CN110039448A - 气囊磨损监测方法及设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种气囊磨损监测方法以及设备，可以通过测力装置和测微仪来对气囊进行检测，从而确定出气囊的刚度和形貌是否满足抛光要求，是否需要更换气囊。这就保证了在对工件进行抛光的过程中，不会因为气囊刚度和形貌不达标而导致抛光失败或低效率抛光，进而提高了抛光加工过程的稳定性和可靠性。

Description

气囊磨损监测方法及设备

技术领域

本申请涉及光学制造技术领域，具体而言，涉及一种气囊磨损监测方法及设备。

背景技术

随着现代科学技术的不断发展，特别是航空航天、国防军工、信息、微电子与光电子等尖端科学技术的突飞猛进，对光学加工领域提出越来越高的要求。其中大口径非球面元件具有无中心遮拦、可改善像质且简化系统结构等优点，已成为空间相机、极紫外光刻机、超高功率激光装置的关键元件，其超精密加工是光学加工领域的前沿研究方向之一。

气囊抛光技术是近些年大口径非球面元件超精密加工技术的研究热点之一。该技术直接采用高速旋转的球形气囊工具与工件直接接触，气囊工具带动接触区抛光磨粒以一定速度和压力对工件表面材料进行去除。气囊工具作为与工件直接接触的部件，其结构精度直接影响加工精度，因此在抛光加工过程中对气囊工具进行监测，对于保证抛光加工过程的稳定性和可靠性具有重要意义。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种气囊磨损监测方法及设备，用以提高抛光加工过程的稳定性和可靠性。

本申请实施例提供了一种气囊磨损监测方法，包括：通过测力装置测量气囊施加于工件的力；根据测得的力确定所述气囊是否需要更换。

在上述实现过程中，通过测力装置来对抛光过程中气囊施加于工件的力进行测量，即可实现对气囊刚度的监测。进而在根据测得的力确定气囊是否需要更换。如此使得工作人员能够及时更换刚度不够的气囊，进而尽量避免在对工件进行抛光的过程中，因为气囊刚度不够的原因而导致抛光失败或低效率抛光，所以可以提高抛光加工过程的稳定性和可靠性。

进一步地，所述测得的力包括所述气囊施加于所述工件的切向力和法向力；所述切向力为所述气囊对所述工件进行抛光时，沿所述气囊的抛光轨道的切线方向施加给所述工件的力；所述法向力为所述气囊对所述工件进行抛光时，垂直于所述气囊与所述工件的接触面施加给所述工件的力。

在上述实现过程中，在通过测力装置进行力的测量时，测量的力可以至少包括气囊施加于所述工件的切向力和法向力。进而通过切向力和法向力这两个参数即可很好地对气囊的刚度进行评价，从而保证在对工件进行抛光的过程中，不会因为气囊刚度不够的原因而导致抛光失败或低效率抛光，进而提高了抛光加工过程的稳定性和可靠性。

进一步地，所述根据测得的力确定所述气囊是否需要更换包括：将所述测得的力与预设的力度阈值进行比较，在所述测得的力小于等于所述预设的力度阈值时，确定所述气囊需要更换；否则，确定所述气囊不需要更换；或，根据所述测得的力计算出当前所述气囊与所述工件之间的摩擦系数，将计算出的所述摩擦系数与预设的摩擦系数阈值进行比较，在所述摩擦系数小于等于所述预设的摩擦系数阈值时，确定所述气囊需要更换；否则，确定所述气囊不需要更换。

应当理解的是，对于气囊而言，随着不断的使用，可能会存在工具疲劳的问题(随着气囊的不断使用，会导致气囊内部产生结构性损伤，从而使得气囊施加给工件的力慢慢变小，这一过程称为工具疲劳)。而上述实现过程中，可以根据测力装置测得的力来与预设的力度阈值进行比较，即可很容易的判断出气囊的刚度情况是否还能胜任抛光工作，从而在气囊不能胜任抛光工作时可以及时进行气囊的更换，保证在对工件进行抛光的过程中，不会因为气囊刚度不够的原因而导致抛光失败或低效率抛光，进而提高了抛光加工过程的稳定性和可靠性。

此外还应当理解的是，对于气囊而言，随着不断的使用，其外表面被磨损得越来越光滑，与工件之间的摩擦系数越来越低，直至无法胜任抛光工作。而上述实现过程中，可以根据测力装置测得的力来计算出气囊与工件之间的摩擦系数，进而将计算出的摩擦系数与预设的力度阈值进行比较，即可很容易的判断出气囊是否还能胜任抛光工作，从而在气囊不能胜任抛光工作时可以及时进行气囊的更换，保证在对工件进行抛光的过程中，不会因为气囊刚度不够的原因而导致抛光失败或低效率抛光，进而提高了抛光加工过程的稳定性和可靠性。需要说明的是，上述两种方式均具有实现简单的优点，具有较强的普适性。

进一步地，所述气囊磨损监测方法还包括：通过测微仪确定所述气囊的轮廓误差；根据测得的所述轮廓误差确定所述气囊是否需要更换。

在上述实现过程中，在通过测力装置测得气囊施加于工件的力，通过测得的力来确定气囊是否需要更换的同时，进一步引进测微仪来实现对气囊的轮廓误差的确定，进而根据测得的轮廓误差确定气囊是否需要更换。这样即可以实现对气囊的刚度的监测，也可以实现对气囊的形变的监测，保证了在对工件进行抛光的过程中，不会因为气囊刚度的原因而导致抛光失败或低效率抛光的同时，也不会因为气囊形态的原因而导致抛光失败或低效率抛光，从而进一步的提高了抛光加工过程的稳定性和可靠性。

进一步地，所述通过测微仪确定所述气囊的轮廓误差包括：将所述气囊的最低点与测微仪对刀；驱动所述气囊分别进行所述最低点所在xz平面的球面轨迹运动、yz平面的球面轨迹运动，以使所述测微仪分别得到所述气囊的xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差；所述最低点所在xz平面为：以所述最低点为原点构建的三维空间坐标轴中x轴和z轴所确定的平面；所述最低点所在yz平面为：以所述最低点为原点构建的三维空间坐标轴中y轴和z轴所确定的平面；其中：所述z轴的方向与所述测微仪指向所述气囊的最低点的方向相同；驱动所述气囊以该气囊的中心轴为中心进行旋转，以使所述测微仪得到所述气囊的圆周轮廓误差。

在上述实现过程中，在以最低点为原点的三维空间中，驱动气囊分别进行所述最低点所在xz平面的球面轨迹运动、yz平面的球面轨迹运动，以及驱动气囊以中心轴为中心进行旋转，进而得到过最低点的气囊的xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差。这一过程十分的简单，便于程序实现，具有较好的普适性。

进一步地，所述根据测得的轮廓误差确定所述气囊是否需要更换包括：根据所述xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差，计算轮廓评价参量值；将所述轮廓评价参量值与预设的评价参量阈值进行比较；在所述轮廓评价参量值大于等于所述预设的评价参量阈值时，确定所述气囊需要更换；否则，确定所述气囊不需要更换。

在上述实现过程中，将xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差综合考虑得到一个轮廓评价参量值，进而将轮廓评价参量值与预设的评价参量阈值进行比较即可很容易的确定出气囊是否需要更换。上述实现过程中，根据xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差整合得到一个可以整体反应气囊形变量的轮廓评价参量值，进而以该轮廓评价参量值进行气囊形变的评判，实现过程简单，且轮廓评价参量值可以整体反应气囊形变量，评判结构更为客观而准确。

本申请实施例还提供了一种气囊磨损监测方法，包括：将气囊的最低点与测微仪对刀；驱动所述气囊分别进行所述最低点所在xz平面的球面轨迹运动、yz平面的球面轨迹运动，以使所述测微仪分别得到所述气囊的xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差；所述最低点所在xz平面为：以所述最低点为原点构建的三维空间坐标轴中x轴和z轴所确定的平面；所述最低点所在yz平面为：以所述最低点为原点构建的三维空间坐标轴中y轴和z轴所确定的平面；其中：所述z轴的方向与所述测微仪指向所述气囊的最低点的方向相同；驱动所述气囊以该气囊的中心轴为中心进行旋转，以使所述测微仪得到所述气囊的圆周轮廓误差；根据测得的所述xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差，确定所述气囊是否需要更换。

在上述实现过程中，通过测微仪与最低点来进行对刀，进而分别测量出气囊的xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差，进而依据气囊的xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差来确定气囊的形变是否已经导致气囊需要被更换。如此可尽量避免在对工件进行抛光的过程中，因为气囊形态的原因而导致抛光失败或低效率抛光，从而提高了抛光加工过程的稳定性和可靠性。

此外，在上述实现过程中，得到最低点的气囊的xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差的方式是：在以最低点为原点的三维空间中，驱动气囊分别进行所述最低点所在xz平面的球面轨迹运动、yz平面的球面轨迹运动，以及驱动气囊以中心轴为中心进行旋转，进而得到过最低点的气囊的xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差。这一过程十分的简单，便于程序实现，具有较好的普适性。

本申请实施例还提供了一种具有气囊监测功能的设备，包括：机床、设置于机床上的测力装置；所述测力装置的一面为工件安置面，所述工件安置面用于安置工件；所述测力装置用于在气囊对所述工件进行抛光时，测量所述气囊施加于所述工件的力，以根据所述测力装置测得的力确定所述气囊是否需要更换。

在上述实现结构中，在机床上设置有测力装置，且工件安置于测力装置的工件安置面，这样在囊对工件进行抛光时，测力装置即可测量得到气囊施加于工件的力，从而实现对气囊刚度的监测。这样，在监测到气囊刚度不够时，即可及时对气囊进行更换，保证了在对工件进行抛光的过程中，不会因为气囊刚度不够的原因而导致抛光失败或低效率抛光，从而提供了抛光加工过程的稳定性和可靠性。

进一步地，所述机床上还设有测微仪；所述测微仪用于在与所述气囊的最低点对刀后，确定所述气囊的轮廓误差。

在上述实现结构中，在机床上设置测力装置的同时，进一步设置测微仪，从而在通过测力装置测得气囊施加于工件的力，通过测得的力来确定气囊是否需要更换的同时，进一步引进测微仪来实现对气囊的轮廓误差的确定，进而根据测得的轮廓误差确定气囊是否需要更换。如此可以实现对气囊的刚度的监测，也可以实现对气囊的形变的监测，保证了在对工件进行抛光的过程中，不会因为气囊刚度的原因而导致抛光失败或低效率抛光的同时，也不会因为气囊形态的原因而导致抛光失败或低效率抛光，从而进一步的提高了抛光加工过程的稳定性和可靠性。

进一步地，所述气囊上连接有机械臂；所述机械臂用于，将所述气囊移动到与所述测微仪对应的位置，以与所述测微仪进行对刀；以及用于将所述气囊移动到与所述工件对应的位置，以对所述工件进行抛光。

在上述实现结构中，通过机械臂与气囊连接，即可实现对气囊位置的移动，使得其可以根据实际需要移动至工件位置进行抛光以及测力；或者可以使气囊移动至测微仪对应的位置进行形变测量，保证了气囊的可移动性，使得气囊可以根据需要进行刚度检测和形变检测，提高了抛光加工过程的稳定性和可靠性。

本申请实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述任意一种气囊磨损监测方法的步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种气囊磨损监测方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种具有测力功能的抛光设备的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种三个方向的力的示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种气囊磨损监测方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的一种具有形貌检测功能的抛光设备的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种既具有刚度检测功能又具有形貌检测功能的抛光设备的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种管控设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例一：

在实际抛光应用中，抛光气囊的结构刚度影响抛光气囊的抛光效果，因此对抛光气囊的结构刚度进行检测以确定抛光气囊是否需要更换是有必要的。请参看图1，图1为本申请实施例提供的一种气囊磨损监测方法的流程示意图，包括：

S101：通过测力装置测量气囊施加于工件的力；

需要说明的是，本申请实施例中所述的气囊为抛光气囊，气囊用于对工件进行抛光。还需要说明的是，本申请实施例中所提供的气囊磨损监测方法可以应用于管控设备上，如控制台、管理终端、管理服务器等上。

在本申请实施例中，测力装置可以是测力仪。示例性的，参见图2所示，可以在抛光机床4上设置测力仪3，并将工件2安放到测力仪3的上面，这样在气囊1对工件进行抛光时，测力仪3即可实时监测到气囊1施加到工件2上的力。

值得注意的是，在本实施例中测力装置可以具有通信功能，从而使得测力装置在测量得到气囊施加到工件上的力之后，能将测得的力的数据传输给管控设备。在本实施例中，可以采用设置通信总线的方式来实现测力装置和管控设备之间的数据传输。

在本实施例的一种可行实施方式中，测力装置可以是受控测量，即测力装置可以接收管控设备的指令，并根据该指令开始进行测力和停止测力。在采用这一实施方式时，可以有效节约能源消耗，在这种情况下，测力装置需要设计简单的受控开闭功能，例如需要设计一个受控电源开关。而在本实施例的另一种可行实施方式中，测力装置可以是实时测量，即测力装置只要检测到了作用力即自动向管控设备上报测量数据。在采用这一实施方式时，测力装置不需要设计受控处理功能，因此采用传统的测力仪结构即可实现，实现上较为简单，成本较低。

S102：根据测得的力确定气囊是否需要更换。

应当知晓的是，在采用气囊对工件进行抛光的过程中，气囊处于高强度工作状态下，不断的使用会导致气囊内部产生结构性损伤，从而产生工具疲劳导致抛光力(即在气囊对工件进行抛光的过程中气囊施加给工件的力)衰减的现象。因此抛光力是体现气囊刚度的一个重要参数，即抛光力是作为判断气囊是否需要更换的一个重要依据。在本申请实施例中，在通过测力装置测得抛光力之后，至少可以通过以下两种方式进行判断，确定是否需要更换气囊：

方式一：可以将测力装置测得的力与预设的力度阈值进行比较，在测得的力小于等于预设的力度阈值时，确定气囊需要更换；否则，确定气囊不需要更换。

需要说明的是，在方式一中，可以直接以测力装置测得的抛光力与对应的预设抛光力阈值进行比较，从而确定气囊是否需要更换。但是应当理解的是，测力装置测得的抛光力包括工件所受到的合外力，在实际应用过程中，参见图3所示，可以将合外力拆解成为气囊对工件进行抛光时，垂直于气囊与工件的接触面施加给工件的力Fz(即气囊施加给工件的正压力)、沿气囊的抛光轨道的切线方向施加给工件的力Fx(即在气囊旋转方向上气囊施加给工件的力，也即气囊施加于工件的切向力)、以及与气囊旋转方向垂直方向上的力Fy，因此也可以以各分力作为参考量来确定是否需要更换气囊。

需要注意的是，在实际抛光过程中，力主要集中在气囊旋转方向和压合方向，对于Fy而言，其值接近于0，因此工具疲劳所导致的力的衰减在Fy上表现的并不明显，故而可以仅将Fx和Fz作为确定是否需要更换气囊的参考量。在将Fx和Fz作为确定是否需要更换气囊的参考量时，一种可行的方式是：可以分别为Fx和Fz设立一个阈值，并将Fx和Fz分别与其对应的阈值进行比较，在存在至少一个力小于等于其对应的阈值时，即可确定气囊需要更换；否则，确定气囊不需要更换。在将Fx和Fz作为确定是否需要更换气囊的参考量时，又一种可行的方式是：可以为Fx和Fz分别设计不同的权重值，如可以为Fx设立权重值0.7，为Fz设立权重值0.3，按照预先设定的计算公式(例如为0.7Fx+0.3Fz)计算得到一个加权和，进而将该加权和与预先设定的参考值阈值进行比较，在该加权和小于等于参考值阈值时，即可确定气囊需要更换；否则，确定气囊不需要更换。需要理解的是，在第二种方式中通过权重值的设计可以充分考量在抛光过程中对于抛光效果影响较大的力，使得在抛光过程中对于抛光效果影响较大的力(通常而言，抛光过程中抛光效果受气囊和工件之间的摩擦力的影响较大，而Fx为在气囊旋转方向上，气囊施加给工件的力，是和气囊和工件之间的摩擦力方向相反，可以克服该摩擦力的力，因此通常认为Fx在抛光过程中对于抛光效果影响较大)占有更大的权重值，从而使得对气囊更换的考量判断更为准确。此外还需要理解的是，在第二种方式中也可以同时考量Fy，为Fy设计一对应权重值结合Fx和Fz得到参考值，其思路与上述第二种方式一致，在此不再赘述。

方式二：可以根据测力装置测得的力计算出当前气囊与工件之间的摩擦系数，将计算出的摩擦系数与预设的摩擦系数阈值进行比较，在摩擦系数小于等于预设的摩擦系数阈值时，确定气囊需要更换；否则，确定气囊不需要更换。

应当理解的是，在抛光过程中，气囊随着不断的使用，其外表面被磨损得越来越光滑，其与工件之间的摩擦系数就会变得越来越低，从而影响抛光效率和抛光效果。而在实际应用中，气囊与工件之间的摩擦系数可以由Fx和Fz计算得到(气囊与工件之间的摩擦系数的值等于Fx除以Fz)，因此在本申请实施例中，可以先对测力装置测得的力进行分解得到Fx和Fz，进而在计算Fx和Fz的比值即得到了气囊与工件之间的摩擦系数。

在本申请实施例中，力度阈值、摩擦系数阈值等可以由工程师根据大量实验值或实际要求值进行设定。

在本申请实施例中，上述方式一和方式二可以结合为一个实施方式而被采用，从而得到较好的气囊磨损监测效果。当然，也可以仅采用其中一种方式来确定气囊是否需要更换。

特别需要说明的是，在本申请实施例的一种可行实施方式中，上述管控设备的功能也可以直接集成到测力装置中实现(即上述根据力来确定气囊是否需要更换的处理步骤可以由测力装置来实现)。此时的测力装置除了具有传统的测力仪的结构之外，还应当集成有处理器结构，从而具有数据处理功能。

在实际抛光应用中，除了气囊的刚度会影响抛光效果以外，气囊的形貌变化也会对抛光效果造成影响。因此在本实施例中也可以通过对气囊的相貌变化进行检测来确定气囊是否需要更换。参见图4所示，图4为本申请实施例提供的另一种气囊磨损监测方法的流程示意图，包括：

S401：通过测微仪确定气囊的轮廓误差；

在本申请实施例中，测微仪可以对气囊的轮廓进行测量，其可以为激光测微仪、红外测微仪等。可选的，在测微仪为激光测微仪时，可以选用基恩士激光测微仪来实现。

需要说明的是，本申请实施例图4中所提供的气囊磨损监测方法可以应用于管控设备上，如控制台、管理终端、管理服务器等上。

在本申请实施例中，为了实现对气囊的轮廓误差的确定，可以先将气囊的最低点与测微仪对刀，再驱动气囊分别进行最低点所在xz平面的球面轨迹运动、yz平面的球面轨迹运动，以使测微仪分别得到气囊的xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差；以及驱动气囊以该气囊的中心轴为中心进行旋转，以使测微仪得到气囊的圆周轮廓误差。

这里需要说明的是，上段所述的最低点所在xz平面为：以最低点为原点构建的三维空间坐标轴中x轴和z轴所确定的平面；最低点所在yz平面为：以最低点为原点构建的三维空间坐标轴中y轴和z轴所确定的平面。而其中z轴的方向与测微仪指向气囊的最低点的方向相同。参见图5所示，标号7对应的弧线即为气囊的圆周轮廓、标号8对应的弧线即为气囊的yz截面轮廓、标号9对应的弧线即为气囊的xz截面轮廓。此外需要说明的是，气囊的中心轴即为气囊的中心旋转轴，也称为H轴，对应图中标号6。

还需要说明的是，驱动气囊进行最低点所在xz平面的球面轨迹运动、yz平面的球面轨迹运动、以该气囊的中心轴为中心进行旋转的动作之间没有严格的先后顺序。例如可以先驱动气囊进行最低点所在xz平面的球面轨迹运动、再进行最低点所在yz平面的球面轨迹运动、最后再以该气囊的中心轴为中心进行旋转；也可以先以该气囊的中心轴为中心进行旋转，再驱动气囊进行最低点所在xz平面的球面轨迹运动、yz平面的球面轨迹运动。

在本申请实施例中，测微仪可以对气囊的轮廓数据进行采集，进而通过分析接收光束的变化计算出气囊上被测点的高度变化。对于外形平整的气囊而言，其高度变化即可认为是气囊的轮廓误差。此外，在本申请实施例中，测微仪可以对气囊的轮廓数据进行采集，进而将其与预先输入的标准轮廓数据进行比较计算即可得到轮廓误差(标准轮廓数据可以为行业内气囊的标准轮廓值)。

值得注意的是，在本申请实施例中，测微仪与气囊之间的对刀可以通过传统对刀方法来实现(如试切对刀法等)，也可以采用专门的对刀器来实现对刀。

在本申请实施例中，可以采用离线编制的理想半径球面轨迹程序来驱动气囊进行最低点所在xz平面的球面轨迹运动、yz平面的球面轨迹运动。

需要说明的是，测微仪需要具有通信功能，从而可以将测量得到的数据发送给管控设备，以便于管控设备确定是否需要更换气囊。

S402：根据测得的轮廓误差确定气囊是否需要更换。

在本申请实施例中，可以综合考量xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差，以计算得到一个轮廓评价参量值，进而将轮廓评价参量值与预设的评价参量阈值进行比较，在轮廓评价参量值大于等于预设的评价参量阈值时，确定气囊需要更换；否则，确定气囊不需要更换。

应当理解的是，上述计算得到轮廓评价参量值的计算公式可以由工程师根据实际需要进行设定。例如可以设计为xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差的均方根值、平均值、加权平均值等。

在本申请实施例中，可以取多个最低点分别进行轮廓误差的测量，针对各个最低点而言，其测量过程如上，不再赘述。在测得多个最低点对应的xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差时，可以分别计算出个最低点对应的轮廓评价参量值，再将各轮廓评价参量值分别与预设的评价参量阈值进行比较来确定气囊是否需要更换，在任意一个轮廓评价参量值大于等于预设的评价参量阈值时，确定气囊需要更换；否则，确定气囊不需要更换。

在本申请实施例中，评价参量阈值可以由工程师根据大量实验值或实际要求值进行设定。

在本申请实施例的一种可行实施方式中，上述管控设备的功能也可以直接集成到测微仪中实现(即上述图4中确定气囊是否需要更换的处理步骤可以由测微仪来实现)。此时的测微仪除了具有传统的测微仪的结构之外，还应当集成有处理器结构，从而具有数据处理功能。

特别需要注意的是，在本申请实施例中，可以仅实施气囊刚度检测的方案，也可以仅实施气囊形貌检测的方案。但是需要理解的是，在本申请实施例中，也可以既实施气囊刚度检测的方案，又实施气囊形貌检测的方案，从而实现最好的气囊检测效果，避免出现气囊需要更换而未及时更换导致的无效抛光或低效率抛光的问题。

在本申请实施例中，既实施气囊刚度检测的方案，又实施气囊形貌检测的方案时，参见图6所示，可以在抛光机床上分别设置测力装置3和测微仪5。而此时管控设备则可以控制气囊和工件、气囊和测微仪之间的相对位置，从而实现根据实际需要调整气囊的位置的功能，达到既可以使用测力装置对气囊进行刚度检测，又可以使用测微仪对气囊进行形貌检测的效果。

需要说明的是，在本申请实施例中，可以设计机床为传动机床，从而管控设备可以通过控制机床传动，从而改变机床上的测力装置和测微仪的位置，使其达到与气囊对应的位置。此外，也可以通过在气囊上连接机械臂，进而由该机械臂带动气囊，将气囊移动到与测微仪对应的位置，以与测微仪进行对刀，或将气囊移动到与工件对应的位置，以对工件进行抛光，并使得测量设备得以进行测力。

在本申请实施例中，在确定出气囊需要更换后，管控设备可以向用户发出气囊更换提示，例如可以弹出气囊更换提示框、或控制警报器报警等。特别的，在具有气囊自动化设备的情况下，可以将气囊自动化设备与管控设备连接起来，从而在管控设备确定出气囊需要更换后，直接控制气囊自动化设备进行气囊的更换。

在本申请实施例中，还提供一种具有气囊磨损监测功能的设备，其一种可选结构可以参见图6所示，其包括：机床4、设置于机床4上的测力装置3；测力装置3的一面为工件安置面，工件安置面用于安置工件2。而测力装置3用于在气囊1对工件2进行抛光时，测量气囊1施加于工件2的力，进而以根据测力装置3测得的力确定气囊1是否需要更换。

在本申请实施例中，机床4上还可以设有测微仪5。测微仪5用于在与气囊1的最低点对刀后，确定气囊1的轮廓误差。

此外，在本申请实施例中，气囊1上可以连接有机械臂(图中未示出)。通过该机械臂可以将气囊1移动到与测微仪5对应的位置，以将气囊1与测微仪5进行对刀；以及通过该机械臂可以将气囊1移动到与工件2对应的位置，以使得气囊1可以对工件2进行抛光，进而使得测力装置3可以测量到气囊1施加给工件2的抛光力。

综上所述，本申请实施例提供的一种气囊磨损监测方法以及具有气囊磨损监测功能的设备，可以通过测力装置和/或测微仪来对气囊进行检测，从而确定出气囊的刚度或形貌是否满足抛光要求，是否需要更换气囊。如此使得工作人员能够在对工件进行抛光的过程中，进而尽量避免因为气囊刚度或形貌不达标而导致抛光失败或低效率抛光，所以可以提高抛光加工过程的稳定性和可靠性。

实施例二：

本实施例在图6所示的结构的基础上，以一种较具体的球形气囊的实施方式为例，对本申请实施例的方案作进一步示意说明。

在本申请实施例中，可以在气囊使用过程中采用测力仪、激光测微仪对气囊的抛光力以及表面轮廓进行持续监测，监测数据可以反映气囊磨损程度。球形气囊磨损主要会表现为两种现象，一是工具疲劳导致抛光力衰减，二是气囊因表面材料脱落或非弹性压缩变形而发生表面轮廓变化。为监测这两种磨损，本实施例中可以将工件放置于测力仪上，测力仪可持续对抛光力进行监测。另外，激光测微仪可以固定在机床的工作台上，并确定激光测微仪在机床的工件坐标系中的位置。气囊使用一段时间后可移动到激光测微仪处检测气囊轮廓变化。

采用离线编制的理想半径球面轨迹程序，程序驱动气囊分别在XZ截面、YZ截面上进行球面运动，此时激光测微仪检测到的数据分别为XZ截面轮廓误差和YZ截面轮廓误差。激光测微仪检测光束照射在气囊使用环带上，然后旋转气囊，此时激光测微仪采集的数据为圆周轮廓误差。

可选的，气囊使用一段时间后可移动到激光测微仪处检测气囊的轮廓变化。在检测前，可以采用基恩士激光测微仪先对气囊进行对刀，使基恩士激光测微仪出光对准气囊的最低点，并将对刀位置处坐标(x，y，z)设置为(0，0，0)。然后采用离线编制的理想半径球面轨迹程序，程序驱动气囊分别在XZ截面、YZ截面上进行球面运动，此时激光测微仪检测到的数据分别为XZ截面轮廓误差和YZ截面轮廓误差。此外，可以将激光测微仪检测光束照射在气囊的使用环带上，然后旋转气囊，此时激光测微仪采集的数据即为圆周轮廓误差。根据激光测微仪所得圆周轮廓误差、XZ截面轮廓误差和YZ截面轮廓误差，求取均方根值RMS作为评价参量。

通过上述方案，可以激光测微仪与气囊在机床中相对位置固定，能准确测量气囊轮廓误差，且能保证多次检测的重复性。同时，在抛光过程中测力仪可以持续对抛光力进行实时采集，不仅可以表现出气囊长时间力衰减的现象，而且可以通过切向力和法向力换算出摩擦系数，以反映气囊表面光滑化或粗糙化的现象。此外，通过本申请实施例的方案可以获得气囊状态变化规律，依据此规律可以评估气囊使用时间，同时还可以进行工艺反馈，在不更换气囊情况下重新评估气囊去除效率，以提高加工稳定性。

实施例三：

本实施例提供了一种管控设备，参见图7所示，其包括处理器701、存储器702以及通信总线703。其中：

通信总线703用于实现处理器701和存储器702之间的连接通信。

处理器701用于执行存储器702中存储的一个或多个程序，以实现上述实施例中气囊磨损监测方法的各步骤。

可以理解，图7所示的结构仅为示意，管控设备还可包括比图7中所示更多或者更少的组件，或者具有与图7所示不同的配置。

本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，如软盘、光盘、硬盘、闪存、U盘、CF卡、SD卡、MMC卡等，在该计算机可读存储介质中存储有实现上述各个步骤的一个或者多个程序，这一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述气囊磨损监测方法的各步骤。在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种气囊磨损监测方法，其特征在于，包括：

通过测力装置测量气囊施加于工件的力；所述气囊用于对所述工件进行抛光；

根据测得的力确定所述气囊是否需要更换。

2.根据权利要求1所述的气囊磨损监测方法，其特征在于，所述测得的力包括所述气囊施加于所述工件的切向力和法向力；

所述切向力为所述气囊对所述工件进行抛光时，沿所述气囊的抛光轨道的切线方向施加给所述工件的力；

所述法向力为所述气囊对所述工件进行抛光时，垂直于所述气囊与所述工件的接触面施加给所述工件的力。

3.根据权利要求1所述的气囊磨损监测方法，其特征在于，所述根据测得的力确定所述气囊是否需要更换包括：

将所述测得的力与预设的力度阈值进行比较，在所述测得的力小于等于所述预设的力度阈值时，确定所述气囊需要更换；否则，确定所述气囊不需要更换；

或，

根据所述测得的力计算出当前所述气囊与所述工件之间的摩擦系数，将计算出的所述摩擦系数与预设的摩擦系数阈值进行比较，在所述摩擦系数小于等于所述预设的摩擦系数阈值时，确定所述气囊需要更换；否则，确定所述气囊不需要更换。

4.根据权利要求1-3任一项所述的气囊磨损监测方法，其特征在于，还包括：

通过测微仪确定所述气囊的轮廓误差；

根据测得的所述轮廓误差确定所述气囊是否需要更换。

5.根据权利要求4所述的气囊磨损监测方法，其特征在于，所述通过测微仪确定所述气囊的轮廓误差包括：

将所述气囊的最低点与测微仪对刀；

驱动所述气囊分别进行所述最低点所在xz平面的球面轨迹运动、yz平面的球面轨迹运动，以使所述测微仪分别得到所述气囊的xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差；所述最低点所在xz平面为：以所述最低点为原点构建的三维空间坐标轴中x轴和z轴所确定的平面；所述最低点所在yz平面为：以所述最低点为原点构建的三维空间坐标轴中y轴和z轴所确定的平面；其中：所述z轴的方向与所述测微仪指向所述气囊的最低点的方向相同；

驱动所述气囊以该气囊的中心轴为中心进行旋转，以使所述测微仪得到所述气囊的圆周轮廓误差。

6.根据权利要求5所述的气囊磨损监测方法，其特征在于，所述根据测得的轮廓误差确定所述气囊是否需要更换包括：

根据所述xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差，计算轮廓评价参量值；

将所述轮廓评价参量值与预设的评价参量阈值进行比较；

在所述轮廓评价参量值大于等于所述预设的评价参量阈值时，确定所述气囊需要更换；否则，确定所述气囊不需要更换。

7.一种气囊磨损监测方法，其特征在于，包括：

将气囊的最低点与测微仪对刀；

驱动所述气囊分别进行所述最低点所在xz平面的球面轨迹运动、yz平面的球面轨迹运动，以使所述测微仪分别得到所述气囊的xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差；所述最低点所在xz平面为：以所述最低点为原点构建的三维空间坐标轴中x轴和z轴所确定的平面；所述最低点所在yz平面为：以所述最低点为原点构建的三维空间坐标轴中y轴和z轴所确定的平面；其中：所述z轴的方向与所述测微仪指向所述气囊的最低点的方向相同；

驱动所述气囊以该气囊的中心轴为中心进行旋转，以使所述测微仪得到所述气囊的圆周轮廓误差；

根据测得的所述xz截面轮廓误差、yz截面轮廓误差和圆周轮廓误差，确定所述气囊是否需要更换。

8.一种具有气囊磨损监测功能的设备，其特征在于，包括：机床、设置于所述机床上的测力装置；所述测力装置的一面为工件安置面，所述工件安置面用于安置工件；所述测力装置用于在气囊对所述工件进行抛光时，测量所述气囊施加于所述工件的力，以根据所述测力装置测得的力确定所述气囊是否需要更换。

9.根据权利要求8所述的具有气囊磨损监测功能的设备，其特征在于，包括：所述机床上还设有测微仪；所述测微仪用于在与所述气囊的最低点对刀后，确定所述气囊的轮廓误差。

10.根据权利要求9所述的具有气囊磨损监测功能的设备，其特征在于，所述气囊上连接有机械臂；

所述机械臂用于，将所述气囊移动到与所述测微仪对应的位置，以与所述测微仪进行对刀；以及用于将所述气囊移动到与所述工件对应的位置，以对所述工件进行抛光。