專利名稱：帶探損檢測的軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪光整系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪精密加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對于傳統(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，使得加工時間占模具加工總用時的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。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)行長時間加工后，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，而通過檢測砂輪表面加工變形情況，則可保證磨粒接觸幾率相近。本專利設(shè)計(jì)了一種帶探損檢測的軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪光整系統(tǒng)，可以實(shí)時檢測加工時的氣壓砂輪的輪廓，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
本發(fā)明要解決現(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，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種帶探損檢測的軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪光整系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)在線探損和實(shí)時調(diào)整以提高加工精度和加工效率。帶探損檢測的軟固結(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、用于對所述的工件進(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，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)。
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)采集的輪廓信號進(jìn)行實(shí)時在線調(diào)整運(yùn)動狀態(tài)。計(jì)算機(jī)通過連接控制柜實(shí)現(xiàn)對機(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)自動化控制，也可由操控人員通過操控面板實(shí)現(xiàn)手動控制?？刂乒駥⒉倏孛顐髦翙C(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。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)，在加工平臺上，安裝一個固定支架，用于支持激光掃描儀，使其對準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)圓盤中心區(qū)域，使得當(dāng)氣壓砂輪在對工件進(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。將測得的輪廓信號通過數(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。將采用后的信號傳至數(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)動姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)對砂輪的加工狀態(tài)控制。本發(fā)明的工作原理是將待加工工件安裝在旋轉(zhuǎn)臺上，首先通過對待加工工件進(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。啟動三維激光測試儀，開啟電機(jī)掃描裝置，通過控制平面鏡的移動，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。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)。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。在對高硬度表面進(jìn)行精密光整前，需對氣壓砂輪進(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)，并儲存至計(jì)算機(jī)當(dāng)中。當(dāng)砂輪開始加工時，三維掃描儀將實(shí)時記錄上述駐點(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)通過對實(shí)時采集的數(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，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。本發(fā)明的有益效果在于針對半球形軟固結(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氣壓砂輪曲率輪廓進(jìn)行實(shí)時采集，計(jì)算機(jī)以曲率作為探損標(biāo)準(zhǔn)，并通過實(shí)時調(diào)整機(jī)械臂運(yùn)動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)勢和應(yīng)用潛力奠定重要基礎(chǔ)。


圖I是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明氣壓砂輪輪廓曲率檢測示意圖。 圖3是本發(fā)明整體系統(tǒng)運(yùn)行流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。帶探損檢測的軟固結(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、用于對所述的工件進(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，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)。本發(fā)明技術(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204進(jìn)行實(shí)時在線調(diào)整運(yùn)動狀態(tài)。計(jì)算機(jī)201通過連接控制柜12實(shí)現(xiàn)對機(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)自動化控制，也可由操控人員通過操控面板實(shí)現(xiàn)手動控制?？刂乒?2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。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14上，安裝一個固定支架207，用于支持激光掃描儀19，使其對準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)圓盤15中心區(qū)域，使得當(dāng)氣壓砂輪17在對工件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。將測得的砂輪輪廓信號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。將采用后的信號傳至數(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)動姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)對砂輪17的加工狀態(tài)控制。
本發(fā)明的工作過程為將待加工工件18安裝在旋轉(zhuǎn)臺15上，首先通過對待加工工件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。啟動三維激光測試儀19，開啟電機(jī)掃描裝置208，通過控制平面鏡211的移動，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。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 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)。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。在對高硬度表面18進(jìn)行精密光整前，需對氣壓砂輪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)，并儲存至計(jì)算機(jī)201當(dāng)中。當(dāng)砂輪17開始加工時，三維掃描儀19將實(shí)時記錄上述駐點(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)通過對實(shí)時采集的數(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，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3說明了整個系統(tǒng)運(yùn)行的流程。本說明書實(shí)施例所述內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思所實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)僅局限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(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、用于對所述的工件進(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，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)。
全文摘要
帶探損檢測的軟固結(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、用于對所述的工件進(jìn)行光整加工的氣壓砂輪，所述的加工平臺上的支架上設(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，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)。
文檔編號B24B53/12GK102632458SQ20121011658
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者曾晰, 蔡姚杰, 計(jì)時鳴, 金明生 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)