[發明專利]一種用于正交車削和銑削過程高速成像的拍攝系統

有效

• 申請號: 201710339584.9
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107181931B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 張小明;許文杰;張東;劉翔高;曹暢
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

本發明屬于金屬切削加工設備領域，具體涉及一種用于正交車削和銑削過程高速成像的拍攝系統，所述車銑兩用觀察裝置底部的上方設置有一車刀安裝夾具裝夾專用專用銑削工件或專用切槽刀，并與垂直設置的專用車削工件或專用直刃銑刀配合完成車削或銑削過程，基座一側的斜面上安裝有表面鍍銀反光鏡，在表面鍍銀反光鏡的對側為一高速相機，在車銑兩用裝置和高速相機之間設置有激光光源，高速相機記錄車削和銑削過程。本發明通過使用藍寶石玻璃限制切屑與工件在同一平面內解決了在介觀尺度由于相機景深小切屑拍不清楚的難題，通過車銑兩用觀察裝置，只需改變少量零件，便可進行車削與銑削的轉換拍攝，裝置裝配簡單，拍攝照片質量穩定，實用性強。

技術領域

本發明屬于金屬切削加工設備領域，更具體地，涉及一種用于正交車削和銑削過程高速成像的拍攝系統。

背景技術

金屬切削過程的機理研究對于控制已加工工件的表面完整性有著十分重要的影響。金屬切削過程包括力熱耦合，摩擦學，金屬相變，材料大變形等一系列復雜問題，切削變形過程的發生又局部集中在切削區域內(通常為1mm²)，變形發生時間很短，對于切削區域的實驗觀察就變得非常困難。由此，對于金屬切削的研究手段主要局限在解析建模和有限元仿真方面，解析建模通常簡化了許多實際問題并提出很多經驗假設，不足以完全替代實驗研究；有限元仿真同樣十分依賴于輸入的力熱邊界條件與材料本構關系，不同的參數仿真導致結果差異很大。

傳統的金屬切削實驗研究手段主要有通過快速落刀裝置對金屬切削區域的變形和切屑形態進行觀測，通過對切屑或已加工表面進行金相腐蝕制樣處理研究材料組織相變與材料變形，對于金屬切削的過程卻缺乏相應的直觀的記錄。傳統的金屬切削拍攝是在宏觀尺度下進行的，或是僅僅只是拍攝靜態圖片，不能由實驗直接反應出金屬變形過程與切屑形成過程，且實驗研究局限于正交車削，對于正交銑削沒有任何有效的拍攝實驗裝置。

將數字圖像相關算法(DIC)運用于金屬流變運動的觀察近年來變成實驗力學和材料科學中一種新興的手段。數字圖像相關算法可以根據金屬變形過程的圖片序列獲取金屬流動的位移場信息，金屬流動的位移場信息直接與切屑形成過程以及金屬表面應力狀態相關聯。但不同于普通的材料力學實驗，在高放大倍數下對切削過程進行攝影主要有以下幾個難點：(1)要對切削過程清楚拍攝必須采用高速相機，高速相機體積較普通工業相機大，重量重，普通臥式車床沒有位置進行穩定安裝；(2)切削觀察視野范圍小，相機必須采用較高的放大倍數，高放大倍數下，相機的景深變得很小，通常只有10至20μm，而切屑由于變形量大，產生運動后不受控制，不可避免地與已加工表面不在同一個平面內部，通常超過10至20μm，因此很難拍攝清楚；(3)產生的切屑有可能遮擋視野。由于上述諸多難點，導致將數字圖像相關技術運用到切削觀察領域變得很困難，急需發明一種簡單可靠的裝置來拍攝高質量的切削視頻。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種用于正交車削和銑削過程高速成像的拍攝系統，其包括車銑兩用觀察裝置，激光光源，高速相機，信號采集器和信號同步觸發模塊。該拍攝系統能夠拍攝在介觀尺度下的切削和銑削過程，在相機鏡頭放大倍數為7倍(每像素0.8微米)下仍可清晰拍攝切屑形成全過程，通過改變少量零部件，便可以實現銑削與車削的轉換拍攝。

為實現上述目的，本發明提供了一種用于正交車削和銑削過程高速成像的觀察系統，其特征在于，其包括車銑兩用觀察裝置，激光光源和高速相機，

其中，所述車銑兩用觀察裝置底部的基座安裝在一測力儀上，基座上方設置有一車刀安裝夾具裝夾專用切槽刀或者是專用銑削工件，并與垂直設置的專用車削工件或專用直刃銑刀配合完成車削或銑削過程，所述基座的一側為斜面，斜面上安裝有表面鍍銀反光鏡，在表面鍍銀反光鏡的對側為一高速相機，該高速相機安裝在三自由度位移微調平臺上，在車銑兩用裝置和高速相機之間，設置有激光光源對準表面鍍銀反光鏡，該高速相機通過表面鍍銀反光鏡反射的光線來記錄車削和銑削過程。