一種面向滾珠螺母內滾道曲面的高精度光纖檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于滾珠螺母的加工質量高精度檢測領域，涉及一種面向滾珠螺母內滾道 曲面的高精度光纖檢測方法。
【背景技術】
[0002] 滾珠絲杠螺母副由于具有高效率、高精度、高剛度、低成本等特點，被廣泛應用于 機械、航天、航空、核工業等領域。高速精密滾珠絲杠副是發展高精密機械的關鍵部件，對于 高精度的滾珠絲杠螺母，其復雜的內滾道表面大大增加了檢測難度，傳統的檢測方法有固 定式檢測儀法、鋼珠接觸法及相對測量等方法，但這些均屬于接觸式測量，無法滿足滾珠絲 杠螺母副的快速高精度檢測。要實現滾珠螺母的高精度檢測，只能對其進行非接觸檢測。
[0003] 滾珠螺母的高精度檢測，不僅包括螺母的表面參數（內徑、外徑等）的檢測，還包 括螺母的內滾道曲面參數（導程、螺旋升角等）的檢測。而目前新興研宄的機器視覺和光 學測量等非接觸式測量方法也或多或少存在一些缺點，具體表現在：1)機器視覺的檢測精 度過度依賴相機的拍攝分辨率，且二維的數字圖像損失了大量的檢測指標，例如不能檢測 其內滾道的情況以及螺旋升角（即螺旋角）等，因此無法全面評價滾珠螺母的加工質量；2) 單純的應用光纖探頭來檢測滾珠螺母的內表面，由于光纖傳感受原理所限，對于被測面傾 角過大的情況，接收光纖無法接收到反射光，測量結果無法有效說明被測體的精度。因此， 為了彌補以上研宄現狀的不足，需要一種新的能檢測滾珠螺母內滾道曲面三維形貌的高精 度檢測方法。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種面向滾珠螺母內滾道曲面的高精度光纖檢測方法。
[0005] 為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：
[0006] 1)將滾珠螺母安裝在運動平臺上，將光纖傳感器探頭相對滾珠螺母的中心軸線以 滾珠螺母螺旋角進行安裝；
[0007] 2)經過步驟1)后，利用運動平臺使滾珠螺母轉動，滾珠螺母每轉動一周，使光纖 傳感器探頭直線移動一個滾珠螺母螺距，直至光纖傳感器探頭沿著滾珠螺母內滾道完成檢 測，然后根據光纖傳感器探頭光強調制曲線的數學模型，得到光纖傳感器探頭與滾珠螺母 滾道型面間的測距數據D = W1, d2,...，dn}，η表示測距點個數；
[0008] 3)根據測距數據以及滾珠螺母工件坐標系與滾珠螺母內滾道法向截面坐標系的 變換關系求得實際測得的滾珠螺母內螺旋線空間坐標。
[0009] 所述光纖傳感器探頭包括對稱設置的兩個探頭分支，兩個探頭分支之間存在夾 角，每個探頭分支包括若干個探頭單元，每個探頭單元包括至少一個三光纖對，所述三光纖 對由發射光纖和對稱分布在發射光纖兩側的各一個接收光纖組成。
[0010] 每個探頭單元包括一根發射光纖以及在發射光纖周圍均布的四根接收光纖。
[0011] 每個探頭分支的探頭單元的數量隨被檢測滾珠螺母的滾道半徑增大而在一維方 向上進行相應擴展。
[0012] 對于探頭單元中的任意一個三光纖對，分別計算所述三光纖對中兩個發射接收光 纖對各自所對應的M，其中一個發射接收光纖對由所述三光纖對中的發射光纖與所述三光 纖對中的一個接收光纖構成，另一個發射接收光纖對由所述三光纖對中的發射光纖與所述 三光纖對中的另一個接收光纖構成：
[0013] M=S1ZS
[0014] (1)當 |EK| < p_rK時
[0015] S1= 0
[0016] (2)當 IEKI 彡 p+r#t
[0017] S1= Jir E2
[0018] (3)當？-1'/舊1(|〈?+1'1；時，則發射光經反射面反射到接收光纖端面所在平面處 的橢圓光斑輪廓與對應接收光纖端面輪廓必存在兩個對稱交點，設兩交點坐標分別為
【主權項】
1. 一種面向滾珠螺母內滾道曲面的高精度光纖檢測方法，其特征在于：包括w下步 驟： 1) 將滾珠螺母安裝在運動平臺上，將光纖傳感器探頭相對滾珠螺母的中屯、軸線W滾珠 螺母螺旋角進行安裝； 2) 經過步驟1)后，利用運動平臺使滾珠螺母轉動，滾珠螺母每轉動一周，使光纖傳感 器探頭直線移動一個滾珠螺母螺距，直至光纖傳感器探頭沿著滾珠螺母內滾道完成檢測， 然后根據光纖傳感器探頭光強調制曲線的數學模型，得到光纖傳感器探頭與滾珠螺母滾道 型面間的測距數據D= {di，d2,...，屯}，n表示測距點個數； 3) 根據測距數據W及滾珠螺母工件坐標系與滾珠螺母內滾道法向截面坐標系的變換 關系求得實際測得的滾珠螺母內螺旋線空間坐標。
2. 根據權利要求1所述一種面向滾珠螺母內滾道曲面的高精度光纖檢測方法，其特征 在于；所述光纖傳感器探頭包括對稱設置的兩個探頭分支，兩個探頭分支之間存在夾角，每 個探頭分支包括若干個探頭單元，每個探頭單元包括至少一個=光纖對，所述=光纖對由 發射光纖和對稱分布在發射光纖兩側的各一個接收光纖組成。
3. 根據權利要求2所述一種面向滾珠螺母內滾道曲面的高精度光纖檢測方法，其特征 在于；每個探頭單元包括一根發射光纖W及在發射光纖周圍均布的四根接收光纖。
4. 根據權利要求2所述一種面向滾珠螺母內滾道曲面的高精度光纖檢測方法，其特征 在于；每個探頭分支的探頭單元的數量隨被檢測滾珠螺母的滾道半徑增大而在一維方向上 進行相應擴展。
5. 根據權利要求2所述一種面向滾珠螺母內滾道曲面的高精度光纖檢測方法，其特征 在于；對于探頭單元中的任意一個=光纖對，分別計算所述=光纖對中兩個發射接收光纖 對各自所對應的M，其中一個發射接收光纖對由所述=光纖對中的發射光纖與所述=光纖 對中的一個接收光纖構成，另一個發射接收光纖對由所述=光纖對中的發射光纖與所述= 光纖對中的另一個接收光纖構成： M=Si/S (1)當 |EK|《p-rR時 Si= 0 似當|EK| >p+rE時 Si = 31 r / (3)當p-rE<|EK|<p+rE時，則發射光經反射面反射到接收光纖端面所在平面處的楠 圓光斑輪廓與對應接收光纖端面輪廓必存在兩個對稱交點，設兩交點坐標分別為（q，yi)、 (q，-yi)，則
、
I- - y 其中，Si為S光纖對中一個接收光纖RF的有效接收面積的大小；S為S光纖對中的發 射光纖發射光經反射面反射到接收光纖端面所在平面處的楠圓光斑面積，P為所述發射光 纖與所述接收光纖RF的軸間距，r,為所述接收光纖RF纖巧半徑，|EK|為所述發射光纖中 屯、與所述接收光纖RF端面近發射光纖點之間的距離，a為楠圓光斑的長半軸長度，b為楠圓 光斑的短半軸長度，Xt=|EK|-a; 那么，所述光纖傳感器探頭光強調制曲線的數學模型表示為所述=光纖對中兩個發射 接收光纖對各自所對應的M的商函數。
6.根據權利要求1所述一種面向滾珠螺母內滾道曲面的高精度光纖檢測方法，其特征 在于；所述步驟3)中，根據式（23)、式（24)W及式（25)求得實際測得的滾珠螺母內螺旋 線空間坐標：
其中，（x，y，z)為所述工件坐標系中內螺旋線理論空間坐標，（x'，y'，z'）為所述工件 坐標系中內螺旋線實際測得的空間坐標，(A?^.,,"，A<,,,,，Arf=,,,)為Adi在滾珠螺母內滾道法向 截面坐標系上的投影變動長度，i= 1…n，（AcU= {0,Ads，...，Ad。} = {di-di，d2-di，.. .，屯-中}，（Ady，Ady，AcQ為Ad/變換到所述工件坐標系中對應各坐標軸方向上的長度變 化值，0表示滾珠螺母螺旋角。
【專利摘要】本發明公開了一種面向滾珠螺母內滾道曲面的高精度光纖檢測方法：將滾珠螺母安裝在運動平臺上，將光纖傳感器探頭相對滾珠螺母的中心軸線以滾珠螺母螺旋角進行安裝；利用運動平臺使滾珠螺母轉動，滾珠螺母每轉動一周，使光纖傳感器探頭直線移動一個滾珠螺母螺距，直至光纖傳感器探頭沿著滾珠螺母滾道型面對應內螺旋線完成檢測，然后根據光纖傳感器探頭光強調制曲線的數學模型，計算得到光纖傳感器探頭與滾珠螺母滾道型面間的測距數據；根據測距數據以及滾珠螺母工件坐標系與滾珠螺母內滾道法向截面坐標系的變換關系求得實際測得的內螺旋線空間坐標，從而可以全面分析評價滾珠螺母的加工精度。
【IPC分類】G01B11-24
【公開號】CN104792276
【申請號】CN201510173165
【發明人】要義勇, 王旭, 趙麗萍
【申請人】西安交通大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月13日