[发明专利]大型球面磨削迹线形貌图像采集装置及球度判别方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种球面加工的检测装置及方法，具体涉及一种大型球面磨削迹线形貌图像采集装置及球度判别方法，属于机械加工技术领域。

背景技术

大型高硬度、高精度球体是石油化工、煤化工、光伏发电等重大能源工程中流体、气体控制装置(如大型硬密封球阀)中的关键部件。目前，国外大型硬密封球阀的高硬度球体直径已经达到了Φ1000mm、表面硬度已达到HRC70以上。由于密封性要求，这种球体的表面粗糙度和球面形状精度(球度)的要求都很高，大面积、高硬度、高精度精密加工技术已经成为该领域广泛关注的关键技术。

对于这种大型高硬度、高精度球体的加工，一般都采用精密磨削加工方法，如图1所示。大型被磨球体1由机床的主轴系统和尾座系统支撑，电机通过减速后驱动被磨球体1绕XOYZ坐标系的X坐标轴(机床主轴中心线)做旋转运动，球体转速n一般在10-50rpm；杯形状的砂轮磨具2布置在被磨球体1的下方，并固定安装在磨削主轴8的上端，砂轮磨具2绕XOYZ坐标系的Z坐标轴(刀具旋转中心线)旋转，砂轮磨具2的转速n1范围在数百转到数千转；砂轮磨具2通过伺服电机或步进电机驱动由下向上做进给运动，通过砂轮磨具2的高速旋转运动和被磨球体1的旋转运动所合成的展成运动实现了球面的精密磨削加工。在上述磨削加工工艺系统中，砂轮磨具2的旋转中心线和被磨球体1的旋转中心线必须处在同一平面内并相交，这样才能保证球体磨削后的球面几何精度(球度)。然而，在磨削过程中，球体重力、磨具重力、机床导轨的磨损、主轴轴承的磨损、磨削热产生的热变形、工件装夹中的受力变形等等多种因素都会造成砂轮磨具2的旋转中心线与被磨球体1的旋转中心线产生偏离，从而产生球面磨削精度偏差(球度偏差)。

经对现有技术的文献检索发现，申请号为：200610050360.8，名称为：《自动检测数控球面磨床》的中国专利，主要是在机床上设有自动检测装置，实现了工件在线自动检测。然而，该专用的数控球面磨床只能用于球体的球径检测，无法实现磨削过程中对被磨球体1的形状精度(球度)的实时检测。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种大型球面磨削迹线形貌图像采集装置及球度判别方法，能够在磨削加工过程中对球面上的磨削迹线形貌进行图像采集，并对被磨球体当时达到的球度进行实时判断，为及时对球面磨削系统装置作出调整补偿创造条件。

本发明工作的基本原理是：如果砂轮磨具2的旋转中心线与被磨球体1的旋转中心线在同一坐标平面内相交，即在XOZ坐标平面内相交，则球面的磨削迹线呈正交状态，见图2；如果砂轮磨具2的旋转中心线与被磨球体1的旋转中心线不在XOZ坐标平面内相交，存在一定偏差，则球面的磨削迹线就呈单方向上凸或下凹状态，见图3和图4。根据这一特征，本发明通过对大型球面精密磨削中的表面磨削迹线形貌进行实时图像采集，并对采集的图像信息进行处理和特征识别，然后根据磨削迹线特征来判别被磨球体1的球度偏差情况，以便为球面磨削的球度误差在线自动补偿创造条件。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种大型球面磨削的球度判别方法，在XOYZ直角坐标系中，被磨球体由机床的主轴系统和尾座系统支撑且绕XOYZ直角坐标系的X坐标轴旋转，杯形状的砂轮磨具设置在被磨球体的下方且绕XOYZ直角坐标系的Z坐标轴旋转，砂轮磨具由下向上做进给运动，通过砂轮磨具的旋转运动与被磨球体的旋转运动所合成的展成运动实现所述被磨球体的球面的精密磨削加工；其特征在于：所述球度判别方法首先对所述被磨球体的球面磨削迹线形貌连续进行图像采集，然后通过对所采集的球面磨削迹线形貌图像进行特征识别实时作出被磨球体的球度判别：若所述球面磨削迹线形貌呈正交状态，则被磨球体的球度符合要求；若所述球面磨削迹线形貌呈单方向上凸或下凹状态，则被磨球体的球度不符合要求。

进一步地，所述的球面磨削迹线形貌呈正交状态，表明所述砂轮磨具的旋转中心线与被磨球体的旋转中心线在所述XOYZ直角坐标系的XOZ坐标平面内相交；所述的球面磨削迹线形貌呈单方向上凸状态，表明所述砂轮磨具的旋转中心线与被磨球体的旋转中心线不在同一平面内相交，并且该砂轮磨具的旋转中心线沿XOYZ直角坐标系的-Y方向偏离了XOZ坐标平面；所述的球面磨削迹线形貌呈单方向下凹状态，表明所述砂轮磨具的旋转中心线与被磨球体的旋转中心线不在同一平面内相交，并且该砂轮磨具的旋转中心线沿XOYZ直角坐标系的+Y方向偏离了XOZ坐标平面。

进一步地，所述球度判别方法包括以下步骤：