CN103170877A - 一种微细车削过程中金刚石车刀精确定位的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微细车削过程中金刚石车刀精确定位的方法，属于微细制造领域。其特征在于：通过高精度CCD测量技术，提取刀具影像，计算刀尖在CCD影像系统中的坐标位置，并检测出金刚石车刀的三维定位误差，然后把测量得到的刀尖位置与原始刀尖位置进行比较，配合机床系统的精密定位平台，在线进行误差补偿，提高刀具定位精度。本发明的非接触式检测方法能够在线实现金刚石车刀亚微米级的定位精度，同时该定位方法所需设备简单，实施方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种微细车削过程中金刚石车刀精确定位的方法，属于微细制造领域。
背景技术
近年来，随着航空航天、国防工业、现代医学以及生物工程技术的发展，对微小型装置的功能、结构复杂程度、可靠性的要求越来越高，从而使得对特征尺寸在微米级到毫米级、采用多种材料、且具有一定形状精度和表面质量要求的精密微小零件的需求日益迫切。微细车削加工技术因具有多种材料适应性和精确的几何误差控制等优点而在微细制造技术中具有独特的优势，但是微细车削所采用的金刚石车刀尺寸很小，刀具的磨损检测和更换刀具时刀具不易准确对心定位，严重影响微细车削的加工精度，如何精确定位金刚石车刀已经成为微细车削技术无法普及于工业应用的重大瓶颈之一。
目前可用于微型刀具定位的方法有很多，传统刀具对心的缺陷是过于依赖人工操作经验且耗时费力，而目前常用的接触式刀具定位技术，其定位过程是先以一组LVDT传感器接触刀具的切削刃，使刀尖位置及刀刃形状得到确认，这种方式的定位精度取决于探针的分辨率，精度一般在1-10μm之间，定位系统灵敏度低，容易因定位不准确而使金刚石车刀破损或折断（Vibrations of Micro-Scale Cutting-Tools and Ultra-High-Speed-Spindles-Modeling and Experimentation）。Kumar和Singh等人基于激光技术来检测微型刀具-工件的接触（A Preliminary Investigation of the Laser Assisted Micromilling Process），但是只能达到50μm的精度，定位精度过低。从上面的分析可以看出，目前已见诸文献的车削过程中金刚石刀具的定位方法，存在种种问题，所以急迫需要开发一种新型、实用、通用的金刚石车刀精确定位的方法。
发明内容
为解决微细车削加工中金刚石刀具难以精确定位的难题，本发明目的在于一种微细车削过程中金刚石车刀精确定位的方法。
为了解决上述技术问题，实现上述目的，本发明的技术方案是：
通过CCD测量技术，提取刀具影像，计算刀尖坐标位置，然后把测量得到的刀尖位置与原始刀尖位置进行比较，在线进行误差补偿。该方法定位精度高，取代传统刀具定位技术过于依赖人工、费时且无法在线检测、适用性差等缺点，以保证微细车削的加工精度。
更进一步，所述测量方法首先确定金刚石车刀刀尖在坐标系中能够精确对心的原始位置，并记录位置坐标；
更进一步，所述测量方法通过高精度CCD测量技术，提取刀具影像，利用影像二值化等影像处理技术以及线性最小平方差法计算刀尖在CCD影像系统中的坐标位置，并检测出金刚石车刀的三维定位误差；
更进一步，所述测量方法把测量得到的刀尖位置与原始刀尖位置进行比较，采用次像素机器视觉技术，配合机床系统的精密运动平台，在线进行误差补偿，提高刀具定位精度。
本发明的主要优点是：
1、刀具定位精度高，能够实现±0.1μm的定位精度；
2、可以实现金刚石车刀的在线定位，更符合实际加工工况；
3、对各种工件材料与金刚石车刀的组合均适用，克服了传统定位方法对刀具和工件材料的硬度、导电性等性能的限制；
4、定位速度快，节省机床的配置时间；
5、定位方式为非接触式，提高定位精度；
6、该定位方法设备简单，实施方便，应用前景广阔；
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为车刀定位精度检测装置结构示意图。
图中标号名称：1、镜头；2、CCD摄像机；3、定位平台；4、工作台；5、金刚石车刀。
具体实施方式
如图1所示，本发明是一种微细车削过程中金刚石车刀精确定位的方法。
1、定位精度检测试验在自制的微型车削平台上进行，精密定位平台采用花岗岩工作台和气静压导轨，运动平台的定位精度为50nm；CCD的分辨率为1392×1040，采用基于DSP的控制器实现平台的运动，系统可实现伺服电机闭环反馈控制。
2、将金刚石车刀在初始位置精确对心，提取刀具CCD影像，设置为坐标系统的原始起点。
3、直线电机驱动器控制车刀纵向移动1mm，在此位置提取刀具影像，计算该位置在影像坐标系的坐标值。
4、将此坐标值与初始位置的坐标值进行对比，计算该位置与初始位置之间的位移量，并把计算结果与精密平台的位移量作对比，即可获得刀具纵向定位精度，试验测得定位精度可达0.1μm。
5、同理，将金刚石车刀在横向作相同试验，可获得刀具横向定位精度为0.1μm。
6、为了检验重复定位精度，将车刀在纵向和横向分别进给3次，检测位置误差，得到刀具重复定位精度在0.1μm以内。
7、综上可得，在取样间距小于0.2μm时，刀具的定位精度能够达到0.1μm。
Claims (4)
1.一种微细车削过程中金刚石车刀精确定位的方法，其特征在于：通过CCD测量技术，提取刀具影像，计算刀尖坐标位置，然后把测量得到的刀尖位置与原始刀尖位置进行比较，在线进行误差补偿。
2.根据权利要求1所述的一种微细车削过程中金刚石车刀精确定位的方法，其特征在于：将金刚石车刀在初始位置精确对心，提取刀具CCD影像，并记录位置坐标，设置为坐标系统的原始起点。
3.根据权利要求1所述的一种微细车削过程中金刚石车刀精确定位的方法，其特征在于：通过高精度CCD测量技术，提取刀具影像，利用影像二值化等影像处理技术以及线性最小平方差法计算刀尖在CCD影像系统中的坐标位置，并检测出金刚石车刀的三维定位误差。
4.根据权利要求1所述的一种微细车削过程中金刚石车刀精确定位的方法，其特征在于：把测量得到的刀尖位置与原始刀尖位置进行比较，采用次像素机器视觉技术，配合机床系统的精密运动平台，在线进行误差补偿，提高刀具定位精度。
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