一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法
2023-05-24 15:48:31 1
專利名稱：一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法
技術領域：
本發明涉及一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法，屬於微細製造領域。
背景技術：
近年來，隨著航空航天、國防工業、現代醫學以及生物工程技術的發展，對微小型裝置的功能、結構複雜程度、可靠性的要求越來越高，從而使得對特徵尺寸在微米級到毫米級、採用多種材料、且具有一定形狀精度和表面質量要求的精密微小零件的需求日益迫切。微細車削加工技術因具有多種材料適應性和精確的幾何誤差控制等優點而在微細製造技術中具有獨特的優勢，但是微細車削所採用的金剛石車刀尺寸很小，刀具的磨損檢測和更換刀具時刀具不易準確對心定位，嚴重影響微細車削的加工精度，如何精確定位金剛石車刀已經成為微細車削技術無法普及於工業應用的重大瓶頸之一。目前可用於微型刀具定位的方法有很多，傳統刀具對心的缺陷是過於依賴人工操作經驗且耗時費力，而目前常用的接觸式刀具定位技術，其定位過程是先以一組LVDT傳感器接觸刀具的切削刃，使刀尖位置及刀刃形狀得到確認，這種方式的定位精度取決於探針的解析度，精度一般在1-10 U m之間，定位系統靈敏度低，容易因定位不準確而使金剛石車刀破損或折斷(Vibrations of Micro-Scale Cutting-Tools and Ultra-High-Speed-Spindles-Modeling and Experimentation)。Kumar和Singh等人基於雷射技術來檢測微型刀具-工件的接角蟲(A Preliminary Investigation of the Laser Assisted MicromillingProcess),但是只能達到50Mm的精度,定位精度過低。從上面的分析可以看出，目前已見諸文獻的車削過程中金剛石刀具的定位方法，存在種種問題，所以急迫需要開發一種新型、實用、通用的金剛石車刀精確定位的方法。
發明內容
為解決微細車削加工中金剛石刀具難以精確定位的難題，本發明目的在於一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法。為了解決上述技術問題，實現上述目的，本發明的技術方案是:
通過CCD測量技術，提取刀具影像，計算刀尖坐標位置，然後把測量得到的刀尖位置與原始刀尖位置進行比較，在線進行誤差補償。該方法定位精度高，取代傳統刀具定位技術過於依賴人工、費時且無法在線檢測、適用性差等缺點，以保證微細車削的加工精度。更進一步，所述測量方法首先確定金剛石車刀刀尖在坐標系中能夠精確對心的原始位置，並記錄位置坐標；
更進一步，所述測量方法通過高精度CCD測量技術，提取刀具影像，利用影像二值化等影像處理技術以及線性最小平方差法計算刀尖在C⑶影像系統中的坐標位置，並檢測出金剛石車刀的三維定位誤差；
更進一步，所述測量方法把測量得到的刀尖位置與原始刀尖位置進行比較，採用次像素機器視覺技術，配合工具機系統的精密運動平臺，在線進行誤差補償，提高刀具定位精度。本發明的主要優點是:
1、刀具定位精度高，能夠實現±0.1Mm的定位精度；
2、可以實現金剛石車刀的在線定位，更符合實際加工工況；
3、對各種工件材料與金剛石車刀的組合均適用，克服了傳統定位方法對刀具和工件材料的硬度、導電性等性能的限制；
4、定位速度快，節省工具機的配置時間；
5、定位方式為非接觸式，提高定位精度；
6、該定位方法設備簡單，實施方便，應用前景廣闊；
下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步詳細的說明。圖1為車刀定位精度檢測裝置結構示意圖。圖中標號名稱:1、鏡頭；2、CXD攝像機；3、定位平臺；4、工作檯；5、金剛石車刀。
具體實施例方式如圖1所示，本發明是一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法。1、定位精度檢測試驗在自製的微型車削平臺上進行，精密定位平臺採用花崗巖工作檯和氣靜壓導軌，運動平臺的定位精度為50nm;CCD的解析度為1392X 1040，採用基於DSP的控制器實現平臺的運動，系統可實現伺服電機閉環反饋控制。2、將金剛石車刀在初始位置精確對心，提取刀具CXD影像，設置為坐標系統的原始起點。3、直線電機驅動器控制車刀縱向移動1mm，在此位置提取刀具影像，計算該位置在影像坐標系的坐標值。4、將此坐標值與初始位置的坐標值進行對比，計算該位置與初始位置之間的位移量，並把計算結果與精密平臺的位移量作對比，即可獲得刀具縱向定位精度，試驗測得定位精度可達0.lMm。5、同理,將金剛石車刀在橫向作相同試驗,可獲得刀具橫向定位精度為0.lMm。6、為了檢驗重複定位精度，將車刀在縱向和橫向分別進給3次，檢測位置誤差，得到刀具重複定位精度在0.1Mm以內。7、綜上可得，在取樣間距小於0.2Mm時，刀具的定位精度能夠達到0.lMm。
權利要求
1.一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法，其特徵在於:通過CCD測量技術，提取刀具影像，計算刀尖坐標位置，然後把測量得到的刀尖位置與原始刀尖位置進行比較，在線進行誤差補償。
2.根據權利要求1所述的一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法，其特徵在於:將金剛石車刀在初始位置精確對心，提取刀具CCD影像，並記錄位置坐標，設置為坐標系統的原始起點。
3.根據權利要求1所述的一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法,其特徵在於:通過高精度CCD測量技術，提取刀具影像，利用影像二值化等影像處理技術以及線性最小平方差法計算刀尖在C⑶影像系統中的坐標位置，並檢測出金剛石車刀的三維定位誤差。
4.根據權利要求1所述的一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法，其特徵在於:把測量得到的刀尖位置與原始刀尖位置進行比較，採用次像素機器視覺技術，配合工具機系統的精密運動平臺，在線進行誤差補償，提高刀具定位精度。
全文摘要
本發明公開了一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法，屬於微細製造領域。其特徵在於通過高精度CCD測量技術，提取刀具影像，計算刀尖在CCD影像系統中的坐標位置，並檢測出金剛石車刀的三維定位誤差，然後把測量得到的刀尖位置與原始刀尖位置進行比較，配合工具機系統的精密定位平臺，在線進行誤差補償，提高刀具定位精度。本發明的非接觸式檢測方法能夠在線實現金剛石車刀亞微米級的定位精度，同時該定位方法所需設備簡單，實施方便。
文檔編號B23Q15/22GK103170877SQ20131010926
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月31日 優先權日2013年3月31日
發明者曹自洋, 薛曉紅, 李華, 殷振, 郭麗華, 宋娜, 謝鷗, 汪幫富, 楊建鋒 申請人:蘇州科技學院