[发明专利]一种大型深孔零件镗削过程圆度与直线度的检测方法

权利要求书

1.一种大型深孔零件镗削过程圆度与直线度的检测方法，其特征在于，检测方法的步骤如下：

步骤(1)，构建大型深孔零件圆度、直线度检测系统：其包括：浮动镗刀(2)、刀杆(3)、反射棱镜(4)、分光镜(5)、激光位移传感器(6)、位置敏感探测器(7)、数据采集卡(8)、数据储存模块(9)、预处理模块(10)、误差评定模块(11)；

所述浮动镗刀(2)安装在刀杆(3)的一端，所述刀杆(3)带动所述浮动镗刀(2)在所述大型深孔零件(1)的内孔中移动，对所述内孔进行加工；

所述激光位移传感器(6)、位置敏感探测器(7)、数据采集卡(8)、数据储存模块(9)、预处理模块(10)、误差评定模块(11)置于所述大型深孔零件(1)的外侧；所述激光位移传感器(6)、位置敏感探测器(7)均与所述数据采集卡(8)信号连接；所述数据采集卡(8)、数据储存模块(9)、预处理模块(10)、误差评定模块(11)顺次连接；

所述反射棱镜(4)、分光镜(5)固定于所述刀杆(3)的一侧壁上；所述分光镜(5)置于所述反射棱镜(4)与位置敏感探测器(7)之间；

步骤(2)所述激光位移传感器(6)发射的激光被所述反射棱镜(4)反射，反射光在经过所述分光镜(5)后被分为两束光，一束光经反射垂直照射到所述大型深孔零件(1)的内孔截面上，经过所述内孔截面反射，光束沿原光路返回至激光位移传感器(6)，所述激光位移传感器(6)采集到所述内孔截面的轮廓信息；另一束光透过分光镜(5)照射在所述位置敏感探测器(7)上，所述位置敏感探测器(7)通过采集到的光斑能够检测到深孔轴线的径向变动量；

步骤(3)，所述激光位移传感器(6)将采集到的所述内孔截面的轮廓信息实时传输至所述数据采集卡(8)，所述数据采集卡(8)上的信息被传输到所述数据储存模块(9)内，所述数据储存模块(9)再将储存的信息传输到所述预处理模块(10)内，对存储的数据进行过滤消噪处理，处理后的信号被传输到误差评定模块(11)中对测得的圆度误差进行评定；

与此同时，所述位置敏感探测器(7)将采集到的深孔轴线的径向变动量实时传输至所述数据采集卡(8)，所述数据采集卡(8)上的信息被传输到所述数据储存模块(9)内，所述数据储存模块(9)再将储存的信息传输到所述预处理模块(10)内，对存储的数据进行过滤消噪处理，处理后的信号被传输到误差评定模块(11)中对测得的直线度误差进行评定；

步骤(4)，根据所述步骤(3)中实时检测到的误差结果，对加工过程中的切削速度、进给量和切削深度的参数进行调整，对镗削加工进行反馈闭环控制，进而改善加工质量，提升加工效率。

2.根据权利要求1中所述的一种大型深孔零件镗削过程圆度与直线度的检测方法，其特征在于，预处理模块利用卡尔曼滤波方式对数据储存模块储存的数据进行滤波消噪处理；

其计算过程如下：

式中，为第k期状态参量的预测值；P_k/k-1为的协方差；Q_k为动态噪声的协方差；Φ、H_k为系数矩阵；Φ^T为Φ的转置；H_K^T为的H_K转置；R_k为检测噪声的协方差；K_k为卡尔曼滤波增益矩阵；z_k为测量得到的信号量；与分别为第k-1次与k次的输出值；P_k为的协方差；P_k-1为的协方差。

3.根据权利要求1中所述的一种大型深孔零件镗削过程圆度与直线度的检测方法，其特征在于，对圆度、直线度的误差评定过程如下：

测量初始截面选在大型深孔零件(1)端面入口处，在测量初始截面中心处建立绝对坐标系o-xyz，在分光镜(5)处建立相对坐标系o’-x’y’z’，位置敏感探测器(7)检测到的深孔轴线的径向变动量反映了相对坐标系相对于绝对坐标系的位置变化；激光位移传感器(6)的数据为相对坐标系下的数据，将坐标转换至绝对坐标系，在绝对坐标系下进行精度评定；

设位置敏感探测器(7)上检测到的径向变动量为Δx与Δy，相对坐标与绝对坐标转换关系为：

其中，Δz＝vt，v为镗杆进给速度，t为进给时间；

在大型深孔零件上等间隔设置n个测量段，设激光位移传感器(6)和分光镜(5)到达第i个测量段的时间为t_i，在该时间内激光位移传感器(6)测得的数据为(x_ijr,y_ijr,z_ijr)，i,j＝1,2,…n，转换至绝对坐标系坐标为(x_ija,y_ija,z_ija),i,j＝1,2,…,n，其中j为测量点的标号，读取数据储存模块的数据，将数据向xy平面投影，在xy平面对圆度进行评定；

圆度误差评定：圆度误差的计算是以被测实际轮廓的最小二乘圆为理想圆心，所作包容被测圆轮廓的两同心圆的半径差即为圆度误差，

读取测量段在绝对坐标系下的xy平面测量点数据为P_i(x_ija,y_ija),i,j＝1,2,…,n，则由数据拟合的理想最小二乘圆方程为：

(x-x₀)²+(y-y₀)²＝R²

求得最小二乘圆心为O(x₀,y₀)，则圆度误差表示为：

f＝r_max-r_min＝max[(x_ija-x₀)²+(y_ija-y₀)²]-min[(x_ija-x₀)²+(y_ija-y₀)²]

同时，将最小二乘圆心坐标储存到数据储存模块中；

直线度误差评定：直线度误差为包络轴线最小圆柱的直径即为直线度误差；

直线度误差的点集由各测量段拟合最小二乘圆圆心组成，读取数据储存模块中储存的测量点集M_i(x_i0,y_i0,z_i)，其中x_i0，y_i0为第i个测量段的拟合圆心，z_i为各测量段的初始轴向坐标；

由数据拟合的理想最小二乘轴线方程用空间直线的一般表达式表示，设直线上一点为(a,b,c)，则直线方程可以表示为：

其中l，m，n为直线的一组方向向量；

则直线度误差表示为：

f＝2max(r_i)

式中，r_i为各点至最小二乘直线的距离。