[發(fā)明專利]一種數(shù)控磨床砂輪輪廓在位測量裝置、方法及光路調(diào)整方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110859892.0
• 申請日: 2021-07-28
• 公開（公告）號: CN113500522B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 康仁科;李干;鮑巖;張園;董志剛
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B24B49/12
• 分類號: B24B49/12;B24B53/06;G06T7/00;G06T7/12;G06T7/136;G06T7/62
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 修睿;李洪福

1.一種數(shù)控磨床砂輪輪廓在位測量裝置的光路調(diào)整方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：砂輪完成磨削作業(yè)后，通過砂輪驅(qū)動部件使砂輪移動至砂輪觀測位，所述砂輪觀測位的圓心坐標(biāo)事先已輸入數(shù)控磨床系統(tǒng)中；

S2：采用砂輪修整部件和機床運動導(dǎo)軌實現(xiàn)復(fù)雜輪廓砂輪的高精度修整，修整過程中所述砂輪除自身旋轉(zhuǎn)運動外固定不動，采用砂輪修整部件的修整直線軸和修整回轉(zhuǎn)軸運動實現(xiàn)砂輪修整；

S3：砂輪修整后調(diào)用砂輪修整輪正上方視覺測量部件，通過液壓開關(guān)開啟鏡頭蓋，打開工業(yè)相機運行界面，打開背光光源，使砂輪在相機顯示界面邊緣清晰；

S4：所述工業(yè)相機的觀測界面在計算機端呈現(xiàn)，調(diào)整光路時首先在計算機端顯示界面繪制相切直線，相切直線與所述砂輪檢測位中心間距離約等于修整后砂輪半徑，并使繪制的相切直線與計算機端顯示界面內(nèi)砂輪外圓相切；

S5：通過回轉(zhuǎn)軸控制器控制修整回轉(zhuǎn)軸緩慢轉(zhuǎn)動，觀察相切直線與計算機端顯示界面內(nèi)砂輪外圓相切情況：當(dāng)出現(xiàn)過切或不相切時，通過調(diào)節(jié)相切直線與砂輪檢測位中心間距離和調(diào)整滑臺調(diào)節(jié)，使得相切直線在圍繞砂輪旋轉(zhuǎn)過程中砂輪圓弧范圍內(nèi)始終相切，同時使砂輪界面占據(jù)整個測量界面面積的80％，此時認(rèn)為工業(yè)相機觀測方向與砂輪待觀測面相互垂直，調(diào)整完畢，可以對砂輪輪廓面進(jìn)行測量；

采用的一種數(shù)控磨床砂輪輪廓在位測量裝置包括集成在數(shù)控磨床上的視覺測量部件、砂輪修整部件、砂輪驅(qū)動部件，所述視覺測量部件安裝在所述砂輪修整部件上方，所述砂輪修整部件安裝在數(shù)控磨床主軸右側(cè)，所述砂輪修整部件和主軸安裝在數(shù)控磨床Z軸導(dǎo)軌上，所述砂輪驅(qū)動部件安裝在數(shù)控磨床X軸導(dǎo)軌上，所述視覺測量部件、砂輪修整部件、砂輪驅(qū)動部件均在數(shù)控磨床運動范圍內(nèi)，所述砂輪修整部件用于砂輪輪廓的修整，所述砂輪驅(qū)動部件用于驅(qū)動砂輪旋轉(zhuǎn)和在預(yù)設(shè)的行程內(nèi)移動，所述視覺測量部件用于采集砂輪輪廓圖像；

所述砂輪修整部件包括砂輪修整輪、砂輪修整軸、修整直線軸和修整回轉(zhuǎn)軸，所砂輪修整輪可拆卸地連接在砂輪修整軸上，所述砂輪修整軸連接在修整軸殼體上，修整軸殼體的底端固定連接在所述修整直線軸上，所述修整直線軸的底端轉(zhuǎn)動連接在所述修整回轉(zhuǎn)軸上，通過數(shù)控系統(tǒng)的修整軸控制器控制砂輪修整軸做旋轉(zhuǎn)運動，通過數(shù)控系統(tǒng)的直線軸控制器控制修整直線軸做直線運動，通過數(shù)控系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)軸控制器控制修整回轉(zhuǎn)軸做旋轉(zhuǎn)運動，通過三者運動實現(xiàn)復(fù)雜型面砂輪的在線修整；

所述視覺測量部件包括安裝底座、視覺平臺、平行背光光源，所述視覺平臺通過所述安裝底座安裝在所述砂輪修整部件上方，所述視覺平臺包含工業(yè)相機和遠(yuǎn)心鏡頭，所述工業(yè)相機和遠(yuǎn)心鏡頭通過螺紋連接，所述工業(yè)相機位于遠(yuǎn)心鏡頭正上方，所述遠(yuǎn)心鏡頭位于砂輪觀測位正上方，所述平行背光光源安裝在砂輪修整部件的旋轉(zhuǎn)平臺中孔上；

所述工業(yè)相機與所述安裝底座之間設(shè)有調(diào)整滑臺，所述調(diào)整滑臺用于調(diào)整測量角度，所述調(diào)整滑臺上還設(shè)有用于調(diào)整測量視野在X軸的位置的視覺測量部件X軸微調(diào)旋鈕，所述調(diào)整滑臺上還設(shè)有用于調(diào)整測量焦距及視野在Y軸的位置的視覺測量部件Y軸微調(diào)旋鈕，通過所述視覺測量部件X軸微調(diào)旋鈕、視覺測量部件Y軸微調(diào)旋鈕、調(diào)整滑臺可以實現(xiàn)視覺測量部件的三自由度調(diào)節(jié)，從而使得所述工業(yè)相機、遠(yuǎn)心鏡頭、砂輪觀測位、平行背光光源四者同軸，其中所述砂輪檢測位中心與砂輪修整部件的回轉(zhuǎn)中心同心。

2.一種數(shù)控磨床砂輪輪廓在位測量裝置的在位測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、圖像采集：待測量光路調(diào)整完畢后，啟動工業(yè)相機采集砂輪輪廓圖像；

步驟2、圖像處理：先將砂輪輪廓圖像進(jìn)行灰度閾值分割，之后在砂輪邊緣按均布角度選取測量點，即首先以砂輪觀測位圓心坐標(biāo)為中心，選取從四周按均布角度發(fā)射出的射線匯聚于砂輪觀測位圓心坐標(biāo)，所述測量點在射線上由外向內(nèi)，按照相關(guān)像素灰度值變化，以臨界灰度值作為判定標(biāo)準(zhǔn)確定射線與砂輪輪廓的交點處的測量點坐標(biāo)，得到測量點像素坐標(biāo)在輪廓上的位置坐標(biāo)；

步驟3、數(shù)據(jù)處理：按上述步驟選取一定數(shù)量的測量點后，首先判斷選取數(shù)據(jù)是否滿足使用要求，即計算各測量點與砂輪觀測位圓心坐標(biāo)間的距離，之后求得距離最大值與距離最小值之間的差值，判斷其是否滿足精度要求，若不滿足需要重復(fù)上述步驟，使得砂輪測量點滿足使用要求，之后根據(jù)各測量點坐標(biāo)選取擬合算法求得各測量點代表的砂輪實時圓弧半徑和砂輪最大圓弧直徑，進(jìn)一步求得砂輪圓弧圓心在數(shù)控磨床上的坐標(biāo)以及圓弧對應(yīng)的圓心角，得到砂輪輪廓面型和砂輪圓弧圓度誤差；

采用的一種數(shù)控磨床砂輪輪廓在位測量裝置包括集成在數(shù)控磨床上的視覺測量部件、砂輪修整部件、砂輪驅(qū)動部件，所述視覺測量部件安裝在所述砂輪修整部件上方，所述砂輪修整部件安裝在數(shù)控磨床主軸右側(cè)，所述砂輪修整部件和主軸安裝在數(shù)控磨床Z軸導(dǎo)軌上，所述砂輪驅(qū)動部件安裝在數(shù)控磨床X軸導(dǎo)軌上，所述視覺測量部件、砂輪修整部件、砂輪驅(qū)動部件均在數(shù)控磨床運動范圍內(nèi)，所述砂輪修整部件用于砂輪輪廓的修整，所述砂輪驅(qū)動部件用于驅(qū)動砂輪旋轉(zhuǎn)和在預(yù)設(shè)的行程內(nèi)移動，所述視覺測量部件用于采集砂輪輪廓圖像；

所述砂輪修整部件包括砂輪修整輪、砂輪修整軸、修整直線軸和修整回轉(zhuǎn)軸，所砂輪修整輪可拆卸地連接在砂輪修整軸上，所述砂輪修整軸連接在修整軸殼體上，修整軸殼體的底端固定連接在所述修整直線軸上，所述修整直線軸的底端轉(zhuǎn)動連接在所述修整回轉(zhuǎn)軸上，通過數(shù)控系統(tǒng)的修整軸控制器控制砂輪修整軸做旋轉(zhuǎn)運動，通過數(shù)控系統(tǒng)的直線軸控制器控制修整直線軸做直線運動，通過數(shù)控系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)軸控制器控制修整回轉(zhuǎn)軸做旋轉(zhuǎn)運動，通過三者運動實現(xiàn)復(fù)雜型面砂輪的在線修整；

所述視覺測量部件包括安裝底座、視覺平臺、平行背光光源，所述視覺平臺通過所述安裝底座安裝在所述砂輪修整部件上方，所述視覺平臺包含工業(yè)相機和遠(yuǎn)心鏡頭，所述工業(yè)相機和遠(yuǎn)心鏡頭通過螺紋連接，所述工業(yè)相機位于遠(yuǎn)心鏡頭正上方，所述遠(yuǎn)心鏡頭位于砂輪觀測位正上方，所述平行背光光源安裝在砂輪修整部件的旋轉(zhuǎn)平臺中孔上；

所述工業(yè)相機與所述安裝底座之間設(shè)有調(diào)整滑臺，所述調(diào)整滑臺用于調(diào)整測量角度，所述調(diào)整滑臺上還設(shè)有用于調(diào)整測量視野在X軸的位置的視覺測量部件X軸微調(diào)旋鈕，所述調(diào)整滑臺上還設(shè)有用于調(diào)整測量焦距及視野在Y軸的位置的視覺測量部件Y軸微調(diào)旋鈕，通過所述視覺測量部件X軸微調(diào)旋鈕、視覺測量部件Y軸微調(diào)旋鈕、調(diào)整滑臺可以實現(xiàn)視覺測量部件的三自由度調(diào)節(jié)，從而使得所述工業(yè)相機、遠(yuǎn)心鏡頭、砂輪觀測位、平行背光光源四者同軸，其中所述砂輪檢測位中心與砂輪修整部件的回轉(zhuǎn)中心同心。