[發(fā)明專利]一種軸類零件靜動態(tài)形變量在線監(jiān)測裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910062349.0
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109737884B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柯慶鏑;張鵬;張雷;李杰
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京青松知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11384
• 代理人: 鄭青松

1.一種軸類零件靜動態(tài)形變量在線監(jiān)測方法，其特征在于，包括軸類零件靜動態(tài)形變量在線監(jiān)測裝置，所述軸類零件靜動態(tài)形變量在線監(jiān)測裝置包括有基座(1)，基座(1)的一側(cè)兩端分別設(shè)有伺服電機(jī)(2)、末端活動支撐(6)，被測軸類零件(5)轉(zhuǎn)動安裝在伺服電機(jī)(2)與末端活動支撐(6)之間，伺服電機(jī)(2)的輸出軸與被測軸類零件(5)軸間用聯(lián)軸器(3)連接；所述基座(1)的另一側(cè)設(shè)有滑動平臺(12)，滑動平臺(12)的下部設(shè)有與被測軸類零件(5)軸線方向垂直的滑動導(dǎo)軌(13)，滑動平臺(12)可在滑動導(dǎo)軌(13)上滑動，所述滑動平臺(12)上設(shè)置有絲杠(9)、步進(jìn)電機(jī)(10)，絲杠(9)上罩設(shè)有限位導(dǎo)向板(7)，絲杠(9)上配合安裝有滑塊(11)，滑塊(11)上固定有激光測距傳感器陣列(8)，滑塊(11)的上端與限位導(dǎo)向板(7)的上部導(dǎo)向端滑動連接，絲杠(9)的一端與限位導(dǎo)向板(7)的一限位端轉(zhuǎn)動連接，絲杠(9)的另一端貫穿限位導(dǎo)向板(7)的另一限位端與步進(jìn)電機(jī)(10)連接，通過步進(jìn)電機(jī)(10)帶動絲杠(9)轉(zhuǎn)動，使激光測距傳感器陣列(8)沿被測軸類零件(5)軸線方向進(jìn)行直線移動；所述在線監(jiān)測方法包括以下步驟：

一、測量被測軸類零件(5)的動態(tài)形變量，即伺服電機(jī)(2)帶動被測軸類零件(5)高速轉(zhuǎn)動時(shí)，測量被測軸類零件(5)各橫截面處由于動不平衡載荷作用下產(chǎn)生的形變大小，具體如下：

(1)伺服電機(jī)帶動被測軸類零件(5)高速轉(zhuǎn)動，位于基座上的激光測距傳感器陣列(8)以采樣頻率f測量各激光測距傳感器與被測軸類零件(5)表面間的距離L，取激光測距傳感器在同一位置測得的L中的最小值Lmin；

(2)代入算式：δ＝R-r-Lmin，即可得到被測軸類零件(5)在該被測截面處偏離原軸線的距離δ,其中R為激光測距傳感器與伺服電機(jī)(2)主軸軸線的距離，r為被測軸類零件(5)的截面半徑；

(3)一個(gè)截面的位移量測量結(jié)束后，得到被測軸類零件(5)的形變的具體位置和形變位移δ的大小；

(4)在測量完成一個(gè)截面的所有位置數(shù)據(jù)后，步進(jìn)電機(jī)(10)帶動激光測距傳感器陣列(8)位移一個(gè)單位，進(jìn)入下一個(gè)測量周期，繼續(xù)在該位置測量被測軸類零件(5)的形變量；一輪測量結(jié)束后，即可得到主要形變在被測件上的分布位置；

二、測量被測軸類零件(5)的靜態(tài)形變量，即測量被測軸類零件(5)在任意橫截面處偏移其原軸心的距離和角度，具體如下：

(1)首先建立坐標(biāo)系，沿伺服電機(jī)(2)主軸方向建立z軸，激光測距傳感器陣列(8)測量的起始截面定為z＝0，該截面上規(guī)定鉛垂向下為θ＝0，由此建立柱坐標(biāo)系，被測軸類零件(5)表面的點(diǎn)可由坐標(biāo)：(r，θ，z)表示；

(2)伺服電機(jī)(2)帶動被測軸類零件(5)以較低的轉(zhuǎn)速n₀繞主軸轉(zhuǎn)動；同時(shí)側(cè)面的激光測距傳感器陣列(8)的以采樣頻率f向被測軸類零件(5)發(fā)射光脈沖，不斷測量該截面處激光測距傳感器到被測軸類零件(5)表面的距離L；不難得出，被測軸類零件(5)轉(zhuǎn)過一周激光測距傳感器采集的數(shù)據(jù)次數(shù)：n＝60f/n₀；其中采用頻率f的單位是Hz，轉(zhuǎn)速的單位是r/min；

(3)然后構(gòu)建被測軸類零件(5)表面各點(diǎn)在規(guī)定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，方法如下：將z＝z_k截面z軸為圓心的圓周n等分，用矢量r_k的端點(diǎn)表示旋轉(zhuǎn)體的表面坐標(biāo)，測得的n個(gè)激光測距傳感器與被測軸類零件(5)表面距離數(shù)據(jù)L_k,構(gòu)造向量L＝(L1，L2，…,Ln),同時(shí)有如下關(guān)系：R＝r_k+L_k，R表示激光測距傳感器與z軸的距離，通過滑動平臺在導(dǎo)軌上滑動調(diào)節(jié)，工作時(shí)為定值；則在截面z＝z_k處被測軸類零件(5)表面各點(diǎn)在規(guī)定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)可以構(gòu)成矩陣：

矩陣中每個(gè)三維列向量表示一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)；

(4)其次進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、圖形繪制，將矩陣P內(nèi)柱坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)，

而后可對于截面z_k處的形變量可以用如下算式描述：

其中(x₀，y₀)為形變之前形心的坐標(biāo)；

(5)在測量完成一個(gè)截面的所有位置數(shù)據(jù)后，步進(jìn)電機(jī)(10)帶動激光測距傳感器陣列(8)位移一個(gè)單位，進(jìn)入下一個(gè)測量周期。