高速回转智能镗杆径向微位移实时检测方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高速回转智能镗杆径向微位移实时检测方法及装置。在高速回转的智能镗杆同一截面处正交布置两个电涡流微位移传感器，以获取智能镗杆径向进给信号，在主轴末端安装光电编码器，以测得主轴回转角度的信号，当镗刀转到编码器零位时触发采样，采样每一个角度下的信号，传输给数据采集卡，进行智能镗杆回转多圈的采样后，同时考虑由智能镗杆的初始预压力形成的偏心量，最后根据两路电涡流微位移传感器信号和光电编码器信号得出智能镗杆径向微位移。本发明通过对高速回转智能镗杆径向微位移的实时检测，能得到智能镗杆每个角度下的实际进给量，同时可反馈给控制器，实现加工系统的闭环控制，从而达到提高智能镗杆实际加工精度的目的。
【专利说明】高速回转智能镗杆径向微位移实时检测方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及径向位移测量方法及装置，特别是涉及一种高速回转智能镗杆径向微位移实时检测方法及装置。
【背景技术】
[0002]活塞是发动机的核心零件之一，对发动机乃至整机的性能指标有着重要的影响，传统的圆柱销孔所受的应力分布极不均匀，内侧应力最大，易产生应力集中，而外侧应力最小。而非圆异形销孔结构能有效地改善活塞销孔的应力分布，减少活塞销孔的应力集中，提高其承载能力和使用寿命，活塞销孔形状逐渐向喇叭口(倒锥形孔)与椭圆及变椭圆的组合型孔(异型孔)方向发展。
[0003]研发异形销孔精密镗削加工技术的关键在于实现镗刀的径向可控位移，其中镗刀径向微位移的检测技术是其核心内容之一。课题组采用将超磁致伸缩智能材料直接嵌入镗杆的方式，研制了一种结构简单的精密加工活塞异形销孔的智能镗杆，当GMM在励磁磁场作用下产生伸缩变形，同时输出的位移/力可迫使镗杆弯曲变形，实现所需的径向微进给运动用于异形销孔精密加工。加工时，智能镗杆高速旋转，镗刀的径向微位移很难从刀尖直接获得，对于一般的圆锥形异形销孔，现有一点法，即用一个电涡流微位移传感器测量，并结合最小二乘法处理可得回转智能镗杆的圆度误差和偏移，但这种方法每算一个径向偏移量就必须测得智能镗杆旋转一周的数据，因此无法实现各个转角时的径向微位移实时测量和控制。目前国内有人提出了用两点法测量智能镗杆径向微位移，此时需将智能镗杆径向位移量分解为水平和竖直方向两个分量，微位移计算公式较复杂；每周只测量18个点，不适合与非圆截面异形销孔加工的精密测量；且只研究了固定进给量的情况，未实现变进给量的检测，同时未考虑实际加工过程中无法直接测量智能镗杆末端位移的限制。
【发明内容】
[0004]为了实现高速回转智能镗杆径向微位移的实时检测，以提高非圆孔的加工精度，本发明的目的在于提供一种高速回转智能镗杆径向微位移实时检测方法及装置，以获得镗刀径向微位移信息并将其实时反馈给控制器，实现精密镗削加工的闭环控制，从而达到提高非圆孔实际加工精度的目的。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]—、一种高速回转智能Il杆径向微位移实时检测方法:
[0007]步骤1)，在高速回转智能镗杆同一截面处正交布置第一电涡流微位移传感器和第二电涡流微位移传感器，测量智能镗杆径向进给信号，同时于主轴末端安装光电编码器，以测量智能镗杆回转角度信号；
[0008]步骤2)，当智能镗杆转到光电编码器零位时触发采样，每采样一个角度下的信号，分别经过第一前置器和第二前置器，再经滤波电路滤波，传输给数据采集卡，进行智能镗杆回转多圈的采样，在极坐标下，用最小二乘原理求解被测截面极径傅里叶级数的一阶谐波系数，得出由智能镗杆初始预压力下形成的偏心量e ；
[0009]步骤3)，再根据两路电涡流微位移传感器进给信号和光电编码器角度信号，推导出智能镗杆径向微位移量。
[0010]2、根据权利要求1所述的高速回转智能镗杆径向微位移实时检测的方法，其特征在于:
[0011]所述步骤2)中进行智能镗杆回转多圈的采样，在极坐标中，建立公式:
【权利要求】
1.一种高速回转智能镗杆径向微位移实时检测方法，其特征在于: 步骤1)，在高速回转智能镗杆同一截面处正交布置第一电涡流微位移传感器和第二电涡流微位移传感器，测量智能镗杆径向进给信号，同时于主轴末端安装光电编码器，以测量智能镗杆回转角度信号； 步骤2)，当智能镗杆转到光电编码器零位时触发采样，每采样一个角度下的信号，分别经过第一前置器和第二前置器，再经滤波电路滤波，传输给数据采集卡，进行智能镗杆回转多圈的采样，在极坐标下，用最小二乘原理求解被测截面极径傅里叶级数的一阶谐波系数，得出由智能镗杆初始预压力下形成的偏心量e ; 步骤3)，再根据两路电涡流微位移传感器进给信号和光电编码器角度信号，推导出智能镗杆径向微位移量。
2.根据权利要求1所述的高速回转智能镗杆径向微位移实时检测方法，其特征在于: 所述步骤2)中进行智能镗杆回转多圈的采样，在极坐标中，建立公式:
3.用于权利要求1所述方法的一种高速回转智能镗杆径向微位移实时检测装置，其特征在于:包括第一电涡流微位移传感器(3)、第二电涡流微位移传感器(4)、光电编码器(5)、数据采集卡(6)、滤波电路(7)、第一前置器(8)、第二前置器(9)和计算机(10);在机床主轴(I)前端同一截面处的智能镗杆(2)上分别正交布置第一电涡流微位移传感器(3)和第二电涡流微位移传感器(4)，在机床主轴(I)后端安装光电编码器(5)，第一电涡流微位移传感器(3 )经第一前置器(8 )和第一滤波电路与数据采集卡(6 )电连接，第二电涡流微位移传感器(4 )经第二前置器(9 )和第二滤波电路与数据采集卡(6 )电连接，光电编码器(5 )与数据采集卡(6)电连接，数据采集卡(6)与计算机(10)电连接。
4.根据权利要求3所述的一种高速回转智能镗杆径向微位移实时检测装置，其特征在于:所述的两路滤波电路结构相同，均有两个电阻和两个电容构成。
5.根据权利要求3所述的一种高速回转智能镗杆径向微位移实时检测装置，其特征在于:所述的两个电涡流微位移传感器型号均为CWY-D0-810503-00-03-05-02L。
【文档编号】B23Q17/00GK103447886SQ201310363204
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】邬义杰, 黄静, 彭黄湖, 章一智 申请人:浙江大学