[发明专利]一种视觉伺服进给异形螺旋曲面螺杆砂带抛光装置和方法

说明书

本发明公开了一种视觉伺服进给异形螺旋曲面螺杆砂带抛光装置，包括床身，还包括砂带驱动机构、螺杆进给机构、双目视觉采集机构和数据处理单元；一种视觉伺服进给异形螺旋曲面螺杆砂带抛光方法，包括1）整机安装与相机标定；2）三维信息采集；3）工件坐标系标定；4）螺纹片段分割；5）抛光进给运动的规划与分配；6）定位辅助运动的规划与分配。本发明具有较好的可实施性，能够适应当前异形螺杆抛光加工的小批量生产、自动化、高精、高效的市场需求，从生产柔性、加工效率、环境保护与经济效益方面有效提高企业的竞争力。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种视觉伺服进给异形螺旋曲面螺杆砂带抛光装置和方法。

背景技术

异形螺旋曲面螺杆(以下全文简称异形螺杆)是注塑机、压缩机、螺杆泵等复杂机械装备的核心零件之一。与普通螺杆相比，异形螺杆的最主要特点在于其复杂的几何结构，往往包含多个具有不同根径、导程、螺旋升角的螺纹片段。异形螺杆的市场需求具有高精度、小批量的特点：异形螺杆往往应用于关键机械装备的核心动力部件，对表面精度要求较高；不同机械装备需要不同型号的异形螺杆，同一型号的异形螺杆往往需求量极为有限。

目前我国主要的异形螺杆加工基地主要位于浙江舟山附近。异形螺杆的常见加工工序包括锻造、车削、铣削、热处理、外圆磨、螺杆磨、抛光等。其中，抛光是降低异形螺杆表面粗糙度、减少表面缺陷的重要精加工工艺，抛光质量将直接影响螺杆机械的运动精度、传动平稳性与使用寿命。与砂轮抛光、射流抛光等技术相比，砂带抛光具有效率高、能耗低、适用范围广、换带成本低等特点，其低温加工、连续加工特性使抛光表面具有粗糙度低、硬度高、残余应力小等优点。因此大多数精密异形螺杆均采用砂带抛光。

异形螺杆的复杂几何结构是制约砂带抛光自动化、数控化和智能化的关键因素之一。目前我国工业上广泛采用的手动砂带抛光方法由技术人员手持螺杆加工，凭经验在线规划加工方法，生产柔性较高，但有效率低、精度低、工艺一致性差、技术人员熟练度要求高、劳动强度大、工作环境恶劣等缺点。为了弥补这些不足，近年来人们开发了多种型号的数控砂带抛光机。但是，现有方法仅能实现抛光加工阶段的自动化，前期仍需要通过手工测量工件表面的几何形状以确定螺纹规格、规划抛光路径、编制数控程序。技术人员对螺旋曲面的直接测量将引入较大的测量几何误差，难以适应变导程、变螺纹升角的特种异形螺杆，影响抛光路径和数控加工精度。不同型号异形螺杆的测量、路径规划和数控编程不仅消耗大量时间，而且对技术人员的经验、技术等提出了较高要求，严重影响生产效率和经济效益。因此，当前数控砂带抛光方法具有生产柔性差、加工精度较低、生产效率较低等缺点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种视觉伺服进给异形螺旋曲面螺杆砂带抛光装置和方法，针对异形螺杆表面的几何特性和抛光加工的特点，合理设计砂带抛光装置的运动方案，实现四轴联动的砂带连续切削运动、异形螺杆的轴向与周向进给运动、抛光角调节运动以适应不同型号的螺纹。针对不同型号的异形螺杆，利用双目相机在线采集工件待加工表面的几何信息，通过计算工件轴向建立工件坐标系与机床坐标系的关系，以校正装夹误差，智能化完成螺纹片段识别与加工路径规划，将抛光进给运动与定位辅助运动自适应地分配给机床所有运动部件，实现异形螺杆的全自动化砂带抛光。

本发明的目的一方面是这样实现的：一种视觉伺服进给异形螺旋曲面螺杆砂带抛光装置，包括床身，还包括砂带驱动机构、螺杆进给机构、双目视觉采集机构和数据处理单元；所述砂带驱动机构固定安装在床身两侧，所述螺杆进给机构安装在床身上，所述双目视觉采集机构通过支撑机构固定在床身上，将采集到的数据传输给数据处理单元；所述砂带驱动机构包括主动轮机构、从动轮机构和张紧轮机构；所述主动轮机构、从动轮机构和张紧轮机构依次通过砂带连接。

为了实现砂带的主运动，所述主动轮机构包括主动电机、减速器和主动轮，所述主动电机通过螺栓固定在减速器侧面，所述主动电机的输出轴与减速器输入端连接；所述减速器的输出轴与主动轮连接，所述减速器的底面通过螺栓固定在第一机架上。