CN109531263B - 超精密机床智能对刀仪、智能对刀机床及智能对刀方法 - Google Patents

超精密机床智能对刀仪、智能对刀机床及智能对刀方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超精密机床智能对刀仪，包括底座、转动装置、自动对焦装置和精准定位装置，所述转动装置、精准定位装置分别固定在所述底座上，所述转动装置与所述自动对焦装置连接，所述转动装置驱动所述自动对焦装置在待机位置、对刀位置之间往复转动，所述精准定位装置将所述自动对焦装置定位固定在对刀位置上。本发明还提供了一种智能对刀机床。本发明还提供了一种智能对刀方法。本发明的有益效果是：可通过转动装置将自动对焦装置转动到对刀位置，可通过精准定位装置将自动对焦装置定位固定在对刀位置上，可通过自动对焦装置通过检测图像的轮廓边缘实现自动对焦，实现了超精密机床对刀过程的自动化。

Description

超精密机床智能对刀仪、智能对刀机床及智能对刀方法
技术领域
本发明涉及超精密机床，尤其涉及一种超精密机床智能对刀仪、智能对刀机床及智能对刀方法。
背景技术
随着微电子技术、信息技术、航空航天技术、生命科学和材料科学等高技术的飞速发展，超精密加工技术也在不断进步。超精密切削是超精密加工中的一个重要领域，它是一项内容广泛的新技术。使用精密的单晶金刚石刀具加工有色金属和非金属，能够直接切出超光滑的加工表面，这样就可以取代超精密磨削等精加工工序，极大的提高加工效率，同时也可以保证加工精度和加工表面质量。超精密加工中刀具的对刀设置是实现高质量表面制造的重要步骤，传统的超精密机床对刀方法是通过人工借助于光学对刀仪进行刀高的粗调和微调，对刀过程繁琐复杂，且对刀精度依赖于对刀师傅的经验和对刀仪的景深，因此，该对刀方法无法实现对刀过程的自动化。为了实现智能超精密切削加工，如何实现自动化对刀是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种超精密机床智能对刀仪、智能对刀机床及智能对刀方法。
本发明提供了一种超精密机床智能对刀仪，包括底座、转动装置、自动对焦装置和精准定位装置，所述转动装置、精准定位装置分别固定在所述底座上，所述转动装置与所述自动对焦装置连接，所述转动装置驱动所述自动对焦装置在待机位置、对刀位置之间往复转动，所述精准定位装置将所述自动对焦装置定位固定在对刀位置上，所述自动对焦装置通过检测图像的轮廓边缘实现自动对焦。
作为本发明的进一步改进，所述转动装置包括伺服电机、谐波减速器、法兰轴和摇臂，所述伺服电机、谐波减速器分别设置在所述底座上，所述伺服电机与所述谐波减速器连接，所述谐波减速器通过所述法兰轴与所述摇臂连接，所述自动对焦装置固定在所述摇臂上。
作为本发明的进一步改进，所述底座上设有滚珠轴承，所述法兰轴设置在所述滚珠轴承上。
作为本发明的进一步改进，所述摇臂上设有与所述精准定位装置相对应的定位部。
作为本发明的进一步改进，所述精准定位装置上设有上下约束定位凹槽、左右约束定位凹槽和前后约束结构，所述定位部包括上下定位球、左右定位球和前后定位球，所述上下定位球与所述上下约束定位凹槽上下定位配合，所述左右定位球与所述左右约束定位凹槽左右定位配合，所述前后定位球与所述前后约束结构前后定位配合。
作为本发明的进一步改进，所述上下约束定位凹槽上设有固定上下定位球的第一电磁铁，所述左右约束定位凹槽上设有固定左右定位球的第二电磁铁。
作为本发明的进一步改进，所述前后约束结构上设有吸附前后定位球的永久磁铁。
本发明还提供了一种智能对刀机床，包括上述中任一项所述的超精密机床智能对刀仪。
本发明还提供了一种智能对刀方法，基于上述中任一项所述的超精密机床智能对刀仪，通过所述自动对焦装置利用对比度法来实现自动对焦，设前焦对比度为α1，后焦对比度为α2，两对比度之差为|α1-α2|，δ1为粗调临界值，δ2为微调临界值，当|α1-α2|＞δ1时，进行对刀粗调；当|α1-α2|＞δ2时，进行对刀微调，当|α1-α2|＜δ2时，对刀完成。
本发明的有益效果是：通过上述方案，可通过转动装置将自动对焦装置转动到对刀位置，可通过精准定位装置将自动对焦装置定位固定在对刀位置上，可通过自动对焦装置通过检测图像的轮廓边缘实现自动对焦，实现了超精密机床对刀过程的自动化。
附图说明
图1是本发明本发明提供了一种智能对刀机床的示意图。
图2是本发明本发明提供了一种超精密机床智能对刀仪的示意图。
图3是本发明本发明提供了一种超精密机床智能对刀仪的精准定位装置的示意图。
图4是本发明本发明提供了一种智能对刀方法的自动对焦对比度法原理图。
图5是本发明本发明提供了一种智能对刀方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图2至图3所示，本发明提供了一种超精密机床智能对刀仪100，包括底座1、转动装置2、自动对焦装置3和精准定位装置4，所述转动装置2、精准定位装置4分别固定在所述底座1上，所述转动装置2与所述自动对焦装置3连接，所述转动装置2驱动所述自动对焦装置3在待机位置、对刀位置之间往复转动，所述精准定位装置4将所述自动对焦装置3定位固定在对刀位置上，所述自动对焦装置3通过检测图像的轮廓边缘实现自动对焦。
如图2至图3所示，所述转动装置2包括伺服电机21、顶盖22、盖子23、谐波减速器24、法兰轴26和摇臂27，所述伺服电机21、谐波减速器24分别设置在所述底座1上，所述伺服电机21与所述谐波减速器24连接，所述谐波减速器24通过所述法兰轴26与所述摇臂27连接，所述自动对焦装置3固定在所述摇臂27上。
如图2至图3所示，所述底座1上设有滚珠轴承25，所述法兰轴26设置在所述滚珠轴承25上。
如图2至图3所示，所述摇臂27上设有与所述精准定位装置相对应的定位部28。
如图2至图3所示，所述精准定位装置4上设有上下约束定位凹槽41、左右约束定位凹槽42和前后约束结构43，所述定位部28包括上下定位球、左右定位球和前后定位球，所述上下定位球与所述上下约束定位凹槽41上下定位配合，所述左右定位球与所述左右约束定位凹槽42左右定位配合，所述前后定位球与所述前后约束结构43前后定位配合。
如图2至图3所示，所述上下约束定位凹槽41上设有固定上下定位球的第一电磁铁，所述左右约束定位凹槽42上设有固定左右定位球的第二电磁铁。
如图2至图3所示，所述前后约束结构43上设有吸附前后定位球的永久磁铁。
如图1所示，一种智能对刀机床，包括上述中任一项所述的超精密机床智能对刀仪100、电脑200、智能刀架300、金刚石刀具400和真空吸盘500。
转动装置2是为了不影响加工过程，满足智能制造，为超精密机床智能对刀仪100专门设计的一个摇臂转动机构，当对刀时，将自动对焦装置3转到真空吸盘500正上方位置，对刀结束，将自动对焦装置3转到机床内侧。其中伺服电机21接收电脑200的控制器信号并反馈信号，提供转动。谐波减速器24将伺服电机21输入的高转速、低动力变为低转速、高动力输出，通过摇臂27带动自动对焦装置3转动。
精准定位装置4使自动对焦装置3固定在对刀位置，精准定位装置4分为上下约束定位凹槽41、左右约束定位凹槽42、前后约束结构43三个约束结构，分别限制上下方向位移、左右方向位移和前后方向位移，上下约束定位凹槽41、左右约束定位凹槽42分别装有两个电磁铁，前后约束结构43安装一个磁力不是很大的永久磁铁。当自动对焦装置3转到对刀位置，此时上下定位球、左右定位球和前后定位球分别被吸住，限制自动对焦装置3位移；当对刀结束，电磁铁断电，自动对焦装置3在转动装置2的作用下转动回去。
自动对焦装置4是利用对比度法，如图4所示，该方法是通过检测图像的轮廓边缘实现自动对焦的。图像的轮廓边缘越清晰，则它的亮度梯度就越大，或者说边缘处景物和背景之间的对比度就越大。反之，失焦的图像，轮廓边缘模糊不清，亮度梯度或对比度下降；失焦越远，对比度越低。利用这个原理，将两个光电检测器放在CCD前后相等距离处，被摄影物的图像经过分光同时成在这两个检测器上，分别输出其成像的对比度。当两个检测器所输出的对比度相差的绝对值最小时，说明对焦的像面刚好在两个检测器中间，即和CCD的成像表面接近，于是对焦完成。
如图4、5所示，一种智能对刀方法，基于上述中任一项所述的智能对刀仪，通过所述自动对焦装置利用对比度法来实现自动对焦，设前焦对比度为α1，后焦对比度为α2，两对比度之差为|α1-α2|，δ1为粗调临界值，δ2为微调临界值(其值随自动对焦CCD的精度而定)，当|α1-α2|＞δ1时，进行对刀粗调；当|α1-α2|＞δ2时，进行对刀微调，当|α1-α2|＜δ2时，对刀完成。
本发明提供的一种超精密机床智能对刀仪、智能对刀机床及智能对刀方法，可通过转动装置2将自动对焦装置3转动到对刀位置，可通过精准定位装置4将自动对焦装置3定位固定在对刀位置上，可通过自动对焦装置3通过检测图像的轮廓边缘实现自动对焦，实现了对刀过程的自动化
本发明提供的一种超精密机床智能对刀仪、智能对刀机床及智能对刀方法，对商业超精密加工机床进行改装设计，使本来借助于光学对刀仪，通过繁琐复杂的手动对刀，变为可以远程在线控制的自动化的智能对刀。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种超精密机床智能对刀仪，其特征在于：包括底座、转动装置、自动对焦装置和精准定位装置，所述转动装置、精准定位装置分别固定在所述底座上，所述转动装置与所述自动对焦装置连接，所述转动装置驱动所述自动对焦装置在待机位置、对刀位置之间往复转动，所述精准定位装置将所述自动对焦装置定位固定在对刀位置上，所述自动对焦装置通过检测图像的轮廓边缘实现自动对焦，所述转动装置包括伺服电机、谐波减速器、法兰轴和摇臂，所述伺服电机、谐波减速器分别设置在所述底座上，所述伺服电机与所述谐波减速器连接，所述谐波减速器通过所述法兰轴与所述摇臂连接，所述自动对焦装置固定在所述摇臂上，所述底座上设有滚珠轴承，所述法兰轴设置在所述滚珠轴承上，所述摇臂上设有与所述精准定位装置相对应的定位部，所述精准定位装置上设有上下约束定位凹槽、左右约束定位凹槽和前后约束结构，所述定位部包括上下定位球、左右定位球和前后定位球，所述上下定位球与所述上下约束定位凹槽上下定位配合，所述左右定位球与所述左右约束定位凹槽左右定位配合，所述前后定位球与所述前后约束结构前后定位配合，所述上下约束定位凹槽上设有固定上下定位球的第一电磁铁，所述左右约束定位凹槽上设有固定左右定位球的第二电磁铁。
2.根据权利要求1所述的超精密机床智能对刀仪，其特征在于：所述前后约束结构上设有吸附前后定位球的永久磁铁。
3.一种智能对刀机床，其特征在于：包括权利要求1至2中任一项所述的超精密机床智能对刀仪。
4.一种智能对刀方法，其特征在于：基于权利要求1至2中任一项所述的超精密机床智能对刀仪，通过所述自动对焦装置利用对比度法来实现自动对焦，设前焦对比度为α1，后焦对比度为α2，两对比度之差为|α1-α2|，δ1为粗调临界值，δ2为微调临界值，当|α1-α2|＞δ1时，进行对刀粗调；当|α1-α2|＞δ2时，进行对刀微调，当|α1-α2|＜δ2时，对刀完成。
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