一種車削刀具后刀面磨損的在位檢測設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于刀具磨損監(jiān)測領域，更具體地，涉及一種車削刀具后刀面磨損的在位檢測裝置。
【背景技術】
[0002]車刀是車削加工中的主要成形工具，刀具的磨損和破壞是影響切削質(zhì)量的主要因素。刀具產(chǎn)生磨損后，使工件的加工精度降低，表面完整性惡化，并進一步引起切削力的增大和切削溫度上升，進一步降低刀具的加工壽命，直接影響加工成本和加工效率。隨著加工過程的自動化、高速化和智能化，刀具工作狀態(tài)的檢測已經(jīng)成為現(xiàn)代車削加工過程監(jiān)控的一個重要組成部分。
[0003]車刀的磨損類型按位置可以分為后刀面磨損、月牙洼磨損、崩刃、破碎等形式，其中，后刀面磨損是正常加工過程中的一種漸進式磨損，是最常見的磨損形式之一。后刀面的磨損狀態(tài)對工件表面的粗糙度狀態(tài)有著決定性的影響，因此，車刀后刀面的磨損監(jiān)測對保證加工質(zhì)量有著非常重要的意義。
[0004]目前常用的車刀后刀面磨損狀態(tài)檢測主要是基于高倍率光學顯微鏡的離線檢測形式，需要將車刀從加工位置拆卸下來，放到專門的測量平臺上進行檢測。這種方法效率低，而且由于需要拆裝刀具，改變了工件與刀具的相對位置，會一定程度上降低加工精度。針對這一問題，部分學者提出了基于相機的在位檢測方法，但其所用的鏡頭由于存在畸變，在測量之前需要對鏡頭進行標定以校正圖像的變形，但常用的標定方法精度有限，而車刀的磨損區(qū)域小，一般的光學鏡頭難以達到要求的測量精度。此外，由于常用的CCD相機視場較大，而目標區(qū)域非常小，因此光源的位置對成相質(zhì)量的影響很大，對后續(xù)的圖像測量算法要求較高。部分專利中有涉及后刀面磨損的測量方法，但由于安裝角度和位置的問題，基本無法在車刀的后刀面磨損上得到應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種車削刀具后刀面磨損的在位檢測設備，其中通過采用遠心鏡頭，解決常用鏡頭的畸變校正問題，通過采用一種小視場的相機和鏡頭組合，并結合同軸光照明，解決傳統(tǒng)方法中光源對成像質(zhì)量的影響，并設計了一種靈活的多自由度調(diào)節(jié)裝置，通過合理地安裝布置，實現(xiàn)了鏡頭與成像平面的精確垂直定位，保證了圖片的成相質(zhì)量。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種車削刀具后刀面磨損的在位檢測設備，該設備包括成像裝置和位姿調(diào)節(jié)裝置，其中:
[0007]所述成像裝置的成像視場不大于5mmX 5mm，其包括相機、遠心鏡頭和同軸光源，所述遠心鏡頭安裝在相機上，所述同軸光源固定安裝在所述遠心鏡頭的末端；所述相機的像素不低于200W，其芯片尺寸不小于1/1.8英寸；所述遠心鏡頭的畸變率不高于0.02%，合焦時鏡頭前端與待測車削刀具后刀面的垂直距離不大于100mm，所述相機與遠心鏡頭組合的圖像分辨率不低于400piXel/mm，整體長度不大于150mm ;檢測時，所述成像裝置的軸線垂直于待測車削刀具的后刀面；
[0008]所述位姿調(diào)節(jié)裝置用于實現(xiàn)所述成像裝置的多自由度精密調(diào)節(jié)，以使成像裝置的軸線與待測車削刀具的后刀面垂直，保證成像裝置的準確對焦。
[0009]作為進一步優(yōu)選的，所述同軸光源優(yōu)選為白色的同軸環(huán)形光源。
[0010]作為進一步優(yōu)選的，所述位姿調(diào)節(jié)裝置固定于車床橫向位移拖板的位于車削刀具后刀面的外法線一側。
[0011]作為進一步優(yōu)選的，所述位姿調(diào)節(jié)裝置包括Z向調(diào)節(jié)單元、Y向調(diào)節(jié)單元和X向調(diào)節(jié)單元，以實現(xiàn)所述成像裝置的Z向、Y向和X向的平移和旋轉(zhuǎn)。
[0012]作為進一步優(yōu)選的，所述Z向調(diào)節(jié)單元包括Z向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器和Z向旋轉(zhuǎn)微調(diào)旋鈕，所述Z向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器固定在底座夾具上，所述Z向旋轉(zhuǎn)微調(diào)旋鈕用于調(diào)節(jié)Z向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器，使相機1繞Z軸旋轉(zhuǎn)；所述Z向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器上固定有立柱，所述立柱上固定有Z向位移調(diào)節(jié)器，通過Z向位移微調(diào)旋鈕調(diào)節(jié)Z向位移調(diào)節(jié)器，使相機沿Z向平移。
[0013]作為進一步優(yōu)選的，所述X向調(diào)節(jié)單元包括固定在Z向位移調(diào)節(jié)器上的X向位移調(diào)節(jié)器，其通過X向位移微調(diào)旋鈕進行調(diào)節(jié)，以使相機沿X向平移，其上連接有平移導板。
[0014]作為進一步優(yōu)選的，所述Y向調(diào)節(jié)單元包括固定在平移導板上的Y向位移調(diào)節(jié)器，其通過Y向位移微調(diào)旋鈕進行調(diào)節(jié)，以使相機沿Y向平移。
[0015]作為進一步優(yōu)選的，所述Y向位移調(diào)節(jié)器上安裝有X向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器，所述X向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器通過X向旋轉(zhuǎn)微調(diào)旋鈕進行調(diào)節(jié)，以使相機繞X軸旋轉(zhuǎn)。
[0016]作為進一步優(yōu)選的，所述相機固定在所述X向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器上。
[0017]總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，主要具備以下的技術優(yōu)點:
[0018]1.本發(fā)明通過設計由相機、遠心鏡頭和同軸光源組成的成像裝置，并對相機、遠心鏡頭和同軸光源的參數(shù)進行研究與設定，通過采用像素不低于200W、芯片尺寸不小于1/1.8英寸的相機，配合畸變率不高于0.02%、與待測車削刀具后刀面的垂直距離不大于100mm的遠心鏡頭，同時結合同軸光照明，使得成像裝置可獲得不大于5_X5_的小成像視場，圖像分辨率不低于400piXel/mm;通過采用遠心鏡頭，解決常用鏡頭的畸變校正問題，通過采用小視場的相機和鏡頭組合，結合同軸光照明，解決傳統(tǒng)方法中光源對成像質(zhì)量的影響，具有測量精度高，測量方便等優(yōu)點，適于在車刀的后刀面磨損上應用。
[0019]2.本發(fā)明還設計了一種靈活的多自由度位姿調(diào)節(jié)裝置，通過設置X、Y和Ζ三向調(diào)節(jié)單元，并根據(jù)Χ、Υ和Ζ三向調(diào)節(jié)單元的合理安裝布置，實現(xiàn)成像裝置的多自由度高精度的有效調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)成像裝置的軸線與待測車削刀具的后刀面垂直，保證鏡頭與成像平面的精確垂直定位以及成像裝置的準確對焦，保證圖片的成相質(zhì)量。
[0020]3.本發(fā)明根據(jù)車削刀具后刀面待測面尺寸小，精度要求高的特點，巧妙地選擇小尺寸高像素的相機，配合高精度的遠心鏡頭，實現(xiàn)了對車刀后刀面磨損區(qū)的高效高精度成像；通過合理地布置相機系統(tǒng)的安裝位置，設計了結構緊湊的多自由度位姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠在不干擾車床正常加工的前提下，在非常有限的空間(200_左右)內(nèi)實現(xiàn)相機系統(tǒng)的有效定位，Ο
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的車削刀具后刀面磨損的在位檢測設備的結構示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的車削刀具后刀面磨損的在位檢測設備的安裝示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的車削刀具后刀面磨損的在位檢測設備的安裝簡圖；
[0024]圖4(a)_(d)是本發(fā)明的在位檢測設備在車刀處于不同的工作主偏角下的安裝示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明的一種車削刀具后刀面磨損的在位檢測設備，其主要包括成像裝置和位姿調(diào)節(jié)裝置。通過成像裝置對車削刀具的后刀面磨損區(qū)進行高精度的拍照，圖像分辨率達到400piXel/mm以上，根據(jù)拍攝的照片獲取刀具后刀面的磨損情況，根據(jù)獲得的磨損情況，選擇相應的操作。通過位姿調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)成像裝置的多自由度精密調(diào)節(jié)，以使成像裝置的軸線與待測車削刀具的后刀面垂直，保證成像裝置的準確對焦。
[0027]下面將對本發(fā)明的關鍵組件逐一進行更為具體的說明。
[0028]作為本發(fā)明的關鍵組件之一，成像裝置包括相機1、遠心鏡頭1-1和同軸光源1-2，遠心鏡頭1-1安裝在相機1上，同軸光源1-2固定安裝在遠心鏡頭1-1的末端，檢測時，成像裝置整體的軸線垂直于待測車削刀具的后刀面。具體的，相機1的像素不低于200萬(200W)，相機的芯片尺寸不小于1/1.8英寸，以此保證相機具有不低于200piXel/mm的單倍圖像分辨率；遠心鏡頭1-1的畸變率不高于0.02%，合焦時遠心鏡頭端面與被測車刀后刀面的垂直距離不大于100mm，以此保證相機系統(tǒng)不會對車床的正常使用產(chǎn)生干涉；相機1與遠心鏡頭1-1組合的圖像分辨率不低于400piXel/mm，相機1與遠心鏡頭1_1組合的整體長度不大于150mm;本發(fā)明的成像裝置通過本發(fā)明中的相機和遠心鏡頭的組合，獲取不大于5mmX 5mm的小視場成像視場