，步骤五中所述采用激光位移传感器对球头砂轮相对位移数据进行往复采集，具体为：
6.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器往复扫描确定超精密磨削加工小直径球头砂轮磨损量的分析方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘赫男，周子涵，陈明君，程健，吴春亚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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