一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽方法

本发明涉及一种砂轮工作面开槽方法，特别是一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽方法。

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“cn208117609u”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“cn105043303a”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。

技术实现要素：

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方法，能够在砂轮开槽过程中实时检测并修正所开凹槽的槽型及尺寸。其主要过程为，金刚石笔用于砂轮开槽，光学检测笔随着金刚石笔的开槽路径移动，同时光源发出的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，接收器接收在砂轮工作面满足共焦条件、且沿着相同光路反射回来的光，计算得到砂轮工作面与透镜的距离，进而实时获取砂轮工作面所开凹槽的尺寸参数。当检测到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，从而完成槽型及尺寸的修正。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案分为如下几个步骤：步骤一、定位：将砂轮保持在磨床主轴上，在砂轮工作面上做好标记即定位点，作为开槽起始位置；旋转砂轮，定位点跟着旋转形成定位线，打开数字相机，启动运动系统，使数字相机捕捉到定位线。步骤二、对刀：确定金刚石笔相对于数字相机的空间位置，将位置补偿程序导入控制系统中，驱动运动系统，使金刚石笔移动至砂轮定位线的正下方并接触砂轮；开启检测驱动装置使得光学检测笔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砂轮工作面后续所开凹槽的槽型及尺寸，即完成对刀。步骤三、开槽：运行控制系统中提前设定好的开槽程序，设置开槽深度，驱动运动系统，使金刚石笔沿着预设定的路径移动，对砂轮进行开槽，得到凹槽。步骤四、槽型在线检测：光学检测笔随着金刚石笔的路径移动；在开槽的同时，启动光源，产生的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，只有满足共焦条件的光，才能从砂轮工作面沿着相同光路反射回来，并被光学检测笔的接收器感知；而在砂轮工作面处于离焦状态的光线则呈漫反射，无法被接收器感知；根据满足共焦条件光线的波长，能够得到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槽型及尺寸；多重同轴透镜的光学色散原理使得其分解而成的色散光波长变动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。步骤五、槽型实时修正：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。步骤六：继续执行开槽程序，完成在砂轮工作面的开槽工作。

光学检测笔测量范围为0～2.4mm、光斑尺寸为4μm、最大平面分辨率为1μm、采样率范围为30～1000hz。

检测驱动装置、光学检测模块、数字相机、金刚石笔和刀架台均安装在运动系统上。

与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果。

①在线检测。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，因而可以在线监测砂轮工作面所开凹槽的槽型及尺寸。

②实时修正。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，从而达到实时修正槽型及尺寸的目的。

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；多重同轴透镜的光学色散原理使得其分解而成的色散光波长变动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。

④操作简单、方便。只需要设置开槽程序以及调整光学检测笔的位置，就能够实现在开槽过程中在线检测并实时修正，操作简单方便。

附图说明

图1是本发明方法简要示意图。

图2是开槽起始点定位简要示意图。

图3是图1中的光学检测模块结构示意图。

以上图1至图3中的标示为：1、检测驱动装置，2、光学检测模块，2-1、光源，2-2、光纤，2-3、光学检测笔，2-3-1、接收器，2-3-2、透镜，2-4、色散光，3、数字相机，4、砂轮，4-1、定位点，4-2、定位线，4-3、砂轮工作面，4-4、凹槽，5、金刚石笔，6、刀架台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方法做进一步说明。

一种在线检测并实时修正槽型的砂轮开槽装置，包括下列步骤。

步骤一、定位：将砂轮4保持在磨床主轴上，在砂轮工作面4-3上做好标记即定位点4-1，作为开槽起始位置；旋转砂轮4，定位点4-1跟着旋转形成定位线4-2，打开数字相机3，启动运动系统，以0.01m/s的速度使数字相机3沿着砂轮轴向水平运动，直到捕捉到定位线4-2。检测驱动装置1、光学检测模块2、数字相机3、金刚石笔5和刀架台6均安装在运动系统上。

步骤二、对刀：确定金刚石笔5相对于数字相机3的空间位置，将位置补偿程序导入控制系统中，驱动运动系统，使金刚石笔5移动至砂轮定位线4-2的正下方并接触砂轮4；开启检测驱动装置1使得光学检测笔2-3以0.05m/s的速度上下运动，直至与砂轮4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4-3后续所开凹槽4-4的槽型及尺寸，即完成对刀。

步骤三、开槽：运行控制系统中提前设定好的开槽程序，设置开槽深度，驱动运动系统，使金刚石笔5沿着预设定的路径移动，对砂轮4进行开槽，得到凹槽4-4。

步骤四、槽型在线检测：光学检测笔2-3的测量范围为0～2.4mm，其光斑尺寸为4μm、最大平面分辨率为1μm、采样率范围为30～1000hz；光学检测笔2-3随着金刚石笔5的路径移动；在开槽的同时，启动光源2-1，产生的光束通过光纤2-2在光学检测笔2-3内经过多重同轴透镜2-3-2被分解成不同波长的色散光2-4，照射在砂轮工作面4-3，只有满足共焦条件的光，才能从砂轮工作面4-3沿着相同光路反射回来，并被光学检测笔2-3的接收器2-3-1感知；而在砂轮工作面4-3处于离焦状态的光线则呈漫反射，无法被接收器2-3-1感知；在不接触砂轮4的情况下，根据满足共焦条件光线的波长，能够获得砂轮工作面4-3与透镜2-3-2的距离，从而快速无损伤地获取砂轮工作面4-3所开凹槽4-4的槽型及尺寸；多重同轴透镜2-3-2的光学色散原理使得其分解而成的色散光2-4波长变动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。

步骤五、槽型实时修正：当检测到的砂轮工作面4-3所开凹槽4-4的槽型及尺寸的偏差超过限定值时，金刚石笔5的开槽工作停止运行，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。

步骤六：继续执行开槽程序，完成在砂轮工作面4-3的开槽工作。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。