[发明专利]高速旋转主轴实时检测装置及其检测方法

权利要求书

1.高速旋转主轴实时检测装置，其特征在于：在被测主轴的主轴轴向端面(10)安置主轴轴向端面测量靶点(1)，激光发射器(2)和图像数据采集器(3)设置在带有测量靶点的主轴端面的对面，图像数据采集器(3)与信号转换器(4)连接；信号转换器(4)与数据存储器(5)连接，以空间立体坐标系和时间为单位的数值形式存储在数据存储器(5)；与数据存储器(5)连接的空间立体坐标系显示系统(6)按照时间为衡量单位显示靶点在某一时间的空间立体坐标；

在主轴轴端侧面设置的测量靶点的数量为3个，在基于立体坐标点基础上，构建一个3×3矩阵，定义为矩阵P[n]；在下一个单位测量时间，测量靶点的空间位置和时间构成一个3×3矩阵P[n+1]；

实际测量中矩阵P[n]和P[n+1]之间的变换是非线性关系，存在变换矩阵Π使得实际测量的下一个单位测量时间的矩阵P[n+1]与矩阵P[n]存在近似线性关系；变换矩阵Π用带有函数的矩阵表示，具体表示如下：

实际测量的矩阵P[n+1]与理想值之间存在误差，误差用误差矩阵Δ来表示；实际测量点与初始点之间的计算公式如下：

P[n]＝Π×P[n+1]+Δ (1)

具体矩阵计算如下表示：

其中，矩阵P[n]是已知的，矩阵P[n+1]是测量靶点得到的实际值，通过计算得到是变换矩阵Π和误差矩阵Δ；变换矩阵Π计算的方法如下：

再将变换矩阵Π带入公式(1)，得到误差矩阵Δ的数值；

误差矩阵Δ的具体公式：

Δ＝P[n]-Π×P[n+1] (4)。

2.根据权利要求1所述的高速旋转主轴实时检测装置，其特征在于：图像数据采集器(3)采用CCD图像数据采集器；激光发射器(2)与图像数据采集器(3)采用同一个计数器，在图像数据采集器(3)采集光线照射产生的电信号的同时，也能根据激光发射器(2)产生的激光反射时间结合激光测距三角法，从而计算出靶点轴向移动距离。

3.根据权利要求1所述的高速旋转主轴实时检测装置，其特征在于：数据存储器(5)中的数据存储是以(T，C)模式建立关系型数据库进行存储；其中T是测量靶点的时间，C是在T时间测量得到的靶点在空间坐标系位置；真实测量的靶点位置与理想位置存在位移偏差，通过(T，C)模式建立关系型数据关系，能够确定主轴径向振动、轴向位移、以及实时转速的具体数值，同时还能确定主轴旋转方向。

4.根据权利要求1所述的高速旋转主轴实时检测装置，其特征在于：空间立体坐标系显示系统(6)中按照时间为衡量单位，显示主轴轴向端面测量靶点(1)在某一时间的空间立体坐标。

5.如权利要求1所述的高速旋转主轴实时检测装置的高速旋转主轴实时检测方法，其特征在于：检测方法包括以下步骤：

一、启动待测主轴(7)，激光发射器(2)运行，图像数据采集器(3)实时接收来自待测的主轴轴向端面测量靶点(1)反射的激光；

二、图像数据采集器(3)把接收到的激光干涉条纹通过信号转换器(4)，将端面测量靶点按照时间次序，在立体坐标体系中确定其空间三维坐标；

三、通过实时检测的主轴轴向端面测量靶点(1)的空间位置，将其三维坐标进行模型运算，得到均值；

四、误差矩阵Δ是主轴轴向端面测量靶点(1)实际位置与理论位置之间的计算距离；因为测量过程中会出现偏差和偶发振动，影响测量数据，因此，引入变换矩阵Π近似于理想状态下的转换矩阵Ε，计算得到误差矩阵Δ；误差矩阵Δ中的具体数值正负号、以及数值大小可以计算出主轴径向振动幅值、轴向位移数值、主轴旋转速度、主轴旋转方向，根据这些数值进行振动分析和故障诊断。