曲線磨削砂輪廓形的原位視覺檢測(cè)和誤差補(bǔ)償

胡一星， 許黎明， 范 帆， 張 哲

(上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院， 上海 200240)

隨著制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展，復(fù)雜精密輪廓曲線零件的需求逐漸增大.常見的輪廓曲線零件加工方法是輪廓曲線磨削[1].在加工過(guò)程中，砂輪的輪廓修形精度和磨損都會(huì)對(duì)零件的輪廓加工精度產(chǎn)生影響，因此，監(jiān)測(cè)砂輪的磨損狀態(tài)并對(duì)砂輪磨損進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)提高磨削零件的加工精度和加工效率十分重要.

目前，砂輪磨損狀態(tài)或砂輪輪廓的檢測(cè)方法主要分為原位檢測(cè)和離線檢測(cè).其中，原位檢測(cè)主要以間接法為主.例如：王洪雨等[2]提出了一種基于聲發(fā)射技術(shù)的砂輪磨損狀態(tài)檢測(cè)方法；Yang等[3]利用聲頻信號(hào)傳感器采集磨削周期信號(hào)，應(yīng)用支持向量機(jī)和小波分析技術(shù)檢測(cè)砂輪的磨損狀態(tài)；Xu等[4]采用基于小波包變換的能量百分比法提取砂輪磨損的特征信號(hào)，并在線評(píng)估和預(yù)測(cè)砂輪磨損；袁勃等[5]采用原位直接測(cè)量法，利用激光位移傳感器測(cè)量砂輪的輪廓，并通過(guò)激光修整砂輪實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證輪廓測(cè)量結(jié)果，但其對(duì)測(cè)量平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度要求較高.離線檢測(cè)方法以直接法為主.例如：Lachance等[6]利用掃描電子顯微鏡捕捉砂輪的數(shù)字圖像以得到砂輪磨損區(qū)域，但這種方法不適用于多次重復(fù)測(cè)量.另外，利用樣板復(fù)印法[7]將砂輪廓形復(fù)印到樣板上也可獲得砂輪輪廓.

鑒于國(guó)內(nèi)外研究中對(duì)原位直接測(cè)量砂輪廓形的方法較少，砂輪廓形檢測(cè)和磨削加工還不能融為一體，從而影響檢測(cè)效率和輪廓誤差補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀，本文針對(duì)輪廓曲線磨削提出了一種磨削加工和砂輪廓形的原位檢測(cè)一體化方法，并通過(guò)對(duì)砂輪廓形的原位檢測(cè)來(lái)補(bǔ)償砂輪磨損，從而保證測(cè)量的精度和效率，同時(shí)因避免了重復(fù)安裝的測(cè)量誤差，可進(jìn)一步提高加工精度.

1 砂輪廓形原位視覺檢測(cè)的基本原理

在輪廓曲線磨削加工中，視覺檢測(cè)系統(tǒng)主要由高分辨率CCD相機(jī)、遠(yuǎn)心鏡頭和平行背光源組成，如圖1所示.

1—床身，2—下位機(jī)，3—上位機(jī)，4—CCD相機(jī)，5—遠(yuǎn)心鏡頭，6—砂輪，7—工件，8—工作臺(tái)，9—光源圖1 砂輪廓形原位視覺檢測(cè)的基本原理 Fig.1 Principle for in-situ vision measurement of wheel profile

CCD相機(jī)、鏡頭和光源的光軸相同，并與工作臺(tái)平面垂直，檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量架固定在機(jī)床床身上；砂輪安裝在砂輪架上，利用伺服系統(tǒng)控制沿z軸的上、下運(yùn)動(dòng)；工件安裝在工作臺(tái)上，工件坐標(biāo)系為O1-xyz，砂輪架坐標(biāo)系為O2-uvz，它也是砂輪輪廓的測(cè)量坐標(biāo)系.測(cè)量原理：當(dāng)需要檢測(cè)砂輪廓形或輪廓磨損情況時(shí)，將工件沿y軸方向脫離砂輪，砂輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)；在測(cè)量坐標(biāo)系中，自動(dòng)控制砂輪在O2-uv平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)到相機(jī)的視野中心，并伺服調(diào)整砂輪的z軸方向位置，以使砂輪刀尖輪廓處于成像景深范圍內(nèi)；觸發(fā)圖像采集信號(hào)，獲得刀尖輪廓圖像.

在工件坐標(biāo)系中，視覺檢測(cè)系統(tǒng)也可用于檢測(cè)被磨削工件的輪廓.加工時(shí)，砂輪在電主軸的驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，并在數(shù)字控制下，在砂輪坐標(biāo)系中進(jìn)行u、v軸的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)和z軸的上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以完成工件的輪廓軌跡加工.在加工過(guò)程中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制器檢測(cè)到砂輪運(yùn)動(dòng)到行程高點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)圖像采集信號(hào)，拍攝得到清晰的工件輪廓.

2 砂輪廓形的原位檢測(cè)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

所采用的實(shí)驗(yàn)裝置：視覺檢測(cè)系統(tǒng)選用德國(guó)SMARTEK Vision公司的2/3″ CCD相機(jī)，型號(hào)為GC2441M，幀率為15 f/s，分辨率為500萬(wàn)像素；所用遠(yuǎn)心鏡頭的畸變率為 0.02%，景深為3 mm，物距為150 mm，放大倍數(shù)為 0.5 倍；背光光源選用功率為5 W的藍(lán)色LED平行光源.另外，使用標(biāo)準(zhǔn)圖像標(biāo)定板對(duì)視覺檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定的像元尺寸為 3.49 μm.視覺系統(tǒng)和輪廓曲線磨削實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用一體化設(shè)計(jì)，以保證原位檢測(cè)過(guò)程的穩(wěn)定性.

圖2 砂輪刀尖的理想輪廓曲線Fig.2 Theoretical profile of grinding wheel

曲線磨削所用砂輪刀尖的理想輪廓曲線如圖2所示.圖中：L1、L2均為砂輪的斜邊；R為刀尖圓弧半徑；α為刀尖圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角，且刀尖圓弧兩端分別與兩個(gè)砂輪斜邊相切；β為本文定義的圓弧角；整個(gè)輪廓相對(duì)于中心線L對(duì)稱.測(cè)量方法：測(cè)量得到砂輪輪廓圖像后，利用圖像處理算法獲取砂輪輪廓邊緣像素點(diǎn)[8]；通過(guò)擬合得到實(shí)際砂輪輪廓曲線，進(jìn)而計(jì)算砂輪輪廓參數(shù)，最終判斷砂輪的輪廓精度或磨損狀態(tài).當(dāng)砂輪工作時(shí)，R決定了數(shù)控加工中刀具的補(bǔ)償半徑，α決定了刀尖圓弧參與切削的范圍，刀尖圓弧中心O(xO,yO)決定了刀尖的位置，刀尖圓弧的圓度誤差(δC)影響加工的精度和一致性，因此，本文選取輪廓參數(shù)R、α、(xO,yO)及δC作為砂輪廓形精度的評(píng)價(jià)指標(biāo).

采用視覺系統(tǒng)檢測(cè)砂輪輪廓時(shí)，每次拍攝可得砂輪在某個(gè)周向位置(φ)的截面輪廓曲線，即將砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，測(cè)量一次砂輪截面輪廓，從而得到不同周向位置的砂輪輪廓圖像.然后，利用圖像邊緣的提取和最小二乘方法計(jì)算砂輪輪廓參數(shù).

2.2 結(jié)果與分析

本文采用砂輪廓形原位視覺檢測(cè)方法對(duì)砂輪進(jìn)行多截面廓形的測(cè)量實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)中，所選R的理論值為 2.17 mm，α的理論值為90°.測(cè)量時(shí)，砂輪每旋轉(zhuǎn)45°，測(cè)量一次砂輪的截面輪廓參數(shù)，并計(jì)算砂輪不同周向截面的輪廓參數(shù)R、α、(xO,yO)、δC，及其均值和極差，具體結(jié)果見表1.

由表1可見：刀尖圓弧中心坐標(biāo)xO和yO的極差分別為 0.001 和 0.011 mm，即圓心位置的一致性較高；不同周向截面的刀尖圓弧圓度誤差均值為22 μm，極差為4 μm，說(shuō)明不同周向截面的刀尖圓弧圓度誤差具有較高的一致性；不同周向橫截面的R的極差僅為 0.009 mm，α的極差為 0.20°.可見，砂輪不同周向截面的廓形具有高度的一致性，這主要是因?yàn)樯拜喞尾捎迷粰z測(cè)方法，砂輪修整和砂輪測(cè)量基于砂輪同一次安裝的條件，不僅消除了砂輪的重復(fù)定位誤差，而且消除了主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)砂輪不同周向截面廓形一致性的影響.因此，采用砂輪原位修整和原位測(cè)量方式時(shí)，可用單個(gè)截面的輪廓參數(shù)表征砂輪的包絡(luò)輪廓廓形.

表1 不同周向截面砂輪輪廓參數(shù)的測(cè)量結(jié)果

Tab.1 Measuring results of profile parameters of grinding wheel in different circumferential direction

φ/(°)R/mmα/(°)xO/mmyO/mmδC/μm452.14690.277.3397.71123902.14490.427.3397.716221352.15190.417.3397.722241802.15090.367.3387.722212252.14690.227.3387.719202702.14290.377.3387.718213152.14790.407.3387.72024均值2.14790.357.3387.71822極差0.009 0.200.0010.011 4

3 砂輪廓形原位測(cè)量方法的精度評(píng)定

3.1 砂輪廓形測(cè)量精度的評(píng)定方法

為評(píng)定砂輪廓形原位視覺檢測(cè)方法的測(cè)量精度，首先，采用樣板復(fù)印法[7]將砂輪廓形復(fù)印到樣板上，以獲得砂輪的復(fù)印輪廓；然后，采用視覺測(cè)量方法分別對(duì)砂輪的實(shí)際輪廓和復(fù)印輪廓進(jìn)行原位測(cè)量，采用精密輪廓儀對(duì)砂輪的復(fù)印輪廓進(jìn)行離線測(cè)量；最后，對(duì)砂輪實(shí)際輪廓的原位測(cè)量、復(fù)印輪廓的原位測(cè)量和復(fù)印輪廓的離線測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析.

樣板復(fù)印法的原理：將待復(fù)印的樣板安裝在工作臺(tái)上，被測(cè)砂輪沿v軸方向進(jìn)給并沿z軸做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以切削樣板，從而在樣板上加工出砂輪的刀尖輪廓.由砂輪旋轉(zhuǎn)磨削而獲得的樣板上的復(fù)印輪廓包含了砂輪周向所有位置的輪廓信息，代表砂輪的包絡(luò)廓形，通過(guò)對(duì)砂輪復(fù)印輪廓的測(cè)量，可以獲取砂輪刀尖的輪廓參數(shù).實(shí)驗(yàn)中，選取厚度為5 mm的碳纖維板作為復(fù)印樣板，圖3所示為復(fù)印樣板及其復(fù)印輪廓的測(cè)點(diǎn)云圖.

圖3 樣板復(fù)印輪廓及輪廓儀的測(cè)量結(jié)果Fig.3 Duplicated wheel profile and measuring results of profilometer

3.2 樣板復(fù)印輪廓的精度測(cè)量

3.2.1原位測(cè)量 將利用樣板復(fù)印法[7]獲得的樣板件固定在工作臺(tái)上，將樣板上包含砂輪刀尖輪廓的部分移至CCD相機(jī)視野范圍的中心，調(diào)整視覺檢測(cè)系統(tǒng)的焦距，使樣板輪廓處于成像景深的范圍內(nèi)，觸發(fā)圖像采集信號(hào)，獲得清晰的樣板輪廓圖像.采用砂輪廓形原位視覺檢測(cè)方法提取砂輪輪廓，獲得砂輪的輪廓參數(shù).

3.2.2輪廓儀測(cè)量 使用KS1100型日本Keyence公司三維表面光學(xué)輪廓儀測(cè)量樣板復(fù)印輪廓，掃描范圍為100 mm×100 mm，重復(fù)精度為 ±0.5 μm，絕對(duì)精度為4 μm.將被測(cè)樣板固定在輪廓儀的基準(zhǔn)平面上，樣板的加工基準(zhǔn)面平行于傳感器的x軸，待測(cè)輪廓面正對(duì)輪廓儀的激光位移傳感器.測(cè)量時(shí)，傳感器在x、y方向上以一定的步長(zhǎng)掃描，測(cè)量每個(gè)掃描點(diǎn)在z軸方向的距離，獲得輪廓面上各點(diǎn)的坐標(biāo).測(cè)量中，x方向的掃描步長(zhǎng)設(shè)為2 μm，y方向的掃描步長(zhǎng)取 0.1 mm，以使厚度方向每個(gè)固定的y值對(duì)應(yīng)一組(x,z)坐標(biāo)，并代表樣板在該厚度截面上的輪廓點(diǎn)集，所得復(fù)印輪廓的測(cè)量點(diǎn)云圖如圖3(b)所示.選取樣板厚度中心上、下各1 mm寬度的輪廓坐標(biāo)的平均值作為樣板上復(fù)印輪廓的坐標(biāo)值，以降低隨機(jī)誤差.最后，采用最小二乘方法獲得復(fù)印的砂輪刀尖輪廓參數(shù).

3.3 測(cè)量結(jié)果分析與評(píng)定

采用砂輪廓形原位直接測(cè)量、復(fù)印廓形原位直接測(cè)量和復(fù)印廓形離線測(cè)量方法所得的測(cè)量結(jié)果見圖4，計(jì)算所得砂輪輪廓參數(shù)(C為圓度)見表2.

圖4 3種砂輪輪廓測(cè)量方法的測(cè)量結(jié)果Fig.4 Wheel profile measurement based on three measuring methods

測(cè)量方法R/mmα/(°)C/μm砂輪廓形原位直接測(cè)量(多截面測(cè)量結(jié)果)[2.142, 2.151][90.22, 90.42][20, 24] 復(fù)印廓形原位直接測(cè)量2.15390.2232復(fù)印廓形離線測(cè)量2.16190.3334

由表2可以得出：采用復(fù)印廓形原位直接測(cè)量與復(fù)印廓形離線測(cè)量方法所得R的相對(duì)誤差為 0.37%，α的相對(duì)誤差為 0.12%，圓度的絕對(duì)誤差為2 μm，即所得結(jié)果具有較高的一致性，說(shuō)明基于視覺系統(tǒng)的原位直接測(cè)量方法的精度較高，能夠滿足實(shí)際測(cè)量要求；采用砂輪廓形原位直接測(cè)量與復(fù)印廓形原位直接測(cè)量方法所得到的R的相對(duì)誤差為 0.10%～0.51%，α的相對(duì)誤差為 0～0.22%，圓度的絕對(duì)誤差為8～12 μm，兩種測(cè)量方法獲得的結(jié)果也具有較高的一致性，說(shuō)明基于周向任意截面輪廓，采用砂輪廓形原位直接測(cè)量方法替代復(fù)印廓形原位直接測(cè)量方法可以獲得相同的效果；采用砂輪廓形原位直接測(cè)量方法與復(fù)印廓形離線測(cè)量方法所得R的相對(duì)誤差為 0.46%～0.88%，α的相對(duì)誤差為 0～0.22%，圓度的絕對(duì)誤差為10～14 μm，即兩種方法的測(cè)量結(jié)果同樣具有較高的一致性，但砂輪廓形原位直接測(cè)量方法的結(jié)果略小.

4 砂輪廓形誤差的分段量化表征和補(bǔ)償方法

4.1 砂輪廓形誤差的分段量化表征

在輪廓曲線磨削中，砂輪的刀尖圓弧與被加工輪廓相切，隨著被加工曲線上切削點(diǎn)的法線方向的不同，刀尖圓弧上切削點(diǎn)的位置有所不同.圖5所示為輪廓曲線加工過(guò)程示意圖.圖中：曲線為被加工的理想輪廓線；b1，b2分別為砂輪在兩個(gè)加工位置的刀尖輪廓.假設(shè)砂輪上的切削點(diǎn)為A1，工件上的被加工點(diǎn)為B1，當(dāng)砂輪位于位置b1時(shí)，點(diǎn)A1與B1重合.由于加工時(shí)砂輪的刀尖圓弧與被加工輪廓相切，工件輪廓上的法線方向與B1相同的點(diǎn)均由砂輪刀尖圓弧上的A1點(diǎn)加工，所以砂輪從位置b1加工至位置b2，工件輪廓的B1B2段由且僅由砂輪刀尖圓弧上的A1A2段加工完成.

圖5 輪廓曲線加工過(guò)程示意圖Fig.5 Schematic plot of profile grinding process

加工前，需根據(jù)砂輪的刀尖圓弧半徑R設(shè)置刀補(bǔ)半徑R′.如果R>R′，則會(huì)使得工件過(guò)切；反之，導(dǎo)致進(jìn)給不足.對(duì)于給定砂輪，加工時(shí)只有一個(gè)刀補(bǔ)值起作用，但如果砂輪刀尖圓弧由于修形誤差或磨損等原因而導(dǎo)致不同圓弧段的曲率出現(xiàn)較大變化，就會(huì)直接影響加工精度，而影響程度與被加工曲線輪廓形狀有關(guān)，使得輪廓出現(xiàn)過(guò)切或欠切狀況.為此，本文提出一種砂輪廓形誤差的分段量化表征方法，即在測(cè)得輪廓參數(shù)后對(duì)圓度誤差進(jìn)行評(píng)估.如果圓度誤差大于設(shè)定閾值，則對(duì)刀尖圓弧曲率半徑進(jìn)行分段表征.具體方法：計(jì)算圓弧上各點(diǎn)到整體最小二乘擬合圓心的距離；分析各點(diǎn)曲率半徑的分布規(guī)律，據(jù)此對(duì)刀尖圓弧進(jìn)行分段；求出各段圓弧的曲率半徑.分段原則是每段圓弧的圓度誤差應(yīng)小于其設(shè)定閾值，并限定分段數(shù).如果分段數(shù)超過(guò)限定值，則判斷砂輪廓形誤差過(guò)大，需要重新修整.

4.2 砂輪廓形誤差的補(bǔ)償方法

針對(duì)砂輪刀尖廓形的分段量化表征，本文提出一種動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)法，以對(duì)砂輪廓形誤差進(jìn)行在線補(bǔ)償.具體方法：在輪廓曲線磨削過(guò)程中，判斷磨削點(diǎn)在刀尖圓弧上的位置；采用相應(yīng)的刀補(bǔ)半徑補(bǔ)償?shù)都鈭A弧曲率半徑變化所造成的砂輪廓形誤差.在加工過(guò)程中，為了簡(jiǎn)化編程，將加工曲線輪廓根據(jù)加工點(diǎn)的法線方向分為數(shù)段，計(jì)算每段輪廓對(duì)應(yīng)的刀尖圓弧段的曲率半徑并將其作為加工該段輪廓的刀補(bǔ)半徑.通過(guò)在開放式數(shù)控系統(tǒng)中增加動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)功能，使得系統(tǒng)能夠根據(jù)加工軌跡的變化來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整刀補(bǔ)半徑，從而減小砂輪廓形誤差.

4.3 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)選用磨料粒徑120 μm的陶瓷結(jié)合劑鉻剛玉雙斜邊圓弧刃砂輪，其理論的R為 0.95 mm，理論的α為152°.工件加工輪廓曲線如圖5所示.可見，工件輪廓曲線由5段相切的曲線構(gòu)成，依次為直線段1及圓弧段a、b、c和直線段2，其中圓弧a、b、c的理論曲率半徑分別為 2.0、4.5 和 2.0 mm.根據(jù)被加工工件的輪廓特征對(duì)刀尖圓弧進(jìn)行分段，所得3段工件圓弧對(duì)應(yīng)的相應(yīng)砂輪刀尖圓弧段的幾何參數(shù)和刀尖整體圓弧的幾何參數(shù)如表3所示，其中ρ為曲率半徑.

加工時(shí)，設(shè)置砂輪轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，砂輪沿z軸做上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度為90次/min，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的距離為8 mm，砂輪架的進(jìn)給速度為 0.02 mm/s，每次加工的進(jìn)給量為 0.02 mm.

首先，采用固定刀補(bǔ)加工方式，根據(jù)表3的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)3檔刀補(bǔ)半徑(R′=0.98,0.95,0.90 mm)分別進(jìn)行3次加工，采用本文設(shè)計(jì)的原位視覺檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量并計(jì)算工件輪廓幾何參數(shù)；然后，采用動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)法加工，即根據(jù)表3的數(shù)據(jù)，在加工工件a、b、c圓弧段時(shí)，分別以對(duì)應(yīng)的分段刀尖圓弧半徑為刀補(bǔ)半徑 (0.85、0.98 和 0.91 mm)進(jìn)行加工；最后，測(cè)量并計(jì)算工件輪廓幾何參數(shù)，所得實(shí)際加工輪廓參數(shù)及其與理論值的誤差(ΔR)如表4所示.由表4可見，當(dāng)采用固定刀補(bǔ)半徑時(shí)，加工所得實(shí)際工件輪廓的各段圓弧半徑與其理論值的誤差呈現(xiàn)出不同的變化特征.當(dāng)?shù)堆a(bǔ)半徑設(shè)為刀尖整體圓弧半徑(0.98 mm)時(shí)，除b段外，其他兩段圓弧半徑的誤差均較大；當(dāng)?shù)堆a(bǔ)半徑為 0.95 mm時(shí)，b段圓弧半徑的誤差較小但其他兩段圓弧半徑的誤差較大；當(dāng)?shù)堆a(bǔ)半徑為 0.90 mm時(shí)，c段圓弧半徑的誤差較小但其他兩段圓弧半徑的誤差較大.當(dāng)采用動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)法時(shí)，各段圓弧的半徑誤差總體變小，但b段圓弧的變化不明顯，這主要是因?yàn)閎段圓弧磨削點(diǎn)的法向變化范圍較大、其動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)值針對(duì)性不強(qiáng)的緣故.

表3 工件與刀尖圓弧段的幾何參數(shù)

Tab.3 Segments and parameters for the profiles of workpiece and wheel arc

輪 廓刀尖圓弧β/(°)ρ/mmδC/μm工件圓弧段a 0～550.8517圓弧段b-55～550.9820圓弧段c-55～00.9115刀尖整體圓弧-76～760.9832

表4 采用不同刀補(bǔ)半徑所得工件輪廓幾何參數(shù)和誤差

Tab.4 Geometric parameters of workpiece profile based on different cutter compensation

R'/mmR/mma段b段c段ΔR/mma段b段c段0.981.874.481.900.130.020.100.951.894.501.940.1100.060.901.934.452.000.070.050動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)1.944.471.980.060.030.02

為了進(jìn)一步對(duì)比工件的整體輪廓誤差，分別對(duì)固定刀補(bǔ)和動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)條件下的工件整體輪廓誤差進(jìn)行分析，計(jì)算工件輪廓誤差的方均根值和峰谷值.圖6所示為動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)條件下采用原位視覺檢測(cè)系統(tǒng)獲得的加工零件輪廓圖像，其輪廓誤差的計(jì)算結(jié)果如表5所示.可見，與固定刀補(bǔ)法相比，采用動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)法所得工件輪廓誤差的方均根值和峰谷值分別下降了 31.3% 和 58.3%，表明根據(jù)加工軌跡和砂輪刀尖輪廓誤差的分布特點(diǎn)來(lái)分段設(shè)置相應(yīng)的刀補(bǔ)半徑，能夠較好地補(bǔ)償砂輪廓形誤差引起的工件輪廓誤差.

圖6 動(dòng)態(tài)刀補(bǔ)條件下加工零件輪廓圖像Fig.6 Image of workpiece profile with dynamic tool compensation

Tab.5 Profile errors of workpiece based on different cutter radius compensation

R'/mm輪廓誤差/μm方均根值峰谷值0.9812320.9513380.901331動(dòng)態(tài)刀補(bǔ) 522

5 結(jié)論

(1) 利用曲線磨削砂輪廓形的原位視覺檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)砂輪廓形的原位直接測(cè)量.同時(shí)，采用砂輪原位修整和測(cè)量一體化方式，可用單個(gè)截面的輪廓測(cè)量結(jié)果表征砂輪的包絡(luò)輪廓廓形，在保證測(cè)量精度的同時(shí)提高了測(cè)量效率.

(2) 砂輪廓形原位直接測(cè)量、復(fù)印廓形原位直接測(cè)量及復(fù)印廓形離線測(cè)量的結(jié)果具有較高一致性.

(3) 基于砂輪廓形誤差的分段量化表征的動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償方法能夠?qū)ι拜喞握`差進(jìn)行實(shí)時(shí)在線補(bǔ)償，有效地提高了零件加工輪廓的形狀和尺寸精度.

另外，所提出的砂輪廓形原位視覺檢測(cè)方法還可用于曲線加工的工件輪廓精度檢測(cè)，可為進(jìn)一步研究工件輪廓精度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和誤差補(bǔ)償方法提供參考.