一种基于PMMA材料的无倒角光学检测工装及其制备方法与流程

本发明涉及机械制造及装配技术领域，具体为一种基于pmma材料的无倒角光学检测工装及其制备方法。

背景技术：

在机械制造及装配过程中，由于零件的一些尺寸精度要求较高，需要通过精密测量工具对其进行尺寸测量。光学检测设备是近年来使用较为广泛的测量工具，该工具通过投影技术，对待测件端部投影测点进行捕捉，进而识别位置距离达到测量的目的，可测量传统检测手段难测尺寸及不可测尺寸。光学测量方法灵敏度较高，操作简单，但对光线敏感度要求较高，这就导致多数光学测量工装由于不透光的原因使得待测件的投影测点不易捕捉，无法直接与其接触进行测量。

此外，很多检验过程中对零件有垂直度的要求，目前光学测量工装使用机械加工内直角面会形成一个刀具直径大小的倒角，无法直接快速高效的测量垂直度。

技术实现要素：

在尺寸检测工作中，光学测量方法对光敏感要求较高，由于现行检测工装在投影过程中也会形成阴影区域，导致部分待测件的投影与工装投影衔接，无法精确捕捉尺寸待测点，表现出现行检测工装检验效率低、灵敏度低的特征。而现在常用的透明工装使用表面性能稳定的玻璃材料，但其存在难加工、加工成本高等缺点。

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于pmma材料的无倒角光学检测工装及其制备方法，采用透光度达到92％以上的硬质聚合物材料pmma(聚甲基丙烯酸甲酯，俗称有机玻璃)，通过剂键合技术实现无倒角光学检测工装组合，溶剂键合方法操作简单，键合效果好，并且具有一定的键合强度。该工装透光度高、易加工、成本低，可有效增强光学测量过程中待测件投影测量点的捕捉精准度，同时也可满足检测待测件垂直度的要求。

本发明的技术方案为：

所述一种基于pmma材料的无倒角光学检测工装，其特征在于：由固定块、若干键合块以及压板组成；所述固定块、若干键合块以及压板采用pmma材料制备；

所述固定块的下表面用于放置在影像测量仪上，在固定块的上下表面之间开有固定孔用于将固定块固定在影像测量仪上；所述固定块的一侧面为平面，作为与键合块键合的键合面和与待测件接触的接触面，具有光学级粗糙度；所述键合块具有三个依次相邻且夹角为90°的平面侧面，三个平面侧面依次为：第一侧面为与固定块或上一级键合块键合的键合面，第二侧面为与待测件接触的接触面，第三侧面为与下一级键合块键合的键合面和与待测件接触的接触面，三个平面侧面均具有光学级粗糙度；

所述压板用于将待测件与固定块以及键合块压紧。

上述工装的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：选取厚度为h的pmma板材，按照设计大小数控加工成固定块、键合块及压板，并在固定块上加工固定孔；去除加工毛刺后，采用金刚石刀具抛光固定块以及键合块上的键合面和与待测件接触的接触面，使其达到光学级粗糙度；

步骤2：将加工好的固定块、键合块及压板在保温箱内进行时效处理，消除pmma板在数控加工过程产生的残余应力；

步骤3：将时效处理后的固定块以及键合块置于异丙醇中，用超声波清洗器清洗，清洗后用氮气吹干；

步骤4：将固定块和键合块放置在夹持工装内，所述夹持工装能够通过螺栓拧紧圈数控制夹紧力；固定块以及键合块和夹持工装的接触面垫橡胶垫；先调节夹持工装，使固定块和键合块接触，使用注射器沿着键合面滴加丙酮溶剂，通过毛细作用使整个键合面接触溶剂，之后通过控制螺栓拧紧圈数增大至预定夹紧力；

步骤5：将带有固定块和键合块的夹持工装放置在预热好的恒温箱中烘烤，烘烤完成后，自然冷却得到具有键合强度的无倒角定位块；

步骤6：将步骤5得到的无倒角定位块再次超声清洗且氮气吹干后，与下一级键合块放置在夹持工装内，采用步骤4和步骤5中的方法使无倒角定位块与下一级键合块键合，得到新的无倒角定位块；

步骤7：重复步骤6，直至固定块与所有键合块组合完毕。

进一步的优选方案，所述一种基于pmma材料的无倒角光学检测工装的加工方法，其特征在于：步骤2中的时效处理参数为：在120min内升温至80℃，并保持240min，再随炉降温。

进一步的优选方案，所述一种基于pmma材料的无倒角光学检测工装的加工方法，其特征在于：步骤5中恒温箱中的键合温度t满足60℃≤t≤100℃，键合时间t2满足10min≤t2≤300min。

有益效果

本发明利用pmma溶剂键合方法得到了透光性良好的无倒角光学检测工装。该工装制造成本低，工序简单易加工，制备适应性广，扩展性强，定位简单，容易装卸；该工装透光性高，结构强度大，主要攻克了因检测工装投影无法清晰捕捉待测件待测尺寸端点的难题，同时也解决了垂直度、难测尺寸及其他检测要求联合测量的难题，极大的提高了检测效率，增强了尺寸结果的可靠性；此外，该工装还可以进行扩展，可实现多个零件同时测量。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：无倒角光学检测工装；

图2：夹持工装示意图；

图3：待测圆柱型带倒角纯银零件；

图4：圆柱型带倒角纯银待测件尺寸测量对比示意图；

图5：工装定位块结构尺寸图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在影像测量过程中，测量工装投影产生的阴影会影响待测件测点的捕捉精准度，因此我们通过降低测量工装产生阴影的明暗程度的方式，来增强工装与待测件之间的阴影识别度。

本发明提出的用于光学影像测量设备的无倒角光学检测工装，采用pmma材料制备，具体结构如图1所示。包括一个直角定位块和用于将待测件与直角定位块夹紧的压板。直角定位块板由固定块a、键合块b1—bn组成。投影过程中，光线可最大化的透过工装，在底板上基本不形成阴影，进而可清晰分辨出待测件待测点；此外，键合块与固定块之间的直角可在待测件定位过程中快速方便地检测其垂直度。

如图1所示，固定块的下表面用于放置在影像测量仪上，在固定块的上下表面之间开有固定孔用于将固定块固定在影像测量仪上；所述固定块的一侧面为平面，作为与键合块键合的键合面和与待测件接触的接触面，具有光学级粗糙度；所述键合块具有三个依次相邻且夹角为90°的平面侧面，三个平面侧面依次为：第一侧面为与固定块或上一级键合块键合的键合面，第二侧面为与待测件接触的接触面，第三侧面为与下一级键合块键合的键合面和与待测件接触的接触面，三个平面侧面均具有光学级粗糙度。

上述工装采用满足透光性和成型要求的pmma材料，用丙酮溶剂键合技术制备而成，具体步骤为：

步骤1：选取厚度为h的pmma板材，按照设计大小数控加工成固定块、键合块及压板，并在固定块上加工固定孔；去除加工毛刺后，采用金刚石刀具抛光固定块以及键合块上的键合面和与待测件接触的接触面，使其达到光学级粗糙度。

步骤2：将加工好的固定块、键合块及压板在保温箱内进行时效处理，消除pmma板在数控加工过程产生的残余应力；时效处理参数为：在120min内升温至80℃，并保持240min，再随炉降温。

步骤3：将时效处理后的固定块以及键合块置于异丙醇中，用超声波清洗器清洗，清洗时间满足1min≤t1≤10min，清洗后用氮气吹干。

步骤4：将固定块和键合块放置在夹持工装内，所述夹持工装如图2所示，能够通过螺栓拧紧圈数控制夹紧力。为防止pmma板材夹紧过程发生弯曲变形，固定块以及键合块和夹持工装的接触面垫橡胶垫。

先调节夹持工装，使固定块和键合块接触，使用注射器沿着键合面滴加溶剂，通过毛细作用使整个键合面接触溶剂，之后通过控制螺栓拧紧圈数增大至预定夹紧力。

步骤5：将带有固定块和键合块的夹持工装迅速放置在预热好的恒温箱中烘烤，键合温度t满足60℃≤t≤100℃，键合时间t2满足10min≤t2≤300min，烘烤完成后，自然冷却得到具有键合强度的无倒角直角定位块；

步骤6：将步骤5得到的无倒角直角定位块再次超声清洗且氮气吹干后，与下一级键合块放置在夹持工装内，采用步骤4和步骤5中的方法使无倒角直角定位块与下一级键合块键合，得到新的无倒角直角定位块；

步骤7：重复步骤6，直至固定块与所有键合块组合完毕。

如图3所示是一种圆柱型带倒角纯银零件，其中尺寸a为难测尺寸。图4为该待测件在普通工装与本发明透明工装下的光学测量投影示意对比图，观察图4可知，通过传统的光学测量工装对其测量时，尺寸a的端点因阴影区域较大导致计算机无法识别，不能轻易捕捉尺寸端点；通过本发明透明工装，可明显判别尺寸a的端点，精准测量尺寸a，避免了通过中心孔定位装夹方法测量尺寸带来的装夹过程复杂及易造成银材料磨损等问题。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。