CN113352237B - 一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置 - Google Patents

一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置，具体包括运动系统、检测系统、开槽系统、控制系统和支撑平台。其中支撑平台对装置起支撑作用；控制系统驱动运动系统带动开槽系统使金刚石笔与砂轮相互干涉、并按指定的运动轨迹运动对砂轮进行开槽；光学检测笔随着金刚石笔的开槽路径移动并且能够快速获得接收器与砂轮工作面的距离，从而能够在线获取砂轮工作面所开凹槽的槽型及尺寸；当检测到砂轮工作面所开凹槽的槽型及尺寸的偏差超过限定值时，触发控制系统的修正指令并驱动运动系统，调整开槽工艺参数，完成槽型及尺寸的修正。本发明能够实现在位开槽，在不接触砂轮的情况下精准、高效地检测并实时修正所开凹槽的槽型及尺寸。

Description

一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置
技术领域
本发明涉及一种砂轮工作面开槽装置，特别是一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置。
背景技术
磨削加工是一种精密的机械加工方法，通过砂轮表面的切削刃与工件表面直接干涉，从而去除工件材料。磨削时，砂轮与工件接触区产生的磨削力和磨削温度高，容易导致工件损伤、砂轮堵塞。
为了解决上述问题，对砂轮工作面进行开槽能够降低磨削力和磨削温度，进而改善磨削性能。为此国内外广大学者开展了砂轮开槽工艺的研究，公开号为“CN208117609 U”的实用新型专利“一种金刚石砂轮端面开槽装置”，其原理是将金刚石砂轮固定，通过电机控制刀具移动和转动，使砂轮和刀具相互干涉，并且通过控制安装板的倾斜角度，从而调节金刚石砂轮的倾斜角度，进而可以开出垂直或倾斜于金刚石砂轮中心的凹槽，该装置在一定程度上解决了常规开出单一槽型的问题。但是，该技术在开槽过程中不能实时检测已开凹槽的槽型及尺寸，只能待砂轮开槽工作全部完成后才能检测砂轮工作面的槽型是否达到要求；且开槽时需要将砂轮从磨床主轴上拆卸，再安装在专用开槽装置上进行开槽，开槽后再次重新安装在磨床主轴上，开槽效率低。
公开号为“CN105043303 A”的发明专利“一种用于砂轮表面形貌的检测方法与系统”，其原理是运用三角测距的方法，将线性光源通过数字微镜器件、分光镜、色散透镜产生色散光，照射到砂轮表面并反射，反射回来的色散光通过分光镜反射到CCD摄像机内，从而获取砂轮表面的形貌，这为精准检测砂轮表面形貌开辟了新思路。但是，根据数字微镜器件、分光镜、色散透镜的光学色散原理可知，该技术分散而成的色散光波长变动范围为数十微米，从而正如该专利说明书所述，该技术主要用于砂轮表面形貌的检测。
发明内容
为解决现有问题，本发明提出了一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置，用于解决在砂轮开槽过程中不能实时检测并修正所开凹槽的槽型及尺寸的问题。通过控制系统驱动运动系统带动开槽系统进行开槽工作；光学检测笔随着金刚石笔的开槽路径移动并且能够快速获得接收器与砂轮工作面的距离，从而获取砂轮工作面所开凹槽的尺寸参数。当检测到的砂轮工作面所开凹槽的槽型及尺寸的偏差超过限定值时，触发控制系统的修正指令并驱动运动系统，调整开槽工艺参数，完成槽型及尺寸的修正，从而达到实时修正槽型及尺寸的目的。
为了实现上述目的，一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置，其特征在于：该装置包括运动系统、检测系统、开槽系统、控制系统和支撑平台；所述运动系统和控制系统安装在支撑平台上，检测系统和开槽系统安装在运动系统的Y轴移动平台上。
所述的运动系统由X、Y、Z三组运动模块组成，每组运动模块包括：第一伺服电机、第一滚珠丝杠、轴承座、导轨、移动平台；两根导轨平行固定在支撑平台或移动平台上，第一滚珠丝杠通过轴承座与第一伺服电机相连并安装在两根导轨之间；通过三组运动模块的配合能够实现运动系统的上下、左右、前后组合运动。
所述检测系统包括：立柱、第二伺服电机、第二滚珠丝杠、滑块、光学检测模块、相机支架、数字相机；立柱安装在Y轴移动平台上，光学检测模块的光学检测笔及相机支架安装在滑块上，相机支架上安装有数字相机；第二伺服电机驱动第二滚珠丝杠使得滑块及其上面的光学检测笔和数字相机能够上下运动；数字相机、光学检测笔及其光路位于同一竖直面上；数字相机用于观察在开槽前开槽系统中金刚石笔与砂轮的对刀情况。
所述开槽系统包括：刀架台、金刚石笔；刀架台与Y轴移动平台固定连接，金刚石笔安装在刀架台上，且与光学检测笔位于同一竖直面上；金刚石笔用于砂轮开槽。
所述控制系统包括：控制集成箱、计算机；计算机连接控制集成箱，用于驱动运动系统、及控制金刚石笔的移动路径和开槽工艺参数。
所述光学检测模块包括：光源、光纤、光学检测笔；光源发出的光束通过光纤进入光学检测笔，光束在光学检测笔内经过多重同轴透镜被分解成不同波长的色散光，照射到砂轮工作面且不满足共焦条件的光线呈漫反射，而满足共焦条件的光则沿着相同光路反射、并被光学检测笔内的接收器接收；通过分析接收器接收到的光线的波长，能够计算出砂轮工作面与透镜的距离，从而实时获取砂轮工作面所开凹槽的尺寸参数；多重同轴透镜的光学色散原理使得光学检测笔的测量范围能够达到毫米级，从而能够准确检测深度为毫米级的凹槽尺寸参数。
所述的一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置，其特征在于：所述第二伺服电机驱动第二滚珠丝杠能够带动光学检测笔上下移动，使其与砂轮的中心轴线处于同一水平面，从而能够以最佳检测位置来测量砂轮工作面开凹槽的槽型及尺寸。
所述的一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置，其特征在于：所述的金刚石笔用于砂轮开槽，是指根据计算机预先设定好的程序，通过驱动运动系统使金刚石笔与砂轮相互干涉、并按指定的运动轨迹运动，由于金刚石笔的硬度大于砂轮，从而在砂轮工作面刻出所需的凹槽。
所述的一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置，其特征在于：所述的运动系统能够带动金刚石笔上下、左右、前后组合运动，从而能够满足不同槽型及直径的砂轮的开槽要求。
上述一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置，与现有的技术相比，其有益效果在于。
①实时监测和修正。光学检测笔随着金刚石笔的开槽路径移动，并且能够快速获得接收器与砂轮工作面的距离，因而可以实时监测砂轮工作面所开凹槽的槽型及尺寸。当检测到砂轮工作面所开凹槽的槽型及尺寸的偏差超过限定值时，触发控制系统的修正指令并驱动运动系统，快速做出调整开槽工艺参数的响应，完成槽型及尺寸的修正，从而达到实时修正槽型及尺寸的目的。
②在位开槽。该装置维持砂轮在磨床主轴上不动，通过驱动开槽装置的运动系统，使得金刚石笔与砂轮相互干涉，从而实现开槽，属于在位开槽，避免了二次装夹误差，提高了开槽效率。
③槽型及尺寸的检测精度高。光束在光学检测笔内经过多重同轴透镜被分解成不同波长的色散光，满足共焦条件的光能够沿着相同光路反射并被接收器感知，再通过光学色散原理建立透镜到所照射砂轮工作面的距离与波长之间的对应关系，从而能够精准、高效地获得砂轮工作面所开凹槽的槽型及尺寸。
④非接触式测量。光源发出的光束通过光学检测笔照射到砂轮工作面，能够在不接触砂轮的情况下，快速无损伤地检测到砂轮工作面所开凹槽的槽型及尺寸。
⑤适用性好。运动系统能够带动金刚石笔组合运动，从而能够满足不同槽型及直径砂轮的开槽要求。光学检测笔能够上下移动，保持与砂轮中心轴线处于同一水平面，从而能够以最佳检测位置来测量不同直径砂轮工作面所开凹槽的槽型及尺寸，适用性强。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是图1中的运动系统结构示意图。
图3是图1中的检测系统结构示意图。
图4是图1中的开槽系统结构示意图。
图5是图1中的控制系统结构示意图。
图6是图3中的光学检测模块结构示意图。
以上图1至图6中的标示为：1、运动系统，1-1、第一伺服电机，1-2、第一滚珠丝杠，1-3、轴承座，1-4、导轨，1-5、X轴移动平台，1-6、Y轴移动平台，1-7、Z轴移动平台；2、检测系统，2-1、立柱，2-2、第二伺服电机，2-3、第二滚珠丝杠，2-4、滑块，2-5、光学检测模块，2-5-1、光源，2-5-2、光纤，2-5-3、光学检测笔，2-5-3-1、接收器，2-5-3-2、透镜，2-5-4、色散光，2-6、相机支架， 2-7、数字相机；3、开槽系统，3-1、刀架台，3-2、金刚石笔；4、控制系统，4-1、控制集成箱，4-2、计算机；5、支撑平台，6砂轮，6-1、砂轮工作面，6-2、凹槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置，由运动系统1、检测系统2、开槽系统3、控制系统4和支撑平台5组成。所述的运动系统1包括：第一伺服电机1-1、第一滚珠丝杠1-2、轴承座1-3、导轨1-4、X轴移动平台1-5、Y轴移动平台1-6、Z轴移动平台1-7；所述的检测系统2包括：立柱2-1、第二伺服电机2-2、第二滚珠丝杠2-3、滑块2-4、光学检测模块2-5、相机支架 2-6、数字相机2-7；所述的光学检测模块2-5包括：光源2-5-1、光纤2-5-2、光学检测笔2-5-3；所述的光学检测笔包括：接收器2-5-3-1、透镜2-5-3-2；所述开槽系统3包括：刀架台3-1、金刚石笔3-2；所述的控制系统4包括：控制集成箱4-1、计算机4-2。
运动系统1和控制系统4安装在支撑平台5上，检测系统2和开槽系统 3安装在运动系统1的Y轴移动平台1-6上。
运动系统1由X、Y、Z三组运动模块组成，每组运动模块的两根导轨 1-4平行固定在支撑平台5或移动平台上，第一滚珠丝杠1-2通过轴承座1-3与第一伺服电机1-1相连并安装在两根导轨1-4之间；通过三组运动模块的配合能够实现运动系统1的上下、左右、前后组合运动；而运动系统1能够带动金刚石笔3-2组合运动，从而能够满足不同槽型及直径砂轮的开槽要求。
立柱2-1安装在Y轴移动平台1-6上，光学检测模块2-5的光学检测笔 2-5-3及相机支架2-6安装在滑块2-4上，相机支架2-6上安装有数字相机2-7；第二伺服电机2-2驱动第二滚珠丝杠2-3使得滑块2-4及其上面的光学检测笔 2-5-3和数字相机2-7能够上下运动；启动第二伺服电机2-2带动光学检测笔2-5-3 与砂轮6中心轴线处于同一水平面，从而能够以最佳检测位置来测量砂轮工作面 6-1所开凹槽的槽型及尺寸，适用性强；数字相机2-7、光学检测笔2-5-3及其光路位于同一竖直面上；数字相机2-7用于观察在开槽前开槽系统3中金刚石笔3-2 与砂轮6的对刀情况。
刀架台3-1与Y轴移动平台1-6固定连接，金刚石笔3-2安装在刀架台 3-1上，且与光学检测笔2-5-3位于同一竖直面上；金刚石笔3-2用于砂轮6开槽。
计算机4-2连接控制集成箱4-1，用于驱动运动系统1、及控制金刚石笔 3-2的移动路径和开槽工艺参数；该装置维持砂轮6在磨床主轴上不动，根据计算机4-2预先设定好的程序，通过驱动运动系统1使金刚石笔3-2与砂轮6相互干涉、并按指定的运动轨迹运动，由于金刚石笔3-2的硬度大于砂轮6，从而在砂轮6表面刻出所需的凹槽6-2，从而实现开槽，属于在位开槽，避免了二次装夹误差，提高了开槽效率。
光学检测笔2-5-3随着金刚石笔3-2的开槽路径移动；光源2-5-1发出的光束通过光纤2-5-2进入光学检测笔2-5-3，光束在光学检测笔2-5-3内经过多重同轴透镜2-5-3-2被分解成不同波长的色散光2-5-4，照射到砂轮工作面6-1，且不满足共焦条件的光线呈漫反射，而满足共焦条件的光则沿着相同光路反射；在不接触砂轮的情况下，光学检测笔2-5-3内的接收器2-5-3-1用于接收从砂轮工作面6-1反射回来且满足共焦条件的光，通过分析接收器2-5-3-1接收到的光线的波长，能够快速获得砂轮工作面6-1与透镜2-5-3-2的距离，因而可以快速无损伤地监测砂轮工作面6-1所开凹槽的槽型及尺寸参数；多重同轴透镜2-5-3-2 的光学色散原理使得光学检测笔2-5-3的测量范围能够达到毫米级，从而能够精准地获得砂轮工作面6-1所开凹槽的槽型及尺寸；当检测到砂轮工作面6-1所开凹槽的槽型及尺寸的偏差超过限定值时，触发控制系统4的修正指令并驱动运动系统1，快速做出调整开槽工艺参数的响应，完成槽型及尺寸的修正，从而达到实时修正槽型及尺寸的目的。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡是在本发明的公开范围之内所做的任何等同替换、修改等，均包含在本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置，其特征在于：该装置包括运动系统(1)、检测系统(2)、开槽系统(3)、控制系统(4)和支撑平台(5)；所述运动系统(1)和控制系统(4)安装在支撑平台(5)上，检测系统(2)和开槽系统(3)安装在运动系统(1)的Y轴移动平台(1-6)上；
所述的运动系统(1)由X、Y、Z三组运动模块组成，每组运动模块包括：第一伺服电机(1-1)、第一滚珠丝杠(1-2)、轴承座(1-3)、导轨(1-4)、移动平台；两根导轨(1-4)平行固定在支撑平台(5)或移动平台上，第一滚珠丝杠(1-2)通过轴承座(1-3)与第一伺服电机(1-1)相连并安装在两根导轨(1-4)之间；通过三组运动模块的配合能够实现运动系统(1)的上下、左右、前后组合运动；
所述检测系统(2)包括：立柱(2-1)、第二伺服电机(2-2)、第二滚珠丝杠(2-3)、滑块(2-4)、光学检测模块(2-5)、相机支架(2-6)、数字相机(2-7)；立柱(2-1)安装在Y轴移动平台(1-6)上，光学检测模块(2-5)的光学检测笔(2-5-3)及相机支架(2-6)安装在滑块(2-4)上，相机支架(2-6)上安装有数字相机(2-7)；第二伺服电机(2-2)驱动第二滚珠丝杠(2-3)使得滑块(2-4)及其上面的光学检测笔(2-5-3)和数字相机(2-7)能够上下运动；数字相机(2-7)、光学检测笔(2-5-3)及其光路位于同一竖直面上；数字相机(2-7)用于观察在开槽前开槽系统(3)中金刚石笔(3-2)与砂轮(6)的对刀情况；
所述开槽系统(3)包括：刀架台(3-1)、金刚石笔(3-2)；刀架台(3-1)与Y轴移动平台(1-6)固定连接，金刚石笔(3-2)安装在刀架台(3-1)上，且与光学检测笔(2-5-3)位于同一竖直面上；金刚石笔(3-2)用于砂轮(6)开槽；
所述控制系统(4)包括：控制集成箱(4-1)、计算机(4-2)；计算机(4-2)连接控制集成箱(4-1)，用于驱动运动系统(1)、及控制金刚石笔(3-2)的移动路径和开槽工艺参数；
所述光学检测模块(2-5)包括：光源(2-5-1)、光纤(2-5-2)、光学检测笔(2-5-3)；光源(2-5-1)发出的光束通过光纤(2-5-2)进入光学检测笔(2-5-3)，光束在光学检测笔(2-5-3)内经过多重同轴透镜(2-5-3-2)被分解成不同波长的色散光(2-5-4)，照射到砂轮工作面(6-1)且不满足共焦条件的光线呈漫反射，而满足共焦条件的光则沿着相同光路反射、并被光学检测笔(2-5-3)内的接收器(2-5-3-1)接收；通过分析接收器(2-5-3-1)接收到的光线的波长，能够计算出砂轮工作面(6-1)与透镜(2-5-3-2)的距离，从而实时获取砂轮工作面(6-1)所开凹槽(6-2)的尺寸参数；多重同轴透镜(2-5-3-2)的光学色散原理使得光学检测笔(2-5-3)的测量范围能够达到毫米级，从而能够准确检测深度为毫米级的凹槽尺寸参数。
2.根据权利要求1所述的一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置，其特征在于：所述第二伺服电机(2-2)驱动第二滚珠丝杠(2-3)能够带动光学检测笔(2-5-3)上下移动，使其与砂轮(6)的中心轴线处于同一水平面，从而能够以最佳检测位置来测量砂轮工作面(6-1)所开凹槽(6-2)的槽型及尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置，其特征在于：所述的金刚石笔(3-2)用于砂轮(6)开槽，是指根据计算机(4-2)预先设定好的程序，通过驱动运动系统(1)使金刚石笔(3-2)与砂轮(6)相互干涉、并按指定的运动轨迹运动，由于金刚石笔(3-2)的硬度大于砂轮(6)，从而在砂轮(6)表面刻出所需的凹槽(6-2)。
4.根据权利要求1所述的一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置，其特征在于：所述的运动系统(1)能够带动金刚石笔(3-2)上下、左右、前后组合运动，从而能够满足不同槽型及直径的砂轮(6)的开槽要求。
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