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基于图像处理技术的金刚石车刀自动研磨系统的研究

作　者: 赵群章
导　师: 房丰洲
学　校: 天津大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 超精密加工金刚石刀具研磨图像处理
分类号: TG580.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 57次
引　用: 3次
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内容摘要

随着超精密及光学自由曲面加工技术的发展,高精度圆弧刃金刚石车刀的需求不断增加。但目前绝大多数单晶金刚石车刀的制备仍然依靠手工操作来完成,精度和生产效率都很难满足市场的需求。在分析了圆弧刃金刚石车刀创成原理的基础上,本文研究并开发了基于在线图像处理技术的圆弧刃金刚石车刀自动研磨系统。首先,论证了金刚石车刀自动研磨系统的原理和系统结构,利用有限元方法分别对系统的动刚度和静刚度进行了分析,根据分析结果选择了最佳方案,并进行系统的搭建和控制系统软硬件的开发。其次,为提高车刀研磨前的初始安装精度,通过比较圆弧刃金刚石车刀三种常用检出方法的测量精度和效率,确定了基于轮廓匹配方法为车刀初始安装过程中所使用的最佳检出方法,利用该方法进行了金刚石车刀的安装,将安装误差控制在亚微米级。并对研磨过程中的金刚石车刀进行了切削刃形状信息和位置信息的亚像素精度测量。测量结果表明,系统能够实现圆弧切削刃半径分别为1 mm,0.5 mm,0.2 mm的金刚石车刀的在线测量。并将图像测量结果和使用轮廓测量仪得到的测量结果进行比较,保证了系统的可靠性。最后利用开发的金刚石车刀自动研磨系统进行了相应的工艺实验,在单因素分析方法的基础上,进行了研磨工艺参数的优化,确定了圆弧刃金刚石刃型研磨加工的最佳工艺参数,在此参数下实现了高效率的圆弧刃金刚石刀具研磨。本文通过设计的圆弧刃金刚石车刀研磨系统解决了金刚石车刀圆弧刃刃型研磨这一技术难题,为超精密加工和光学自由曲面加工提供了保证。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 引言  8
  1.2 国内外的研究现状和发展趋势  8-15
    1.2.1 超精密加工与自由曲面加工  8-11
    1.2.2 金刚石刀具的制作研究及发展现状  11-15
  1.3 课题来源和主要研究内容  15-17
    1.3.1 课题来源  15
    1.3.2 主要研究内容  15-17
第二章基于图像处理技术的车刀自动研磨系统设计  17-31
  2.1 引言  17
  2.2 金刚石车刀自动研磨系统的工作原理  17-19
  2.3 图像采集系统  19-22
  2.4 运动控制系统  22-23
  2.5 机械部分设计及有限元分析  23-30
    2.5.1 金刚石刀具夹具设计  23-25
    2.5.2 研磨系统底座设计  25-30
  2.6 本章小结  30-31
第三章图像处理算法及其原理  31-46
  3.1 引言  31
  3.2 图像处理算法及原理  31-36
  3.3 车刀初始安装过程中的图像处理  36-42
    3.3.1 基于在线图像处理的车刀圆弧中心的获取  36-38
    3.3.2 三种图像处理方法的比较  38-39
    3.3.3 电控旋转台摆动圆心的获取  39-42
  3.4 金刚石车刀的在线检测  42-44
  3.5 本章小结  44-46
第四章控制系统的设计  46-54
  4.1 引言  46
  4.2 控制系统的工作原理  46-50
  4.3 控制系统的软件设计  50-52
  4.4 本章小结  52-54
第五章金刚石车刀加工工艺研究  54-60
  5.1 引言  54
  5.2 实验条件及实验设计  54
  5.3 研磨盘转速对金刚石车刀轮廓度的影响  54-56
  5.4 车刀摆动速度对金刚石车刀轮廓度的影响  56-57
  5.5 车刀进给量对金刚石车刀轮廓度的影响  57-59
  5.6 本章小结  59-60
第六章结论与展望  60-62
  6.1 结论  60-61
  6.2 工作展望  61-62
参考文献  62-66
发表论文和参加科研情况说明  66-67
致谢  67

基于图像处理技术的金刚石车刀自动研磨系统的研究

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