一种微球装夹与定位方法与流程

本发明涉及微球加工技术领域，特别涉及一种微球装夹与定位方法。

背景技术：

微球(直径0.5mm～1mm)由于直径十分微小，通过去除材料的方法加工生产时，需两次装夹才能实现整个球面的加工，装夹与定位问题成为微球加工的瓶颈，急需解决方案。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种微球装夹与定位方法，用于微球加工过程对微球进行装夹和定位。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种微球装夹与定位方法，采用柔性分散式微球装夹定位系统对微球进行装夹和定位；所述柔性分散式微球装夹定位系统包括夹持及换位系统、换位装卡工作台和视觉检测系统，所述视觉检测系统包括设有显微放大镜头的CCD相机、光源和计算机，所述光源为所述CCD相机提供光照，所述CCD相机用于拍摄微球的图像，并将该图像信号传输给所述计算机，所述计算机显示微球的图像并提取微球的中心位置信息；所述换位装卡工作台包括相对的左侧移动平台和右侧固定平台，所述右侧固定平台与微球加工机床的装卡单元结构相同，在所述右侧固定平台的右侧设有竖直的定位基准端面，在所述右侧固定平台上设有与所述定位基准端面垂直的V型槽；所述左侧移动平台固定在微动平移台上，在所述左侧移动平台上设有V型槽，所述右侧固定平台上的V型槽与所述左侧移动平台上的V型槽横截面形状相同并且同轴相对；在所述右侧固定平台上安装有右侧快速夹具，在所述左侧移动平台上安装有左侧快速夹具，所述右侧快速夹具和所述左侧快速夹具结构相同，均包括固定底座、压紧悬臂、连杆和“7”字形手柄，在所述固定底座的后上部铰接有所述压紧悬臂，所述压紧悬臂的中部与所述手柄的中部通过所述连杆连接，所述连杆的一端与所述手柄的中部铰接，所述连杆的另一端与所述压紧悬臂的中部铰接，所述手柄的下端与所述固定底座的前下部铰接，在所述压紧悬臂的悬臂端设有与其垂直的旋钮，在所述旋钮的下端设有与其垂直的压板，在所述压板与所述压紧悬臂之间夹压有弹簧；所述夹持及换位系统包括真空抽气系统及结构相同的左夹持器和右夹持器，所述左右两个夹持器均设有微球吸附杆，所述微球吸附杆采用柱状结构，所述微球吸附杆设有作为负压腔的中心孔，在所述微球吸附杆的头端设有吸附口，所述吸附口与所述中心孔轴线重合；在所述微球吸附杆的侧壁上设有与所述中心孔连接的抽气孔；在所述微球吸附杆的尾端设有滑动螺杆芯，所述滑动螺杆芯通过差动螺纹套与所述微球吸附杆连接，在所述差动螺纹套内设有旋向相反的左右两部分螺纹，所述差动螺纹套的一部分螺纹与所述微球吸附杆连接，所述差动螺纹套的另一部分螺纹与所述滑动螺杆芯连接，所述滑动螺杆芯与所述微球吸附杆之间通过平键连接；所述真空抽气系统包括左电磁阀和右电磁阀，所述左电磁阀与所述左夹持器的抽气孔连接，所述右电磁阀与所述右夹持器的抽气孔连接，所述左电磁阀和所述右电磁阀通过真空软管连接，在所述真空软管上连接有压力表、节流阀和微型真空泵；该方法采用以下步骤：

一)采用所述视觉检测系统标定出微球中心的横向位置基准线；二)启动所述微型真空泵，打开所述右电磁阀，采用所述右夹持器吸附待加工微球；三)将所述右夹持器的微球吸附杆放置在所述右侧固定平台的V型槽内，使所述右夹持器的滑动螺杆芯的末端靠在所述定位基准端面上；四)下压所述右侧快速夹具的手柄，使所述右侧快速夹具的压板水平轻压在所述右夹持器的微球吸附杆上；五)转动所述右夹持器的差动螺纹套，在保持所述右夹持器的滑动螺杆芯的末端始终与所述定位基准端面接触的情况下，将微球中心位置调节至所述横向位置基准线；六)上扳所述右侧快速夹具的手柄，松开所述右侧快速夹具，将所述右夹持器取出，固定在微球加工机床的装卡单元内，待微球凸出在吸附口外的半球面加工完成后，将所述右夹持器从微球加工机床的装卡单元内取出；七)将所述右夹持器的吸附杆放置在所述左侧移动平台的V型槽内，下压所述左侧快速夹具的手柄，使所述左侧快速夹具的压板水平轻压在所述右夹持器的微球吸附杆上，将所述左侧快速夹具的旋钮旋转至压紧档位，使所述左侧快速夹具的压板水平紧压在所述右夹持器的微球吸附杆上；八)将所述左夹持器的微球吸附杆放置在所述右侧固定平台的V型槽内，使所述左夹持器的滑动螺杆芯的末端靠在所述定位基准端面上；九)下压所述右侧快速夹具的手柄，使所述右侧快速夹具的压板水平轻压在所述左夹持器的微球吸附杆上，将所述右侧快速夹具的旋钮旋转至压紧档位，使所述右侧快速夹具的压板水平紧压在所述左夹持器的微球吸附杆上；十)调节所述微动平移台，使吸附在所述右夹持器上的微球沿轴线靠近所述左夹持器的吸附口；十一)观察所述计算机显示的图像，当微球进入所述左夹持器的吸附口后，打开所述左电磁阀，关闭所述右电磁阀，微球从所述右夹持器上被吸附到所述左夹持器上，完成装卡换位；十二)调节所述微动平移台，使其后撤至设定位置；十三)转动所述左夹持器的差动螺纹套，在保持所述左夹持器的滑动螺杆芯的末端始终与所述定位基准端面接触的情况下，将微球中心位置调节至所述横向位置基准线；十四)上扳所述右侧快速夹具的手柄，松开所述右侧快速夹具，将所述左夹持器取出，固定在微球加工机床的装卡单元内，待微球整体加工完成后，从微球加工机床的装卡单元内取出所述左夹持器；十五)关闭所述左电磁阀，将微球释放到指定位置，完成微球的加工。

所述吸附口采用喇叭型结构。

本发明具有的优点和积极效果是：

1)采用与吸附杆同轴的吸附口，利用真空吸附的方式对微球(直径0.5～1mm)进行吸附固定，能够保证微球的球心处在吸附杆的轴线上，保证了微球的轴向定位精度；

2)采用与微球加工机床装卡单元结构相同的右侧固定平台，结合采用视觉检测系统标定出的微球中心横向位置基准线，调整确定吸附在右夹持器上的微球的位置，能够保证微球装卡后，微球中心位置具有较高精度，并且能够保证微球从装夹定位系统转移到加工机床系统中后能保持该位置精度。

3)采取结构相同的左夹持器和右夹持器，左夹持器和右夹持器的主体结构采用对偶件，能够保证二者具有相同的圆柱度和较高的同轴度，通过真空吸附的方式实现微球固定和换位，保证了装卡和换位精度。

4)采用V型槽和快速夹具能够实现5点定位，位置偏差能够小于5μm。

5)采用真空吸附的方式对微球(直径0.5～1mm)进行固定，可根据需要进行释放，便于实现自动化，可快速实现换位夹持固定。

6)采用螺纹差动微调结构，能够保证不同直径微球的中心位置不变，调节范围±1mm，调节分辨率小于2μm。

综上所述，本发明采用柔性分散式微球装夹定位系统对微球进行装夹与定位，能够方便地实现工序间的装卡换装，并且能够确保精度，操作方便，效率高。

附图说明

图1为本发明所采用的柔性分散式微球装夹与定位系统的结构示意图；

图2为本发明所采用的右夹持器结构剖图；

图3为本发明所采用的左侧移动平台的结构示意图；

图4为本发明所采用的右侧固定平台的结构示意图；

图5-1为本发明所采用的右侧快速夹具的结构示意图之一；

图5-2为本发明所采用的右侧快速夹具的结构示意图之二。

图中：1-1、左夹持器；1-2、右夹持器；1-3、左电磁阀；1-4、右电磁阀；1-5、真空软管；1-6、压力表；1-7、节流阀；1-8、微型真空泵；1-9、微球吸附杆；1-10、中心孔；1-11、吸附口；1-12、抽气孔；1-13、滑动螺杆芯；1-14、差动螺纹套；1-15、平键；1-16、微球；2-1、左侧移动平台；2-2、右侧固定平台；2-3、定位基准端面；2-4、V型槽；2-5、V型槽；2-6、左侧快速夹具；2-7、右侧快速夹具；2-8、微动平移台；2-9、固定底座；2-10、压紧悬臂；2-11、连杆；2-12、手柄；2-13、旋钮；2-14、压板；2-15、弹簧；3-1、CCD相机；3-2、光源。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅附图，一种微球装夹与定位方法，采用柔性分散式微球装夹定位系统对微球进行装夹和定位，所述柔性分散式微球装夹定位系统包括夹持及换位系统、换位装卡工作台和视觉检测系统。

所述视觉检测系统包括设有显微放大镜头的CCD相机3-1、光源3-2和计算机，所述光源3-2为所述CCD相机3-1提供光照，所述CCD相机3-1用于拍摄微球的图像，并将该图像信号传输给所述计算机，所述计算机显示微球的图像并提取微球的中心位置信息。以CCD传感器作为核心部件的CCD相机，能够满足对微球进行微米级高精度定位的需要，能够满足对图像分辨率和图像信号信噪比特性的较高要求。显微放大镜头能够保证视觉检测系统对拍摄图像的光学放大功能。光源3-2能够保证产生平行光源。

所述换位装卡工作台包括相对的左侧移动平台2-1和右侧固定平台2-2，所述右侧固定平台2-2与微球加工机床的装卡单元结构相同，在所述右侧固定平台2-2的右侧设有竖直的定位基准端面2-3，在所述右侧固定平台2-2上设有与所述定位基准端面2-3垂直的V型槽2-4；所述左侧移动平台2-1固定在微动平移台2-8上，在所述左侧移动平台2-1上设有V型槽2-5，所述右侧固定平台2-2上的V型槽2-4与所述左侧移动平台2-1上的V型槽2-5横截面形状相同并且同轴相对。

在所述右侧固定平台2-2上安装有右侧快速夹具2-7，在所述左侧移动平台2-8上安装有左侧快速夹具2-6，所述右侧快速夹具2-7和所述左侧快速夹具2-6结构相同，均包括固定底座2-9、压紧悬臂2-10、连杆2-11和“7”字形手柄2-12，在所述固定底座2-9的后上部铰接有所述压紧悬臂2-10，所述压紧悬臂2-10的中部与所述手柄2-12的中部通过所述连杆2-11连接，所述连杆2-11的一端与所述手柄2-12的中部铰接，所述连杆2-11的另一端与所述压紧悬臂2-10的中部铰接，所述手柄2-12的下端与所述固定底座2-9的前下部铰接，在所述压紧悬臂2-10的悬臂端设有与其垂直的旋钮2-13，在所述旋钮2-13的下端设有与其垂直的压板2-14，在所述压板2-14与所述压紧悬臂2-10之间夹压有弹簧2-15。右侧V型槽2-4和左侧V型槽2-5，可对由对偶件形成的左夹持器1-1的微球吸附杆和右夹持1-2的微球吸附杆的圆柱面进行5点定位，保证左夹持器1-1和右夹持1-2的同轴度。

所述夹持及换位系统包括真空抽气系统及结构相同的左夹持器1-1和右夹持器1-2，所述左右两个夹持器均设有微球吸附杆1-9，所述微球吸附杆1-9采用柱状结构，所述微球吸附杆1-9设有作为负压腔的中心孔1-10，在所述微球吸附杆1-9的头端设有吸附口1-11，所述吸附口1-11与所述中心孔1-10轴线重合；在所述微球吸附杆1-9的侧壁上设有与所述中心孔1-10连接的抽气孔1-12；在所述微球吸附杆1-9的尾端设有滑动螺杆芯1-13，所述滑动螺杆芯1-13通过差动螺纹套1-14与所述微球吸附杆1-9连接，在所述差动螺纹套1-14内设有旋向相反的左右两部分螺纹，所述差动螺纹套1-14的一部分螺纹与所述微球吸附杆1-9连接，所述差动螺纹套1-14的另一部分螺纹与所述滑动螺杆芯1-13连接，所述滑动螺杆芯1-13与所述微球吸附杆1-9之间通过平键1-15连接。

所述真空抽气系统包括左电磁阀1-3和右电磁阀1-4，所述左电磁阀1-3与所述左夹持器1-1的抽气孔连接，所述右电磁阀1-4与所述右夹持器1-2的抽气孔连接，所述左电磁阀1-1和所述右电磁阀1-2通过真空软管1-5连接，在所述真空软管1-5上连接有压力表1-6、节流阀1-7和微型真空泵1-8。真空抽气系统启动后，微型真空泵1-8处于常开工作状态，根据真空压力表1-6的读数，调节控制节流阀1-7，将负压调节至设定状态，使气动回路产生额定负压。

该方法采用以下步骤：

一)采用所述视觉检测系统标定出微球中心的横向位置基准线。

二)启动所述微型真空泵1-8，打开所述右电磁阀1-4，采用所述右夹持器1-2吸附待加工微球1-16。

三)将所述右夹持器1-2的微球吸附杆放置在所述右侧固定平台2-2的V型槽内，使所述右夹持器1-2的滑动螺杆芯1-13的末端靠在所述定位基准端面2-3上。

四)下压所述右侧快速夹具2-7的手柄2-12，使所述右侧快速夹具2-7的压板2-14水平轻压在所述右夹持器1-2的微球吸附杆上，保证所述右夹持器1-2在外力的作用下能够左右移动，下同，不再赘述。

五)转动所述右夹持器1-2的差动螺纹套1-14，在保持所述右夹持器1-2的滑动螺杆芯1-13的末端始终与所述定位基准端面2-3接触的情况下，将微球中心的位置调节至所述横向位置基准线。

六)上扳所述右侧快速夹具2-7的手柄2-12，松开所述右侧快速夹具2-17，将所述右夹持器1-2取出，固定在微球加工机床的装卡单元内，待微球1-16凸出在吸附口外的半球面加工完成后，将所述右夹持器1-2从微球加工机床的装卡单元内取出；

七)将所述右夹持器1-2的吸附杆放置在所述左侧移动平台2-1的V型槽2-5内，下压所述左侧快速夹具2-6的手柄2-12，使所述左侧快速夹具2-6的压板2-14水平轻压在所述右夹持器1-2的微球吸附杆1-9上，将所述左侧快速夹具2-6的旋钮2-13旋转至压紧档位，使所述左侧快速夹具2-6的压板2-14水平紧压在所述右夹持器1-2的微球吸附杆1-9上。

八)将所述左夹持器1-1的微球吸附杆1-9放置在所述右侧固定平台2-2的V型槽2-4内，使所述左夹持器1-1的滑动螺杆芯1-13的末端靠在所述定位基准端面2-3上。

九)下压所述右侧快速夹具2-7的手柄2-12，使所述右侧快速夹具2-7的压板2-14水平轻压在所述左夹持器1-1的微球吸附杆1-9上，将所述右侧快速夹具2-7旋钮2-13旋转至压紧档位，使所述右侧快速夹具2-7的压板2-14水平紧压在所述左夹持器1-1的微球吸附杆1-9上。

十)调节所述微动平移台2-8，使吸附在所述右夹持器1-2上的微球2-16沿轴线靠近所述左夹持器1-1的吸附口1-11。

十一)观察所述计算机显示的图像，当微球2-16进入所述左夹持器1-1的吸附口1-11后，打开所述左电磁阀1-3，关闭所述右电磁阀1-2，微球2-16从所述右夹持器1-2上被吸附到所述左夹持器1-1上，且能够保证吸附微球的已加工面，裸露未加工面，完成微球的180度换位装卡。

十二)调节所述微动平移台2-8，使其后撤至设定位置。

十三)转动所述左夹持器1-1的差动螺纹套1-14，在保持所述左夹持器1-1的滑动螺杆芯1-13的末端始终与所述定位基准端面2-3接触的情况下，将微球中心位置调节至所述横向位置基准线。

十四)上扳所述右侧快速夹具2-7的手柄2-12，松开所述右侧快速夹具2-7，将所述左夹持器1-1取出，固定在微球加工机床的装卡单元内，待微球1-16整体加工完成后，从微球加工机床的装卡单元内取出所述左夹持器1-1。

十五)关闭所述左电磁阀1-3，将微球1-16释放到指定位置，完成微球1-16的加工。

在本实施例中，所述吸附口1-11采用喇叭型结构，以便于适用多种尺寸的微球。