[发明专利]一种数控磨床砂轮轮廓在位测量装置、方法及光路调整方法

权利要求书

1.一种数控磨床砂轮轮廓在位测量装置的光路调整方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：砂轮完成磨削作业后，通过砂轮驱动部件使砂轮移动至砂轮观测位，所述砂轮观测位的圆心坐标事先已输入数控磨床系统中；

S2：采用砂轮修整部件和机床运动导轨实现复杂轮廓砂轮的高精度修整，修整过程中所述砂轮除自身旋转运动外固定不动，采用砂轮修整部件的修整直线轴和修整回转轴运动实现砂轮修整；

S3：砂轮修整后调用砂轮修整轮正上方视觉测量部件，通过液压开关开启镜头盖，打开工业相机运行界面，打开背光光源，使砂轮在相机显示界面边缘清晰；

S4：所述工业相机的观测界面在计算机端呈现，调整光路时首先在计算机端显示界面绘制相切直线，相切直线与所述砂轮检测位中心间距离约等于修整后砂轮半径，并使绘制的相切直线与计算机端显示界面内砂轮外圆相切；

S5：通过回转轴控制器控制修整回转轴缓慢转动，观察相切直线与计算机端显示界面内砂轮外圆相切情况：当出现过切或不相切时，通过调节相切直线与砂轮检测位中心间距离和调整滑台调节，使得相切直线在围绕砂轮旋转过程中砂轮圆弧范围内始终相切，同时使砂轮界面占据整个测量界面面积的80％，此时认为工业相机观测方向与砂轮待观测面相互垂直，调整完毕，可以对砂轮轮廓面进行测量；

采用的一种数控磨床砂轮轮廓在位测量装置包括集成在数控磨床上的视觉测量部件、砂轮修整部件、砂轮驱动部件，所述视觉测量部件安装在所述砂轮修整部件上方，所述砂轮修整部件安装在数控磨床主轴右侧，所述砂轮修整部件和主轴安装在数控磨床Z轴导轨上，所述砂轮驱动部件安装在数控磨床X轴导轨上，所述视觉测量部件、砂轮修整部件、砂轮驱动部件均在数控磨床运动范围内，所述砂轮修整部件用于砂轮轮廓的修整，所述砂轮驱动部件用于驱动砂轮旋转和在预设的行程内移动，所述视觉测量部件用于采集砂轮轮廓图像；

所述砂轮修整部件包括砂轮修整轮、砂轮修整轴、修整直线轴和修整回转轴，所砂轮修整轮可拆卸地连接在砂轮修整轴上，所述砂轮修整轴连接在修整轴壳体上，修整轴壳体的底端固定连接在所述修整直线轴上，所述修整直线轴的底端转动连接在所述修整回转轴上，通过数控系统的修整轴控制器控制砂轮修整轴做旋转运动，通过数控系统的直线轴控制器控制修整直线轴做直线运动，通过数控系统的回转轴控制器控制修整回转轴做旋转运动，通过三者运动实现复杂型面砂轮的在线修整；

所述视觉测量部件包括安装底座、视觉平台、平行背光光源，所述视觉平台通过所述安装底座安装在所述砂轮修整部件上方，所述视觉平台包含工业相机和远心镜头，所述工业相机和远心镜头通过螺纹连接，所述工业相机位于远心镜头正上方，所述远心镜头位于砂轮观测位正上方，所述平行背光光源安装在砂轮修整部件的旋转平台中孔上；

所述工业相机与所述安装底座之间设有调整滑台，所述调整滑台用于调整测量角度，所述调整滑台上还设有用于调整测量视野在X轴的位置的视觉测量部件X轴微调旋钮，所述调整滑台上还设有用于调整测量焦距及视野在Y轴的位置的视觉测量部件Y轴微调旋钮，通过所述视觉测量部件X轴微调旋钮、视觉测量部件Y轴微调旋钮、调整滑台可以实现视觉测量部件的三自由度调节，从而使得所述工业相机、远心镜头、砂轮观测位、平行背光光源四者同轴，其中所述砂轮检测位中心与砂轮修整部件的回转中心同心。

2.一种数控磨床砂轮轮廓在位测量装置的在位测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、图像采集：待测量光路调整完毕后，启动工业相机采集砂轮轮廓图像；

步骤2、图像处理：先将砂轮轮廓图像进行灰度阈值分割，之后在砂轮边缘按均布角度选取测量点，即首先以砂轮观测位圆心坐标为中心，选取从四周按均布角度发射出的射线汇聚于砂轮观测位圆心坐标，所述测量点在射线上由外向内，按照相关像素灰度值变化，以临界灰度值作为判定标准确定射线与砂轮轮廓的交点处的测量点坐标，得到测量点像素坐标在轮廓上的位置坐标；

步骤3、数据处理：按上述步骤选取一定数量的测量点后，首先判断选取数据是否满足使用要求，即计算各测量点与砂轮观测位圆心坐标间的距离，之后求得距离最大值与距离最小值之间的差值，判断其是否满足精度要求，若不满足需要重复上述步骤，使得砂轮测量点满足使用要求，之后根据各测量点坐标选取拟合算法求得各测量点代表的砂轮实时圆弧半径和砂轮最大圆弧直径，进一步求得砂轮圆弧圆心在数控磨床上的坐标以及圆弧对应的圆心角，得到砂轮轮廓面型和砂轮圆弧圆度误差；

采用的一种数控磨床砂轮轮廓在位测量装置包括集成在数控磨床上的视觉测量部件、砂轮修整部件、砂轮驱动部件，所述视觉测量部件安装在所述砂轮修整部件上方，所述砂轮修整部件安装在数控磨床主轴右侧，所述砂轮修整部件和主轴安装在数控磨床Z轴导轨上，所述砂轮驱动部件安装在数控磨床X轴导轨上，所述视觉测量部件、砂轮修整部件、砂轮驱动部件均在数控磨床运动范围内，所述砂轮修整部件用于砂轮轮廓的修整，所述砂轮驱动部件用于驱动砂轮旋转和在预设的行程内移动，所述视觉测量部件用于采集砂轮轮廓图像；

所述砂轮修整部件包括砂轮修整轮、砂轮修整轴、修整直线轴和修整回转轴，所砂轮修整轮可拆卸地连接在砂轮修整轴上，所述砂轮修整轴连接在修整轴壳体上，修整轴壳体的底端固定连接在所述修整直线轴上，所述修整直线轴的底端转动连接在所述修整回转轴上，通过数控系统的修整轴控制器控制砂轮修整轴做旋转运动，通过数控系统的直线轴控制器控制修整直线轴做直线运动，通过数控系统的回转轴控制器控制修整回转轴做旋转运动，通过三者运动实现复杂型面砂轮的在线修整；

所述视觉测量部件包括安装底座、视觉平台、平行背光光源，所述视觉平台通过所述安装底座安装在所述砂轮修整部件上方，所述视觉平台包含工业相机和远心镜头，所述工业相机和远心镜头通过螺纹连接，所述工业相机位于远心镜头正上方，所述远心镜头位于砂轮观测位正上方，所述平行背光光源安装在砂轮修整部件的旋转平台中孔上；

所述工业相机与所述安装底座之间设有调整滑台，所述调整滑台用于调整测量角度，所述调整滑台上还设有用于调整测量视野在X轴的位置的视觉测量部件X轴微调旋钮，所述调整滑台上还设有用于调整测量焦距及视野在Y轴的位置的视觉测量部件Y轴微调旋钮，通过所述视觉测量部件X轴微调旋钮、视觉测量部件Y轴微调旋钮、调整滑台可以实现视觉测量部件的三自由度调节，从而使得所述工业相机、远心镜头、砂轮观测位、平行背光光源四者同轴，其中所述砂轮检测位中心与砂轮修整部件的回转中心同心。