CN109719571A - 一种辊筒模具微结构在位检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辊筒模具微结构在位检测设备，包括气浮主轴、A轴基座和检测组件；其中，气浮主轴用于当辊筒的中心轴与Z轴重合时，控制辊筒绕Z轴转动；A轴基座可沿Z轴移动，且A轴基座上设有用于切削辊筒的刀具；检测组件用于检测辊筒模具微结构的加工精度，其与A轴基座可拆卸的连接。本申请提供的辊筒模具微结构在位检测设备将工件加工和面形测量一体化，通过Z轴和C轴联动的方式实现对工件加工质量的在位测量，可以更精确地评价曲面上模具结构的加工精度和粗糙度，解决了大型辊筒模具微结构无法精确测量的难题。

Description

一种辊筒模具微结构在位检测设备

技术领域

本发明涉及零件加工与检测技术领域，更具体地说，涉及一种辊筒模具微结构在位检测设备。

背景技术

径向菲涅尔透镜是一种应用十分广泛的光学元件，此种透镜不仅能够减少光线在介质中衰减造成的边角成像模糊，变暗等现象，而且还具有重量轻，价格低等优点。因此，径向菲涅尔透镜被广泛使用，在成像透镜领域，菲涅尔光学柔性屏幕，外观高档，具有高亮度、高明室对比度、高色彩还原性的特点，是激光影院的绝佳搭档。通过创新菲涅尔U型柔性卷曲技术，以及超宽幅低蠕变特性介质材料的应用，成功实现家用菲涅尔光学屏幕小体积、高亮度、超平整的特点。

在实际生产过程中，用户先在辊筒表面加工出与目标菲涅尔透镜结构对应的模具结构，然后再利用辊筒上的模具结构通过模压技术来制作菲涅尔透镜，因此，模具的加工精度直接决定了所加工的菲涅尔透镜的质量。

目前，用户大多采用泰勒轮廓仪、三坐标测量仪等测量仪器对模具的加工精度进行检测，然而，现有的测量仪器大多采用离线接触式。一方面，测量仪器进行检测时需要将工件从机床上卸下，工件测量完毕后再重新装夹进行加工，因此检测效率较低，且在重复定位过程中还容易产生二次装夹误差，影响后续的加工精度。另一方面，现有的测量设备只能够测量直径较小的菲涅尔结构，而对于在大型辊筒上加工的径向菲涅尔的模具结构，由于待检测的辊筒的质量比较重，体积比较大，现有的离线测量仪器无法完成其表面三维形貌的测量。

综上所述，如何提高模具质量检测的效率、提高模具的加工精度，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种辊筒模具微结构在位检测设备，其将工件加工和面形测量一体化，能够对工件加工质量进行在位测量，提高了检测效率及加工精度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种辊筒模具微结构在位检测设备，包括：

用于当辊筒的中心轴与Z轴重合时，控制辊筒绕Z轴转动的气浮主轴；

可沿Z轴移动的A轴基座，所述A轴基座上设有用于切削辊筒的刀具；

用于检测辊筒加工精度的检测组件，且所述检测组件可拆卸的设置在所述A轴基座上。

优选的，所述检测组件包括同步测量架和设于所述同步测量架上的光学传感器，所述同步测量架与所述A轴基座可拆卸的连接。

优选的，所述同步测量架远离所述光学传感器的一侧设有用于避让所述刀具的缺口结构，在所述同步测量架安装于所述A轴基座的状态下，所述刀具位于所述缺口结构中。

优选的，所述光学传感器为光谱共焦传感器。

优选的，所述同步测量架通过螺栓与所述A轴基座可拆卸的连接。

优选的，所述光学传感器和所述同步测量架之间设有二自由度线性平台，所述二自由度线性平台用于调整所述光学传感器的位置，以使所述光学传感器与辊筒上所切削模具结构的中心对准。

优选的，所述气浮主轴包括同轴设置的床头气浮主轴和尾架气浮主轴，且二者中的一者设有用于与辊筒的前端夹持固定的卡盘，另一者设有用于与辊筒的后端夹持固定的卡盘。

优选的，还包括用于隔震的气浮隔震底座。

本发明提供的辊筒模具微结构在位检测设备包括气浮主轴、A轴基座、用于切削辊筒的刀具、用于检测辊筒加工精度的检测组件：其中，气浮主轴用于控制辊筒绕Z轴转动，检测组件与A轴基座可拆卸的连接，且A轴基座能够沿Z轴移动。

本申请提供的辊筒模具微结构在位检测设备将工件加工和面形测量一体化，当需要加工与目标菲涅尔透镜结构对应的模具结构时，控制辊筒的转动以及刀具的移动，即可完成模具结构在辊筒表面的加工。当需要检测加工出的模具结构的质量时，则将检测组件安装在A轴基座上，由于A轴基座可沿Z轴移动，同时辊筒可绕Z轴转动，因此调整A轴基座和辊筒的相对位置，检测组件即可移动至辊筒表面的任何位置对模具结构进行检查，进而确定模具结构的加工精度。

应用本申请提供的辊筒模具微结构在位检测设备时，由于对工件加工质量进行在位测量，即检测过程中辊筒保持装夹状态，检测组件直接在A轴基座上进行装配，而无需将辊筒从加工设备上取下以及重装定位，因此检测效率较高，同时消除了二次装夹造成的装配误差，保障后续辊筒的加工质量。另外，检测组件和刀具均安装在A轴基座上，因此检测组件与刀具所能到达的工作区域相同，因此，辊筒模具微结构在位检测设备对辊筒的规格没有限制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的辊筒模具微结构在位检测设备的结构示意图；

图2为本发明所提供的一种加工完成后的辊筒的结构示意图；

图3为本发明所提供的检测组件的结构示意图；

图4为本发明所提供的一种辊筒表面的模具结构的示意图；

图5为辊筒模具微结构在位检测设备横向测量时第一状态的结构示意图；

图6为辊筒模具微结构在位检测设备横向测量时第二状态的结构示意图；

图7为辊筒模具微结构在位检测设备斜向测量时第一状态的结构示意图；

图8为辊筒模具微结构在位检测设备斜向测量时第二状态的结构示意图；

图9为辊筒模具微结构在位检测设备纵向测量时第一状态的结构示意图；

图10为辊筒模具微结构在位检测设备纵向测量时第二状态的结构示意图。

图1～10中的附图标记为：

1-床头气浮主轴、2-辊筒、3-模具结构、4-光学传感器、5-二自由度线性平台、6-同步测量架、7-刀具、8-尾架气浮主轴、9-尾架基座、10-Z轴导轨、11-大理石底座、12-机床床身、13-气浮隔震底座、14-机床平衡地脚、15-A轴基座、16-X轴导轨。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种辊筒模具微结构在位检测设备，其将工件加工和面形测量一体化，对工件加工质量进行在位测量，提高了检测效率及加工精度。

请参考图1～10，图1为本发明所提供的辊筒模具微结构在位检测设备的结构示意图；图2为本发明所提供的一种加工完成后的辊筒的结构示意图；图3为本发明所提供的检测组件的结构示意图；图4为本发明所提供的一种辊筒表面的模具结构的示意图；图5和图6为辊筒模具微结构在位检测设备横向测量时两种状态的结构示意图；图7和图8为辊筒模具微结构在位检测设备斜向测量时两种状态的结构示意图；图9和图10为辊筒模具微结构在位检测设备纵向测量时两种状态的结构示意图。

本发明提供了一种辊筒模具微结构在位检测设备，包括气浮主轴、A轴基座15和检测组件；其中，气浮主轴用于当辊筒2的中心轴与Z轴重合时，控制辊筒2绕Z轴转动；A轴基座15可沿Z轴移动，且A轴基座15上设有用于切削辊筒2的刀具7；检测组件用于检测辊筒2的加工精度，其与A轴基座15可拆卸的连接。

具体的，辊筒模具微结构在位检测设备为可多轴联动的机床，其包括机床床身12、底座等基本结构，一般来讲，机床具有机床坐标系，其包括相互垂直的Z轴、X轴和Y轴，同时最多还包括与三者一一对应的回转轴，即绕Z轴回转的C轴、绕X轴回转的A轴和绕Y轴旋转的B轴。辊筒模具微结构在位检测设备的切削对象为辊筒2，其在辊筒2表面加工出模具结构3，并对模具结构3进行检测。可以理解的，模具结构3为与完整的菲涅尔透镜对应仿形结构，即当目标菲涅尔透镜呈外凸状态时，则模具结构3呈内凹状态。

气浮主轴主要包括夹具和驱动装置，在加工过程中，夹具对辊筒2进行夹持固定，同时驱动装置控制夹具转动，进而控制辊筒2绕中心轴(即Z轴)转动。

A轴基座15主要包括刀架、刀具7和A轴转台；在使用过程中，刀具7优选采用金刚石刀具7，刀具7和刀架均安装固定在A轴转台上，A轴转台则通过相关连接组件固定在Z轴导轨10的滑块上。另外，为了保持刀具7、辊筒2相对速度与刀具7前刀面之间的垂直度，刀具7的中心轴与机床的A轴重合，A轴转台控制刀具7沿A轴高速旋转，即刀具7相对于C轴摆动运动按一定角度旋转。

应用本申请提供的辊筒模具微结构在位检测设备时，其利用多轴联动调整辊筒2和刀具7的位置关系，实现模具结构3三维形貌的切削。当需要检测模具结构3的加工质量时，则将检测组件装配至A轴基座15上，实现对工件加工质量的在位测量。

在检测过程中，控制机床Z轴和C轴以不同运动速度配合，即辊筒2的转动角速度和A轴基座15沿Z轴移动的速度，可以测量模具结构3的任意位置，达到对模具结构3的三维形貌的再现。例如，以图4中所示的径向菲涅尔的模具结构3为例进行说明，参考图5和图6，当需要沿横向(即图4中①到②)检测模具结构3加工质量时，利用气浮主轴控制辊筒2保持不动，同时通过数控代码自动控制A轴基座15沿Z轴方向移动，此时检测组件沿与辊筒2轴向平行的直线移动，实现横向检测过程。参考图6和图7，当需要沿斜向(即图4中③到④)检测模具结构3加工质量时，控制A轴基座15沿Z轴方向移动，同时控制C轴转动。参考图8和图9，当需要沿纵向(即图4中⑤到⑥)检测模具结构3加工质量时，控制机床Z轴不动，即A轴基座15位置不变，同时控制C轴转动，即控制辊筒2转动。

本申请提供的辊筒模具微结构在位检测设备将工件加工和面形测量一体化，当辊筒2加工后、需要检测所加工的模具结构3的质量时，将检测组件安装在A轴基座15上，通过Z轴和C轴联动的方式对辊筒2上的菲涅尔结构进行径向扫描测量，实现在位测量。由于检测过程中辊筒2保持装夹状态，检测组件直接在A轴基座15上进行装配，而无需将辊筒2从加工设备上取下并重装定位，因此检测效率较高，同时消除了二次装夹造成的装配误差，保障后续辊筒2的加工质量。另外，检测组件和刀具7均安装在A轴基座15上，即检测组件与刀具7所能到达的工作区域相同，因此，辊筒模具微结构在位检测设备对辊筒2的规格没有限制，使辊筒模具微结构在位检测设备适用于大型辊筒上的菲涅尔结构的检测。

进一步的，考虑到接触测量会对待检测的工件的表面造成轻微损失，因此，本实施例中，检测组件包括同步测量架6和设于同步测量架6上的光学传感器4，同步测量架6与A轴基座15可拆卸的连接。

具体的，检测所用的传感器可以具体采用光谱共焦传感器或其他类型的光学传感器4。光学传感器4利用光的干涉原理，不同的深度表面反射光得到的干涉条纹不同，根据对应的干涉条纹计算出相对距离，将相对距离的测量值与理论设计值进行比较，即可确定加工后三维结构的加工精度。由于光学传感器4在检测过程中无需接触辊筒2，因此消除了接触测量对辊筒2表面的损坏，进一步提高了工件的质量。

进一步的，为了优化辊筒模具微结构在位检测设备的使用效果，本实施例中，同步测量架6远离光学传感器4的一侧设有用于避让刀具7的缺口结构，在同步测量架6安装于A轴基座15的状态下，刀具7位于缺口结构中。

具体的，同步测量架6包括大体平行分布的前板和后板，其中，前板与光学传感器4连接、后板通过螺栓或卡扣与A轴基座15实现可拆卸的连接。缺口结构从后板向靠近前板的方向延伸，在实际装配时，同步测量架6直接安装在A轴基座15上、并把刀具7套设在缺口结构的内部，避免刀具7对检测过程造成干涉。

进一步的，为了优化辊筒模具微结构在位检测设备的使用效果，本申请提供的一种实施例中，光学传感器4和同步测量架6之间设有二自由度线性平台5，二自由度线性平台5用于调整光学传感器4的位置，以使光学传感器4与辊筒2上的模具结构3的中心对准。

具体的，刀具7在辊筒2表面加工出模具结构3之后安装检测组件，考虑到在实际检测过程中，优选光学传感器4沿模具结构3的直径方向移动。因此，本实施例中设置有二自由度线性平台5，其通过栓接或其他方式与同步测量架6固定，其主要用于在光学传感器4装配阶段沿垂直X轴的方向调整光学传感器4的位置，并在光学传感器4与模具结构3的中心对准时，固定光学传感器4在同步测量架6上的位置。二自由度线性平台5的工作原理和具体结构可参考现有技术中的十字滑台或其他结构件。

可选的，考虑到实际加工时，工件表面的切削深度存在差异，为了调整刀具7的背吃刀量，还可以在机床床身12上设置X轴导轨16。Z轴导轨10和X轴导轨16叠放在一起，达到联动的效果，从而控制A轴基座15在ZX平面内的任意位置进行移动。在实际控制时，Z轴导轨10和X轴导轨16可以采用气动、液压驱动的方式进行控制，二者的具体结构和工作原理可以参考十字滑台。

可选的，本申请提供的一种气浮主轴的实施例中，气浮主轴包括同轴设置的床头气浮主轴1和尾架气浮主轴8，二者分别设有用于与辊筒2的前端和后端夹持固定的卡盘。具体的，床头气浮主轴1放置于大理石底座11上，尾架气浮主轴8放置在尾架基座9上，床头气浮主轴1和尾架气浮主轴8具有较高的同轴度，二者均设置有三爪卡盘，其一者固定辊筒2的前端、另一种固定辊筒2的后端，从而将辊筒2固定在机床床身12上。

可选的，在实际使用时，为了降低机床床身12的震动，优选辊筒模具微结构在位检测设备采用气浮隔震底座13。可选的，还可以在气浮隔震底座13下方设置机床平衡地脚14，保障对机床床身12的稳固支撑。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的辊筒模具微结构在位检测设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种辊筒模具微结构在位检测设备，其特征在于，包括：

用于当辊筒(2)的中心轴与Z轴重合时，控制辊筒(2)绕Z轴转动的气浮主轴；

可沿Z轴移动的A轴基座(15)，所述A轴基座(15)上设有用于切削辊筒(2)的刀具(7)；

用于检测辊筒(2)加工精度的检测组件，且所述检测组件可拆卸的设置在所述A轴基座(15)上。

2.根据权利要求1所述的辊筒模具微结构在位检测设备，其特征在于，所述检测组件包括同步测量架(6)和设于所述同步测量架(6)上的光学传感器(4)，所述同步测量架(6)与所述A轴基座(15)可拆卸的连接。

3.根据权利要求2所述的辊筒模具微结构在位检测设备，其特征在于，所述同步测量架(6)远离所述光学传感器(4)的一侧设有用于避让所述刀具(7)的缺口结构，在所述同步测量架(6)安装于所述A轴基座(15)的状态下，所述刀具(7)位于所述缺口结构中。

4.根据权利要求3所述的辊筒模具微结构在位检测设备，其特征在于，所述光学传感器(4)为光谱共焦传感器。

5.根据权利要求4所述的辊筒模具微结构在位检测设备，其特征在于，所述同步测量架(6)通过螺栓与所述A轴基座(15)可拆卸的连接。

6.根据权利要求2～5任意一项所述的辊筒模具微结构在位检测设备，其特征在于，所述光学传感器(4)和所述同步测量架(6)之间设有二自由度线性平台(5)，所述二自由度线性平台(5)用于调整所述光学传感器(4)的位置，以使所述光学传感器(4)与辊筒(2)上所切削模具结构(3)的中心对准。

7.根据权利要求6所述的辊筒模具微结构在位检测设备，其特征在于，所述气浮主轴包括同轴设置的床头气浮主轴(1)和尾架气浮主轴(8)，且二者中的一者设有用于与辊筒(2)的前端夹持固定的卡盘，另一者设有用于与辊筒(2)的后端夹持固定的卡盘。

8.根据权利要求7所述的辊筒模具微结构在位检测设备，其特征在于，还包括用于隔震的气浮隔震底座(13)。