[發(fā)明專利]一種小球頭工具單轉(zhuǎn)臺(tái)研拋加工裝置及刀具對(duì)刀方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510523311.0
• 申請(qǐng)日: 2015-08-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105234802B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳明君;劉赫男;吳春亞;程健;王廷章;陳妮;方針;余波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B37/00
• 分類號(hào): B24B37/00;B24B37/34;B24B49/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 王大為

1.一種小球頭工具單轉(zhuǎn)臺(tái)研拋加工裝置刀具的對(duì)刀方法，它包括水平臺(tái)(1)、工件主軸(3)、第一CCD相機(jī)(5)、小球頭研拋工具(6)、研拋工具主軸(7)、主軸夾持件(8)、斜角固定座(9)、對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)(10)、轉(zhuǎn)臺(tái)(11)、連接板(13)、V向滾柱導(dǎo)軌(14)、U向滾柱導(dǎo)軌(15)、U向調(diào)節(jié)測(cè)微頭(16)、V向調(diào)節(jié)測(cè)微頭(17)、第二CCD相機(jī)(18)和兩個(gè)放大鏡頭(4)；一個(gè)放大鏡頭(4)安裝在第一CCD相機(jī)(5)上，另一個(gè)放大鏡頭(4)安裝在第二CCD相機(jī)(18)上，工件(2)安裝在工件主軸(3)上，第一CCD相機(jī)(5)、第二CCD相機(jī)(18)和工件主軸(3)設(shè)置在水平臺(tái)面上，第二CCD相機(jī)(18)和工件(2)相對(duì)設(shè)置，第二CCD相機(jī)(18)的中心線與工件(2)的中心線平行設(shè)置，第一CCD相機(jī)(5)的中心線與第二CCD相機(jī)(18)的中心線相互垂直設(shè)置，轉(zhuǎn)臺(tái)(11)懸掛設(shè)置于機(jī)床的垂直運(yùn)動(dòng)軸上，對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)(10)設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(tái)(11)的下方，V向調(diào)節(jié)測(cè)微頭(17)安裝在對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)(10)的V向滾柱導(dǎo)軌(14)承載的滑臺(tái)上，U向調(diào)節(jié)測(cè)微頭(16)安裝在對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)(10)的U向滾柱導(dǎo)軌(15)承載的滑臺(tái)上，斜角固定座(9)安裝在對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)(10)下方，小球頭研拋工具(6)安裝在研拋工具主軸(7)上，研拋工具主軸(7)安裝在主軸夾持件(8)上，主軸夾持件(8)安裝在斜角固定座(9)上,其特征在于：所述其刀具相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的對(duì)中調(diào)整對(duì)刀方法是按下述步驟實(shí)現(xiàn)的：

通過(guò)第一CCD相機(jī)(5)獲取小球頭研拋工具(6)在對(duì)刀區(qū)域的對(duì)刀圖像，首先設(shè)定轉(zhuǎn)臺(tái)(11)的擺角θ為90°和-90°，處理第一CCD相機(jī)(5)獲取的對(duì)刀圖像，得到小球頭研拋工具(6)球心點(diǎn)在圖像中的像素坐標(biāo)，并根據(jù)圖像系統(tǒng)的標(biāo)定系數(shù)得到小球頭研拋工具(6)球心在V向滾柱導(dǎo)軌(14)方向的對(duì)中偏差值δ，并通過(guò)微調(diào)V向調(diào)節(jié)測(cè)微頭(17)的移動(dòng)消除該偏差值以實(shí)現(xiàn)小球頭研拋工具(6)沿轉(zhuǎn)臺(tái)徑向的對(duì)中調(diào)整；其次設(shè)定轉(zhuǎn)臺(tái)的擺角θ為0°和180°，根據(jù)第一CCD相機(jī)(5)獲取的圖像得到小球頭研拋工具(6)球心在U向滾柱導(dǎo)軌(15)方向的對(duì)中偏差值σ，并通過(guò)微調(diào)U向調(diào)節(jié)測(cè)微頭(16)的移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)研拋工具沿轉(zhuǎn)臺(tái)切向的對(duì)中調(diào)整，具體步驟為：

步驟一：在轉(zhuǎn)臺(tái)(11)上建立機(jī)床的(X，Y，Z)坐標(biāo)系，工件主軸(3)的中心線平行于水平臺(tái)面并與X軸平行，垂直于水平臺(tái)(1)的豎直方向定義為Z軸方向；

步驟二：調(diào)整第一CCD相機(jī)(5)使其視線平行于水平臺(tái)面并與機(jī)床的Y軸方向平行，并將第一CCD相機(jī)(5)獲得圖像的水平和豎直方向的像素進(jìn)行標(biāo)定，即獲得一個(gè)像素在水平和豎直方向代表的實(shí)際距離，把第一CCD相機(jī)(5)采集到的具有水平和豎直方向?qū)嶋H距離的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)上；

步驟三：設(shè)定第一CCD相機(jī)(5)采用最大視野范圍，利用對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)(10)進(jìn)行粗調(diào)并配合平移第一CCD相機(jī)(5)的位置，使當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)(11)回轉(zhuǎn)時(shí)，小球頭研拋工具(6)的工具頭能一直保持在第一CCD相機(jī)(5)的成像范圍內(nèi)，調(diào)整第一CCD相機(jī)(5)的焦距使小球頭研拋工具(6)的工具頭清晰地顯示在控制計(jì)算機(jī)的屏幕上，同時(shí)增大相機(jī)的放大倍數(shù)，使小球頭研拋工具(6)的工具頭在第一CCD相機(jī)(5)中所成像的圓弧段充滿視野范圍；

步驟四：通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)(11)回轉(zhuǎn)至θ＝90°角度位置，捕獲此時(shí)小球頭研拋工具(6)的工具頭在第一CCD相機(jī)(5)中的成像圖像，利用編制的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，首先灰度化將第一CCD相機(jī)(5)捕獲的24位灰度圖像轉(zhuǎn)化為8位灰度圖，再基于灰度分布直方圖的峰谷法將圖像二值化使小球頭研拋工具(6)的工具頭與背景分離開(kāi)，然后利用邊緣檢測(cè)算子對(duì)小球頭研拋工具(6)的工具頭的圓弧輪廓邊緣進(jìn)行提取，最后采用Hough變換方法根據(jù)圓弧輪廓點(diǎn)迭代計(jì)算，獲得圖像中小球頭研拋工具(6)的工具頭的球心位置坐標(biāo)O₁(x₁，z₁)；

步驟五：調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)(11)回轉(zhuǎn)至θ＝-90°角度位置，捕獲此時(shí)小球頭研拋工具(6)的工具頭在第一CCD相機(jī)(5)中的成像圖像，利用編制的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，獲得圖像中小球頭研拋工具(6)的工具頭的球心位置坐標(biāo)O₂(x₂，z₂)；

步驟六：記步驟二中得到的圖像系統(tǒng)標(biāo)定系數(shù)為K，那么工具頭球心在V向滾柱導(dǎo)軌(14)方向的對(duì)中偏差值δ可表示為δ＝K(x₂–x₁)/2，根據(jù)得到的偏差值δ調(diào)整V向調(diào)節(jié)測(cè)微頭(17)使工具頭沿V向滾柱導(dǎo)軌(14)直線方向進(jìn)給δ距離，則可將V向滾柱導(dǎo)軌(14)方向的對(duì)中偏差消除，實(shí)現(xiàn)研拋工具沿轉(zhuǎn)臺(tái)徑向的對(duì)中調(diào)整；

步驟七：通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)(11)回轉(zhuǎn)至θ＝0°位置，捕獲此時(shí)小球頭研拋工具(6)的工具頭在第一CCD相機(jī)(5)中的成像圖像，利用編制的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，獲得圖像中小球頭研拋工具(6)的工具頭的球心位置坐標(biāo)O₃(x₃，z₃)；

步驟八：調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)(11)回轉(zhuǎn)至θ＝180°位置，捕獲此時(shí)小球頭研拋工具(6)的工具頭在第一CCD相機(jī)(5)中的成像圖像，利用編制的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，獲得圖像中小球頭研拋工具(6)的工具頭的球心位置坐標(biāo)O₄(x₄，z₄)；

步驟九：記步驟二中得到的圖像系統(tǒng)標(biāo)定系數(shù)為K，那么工具頭球心在U向滾柱導(dǎo)軌(15)方向的對(duì)中偏差值σ可表示為σ＝K(x₄–x₃)/2，根據(jù)得到的偏差值σ調(diào)整U向調(diào)節(jié)測(cè)微頭(16)使工具頭沿U向滾柱導(dǎo)軌(15)直線方向進(jìn)給σ距離，則可將U向滾柱導(dǎo)軌(15)方向的對(duì)中偏差消除，實(shí)現(xiàn)研拋工具沿轉(zhuǎn)臺(tái)徑向的對(duì)中調(diào)整；

步驟十：重復(fù)步驟四至步驟九，對(duì)小球頭研拋工具(6)的工具頭在相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)(11)徑向和切向的位置進(jìn)行多次交叉調(diào)整，至其對(duì)刀位置精度達(dá)到使用要求。

2.一種小球頭工具單轉(zhuǎn)臺(tái)研拋加工裝置刀具的對(duì)刀方法，它包括水平臺(tái)(1)、工件主軸(3)、第一CCD相機(jī)(5)、小球頭研拋工具(6)、研拋工具主軸(7)、主軸夾持件(8)、斜角固定座(9)、對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)(10)、轉(zhuǎn)臺(tái)(11)、連接板(13)、V向滾柱導(dǎo)軌(14)、U向滾柱導(dǎo)軌(15)、U向調(diào)節(jié)測(cè)微頭(16)、V向調(diào)節(jié)測(cè)微頭(17)、第二CCD相機(jī)(18)和兩個(gè)放大鏡頭(4)；一個(gè)放大鏡頭(4)安裝在第一CCD相機(jī)(5)上，另一個(gè)放大鏡頭(4)安裝在第二CCD相機(jī)(18)上，工件(2)安裝在工件主軸(3)上，第一CCD相機(jī)(5)、第二CCD相機(jī)(18)和工件主軸(3)設(shè)置在水平臺(tái)面上，第二CCD相機(jī)(18)和工件(2)相對(duì)設(shè)置，第二CCD相機(jī)(18)的中心線與工件(2)的中心線平行設(shè)置，第一CCD相機(jī)(5)的中心線與第二CCD相機(jī)(18)的中心線相互垂直設(shè)置，轉(zhuǎn)臺(tái)(11)懸掛設(shè)置于機(jī)床的垂直運(yùn)動(dòng)軸上，對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)(10)設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(tái)(11)的下方，V向調(diào)節(jié)測(cè)微頭(17)安裝在對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)(10)的V向滾柱導(dǎo)軌(14)承載的滑臺(tái)上，U向調(diào)節(jié)測(cè)微頭(16)安裝在對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)(10)的U向滾柱導(dǎo)軌(15)承載的滑臺(tái)上，斜角固定座(9)安裝在對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)(10)下方，小球頭研拋工具(6)安裝在研拋工具主軸(7)上，研拋工具主軸(7)安裝在主軸夾持件(8)上，主軸夾持件(8)安裝在斜角固定座(9)上,其特征在于：所述其刀具相對(duì)工件的對(duì)刀方法是按下述步驟實(shí)現(xiàn)的：

首先通過(guò)第二CCD相機(jī)(18)由X軸方向獲取對(duì)刀區(qū)域圖像以得到工具頭中心與工件軸心在Y、Z兩方向上的相對(duì)位置偏差，再通過(guò)第一CCD相機(jī)(5)由Y軸方向獲取工具頭中心相對(duì)工件端面在X方向上的位置偏差，然后由機(jī)床數(shù)控軸的帶動(dòng)工件(2)與刀具系統(tǒng)分別沿X、Y、Z方向運(yùn)動(dòng)調(diào)整刀具與工件(2)至加工程序原點(diǎn)完成對(duì)刀操作，具體步驟為：

步驟一：在轉(zhuǎn)臺(tái)(11)上建立機(jī)床的(X，Y，Z)坐標(biāo)系，工件主軸(3)的中心線平行于水平臺(tái)面并與X軸平行，垂直于水平臺(tái)(1)的豎直方向定義為Z軸方向；

步驟二：調(diào)整第一CCD相機(jī)(5)和第二CCD相機(jī)(18)使其視線平行于水平臺(tái)面并分別沿機(jī)床的Y軸與X軸方向觀測(cè)對(duì)刀區(qū)域，并將第一CCD相機(jī)(5)和第二CCD相機(jī)(18)獲得圖像的水平和豎直方向的像素進(jìn)行標(biāo)定；

步驟三：利用第二CCD相機(jī)(18)獲取對(duì)刀區(qū)域的刀具與工件(2)的圖像，在調(diào)整相機(jī)焦距使小球頭研拋工具(6)的工具頭清晰地顯示在圖像中的基礎(chǔ)上，通過(guò)機(jī)床水平工作臺(tái)帶動(dòng)工件主軸(3)向小球頭研拋工具(6)的工具頭運(yùn)動(dòng)，使工件(2)輪廓與小球頭研拋工具(6)的工具頭輪廓同時(shí)在第二CCD相機(jī)(18)的圖像中達(dá)到清晰，然后利用編制的圖像處理軟件獲得此時(shí)圖像中小球頭研拋工具(6)的工具頭球心位置坐標(biāo)O_o(y_o，z_o)和工件(2)的軸心位置坐標(biāo)O_w(y_w，z_w)；

步驟四：根據(jù)步驟二中得到的圖像系統(tǒng)標(biāo)定系數(shù)為K，那么工具頭球心與工件軸心線在Y軸方向的對(duì)刀偏差值ε_y表示為ε_y＝K(y_w–y_o)，在Z軸方向的對(duì)刀偏差值ε_z表示為ε_z＝K(z_w–z_o)，根據(jù)得到的偏差值ε_y和ε_z通過(guò)機(jī)床Y軸和Z軸的運(yùn)動(dòng)消除對(duì)刀偏差，使小球頭研拋工具(6)的工具頭球心與工件(2)的軸心重合；

步驟五：再利用第一CCD相機(jī)(5)獲取對(duì)刀區(qū)域的刀具與工件(2)的圖像，調(diào)整相機(jī)焦距使小球頭研拋工具(6)的工具頭輪廓與工件輪廓在CCD圖像中達(dá)到最清晰，利用圖像處理得到此時(shí)圖像中小球頭研拋工具(6)的工具頭球心位置坐標(biāo)O_o(x_o，z_o)和工件(2)端面輪廓上的特征點(diǎn)位置坐標(biāo)Q(x_q，z_q)；

步驟六：根據(jù)步驟二中得到的圖像系統(tǒng)標(biāo)定系數(shù)為K，小球頭研拋工具(6)的工具頭半徑尺寸為R，若加工程序要求的對(duì)刀間隙尺寸為e，則刀具相對(duì)工件在X軸方向的對(duì)刀偏差值Δ表示為Δ＝ε_x–R–e＝K(x_q–x_o)–R–e，根據(jù)得到的偏差值通過(guò)機(jī)床X軸帶動(dòng)工件運(yùn)動(dòng)指定距離Δ使小球頭研拋工具(6)的工具頭與工件端面的距離偏差達(dá)到對(duì)刀要求的間隙值，完成小球頭研拋工具(6)的工具頭相對(duì)工件位置的對(duì)刀調(diào)整，進(jìn)而使對(duì)刀位置精度達(dá)到使用要求。