一種激光檢測螺桿轉子端截形的方法
【專利摘要】一種激光檢測螺桿轉子端截形的方法，涉及螺桿轉子的檢測。利用激光位移傳感器高精度、非接觸式、壽命長的測量優勢，使其沿著轉子理論端截形運動以保持等距測量。建立螺桿轉子轉動坐標系與激光位移傳感器移動平臺所在坐標系的運動關系，計算出轉子端截形各型值點的法向矢量，通過旋轉螺桿轉子避免了測量過程中被測點被其它輪廓遮擋的干涉現象以及被測點法向矢量與激光射出方向的夾角超出激光位移傳感器可精確測量的角度范圍的問題。可有效提高檢測精度，獲得螺桿轉子端截形的高精度檢測，亦可實用于螺旋面相對開闊產品的端截形測量。
【專利說明】一種激光檢測螺桿轉子端截形的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及螺桿轉子的檢測，尤其是涉及一種激光檢測螺桿轉子端截形的方法。【背景技術】
[0002]螺桿轉子端面型線是螺桿轉子的主要特征線，是螺桿制造的基礎，因而對螺桿轉子端面型線的測量是螺桿產品質量控制的關鍵。隨著螺桿及其研究的發展，其轉子端截面型線組成也越來越復雜，在保證精度的條件下對型線測量的難度也越來越大。對轉子型線的檢測方法之一是機械靠模([I]張正華.螺桿轉子型線檢測技術研究[D].江南大學.2008年6月)，其測量的關鍵取決于標準螺桿轉子的制造精度，該方法適用于測量精度較低的螺桿轉子。目前普遍采用三坐標測量儀(CMM)進行檢測([2]石國榮，隋連香，查繼紅.螺旋曲面的數字化測量及數據處理技術[J].沈陽工業學院學報.2004,23(2):80-82)，按其接觸方式可分為接觸式和非接觸式兩類。接觸式測量是采用測頭直接接觸轉子表面獲得轉子型線坐標的方法，該檢測方法可使螺桿在回轉狀態下，測量其全部尺寸、型線等的幾何形狀精度([3]葉晶.雙螺桿壓縮機轉子型線檢測與表達的研究[D].江南大學.2011年6月)。但與CMM設備相配套的檢測軟件操作復雜，對工作人員的操作技能要求很高；測頭使用中易磨損導致測量精度降低、壽命低，針對大曲率型線的測量運動加速度變化大影響測量精度、故此檢測精度方面也有待提高。而非接觸式測量因為機械運動為三個直線軸，運動計算復雜，效率低，測量精度難以滿足產品需求，以TDV-900為例其測量精度在0.02mm?
0.05mm，而螺桿轉子屬于精密制造產品，其精度要求上下偏差不超過0.01mm，因此目前企業普遍采用的是接觸式測量設備。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供可滿足絲級精度檢測要求，能夠精確獲得螺桿轉子端截面型線的精度，并且可通過沿Z軸移動和轉動轉子平臺獲得螺桿轉子幾何尺寸和任意其它位置端截形型線的精度，精確評估加工誤差，測量結果為指導和提高螺桿轉子加工精度提供可靠數據的一種激光檢測螺桿轉子端截形的方法。
[0004]本發明包括以下步驟:
[0005](I)建立螺桿轉子坐標系，根據螺桿轉子端截形方程計算出螺桿轉子端面輪廓上的各型值點法向矢量，將理論型線的X坐標加上激光位移傳感器的最佳測量距離L，得到螺桿轉子端截形理論型線的平行曲線；
[0006](2)將激光位移傳感器固定在可沿X、Y、Z三個方向移動的平臺上，建立轉子轉動坐標系與激光位移傳感器移動平臺所在坐標系的運動關系，調整激光位移傳感器使其相對被測螺桿處于最佳測量位置，并對測量起始位置進行歸零標定；
[0007](3)對下一個被測型值點的法向矢量與激光射出方向(X方向)的夾角是否在激光位移傳感器可準確測量角度范圍(一 α, α)內以及是否會發生干涉進行判斷，在夾角合理且無干涉的情況下移動，再通過Χ、Υ軸的聯動，使激光位移傳感器沿步驟(I)中預先計算好的螺桿轉子端截形理論型線的平行曲線移動，且激光射出方向(記為X方向)與轉子被測型值點法向矢量的夾角在激光位移傳感器可準確測量角度范圍(一 α，α )內；
[0008](4)當被測型值點法向矢量與X方向的夾角超出(一 α，α )，或者激光位移傳感器發射的激光被其它輪廓擋住而發生干涉現象時，旋轉螺桿轉子使其轉過角度α或一 α，保證兩個激光射出方向與被測型值點法向矢量的夾角在角度(一 α, α)內且無干涉現象，再根據坐標變換原理計算旋轉后的螺桿轉子端面型線各型值點法向矢量，并相應地移動激光位移傳感器，使激光位移傳感器與被測點處于理論的標定距離繼續進行檢測，直到螺桿轉子端面型線測量完成；
[0009](5 )將激光位移傳感器沿Z軸移動到下一個需要檢測的位置，重復步驟(3 )和(4 );
[0010](6)通過數據采集模塊讀取螺桿轉子不同位置端面型線的測量值，將計算結果保存為可處理的數據；測量的最大值與最小值做差即為螺桿轉子端截形的精度。
[0011 ] 在步驟(I)中，所述螺桿轉子端截形方程包括各型值點參數和螺旋參數。
[0012]在步驟(2)中，所述激光位移傳感器的激光射出方向平行于X軸；所述平臺沿Χ、Υ方向聯動用于檢測螺桿轉子端截形輪廓，平臺沿Z方向移動用于檢測螺桿轉子不同位置的端面型線，所述移動的平臺的移動精度高于Iym;所述起始位置的要求如下:激光位移傳感器與被測型值點的距離為激光位移傳感器的最佳測量長度L，并使被測點的法向矢量與激光射出方向(X方向)的夾角在激光位移傳感器可準確測量的角度范圍(一 α，α )內。
[0013]在步驟(4)中，所述坐標變換包括:a)螺桿轉子端截形坐標系繞Ζ’做旋轉α角度的旋轉變換、b)移動平臺上的激光位移傳感器坐標做相應的平移變換、c)根據圖形變換理論，計算出旋轉后的剩余理論截形及各型值點的法向矢量。
[0014]本發明用于檢測三維直角坐標系下螺桿轉子端截形的加工精度，利用激光位移傳感器高精度、非接觸式、壽命長的測量優勢，使其沿著轉子理論端截形運動以保持等距測量。建立螺桿轉子轉動坐標系與激光位移傳感器移動平臺所在坐標系的運動關系，計算出轉子端截形各型值點的法向矢量，通過旋轉螺桿轉子避免了測量過程中被測點被其它輪廓遮擋的干涉現象以及被測點法向矢量與激光射出方向的夾角超出激光位移傳感器可精確測量的角度范圍的問題。本發明可有效提高檢測精度，獲得螺桿轉子端截形的高精度檢測，亦可實用于螺旋面相對開闊產品的端截形測量。
[0015]本發明的有益效果如下:
[0016]1.測量面廣。應用本發明可以有效并準確地獲得螺桿轉子任意端截面型線的加工精度，即可實現轉子的節距、螺旋角或導程等幾何尺寸加工精度的檢測。該檢測方法可以推廣于螺旋面截形相對開闊產品的端截形測量。
[0017]2.測量精度高。由于測量過程中激光位移傳感器與被測型值點的距離始終保持在絲級的變化范圍內，激光位移傳感器的測量精度可認為是測量的重復精度，一般都是高于微米級，其測量誤差可忽略不計。本發明的測量誤差主要來源于系統的控制誤差，包括移動平臺的移動誤差、光柵誤差等，這些誤差在檢測過程中無法避免，但可以有效控制在
0.0Olmm以下。在整個測量過程中，避免了要求螺桿轉子與移動平臺聯動所造成的聯動誤差，避免了在后處理過程中要求對測量數據進行拼接處理而引起的拼接誤差。故本發明具有極高的測量精度，理論上可達0.003?0.005mm。
[0018]3.精度評價方法簡單。將測量值與標定O值進行比較，即可獲得被測型值點的偏差，根據偏差的數值范圍評定螺桿轉子端截形的加工精度。
[0019]4.使用壽命長。由于采用了非接觸式的激光位移傳感器測量，使用壽命一般高于10年，避免了采用接觸式測量時激光位移傳感器易磨損、使用壽命低的缺陷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為螺桿轉子端截形檢測模型。
[0021]圖2為螺桿轉子端截形測量原理。
[0022]在圖1和2中，各標記為:
[0023]11-移動平臺，12-激光位移傳感器；
[0024]21-激光位移傳感器，22-理論端截形的平行曲線，23-旋轉后傳感器移動軌跡，24-旋轉后的理論端截形的平行曲線，25-調整前的端截形，26-調整后的端截形；
[0025]Θ-參變量。
【具體實施方式】
[0026]以下實施例將結合附圖對本發明作詳細說明。
[0027]本發明的直接應用方式是進行螺桿轉子端面截形型線的檢測。
[0028]步驟(I):如某已經加工完成的螺桿轉子，建立螺桿轉子坐標系，給出它的任意端截形方程為:
T0 = [X0(S)COS Θ -y0(s) sin θ ] i+[x0(s) sin Θ +y0(s)cos Θ ] j 土p Θ k或用坐標式表示為::)cos v?(s)sin
【權利要求】
1.一種激光檢測螺桿轉子端截形的方法，其特征在于包括以下步驟:(1)建立螺桿轉子坐標系，根據螺桿轉子端截形方程計算出螺桿轉子端面輪廓上的各型值點法向矢量，將理論型線的X坐標加上激光位移傳感器的最佳測量距離L，得到螺桿轉子端截形理論型線的平行曲線；(2)將激光位移傳感器固定在可沿X、Y、Z三個方向移動的平臺上，建立轉子轉動坐標系與激光位移傳感器移動平臺所在坐標系的運動關系，調整激光位移傳感器使其相對被測螺桿處于最佳測量位置，并對測量起始位置進行歸零標定；(3)對下一個被測型值點的法向矢量與激光射出方向(X方向)的夾角是否在激光位移傳感器可準確測量角度范圍(一 α, α)內以及是否會發生干涉進行判斷，在夾角合理且無干涉的情況下移動，再通過Χ、Υ軸的聯動，使激光位移傳感器沿步驟(I)中預先計算好的螺桿轉子端截形理論型線的平行曲線移動，且激光射出方向(記為X方向)與轉子被測型值點法向矢量的夾角在激光位移傳感器可準確測量角度范圍(一 α，α )內；(4)當被測型值點法向矢量與X方向的夾角超出(一α，α )，或者激光位移傳感器發射的激光被其它輪廓擋住而發生干涉現象時，旋轉螺桿轉子使其轉過角度α或一 α，保證兩個激光射出方向與被測型值點法向矢量的夾角在角度(一 α, α)內且無干涉現象，再根據坐標變換原理計算旋轉后的螺桿轉子端面型線各型值點法向矢量，并相應地移動激光位移傳感器，使激光位移傳感器與被測點處于理論的標定距離繼續進行檢測，直到螺桿轉子端面型線測量完成；(5)將激光位移傳感器沿Z軸移動到下一個需要檢測的位置，重復步驟(3)和(4)；(6)通過數據采集模塊讀取螺桿轉子不同位置端面型線的測量值，將計算結果保存為可處理的數據；測量的最大值與最小值做差即為螺桿轉子端截形的精度。
2.如權利要求1所述一種激光檢測螺桿轉子端截形的方法，其特征在于在步驟(I)中，所述螺桿轉子端截形方程包括各型值點參數和螺旋參數。
3.如權利要求1一種激光檢測螺桿轉子端截形的方法，其特征在于在步驟(2)中，所述激光位移傳感器的激光射出方向平行于X軸；所述平臺沿X、Y方向聯動用于檢測螺桿轉子端截形輪廓，平臺沿Z方向移動用于檢測螺桿轉子不同位置的端面型線，所述移動的平臺的移動精度高于I μ m。
4.如權利要求1一種激光檢測螺桿轉子端截形的方法，其特征在于在步驟(2)中，所述起始位置的要求如下:激光位移傳感器與被測型值點的距離為激光位移傳感器的最佳測量長度L，并使被測點的法向矢量與激光射出方向即X方向的夾角在激光位移傳感器可準確測量的角度范圍(一 α，α )內。
5.如權利要求1一種激光檢測螺桿轉子端截形的方法，其特征在于在步驟(4)中，所述坐標變換包括:a)螺桿轉子端截形坐標系繞Ζ’做旋轉α角度的旋轉變換；b)移動平臺上的激光位移傳感器坐標做相應的平移變換；c)根據圖形變換理論，計算出旋轉后的剩余理論截形及各型值點的法向矢量。
【文檔編號】G01B11/24GK103438828SQ201310365949
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】姚斌, 張祥雷, 張凌, 沈志煌 申請人:廈門大學