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    曲線磨削砂輪廓形的原位視覺檢測(cè)和誤差補(bǔ)償

    2019-07-03 12:39:56胡一星許黎明
    關(guān)鍵詞:刀尖砂輪圓弧

    胡一星, 許黎明, 范 帆, 張 哲

    (上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院, 上海 200240)

    隨著制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展,復(fù)雜精密輪廓曲線零件的需求逐漸增大.常見的輪廓曲線零件加工方法是輪廓曲線磨削[1].在加工過(guò)程中,砂輪的輪廓修形精度和磨損都會(huì)對(duì)零件的輪廓加工精度產(chǎn)生影響,因此,監(jiān)測(cè)砂輪的磨損狀態(tài)并對(duì)砂輪磨損進(jìn)行補(bǔ)償,對(duì)提高磨削零件的加工精度和加工效率十分重要.

    目前,砂輪磨損狀態(tài)或砂輪輪廓的檢測(cè)方法主要分為原位檢測(cè)和離線檢測(cè).其中,原位檢測(cè)主要以間接法為主.例如:王洪雨等[2]提出了一種基于聲發(fā)射技術(shù)的砂輪磨損狀態(tài)檢測(cè)方法;Yang等[3]利用聲頻信號(hào)傳感器采集磨削周期信號(hào),應(yīng)用支持向量機(jī)和小波分析技術(shù)檢測(cè)砂輪的磨損狀態(tài);Xu等[4]采用基于小波包變換的能量百分比法提取砂輪磨損的特征信號(hào),并在線評(píng)估和預(yù)測(cè)砂輪磨損;袁勃等[5]采用原位直接測(cè)量法,利用激光位移傳感器測(cè)量砂輪的輪廓,并通過(guò)激光修整砂輪實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證輪廓測(cè)量結(jié)果,但其對(duì)測(cè)量平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度要求較高.離線檢測(cè)方法以直接法為主.例如:Lachance等[6]利用掃描電子顯微鏡捕捉砂輪的數(shù)字圖像以得到砂輪磨損區(qū)域,但這種方法不適用于多次重復(fù)測(cè)量.另外,利用樣板復(fù)印法[7]將砂輪廓形復(fù)印到樣板上也可獲得砂輪輪廓.

    鑒于國(guó)內(nèi)外研究中對(duì)原位直接測(cè)量砂輪廓形的方法較少,砂輪廓形檢測(cè)和磨削加工還不能融為一體,從而影響檢測(cè)效率和輪廓誤差補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀,本文針對(duì)輪廓曲線磨削提出了一種磨削加工和砂輪廓形的原位檢測(cè)一體化方法,并通過(guò)對(duì)砂輪廓形的原位檢測(cè)來(lái)補(bǔ)償砂輪磨損,從而保證測(cè)量的精度和效率,同時(shí)因避免了重復(fù)安裝的測(cè)量誤差,可進(jìn)一步提高加工精度.

    1 砂輪廓形原位視覺檢測(cè)的基本原理

    在輪廓曲線磨削加工中,視覺檢測(cè)系統(tǒng)主要由高分辨率CCD相機(jī)、遠(yuǎn)心鏡頭和平行背光源組成,如圖1所示.

    1—床身,2—下位機(jī),3—上位機(jī),4—CCD相機(jī),5—遠(yuǎn)心鏡頭,6—砂輪,7—工件,8—工作臺(tái),9—光源圖1 砂輪廓形原位視覺檢測(cè)的基本原理 Fig.1 Principle for in-situ vision measurement of wheel profile

    CCD相機(jī)、鏡頭和光源的光軸相同,并與工作臺(tái)平面垂直,檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量架固定在機(jī)床床身上;砂輪安裝在砂輪架上,利用伺服系統(tǒng)控制沿z軸的上、下運(yùn)動(dòng);工件安裝在工作臺(tái)上,工件坐標(biāo)系為O1-xyz,砂輪架坐標(biāo)系為O2-uvz,它也是砂輪輪廓的測(cè)量坐標(biāo)系.測(cè)量原理:當(dāng)需要檢測(cè)砂輪廓形或輪廓磨損情況時(shí),將工件沿y軸方向脫離砂輪,砂輪停止轉(zhuǎn)動(dòng);在測(cè)量坐標(biāo)系中,自動(dòng)控制砂輪在O2-uv平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)到相機(jī)的視野中心,并伺服調(diào)整砂輪的z軸方向位置,以使砂輪刀尖輪廓處于成像景深范圍內(nèi);觸發(fā)圖像采集信號(hào),獲得刀尖輪廓圖像.

    在工件坐標(biāo)系中,視覺檢測(cè)系統(tǒng)也可用于檢測(cè)被磨削工件的輪廓.加工時(shí),砂輪在電主軸的驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn),并在數(shù)字控制下,在砂輪坐標(biāo)系中進(jìn)行u、v軸的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)和z軸的上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng),以完成工件的輪廓軌跡加工.在加工過(guò)程中,當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制器檢測(cè)到砂輪運(yùn)動(dòng)到行程高點(diǎn)時(shí),觸發(fā)圖像采集信號(hào),拍攝得到清晰的工件輪廓.

    2 砂輪廓形的原位檢測(cè)

    2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

    所采用的實(shí)驗(yàn)裝置:視覺檢測(cè)系統(tǒng)選用德國(guó)SMARTEK Vision公司的2/3″ CCD相機(jī),型號(hào)為GC2441M,幀率為15 f/s,分辨率為500萬(wàn)像素;所用遠(yuǎn)心鏡頭的畸變率為 0.02%,景深為3 mm,物距為150 mm,放大倍數(shù)為 0.5 倍;背光光源選用功率為5 W的藍(lán)色LED平行光源.另外,使用標(biāo)準(zhǔn)圖像標(biāo)定板對(duì)視覺檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定,標(biāo)定的像元尺寸為 3.49 μm.視覺系統(tǒng)和輪廓曲線磨削實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用一體化設(shè)計(jì),以保證原位檢測(cè)過(guò)程的穩(wěn)定性.

    圖2 砂輪刀尖的理想輪廓曲線Fig.2 Theoretical profile of grinding wheel

    曲線磨削所用砂輪刀尖的理想輪廓曲線如圖2所示.圖中:L1、L2均為砂輪的斜邊;R為刀尖圓弧半徑;α為刀尖圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角,且刀尖圓弧兩端分別與兩個(gè)砂輪斜邊相切;β為本文定義的圓弧角;整個(gè)輪廓相對(duì)于中心線L對(duì)稱.測(cè)量方法:測(cè)量得到砂輪輪廓圖像后,利用圖像處理算法獲取砂輪輪廓邊緣像素點(diǎn)[8];通過(guò)擬合得到實(shí)際砂輪輪廓曲線,進(jìn)而計(jì)算砂輪輪廓參數(shù),最終判斷砂輪的輪廓精度或磨損狀態(tài).當(dāng)砂輪工作時(shí),R決定了數(shù)控加工中刀具的補(bǔ)償半徑,α決定了刀尖圓弧參與切削的范圍,刀尖圓弧中心O(xO,yO)決定了刀尖的位置,刀尖圓弧的圓度誤差(δC)影響加工的精度和一致性,因此,本文選取輪廓參數(shù)R、α、(xO,yO)及δC作為砂輪廓形精度的評(píng)價(jià)指標(biāo).

    采用視覺系統(tǒng)檢測(cè)砂輪輪廓時(shí),每次拍攝可得砂輪在某個(gè)周向位置(φ)的截面輪廓曲線,即將砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度,測(cè)量一次砂輪截面輪廓,從而得到不同周向位置的砂輪輪廓圖像.然后,利用圖像邊緣的提取和最小二乘方法計(jì)算砂輪輪廓參數(shù).

    2.2 結(jié)果與分析

    本文采用砂輪廓形原位視覺檢測(cè)方法對(duì)砂輪進(jìn)行多截面廓形的測(cè)量實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)中,所選R的理論值為 2.17 mm,α的理論值為90°.測(cè)量時(shí),砂輪每旋轉(zhuǎn)45°,測(cè)量一次砂輪的截面輪廓參數(shù),并計(jì)算砂輪不同周向截面的輪廓參數(shù)R、α、(xO,yO)、δC,及其均值和極差,具體結(jié)果見表1.

    由表1可見:刀尖圓弧中心坐標(biāo)xO和yO的極差分別為 0.001 和 0.011 mm,即圓心位置的一致性較高;不同周向截面的刀尖圓弧圓度誤差均值為22 μm,極差為4 μm,說(shuō)明不同周向截面的刀尖圓弧圓度誤差具有較高的一致性;不同周向橫截面的R的極差僅為 0.009 mm,α的極差為 0.20°.可見,砂輪不同周向截面的廓形具有高度的一致性,這主要是因?yàn)樯拜喞尾捎迷粰z測(cè)方法,砂輪修整和砂輪測(cè)量基于砂輪同一次安裝的條件,不僅消除了砂輪的重復(fù)定位誤差,而且消除了主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)砂輪不同周向截面廓形一致性的影響.因此,采用砂輪原位修整和原位測(cè)量方式時(shí),可用單個(gè)截面的輪廓參數(shù)表征砂輪的包絡(luò)輪廓廓形.

    表1 不同周向截面砂輪輪廓參數(shù)的測(cè)量結(jié)果

    Tab.1 Measuring results of profile parameters of grinding wheel in different circumferential direction

    φ/(°)R/mmα/(°)xO/mmyO/mmδC/μm452.14690.277.3397.71123902.14490.427.3397.716221352.15190.417.3397.722241802.15090.367.3387.722212252.14690.227.3387.719202702.14290.377.3387.718213152.14790.407.3387.72024均值2.14790.357.3387.71822極差0.009 0.200.0010.011 4

    3 砂輪廓形原位測(cè)量方法的精度評(píng)定

    3.1 砂輪廓形測(cè)量精度的評(píng)定方法

    為評(píng)定砂輪廓形原位視覺檢測(cè)方法的測(cè)量精度,首先,采用樣板復(fù)印法[7]將砂輪廓形復(fù)印到樣板上,以獲得砂輪的復(fù)印輪廓;然后,采用視覺測(cè)量方法分別對(duì)砂輪的實(shí)際輪廓和復(fù)印輪廓進(jìn)行原位測(cè)量,采用精密輪廓儀對(duì)砂輪的復(fù)印輪廓進(jìn)行離線測(cè)量;最后,對(duì)砂輪實(shí)際輪廓的原位測(cè)量、復(fù)印輪廓的原位測(cè)量和復(fù)印輪廓的離線測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析.

    樣板復(fù)印法的原理:將待復(fù)印的樣板安裝在工作臺(tái)上,被測(cè)砂輪沿v軸方向進(jìn)給并沿z軸做往復(fù)運(yùn)動(dòng),以切削樣板,從而在樣板上加工出砂輪的刀尖輪廓.由砂輪旋轉(zhuǎn)磨削而獲得的樣板上的復(fù)印輪廓包含了砂輪周向所有位置的輪廓信息,代表砂輪的包絡(luò)廓形,通過(guò)對(duì)砂輪復(fù)印輪廓的測(cè)量,可以獲取砂輪刀尖的輪廓參數(shù).實(shí)驗(yàn)中,選取厚度為5 mm的碳纖維板作為復(fù)印樣板,圖3所示為復(fù)印樣板及其復(fù)印輪廓的測(cè)點(diǎn)云圖.

    圖3 樣板復(fù)印輪廓及輪廓儀的測(cè)量結(jié)果Fig.3 Duplicated wheel profile and measuring results of profilometer

    3.2 樣板復(fù)印輪廓的精度測(cè)量

    3.2.1原位測(cè)量 將利用樣板復(fù)印法[7]獲得的樣板件固定在工作臺(tái)上,將樣板上包含砂輪刀尖輪廓的部分移至CCD相機(jī)視野范圍的中心,調(diào)整視覺檢測(cè)系統(tǒng)的焦距,使樣板輪廓處于成像景深的范圍內(nèi),觸發(fā)圖像采集信號(hào),獲得清晰的樣板輪廓圖像.采用砂輪廓形原位視覺檢測(cè)方法提取砂輪輪廓,獲得砂輪的輪廓參數(shù).

    3.2.2輪廓儀測(cè)量 使用KS1100型日本Keyence公司三維表面光學(xué)輪廓儀測(cè)量樣板復(fù)印輪廓,掃描范圍為100 mm×100 mm,重復(fù)精度為 ±0.5 μm,絕對(duì)精度為4 μm.將被測(cè)樣板固定在輪廓儀的基準(zhǔn)平面上,樣板的加工基準(zhǔn)面平行于傳感器的x軸,待測(cè)輪廓面正對(duì)輪廓儀的激光位移傳感器.測(cè)量時(shí),傳感器在x、y方向上以一定的步長(zhǎng)掃描,測(cè)量每個(gè)掃描點(diǎn)在z軸方向的距離,獲得輪廓面上各點(diǎn)的坐標(biāo).測(cè)量中,x方向的掃描步長(zhǎng)設(shè)為2 μm,y方向的掃描步長(zhǎng)取 0.1 mm,以使厚度方向每個(gè)固定的y值對(duì)應(yīng)一組(x,z)坐標(biāo),并代表樣板在該厚度截面上的輪廓點(diǎn)集,所得復(fù)印輪廓的測(cè)量點(diǎn)云圖如圖3(b)所示.選取樣板厚度中心上、下各1 mm寬度的輪廓坐標(biāo)的平均值作為樣板上復(fù)印輪廓的坐標(biāo)值,以降低隨機(jī)誤差.最后,采用最小二乘方法獲得復(fù)印的砂輪刀尖輪廓參數(shù).

    3.3 測(cè)量結(jié)果分析與評(píng)定

    采用砂輪廓形原位直接測(cè)量、復(fù)印廓形原位直接測(cè)量和復(fù)印廓形離線測(cè)量方法所得的測(cè)量結(jié)果見圖4,計(jì)算所得砂輪輪廓參數(shù)(C為圓度)見表2.

    圖4 3種砂輪輪廓測(cè)量方法的測(cè)量結(jié)果Fig.4 Wheel profile measurement based on three measuring methods

    測(cè)量方法R/mmα/(°)C/μm砂輪廓形原位直接測(cè)量(多截面測(cè)量結(jié)果)[2.142, 2.151][90.22, 90.42][20, 24] 復(fù)印廓形原位直接測(cè)量2.15390.2232復(fù)印廓形離線測(cè)量2.16190.3334

    由表2可以得出:采用復(fù)印廓形原位直接測(cè)量與復(fù)印廓形離線測(cè)量方法所得R的相對(duì)誤差為 0.37%,α的相對(duì)誤差為 0.12%,圓度的絕對(duì)誤差為2 μm,即所得結(jié)果具有較高的一致性,說(shuō)明基于視覺系統(tǒng)的原位直接測(cè)量方法的精度較高,能夠滿足實(shí)際測(cè)量要求;采用砂輪廓形原位直接測(cè)量與復(fù)印廓形原位直接測(cè)量方法所得到的R的相對(duì)誤差為 0.10%~0.51%,α的相對(duì)誤差為 0~0.22%,圓度的絕對(duì)誤差為8~12 μm,兩種測(cè)量方法獲得的結(jié)果也具有較高的一致性,說(shuō)明基于周向任意截面輪廓,采用砂輪廓形原位直接測(cè)量方法替代復(fù)印廓形原位直接測(cè)量方法可以獲得相同的效果;采用砂輪廓形原位直接測(cè)量方法與復(fù)印廓形離線測(cè)量方法所得R的相對(duì)誤差為 0.46%~0.88%,α的相對(duì)誤差為 0~0.22%,圓度的絕對(duì)誤差為10~14 μm,即兩種方法的測(cè)量結(jié)果同樣具有較高的一致性,但砂輪廓形原位直接測(cè)量方法的結(jié)果略小.

    4 砂輪廓形誤差的分段量化表征和補(bǔ)償方法

    4.1 砂輪廓形誤差的分段量化表征

    在輪廓曲線磨削中,砂輪的刀尖圓弧與被加工輪廓相切,隨著被加工曲線上切削點(diǎn)的法線方向的不同,刀尖圓弧上切削點(diǎn)的位置有所不同.圖5所示為輪廓曲線加工過(guò)程示意圖.圖中:曲線為被加工的理想輪廓線;b1,b2分別為砂輪在兩個(gè)加工位置的刀尖輪廓.假設(shè)砂輪上的切削點(diǎn)為A1,工件上的被加工點(diǎn)為B1,當(dāng)砂輪位于位置b1時(shí),點(diǎn)A1與B1重合.由于加工時(shí)砂輪的刀尖圓弧與被加工輪廓相切,工件輪廓上的法線方向與B1相同的點(diǎn)均由砂輪刀尖圓弧上的A1點(diǎn)加工,所以砂輪從位置b1加工至位置b2,工件輪廓的B1B2段由且僅由砂輪刀尖圓弧上的A1A2段加工完成.

    圖5 輪廓曲線加工過(guò)程示意圖Fig.5 Schematic plot of profile grinding process

    加工前,需根據(jù)砂輪的刀尖圓弧半徑R設(shè)置刀補(bǔ)半徑R′.如果R>R′,則會(huì)使得工件過(guò)切;反之,導(dǎo)致進(jìn)給不足.對(duì)于給定砂輪,加工時(shí)只有一個(gè)刀補(bǔ)值起作用,但如果砂輪刀尖圓弧由于修形誤差或磨損等原因而導(dǎo)致不同圓弧段的曲率出現(xiàn)較大變化,就會(huì)直接影響加工精度,而影響程度與被加工曲線輪廓形狀有關(guān),使得輪廓出現(xiàn)過(guò)切或欠切狀況.為此,本文提出一種砂輪廓形誤差的分段量化表征方法,即在測(cè)得輪廓參數(shù)后對(duì)圓度誤差進(jìn)行評(píng)估.如果圓度誤差大于設(shè)定閾值,則對(duì)刀尖圓弧曲率半徑進(jìn)行分段表征.具體方法:計(jì)算圓弧上各點(diǎn)到整體最小二乘擬合圓心的距離;分析各點(diǎn)曲率半徑的分布規(guī)律,據(jù)此對(duì)刀尖圓弧進(jìn)行分段;求出各段圓弧的曲率半徑.分段原則是每段圓弧的圓度誤差應(yīng)小于其設(shè)定閾值,并限定分段數(shù).如果分段數(shù)超過(guò)限定值,則判斷砂輪廓形誤差過(guò)大,需要重新修整.

    4.2 砂輪廓形誤差的補(bǔ)償方法

    針對(duì)砂輪刀尖廓形的分段量化表征,本文提出一種動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)法,以對(duì)砂輪廓形誤差進(jìn)行在線補(bǔ)償.具體方法:在輪廓曲線磨削過(guò)程中,判斷磨削點(diǎn)在刀尖圓弧上的位置;采用相應(yīng)的刀補(bǔ)半徑補(bǔ)償?shù)都鈭A弧曲率半徑變化所造成的砂輪廓形誤差.在加工過(guò)程中,為了簡(jiǎn)化編程,將加工曲線輪廓根據(jù)加工點(diǎn)的法線方向分為數(shù)段,計(jì)算每段輪廓對(duì)應(yīng)的刀尖圓弧段的曲率半徑并將其作為加工該段輪廓的刀補(bǔ)半徑.通過(guò)在開放式數(shù)控系統(tǒng)中增加動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)功能,使得系統(tǒng)能夠根據(jù)加工軌跡的變化來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整刀補(bǔ)半徑,從而減小砂輪廓形誤差.

    4.3 實(shí)驗(yàn)

    實(shí)驗(yàn)選用磨料粒徑120 μm的陶瓷結(jié)合劑鉻剛玉雙斜邊圓弧刃砂輪,其理論的R為 0.95 mm,理論的α為152°.工件加工輪廓曲線如圖5所示.可見,工件輪廓曲線由5段相切的曲線構(gòu)成,依次為直線段1及圓弧段a、b、c和直線段2,其中圓弧a、b、c的理論曲率半徑分別為 2.0、4.5 和 2.0 mm.根據(jù)被加工工件的輪廓特征對(duì)刀尖圓弧進(jìn)行分段,所得3段工件圓弧對(duì)應(yīng)的相應(yīng)砂輪刀尖圓弧段的幾何參數(shù)和刀尖整體圓弧的幾何參數(shù)如表3所示,其中ρ為曲率半徑.

    加工時(shí),設(shè)置砂輪轉(zhuǎn)速為3 000 r/min,砂輪沿z軸做上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度為90次/min,往復(fù)運(yùn)動(dòng)的距離為8 mm,砂輪架的進(jìn)給速度為 0.02 mm/s,每次加工的進(jìn)給量為 0.02 mm.

    首先,采用固定刀補(bǔ)加工方式,根據(jù)表3的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)3檔刀補(bǔ)半徑(R′=0.98,0.95,0.90 mm)分別進(jìn)行3次加工,采用本文設(shè)計(jì)的原位視覺檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量并計(jì)算工件輪廓幾何參數(shù);然后,采用動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)法加工,即根據(jù)表3的數(shù)據(jù),在加工工件a、b、c圓弧段時(shí),分別以對(duì)應(yīng)的分段刀尖圓弧半徑為刀補(bǔ)半徑 (0.85、0.98 和 0.91 mm)進(jìn)行加工;最后,測(cè)量并計(jì)算工件輪廓幾何參數(shù),所得實(shí)際加工輪廓參數(shù)及其與理論值的誤差(ΔR)如表4所示.由表4可見,當(dāng)采用固定刀補(bǔ)半徑時(shí),加工所得實(shí)際工件輪廓的各段圓弧半徑與其理論值的誤差呈現(xiàn)出不同的變化特征.當(dāng)?shù)堆a(bǔ)半徑設(shè)為刀尖整體圓弧半徑(0.98 mm)時(shí),除b段外,其他兩段圓弧半徑的誤差均較大;當(dāng)?shù)堆a(bǔ)半徑為 0.95 mm時(shí),b段圓弧半徑的誤差較小但其他兩段圓弧半徑的誤差較大;當(dāng)?shù)堆a(bǔ)半徑為 0.90 mm時(shí),c段圓弧半徑的誤差較小但其他兩段圓弧半徑的誤差較大.當(dāng)采用動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)法時(shí),各段圓弧的半徑誤差總體變小,但b段圓弧的變化不明顯,這主要是因?yàn)閎段圓弧磨削點(diǎn)的法向變化范圍較大、其動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)值針對(duì)性不強(qiáng)的緣故.

    表3 工件與刀尖圓弧段的幾何參數(shù)

    Tab.3 Segments and parameters for the profiles of workpiece and wheel arc

    輪 廓刀尖圓弧β/(°)ρ/mmδC/μm工件圓弧段a 0~550.8517圓弧段b-55~550.9820圓弧段c-55~00.9115刀尖整體圓弧-76~760.9832

    表4 采用不同刀補(bǔ)半徑所得工件輪廓幾何參數(shù)和誤差

    Tab.4 Geometric parameters of workpiece profile based on different cutter compensation

    R'/mmR/mma段b段c段ΔR/mma段b段c段0.981.874.481.900.130.020.100.951.894.501.940.1100.060.901.934.452.000.070.050動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)1.944.471.980.060.030.02

    為了進(jìn)一步對(duì)比工件的整體輪廓誤差,分別對(duì)固定刀補(bǔ)和動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)條件下的工件整體輪廓誤差進(jìn)行分析,計(jì)算工件輪廓誤差的方均根值和峰谷值.圖6所示為動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)條件下采用原位視覺檢測(cè)系統(tǒng)獲得的加工零件輪廓圖像,其輪廓誤差的計(jì)算結(jié)果如表5所示.可見,與固定刀補(bǔ)法相比,采用動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)法所得工件輪廓誤差的方均根值和峰谷值分別下降了 31.3% 和 58.3%,表明根據(jù)加工軌跡和砂輪刀尖輪廓誤差的分布特點(diǎn)來(lái)分段設(shè)置相應(yīng)的刀補(bǔ)半徑,能夠較好地補(bǔ)償砂輪廓形誤差引起的工件輪廓誤差.

    圖6 動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)條件下加工零件輪廓圖像Fig.6 Image of workpiece profile with dynamic tool compensation

    Tab.5 Profile errors of workpiece based on different cutter radius compensation

    R'/mm輪廓誤差/μm方均根值峰谷值0.9812320.9513380.901331動(dòng)態(tài)刀補(bǔ) 522

    5 結(jié)論

    (1) 利用曲線磨削砂輪廓形的原位視覺檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)砂輪廓形的原位直接測(cè)量.同時(shí),采用砂輪原位修整和測(cè)量一體化方式,可用單個(gè)截面的輪廓測(cè)量結(jié)果表征砂輪的包絡(luò)輪廓廓形,在保證測(cè)量精度的同時(shí)提高了測(cè)量效率.

    (2) 砂輪廓形原位直接測(cè)量、復(fù)印廓形原位直接測(cè)量及復(fù)印廓形離線測(cè)量的結(jié)果具有較高一致性.

    (3) 基于砂輪廓形誤差的分段量化表征的動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償方法能夠?qū)ι拜喞握`差進(jìn)行實(shí)時(shí)在線補(bǔ)償,有效地提高了零件加工輪廓的形狀和尺寸精度.

    另外,所提出的砂輪廓形原位視覺檢測(cè)方法還可用于曲線加工的工件輪廓精度檢測(cè),可為進(jìn)一步研究工件輪廓精度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和誤差補(bǔ)償方法提供參考.

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