刀具磨損的在位測量方法和裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術的名稱為刀具磨損的在位測量方法和裝置。屬于刀具磨損測量方法及裝置技術領域。它主要是提供在位測量刀具磨損狀況的方法及裝置。它包括以下步驟：⑴在刀具側部安裝線結構激光器和CCD攝像機，CCD攝像機通過圖像采集卡與計算機連接；⑵線激光垂直投射到刀具刀刃上，變形的激光線在CCD攝像機光敏面上成像并傳輸到計算機；⑶經圖像處理和標定計算，得到光條點在光平面上二維尺寸；⑷隨刀具旋轉完成對刀具的一周掃描，獲取整個刀具的三維尺寸數據；⑸與刀具標準三維模型進行比較，得出磨損量。本發明專利技術具有成本較低、高精度、條紋圖像信息易于提取、實時性強及主動受控等特點，能夠達到μm級測量精度，適合用于刀具磨損的在位測量。

【技術實現步驟摘要】
刀具磨損的在位測量方法和裝置
本專利技術屬于刀具磨損測量方法及裝置
具體涉及一種數控銑床或加工中心的銑刀磨損量的在位測量方法和裝置。
技術介紹
刀具是機械加工的工具，在加工工件時，不可避免會發生磨損，如果超過了磨鈍標準，不僅會影響工件的精度，而且會導致廢品而影響加工成本。在位測量刀具磨損狀況，是保證加工質量和效率的前提。目前刀具檢測方法主要有直接測量法和間接測量法。直接測量刀具能識別刀刃外觀、表面品質或表面形狀的變化，主要方法有射線測量法、光學測量法、計算機圖像處理法。直接檢測方法結果真實準確，但多數只能停機離線檢測。間接測量法利用刀具磨損狀態對不同工作參數的影響，測量反應刀具磨損程度的相關參量，常用方法有切削力檢測法、振動信號檢測法、電流信號檢測法等。間接測量能在位檢測刀具狀態，但檢測干擾因素太多，檢測結果精度無法保證。刀具磨損對工件加工效率、品質和成本有著直接的影響，對其進行檢測是十分必要的。刀具的磨損集中在微米級，因此對測量精度要求高。刀具檢測的發展方向是實現在機床加工過程中的在位測量，因此對測量的環境適應性要求也較高。
技術實現思路
本專利技術的目的就是針對上述不足而提供一種刀具磨損的在位測量方法和裝置，能完整、準確地監測刀具磨損區域形貌在加工過程中的變化，通過刀具三維形貌的掃描重建，快速獲得刀具的磨損量，以適應機床的使用環境。本專利技術刀具磨損的在位測量方法的技術解決方案是：一種刀具磨損的在位測量方法，其特征在于包括以下步驟：⑴在數控機床主軸上刀具的側部水平位置上安裝線結構激光器和CCD攝像機，CCD攝像機通過圖像采集卡與計算機連接，計算機與數控機床的控制系統連接；將刀具標準三維模型輸入計算機，在光平面上建立測量坐標系；⑵使刀具勻速轉動，控制線結構激光器發出線激光垂直投射到刀具刀刃上，被刀具表面形貌調制變形，變形的激光線在CCD攝像機光敏面上成像，形成光條圖像，圖像采集卡將光條圖像傳輸到計算機；⑶經過計算機圖像處理計算，得到光條點的像素坐標，再利用傳感器測量模型，通過標定計算，可得到光條點在光平面上二維尺寸；⑷隨刀具旋轉完成對刀具的一周掃描，利用光條點在光平面上二維尺寸及刀具轉速獲取轉動的角度值，建立柱面坐標系；⑸通過柱面坐標系和測量坐標系之間的轉換關系，獲取整個刀具的三維尺寸數據；⑹與輸入計算機的該刀具標準三維模型進行比較，就可以得出磨損量。本專利技術刀具磨損的在位測量方法的技術解決方案中所述的CCD攝像機包括第一CCD攝像機和第二CCD攝像機，第一CCD攝像機、第二CCD攝像機分別位于線結構激光器的兩側。本專利技術刀具磨損的在位測量裝置的技術解決方案是：一種刀具磨損的在位測量裝置，其特征在于：包括檢測傳感器、雙桿滑動氣缸、工控機或計算機；其中，檢測傳感器由固定在傳感器安裝底板上的第一CCD攝像機、線結構激光器和第二CCD攝像機構成，第一CCD攝像機、第二CCD攝像機分別位于線結構激光器的兩側；雙桿滑動氣缸通過支架水平固定在機床上，雙桿滑動氣缸的氣缸桿端部設有帶條形傳感器安裝孔的傳感器支撐板，檢測傳感器固定在傳感器支撐板上。本專利技術刀具磨損的在位測量裝置的技術解決方案中所述的支架包括兩塊支撐板和一個氣缸支撐架；兩塊支撐板分別固定在機床前面的橫梁和后面的頂平面上，兩塊支撐板上表面在同一平面內；氣缸支撐架由型材焊接而成，垂直安裝在支撐板上；雙桿滑動氣缸安裝在氣缸支撐架底端。本專利技術刀具磨損的在位測量裝置的技術解決方案中所述的雙桿滑動氣缸的氣缸進出口處安裝有氣缸調速閥。本專利技術給出一種利用激光測量傳感器檢測刀具磨損量的新方法，并設計了一種可實現數控機床刀具在位檢測的裝置，配合自動傳送機構，可實現在位檢測刀具磨損情況。本專利技術效果如下：⑴刀具在位勻速旋轉掃描，刀具縱向測量范圍在40mm~50mm；⑵傳感器深度測量范圍為5mm，切削刃深度測量精度達到0.01mm；⑶可實現刀具的自動在位測量，并將測量結果反饋給機床本身，提高生產效率及工件加工精度。本專利技術具有成本較低、高精度、條紋圖像信息易于提取、實時性強及主動受控等特點，能夠達到μm級測量精度，采用掃描測量方式，適合用于在位測量，在工業環境中有廣泛的應用。附圖說明圖1是本專利技術的刀具檢測原理圖。圖2是本專利技術的刀具磨損在位測量示意圖。圖3是本專利技術的雙桿滑動氣缸結構示意圖。圖4是本專利技術的傳感器結構示意圖。圖5是本專利技術的刀具磨損在位測量流程方框圖。圖中：1、數控機床，2、刀具，3、CCD攝像機，4、線結構激光器，5、圖像采集卡，6、計算機，21、支撐板，22、氣缸支撐架，23、雙桿滑動氣缸，24、檢測傳感器，25、工件，26、刀具，31、雙桿滑動氣缸，32、雙桿氣缸安裝孔，33、氣缸桿，34、連接螺釘，35、傳感器支撐板，36、傳感器安裝孔，41、第一CCD攝像機，42、接線口，43、線結構激光器，44、第二CCD攝像機。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步的詳述：測量原理如圖1所示。刀具2安裝在數控機床1主軸上的刀具夾具上，工作時由刀具夾具帶動隨主軸旋轉。CCD攝像機3、線結構激光器4水平設置在刀具2的側部，CCD攝像機3與圖像采集卡5連接，圖像采集卡5與計算機6連接。線結構激光器4的線激光垂直投射到刀具2刀刃上，被刀具2表面形貌調制變形，變形的激光線在以一定角度放置的CCD攝像機3光敏面上成像，形成光條圖像，圖像采集卡5將光條圖像傳輸到計算機6；經過圖像處理計算，可以得到光條點的像素坐標，再利用傳感器測量模型，通過標定計算，可得到光條點在光平面上二維尺寸；機床刀具夾頭帶動刀具2旋轉，完成刀具2一周的掃描；建立柱面坐標系和測量坐標系之間的轉換關系，從而可以獲取整個刀具的三維尺寸數據；與輸入系統的該刀具標準三維模型進行比較，就可以得出磨損量。如圖2至圖4所示。支撐板21共有兩塊，分別安裝在機床前面的橫梁和后面的頂平面上。支撐板21具有一定厚度和剛度，起支撐氣缸支撐架22、雙桿滑動氣缸23、檢測傳感器24的作用。兩快支撐板21焊接在機床上，需保證上表面在同一平面內。氣缸支撐架22由型材焊接而成，用于固定雙桿滑動氣缸23，之間由螺栓固定。氣缸支撐架22安裝在支撐板21上，二者由螺釘固定，并可調節前后位置，安裝時需保證傳感器上的激光平面與刀具軸心在同一面內，誤差不能過大。雙桿滑動氣缸31包括兩個氣缸桿33、傳感器支撐板35、雙桿氣缸安裝孔32等，傳感器支撐板35通過連接螺釘34固定在兩個氣缸桿33上。雙桿滑動氣缸31只需拖動檢測傳感器24，其質量比較輕，可以拖動。檢測傳感器24中所使用的CCD攝像機具有一定的景深，所以運動精度不需要很高，雙桿滑動氣缸31可以滿足要求。可在雙桿滑動氣缸31進出口處安裝氣缸調速閥，調整氣缸運行速度，保證氣缸運行過程中檢測傳感器24的平穩性。檢測傳感器24包括傳感器安裝底板及固定在傳感器安裝底板上的第一CCD攝像機41、接線口42、線結構激光器43和第二CCD攝像機44。傳感器安裝底板設有四個傳感器安裝孔36。檢測傳感器24是刀具測量裝置的檢測部分，負責采集刀具2的實時磨損狀態，是本測量裝置的關鍵部分。工件25安裝在工作臺上，是刀具2加工的對象。刀具2安裝在主軸上，受數控機床1空間影響，檢測傳感器24不能離工作臺太近，測量刀具磨損狀態時，主軸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種刀具磨損的在位測量方法，其特征在于包括以下步驟：⑴在數控機床主軸上刀具的側部水平位置上安裝線結構激光器和CCD攝像機，CCD攝像機通過圖像采集卡與計算機連接，計算機與數控機床的控制系統連接；將刀具標準三維模型輸入計算機，在光平面上建立測量坐標系；⑵使刀具勻速轉動，控制線結構激光器發出線激光垂直投射到刀具刀刃上，被刀具表面形貌調制變形，變形的激光線在CCD攝像機光敏面上成像，形成光條圖像，圖像采集卡將光條圖像傳輸到計算機；⑶經過計算機圖像處理計算，得到光條點的像素坐標，再利用傳感器測量模型，通過標定計算，可得到光條點在光平面上二維尺寸；⑷隨刀具旋轉完成對刀具的一周掃描，利用光條點在光平面上二維尺寸及刀具轉速獲取轉動的角度值，建立柱面坐標系；⑸通過柱面坐標系和測量坐標系之間的轉換關系，獲取整個刀具的三維尺寸數據；⑹與輸入計算機的該刀具標準三維模型進行比較，就可以得出磨損量。

【技術特征摘要】
2016.12.23 CN 20162142291861.一種刀具磨損的在位測量方法，其特征在于包括以下步驟：⑴在數控機床主軸上刀具的側部水平位置上安裝線結構激光器和CCD攝像機，CCD攝像機通過圖像采集卡與計算機連接，計算機與數控機床的控制系統連接；將刀具標準三維模型輸入計算機，在光平面上建立測量坐標系；⑵使刀具勻速轉動，控制線結構激光器發出線激光垂直投射到刀具刀刃上，被刀具表面形貌調制變形，變形的激光線在CCD攝像機光敏面上成像，形成光條圖像，圖像采集卡將光條圖像傳輸到計算機；⑶經過計算機圖像處理計算，得到光條點的像素坐標，再利用傳感器測量模型，通過標定計算，可得到光條點在光平面上二維尺寸；⑷隨刀具旋轉完成對刀具的一周掃描，利用光條點在光平面上二維尺寸及刀具轉速獲取轉動的角度值，建立柱面坐標系；⑸通過柱面坐標系和測量坐標系之間的轉換關系，獲取整個刀具的三維尺寸數據；⑹與輸入計算機的該刀具標準三維模型進行比較，就可以得出磨損量。2.根據權利要求1所述的一種刀具磨損的在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王中任，劉海生，肖光潤，
申請(專利權)人：湖北文理學院，
類型：發明
國別省市：湖北,42