一种车削刀具后刀面磨损的在位检测设备制造技术

本发明专利技术公开了一种车削刀具后刀面磨损的在位检测设备，其包括成像装置和位姿调节装置，所述成像装置包括相机、远心镜头和同轴光源，所述远心镜头安装在相机上，同轴光源固定在远心镜头的末端；相机的像素不低于200W，其芯片尺寸不小于1/1.8英寸；远心镜头的畸变率不高于0.02％；相机与远心镜头组合的图像分辨率不低于400pixel/mm，整体长度不大于150mm；所述位姿调节装置用于实现成像装置的多自由度精密调节。工作时，成像装置通过位姿调节装置固定于车床横向位移拖板的位于车削刀具后刀面的外法线一侧。本发明专利技术具有测量精度高，测量方便等优点，适于在车刀的后刀面磨损上应用。

【技术实现步骤摘要】
一种车削刀具后刀面磨损的在位检测设备
本专利技术属于刀具磨损监测领域，更具体地，涉及一种车削刀具后刀面磨损的在位检测装置。
技术介绍
车刀是车削加工中的主要成形工具，刀具的磨损和破坏是影响切削质量的主要因素。刀具产生磨损后，使工件的加工精度降低，表面完整性恶化，并进一步引起切削力的增大和切削温度上升，进一步降低刀具的加工寿命，直接影响加工成本和加工效率。随着加工过程的自动化、高速化和智能化，刀具工作状态的检测已经成为现代车削加工过程监控的一个重要组成部分。车刀的磨损类型按位置可以分为后刀面磨损、月牙洼磨损、崩刃、破碎等形式，其中，后刀面磨损是正常加工过程中的一种渐进式磨损，是最常见的磨损形式之一。后刀面的磨损状态对工件表面的粗糙度状态有着决定性的影响，因此，车刀后刀面的磨损监测对保证加工质量有着非常重要的意义。目前常用的车刀后刀面磨损状态检测主要是基于高倍率光学显微镜的离线检测形式，需要将车刀从加工位置拆卸下来，放到专门的测量平台上进行检测。这种方法效率低，而且由于需要拆装刀具，改变了工件与刀具的相对位置，会一定程度上降低加工精度。针对这一问题，部分学者提出了基于相机的在位检测方法，但其所用的镜头由于存在畸变，在测量之前需要对镜头进行标定以校正图像的变形，但常用的标定方法精度有限，而车刀的磨损区域小，一般的光学镜头难以达到要求的测量精度。此外，由于常用的CCD相机视场较大，而目标区域非常小，因此光源的位置对成相质量的影响很大，对后续的图像测量算法要求较高。部分专利中有涉及后刀面磨损的测量方法，但由于安装角度和位置的问题，基本无法在车刀的后刀面磨损上得到应用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种车削刀具后刀面磨损的在位检测设备，其中通过采用远心镜头，解决常用镜头的畸变校正问题，通过采用一种小视场的相机和镜头组合，并结合同轴光照明，解决传统方法中光源对成像质量的影响，并设计了一种灵活的多自由度调节装置，通过合理地安装布置，实现了镜头与成像平面的精确垂直定位，保证了图片的成相质量。为实现上述目的，本专利技术提出了一种车削刀具后刀面磨损的在位检测设备，该设备包括成像装置和位姿调节装置，其中：所述成像装置的成像视场不大于5mm×5mm，其包括相机、远心镜头和同轴光源，所述远心镜头安装在相机上，所述同轴光源固定安装在所述远心镜头的末端；所述相机的像素不低于200W，其芯片尺寸不小于1/1.8英寸；所述远心镜头的畸变率不高于0.02％，合焦时镜头前端与待测车削刀具后刀面的垂直距离不大于100mm，所述相机与远心镜头组合的图像分辨率不低于400pixel/mm，整体长度不大于150mm；检测时，所述成像装置的轴线垂直于待测车削刀具的后刀面；所述位姿调节装置用于实现所述成像装置的多自由度精密调节，以使成像装置的轴线与待测车削刀具的后刀面垂直，保证成像装置的准确对焦。作为进一步优选的，所述同轴光源优选为白色的同轴环形光源。作为进一步优选的，所述位姿调节装置固定于车床横向位移拖板的位于车削刀具后刀面的外法线一侧。作为进一步优选的，所述位姿调节装置包括Z向调节单元、Y向调节单元和X向调节单元，以实现所述成像装置的Z向、Y向和X向的平移和旋转。作为进一步优选的，所述Z向调节单元包括Z向旋转调节器和Z向旋转微调旋钮，所述Z向旋转调节器固定在底座夹具上，所述Z向旋转微调旋钮用于调节Z向旋转调节器，使相机1绕Z轴旋转；所述Z向旋转调节器上固定有立柱，所述立柱上固定有Z向位移调节器，通过Z向位移微调旋钮调节Z向位移调节器，使相机沿Z向平移。作为进一步优选的，所述X向调节单元包括固定在Z向位移调节器上的X向位移调节器，其通过X向位移微调旋钮进行调节，以使相机沿X向平移，其上连接有平移导板。作为进一步优选的，所述Y向调节单元包括固定在平移导板上的Y向位移调节器，其通过Y向位移微调旋钮进行调节，以使相机沿Y向平移。作为进一步优选的，所述Y向位移调节器上安装有X向旋转调节器，所述X向旋转调节器通过X向旋转微调旋钮进行调节，以使相机绕X轴旋转。作为进一步优选的，所述相机固定在所述X向旋转调节器上。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术通过设计由相机、远心镜头和同轴光源组成的成像装置，并对相机、远心镜头和同轴光源的参数进行研究与设定，通过采用像素不低于200W、芯片尺寸不小于1/1.8英寸的相机，配合畸变率不高于0.02％、与待测车削刀具后刀面的垂直距离不大于100mm的远心镜头，同时结合同轴光照明，使得成像装置可获得不大于5mm×5mm的小成像视场，图像分辨率不低于400pixel/mm；通过采用远心镜头，解决常用镜头的畸变校正问题，通过采用小视场的相机和镜头组合，结合同轴光照明，解决传统方法中光源对成像质量的影响，具有测量精度高，测量方便等优点，适于在车刀的后刀面磨损上应用。2.本专利技术还设计了一种灵活的多自由度位姿调节装置，通过设置X、Y和Z三向调节单元，并根据X、Y和Z三向调节单元的合理安装布置，实现成像装置的多自由度高精度的有效调节，以实现成像装置的轴线与待测车削刀具的后刀面垂直，保证镜头与成像平面的精确垂直定位以及成像装置的准确对焦，保证图片的成相质量。3.本专利技术根据车削刀具后刀面待测面尺寸小，精度要求高的特点，巧妙地选择小尺寸高像素的相机，配合高精度的远心镜头，实现了对车刀后刀面磨损区的高效高精度成像；通过合理地布置相机系统的安装位置，设计了结构紧凑的多自由度位姿调节系统，能够在不干扰车床正常加工的前提下，在非常有限的空间(200mm左右)内实现相机系统的有效定位，。附图说明图1是本专利技术的车削刀具后刀面磨损的在位检测设备的结构示意图；图2是本专利技术的车削刀具后刀面磨损的在位检测设备的安装示意图；图3是本专利技术的车削刀具后刀面磨损的在位检测设备的安装简图；图4(a)-(d)是本专利技术的在位检测设备在车刀处于不同的工作主偏角下的安装示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本专利技术的一种车削刀具后刀面磨损的在位检测设备，其主要包括成像装置和位姿调节装置。通过成像装置对车削刀具的后刀面磨损区进行高精度的拍照，图像分辨率达到400pixel/mm以上，根据拍摄的照片获取刀具后刀面的磨损情况，根据获得的磨损情况，选择相应的操作。通过位姿调节装置实现成像装置的多自由度精密调节，以使成像装置的轴线与待测车削刀具的后刀面垂直，保证成像装置的准确对焦。下面将对本专利技术的关键组件逐一进行更为具体的说明。作为本专利技术的关键组件之一，成像装置包括相机1、远心镜头1-1和同轴光源1-2，远心镜头1-1安装在相机1上，同轴光源1-2固定安装在远心镜头1-1的末端，检测时，成像装置整体的轴线垂直于待测车削刀具的后刀面。具体的，相机1的像素不低于200万(200W)，相机的芯片尺寸不小于1/1.8英寸，以此保证相机具有不低于200pixel/mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车削刀具后刀面磨损的在位检测设备，其特征在于，该设备包括成像装置和位姿调节装置，其中：所述成像装置的成像视场不大于5mm×5mm，其包括相机(1)、远心镜头(1‑1)和同轴光源(1‑2)，所述远心镜头(1‑1)安装在相机(1)上，所述同轴光源(1‑2)固定安装在所述远心镜头(1‑1)的末端；所述相机(1)的像素不低于200W，其芯片尺寸不小于1/1.8英寸；所述远心镜头(1‑1)的畸变率不高于0.02％，合焦时镜头前端与待测车削刀具后刀面的垂直距离不大于100mm，所述相机(1)与远心镜头(1‑1)组合的图像分辨率不低于400pixel/mm，整体长度不大于150mm；检测时，所述成像装置的轴线垂直于待测车削刀具的后刀面；所述位姿调节装置用于实现所述成像装置的多自由度精密调节，以使成像装置的轴线与待测车削刀具的后刀面垂直，保证成像装置的准确对焦。

【技术特征摘要】
1.一种车削刀具后刀面磨损的在位检测设备，其特征在于，该设备包括成像装置和位姿调节装置，其中：所述成像装置的成像视场不大于5mm×5mm，其包括相机(1)、远心镜头(1-1)和同轴光源(1-2)，所述远心镜头(1-1)安装在相机(1)上，所述同轴光源(1-2)固定安装在所述远心镜头(1-1)的末端；所述相机(1)的像素不低于200W，其芯片尺寸不小于1/1.8英寸；所述远心镜头(1-1)的畸变率不高于0.02％，合焦时镜头前端与待测车削刀具后刀面的垂直距离不大于100mm，所述相机(1)与远心镜头(1-1)组合的图像分辨率不低于400pixel/mm，整体长度不大于150mm；检测时，所述成像装置的轴线垂直于待测车削刀具的后刀面；通过所述相机和远心镜头的组合，获取不大于5mm×5mm的小视场成像视场，以保证稳定高质量的光照效果，保证成像质量；所述位姿调节装置用于实现所述成像装置的多自由度精密调节，以使成像装置的轴线与待测车削刀具的后刀面垂直，保证成像装置的准确对焦，其固定于车床横向位移拖板的位于车削刀具后刀面的外法线一侧，该位姿调节装置包括Z向调节单元、Y向调节单元和X向调节单元，以实现所述成像装置的Z向、Y向和X向的平移和旋转；所述Z向调节单元包括Z向旋转调节器(9)和Z向旋转微调旋钮(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，付洋，黄志高，周华民，李德群，杨志明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42