[发明专利]一种用于磨削加工的光学测量系统及应用方法

说明书

本发明公开了一种用于磨削加工的光学测量系统及应用方法，系统包括照明光源、承物台、投影光学组件、显示屏、计算机，待加工工件放置在承物台上，磨削加工时，照明光源照明待加工工件，投影光学组件将待加工工件的图像投射在显示屏的显示平面上；计算机控制显示平面显示预存的工件参考标尺图形，并定位在定位基线上，将工件参考标尺图形与待加工工件的投影进行比对，根据比对信息调整磨削加工设备的位移，进行磨削加工。本发明当需要高精度测量时，可将工件参考标尺图形和工件投影图像边界局部放大，通过细分显示像素提高精度，能够很好满足高精度的工件磨削加工对在线检测的要求。

技术领域

本发明涉及精密机械加工装备和几何量测量领域，具体涉及一种用于精密磨削加工实时测量的光学测量系统及应用方法。

背景技术

现代制造业的对机械加工装备的精度要求越来越高，精密机械磨削加工精度一般都在几个微米或更高。当精密机械加工水平达到微米量级时，考虑到磨削砂轮磨损及其他因素，必须考虑在线测量控制，光学投影影像测量技术是重要的在在线测量手段之一。以目前通用的光学曲线磨床为例，在线测量的光学投影系统，其原理与轮廓投影仪相同。测量时，根据投影系统的倍率，需要准确打出CAD设计图形的胶片，胶片上用刻线设备刻出线条极细的轮廓线。将此胶片放置在光学投影系统的投影屏上，人工进行胶片图形和工件投影图形的对准，根据之间的差异调整磨削砂轮加工进给量，实现对工件的微米级精密磨削加工。这种方式打印胶片及投影系统的倍率误差会直接影像磨削加工的精度，同时也对投影镜头的投影倍率要求很高，应用效率不高。

公开号为01139045的中国发明专利给出了一种模具快速图形测量方法，具有整体测量特点，比起接触式测量或逐点坐标测量，效率得到很大提高，原则上可以移植到普通磨削加工设备中。该方法使用一个CCD/CMOS图像摄像系统、拍摄工件的轮廓图，通过电脑显示屏显示并与工件CAD图进行比对，实现图像比对测量。但这种系统存在三个问题：一是受摄像头图像传感器尺寸限制，工件测量范围很小；二是成像图形的边界清晰度因传感器像素以及屏幕像素尺寸的影响，难以达到高的对准精度；第三是需要固定参考基线，整个系统可靠性不高。现有的计算机图形测量方法，虽具有快捷方便的优点，但图像传感器像素和显示屏像素尺寸均对影像的对准精度影响很大，精度远低于通用的轮廓投影仪，实际应用也同样受到限制。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明结合计算机图像处理技术及近年来大尺寸计算机透明显示屏技术的发展，将透明胶片的精细对准特点与计算机图形快速灵活的特点结合起来，提出一种用于精密磨削加工的光学测量系统及应用方法，能够便捷实现高精度(微米级)及较大尺寸的在线几何量测量。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种用于磨削加工的光学测量系统，包括照明光源、承物台、投影光学组件、显示屏、计算机，待加工工件放置在承物台上，磨削加工时，照明光源照明待加工工件，投影光学组件将待加工工件的图像投射在显示屏的显示平面上；计算机控制所述显示平面显示预存的工件参考标尺图形，并定位在定位基线上，将所述工件参考标尺图形与待加工工件的投影进行比对，根据比对信息调整磨削加工设备的位移，进行磨削加工。本发明通过引入一个显示屏实现图形精密测量，能够很好满足高精度的工件磨削加工对在线检测的要求。

优选的，所述承物台三维方向位置可调。从而可根据不同待加工工件来调节工件与投影光学组件的位置，实现工件对焦，使工件在透明显示屏上的投影更为准确。

作为一种优选，所述投影光学组件为一投影物镜，一面为平面，一面为凸面，待加工工件设置在平面的前方，且在物镜焦点位置，光线经过凸面后聚焦到透明显示屏。

作为一种优选，所述投影光学组件包括投影物镜和分光板，显示屏采用透明显示屏，投影光束经投影物镜后传输到分光板上，经分光板反射后成像在透明显示屏上，在分光板后方设有显示屏背光源。采用这种结构，在投影成像时，显示屏上的照明更加均匀，可达到有益测量的目的。