技术领域

本发明涉及一种气囊抛光头几何形态实时检测系统，属于柔性气囊抛 光精密加工领域。

背景技术

模具是制造业发展的重要基础，在机械、电子、汽车、轻工、建材和 国防等领域具有广泛的应用前景。抛光是模具制造的重要工序，对确 保模具质量和提高其使用寿命有重要作用。模具型腔65%是曲面，其中 40%是自由曲面。目前，模具自由曲面抛光主要采用手工操作，生产效 率低，且难以保证稳定的抛光质量，而目前气囊抛光方法能够很好地 解决这一难题。目前气囊抛光工艺的其中两个主要步骤是给被抛光工 件进行三维建模，然后在抛光前进行轨迹规划。这些工作都需要人工 操作电脑来完成，尤其对于复杂曲面的工件建模，将耗费较多工时。 而目前对气囊抛光工艺的研究主要集中在抛光原理、机器人自动化抛 光等方面，对于实时检测气囊头几何形态并最终用于在线轨迹规划的 研究尚没有初步的研究成果。

鉴于在线轨迹规划可大大提高气囊抛光工艺的自动化程度和加工效率 ，设计一种气囊抛光头几何形态实时检测系统对于进一步的在线轨迹 规划方法的研究有十分重要的意义。

发明内容

为了解决目前的柔性气囊抛光工艺自动化程度不高的问题，本发明提 供一种能够实时检测气囊抛光过程中气囊头几何形态的气囊抛 光头几何形态实时检测系统。

本发明所述的气囊抛光头几何形态实时检测系统，其特征在于：包括 抛光柔性气囊头、无线位移传感器、计算机，所述的无线位移传感器 包括一组分布式的距离传感装置、无线发射电路、无线接收电路；所 述的距离传感装置安装在靠近气囊的内表面的抛光柔性气囊头内部； 所述的无线发射电路安装在所述的距离传感装置内；所述的计算机内 安装的实时处理软件通过计算机的硬件接口与所述的无线接收电路相 连；

所述的距离传感装置包括传感器安装座和若干个相互独立的电容传感 器，所述的电容传感器的其中一个极板粘贴在所述的气囊内表面的金 属薄膜上，另一个极板是粘结在所述的传感器安装座上；所述的传感 器安装座开有气孔，并安装在所述的抛光柔性气囊头的内部；

所述的无线发射电路包括若干个相互独立的NE555时基电路、第一处理 器和无线发射模块；每个所述的NE555时基电路成为一个自激方波震荡 器，且每个独立的NE555时基电路对应连接一个所述的电容传感器后与 所述的第一处理器的信号输入端连接；所述的第一处理器的信号输出 端与所述的无线发射模块连接；

所述的无线接收电路包括无线接收模块、第二处理器、USB通讯模块， 所述的无线接收模块与第二处理器信号输入端相连；所述的第二处理 器的信号输出端通过USB通讯模块与计算机连接。 

所述的NE555时基电路的个数与所述的电容传感器的个数一致。

所述的金属片的个数为十六片，且每片所述的金属片相互独立， 分别与所述的金属薄膜共同组成十六个相互独立的电容传感器。

所述的电容传感器的两个极板之间的基准距离为5 mm。

工作时，抛光柔性气囊头在抛光工艺中直接与工件接触，抛光柔性气 囊头内部安装的十六个电容传感器组成的距离传感装置，当气囊在加 工过程中与工件接触产生变形时，贴于气囊内部表面的金属薄膜也会 同时发生变形，改变电容传感器两极板间距，从而改变电容的大小； 无线发射电路中的自激方波振荡电路将电容大小的改变转换成振荡频 率的变化，再经过第一处理器对该频率信号进行一定时间的采样，得 到频率大小后，通过无线发射模块发射出去；在加工过程中，十六个 电容传感器的极板距离可能各不相同，频率也不相同，因此第一处理 器会对十六个频率依次采样和发送；无线接收电路接收到频率数据后 ，依次将各个位置的频率进行计算，得到各个位置电容传感器极板的 绝对距离，减去未加工时测量得到的极板绝对距离，即得到气囊内表 面各个位置的变形情况，从而得知与气囊相接触的加工面的局部几何 形貌信息，可用线框模型显示于计算机屏幕上，并为在线轨迹规划提 供可靠数据。

本发明的有益效果是：传感器结构简单、安装占用空间小；能够快速 反应，适应高速旋转和变化的气囊内表面变形的检测；传感器与气囊 内表面无接触，不对气囊的切削力产生影响，因此也不会影响加工后 的表面粗糙度；为进一步的在线轨迹规划方法的研究奠定基础。

附图说明

图1是本发明的结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

本发明所述的气囊抛光头几何形态实时检测系统，包括带有气囊的抛 光柔性气囊头1、无线位移传感器2、计算机3，所述的无线位移传感器 2包括一组分布式的距离传感装置21、无线发射电路22、无线接收电路 23；所述的距离传感装置21安装在靠近气囊11的内表面的抛光柔性气 囊头1内部；所述的无线发射电路22安装在所述的距离传感装置21内； 所述的计算机3内安装的实时处理软件通过计算机3的硬件接口与所述 的无线接收电路23相连；

所述的距离传感装置21包括传感器安装座212和若干个相互独立的电容 传感器211，所述的电容传感器的其中一个极板粘贴在所述的气囊内表 面的金属薄膜2111上，另一个极板粘结在所述的传感器安装座上；所 述的传感器安装座212开有气孔，并安装在所述的抛光柔性气囊头1的 内部；

所述的无线发射电路22包括若干个相互独立的NE555时基电路、第一处 理器和无线发射模块；每个所述的NE555时基电路成为一个自激方波震 荡器，且每个独立的NE555时基电路对应连接一个所述的电容传感器后 与所述的第一处理器的信号输入端连接；所述的第一处理器的信号输 出端与所述的无线发射模块连接；

所述的无线接收电路23包括无线接收模块、第二处理器、USB通讯模块 ，所述的无线接收模块与第二处理器信号输入端相连；所述 的第二处理器的信号输出端通过USB通讯模块与计算机连接。 

所述的NE555时基电路的个数与所述的电容传感器的个数一致。

所述的电容传感器211的粘贴在气囊11内表面的极板为金属薄膜2111。

所述的电容传感器211的粘结在传感器安装座212上极板为金属片2112 。

所述的金属片2112的个数为十六片，且每片所述的金属片2112相互独 立，分别与所述的金属薄膜2111组成十六个相互独立的电容传感器21 1。

所述的电容传感器211的两个极板之间的基准距离为5 mm。

工作时，抛光柔性气囊头1在抛光工艺中直接与工件4接触，抛光柔性 气囊头1内部安装的十六个电容传感器211组成的距离传感装置21；当 气囊11在加工过程中与工件4接触产生变形时，贴于气囊4内部表面的 金属薄膜2111也会同时发生变形，改变电容传感器211两极板间距，从 而改变电容的大小；无线发射电路22中的自激方波振荡电路将电容大 小的改变转换成振荡频率的变化，再经过第一处理器对该频率信号进 行一定时间的采样，得到频率大小后，通过无线发射模块发射出去； 在加工过程中，十六个电容传感器211的极板距离可能各不相同，频率 也不相同，因此第一处理器会对十六个频率依次采样和发送；无线接 收电路23接收到频率数据后，依次将各个位置的频率进行计算，得到 各个位置电容传感器211极板的绝对距离，减去未加工时测量得到的极 板绝对距离，即得到气囊11内表面各个位 置的变形情况，从而得知与气囊11相接触的加工面的局部几何形貌信 息，可用线框模型显示于计算机3屏幕上，并为在线轨迹规划提供可靠 数据。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本 发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本 发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的 等同技术手段。