超聲加工異形工具方位檢測(cè)與控制系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開(kāi)了一種超聲加工異形工具方位檢測(cè)和控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)分別與數(shù)碼攝像機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電磁換向閥相接，步進(jìn)電機(jī)與異形盲孔超聲加工裝置相接，電磁換向閥與氣缸相接。所述的異形盲孔超聲加工裝置具有相連接的壓電換能器、第二螺釘、變幅桿、第四螺釘、超聲加工異形工具，變幅桿通過(guò)自身節(jié)點(diǎn)處的法蘭盤、第三螺釘與壓電換能器罩相接。壓電換能器罩上端通過(guò)聯(lián)接板、第一螺釘與步進(jìn)電機(jī)相接。數(shù)碼攝像機(jī)安裝在氣缸輸出軸上。本實(shí)用新型專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：１）異形工具方位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)與控制，避免了人工調(diào)整異形工具方位；２）異形工具方位調(diào)整效率比人工調(diào)整效率提高２０倍以上；３）異形工具方位調(diào)整準(zhǔn)確。（*該技術(shù)在2016年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于特種加工
，尤其涉及超聲加工異形工具方位檢測(cè)與控制系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，以陶瓷、硬質(zhì)合金、釹鐵硼、硅、鍺、鐵氧體、氧化鋯、微晶玻璃、淬火鋼、鍍鉻層等為代表的硬脆材料呈出不窮，應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。傳統(tǒng)加工方法一直存在著加工效率低、工件易破碎、能耗大、加工質(zhì)量差、許多設(shè)計(jì)要求無(wú)法實(shí)現(xiàn)等重大問(wèn)題，長(zhǎng)期困撓和影響著工廠的生產(chǎn)。工廠迫切地需要解決硬脆材料的高效精密加工難題。例如，隨著空間科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了滿足航空航天器、天文觀測(cè)對(duì)觀測(cè)分辨力和成像質(zhì)量越來(lái)越高的要求，需要采用更長(zhǎng)焦距、更大口徑的光學(xué)系統(tǒng)，而口徑增大是光學(xué)儀器體積增大和重量增加的主要因素，系統(tǒng)的慣量也隨之增加，給整個(gè)系統(tǒng)的工作帶來(lái)了極為不利的影響。由于光學(xué)系統(tǒng)是空間遙感的重要有效載荷，其質(zhì)量的大小直接決定了發(fā)射成本和工作性能的高低，因此必須在保證動(dòng)、靜態(tài)剛度和強(qiáng)度的前提下對(duì)空間光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行最大程度的輕量化。其中硅鏡的輕量化是整個(gè)系統(tǒng)輕量化最基本最重要的環(huán)節(jié)。硅鏡外徑尺寸通常在Φ150～Φ2000mm之間，厚度為8～100mm，硅鏡毛坯呈實(shí)心圓板狀。為了降低硅鏡重量，需要在硅鏡上制造出大量異形盲孔，且筋越薄越好。硅鏡形狀各異、大小不一。例如，某種硅鏡外徑Φ300mm、厚25mm。為了降低硅鏡重量和諧振頻率，需要在硅鏡一側(cè)加工幾十個(gè)異形盲孔，其深度均為20mm，可去除70.1％的重量。硅鏡具有耐強(qiáng)光、輕質(zhì)、電氣性能好、機(jī)械性能優(yōu)良等特點(diǎn)。要求加工精度高、光潔度好，加強(qiáng)筋無(wú)裂紋、不破碎，壁厚均為1.5mm，且一致性要好。單晶硅具有優(yōu)良的機(jī)械、物理性質(zhì)，其機(jī)械品質(zhì)因數(shù)可高達(dá)106數(shù)量級(jí)，滯后和蠕變極小，幾乎為零，機(jī)械穩(wěn)定性好。硅材料的質(zhì)量輕，密度約為不銹鋼的1/3，而彎曲強(qiáng)度卻為不銹鋼的3.5倍，它具有高的強(qiáng)度密度比和高的剛度密度比。單晶硅的機(jī)械物理性能見(jiàn)表1。表1 單晶硅的機(jī)械物理性能 單晶硅作為硅鏡、超大規(guī)模集成電路主要基片材料，現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)尉Ч璧炔牧系募庸ぞ群捅砻尜|(zhì)量要求愈來(lái)愈高。單晶硅拋光片的正面要求無(wú)劃道、無(wú)蝕坑、無(wú)區(qū)域沾污、無(wú)崩邊、無(wú)裂縫、無(wú)凹坑、無(wú)溝、無(wú)小丘、無(wú)刀痕等。按美國(guó)微電子技術(shù)協(xié)會(huì)(SIA)提出的技術(shù)要求，要求在25×40mm2區(qū)域內(nèi)的表面平整度小于0.07μm，表面粗糙度要求達(dá)到納米級(jí)，表面不能產(chǎn)生損傷和應(yīng)力集中。單晶硅的加工效率、表面劃痕損傷和破裂已經(jīng)成為生產(chǎn)加工中的突出問(wèn)題，多達(dá)20～50％的單晶硅在拋光過(guò)程中需要進(jìn)行適量返修，其主要原因是當(dāng)表面粗糙度和波紋度達(dá)到納米量級(jí)時(shí)，任何一個(gè)微小硬質(zhì)顆粒都可能對(duì)單晶硅工件表面造成損傷，從而導(dǎo)致大量工件的返修甚至報(bào)廢。單晶硅是一種典型的硬脆材料。硅鏡需要在其端面加工直線三角形、方孔、橢圓孔、曲線三角形等異形盲孔，并要求實(shí)現(xiàn)單晶硅異形盲孔無(wú)損傷、無(wú)崩邊、無(wú)裂縫、無(wú)凹坑、超平滑的超精密加工。對(duì)硬脆材料異形盲孔進(jìn)行超聲加工時(shí)，必須使用和加工零件異形盲孔形狀、尺寸完全一致的異形工具，并連續(xù)加注水和磨料的均勻混合物進(jìn)行沖擊成型加工。異形盲孔形狀各異、方位分布不一致。由于被加工零件異形盲孔方位分布不一致、超聲加工過(guò)程中工具磨損更換后的初始方位與被加工對(duì)象異形盲孔的設(shè)計(jì)方位不一致，必須要實(shí)時(shí)、精確檢測(cè)與調(diào)整異形工具的方位，保證異形工具的方位和被加工對(duì)象的方位是完全一致和重合的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是提出一種超聲加工異形工具方位檢測(cè)和控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)分別與數(shù)碼攝像機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電磁換向閥相接，步進(jìn)電機(jī)與異形盲孔超聲加工裝置相接，電磁換向閥與氣缸相接。所述的異形盲孔超聲加工裝置具有相連接的壓電換能器、第二螺釘、變幅桿、第四螺釘、超聲加工異形工具，變幅桿通過(guò)自身節(jié)點(diǎn)處的法蘭盤、第三螺釘與壓電換能器罩相接。壓電換能器罩上端通過(guò)聯(lián)接板、第一螺釘與步進(jìn)電機(jī)相接。數(shù)碼攝像機(jī)安裝在氣缸輸出軸上。本技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1)異形工具方位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)與控制，避免了人工調(diào)整異形工具方位；2)異形工具方位調(diào)整效率比人工調(diào)整效率提高20倍以上；3)異形工具方位調(diào)整準(zhǔn)確。附圖說(shuō)明圖1是超聲加工異形工具方位檢測(cè)與控制系統(tǒng)框圖；圖2是硬脆材料超聲加工裝置與異形工具方位檢測(cè)裝置示意圖；圖3是本技術(shù)計(jì)算機(jī)控制軟件流程圖；圖中步進(jìn)電機(jī)1、聯(lián)接板2、第一螺釘3、壓電換能器罩4、壓電換能器5、第二螺釘6、變幅桿7、第三螺釘8、第四螺釘9、超聲加工異形工具10、數(shù)碼攝像機(jī)11、氣缸12。具體實(shí)施方式本技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)檢測(cè)和控制系統(tǒng)來(lái)改變異形工具方位，使異形工具方位與設(shè)計(jì)圖紙異形盲孔完全一致和重合，保證超聲加工后的異形盲孔符合設(shè)計(jì)要求。如圖1、2所示，異形盲孔超聲加工裝置具有相連接的壓電換能器5、第二螺釘6、變幅桿7、第四螺釘9、超聲加工異形工具10，變幅桿7通過(guò)自身節(jié)點(diǎn)處的法蘭盤、第三螺釘8與壓電換能器罩4相接。壓電換能器罩4上端通過(guò)聯(lián)接板2、第一螺釘3與步進(jìn)電機(jī)1相接。數(shù)碼攝像機(jī)11安裝在氣缸12輸出軸上。異形工具方位檢測(cè)與控制系統(tǒng)應(yīng)在超聲加工前完成工作。圖2右側(cè)安裝一個(gè)氣缸，氣缸輸出軸端部安裝一架數(shù)碼攝像機(jī)。數(shù)碼攝相機(jī)的左右運(yùn)動(dòng)通過(guò)電磁換向閥控制氣缸實(shí)現(xiàn)。超聲加工開(kāi)始之前，計(jì)算機(jī)控制電磁換向閥和氣缸推動(dòng)數(shù)碼攝相機(jī)左移，位于異形工具正下方，拍攝異形工具現(xiàn)有方位圖像。通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，計(jì)算出異形工具現(xiàn)有方位角。然后與事先存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的被加工零件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方位角進(jìn)行比較，計(jì)算出異形盲孔與工具方位角之差θ0，通過(guò)控制系統(tǒng)控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)異形盲孔與工具方位角之差θ0。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度后，計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算和比較，判斷是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。若達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則檢測(cè)與控制系統(tǒng)停止工作，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使電磁換向閥換向，推動(dòng)氣缸右移至原位，數(shù)碼攝相機(jī)退出加工位置，超聲加工裝置開(kāi)始工作，對(duì)硬脆材料異形盲孔進(jìn)行超聲加工。若達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，則重復(fù)上述過(guò)程，再進(jìn)行檢測(cè)與控制。如圖3所示，計(jì)算機(jī)控制軟件流程如下超聲加工前，計(jì)算機(jī)控制電磁換向閥，推動(dòng)氣缸輸出軸左移帶動(dòng)數(shù)碼攝相機(jī)至異形工具正下方，拍攝異形工具方位圖像，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，計(jì)算異形盲孔與工具方位角之差θ0。進(jìn)入異形工具方位角θi遞增子程序后，先設(shè)定一個(gè)方位角遞增步長(zhǎng)，比較θ0、θi。若θ0≥θi，則返回方位角θi遞增子程序，繼續(xù)遞增一個(gè)方位角步長(zhǎng)，比較θ0、θi。若θ0＜θi，則開(kāi)始判斷是否滿足|θ0-θi|＜δ，其中δ是事先設(shè)定的一個(gè)誤差值。若滿足|θ0-θi|＜δ，則繼續(xù)執(zhí)行下面的程序，開(kāi)始發(fā)出指令，使電磁換向閥動(dòng)作，推動(dòng)氣缸和數(shù)碼攝相機(jī)右移至原位。超聲加工裝置開(kāi)始工作，對(duì)硬脆材料異形盲孔進(jìn)行超聲加工。若不滿足|θ0-θi|＜δ，則減小方位角遞增步長(zhǎng)，降低方位角調(diào)節(jié)幅度，繼續(xù)執(zhí)行方位角遞增子程序，判斷是否滿足θ0＞θi。如果滿足θ0＞θi，則返回方位角遞增子程序；如果不滿足θ0＞θi，則繼續(xù)執(zhí)行下面的程序，開(kāi)始發(fā)出指令，使電磁換向閥動(dòng)作，推動(dòng)氣缸和數(shù)碼攝相機(jī)右移至原位。超聲加工裝置開(kāi)始工作，對(duì)硬脆材料異形盲孔進(jìn)行超聲加工。權(quán)利要求1.一種超聲加工異形工具方位檢測(cè)與控制系統(tǒng)，其特征在于計(jì)算機(jī)分別與數(shù)碼攝像機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電磁換向閥相接，步進(jìn)電機(jī)與異形盲孔超聲加工裝置相接，電磁換向閥與氣缸相接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種超聲加工異形工具方位檢測(cè)與控制系統(tǒng)，其特征在于計(jì)算機(jī)分別與數(shù)碼攝像機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電磁換向閥相接，步進(jìn)電機(jī)與異形盲孔超聲加工裝置相接，電磁換向閥與氣缸相接。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張?jiān)齐?/a>，張宇，胡皇印，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：杭州電子科技大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：86[中國(guó)|杭州]