[发明专利]一种用于正交车削和铣削过程高速成像的拍摄系统

说明书

本发明属于金属切削加工设备领域，具体涉及一种用于正交车削和铣削过程高速成像的拍摄系统，所述车铣两用观察装置底部的上方设置有一车刀安装夹具装夹专用专用铣削工件或专用切槽刀，并与垂直设置的专用车削工件或专用直刃铣刀配合完成车削或铣削过程，基座一侧的斜面上安装有表面镀银反光镜，在表面镀银反光镜的对侧为一高速相机，在车铣两用装置和高速相机之间设置有激光光源，高速相机记录车削和铣削过程。本发明通过使用蓝宝石玻璃限制切屑与工件在同一平面内解决了在介观尺度由于相机景深小切屑拍不清楚的难题，通过车铣两用观察装置，只需改变少量零件，便可进行车削与铣削的转换拍摄，装置装配简单，拍摄照片质量稳定，实用性强。

技术领域

本发明属于金属切削加工设备领域，更具体地，涉及一种用于正交车削和铣削过程高速成像的拍摄系统。

背景技术

金属切削过程的机理研究对于控制已加工工件的表面完整性有着十分重要的影响。金属切削过程包括力热耦合，摩擦学，金属相变，材料大变形等一系列复杂问题，切削变形过程的发生又局部集中在切削区域内(通常为1mm²)，变形发生时间很短，对于切削区域的实验观察就变得非常困难。由此，对于金属切削的研究手段主要局限在解析建模和有限元仿真方面，解析建模通常简化了许多实际问题并提出很多经验假设，不足以完全替代实验研究；有限元仿真同样十分依赖于输入的力热边界条件与材料本构关系，不同的参数仿真导致结果差异很大。

传统的金属切削实验研究手段主要有通过快速落刀装置对金属切削区域的变形和切屑形态进行观测，通过对切屑或已加工表面进行金相腐蚀制样处理研究材料组织相变与材料变形，对于金属切削的过程却缺乏相应的直观的记录。传统的金属切削拍摄是在宏观尺度下进行的，或是仅仅只是拍摄静态图片，不能由实验直接反应出金属变形过程与切屑形成过程，且实验研究局限于正交车削，对于正交铣削没有任何有效的拍摄实验装置。

将数字图像相关算法(DIC)运用于金属流变运动的观察近年来变成实验力学和材料科学中一种新兴的手段。数字图像相关算法可以根据金属变形过程的图片序列获取金属流动的位移场信息，金属流动的位移场信息直接与切屑形成过程以及金属表面应力状态相关联。但不同于普通的材料力学实验，在高放大倍数下对切削过程进行摄影主要有以下几个难点：(1)要对切削过程清楚拍摄必须采用高速相机，高速相机体积较普通工业相机大，重量重，普通卧式车床没有位置进行稳定安装；(2)切削观察视野范围小，相机必须采用较高的放大倍数，高放大倍数下，相机的景深变得很小，通常只有10至20μm，而切屑由于变形量大，产生运动后不受控制，不可避免地与已加工表面不在同一个平面内部，通常超过10至20μm，因此很难拍摄清楚；(3)产生的切屑有可能遮挡视野。由于上述诸多难点，导致将数字图像相关技术运用到切削观察领域变得很困难，急需发明一种简单可靠的装置来拍摄高质量的切削视频。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于正交车削和铣削过程高速成像的拍摄系统，其包括车铣两用观察装置，激光光源，高速相机，信号采集器和信号同步触发模块。该拍摄系统能够拍摄在介观尺度下的切削和铣削过程，在相机镜头放大倍数为7倍(每像素0.8微米)下仍可清晰拍摄切屑形成全过程，通过改变少量零部件，便可以实现铣削与车削的转换拍摄。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于正交车削和铣削过程高速成像的观察系统，其特征在于，其包括车铣两用观察装置，激光光源和高速相机，

其中，所述车铣两用观察装置底部的基座安装在一测力仪上，基座上方设置有一车刀安装夹具装夹专用切槽刀或者是专用铣削工件，并与垂直设置的专用车削工件或专用直刃铣刀配合完成车削或铣削过程，所述基座的一侧为斜面，斜面上安装有表面镀银反光镜，在表面镀银反光镜的对侧为一高速相机，该高速相机安装在三自由度位移微调平台上，在车铣两用装置和高速相机之间，设置有激光光源对准表面镀银反光镜，该高速相机通过表面镀银反光镜反射的光线来记录车削和铣削过程。