軟性磨粒流磨粒群分布觀測裝置的製作方法
2023-12-10 05:02:26
專利名稱：軟性磨粒流磨粒群分布觀測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種軟性磨粒流磨粒群分布觀測裝置。
背景技術：
在精密模具製造中，模具表面粗糙度對產品和模具本身質量、壽命都有相當大的影響。據調查，模具型腔表面粗糙度改善一級，模具壽命可提高50%。但由於模具型腔的複雜性、高硬性，光整加工(主要是拋光)效率非常低，其工作量通常佔整個模具工作量的 30% 40%，且環境惡劣，因此光整加工一直是精密模具製造中頗為棘手的問題。目前用手工、機械、化學等現有加工工藝方法對零件表面進行拋光、倒角及去毛刺均有其局限性，特別是對精密模具中的溝、槽、孔、稜柱、稜錐、窄縫等異型表面進行拋光、倒角、去毛刺是無能為力的(因為工具、夾具不能奏效)。軟性磨粒流加工是一種藉助軟性磨粒流在被加工結構化表面的湍流流動，驅動磨粒對壁面的微力微量切削，實現結構化表面的無工具化精密加工的新方法。其中軟性磨粒流是一種液-固兩相磨粒流，由鬆散磨粒和液體混合而成，具有弱黏性或無黏性，因此具有更好的流動特性並可實現湍流流動。軟性磨粒流結構化表面流道內，由於流體相的驅動作用，磨粒與磨粒之間、磨粒與壁面之間產生相互碰撞，從而壁面不斷受到衝擊力和摩擦力而發生磨損。結構化表面的加工效果與碰撞頻率和壓力相關，通過研究約束流道內的磨粒群分布及其動力學特性，可以很方便地分析結構化表面不同位置的磨損情況，進而指導工件的加工。然而實際加工過程中，由於結構化表面約束流道非常細小，且密封不透明，要觀測約束流道內的磨粒群分布狀態是不可能的。目前關於軟性磨粒流的精密加工主要集中在基礎理論研究，尤其是對軟性磨粒流湍流加工機理的分析和數值模擬，而加工過程中軟性磨粒流磨粒群的運動狀態和分布特性沒有得到充分的研究。鑑於磨粒群分布在軟性磨粒流加工過程中扮演的重要角色，設計和開發相應的軟性磨粒流磨粒群分布觀測裝置應用於磨粒群研究是一項由意義和深度的工作。
發明內容
為克服現有技術的上述缺點，本發明提供了一種能夠觀察磨粒群分布狀態、便於試驗操作和處理的軟性磨粒流磨粒群分布觀測裝置。軟性磨粒流磨粒群分布觀測裝置，包括盛裝有軟性磨粒流的磨料箱，位於磨料箱內、浸入軟性磨粒流中的潛水泵，允許軟性磨粒流浸入其內形成湍流衝擊加工待加工工件的由透明材料製成的約束流道，和對準約束流道、照射約束流道內某個斷面的磨粒群的光路系統，以及獲取斷面磨粒群畫面的圖像採集系統；所述的潛水泵通過出流管與所述的約束流道的進口連接，所述的約束流道的出口通過回流管與所述的磨料箱連通；所述的光路系統包括對準所述的約束流道的雷射器，和位於雷射器與約束流道之間、能形成厚度均勻且光強足夠的片光的圓柱形組合透鏡；
所述的圖像採集系統包括CXD攝像機和安裝攝像機的雲臺，所述的約束流道位於所述的攝像機的視角範圍之內，所述的攝像機與進行圖像處理的計算機連接，所述的雲臺受控於一能控制雲臺升降，旋轉的鏡頭控制器，所述的鏡頭控制器與所述的計算機連接。進一步，所述的磨料箱內設有攪拌器，所述的磨料箱的中上部設有防止軟性磨粒流過滿的溢流管。進一步，所述的約束流道放置在一透明託架上，所述的雷射器固定於可移動安裝架上，所述的安裝架架設於允許安裝架沿其滑動的導軌上。進一步，所述的攝像機與可將斷面內採集區域的磨粒放大的近攝鏡頭配套使用。進一步，出流管上設有節流閥。本發明的技術構思為磨料箱、潛水泵、攪拌器、出流管、回流管、約束流道和溢流管形成軟性流循環系統模型，軟性磨粒流循環系統模型是在實際加工系統基礎上，依據相似理論，通過建立液固兩相軟性磨粒流的微分方程和相關單值條件，導出模型的相似準則。 當單值條件相似且由單值條件中的物理量組成的相似準則對應相等時，所建軟性磨粒流循環系統模型中的軟性磨粒流流動狀況就會和實際加工系統中軟性磨粒流流動狀況相似。從而根據實際軟性磨粒流循環加工系統的原始數據如幾何尺寸(約束流道的長、寬、高等)、 流體密度及粘度、流速、阻力、磨粒性質等進行軟性磨粒流循環系統模型的設計。在此基礎上，根據觀測需要，通過光路系統中的雷射器和圓柱型組合透鏡產生一定厚度的均勻且足夠光強的片光，片光照射在有機玻璃約束流道上形成有厚度的斷面，用CCD攝像機加墊圈後與近攝鏡頭配套使用對斷面進行圖像採集，圖像的採集由計算機內置的圖像卡完成，圖像卡可完成圖像的連續採集，並實時保存，同時還能進行實時監視、凍結、回放等。採集完成後記錄的圖像通過數據線傳遞給計算機，計算機在對圖像經過流道剪裁、噪聲處理、二值化等一系列後置處理後，將磨粒作為特徵對象提取出來。軟性磨粒流在不同初始速度、不同初始壓力、不同磨粒濃度下等條件下進行循環試驗，最終獲得不同的拋光工藝參數。在不同的拋光工藝參數下，經過不斷的試驗採集得到圖像數據，計算機對這些圖像數據進行處理和擬合後，進而獲得不同拋光工藝參數組合下的磨粒群運動和分布特徵，為指導實際軟性磨粒流加工奠定基礎。本發明的有益效果在於便於試驗操作和處理、控制方式簡單、適用面廣；直觀和方便地通過試驗手段進行軟性磨粒流磨粒群分布的觀測和分析；能獲得不同拋光工藝參數組合下的磨粒群運動狀態和分布特性，積累更多的試驗和理論素材；為軟性磨粒流結構化表面無工具精密加工技術在模具拋光領域發揮其技術優勢和應用潛力奠定重要基礎。
圖1是本發明裝置的部件構成圖。圖2是本發明裝置的整體結構示意圖。圖3是本發明裝置中軟性磨粒流循環系統模型結構示意圖。圖4是本發明裝置中光路系統、圖像採集系統結構示意圖。圖5是本發明裝置的流程圖。
具體實施方式
參照附圖，進一步說明本發明軟性磨粒流磨粒群分布觀測裝置，包括盛裝有軟性磨粒流的磨料箱12，位於磨料箱12內、浸入軟性磨粒流中的潛水泵13，允許軟性磨粒流121浸入其內形成湍流衝擊加工待加工工件的由透明材料製成的約束流道14，和對準約束流道14、照射約束流道14內某個斷面的磨粒群的光路系統2，以及獲取斷面磨粒群畫面的圖像採集系統3 ；所述的潛水泵13通過出流管151與所述的約束流道14的進口連接，所述的約束流道14的出口通過回流管與所述的磨料箱12連通；所述的光路系統2包括對準所述的約束流道14的雷射器21，和位於雷射器21與約束流道14之間、能形成厚度均勻且光強足夠的片光的圓柱形組合透鏡22 ；所述的圖像採集系統3包括CXD攝像機32和安裝攝像機32的雲臺33，所述的約束流道14位於所述的攝像機32的視角範圍之內，所述的攝像機32與進行圖像處理的計算機31連接，所述的雲臺33受控於一能控制雲臺33升降，旋轉的鏡頭控制器34，所述的鏡頭控制器34與所述的計算機31連接。所述的磨料箱12內設有攪拌器11，所述的磨料箱12的中上部設有防止軟性磨粒流過滿的溢流管122。所述的約束流道14放置在透明工作檯141上，所述的雷射器21固定於可移動安裝架211上，所述的安裝架211架設於允許安裝架211沿其滑動的導軌上。所述的攝像機32與可將斷面內採集區域的磨粒放大的近攝鏡頭321配套使用。出流管151上設有節流閥131。本發明的工作過程是將一定濃度、粘度的軟性磨粒流121置於磨料箱12內，開啟攪拌器11使軟性磨粒流121混合均勻；待軟性磨粒流121混合均勻後開啟潛水泵13，調節節流閥131使軟性磨粒流121達到一定流速，軟性磨粒流121通過出流管151、有機玻璃約束流道14、回流管152返回磨料箱12，如此循環；使光路系統2和圖像採集系統3處於工作狀態，通過光路系統2的可移動安裝架211調節雷射器21和圓柱型組合透鏡22，調整到較合適的位置緊固好，此時雷射器21通過圓柱型組合透鏡22產生一定厚度的均勻且足夠光強的片光221，片光221照射在有機玻璃約束流道14上形成一定厚度的斷面222 ；調節CXD 攝像機32與近攝鏡頭321，初步獲得較好的圖像拍攝效果後再進行微調；設置CCD攝像機 32的曝光時間，以獲得最佳的拍攝效果；CCD攝像機32調試完畢後，圖像的採集由計算機 31內置的圖像卡完成，圖像卡可完成圖像的連續採集，並實時保存，同時還能進行實時監視、凍結、回放等；計算機31在對圖像經過流道剪裁、噪聲處理、二值化等一系列後置處理後，將磨粒作為特徵對象提取出來；軟性磨粒流121在不同初始速度、不同初始壓力、不同磨粒濃度下等條件下進行循環試驗，最終獲得不同的拋光工藝參數；在不同的拋光工藝參數下，經過不斷的試驗採集得到圖像數據，計算機31對這些圖像數據進行處理和擬合後， 進而獲得不同拋光工藝參數組合下的磨粒群運動和分布特徵，為指導實際軟性磨粒流加工奠定基礎。本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護範圍不應當被視為僅限於實施例所陳述的具體形式，本發明的保護範圍也及於本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
權利要求
1.軟性磨粒流磨粒群分布觀測裝置，其特徵在於包括盛裝有軟性磨粒流的磨料箱， 位於磨料箱內、浸入軟性磨粒流中的潛水泵，允許軟性磨粒流浸入其內形成湍流衝擊加工待加工工件的由透明材料製成的約束流道，和對準約束流道、照射約束流道內某個斷面的磨粒群的光路系統，以及獲取斷面磨粒群畫面的圖像採集系統；所述的潛水泵通過出流管與所述的約束流道的進口連接，所述的約束流道的出口通過回流管與所述的磨料箱連通；所述的光路系統包括對準所述的約束流道的雷射器，和位於雷射器與約束流道之間、 能形成厚度均勻且光強足夠的片光的圓柱形組合透鏡；所述的圖像採集系統包括CCD攝像機和安裝攝像機的雲臺，所述的約束流道位於所述的攝像機的視角範圍之內，所述的攝像機與進行圖像處理的計算機連接，所述的雲臺受控於一能控制雲臺升降，旋轉的鏡頭控制器，所述的鏡頭控制器與所述的計算機連接。
2.如權利要求1所述的軟性磨粒流磨粒群分布觀測裝置，其特徵在於所述的磨料箱內設有攪拌器，所述的磨料箱的中上部設有防止軟性磨粒流過滿的溢流管。
3.如權利要求2所述的軟性磨粒流磨粒群分布觀測裝置，其特徵在於所述的約束流道放置在一透明託架上，所述的雷射器固定於可移動安裝架上，所述的安裝架架設於允許安裝架沿其滑動的導軌上。
4.如權利要求3所述的軟性磨粒流磨粒群分布觀測裝置，其特徵在於所述的攝像機與可將斷面內採集區域的磨粒放大的近攝鏡頭配套使用。
5.如權利要求4所述的軟性磨粒流磨粒群分布觀測裝置，其特徵在於出流管上設有節流閥。
全文摘要
軟性磨粒流磨粒群分布觀測裝置，包括磨料箱，潛水泵，約束流道，光路系統，及圖像採集系統；潛水泵通過出流管與約束流道的進口連接，約束流道的出口通過回流管與磨料箱連通；光路系統包括對準約束流道的雷射器，和位於雷射器與約束流道之間、能形成厚度均勻且光強足夠的片光的圓柱形組合透鏡；圖像採集系統包括CCD攝像機和安裝攝像機的雲臺，約束流道位於攝像機的視角範圍之內，攝像機與進行圖像處理的計算機連接，雲臺受控於一能控制雲臺升降，旋轉的鏡頭控制器，鏡頭控制器與計算機連接。本發明具有能夠觀察磨粒群分布狀態、便於試驗操作和處理的優點。
文檔編號G01N21/85GK102183522SQ20111005219
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者李琛, 計時鳴, 譚大鵬, 鍾佳奇 申請人:浙江工業大學