本發(fā)明涉及微球加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微球裝夾與定位方法。

背景技術(shù)：

微球(直徑0.5mm～1mm)由于直徑十分微小，通過(guò)去除材料的方法加工生產(chǎn)時(shí)，需兩次裝夾才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)球面的加工，裝夾與定位問(wèn)題成為微球加工的瓶頸，急需解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種微球裝夾與定位方法，用于微球加工過(guò)程對(duì)微球進(jìn)行裝夾和定位。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種微球裝夾與定位方法，采用柔性分散式微球裝夾定位系統(tǒng)對(duì)微球進(jìn)行裝夾和定位；所述柔性分散式微球裝夾定位系統(tǒng)包括夾持及換位系統(tǒng)、換位裝卡工作臺(tái)和視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，所述視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)有顯微放大鏡頭的CCD相機(jī)、光源和計(jì)算機(jī)，所述光源為所述CCD相機(jī)提供光照，所述CCD相機(jī)用于拍攝微球的圖像，并將該圖像信號(hào)傳輸給所述計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)顯示微球的圖像并提取微球的中心位置信息；所述換位裝卡工作臺(tái)包括相對(duì)的左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)和右側(cè)固定平臺(tái)，所述右側(cè)固定平臺(tái)與微球加工機(jī)床的裝卡單元結(jié)構(gòu)相同，在所述右側(cè)固定平臺(tái)的右側(cè)設(shè)有豎直的定位基準(zhǔn)端面，在所述右側(cè)固定平臺(tái)上設(shè)有與所述定位基準(zhǔn)端面垂直的V型槽；所述左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)固定在微動(dòng)平移臺(tái)上，在所述左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有V型槽，所述右側(cè)固定平臺(tái)上的V型槽與所述左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)上的V型槽橫截面形狀相同并且同軸相對(duì)；在所述右側(cè)固定平臺(tái)上安裝有右側(cè)快速夾具，在所述左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)上安裝有左側(cè)快速夾具，所述右側(cè)快速夾具和所述左側(cè)快速夾具結(jié)構(gòu)相同，均包括固定底座、壓緊懸臂、連桿和“7”字形手柄，在所述固定底座的后上部鉸接有所述壓緊懸臂，所述壓緊懸臂的中部與所述手柄的中部通過(guò)所述連桿連接，所述連桿的一端與所述手柄的中部鉸接，所述連桿的另一端與所述壓緊懸臂的中部鉸接，所述手柄的下端與所述固定底座的前下部鉸接，在所述壓緊懸臂的懸臂端設(shè)有與其垂直的旋鈕，在所述旋鈕的下端設(shè)有與其垂直的壓板，在所述壓板與所述壓緊懸臂之間夾壓有彈簧；所述夾持及換位系統(tǒng)包括真空抽氣系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)相同的左夾持器和右?jiàn)A持器，所述左右兩個(gè)夾持器均設(shè)有微球吸附桿，所述微球吸附桿采用柱狀結(jié)構(gòu)，所述微球吸附桿設(shè)有作為負(fù)壓腔的中心孔，在所述微球吸附桿的頭端設(shè)有吸附口，所述吸附口與所述中心孔軸線重合；在所述微球吸附桿的側(cè)壁上設(shè)有與所述中心孔連接的抽氣孔；在所述微球吸附桿的尾端設(shè)有滑動(dòng)螺桿芯，所述滑動(dòng)螺桿芯通過(guò)差動(dòng)螺紋套與所述微球吸附桿連接，在所述差動(dòng)螺紋套內(nèi)設(shè)有旋向相反的左右兩部分螺紋，所述差動(dòng)螺紋套的一部分螺紋與所述微球吸附桿連接，所述差動(dòng)螺紋套的另一部分螺紋與所述滑動(dòng)螺桿芯連接，所述滑動(dòng)螺桿芯與所述微球吸附桿之間通過(guò)平鍵連接；所述真空抽氣系統(tǒng)包括左電磁閥和右電磁閥，所述左電磁閥與所述左夾持器的抽氣孔連接，所述右電磁閥與所述右?jiàn)A持器的抽氣孔連接，所述左電磁閥和所述右電磁閥通過(guò)真空軟管連接，在所述真空軟管上連接有壓力表、節(jié)流閥和微型真空泵；該方法采用以下步驟：

一)采用所述視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定出微球中心的橫向位置基準(zhǔn)線；二)啟動(dòng)所述微型真空泵，打開(kāi)所述右電磁閥，采用所述右?jiàn)A持器吸附待加工微球；三)將所述右?jiàn)A持器的微球吸附桿放置在所述右側(cè)固定平臺(tái)的V型槽內(nèi)，使所述右?jiàn)A持器的滑動(dòng)螺桿芯的末端靠在所述定位基準(zhǔn)端面上；四)下壓所述右側(cè)快速夾具的手柄，使所述右側(cè)快速夾具的壓板水平輕壓在所述右?jiàn)A持器的微球吸附桿上；五)轉(zhuǎn)動(dòng)所述右?jiàn)A持器的差動(dòng)螺紋套，在保持所述右?jiàn)A持器的滑動(dòng)螺桿芯的末端始終與所述定位基準(zhǔn)端面接觸的情況下，將微球中心位置調(diào)節(jié)至所述橫向位置基準(zhǔn)線；六)上扳所述右側(cè)快速夾具的手柄，松開(kāi)所述右側(cè)快速夾具，將所述右?jiàn)A持器取出，固定在微球加工機(jī)床的裝卡單元內(nèi)，待微球凸出在吸附口外的半球面加工完成后，將所述右?jiàn)A持器從微球加工機(jī)床的裝卡單元內(nèi)取出；七)將所述右?jiàn)A持器的吸附桿放置在所述左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)的V型槽內(nèi)，下壓所述左側(cè)快速夾具的手柄，使所述左側(cè)快速夾具的壓板水平輕壓在所述右?jiàn)A持器的微球吸附桿上，將所述左側(cè)快速夾具的旋鈕旋轉(zhuǎn)至壓緊檔位，使所述左側(cè)快速夾具的壓板水平緊壓在所述右?jiàn)A持器的微球吸附桿上；八)將所述左夾持器的微球吸附桿放置在所述右側(cè)固定平臺(tái)的V型槽內(nèi)，使所述左夾持器的滑動(dòng)螺桿芯的末端靠在所述定位基準(zhǔn)端面上；九)下壓所述右側(cè)快速夾具的手柄，使所述右側(cè)快速夾具的壓板水平輕壓在所述左夾持器的微球吸附桿上，將所述右側(cè)快速夾具的旋鈕旋轉(zhuǎn)至壓緊檔位，使所述右側(cè)快速夾具的壓板水平緊壓在所述左夾持器的微球吸附桿上；十)調(diào)節(jié)所述微動(dòng)平移臺(tái)，使吸附在所述右?jiàn)A持器上的微球沿軸線靠近所述左夾持器的吸附口；十一)觀察所述計(jì)算機(jī)顯示的圖像，當(dāng)微球進(jìn)入所述左夾持器的吸附口后，打開(kāi)所述左電磁閥，關(guān)閉所述右電磁閥，微球從所述右?jiàn)A持器上被吸附到所述左夾持器上，完成裝卡換位；十二)調(diào)節(jié)所述微動(dòng)平移臺(tái)，使其后撤至設(shè)定位置；十三)轉(zhuǎn)動(dòng)所述左夾持器的差動(dòng)螺紋套，在保持所述左夾持器的滑動(dòng)螺桿芯的末端始終與所述定位基準(zhǔn)端面接觸的情況下，將微球中心位置調(diào)節(jié)至所述橫向位置基準(zhǔn)線；十四)上扳所述右側(cè)快速夾具的手柄，松開(kāi)所述右側(cè)快速夾具，將所述左夾持器取出，固定在微球加工機(jī)床的裝卡單元內(nèi)，待微球整體加工完成后，從微球加工機(jī)床的裝卡單元內(nèi)取出所述左夾持器；十五)關(guān)閉所述左電磁閥，將微球釋放到指定位置，完成微球的加工。

所述吸附口采用喇叭型結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1)采用與吸附桿同軸的吸附口，利用真空吸附的方式對(duì)微球(直徑0.5～1mm)進(jìn)行吸附固定，能夠保證微球的球心處在吸附桿的軸線上，保證了微球的軸向定位精度；

2)采用與微球加工機(jī)床裝卡單元結(jié)構(gòu)相同的右側(cè)固定平臺(tái)，結(jié)合采用視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定出的微球中心橫向位置基準(zhǔn)線，調(diào)整確定吸附在右?jiàn)A持器上的微球的位置，能夠保證微球裝卡后，微球中心位置具有較高精度，并且能夠保證微球從裝夾定位系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到加工機(jī)床系統(tǒng)中后能保持該位置精度。

3)采取結(jié)構(gòu)相同的左夾持器和右?jiàn)A持器，左夾持器和右?jiàn)A持器的主體結(jié)構(gòu)采用對(duì)偶件，能夠保證二者具有相同的圓柱度和較高的同軸度，通過(guò)真空吸附的方式實(shí)現(xiàn)微球固定和換位，保證了裝卡和換位精度。

4)采用V型槽和快速夾具能夠?qū)崿F(xiàn)5點(diǎn)定位，位置偏差能夠小于5μm。

5)采用真空吸附的方式對(duì)微球(直徑0.5～1mm)進(jìn)行固定，可根據(jù)需要進(jìn)行釋放，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可快速實(shí)現(xiàn)換位夾持固定。

6)采用螺紋差動(dòng)微調(diào)結(jié)構(gòu)，能夠保證不同直徑微球的中心位置不變，調(diào)節(jié)范圍±1mm，調(diào)節(jié)分辨率小于2μm。

綜上所述，本發(fā)明采用柔性分散式微球裝夾定位系統(tǒng)對(duì)微球進(jìn)行裝夾與定位，能夠方便地實(shí)現(xiàn)工序間的裝卡換裝，并且能夠確保精度，操作方便，效率高。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所采用的柔性分散式微球裝夾與定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所采用的右?jiàn)A持器結(jié)構(gòu)剖圖；

圖3為本發(fā)明所采用的左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明所采用的右側(cè)固定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5-1為本發(fā)明所采用的右側(cè)快速夾具的結(jié)構(gòu)示意圖之一；

圖5-2為本發(fā)明所采用的右側(cè)快速夾具的結(jié)構(gòu)示意圖之二。

圖中：1-1、左夾持器；1-2、右?jiàn)A持器；1-3、左電磁閥；1-4、右電磁閥；1-5、真空軟管；1-6、壓力表；1-7、節(jié)流閥；1-8、微型真空泵；1-9、微球吸附桿；1-10、中心孔；1-11、吸附口；1-12、抽氣孔；1-13、滑動(dòng)螺桿芯；1-14、差動(dòng)螺紋套；1-15、平鍵；1-16、微球；2-1、左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)；2-2、右側(cè)固定平臺(tái)；2-3、定位基準(zhǔn)端面；2-4、V型槽；2-5、V型槽；2-6、左側(cè)快速夾具；2-7、右側(cè)快速夾具；2-8、微動(dòng)平移臺(tái)；2-9、固定底座；2-10、壓緊懸臂；2-11、連桿；2-12、手柄；2-13、旋鈕；2-14、壓板；2-15、彈簧；3-1、CCD相機(jī)；3-2、光源。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：

請(qǐng)參閱附圖，一種微球裝夾與定位方法，采用柔性分散式微球裝夾定位系統(tǒng)對(duì)微球進(jìn)行裝夾和定位，所述柔性分散式微球裝夾定位系統(tǒng)包括夾持及換位系統(tǒng)、換位裝卡工作臺(tái)和視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。

所述視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)有顯微放大鏡頭的CCD相機(jī)3-1、光源3-2和計(jì)算機(jī)，所述光源3-2為所述CCD相機(jī)3-1提供光照，所述CCD相機(jī)3-1用于拍攝微球的圖像，并將該圖像信號(hào)傳輸給所述計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)顯示微球的圖像并提取微球的中心位置信息。以CCD傳感器作為核心部件的CCD相機(jī)，能夠滿足對(duì)微球進(jìn)行微米級(jí)高精度定位的需要，能夠滿足對(duì)圖像分辨率和圖像信號(hào)信噪比特性的較高要求。顯微放大鏡頭能夠保證視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)拍攝圖像的光學(xué)放大功能。光源3-2能夠保證產(chǎn)生平行光源。

所述換位裝卡工作臺(tái)包括相對(duì)的左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)2-1和右側(cè)固定平臺(tái)2-2，所述右側(cè)固定平臺(tái)2-2與微球加工機(jī)床的裝卡單元結(jié)構(gòu)相同，在所述右側(cè)固定平臺(tái)2-2的右側(cè)設(shè)有豎直的定位基準(zhǔn)端面2-3，在所述右側(cè)固定平臺(tái)2-2上設(shè)有與所述定位基準(zhǔn)端面2-3垂直的V型槽2-4；所述左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)2-1固定在微動(dòng)平移臺(tái)2-8上，在所述左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)2-1上設(shè)有V型槽2-5，所述右側(cè)固定平臺(tái)2-2上的V型槽2-4與所述左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)2-1上的V型槽2-5橫截面形狀相同并且同軸相對(duì)。

在所述右側(cè)固定平臺(tái)2-2上安裝有右側(cè)快速夾具2-7，在所述左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)2-8上安裝有左側(cè)快速夾具2-6，所述右側(cè)快速夾具2-7和所述左側(cè)快速夾具2-6結(jié)構(gòu)相同，均包括固定底座2-9、壓緊懸臂2-10、連桿2-11和“7”字形手柄2-12，在所述固定底座2-9的后上部鉸接有所述壓緊懸臂2-10，所述壓緊懸臂2-10的中部與所述手柄2-12的中部通過(guò)所述連桿2-11連接，所述連桿2-11的一端與所述手柄2-12的中部鉸接，所述連桿2-11的另一端與所述壓緊懸臂2-10的中部鉸接，所述手柄2-12的下端與所述固定底座2-9的前下部鉸接，在所述壓緊懸臂2-10的懸臂端設(shè)有與其垂直的旋鈕2-13，在所述旋鈕2-13的下端設(shè)有與其垂直的壓板2-14，在所述壓板2-14與所述壓緊懸臂2-10之間夾壓有彈簧2-15。右側(cè)V型槽2-4和左側(cè)V型槽2-5，可對(duì)由對(duì)偶件形成的左夾持器1-1的微球吸附桿和右?jiàn)A持1-2的微球吸附桿的圓柱面進(jìn)行5點(diǎn)定位，保證左夾持器1-1和右?jiàn)A持1-2的同軸度。

所述夾持及換位系統(tǒng)包括真空抽氣系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)相同的左夾持器1-1和右?jiàn)A持器1-2，所述左右兩個(gè)夾持器均設(shè)有微球吸附桿1-9，所述微球吸附桿1-9采用柱狀結(jié)構(gòu)，所述微球吸附桿1-9設(shè)有作為負(fù)壓腔的中心孔1-10，在所述微球吸附桿1-9的頭端設(shè)有吸附口1-11，所述吸附口1-11與所述中心孔1-10軸線重合；在所述微球吸附桿1-9的側(cè)壁上設(shè)有與所述中心孔1-10連接的抽氣孔1-12；在所述微球吸附桿1-9的尾端設(shè)有滑動(dòng)螺桿芯1-13，所述滑動(dòng)螺桿芯1-13通過(guò)差動(dòng)螺紋套1-14與所述微球吸附桿1-9連接，在所述差動(dòng)螺紋套1-14內(nèi)設(shè)有旋向相反的左右兩部分螺紋，所述差動(dòng)螺紋套1-14的一部分螺紋與所述微球吸附桿1-9連接，所述差動(dòng)螺紋套1-14的另一部分螺紋與所述滑動(dòng)螺桿芯1-13連接，所述滑動(dòng)螺桿芯1-13與所述微球吸附桿1-9之間通過(guò)平鍵1-15連接。

所述真空抽氣系統(tǒng)包括左電磁閥1-3和右電磁閥1-4，所述左電磁閥1-3與所述左夾持器1-1的抽氣孔連接，所述右電磁閥1-4與所述右?jiàn)A持器1-2的抽氣孔連接，所述左電磁閥1-1和所述右電磁閥1-2通過(guò)真空軟管1-5連接，在所述真空軟管1-5上連接有壓力表1-6、節(jié)流閥1-7和微型真空泵1-8。真空抽氣系統(tǒng)啟動(dòng)后，微型真空泵1-8處于常開(kāi)工作狀態(tài)，根據(jù)真空壓力表1-6的讀數(shù)，調(diào)節(jié)控制節(jié)流閥1-7，將負(fù)壓調(diào)節(jié)至設(shè)定狀態(tài)，使氣動(dòng)回路產(chǎn)生額定負(fù)壓。

該方法采用以下步驟：

一)采用所述視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定出微球中心的橫向位置基準(zhǔn)線。

二)啟動(dòng)所述微型真空泵1-8，打開(kāi)所述右電磁閥1-4，采用所述右?jiàn)A持器1-2吸附待加工微球1-16。

三)將所述右?jiàn)A持器1-2的微球吸附桿放置在所述右側(cè)固定平臺(tái)2-2的V型槽內(nèi)，使所述右?jiàn)A持器1-2的滑動(dòng)螺桿芯1-13的末端靠在所述定位基準(zhǔn)端面2-3上。

四)下壓所述右側(cè)快速夾具2-7的手柄2-12，使所述右側(cè)快速夾具2-7的壓板2-14水平輕壓在所述右?jiàn)A持器1-2的微球吸附桿上，保證所述右?jiàn)A持器1-2在外力的作用下能夠左右移動(dòng)，下同，不再贅述。

五)轉(zhuǎn)動(dòng)所述右?jiàn)A持器1-2的差動(dòng)螺紋套1-14，在保持所述右?jiàn)A持器1-2的滑動(dòng)螺桿芯1-13的末端始終與所述定位基準(zhǔn)端面2-3接觸的情況下，將微球中心的位置調(diào)節(jié)至所述橫向位置基準(zhǔn)線。

六)上扳所述右側(cè)快速夾具2-7的手柄2-12，松開(kāi)所述右側(cè)快速夾具2-17，將所述右?jiàn)A持器1-2取出，固定在微球加工機(jī)床的裝卡單元內(nèi)，待微球1-16凸出在吸附口外的半球面加工完成后，將所述右?jiàn)A持器1-2從微球加工機(jī)床的裝卡單元內(nèi)取出；

七)將所述右?jiàn)A持器1-2的吸附桿放置在所述左側(cè)移動(dòng)平臺(tái)2-1的V型槽2-5內(nèi)，下壓所述左側(cè)快速夾具2-6的手柄2-12，使所述左側(cè)快速夾具2-6的壓板2-14水平輕壓在所述右?jiàn)A持器1-2的微球吸附桿1-9上，將所述左側(cè)快速夾具2-6的旋鈕2-13旋轉(zhuǎn)至壓緊檔位，使所述左側(cè)快速夾具2-6的壓板2-14水平緊壓在所述右?jiàn)A持器1-2的微球吸附桿1-9上。

八)將所述左夾持器1-1的微球吸附桿1-9放置在所述右側(cè)固定平臺(tái)2-2的V型槽2-4內(nèi)，使所述左夾持器1-1的滑動(dòng)螺桿芯1-13的末端靠在所述定位基準(zhǔn)端面2-3上。

九)下壓所述右側(cè)快速夾具2-7的手柄2-12，使所述右側(cè)快速夾具2-7的壓板2-14水平輕壓在所述左夾持器1-1的微球吸附桿1-9上，將所述右側(cè)快速夾具2-7旋鈕2-13旋轉(zhuǎn)至壓緊檔位，使所述右側(cè)快速夾具2-7的壓板2-14水平緊壓在所述左夾持器1-1的微球吸附桿1-9上。

十)調(diào)節(jié)所述微動(dòng)平移臺(tái)2-8，使吸附在所述右?jiàn)A持器1-2上的微球2-16沿軸線靠近所述左夾持器1-1的吸附口1-11。

十一)觀察所述計(jì)算機(jī)顯示的圖像，當(dāng)微球2-16進(jìn)入所述左夾持器1-1的吸附口1-11后，打開(kāi)所述左電磁閥1-3，關(guān)閉所述右電磁閥1-2，微球2-16從所述右?jiàn)A持器1-2上被吸附到所述左夾持器1-1上，且能夠保證吸附微球的已加工面，裸露未加工面，完成微球的180度換位裝卡。

十二)調(diào)節(jié)所述微動(dòng)平移臺(tái)2-8，使其后撤至設(shè)定位置。

十三)轉(zhuǎn)動(dòng)所述左夾持器1-1的差動(dòng)螺紋套1-14，在保持所述左夾持器1-1的滑動(dòng)螺桿芯1-13的末端始終與所述定位基準(zhǔn)端面2-3接觸的情況下，將微球中心位置調(diào)節(jié)至所述橫向位置基準(zhǔn)線。

十四)上扳所述右側(cè)快速夾具2-7的手柄2-12，松開(kāi)所述右側(cè)快速夾具2-7，將所述左夾持器1-1取出，固定在微球加工機(jī)床的裝卡單元內(nèi)，待微球1-16整體加工完成后，從微球加工機(jī)床的裝卡單元內(nèi)取出所述左夾持器1-1。

十五)關(guān)閉所述左電磁閥1-3，將微球1-16釋放到指定位置，完成微球1-16的加工。

在本實(shí)施例中，所述吸附口1-11采用喇叭型結(jié)構(gòu)，以便于適用多種尺寸的微球。