專利名稱：帶探損檢測(cè)的軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪光整系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
帶探損檢測(cè)的軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪光整系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪精密加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]對(duì)于傳統(tǒng)的模具光整加工而言，由于自由曲面的復(fù)雜性，制約了加工自動(dòng)化的實(shí) 施，大部分加工不得不使用手工操作，加工效率極低，使得加工時(shí)間占模具加工總用時(shí)的 40%以上，是模具制造主要技術(shù)瓶頸之一。激光強(qiáng)化模具不但具有自由曲面的復(fù)雜性，同時(shí) 還遇到高硬度、高耐磨性和局域硬度差異等新問題，使得光整加工更加困難，即使是采用手 工操作，目前也沒有適合的工具可以用于高硬度、高耐磨性自由曲面的有效且精密的光整 切削。這一問題，尚無有效解決方法，且缺乏深入的研究。針對(duì)激光強(qiáng)化模具光整加工技術(shù) 難題，提出一種新型的光整加工工具——軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪。其中氣壓砂輪是一個(gè)由橡 膠基體構(gòu)成的空心半球，并在其表面通過高分子粘結(jié)劑軟固結(jié)一層有一定厚度的磨粒，其 表面的柔性可以通過空心半球內(nèi)部氣壓在線控制，并可方便地與機(jī)器人配合使用。[0003]在目前加工過程中發(fā)現(xiàn)，在氣壓砂輪與加工工件表面成一定角度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間加工 后，其磨粒固結(jié)砂輪表面容易產(chǎn)生局部過損區(qū)，其特征表現(xiàn)為磨粒固化層厚度不均，磨粒切 削效果減弱，切削力難以控制等方面。而經(jīng)過研究后發(fā)現(xiàn)，若能保證砂輪表面切削時(shí)磨粒接 觸幾率相近，則可保證磨粒材料去除效果以及實(shí)現(xiàn)切削力可控，而通過檢測(cè)砂輪表面加工 變形情況，則可保證磨粒接觸幾率相近。[0004]本專利設(shè)計(jì)了一種帶探損檢測(cè)的軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪光整系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)加 工時(shí)的氣壓砂輪的輪廓，從而避免局部過損現(xiàn)象，增加砂輪使用壽命，保證加工精度，提高加工效率。發(fā)明內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型要解決現(xiàn)有技術(shù)在軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪加工過程中容易出現(xiàn)局部過 損現(xiàn)象的不足，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種帶探損檢測(cè)的軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪光整系統(tǒng)，以實(shí) 現(xiàn)在線探損和實(shí)時(shí)調(diào)整以提高加工精度和加工效率。[0006]帶探損檢測(cè)的軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪光整系統(tǒng)，包括用于放置待加工的工件的加工 平臺(tái)、用于對(duì)所述的工件進(jìn)行光整加工的氣壓砂輪，其特征在于所述的加工平臺(tái)上的支架 上設(shè)置有用于記錄氣壓砂輪的輪廓數(shù)據(jù)的激光掃描儀，所述的激光掃描儀包含一個(gè)用于調(diào) 整掃描區(qū)域的電機(jī)掃描裝置、光學(xué)系統(tǒng)、激光器、平面鏡，所述的激光掃描儀的光學(xué)系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊，所述的數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端和所述的電機(jī)掃描裝置的指 令信號(hào)輸入端均連接計(jì)算機(jī)；所述的計(jì)算機(jī)預(yù)存有所述工件的表面輪廓建模、所述的氣壓 砂輪的軌跡，所述的計(jì)算機(jī)通過控制柜連接機(jī)器人，所述的機(jī)器人設(shè)有三自由度的機(jī)械臂， 所述的機(jī)械臂上裝有所述的氣壓砂輪；所述的計(jì)算機(jī)通過比較實(shí)時(shí)氣壓砂輪輪廓數(shù)據(jù)與初 始砂輪輪廓的數(shù)據(jù)，判斷所述的氣壓砂輪是否出現(xiàn)過損現(xiàn)象，當(dāng)判斷所述的氣壓砂輪存在 過損時(shí)，則通過控制柜改變所述的機(jī)械臂的姿態(tài)，改變所述的氣壓砂輪的切削姿態(tài)。[0007]主要包括砂輪表面探損模塊與機(jī)械加工模塊。所述機(jī)械加工模塊主要由計(jì)算機(jī)控 制，可通過對(duì)工件表面進(jìn)行建模，進(jìn)行軌跡規(guī)劃，并可根據(jù)采集的輪廓信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線調(diào) 整運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。計(jì)算機(jī)通過連接控制柜實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制，控制柜主要提供操作方案，可由 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，也可由操控人員通過操控面板實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。控制柜將操控命令 傳至機(jī)器人，機(jī)器人主要由具有三自由度的機(jī)械臂構(gòu)成，并將氣壓砂輪拋光裝置安裝在機(jī) 械臂上，以實(shí)現(xiàn)氣壓砂輪運(yùn)行軌跡精準(zhǔn)控制。[0008]所述砂輪表面探損模塊主要通過三維激光輪廓掃描來實(shí)現(xiàn)，在加工平臺(tái)上，安裝 一個(gè)固定支架，用于支持激光掃描儀，使其對(duì)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)圓盤中心區(qū)域，使得當(dāng)氣壓砂輪在對(duì)工 件進(jìn)行光整過程中，其外側(cè)表面能夠完全暴露在激光照射區(qū)域。在固定端安裝電機(jī)掃描裝 置，電機(jī)掃描裝置通過調(diào)整平面鏡的位置，將激光器發(fā)射的光束進(jìn)行調(diào)整，從而控制激光掃 描的區(qū)域。[0009]將測(cè)得的輪廓信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行采集，根據(jù)設(shè)計(jì)需求調(diào)整采樣速率。[0010]將采用后的信號(hào)傳至數(shù)據(jù)處理模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，隨后將分析結(jié)果傳送至計(jì)算 機(jī)。計(jì)算機(jī)根據(jù)結(jié)果調(diào)整機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)砂輪的加工狀態(tài)控制。[0011]本實(shí)用新型的工作原理是將待加工工件安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，首先通過對(duì)待加工工 件進(jìn)行三維建模，并將其輪廓特征保存至計(jì)算機(jī)當(dāng)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)其表面光整需求，設(shè)定機(jī) 械臂運(yùn)行軌跡，并在這個(gè)過程中始終保持砂輪外表側(cè)朝同一方向。并將規(guī)劃后的軌跡程序 傳送至控制柜，控制柜控制機(jī)械臂內(nèi)的伺服電機(jī)運(yùn)行，使氣壓砂輪在工件表面按照原始工 件表面輪廓設(shè)定軌跡運(yùn)行。[0012]啟動(dòng)三維激光測(cè)試儀，開啟電機(jī)掃描裝置，通過控制平面鏡的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)控制激光 掃描區(qū)域在氣壓砂輪加工區(qū)域，并通過計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的軌跡規(guī)劃路徑，通過計(jì)算機(jī)控制電機(jī) 掃描裝置，使得激光掃描區(qū)域始終保持在砂輪外表面。[0013]光學(xué)系統(tǒng)通過激光反射后接收初始砂輪表面掃描輪廓，通過數(shù)據(jù)采集模塊，將其 傳送至數(shù)據(jù)分析模塊，數(shù)據(jù)分析模塊將其保存至非易失存儲(chǔ)器中，作為原始數(shù)據(jù)。這里需要 說明的是，采用后保存的輪廓并非砂輪全貌輪廓，由于砂輪在受損過程中，只存在環(huán)形區(qū)域 受損特征，因此在分析其是否受損的過程中，只需采樣砂輪外表輪廓的相同間距的若干縱 向樣條曲線作為采樣基準(zhǔn)。[0014]系統(tǒng)開始進(jìn)行正常加工運(yùn)行。砂輪按照事先設(shè)定的軌跡進(jìn)行加工，并將軌跡路徑 存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)控制電機(jī)掃描裝置，使得三維激光掃描輪廓范圍集中在氣壓砂輪精 密加工過程中的主要駐點(diǎn)上。在對(duì)高硬度表面進(jìn)行精密光整前，需對(duì)氣壓砂輪進(jìn)行試運(yùn)行 輪廓掃描，記錄若干駐點(diǎn)上的砂輪主要輪廓數(shù)據(jù)作為自識(shí)別初始數(shù)據(jù)，這里主要指的是砂 輪外表輪廓曲率數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存至計(jì)算機(jī)當(dāng)中。當(dāng)砂輪開始加工時(shí)，三維掃描儀將實(shí)時(shí)記錄上 述駐點(diǎn)上的砂輪輪廓數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲 率分析，來判斷氣壓砂輪是否存在過損現(xiàn)象。當(dāng)判斷砂輪存在過損時(shí)，則通過控制柜改變機(jī) 械臂的姿態(tài)，使得砂輪的切削姿態(tài)發(fā)生改變。由于砂輪在加工過程中受損特征一般表現(xiàn)為 球面環(huán)形接觸區(qū)內(nèi)磨粒和高聚物粘結(jié)劑受損，使得砂輪輪廓曲率發(fā)生改變。因此可通過以 初始輪廓曲率數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)調(diào)整砂輪的切削姿態(tài)避免這一情況的發(fā)生，最終達(dá)到磨 粒的高效切削效果。[0015]本實(shí)用新型的有益效果在于針對(duì)半球形軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪精密加工方法中存在的砂輪表面磨粒局部過損現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一種帶探損檢測(cè)的軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪光整系 統(tǒng)；采用三維激光掃描儀對(duì)氣壓砂輪曲率輪廓進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，計(jì)算機(jī)以曲率作為探損標(biāo)準(zhǔn)， 并通過實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)來控制氣壓砂輪的接觸姿態(tài)，從而避免砂輪過損現(xiàn)象產(chǎn)生。該 方案一方面很好地提高了軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪的使用壽命；另一方面也有效地提升軟固結(jié) 磨粒的使用效率。為該拋光技術(shù)在模具拋光領(lǐng)域發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用潛力奠定重要基 礎(chǔ)。


[0016]圖1是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。[0017]圖2是本實(shí)用新型氣壓砂輪輪廓曲率檢測(cè)示意圖。[0018]圖3是本實(shí)用新型整體系統(tǒng)運(yùn)行流程圖。
具體實(shí)施方式
[0019]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。[0020]帶探損檢測(cè)的軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪光整系統(tǒng)，包括用于放置待加工的工件的加工 平臺(tái)、用于對(duì)所述的工件進(jìn)行光整加工的氣壓砂輪，其特征在于所述的加工平臺(tái)上的支架 上設(shè)置有用于記錄氣壓砂輪的輪廓數(shù)據(jù)的激光掃描儀，所述的激光掃描儀包含一個(gè)用于調(diào) 整掃描區(qū)域的電機(jī)掃描裝置、光學(xué)系統(tǒng)、激光器、平面鏡，所述的激光掃描儀的光學(xué)系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊，所述的數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端和所述的電機(jī)掃描裝置的指 令信號(hào)輸入端均連接計(jì)算機(jī)；所述的計(jì)算機(jī)預(yù)存有所述工件的表面輪廓建模、所述的氣壓 砂輪的軌跡，所述的計(jì)算機(jī)通過控制柜連接機(jī)器人，所述的機(jī)器人設(shè)有三自由度的機(jī)械臂， 所述的機(jī)械臂上裝有所述的氣壓砂輪；所述的計(jì)算機(jī)通過比較實(shí)時(shí)氣壓砂輪輪廓數(shù)據(jù)與初 始砂輪輪廓的數(shù)據(jù)，判斷所述的氣壓砂輪是否出現(xiàn)過損現(xiàn)象，當(dāng)判斷所述的氣壓砂輪存在 過損時(shí)，則通過控制柜改變所述的機(jī)械臂的姿態(tài)，改變所述的氣壓砂輪的切削姿態(tài)。[0021]本實(shí)用新型技術(shù)結(jié)構(gòu)上分為砂輪表面探損模塊2與機(jī)械加工模塊I。所述機(jī)械加 工模塊主要由計(jì)算機(jī)201，可通過對(duì)工件表面進(jìn)行建模進(jìn)行軌跡規(guī)劃，并可根據(jù)采集的砂輪 輪廓信號(hào)204進(jìn)行實(shí)時(shí)在線調(diào)整運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。計(jì)算機(jī)201通過連接控制柜12實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人 13的控制，控制柜12主要提供操作方案，可由計(jì)算機(jī)201實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，也可由操控人員 通過操控面板實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。控制柜12將操控命令傳至機(jī)器人13，機(jī)器人13主要由具有 三自由度的機(jī)械臂構(gòu)成，并將氣壓砂輪拋光裝置16安裝在機(jī)械臂上，以實(shí)現(xiàn)氣壓砂輪運(yùn)行 軌跡精準(zhǔn)控制。[0022]所述砂輪表面探損模塊2主要通過三維激光輪廓掃描來實(shí)現(xiàn)，在加工平臺(tái)14上， 安裝一個(gè)固定支架207，用于支持激光掃描儀19，使其對(duì)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)圓盤15中心區(qū)域，使得當(dāng)氣 壓砂輪17在對(duì)工件18進(jìn)行光整過程中，其外側(cè)表面能夠完全暴露在激光照射區(qū)域。在固 定端安裝電機(jī)掃描裝置208，電機(jī)掃描裝置208通過調(diào)整平面鏡211的位置，將激光器210 發(fā)射的光速進(jìn)行調(diào)整，從而控制激光掃描的區(qū)域。[0023]將測(cè)得的砂輪輪廓信號(hào)204通過數(shù)據(jù)采集203模塊進(jìn)行采集，根據(jù)設(shè)計(jì)需求調(diào)整 米樣速率。[0024]將采用后的信號(hào)傳至數(shù)據(jù)處理模塊202，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，隨后將分析結(jié)果傳送至計(jì)算機(jī)201。計(jì)算機(jī)根據(jù)結(jié)果調(diào)整機(jī)械臂13的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)砂輪17的加工狀態(tài)控制。[0025]本實(shí)用新型的工作過程為將待加工工件18安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)15上，首先通過對(duì)待 加工工件18進(jìn)行三維建模205，并將其輪廓特征保存至計(jì)算機(jī)201當(dāng)中，計(jì)算機(jī)201根據(jù) 其表面光整需求，建立機(jī)械臂13運(yùn)行軌跡，并在這個(gè)過程中始終保持砂輪外表側(cè)朝同一方 向。并將規(guī)劃后的軌跡程序傳送至控制柜12，控制柜12控制機(jī)械臂內(nèi)的伺服電機(jī)運(yùn)行，使 氣壓砂輪17在工件18表面按照原始工件表面輪廓設(shè)定軌跡運(yùn)行。[0026]啟動(dòng)三維激光測(cè)試儀19，開啟電機(jī)掃描裝置208，通過控制平面鏡211的移動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)控制激光掃描區(qū)域在氣壓砂輪17加工區(qū)域，并通過計(jì)算機(jī)201存儲(chǔ)的軌跡規(guī)劃路徑，通 過計(jì)算機(jī)201控制電機(jī)掃描裝置208，使得激光掃描區(qū)域始終保持在砂輪外表面205。[0027]光學(xué)系統(tǒng)209通過激光反射后接收初始砂輪表面掃描輪廓，得到砂輪輪廓信號(hào) 204，通過數(shù)據(jù)采集模塊203，將其傳送至數(shù)據(jù)分析模塊202，數(shù)據(jù)分析模塊將其保存至非易 失存儲(chǔ)器中，作為原始數(shù)據(jù)。這里需要說明的是，采用后保存的輪廓并非砂輪全貌輪廓，由 于砂輪在受損過程中，只存在環(huán)形區(qū)域206受損特征，因此在分析其是否受損的過程中，只 需采樣砂輪外表輪廓的相同間距的若干縱向樣條曲線作為采樣基準(zhǔn)。[0028]系統(tǒng)開始進(jìn)行正常加工運(yùn)行。砂輪17按照事先設(shè)定的軌跡進(jìn)行加工，并將軌跡路 徑存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)201，計(jì)算機(jī)201控制電機(jī)掃描裝置208，使得三維激光儀19掃描輪廓范圍 集中在氣壓砂輪精密加工過程中的主要駐點(diǎn)上。在對(duì)高硬度表面18進(jìn)行精密光整前，需 對(duì)氣壓砂輪17進(jìn)行試運(yùn)行輪廓掃描，記錄若干駐點(diǎn)上的砂輪主要輪廓數(shù)據(jù)作為自識(shí)別初 始數(shù)據(jù)，這里主要指的是砂輪外表輪廓曲率數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存至計(jì)算機(jī)201當(dāng)中。當(dāng)砂輪17開 始加工時(shí)，三維掃描儀19將實(shí)時(shí)記錄上述駐點(diǎn)上的砂輪輪廓數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī) 201，計(jì)算機(jī)通過對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲率分析，來判斷氣壓砂輪是否存在過損現(xiàn)象。當(dāng) 判斷砂輪存在過損時(shí)，則通過控制柜改變機(jī)械臂13的姿態(tài)，使得砂輪17的切削姿態(tài)發(fā)生改 變。由于砂輪在加工過程中受損特征一般表現(xiàn)為球面環(huán)形接觸區(qū)206內(nèi)磨粒和高聚物粘結(jié) 劑受損，使得砂輪輪廓曲率發(fā)生改變。因此可通過以初始輪廓曲率數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)調(diào)整 砂輪的切削姿態(tài)避免這一情況的發(fā)生，最終達(dá)到磨粒的高效切削效果。附圖三說明了整個(gè) 系統(tǒng)運(yùn)行的流程。[0029]本說明書實(shí)施例所述內(nèi)容僅僅是對(duì)實(shí)用新型構(gòu)思所實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)僅局限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍及于本領(lǐng)域 技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思所能想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求1.帶探損檢測(cè)的軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪光整系統(tǒng)，包括用于放置待加工的工件的加工平臺(tái)、用于對(duì)所述的工件進(jìn)行光整加工的氣壓砂輪，其特征在于所述的加工平臺(tái)上的支架上設(shè)置有用于記錄氣壓砂輪的輪廓數(shù)據(jù)的激光掃描儀，所述的激光掃描儀包含一個(gè)用于調(diào)整掃描區(qū)域的電機(jī)掃描裝置、光學(xué)系統(tǒng)、激光器、平面鏡，所述的激光掃描儀的光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊，所述的數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端和所述的電機(jī)掃描裝置的指令信號(hào)輸入端均連接計(jì)算機(jī)；所述的計(jì)算機(jī)通過控制柜連接機(jī)器人，所述的機(jī)器人設(shè)有三自由度的機(jī)械臂，所述的機(jī)械臂上裝有所述的氣壓砂輪。
專利摘要帶探損檢測(cè)的軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪光整系統(tǒng)，包括用于放置待加工的工件的加工平臺(tái)、用于對(duì)所述的工件進(jìn)行光整加工的氣壓砂輪，所述的加工平臺(tái)上的支架上設(shè)置有用于記錄氣壓砂輪的輪廓數(shù)據(jù)的激光掃描儀，所述的激光掃描儀包含一個(gè)用于調(diào)整掃描區(qū)域的電機(jī)掃描裝置、光學(xué)系統(tǒng)、激光器、平面鏡，所述的激光掃描儀的光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊，所述的數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端和所述的電機(jī)掃描裝置的指令信號(hào)輸入端均連接計(jì)算機(jī)；所述的計(jì)算機(jī)通過控制柜連接機(jī)器人，所述的機(jī)器人設(shè)有三自由度的機(jī)械臂，所述的機(jī)械臂上裝有所述的氣壓砂輪。
文檔編號(hào)B24B53/12GK202825553SQ20122016867
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者計(jì)時(shí)鳴, 曾晰, 蔡姚杰, 金明生 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)