申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2020-01-14

公开（公告）日：2020-05-22

公开（公告）号：CN111189379A

主分类号：G01B5/28(20060101)

分类号：G01B5/28(20060101);G01B7/34(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.01.12#授权;2020.06.16#实质审查的生效;2020.05.22#公开

摘要：本发明公开了一种基于双点旋转摩擦的内腔表面粗糙度在位检测方法，将带有摩擦球的摩擦组件和微型直流无刷电机集成在一起作为指形探头，通过机械运动部件将指形探头送达指定测量表面。调整好指形探头与测量表面位置后，指形探头上的摩擦球将按设定的法向载荷压在测量表面，最后电机带动摩擦球在测量表面旋转摩擦，通过反馈的电机电流大小来推定表面粗糙度的大小。一方面由于设备结构简单，环境要求不高，很容易集成到机床等设备上实现在位测量；另外一方面直流无刷电机可以做到很小直径毫米量级，所以集成的指形探头可以做成指形大小，适合于内腔表面的测量。本发明的摩擦球易于更换，且对力传感器的精度要求不高，造价相对较低。

主权项：1.一种基于双点旋转摩擦的内腔表面粗糙度在位检测方法，其特征在于：利用指形探头进行测量，所述的指形探头包括压力传感器1、微型直流无刷电机2、弹性联轴器3、摩擦组件4、直流稳压电源和示波器；所述的压力传感器1通过螺纹连接在微型直流无刷电机2与机械臂之间，实现摩擦组件4法向压力的监控；所述的微型直流无刷电机2的直径为毫米量级，带动摩擦组件4在测量表面旋转产生摩擦运动；所述的摩擦组件4包括夹套41、弹簧组件42、导杆43、摩擦球44和通孔螺帽45，所述的夹套41上有两个呈中心对称的台阶通孔，所述的台阶通孔内安装弹簧组件42及导杆43；所述的弹簧组件42与台阶通孔的大孔端螺纹连接，所述的导杆43为台阶圆杆，台阶圆杆的大端直径大于台阶通孔的小孔端孔径，所述的导杆43上带有螺纹的细端从台阶通孔的小孔端伸出，导杆43的另一端与弹簧组件42的自由端相接触；所述的导杆43的细端与通孔螺帽45的一端螺纹连接，通孔螺帽45的另一端孔径比摩擦球44直径小，通孔螺帽45内放置摩擦球44；所述的导杆43与摩擦球44接触的端部中心有一个球窝结构，直径比摩擦球44直径小，用于摩擦球44的定位；所述的弹性联轴器3将微型直流无刷电机2输出轴与摩擦组件4连接在一起，并起到减震的作用；所述的弹簧组件42包括弹簧和开口无头螺钉，将弹簧固定在开口无头螺钉的底部；所述的直流稳压电源为微型直流无刷电机2提供恒定的电压，实现对微型直流无刷电机2的控制；所述的示波器对微型直流无刷电机2的电流信号进行采集，为后续表面粗糙度的判定提供数据；所述的内腔表面在位检测方法包括以下步骤：A、确定微型直流无刷电机2工作参数在微型直流无刷电机2带动摩擦组件4在工件表面上滑动时，微型直流无刷电机2达到稳态时理论上电磁转矩T为：T＝KtΦIa＝Tf+T01其中，Kt为微型直流无刷电机2转矩系数，与微型直流无刷电机2的结构有关，Ф为对磁极磁通，Ia为微型直流无刷电机2电流，Tf为摩擦球44在工件表面滑动产生的摩擦转矩，T0为微型直流无刷电机2空载转矩；当微型直流无刷电机2电流Ia较小时，Ф看作不变，电磁转矩T与电流Ia成正比；但随着电流Ia的增加，磁通Ф略有减少；利用JBT9544-1999中提供的相关测试标准，用拟合的方法求得电流Ia与摩擦转矩Tf之间的关系；B、施加法向接触载荷w在进行测量之前先对指形探头进行预加载调整，即通过调节弹簧组件42上的开槽无头螺钉在夹套41内的深度，调整弹簧的初始压缩量；保证在正常测量过程中弹簧组件42具有一定的伸缩空间，起到保压作用；多自由度机械臂将指形探头送达到指定测量表面，并对指形探头与测量表面角度进行调整，直到两个摩擦球44都与表面发生接触；通过压力传感器1设定摩擦球44与测量表面之间的法向接触载荷w；C、标定表面粗糙度Ra与摩擦转矩Tf的关系表面粗糙度的大小与摩擦转矩有着直接的联系，先对材料加工表面粗糙度与摩擦转矩之间的关系进行标定，然后根据材料表面摩擦转矩推定表面粗糙度的大小；标定过程如下：C1、取几种不同加工参数下的粗糙表面，测量每块样品的表面粗糙度Ra；C2、利用指形探头在同样的法向接触载荷w下记录每种粗糙度表面对应的电流Ia，并由步骤A得到对应的摩擦转矩Tf；C3、将表面粗糙度Ra与对应的摩擦转矩Tf进行拟合；D、计算表面粗糙度Ra的大小通过直流稳压电源启动微型无刷直流电机后，示波器上会显示实时电流变化，计算电流稳定后的平均电流；根据微型直流无刷电机2电流与转矩的关系式1计算出摩擦转矩Tf：Tf＝KtΦIa-T02再由步骤C的标定结果计算出此电流对应下的粗糙度Ra大小。

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