專利名稱：微小車床對(duì)刀裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種微小車床對(duì)刀裝置及方法。
背景技術(shù)：
在高精度加工的過程中，對(duì)刀精度直接影響エ件的面形加工精度。由于目前待加エ的エ件尺寸越來越小，對(duì)車床的對(duì)刀精度越來越高，現(xiàn)有技術(shù)中常用的加工方式主要有普通車床和數(shù)控車床，而這兩種方式中常用的對(duì)刀方法有試切法和自動(dòng)對(duì)刀儀對(duì)刀。在高精度加工的過程中，如果采用傳統(tǒng)的試切法，無論是X方向?qū)Φ哆€是Z方向?qū)Φ?，在試車后，エ件都?huì)發(fā)生塑性變形，而且試車車削量越大，變形越大 。使用自動(dòng)對(duì)刀儀對(duì)刀時(shí)，其傳感器的精度直接影響自動(dòng)對(duì)刀儀的精度，要滿足對(duì)刀的高精度要求，僅傳感器的成本就很高。實(shí)際中所能得到的測(cè)量精度不完全取決于所配套數(shù)控系統(tǒng)的分辨率，還和機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)誤差、對(duì)刀棒的幾何形狀、加工精度以及裝配質(zhì)量等因素有夫。所以，要將自動(dòng)對(duì)刀儀達(dá)到高精度的效果，難度很高。在對(duì)刀的過程中，普通車床和數(shù)控車床中只在X和Z方向?qū)Φ?，Y方向靠安裝刀具時(shí)手動(dòng)調(diào)節(jié)刀尖的高度，來保證Y方向的要求。在安裝刀具時(shí)，盡量使刀具進(jìn)給方向經(jīng)過エ件回轉(zhuǎn)中心。試著對(duì)エ件端面進(jìn)行車削，觀察端面是否平整。若端面存有明顯的突起，需要調(diào)整刀具的高度即刀具在Y方向的位置。而在高精密加過的過程中，存在以下問題首先，難以通過肉眼觀察車削后的端面是否平整，來確定刀具的調(diào)節(jié)量。其次，即使用放大鏡能觀察到被車端面是否平整，但手動(dòng)調(diào)節(jié)難以保證很小的刀具調(diào)節(jié)量。最后，由于存在塑性變形，僅憑端面是否平整難以確定刀尖進(jìn)給方向是否經(jīng)過回轉(zhuǎn)中心。在微小車床加工系統(tǒng)中，刀尖進(jìn)給方向即刀具所在X方向，必須經(jīng)過エ件的回轉(zhuǎn)中心。否則，刀具沿X方向進(jìn)給量與エ件半徑實(shí)際切削量會(huì)不一致，將難以保證小型エ件的形狀精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了ー種微小車床對(duì)刀裝置及方法。本發(fā)明不對(duì)エ件進(jìn)行車削，即不需要刀尖與エ件的實(shí)際接觸，通過圖像處理技術(shù)，保證各個(gè)方向的要求即微小車床中各個(gè)方向的對(duì)刀。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下微小車床對(duì)刀裝置，該裝置包括機(jī)床卡盤、刀架、刀具和導(dǎo)軌，該裝置還包括 第一 CCD相機(jī)、反射鏡、第一光源、第二 CCD相機(jī)、第二光源和外部計(jì)算機(jī)；待加工的エ件裝卡在機(jī)床卡盤上，刀具固定在刀架上；外部計(jì)算機(jī)控制機(jī)床卡盤和刀架沿導(dǎo)軌進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)；反射鏡位于待加工的エ件端面的正下方，第一光源發(fā)射出的光線經(jīng)由反射鏡反射至第一CCD相機(jī)中；第二光源發(fā)射出的光線照在待加工的エ件的端面，經(jīng)反射后由第二 CCD相機(jī)接收；第一 CXD相機(jī)和第二 CXD相機(jī)采集到的圖像傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)上。微小車床對(duì)刀方法，該方法包括如下步驟
步驟ー將第一 CXD相機(jī)獲得圖像的水平和豎直方向的像素以及第ニ CXD相機(jī)獲得圖像的水平和豎直方向的像素都進(jìn)行標(biāo)定，把兩個(gè)CCD相機(jī)采集到的具有水平和垂直方向?qū)嶋H距離的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)上；步驟ニ 通過外部計(jì)算機(jī)監(jiān)控并調(diào)節(jié)刀具，使其靠近エ件端面；通過圖像處理技術(shù)和編制的相應(yīng)軟件，圖像上即可顯示刀尖與エ件端面回轉(zhuǎn)中心的距離；步驟三根據(jù)得到的刀尖與エ件端面回轉(zhuǎn)中心的距離，手動(dòng)調(diào)節(jié)エ件和刀具間的距離或者利用計(jì)算機(jī)輸出相應(yīng)信號(hào)控制刀具與エ件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微小機(jī)床的高精度對(duì)刀。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了微小車床三維空間上的高精度對(duì)刀。不需要刀尖與エ件實(shí)際的接觸，利用圖像測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)刀間隙的自動(dòng)檢測(cè)，避免了試切時(shí)，刀具與エ件接觸引起變形造成的誤差，且能實(shí)現(xiàn)對(duì)刀間隙的實(shí)時(shí)測(cè)量。其中，CCD相機(jī)的應(yīng)用， 代替了人眼，提高了對(duì)刀精度的穩(wěn)定性，降低了對(duì)刀的難度且能對(duì)加工過程進(jìn)行更好的監(jiān)測(cè)。本發(fā)明適用于任何類型微小車床的對(duì)刀，例如微小型縱切車床的對(duì)刀，也適用于普通車床和數(shù)控車床。


圖I本發(fā)明微小車床對(duì)刀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本發(fā)明微小車床對(duì)刀裝置中反射鏡光路圖。圖3本發(fā)明微小車床對(duì)刀方法Z向間隙檢測(cè)流程圖。圖4本發(fā)明微小車床對(duì)刀方法X和Y向間隙檢測(cè)流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步詳細(xì)說明。如圖I所示，微小車床對(duì)刀裝置，該裝置包括機(jī)床卡盤I、刀架3、刀具4和導(dǎo)軌，該裝置還包括第一 (XD相機(jī)5、反射鏡6、第一光源7、第二 (XD相機(jī)8、第二光源9和外部計(jì)算機(jī)；車床中平行于エ件2主軸方向?yàn)閆軸，エ件水平徑向?yàn)閄軸，取刀具遠(yuǎn)離エ件方向?yàn)檎较颉０从沂侄▌t，垂直于X軸且垂直于Z軸的方向?yàn)閅方向。待加工的エ件2裝卡在機(jī)床卡盤I上，刀具4固定在刀架3上；外部計(jì)算機(jī)控制機(jī)床卡盤I和刀架3在相應(yīng)的導(dǎo)軌滑臺(tái)上進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)；兩個(gè)(XD相機(jī)米用正交布置方式,如圖2所不,第一 (XD相機(jī)5位于エ件2的正上方，沿Y軸布置，第二 CXD相機(jī)8沿Z方向正對(duì)于エ件端面布置；反射鏡6位于待加工的エ件2端面的正下方，與Z軸夾角約成45°，第一光源7沿Z負(fù)方向照射，使光線通過反射鏡6反射，被CXD相機(jī)8接收，采用背光照明，形成清晰的圖像；第二光源9發(fā)射出的光線照在待加工的エ件2的端面后，經(jīng)反射由第二 CXD相機(jī)8接收；第一 CXD相機(jī)5 和第二 CCD相機(jī)8采集到的圖像傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)上。微小車床對(duì)刀方法，包括如下步驟步驟ー將第一 CXD相機(jī)5獲得圖像的水平和豎直方向的像素以及第ニ CXD相機(jī)8獲得圖像的水平和豎直方向的像素都進(jìn)行標(biāo)定，即獲得一個(gè)像素在水平和垂直方向代表的實(shí)際距離。把兩個(gè)CCD相機(jī)采集到的具有水平和垂直方向?qū)嶋H距離的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)上；
步驟ニ 通過外部計(jì)算機(jī)監(jiān)控并調(diào)節(jié)刀具4，使其靠近エ件2端面；當(dāng)看到刀尖出現(xiàn)時(shí)，點(diǎn)擊軟件上的Z向?qū)Φ?如圖3所不,第一 (XD相機(jī)5在圖像中心取一灰度像素,米用區(qū)域生長(zhǎng)方式對(duì)エ件2的輪廓進(jìn)行跟蹤和提取，擬合エ件2端面所在的直線；根據(jù)エ件2與刀具4的位置信息，確定エ件2端面所在直線；通過エ件2輪廓對(duì)圖像進(jìn)行分割，求出刀具上距エ件2端面所在直線最近的點(diǎn)，并計(jì)算其距離，得出刀尖點(diǎn)距離エ件2端面沿軸向即Z向的間隙值，圖像上即可顯示刀尖與エ件2端面的距離；如圖4所示，第二 CXD相機(jī)8在圖像中心取一高灰度像素，采用區(qū)域生長(zhǎng)方式對(duì)エ件2進(jìn)行區(qū)域定位，提取エ件2輪廓，進(jìn)行最小外接圓擬合，獲得エ件2的回轉(zhuǎn)中心和半徑；同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行Sobel梯度變換并分割，利用エ件2定位信息，對(duì)非刀具像素進(jìn)行排除，獲得刀具4粗定位，提取刀面直線，并進(jìn)行擬合獲得交點(diǎn)，作為刀具尖點(diǎn)，從而得到刀尖點(diǎn)距離エ件中心沿Y向和X向的間隙值；步驟三根據(jù)得到的三個(gè)方向上，即X、Y和Z方向上的距離，手動(dòng)調(diào)節(jié)エ件2和刀具4間的距離或者利用計(jì)算機(jī)輸出相應(yīng)信號(hào)控制刀具4與エ件2的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微小機(jī) 床的高精度對(duì)刀。
權(quán)利要求
1.微小車床對(duì)刀裝置，該裝置包括機(jī)床卡盤(I)、刀架(3)、刀具(4)和導(dǎo)軌，其特征在于，該裝置還包括第一 (XD相機(jī)(5)、反射鏡(6)、第一光源(7)、第二 (XD相機(jī)(8)、第二光源(9)和外部計(jì)算機(jī)；待加工的エ件(2)裝卡在機(jī)床卡盤(I)上，刀具(4)固定在刀架(3)上；外部計(jì)算機(jī)控制機(jī)床卡盤(I)和刀架(3)之間的進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)；反射鏡(6)位于待加工的エ件(2)端面的正下方，第一光源(7)發(fā)射出的光線經(jīng)由反射鏡(6)反射至第一 CXD相機(jī)(5)中；第二光源(9)發(fā)射出的光線照在待加工的エ件(2)的端面后，經(jīng)反射由第二 CXD相機(jī)(8)接收；第一 CXD相機(jī)(5)和第二 CXD相機(jī)(8)采集到的圖像傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)上。
2.基于要求I所述的微小車床對(duì)刀方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 步驟ー將第一 CXD相機(jī)(5)獲得圖像的水平和豎直方向的像素以及第ニ CXD相機(jī)(8)獲得圖像的水平和豎直方向的像素都進(jìn)行標(biāo)定，把兩個(gè)CCD相機(jī)采集到的具有水平和垂直 方向?qū)嶋H距離的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)上； 步驟ニ 通過外部計(jì)算機(jī)監(jiān)控并調(diào)節(jié)刀具(4)，使其靠近エ件(2)端面；通過圖像處理技術(shù)和編制的相應(yīng)軟件，圖像上即可顯示刀尖與エ件(2)端面回轉(zhuǎn)中心的距離； 步驟三根據(jù)得到的刀尖與エ件(2)端面回轉(zhuǎn)中心的距離，手動(dòng)調(diào)節(jié)エ件(2)和刀具(4)間的距離或者利用計(jì)算機(jī)輸出相應(yīng)信號(hào)控制刀具(4)與エ件(2)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微小機(jī)床的高精度對(duì)刀。
3.如權(quán)利要求2所述的微小車床對(duì)刀方法，其特征在于，所述步驟ニ包括如下內(nèi)容第一 CXD相機(jī)(5)在圖像中心取一灰度像素，對(duì)エ件(2)的輪廓進(jìn)行跟蹤和提取，擬合エ件(2)端面所在的直線；根據(jù)エ件(2)與刀具(4)的位置信息，確定エ件(2)端面所在直線；通過エ件(2)輪廓對(duì)圖像進(jìn)行分割，計(jì)算出刀具上距エ件(2)端面所在直線最近的點(diǎn)，并求出其距離得出刀尖點(diǎn)距離エ件(2)端面沿軸向即Z向的間隙值；第二 CXD相機(jī)(8)在圖像中心取一高灰度像素，對(duì)エ件(2)進(jìn)行區(qū)域定位，提取エ件(2)輪廓，獲得エ件(2)的回轉(zhuǎn)中心和半徑；同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行梯度變換并分割，利用エ件(2)定位信息，對(duì)非刀具像素進(jìn)行排除，獲得刀具(4)粗定位，提取刀面直線，并進(jìn)行擬合獲得交點(diǎn)，作為刀具尖點(diǎn)，從而得到刀尖點(diǎn)距離エ件中心沿Y向和X向的間隙值。
全文摘要
微小車床對(duì)刀裝置及方法屬于機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，該裝置包括機(jī)床卡盤、刀架、刀具、導(dǎo)軌、第一CCD相機(jī)、反射鏡、第一光源、第二CCD相機(jī)、第二光源和外部計(jì)算機(jī)；方法步驟為將水平方向的像素和垂直方向的像素分別進(jìn)行標(biāo)定，把含有實(shí)際距離信息的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)上；監(jiān)控并調(diào)節(jié)刀具，使其靠近工件端面；通過技術(shù)和軟件即可顯示刀尖與工件端面回轉(zhuǎn)中心的距離；根據(jù)得到的三個(gè)方向上的距離，手動(dòng)調(diào)節(jié)工件和刀具間的距離或者利用計(jì)算機(jī)輸出相應(yīng)信號(hào)控制刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微小機(jī)床的高精度對(duì)刀。本發(fā)明利用圖像測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)刀間隙的自動(dòng)檢測(cè)，以及對(duì)刀間隙的實(shí)時(shí)測(cè)量，降低了對(duì)刀的難度且能對(duì)加工過程進(jìn)行更好的監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)B23B25/06GK102699359SQ20121017683
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者丁戧, 于化東, 于占江, 張留新, 李一全, 李曉舟, 王曉冶, 許金凱 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)