本發(fā)明涉及微球加工技術領域，特別涉及一種微球裝夾與定位方法。

背景技術：

微球(直徑0.5mm～1mm)由于直徑十分微小，通過去除材料的方法加工生產(chǎn)時，需兩次裝夾才能實現(xiàn)整個球面的加工，裝夾與定位問題成為微球加工的瓶頸，急需解決方案。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種微球裝夾與定位方法，用于微球加工過程對微球進行裝夾和定位。

本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種微球裝夾與定位方法，采用柔性分散式微球裝夾定位系統(tǒng)對微球進行裝夾和定位；所述柔性分散式微球裝夾定位系統(tǒng)包括夾持及換位系統(tǒng)、換位裝卡工作臺和視覺檢測系統(tǒng)，所述視覺檢測系統(tǒng)包括設有顯微放大鏡頭的CCD相機、光源和計算機，所述光源為所述CCD相機提供光照，所述CCD相機用于拍攝微球的圖像，并將該圖像信號傳輸給所述計算機，所述計算機顯示微球的圖像并提取微球的中心位置信息；所述換位裝卡工作臺包括相對的左側(cè)移動平臺和右側(cè)固定平臺，所述右側(cè)固定平臺與微球加工機床的裝卡單元結構相同，在所述右側(cè)固定平臺的右側(cè)設有豎直的定位基準端面，在所述右側(cè)固定平臺上設有與所述定位基準端面垂直的V型槽；所述左側(cè)移動平臺固定在微動平移臺上，在所述左側(cè)移動平臺上設有V型槽，所述右側(cè)固定平臺上的V型槽與所述左側(cè)移動平臺上的V型槽橫截面形狀相同并且同軸相對；在所述右側(cè)固定平臺上安裝有右側(cè)快速夾具，在所述左側(cè)移動平臺上安裝有左側(cè)快速夾具，所述右側(cè)快速夾具和所述左側(cè)快速夾具結構相同，均包括固定底座、壓緊懸臂、連桿和“7”字形手柄，在所述固定底座的后上部鉸接有所述壓緊懸臂，所述壓緊懸臂的中部與所述手柄的中部通過所述連桿連接，所述連桿的一端與所述手柄的中部鉸接，所述連桿的另一端與所述壓緊懸臂的中部鉸接，所述手柄的下端與所述固定底座的前下部鉸接，在所述壓緊懸臂的懸臂端設有與其垂直的旋鈕，在所述旋鈕的下端設有與其垂直的壓板，在所述壓板與所述壓緊懸臂之間夾壓有彈簧；所述夾持及換位系統(tǒng)包括真空抽氣系統(tǒng)及結構相同的左夾持器和右夾持器，所述左右兩個夾持器均設有微球吸附桿，所述微球吸附桿采用柱狀結構，所述微球吸附桿設有作為負壓腔的中心孔，在所述微球吸附桿的頭端設有吸附口，所述吸附口與所述中心孔軸線重合；在所述微球吸附桿的側(cè)壁上設有與所述中心孔連接的抽氣孔；在所述微球吸附桿的尾端設有滑動螺桿芯，所述滑動螺桿芯通過差動螺紋套與所述微球吸附桿連接，在所述差動螺紋套內(nèi)設有旋向相反的左右兩部分螺紋，所述差動螺紋套的一部分螺紋與所述微球吸附桿連接，所述差動螺紋套的另一部分螺紋與所述滑動螺桿芯連接，所述滑動螺桿芯與所述微球吸附桿之間通過平鍵連接；所述真空抽氣系統(tǒng)包括左電磁閥和右電磁閥，所述左電磁閥與所述左夾持器的抽氣孔連接，所述右電磁閥與所述右夾持器的抽氣孔連接，所述左電磁閥和所述右電磁閥通過真空軟管連接，在所述真空軟管上連接有壓力表、節(jié)流閥和微型真空泵；該方法采用以下步驟：

一)采用所述視覺檢測系統(tǒng)標定出微球中心的橫向位置基準線；二)啟動所述微型真空泵，打開所述右電磁閥，采用所述右夾持器吸附待加工微球；三)將所述右夾持器的微球吸附桿放置在所述右側(cè)固定平臺的V型槽內(nèi)，使所述右夾持器的滑動螺桿芯的末端靠在所述定位基準端面上；四)下壓所述右側(cè)快速夾具的手柄，使所述右側(cè)快速夾具的壓板水平輕壓在所述右夾持器的微球吸附桿上；五)轉(zhuǎn)動所述右夾持器的差動螺紋套，在保持所述右夾持器的滑動螺桿芯的末端始終與所述定位基準端面接觸的情況下，將微球中心位置調(diào)節(jié)至所述橫向位置基準線；六)上扳所述右側(cè)快速夾具的手柄，松開所述右側(cè)快速夾具，將所述右夾持器取出，固定在微球加工機床的裝卡單元內(nèi)，待微球凸出在吸附口外的半球面加工完成后，將所述右夾持器從微球加工機床的裝卡單元內(nèi)取出；七)將所述右夾持器的吸附桿放置在所述左側(cè)移動平臺的V型槽內(nèi)，下壓所述左側(cè)快速夾具的手柄，使所述左側(cè)快速夾具的壓板水平輕壓在所述右夾持器的微球吸附桿上，將所述左側(cè)快速夾具的旋鈕旋轉(zhuǎn)至壓緊檔位，使所述左側(cè)快速夾具的壓板水平緊壓在所述右夾持器的微球吸附桿上；八)將所述左夾持器的微球吸附桿放置在所述右側(cè)固定平臺的V型槽內(nèi)，使所述左夾持器的滑動螺桿芯的末端靠在所述定位基準端面上；九)下壓所述右側(cè)快速夾具的手柄，使所述右側(cè)快速夾具的壓板水平輕壓在所述左夾持器的微球吸附桿上，將所述右側(cè)快速夾具的旋鈕旋轉(zhuǎn)至壓緊檔位，使所述右側(cè)快速夾具的壓板水平緊壓在所述左夾持器的微球吸附桿上；十)調(diào)節(jié)所述微動平移臺，使吸附在所述右夾持器上的微球沿軸線靠近所述左夾持器的吸附口；十一)觀察所述計算機顯示的圖像，當微球進入所述左夾持器的吸附口后，打開所述左電磁閥，關閉所述右電磁閥，微球從所述右夾持器上被吸附到所述左夾持器上，完成裝卡換位；十二)調(diào)節(jié)所述微動平移臺，使其后撤至設定位置；十三)轉(zhuǎn)動所述左夾持器的差動螺紋套，在保持所述左夾持器的滑動螺桿芯的末端始終與所述定位基準端面接觸的情況下，將微球中心位置調(diào)節(jié)至所述橫向位置基準線；十四)上扳所述右側(cè)快速夾具的手柄，松開所述右側(cè)快速夾具，將所述左夾持器取出，固定在微球加工機床的裝卡單元內(nèi)，待微球整體加工完成后，從微球加工機床的裝卡單元內(nèi)取出所述左夾持器；十五)關閉所述左電磁閥，將微球釋放到指定位置，完成微球的加工。

所述吸附口采用喇叭型結構。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：

1)采用與吸附桿同軸的吸附口，利用真空吸附的方式對微球(直徑0.5～1mm)進行吸附固定，能夠保證微球的球心處在吸附桿的軸線上，保證了微球的軸向定位精度；

2)采用與微球加工機床裝卡單元結構相同的右側(cè)固定平臺，結合采用視覺檢測系統(tǒng)標定出的微球中心橫向位置基準線，調(diào)整確定吸附在右夾持器上的微球的位置，能夠保證微球裝卡后，微球中心位置具有較高精度，并且能夠保證微球從裝夾定位系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到加工機床系統(tǒng)中后能保持該位置精度。

3)采取結構相同的左夾持器和右夾持器，左夾持器和右夾持器的主體結構采用對偶件，能夠保證二者具有相同的圓柱度和較高的同軸度，通過真空吸附的方式實現(xiàn)微球固定和換位，保證了裝卡和換位精度。

4)采用V型槽和快速夾具能夠?qū)崿F(xiàn)5點定位，位置偏差能夠小于5μm。

5)采用真空吸附的方式對微球(直徑0.5～1mm)進行固定，可根據(jù)需要進行釋放，便于實現(xiàn)自動化，可快速實現(xiàn)換位夾持固定。

6)采用螺紋差動微調(diào)結構，能夠保證不同直徑微球的中心位置不變，調(diào)節(jié)范圍±1mm，調(diào)節(jié)分辨率小于2μm。

綜上所述，本發(fā)明采用柔性分散式微球裝夾定位系統(tǒng)對微球進行裝夾與定位，能夠方便地實現(xiàn)工序間的裝卡換裝，并且能夠確保精度，操作方便，效率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所采用的柔性分散式微球裝夾與定位系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明所采用的右夾持器結構剖圖；

圖3為本發(fā)明所采用的左側(cè)移動平臺的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明所采用的右側(cè)固定平臺的結構示意圖；

圖5-1為本發(fā)明所采用的右側(cè)快速夾具的結構示意圖之一；

圖5-2為本發(fā)明所采用的右側(cè)快速夾具的結構示意圖之二。

圖中：1-1、左夾持器；1-2、右夾持器；1-3、左電磁閥；1-4、右電磁閥；1-5、真空軟管；1-6、壓力表；1-7、節(jié)流閥；1-8、微型真空泵；1-9、微球吸附桿；1-10、中心孔；1-11、吸附口；1-12、抽氣孔；1-13、滑動螺桿芯；1-14、差動螺紋套；1-15、平鍵；1-16、微球；2-1、左側(cè)移動平臺；2-2、右側(cè)固定平臺；2-3、定位基準端面；2-4、V型槽；2-5、V型槽；2-6、左側(cè)快速夾具；2-7、右側(cè)快速夾具；2-8、微動平移臺；2-9、固定底座；2-10、壓緊懸臂；2-11、連桿；2-12、手柄；2-13、旋鈕；2-14、壓板；2-15、彈簧；3-1、CCD相機；3-2、光源。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

請參閱附圖，一種微球裝夾與定位方法，采用柔性分散式微球裝夾定位系統(tǒng)對微球進行裝夾和定位，所述柔性分散式微球裝夾定位系統(tǒng)包括夾持及換位系統(tǒng)、換位裝卡工作臺和視覺檢測系統(tǒng)。

所述視覺檢測系統(tǒng)包括設有顯微放大鏡頭的CCD相機3-1、光源3-2和計算機，所述光源3-2為所述CCD相機3-1提供光照，所述CCD相機3-1用于拍攝微球的圖像，并將該圖像信號傳輸給所述計算機，所述計算機顯示微球的圖像并提取微球的中心位置信息。以CCD傳感器作為核心部件的CCD相機，能夠滿足對微球進行微米級高精度定位的需要，能夠滿足對圖像分辨率和圖像信號信噪比特性的較高要求。顯微放大鏡頭能夠保證視覺檢測系統(tǒng)對拍攝圖像的光學放大功能。光源3-2能夠保證產(chǎn)生平行光源。

所述換位裝卡工作臺包括相對的左側(cè)移動平臺2-1和右側(cè)固定平臺2-2，所述右側(cè)固定平臺2-2與微球加工機床的裝卡單元結構相同，在所述右側(cè)固定平臺2-2的右側(cè)設有豎直的定位基準端面2-3，在所述右側(cè)固定平臺2-2上設有與所述定位基準端面2-3垂直的V型槽2-4；所述左側(cè)移動平臺2-1固定在微動平移臺2-8上，在所述左側(cè)移動平臺2-1上設有V型槽2-5，所述右側(cè)固定平臺2-2上的V型槽2-4與所述左側(cè)移動平臺2-1上的V型槽2-5橫截面形狀相同并且同軸相對。

在所述右側(cè)固定平臺2-2上安裝有右側(cè)快速夾具2-7，在所述左側(cè)移動平臺2-8上安裝有左側(cè)快速夾具2-6，所述右側(cè)快速夾具2-7和所述左側(cè)快速夾具2-6結構相同，均包括固定底座2-9、壓緊懸臂2-10、連桿2-11和“7”字形手柄2-12，在所述固定底座2-9的后上部鉸接有所述壓緊懸臂2-10，所述壓緊懸臂2-10的中部與所述手柄2-12的中部通過所述連桿2-11連接，所述連桿2-11的一端與所述手柄2-12的中部鉸接，所述連桿2-11的另一端與所述壓緊懸臂2-10的中部鉸接，所述手柄2-12的下端與所述固定底座2-9的前下部鉸接，在所述壓緊懸臂2-10的懸臂端設有與其垂直的旋鈕2-13，在所述旋鈕2-13的下端設有與其垂直的壓板2-14，在所述壓板2-14與所述壓緊懸臂2-10之間夾壓有彈簧2-15。右側(cè)V型槽2-4和左側(cè)V型槽2-5，可對由對偶件形成的左夾持器1-1的微球吸附桿和右夾持1-2的微球吸附桿的圓柱面進行5點定位，保證左夾持器1-1和右夾持1-2的同軸度。

所述夾持及換位系統(tǒng)包括真空抽氣系統(tǒng)及結構相同的左夾持器1-1和右夾持器1-2，所述左右兩個夾持器均設有微球吸附桿1-9，所述微球吸附桿1-9采用柱狀結構，所述微球吸附桿1-9設有作為負壓腔的中心孔1-10，在所述微球吸附桿1-9的頭端設有吸附口1-11，所述吸附口1-11與所述中心孔1-10軸線重合；在所述微球吸附桿1-9的側(cè)壁上設有與所述中心孔1-10連接的抽氣孔1-12；在所述微球吸附桿1-9的尾端設有滑動螺桿芯1-13，所述滑動螺桿芯1-13通過差動螺紋套1-14與所述微球吸附桿1-9連接，在所述差動螺紋套1-14內(nèi)設有旋向相反的左右兩部分螺紋，所述差動螺紋套1-14的一部分螺紋與所述微球吸附桿1-9連接，所述差動螺紋套1-14的另一部分螺紋與所述滑動螺桿芯1-13連接，所述滑動螺桿芯1-13與所述微球吸附桿1-9之間通過平鍵1-15連接。

所述真空抽氣系統(tǒng)包括左電磁閥1-3和右電磁閥1-4，所述左電磁閥1-3與所述左夾持器1-1的抽氣孔連接，所述右電磁閥1-4與所述右夾持器1-2的抽氣孔連接，所述左電磁閥1-1和所述右電磁閥1-2通過真空軟管1-5連接，在所述真空軟管1-5上連接有壓力表1-6、節(jié)流閥1-7和微型真空泵1-8。真空抽氣系統(tǒng)啟動后，微型真空泵1-8處于常開工作狀態(tài)，根據(jù)真空壓力表1-6的讀數(shù)，調(diào)節(jié)控制節(jié)流閥1-7，將負壓調(diào)節(jié)至設定狀態(tài)，使氣動回路產(chǎn)生額定負壓。

該方法采用以下步驟：

一)采用所述視覺檢測系統(tǒng)標定出微球中心的橫向位置基準線。

二)啟動所述微型真空泵1-8，打開所述右電磁閥1-4，采用所述右夾持器1-2吸附待加工微球1-16。

三)將所述右夾持器1-2的微球吸附桿放置在所述右側(cè)固定平臺2-2的V型槽內(nèi)，使所述右夾持器1-2的滑動螺桿芯1-13的末端靠在所述定位基準端面2-3上。

四)下壓所述右側(cè)快速夾具2-7的手柄2-12，使所述右側(cè)快速夾具2-7的壓板2-14水平輕壓在所述右夾持器1-2的微球吸附桿上，保證所述右夾持器1-2在外力的作用下能夠左右移動，下同，不再贅述。

五)轉(zhuǎn)動所述右夾持器1-2的差動螺紋套1-14，在保持所述右夾持器1-2的滑動螺桿芯1-13的末端始終與所述定位基準端面2-3接觸的情況下，將微球中心的位置調(diào)節(jié)至所述橫向位置基準線。

六)上扳所述右側(cè)快速夾具2-7的手柄2-12，松開所述右側(cè)快速夾具2-17，將所述右夾持器1-2取出，固定在微球加工機床的裝卡單元內(nèi)，待微球1-16凸出在吸附口外的半球面加工完成后，將所述右夾持器1-2從微球加工機床的裝卡單元內(nèi)取出；

七)將所述右夾持器1-2的吸附桿放置在所述左側(cè)移動平臺2-1的V型槽2-5內(nèi)，下壓所述左側(cè)快速夾具2-6的手柄2-12，使所述左側(cè)快速夾具2-6的壓板2-14水平輕壓在所述右夾持器1-2的微球吸附桿1-9上，將所述左側(cè)快速夾具2-6的旋鈕2-13旋轉(zhuǎn)至壓緊檔位，使所述左側(cè)快速夾具2-6的壓板2-14水平緊壓在所述右夾持器1-2的微球吸附桿1-9上。

八)將所述左夾持器1-1的微球吸附桿1-9放置在所述右側(cè)固定平臺2-2的V型槽2-4內(nèi)，使所述左夾持器1-1的滑動螺桿芯1-13的末端靠在所述定位基準端面2-3上。

九)下壓所述右側(cè)快速夾具2-7的手柄2-12，使所述右側(cè)快速夾具2-7的壓板2-14水平輕壓在所述左夾持器1-1的微球吸附桿1-9上，將所述右側(cè)快速夾具2-7旋鈕2-13旋轉(zhuǎn)至壓緊檔位，使所述右側(cè)快速夾具2-7的壓板2-14水平緊壓在所述左夾持器1-1的微球吸附桿1-9上。

十)調(diào)節(jié)所述微動平移臺2-8，使吸附在所述右夾持器1-2上的微球2-16沿軸線靠近所述左夾持器1-1的吸附口1-11。

十一)觀察所述計算機顯示的圖像，當微球2-16進入所述左夾持器1-1的吸附口1-11后，打開所述左電磁閥1-3，關閉所述右電磁閥1-2，微球2-16從所述右夾持器1-2上被吸附到所述左夾持器1-1上，且能夠保證吸附微球的已加工面，裸露未加工面，完成微球的180度換位裝卡。

十二)調(diào)節(jié)所述微動平移臺2-8，使其后撤至設定位置。

十三)轉(zhuǎn)動所述左夾持器1-1的差動螺紋套1-14，在保持所述左夾持器1-1的滑動螺桿芯1-13的末端始終與所述定位基準端面2-3接觸的情況下，將微球中心位置調(diào)節(jié)至所述橫向位置基準線。

十四)上扳所述右側(cè)快速夾具2-7的手柄2-12，松開所述右側(cè)快速夾具2-7，將所述左夾持器1-1取出，固定在微球加工機床的裝卡單元內(nèi)，待微球1-16整體加工完成后，從微球加工機床的裝卡單元內(nèi)取出所述左夾持器1-1。

十五)關閉所述左電磁閥1-3，將微球1-16釋放到指定位置，完成微球1-16的加工。

在本實施例中，所述吸附口1-11采用喇叭型結構，以便于適用多種尺寸的微球。