CN104647140A - 一种金刚石刀具在位检测与定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种金刚石刀具在位检测与定位装置，所述金刚石刀具在位检测与定位装置，包括光学支架、微调及锁紧机构、光学系统、工控机；所述的微调及锁紧机构固定安装在光学支架上，光学系统固定安装在微调及锁紧机构的转接板上，沿滑轨上下运动；所述的工控机采用网线与CCD传感器连接，安装上位机软件，上位机软件接收CCD传感器的图像数据并进行数据处理。本发明不仅能够进行金刚石刀具的在位检测和定位，而且能够以独立方式工作，进行金刚石刀具的离线检测，系统分辨率和定位精度高，结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明属于超精密加工领域，具体涉及一种金刚石刀具在位检测与定位装置。
背景技术
金刚石刀具是实现超精密加工的重要因素，其工作参数的精确测定是进行工艺参数优化和提高加工精度的前提条件。与其设计参数不同，金刚石刀具的工作参数必须在超精密机床上进行在位检测才能获得。此外，金刚石刀具必须精确安装到与机床主轴重合的高度上，并进行水平面内的精确定位，才能保证加工过程中金刚石刀具与机床主轴的相对位置控制，从而提高加工精度和表面质量。
目前国外商品化超精密机床上采用LVDT对刀系统实现了金刚石刀具的定位功能和刀尖圆弧半径等基本参数的在位检测，LVDT对刀系统是一种接触式的刀具检测与定位系统，可以实现较大半径圆弧刃金刚石刀具的精确定位和圆弧半径检测，对于尖刃金刚石刀具，无法测量其工作参数，尤其是对于加工微结构用的专用微刀具，接触式测量过程容易对刀具造成损伤。此外，国外商品化超精密机床上也已经出现了非接触式测量的光学对刀系统。国内超精密切削加工中除了直接引进上述国外商品化的对刀设备外，在自行研制的超精密机床上基本以试切法进行刀具定位，该方法不仅耗时耗力，对操作者技艺要求较高，而且无法进行刀具工作参数的在位检测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种金刚石刀具在位检测与定位装置，以实现金刚石刀具几何参数、表面及轮廓缺陷检测及其在机床坐标系XZ平面内的定位。
本发明的一种金刚石刀具在位检测与定位装置，包括光学支架、光学系统、微调及锁紧机构、工控机；微调及锁紧机构固定安装在光学支架上，光学系统固定安装在微调及锁紧机构的转接板上，沿滑轨上下运动；所述的微调及锁紧机构包括螺杆固定架、微调螺杆、滑轨、转接板、锁紧螺钉、锁紧片，螺杆固定架、滑轨、锁紧片均与光学支架固定连接，光学系统安装在微调及锁紧机构的转接板上，微调螺杆与螺杆固定架固定连接，微调螺杆端部与转接板的侧边地面接触，锁紧螺钉穿过锁紧片安装在转接板的侧面；光学系统包括CCD传感器、反射光源、光源支架、镜头，CCD传感器与镜头上端采用螺纹连接，光源支架固定套装在镜头中部，反射光源固定安装在光源支架的侧面，并与镜头保持平行；工控机采用网线与CCD传感器连接，安装上位机软件，上位机软件接收CCD传感器的图像数据并进行数据处理，可以实现金刚石刀具特征识别、坐标位置检测、数据输入输出功能。
所述的金刚石刀具在位检测与定位装置，按照如下操作流程实现金刚石刀具的在位检测和定位：1）金刚石刀具固定安装在超精密机床刀架上；2）利用LVDT电感测微仪调整金刚石刀具至标定位置；3）移动超精密车床X、Z导轨，把金刚石刀具置于光学系统的成像范围内，旋转微调螺杆使光学系统沿竖直方向运动，同时调节反射光源的亮度，直至在上位机软件中获得清晰图像，拧紧锁紧螺钉；5）移动超精密机床X导轨，使金刚石刀具在成像范围内沿直线移动，上位机软件分别在不同位置采集刀尖点位置，并记录其坐标，采集数据点数大于3个；6）上位机软件利用上述数据点拟合直线并建立图像坐标系；7）根据金刚石刀具的光学图像进行刀具表面及轮廓缺陷、刀具几何参数的在位检测；8）在软件中输入当前机床坐标，上位机软件计算给出金刚石刀具的在机床坐标系内的坐标，实现刀具定位。
所述的金刚石刀具在位检测与定位装置，光学系统采用500万像素CCD传感器，镜头为定焦镜头，具备10倍、15倍和20倍三个放大倍数，反射光源为蓝色LED冷光源，光学系统的成像分辨率小于0.5mm，根据镜头方法倍数的不同，最高分辨率可达0.16mm。
所述的金刚石刀具在位检测与定位装置，在超精密机床上金刚石刀具的定位精度优于1mm。
所述的金刚石刀具在位检测与定位装置，安装在光学平台上组成离线光学检测装置；所述的离线光学检测装置包括光学支架、光学系统、微调及锁紧机构、固定支架系统、二维载物台、光学平台、工控机，其连接关系是，光学支架固定安装在固定支架系统的定位支架上，固定支架系统的固定底座固定安装在光学平台上，二维载物台固定安装在光学平台上，二维载物台中心的通光孔与光学系统的镜头保持同轴。所述的固定支架系统包含固定部分和活动部分，固定部分包含固定底座、左L型块、V型块、右L型块，活动部分包括右定位球、水平定位球、定位支架、透射光源、左定位球，其连接关系是，左L型块、V型块、右L型块均固定安装在固定底座侧面上，左定位球、右定位球分别安装在定位支架左右两个定位架末端侧面上，方向向下，水平定位球安装在定位支架水平定位架末端端面上，透射光源固定安装在定位支架的侧面上，左L型块与右L型块处于同一高度上，V型块处于左L型块和右L型块中间下方的位置，透射光源与光源光学系统的镜头保持同轴。所述的光学支架、微调及锁紧机构、光学系统、工控机，其结构和连接方式与前述一致。
所述的离线光学检测装置，按照如下操作流程实现金刚石刀具离线检测功能：1）被测金刚石刀具放置在二维载物台上，调节二维载物台使被测金刚石刀具置于光学系统的成像范围内；2）旋转微调螺杆使光学系统沿竖直方向运动，同时调节透射光源或者反射光源的亮度，直至在上位机软件中获得清晰图像，拧紧锁紧螺钉；3）上位机软件获得金刚石刀具的清晰图像，利用该图像进行刀具表面及轮廓缺陷、刀具几何参数的离线检测。
附图说明
图1为本发明的金刚石刀具在位检测与定位装置结构示意图；
图2为本发明的光学系统结构示意图；
图3为本发明的微调及锁紧机构示意图；
图4为本发明的金刚石刀具离线检测装置示意图；
图5为本发明的固定支架系统结构示意图；
图中， 1.光学支架 2.微调及锁紧机构 3. 光学系统 4.固定支架系统 5.二维载物台 6.安装台 21螺杆固定架 22.微调螺杆 23.滑轨 24.转接板 25.锁紧螺钉 26.锁紧片 31.CCD传感器 32.反射光源 33.光源支架 34.镜头 41.固定底座 42.左L型块 43.V型块 44.右L型块 45.右定位球 46.水平定位球 47.定位支架 48.透射光源 49.左定位球。
具体实施方式
实施例1
本实例如图1、图2和图3所示。
本发明提供的金刚石刀具在位检测与定位装置，包括光学支架1、微调及锁紧机构2、光学系统3、工控机，所述的微调及锁紧机构2固定安装在光学支架1上，光学系统1固定安装在微调及锁紧机构2的转接板24上，沿滑轨23上下运动，如图1所示。
所述的微调及锁紧机构2包括螺杆固定架21、微调螺杆22、滑轨23、转接板24、锁紧螺钉25、锁紧片26，其连接关系是，螺杆固定架21、滑轨23、锁紧片26均与光学支架1固定连接，光学系统3安装在微调及锁紧机构2的转接板24上，微调螺杆22与螺杆固定架21固定连接，微调螺杆22端部与转接板24的侧边地面接触，锁紧螺钉25穿过锁紧片26安装在转接板24的侧面，如图2所示。
所述的光学系统3包括CCD传感器31、反射光源32、光源支架33、镜头34，其连接关系是，CCD传感器31与镜头34上端采用螺纹连接，光源支架32固定套装在镜头34中部，反射光源22固定安装在光源支架32的侧面，并与镜头34保持平行，如图3所示。
所述的工控机采用网线与CCD传感器31连接，安装上位机软件，上位机软件接收CCD传感器31的图像数据并进行数据处理，可以实现金刚石刀具特征识别、坐标位置检测、数据输入输出功能。
实施例2
本实例如图1所示。
如实例1中所述的金刚石刀具在位检测与定位装置，按照如下操作流程实现金刚石刀具的在位检测和定位：1）金刚石刀具固定安装在超精密机床刀架上；2）利用LVDT电感测微仪调整金刚石刀具至标定位置；3）移动超精密车床X、Z导轨，把金刚石刀具置于光学系统3的成像范围内，旋转微调螺杆22使光学系统3沿竖直方向运动，同时调节反射光源32的亮度，直至在上位机软件中获得清晰图像，拧紧锁紧螺钉25；5）移动超精密机床X导轨，使金刚石刀具在成像范围内沿直线移动，上位机软件分别在不同位置采集刀尖点位置，并记录其坐标，采集数据点数大于3个；6）上位机软件利用上述数据点拟合直线并建立图像坐标系；7）根据金刚石刀具的光学图像进行刀具表面及轮廓缺陷、刀具几何参数的在位检测；8）在软件中输入当前机床坐标，上位机软件计算给出金刚石刀具的在机床坐标系内的坐标，实现刀具定位。
实施例3
本实例如图3所示。
如实例1中所述的金刚石刀具在位检测与定位装置，光学系统3采用500万像素CCD传感器31，镜头34为定焦镜头，具备10倍、15倍和20倍三个放大倍数，反射光源32为蓝色LED冷光源，光学系统3的成像分辨率小于0.5mm，根据镜头34方法倍数的不同，最高分辨率可达0.16mm。
所述的金刚石刀具在位检测与定位装置，在超精密机床上进行金刚石刀具的定位，定位精度均优于1mm。
实施例4
本实例如图4、图5所示。
本发明提供的金刚石刀具在位检测与定位装置，安装在光学平台上组成离线光学检测装置；所述的离线光学检测装置包括光学支架1、光学系统3、微调及锁紧机构2、固定支架系统4、二维载物台5、光学平台6、工控机，其连接关系是，光学支架1固定安装在固定支架系统4的定位支架47上，固定支架系统4的固定底座41固定安装在光学平台6上，二维载物台5固定安装在光学平台6上，二维载物台5中心的通光孔与光学系统3的镜头24保持同轴，如图4所示。
所述的固定支架系统4，包含固定部分和活动部分，固定部分包含固定底座41、左L型块42、V型块43、右L型块44，活动部分包括右定位球45、水平定位球46、定位支架47、透射光源48、左定位球49，其连接关系是，左L型块42、V型块43、右L型块44均固定安装在固定底座41侧面上，左定位球49、右定位球45分别安装在定位支架47左右两个定位架末端侧面上，方向向下，水平定位球46安装在定位支架47水平定位架末端端面上，透射光源48固定安装在定位支架47的侧面上，如图5所示。
所述的固定支架系统4，左L型块42与右L型块44处于同一高度上，V型块43处于左L型块42和右L型块44中间下方的位置，透射光源48与光源光学系统3的镜头24保持同轴。
所述的光学支架1、微调及锁紧机构2、光学系统3、工控机，其结构和连接方式与实例1中一致。
实施例5
本实例如图4所示。
如实例4中所述的离线光学检测装置，按照如下操作流程实现金刚石刀具离线检测功能：1）被测金刚石刀具放置在二维载物台5上，调节二维载物台5使被测金刚石刀具置于光学系统3的成像范围内；2）旋转微调螺杆22使光学系统3沿竖直方向运动，同时调节透射光源48或者反射光源32的亮度，直至在上位机软件中获得清晰图像，拧紧锁紧螺钉25；3）上位机软件获得金刚石刀具的清晰图像，利用该图像进行刀具表面及轮廓缺陷、刀具几何参数的离线检测。
Claims (2)
1.一种金刚石刀具在位检测与定位装置，其特征在于，所述装置包括光学支架（1）、微调及锁紧机构（2）、光学系统（3）、工控机；所述的微调及锁紧机构（2）包括螺杆固定架（21）、微调螺杆（22）、滑轨（23）、转接板（24）、锁紧螺钉（25）、锁紧片（26），其连接关系是，所述的微调及锁紧机构（2）固定安装在光学支架（1）上，光学系统（3）固定安装在微调及锁紧机构（2）的转接板（24）上，沿滑轨（23）上下运动；螺杆固定架（21）、滑轨（23）、锁紧片（26）均与光学支架（1）固定连接，光学系统（3）安装在微调及锁紧机构（2）的转接板（24）上，微调螺杆（22）与螺杆固定架（21）固定连接，微调螺杆（22）端部与转接板（24）的侧边地面接触，锁紧螺钉（25）穿过锁紧片（26）安装在转接板（24）的侧面；所述的光学系统（3）包括CCD传感器（31）、反射光源（32）、光源支架（33）、镜头（34），其连接关系是，CCD传感器（31）与镜头（34）上端采用螺纹连接，光源支架（32）固定套装在镜头（34）中部，反射光源（22）固定安装在光源支架（32）的侧面，与镜头（34）保持平行；所述的工控机采用网线与CCD传感器（31）连接，安装上位机软件，上位机软件接收CCD传感器（31）的图像数据并进行数据处理。
2.根据权利要求1所述的金刚石刀具在位检测与定位装置，其特征在于，所述的光学系统（3）采用500万像素CCD传感器（31），镜头（34）为定焦镜头，具备10倍、15倍和20倍三个放大倍数，反射光源（32）为蓝色LED冷光源，光学系统（3）的成像分辨率小于0.5mm。
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