CN102581763A - 超精密磨床自动对刀系统 - Google Patents

Abstract

超精密磨床自动对刀系统，涉及一种用于磨床的对刀系统。设有摄像头底座、第1摄像头、第2摄像头、第1数据发送装置、数据接收装置、处理器和第2数据发送装置。第1摄像头和数据发送装置通过摄像头底座固定在机床防护罩上方，第2摄像头和数据发送装置通过摄像头底座固定在水平方向上；所述第1摄像头与第2摄像头通过开关连接，第1摄像头和第2摄像头摄取的砂轮和工件的位置关系图像数据输出端分别接第1数据发送装置和第2数据发送装置，所述第1数据发送装置和第2数据发送装置中的图像数据输出端接数据接收装置的输入端，数据接收装置的输出端接处理器。可实现超精密磨削过程中对刀自动化，减少磨削工艺时间，提高加工效率。

Description

超精密磨床自动对刀系统

技术领域

本发明涉及一种用于磨床的对刀系统，尤其是涉及一种用于超精密数控磨床的自动对刀系统。

背景技术

现代科学技术的不断发展对超精密表面的需求越来越多，所谓高精度表面通常是指精度为0.3～0.03μm的表面，与之相应的加工技术就称为高精度表面加工技术。现今许多大型系统需要大量的高精度光学元件就需要此类技术进行加工。在机械加工的各种方法中，磨削加工精度和加工效率高，往往作为终精加工的手段，而随着现代工业的发展及高科技产品的不断涌现，零件加工精度和表面完整性越来越高，传统磨削正在向超精密磨削发展，相应的，与之配套的超精密数控磨床的应用也有了飞速进展。

目前，在超精密数控磨床的加工中，砂轮对刀通常是技术人员手动完成，即手动控制砂轮向工件的加工初始点移近，并通过借助薄纸片及肉眼判断来完成对刀。这种手动操作不仅消耗时间长，劳动强度大，效率低下，精度低，而且每更换一次砂轮或者工件后，都需要重新对刀，严重浪费加工时间影响加工效率。

中国专利CN101480785A公开一种磨床自动对刀装置及对刀方法，数据采集模块、运算模块和控制模块，数据采集模块采集修整器修整砂轮完毕时的坐标值X1和加工起始点坐标值X2；运算模块获得砂轮需要修整时修整器到达修整起始点行程AX；根据X1、X2和AX修改加工程序相应进给数据，该发明仅需操作者根据找到的磨削起始点和砂轮修整起始点，通过按下规定的键进行确认，其尺寸链计算和修改加工程序均由计算机自动完成，能够使对刀过程操作简单，减少人主观参与，大大降低了对操作者的要求，显著提高了磨床的安全性能，避免撞砂轮等事故发生。

中国专利CN2892373Y公开一种磨床的自动对刀及对刀深度控制装置，包括电流检测装置、处理器、存储数据和程序的存储器；电流检测装置的输入端与驱动砂轮转动的电机相接以检测通过电机的电流；处理器分别与电流检测装置的输出端、存储器、驱动砂轮轴向移动的电机相接；处理器根据电流检测装置检测的通过电机的电流控制电机的动作。该实用新型能自动补偿砂轮磨损量，能完成自动对刀，并能控制对刀深度，生产效率显著提高。  。

发明内容

本发明的目的在于针对超精密磨削加工过程中手动对刀影响加工时间及效率的问题，提供一种可实现超精密磨削过程中对刀自动化，减少磨削工艺时间，提高加工效率的超精密磨床自动对刀系统。

本发明设有摄像头底座、第1摄像头、第2摄像头、第1数据发送装置、数据接收装置、处理器和第2数据发送装置。

第1摄像头和数据发送装置通过摄像头底座固定在机床防护罩上方，第2摄像头和数据发送装置通过摄像头底座固定在水平方向上；所述第1摄像头与第2摄像头通过开关连接，第1摄像头和第2摄像头摄取的砂轮和工件的位置关系图像数据输出端分别接第1数据发送装置和第2数据发送装置，所述第1数据发送装置和第2数据发送装置中的图像数据输出端接数据接收装置的输入端，数据接收装置的输出端接处理器。

本发明通过固定在机床防护罩上方的第1摄像头成像后将图像传输至处理器，处理器中配套的数据处理软件根据换算确定工件以及砂轮在第1摄像头坐标系X、Z轴方向的位置数据，并根据坐标变换求出工件和砂轮在工件坐标系的X、Z轴方向所处的位置；同理，将机床防护门上固定的第2摄像头采集的工件和砂轮图像传输至处理器，数据处理软件根据换算确定工件以及砂轮在第2摄像头坐标系X、Y轴方向的位置数据，然后根据坐标变换，换算出工件和砂轮在工件坐标系的X、Y轴方向所处的位置，数据处理软件经过上述步骤即可确定工件坐标系中工件的加工初始点和砂轮下刀点的距离，并计算生成超精密磨床数控系统可识别的NC文件，传输至超精密磨床数控系统，完成超精密数控磨床的自动对刀，减少磨削工艺时间，提高效率。

本发明具有以下突出优点：

1)不仅结构简单，安装拆卸方便，而且成本低廉；

2)通过摄像头采集工件和砂轮的位置图像，经过处理器中配套的数据处理软件处理后得到工件坐标系中工件和砂轮的位置，并据此生成超精密磨床数控系统可识别的NC文件，传输至超精密磨床数控系统，完成自动对刀，从而减少磨削工艺时间，提高加工效率；

3)相对于手动操作完成对刀中根据肉眼判断砂轮和工件的位置，采用摄像头获取图像得到的两者位置精度和可靠性更高。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的左视图。

图4为本发明实施例第2摄像头摄取的图像经过处理后得到的工件初始点和砂轮下刀点在X、Y方向的距离。

图5为本发明实施例第1摄像头摄取的图像经过处理后得到的工件初始点和砂轮下刀点在X、Z方向的距离。

图6为本发明实施例中工件坐标系方向图。

以下给出图1～6中主要配件的标记：1摄像头底座、2第1摄像头、3 Y轴导轨、4砂轮防护罩、5工作台、6夹具、7工件、8电磁吸盘、9砂轮、10机床防护罩、11第2摄像头、12主轴箱、13数据发送装置、14数据接收装置、15处理器、16数据发送装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方案进行阐述：

参见图1～3，本发明实施例设有摄像头底座1、第1摄像头2、第2摄像头11、第1数据发送装置13、数据接收装置14、处理器15和第2数据发送装置16。

第1摄像头2和数据发送装置13通过摄像头底座1固定在机床防护罩10上方，第2摄像头11和数据发送装置16通过摄像头底座1固定在水平方向上；所述第1摄像头2与第2摄像头11通过开关连接，第1摄像头2和第2摄像头11摄取的砂轮9和工件7的位置关系图像数据输出端分别接第1数据发送装置13和第2数据发送装置16，所述第1数据发送装置13和第2数据发送装置16中的图像数据输出端接数据接收装置14的输入端，数据接收装置14的输出端接处理器15。

加工前，工件7通过夹具6固定在电磁吸盘8上，第1摄像头2和数据发送装置13通过摄像头底座1固定在机床防护罩10上方，第2摄像头11和数据发送装置16通过摄像头底座1固定在水平方向上。打开连接第1摄像头2和第2摄像头11的开关，摄像头摄取此时砂轮9和工件7的位置关系图像，摄像结束后，图像数据分别传至与摄像头对应的数据发送装置13和数据发送装置16，而后通过无线传输将数据发送装置13和数据发送装置16中的图像数据传输至数据接收装置14并将数据传入处理器15进行处理，处理器15中含有配套的数据处理软件，假设第1摄像头2摄取的图像经过图像轮廓识别后如图4、5所示，图中C为砂轮中心点，T为砂轮对刀点，P为工件下刀点，第1摄像头2坐标系的X、Y、Z方向与工件坐标系相同，工件坐标系方向如图6所示，工件坐标系中的距离数值反应的是实际距离，从图中砂轮防护罩4可以读出T、P点在第2摄像头坐标系中X、Y方向的距离|X_b|、|Y_b|以及工件的长度L_b，而工件坐标系中工件的长度即工件的实际长度为l，那么第2摄像头坐标系中到工件坐标系的长度变换比例为：

$\mathrm{\β}=\frac{l}{L_b}$

由此可得到，砂轮对刀点T和工件下刀点P在工件坐标系中X、Y方向的距离即实际距离为：

|X_wb|＝β·|X_b|

|Y_wb|＝β·|Y_b|

再从图5中可以读出砂轮对刀点T和工件下刀点P在第1摄像头坐标系中X、Z方向的距离|X_a|、|Z_a|，以及工件的长度L_a，然后求出第1摄像头坐标系和工件坐标系的长度变换比例：

$\mathrm{\α}=\frac{l}{L_a}$

由此可得，砂轮对刀点T和工件下刀点P在工件坐标系中X、Z方向的距离即实际距离为：

|X_wa|＝α·|X_a|

|Z_wa|＝α·|Z_a|

由于第2摄像头的位置与砂轮中心重合，所摄取的数据中不含砂轮罩等的制造误差，因此以B摄像头中的位置数据|X_wb|为基准对A摄像头中的数据进行修正，修整后的第1摄像头坐标系中的Z轴数据在工件坐标系中为：

$\left|{Z_{\mathrm{wa}}}^{\′}\right|=\mathrm{\α}\·\left|Z_a\right|\·\frac{\left|X_{\mathrm{wb}}\right|}{\left|X_{\mathrm{wa}}\right|}$

由此，得到工件坐标系中砂轮对刀点T和工件下刀点P在X、Y、Z方向的距离X_wb、Y_wb、Z_wa′。经过处理器中配套的数据处理软件对那几个数据进行算法编辑后即可生成超精密磨床数控系统可识别的NC文件，运行该文件就能完成自动对刀。基于此关系生成超精密磨床数控系统可以识别的自动对刀NC文件并将其传输到磨床数控系统中，数控系统完成自动对刀。

Claims (1)

1.超精密磨床自动对刀系统，其特征在于设有摄像头底座、第1摄像头、第2摄像头、第1数据发送装置、数据接收装置、处理器和第2数据发送装置；

第1摄像头和数据发送装置通过摄像头底座固定在机床防护罩上方，第2摄像头和数据发送装置通过摄像头底座固定在水平方向上；所述第1摄像头与第2摄像头通过开关连接，第1摄像头和第2摄像头摄取的砂轮和工件的位置关系图像数据输出端分别接第1数据发送装置和第2数据发送装置，所述第1数据发送装置和第2数据发送装置中的图像数据输出端接数据接收装置的输入端，数据接收装置的输出端接处理器。

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