采用激光扫描三角法检测砂轮表面形貌的方法.pdf

采用激光扫描三角法检测砂轮表面形貌的方法，属于机械工程检测技术领域。首先对砂轮进行修整；将修整后砂轮固定在激光扫描头正下方的扫描桌上，调整激光扫描头的位置，使氖激光器发出的激光光束与y－z平面平行，并照射在砂轮表面上；调整氖激光器的输出功率和光束宽度；激光扫描头沿x轴方向移动后，扫描桌沿y轴负方向移动，之后，使激光扫描头沿x轴负方向移动；激光扫描头移动时，三维表面上反光点的位置在z轴方向不断变化引起光点在位置敏感器上所成的象的位置发生相应变化，其位置值经模数转换后送入计算机；计算得出表面各测点处的z方向高度值。该测量方法不仅能精确定量检测砂轮的表面形貌，而且测量速度快，精度高，具有显著的经济效益。

1.  一种采用激光扫描三角法检测砂轮表面形貌的方法，其特征在于，具体检测方法如下：
①首先对砂轮(4)进行修整；
②将修整后砂轮(4)固定在激光扫描头正下方的扫描桌(7)上，调整激光扫描头的位置，使氖激光器(3)发出的激光光束与y-z平面平行，并照射在砂轮(4)表面上；
③调整氖激光器(3)的输出功率和光束宽度；
④激光扫描头沿x轴方向移动后，扫描桌(7)沿y轴负方向移动，之后，使激光扫描头沿x轴负方向移动；
⑤激光扫描头移动时，三维表面上反光点的位置在z轴方向不断变化引起光点在位置敏感器(2)上成象的位置发生相应变化，其位置值经模数转换模块(5)转换后送入计算机(6)；
⑥计算得出表面各测点处的z方向高度值。

2.  根据权利要求1所述的采用激光扫描三角法检测砂轮表面形貌的方法，其特征是，所述的步骤③，调整氖激光器(3)的输出功率是5W。

3.  根据权利要求1或2所述的采用激光扫描三角法检测砂轮表面形貌的方法，其特征是，所述的步骤③，调整氖激光器(3)输出的光束宽度是200um。

4.  根据权利要求1所述的采用激光扫描三角法检测砂轮表面形貌的方法，其特征是，所述的步骤④，激光扫描头沿x轴方向的移动速度为0.5mm/s。

5.  根据权利要求1或4所述的采用激光扫描三角法检测砂轮表面形貌的方法，其特征是，所述步骤④，激光扫描头以0.5mm/s的移动速度沿x轴方向移动8秒。

6.  根据权利要求1或5所述的采用激光扫描三角法检测砂轮表面形貌的方法，其特征是，所述步骤④，激光扫描头以0.5mm/s的移动速度沿x轴方向移动8秒后，沿y轴负方向移动扫描桌2mm。

7.  根据权利要求1或4或5所述的采用激光扫描三角法检测砂轮表面形貌的方法，其特征是，所述步骤④，扫描桌沿y轴负方向移动2mm后，使激光扫描头以0.5mm/s的移动速度沿x轴负方向移动8秒。

采用激光扫描三角法检测砂轮表面形貌的方法
技术领域
本发明涉及一种非接触式砂轮表面形貌检测方法，特别是一种采用激光扫描三角法检测砂轮表面形貌的方法，属于机械工程检测技术领域。
背景技术
砂轮表面形貌是影响磨削过程的重要因素之一。砂轮表面形貌不仅具有随机性质，而且在磨削过程中发生动态变化，给研究带来了很大的困难。目前虽然可对砂轮表面形貌建立一些理论模型，但建立这些模型时往往作了很多简化，使模型的适用范围受到很大限制。通过模拟磨粒在砂轮内部的随机分布对砂轮表面形貌进行了计算机模拟，这些模拟结果有一定的参考价值，但与砂轮实际形貌仍有相当大的差距。
已有技术中对砂轮表面形貌研究的检测方法主要包括复印法、触针法、光截法、光电自动测量法和激光功率谱法等。其中复印法只能得到砂轮表面磨粒的分布情况，不能反映磨粒裸露高度的信息。触针法、光截法等方法只能测量砂轮外圆上一条圆周线上的二维形貌特征，不能得出砂轮表面的整个三维形貌。用激光功率谱方法只能得到砂轮表面的某些状态，如磨粒磨损面积以及磨粒分布，也不能得到砂轮表面的完整形貌，无法得到准确的砂轮的实际形貌。三维坐标测量方法是在三坐标测量机上，逐点测量砂轮表面各点的高度，从而得到砂轮表面的三维形貌。三坐标测量方法采用机械式的触点测头，如果测量间距为0.1mm，则测量砂轮表面一块5mm×5mm面积内的形貌，需要逐点测量2500个点的高度，如采用更小的测量距离，测量点将更多，因此测量需要更长的时间，测量效率很低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种采用激光扫描三角法检测砂轮表面形貌的方法。使其在三维坐标中使用非接触式光学测头的激光扫描三角法检测砂轮表面形貌的方法，不存在砂轮对测头的机械作用，测头尖端不会发生磨损。
本发明是通过以下的技术方案来实施的：具体检测方法如下：
①首先对砂轮进行修整；
②将修整后的砂轮固定在激光扫描头正下方的扫描桌上，调整激光扫描头的位置，使氖激光器发出的激光光束与y-z平面平行，并照射在砂轮表面上；
③调整氖激光器的输出功率和光束宽度；
④激光扫描头沿x轴方向移动后，扫描桌沿y轴负方向移动，之后，使激光扫描头沿x轴负方向移动；
⑤激光扫描头移动时，三维表面上反光点的位置在z轴方向不断变化引
起光点在位置敏感器上成象的位置发生相应变化，其位置值经模数转换后送入计算机；
⑥计算得出表面各测点处的z方向高度值。
该方法采用由激光扫描系统、模数转换模块和计算机构成的激光扫描三角法检测系统，其中激光扫描系统由激光扫描头和扫描桌组成，激光扫描头由两个透镜组、两个位置敏感器(PSD)、氖激光器组成。将树脂结合剂SiC砂轮放在扫描头的正下方的扫描桌上，扫描桌所在的位置即是所选三维坐标的x-y平面，使氖激光器发出的激光光束与y-z平面平行。氖激光器输出的氖激光照射在砂轮表面上并产生漫反射，反射光通过两个透镜组聚焦到两个位置敏感器上。当激光扫描头沿x轴方向移动以及扫描桌沿y轴方向移动时，砂轮三维表面上反光点的位置在z轴方向不断变化，光点在两个位置敏感器上所成的象的位置相应发生变化，其位置值经模数转换后送入计算机，并可通过三角关系计算得出砂轮表面各点处的z方向高度值，从而得到砂轮表面的真实形貌。
本发明的有益效果是，该测量方法可以快速精确定量地检测到砂轮表面形貌，对分析研究砂轮的耐用度和磨削效果以及如何进行砂轮的修锐提供了有效的参考数据。由于采用非接触式测量方法，不存在接触式测量方法中砂轮对测头的机械作用，测头尖端不会发生磨损。
附图说明
图1是本发明检测系统示意图。
图中1是透镜组，2是位置敏感器，3是氖激光器，4是砂轮，5是模数转换模块，6是计算机、7是扫描桌。
具体实施方式
下面结合附图所示的检测系统对本发明的具体实施方法描述如下：
采用由Replica500激光扫描系统、模数转换模块5和计算机6构成的激光扫描三角法检测系统，其中Replica500激光扫描系统由Replica500激光扫描头和扫描桌7组成，Replica500激光扫描头由两个透镜组1、两个位置敏感器2、氖激光器3组成；选用组织号为5的46#粒度树脂结合剂SiC砂轮4(250×70×25)作为被检测砂轮；
第一步，在测量之前，首先用单点金刚石笔对SiC砂轮4进行修整；
第二步，将修整后的树脂结合剂SiC砂轮4放在Replica500激光扫描头正下方的扫描桌7上，使氖激光器3发出的激光光束与y-z平面平行并照射在SiC砂轮4表面上；
第三步，调整氖激光器3的性能参数，使氖激光器3的输出功率为5W，光束宽度为200um；
第四步，移动激光扫描头，使激光扫描头以0.5mm/s的速度沿x轴方向移动8秒后，将扫描桌7沿y轴负方向移动2mm，再使激光扫描头以0.5mm/s的速度沿x轴负方向移动8秒，经两次扫描后得到砂轮4表面一块4mm×4mm范围内的三维形貌；
第五步，当激光扫描头移动时，三维表面上反光点的位置在z轴方向不断变化，光点在两个位置敏感器2上成象的位置发生相应变化，其位置值经模数转换模块5转换后送入计算机6；
第六步，在计算机6内经三角关系计算得出表面各测点处地z方向高度值。
对扫描形貌图中的一条扫描线进行分析，发现在4mm的距离内，共有14个尖峰，平均每1mm有3个，这与在工具显微镜下观察的结果相一致，说明激光三维扫描测得的结果能反映每个磨粒的位置分布和突出高度，使用激光三维扫描方法得到的测量结果可以反映砂轮的真实形貌状况。