[發明專利]滾動直線導軌副滑塊型面中徑的測量算法

有效

• 申請號: 202010157674.8
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111272088B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 歐屹;俞福春;王凱;馮虎田
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張祥

1.一種滾動直線導軌副滑塊型面中徑的測量算法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、構建坐標系：構建夾具空間直角坐標系、待測滑塊(3)的空間直角坐標系、激光位移傳感器系統組成的空間直角坐標系、第一激光位移傳感器(2)和第二激光位移傳感器(4)的空間直角坐標系、第一激光位移傳感器(2)和第二激光位移傳感器(4)的空間斜坐標系；

構建夾具的空間直角坐標系，具體為夾具上固連的標定塊(10)的空間直角坐標系o₀-x₀y₀z₀，其中x₀軸和夾具臺面垂直，y₀軸沿著夾具臺的長度方向，z₀軸沿著夾具臺的寬度方向，x₀軸、y₀軸、z₀軸遵循右手法則；

構建待測滑塊(3)的空間直角坐標系o₁-x₁y₁z₁，其中x₁軸與待測滑塊(3)的側基準面垂直，y₁軸方向與待測滑塊(3)導向方向相同，z₁軸垂直于待測滑塊(3)的大基準面，x₁軸、y₁軸、z₁軸遵循右手法則；

構建激光位移傳感器系統組成的空間直角坐標系o₂-x₂y₂z₂，其中y₂軸方向與y₁軸方向一致，x₂軸在豎直面內與y₂軸垂直，指向向上，z₂軸與x₂軸、y₂軸遵循右手法則；

構建第一激光位移傳感器(2)的空間直角坐標系o₃-x₃y₃z₃，其中z₃軸為第一激光位移傳感器(2)運動方向，x₃軸垂直于z₃軸，且位于z₃軸、激光射出線組成的面內，y₃軸與z₃軸、x₃軸遵循右手法則；

構建第一激光位移傳感器(2)的空間斜坐標系o₄-x₄y₄z₄，實際采集數據過程中，數據點在第一激光位移傳感器(2)的空間斜坐標系o₄-x₄y₄z₄中采集，其中z₄軸即z₃軸，y₄軸即y₃軸，x₄軸代表傳感器光線射出方向，其與x₃軸之間的夾角為安裝傾斜角β₁；

構建第二激光位移傳感器(4)的空間直角坐標系o₅-x₅y₅z₅，其中z₅軸為第二激光位移傳感器(4)運動方向，x₅軸垂直于z₅軸，且位于z₅軸、激光射出線組成的面內，y₅軸與z₅軸、x₅軸遵循右手法則；

構建第二激光位移傳感器(4)的空間斜坐標系o₆-x₆y₆z₆，實際采集數據過程中，數據點在第二激光位移傳感器(4)的空間斜坐標系o₆-x₆y₆z₆中采集，z₆軸即z₅軸，y₆軸即y₅軸，x₆代表傳感器光線射出方向，其與x₅軸之間的夾角為安裝傾斜角β₂；

所述激光位移傳感器系統中的第一激光位移傳感器(2)、第二激光位移傳感器(4)沿z₂軸方向測量待測滑塊(3)的兩個滾道，滑塊托架(9)上固連標定圓柱(1)、待測滑塊(3)以及標定塊(10),測量過程中，滑塊托架(9)帶動標定圓柱(1)、待測滑塊(3)以及標定塊(10)沿y₂軸方向移動，第三激光位移傳感器(5)、第四激光位移傳感器(6)、第五激光位移傳感器(7)、第六激光位移傳感器(8)固連在實驗臺上，其中第三激光位移傳感器(5)、第四激光位移傳感器(6)用于采集待測滑塊(3)和標定塊(10)側基準面數據，第五激光位移傳感器(7)、第六激光位移傳感器(8)用于采集待測滑塊(3)以及標定塊(10)大基準面的數據；

步驟2、利用標定塊(10)得到夾具空間直角坐標系下的系統誤差曲線：側基準面的第三激光位移傳感器(5)、第四激光位移傳感器(6)與大基準面的第五激光位移傳感器(7)、第六激光位移傳感器(8)測量標定塊(10)的兩個與夾具配合的面，得到大基準面與側基準面各兩條直線數據，作為夾具系統的誤差曲線，用于后續補償；

步驟3、確定待測滑塊(3)大基準面與側基準面的平面度：第三激光位移傳感器(5)、第四激光位移傳感器(6)、第五激光位移傳感器(7)、第六激光位移傳感器(8)測量待測滑塊(3)的大基準面與側基準面，得到待測滑塊(3)大基準面與側基準面各兩條直線數據，并將步驟2中得到的夾具系統誤差曲線作為補償曲線，得到待測滑塊(3)大基準面、側基準面在夾具空間直角坐標系下的坐標值，利用平面的最小二乘擬合方程，求出待測滑塊(3)的大基準面和側基準面的平面度；

步驟4、第一激光位移傳感器(2)和第二激光位移傳感器(4)掃掠標定圓柱(1)，利用橢圓的最小二乘法擬合，求解出標定橢圓一般方程；

步驟5、構建步驟4中所得橢圓一般方程與第一激光位移傳感器(2)和第二激光位移傳感器(4)安裝傾斜角β₁、β₂并求解出所述安裝傾斜角β₁、β₂：所述安裝傾斜角β₁是在第一激光位移傳感器(2)射出光線與第一激光位移傳感器(2)運動方向構成的平面內第一激光位移傳感器(2)運動方向的垂直線與第一激光位移傳感器(2)射出光線之間的夾角；安裝傾斜角β₂是第二激光位移傳感器(4)射出光線與第二激光位移傳感器(4)運動方向構成的平面內第二激光位移傳感器(4)運動方向的垂直線與第二激光位移傳感器(4)射出光線之間的夾角；

步驟6、確定第一激光位移傳感器(2)和第二激光位移傳感器(4)繞自身運動方向軸旋轉的安裝偏轉角α₁、α₂并求解出所述安裝偏轉角α₁、α₂；所述安裝偏轉角α₁是x₃軸方向與滑塊托架(9)運動方向y₂軸之間的夾角；安裝偏轉角α₂是x₅軸方向與滑塊托架(9)運動方向y₂軸之間的夾角；

步驟7、計算待測滑塊(3)內滾道中心點坐標：第一激光位移傳感器(2)和第二激光位移傳感器(4)掃掠待測滑塊(3)內滾道，采集分別位于第一激光位移傳感器(2)和第二激光位移傳感器(4)空間斜坐標系下的待測滑塊(3)滾道數據點，采用橢圓的最小二乘擬合，計算出待測滑塊(3)滾道ROLL1與滾道ROLL2在空間斜坐標系下的滾道中心點的坐標(x_4Roll1,y_4Roll1,z_4Roll1)、(x_6Roll2,y_6Roll2,z_6Roll2)，、將空間斜坐標系下的滾道ROLL1、滾道ROLL2中心點的坐標(x_4Roll1,y_4Roll1,z_4Roll1)、(x_6Roll2,y_6Roll2,z_6Roll2)轉化為位移傳感器系統組成的空間直角坐標系下的滾道ROLL1、滾道ROLL2中心點的坐標(x_2Roll1,y_2Roll1,z_2Roll1)、(x_2Roll2,y_2Roll2,z_2Roll2)；

步驟8、對待測滑塊(3)的不同截面進行測量，求解出不同截面的滾道ROLL1、ROLL2中心點在位移傳感器系統組成的空間直角坐標系下的坐標，擬合出滾道ROLL1、ROLL2中心軸線的方向向量；

步驟9、根據步驟8擬合出的滾道ROLL1、ROLL2中心軸線的方向向量，求解出滾道ROLL1中心軸線與滾道ROLL2中心軸線的距離,即為滾動直線導軌副滑塊滾道中徑。