專利名稱：回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械加工檢測設(shè)備，具體涉及一種可進(jìn)行全加工周期且在線自動檢測的回轉(zhuǎn)體刀具磨破損檢測裝置。
背景技術(shù)：
刀具的磨損狀況對金屬切削加工的精度和制造成本有關(guān)鍵影響，當(dāng)磨損到達(dá)一定程度或出現(xiàn)破損后需要更換刀具，如果更換過早，會增加不必要的刀具消耗和生產(chǎn)成本，如果太晚，則可能導(dǎo)致工件尺寸超差和表面劃傷，嚴(yán)重時(shí)甚至可能傷害操作人員和損害機(jī)床， 因此有必要建立在線刀具狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，自動獲取切削刃的實(shí)際磨損狀況。刀具狀態(tài)監(jiān)測的核心技術(shù)是刀具破損和磨損的在線檢測，根據(jù)所采用檢測信號的性質(zhì)，刀具磨破損檢測方法可分為兩大類間接測量法和直接測量法。間接法是通過測量和分析切削過程中與刀具磨損狀態(tài)相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)信號來間接推斷刀具的失效狀況，需要提取信號中對刀具磨損敏感的特征值，并建立數(shù)學(xué)模型來描述這些特征值與刀具磨損程度之間的關(guān)系，依據(jù)該模型，當(dāng)特征值超過某一閾值即認(rèn)為刀具失效。刀具的磨損和破損會反映在切削力、切削扭矩、主軸功率、電流、機(jī)床振動、切削溫度、切削發(fā)出的聲音、工件表面粗糙度等方面的變化，這些信號都可用于刀具狀態(tài)監(jiān)測。 間接法最重要的優(yōu)點(diǎn)是可以在切削過程中實(shí)時(shí)使用，響應(yīng)時(shí)間快，能夠應(yīng)用于惡劣的加工環(huán)境。直接法是通過測量刀具切削刃在體積或形狀上的改變來評價(jià)刀具失效，如直接拍攝切削刃的圖像，通過計(jì)算磨損區(qū)的面積或體積來判斷刀具磨損情況；或利用激光等光源照射切削刃，根據(jù)刀刃處對光的反射能力或遮擋情況的變化來監(jiān)測刀具的磨損與破損程度。 直接法是對單個(gè)切削刃的直接觀察，因此信噪比和靈敏度高，能夠獲得高的測量精度，測量系統(tǒng)具有通用性，不依賴于加工參數(shù)、工件形狀和機(jī)床類型。由于磨損過程的復(fù)雜性，目前刀具狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)存在如下缺陷
1.間接檢測方法通用性差。由于需要通過刀具磨損實(shí)驗(yàn)建立被測信號的特征值與刀具磨損程度之間的關(guān)系，這一關(guān)系與切削參數(shù)、機(jī)床類型和工件形狀密切相關(guān)，一旦更改加工條件或在不同的機(jī)床上加工，特征值的閾值就可能發(fā)生變化而需要重新調(diào)整；此外，間接檢測方法易受噪聲干擾，由于被測信號的變化不僅受刀具磨損的影響，還受工藝參數(shù)的影響，只有較大的信號如刀具破損才容易被可靠地識別出來，而對刀具磨損檢測的靈敏度和精度仍有待提高；
2.直接檢測方法只能在退刀后的切削間歇進(jìn)行，因此無法檢測到切削過程中突然發(fā)生的刀具破損并預(yù)防可能發(fā)生的事故；此外，對于生產(chǎn)中廣泛使用的銑刀等回轉(zhuǎn)刀具的在線磨破損檢測，基于圖像的直接方法無法實(shí)現(xiàn)測量的自動化，需要利用工具顯微鏡，在主軸停轉(zhuǎn)的情況下，人工輔助完成測量或拆下刀片離線測量，從而大大增加了待機(jī)時(shí)間，降低了生產(chǎn)效率和可靠性
發(fā)明內(nèi)容
為了能克服上述刀具磨破損檢測的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，該檢測裝置能在刀具旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，對刀具整個(gè)使用周期內(nèi)，包括加工前，切削過程中和加工后對刀具磨破損狀態(tài)進(jìn)行自動檢測。保證加工過程的可靠性，使得生產(chǎn)中廣泛使用的回轉(zhuǎn)體刀具得到合理利用，降低生產(chǎn)成本，提高加工效率，減少對刀具金屬材料的消耗，節(jié)約自然資源，具有重要意義。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，包括裝置基座、刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)和刀具磨損警報(bào)系統(tǒng)，裝置基座固定安裝在回轉(zhuǎn)體刀具的機(jī)床的工作臺上，刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)通過裝置支架固定安裝于裝置基座上，刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)為面陣型圖像傳感器系統(tǒng)，刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)信號輸出端與集中控制系統(tǒng)的信號接收端連接，集中控制系統(tǒng)的報(bào)警指令信號輸出端與刀具磨損警報(bào)系統(tǒng)的信號接收端信號連接，本發(fā)明在線自動檢測裝置還包括振動傳感器或聲發(fā)射傳感器，振動傳感器或聲發(fā)射傳感器的信號輸出端與集中控制系統(tǒng)的信號接收端信號連接，進(jìn)而在切削過程中監(jiān)測刀具的破損狀態(tài)，刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)包括刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置，刀具整體測量裝置采集整體刀具的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定刀具切削刃的位置及姿態(tài)，切削刃局部測量裝置加工前、后和切削間隙采集切削刃磨損區(qū)局部細(xì)節(jié)圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)而檢測刀具的磨破損狀態(tài)，回轉(zhuǎn)體刀具的機(jī)床主軸裝有標(biāo)定靶物，在進(jìn)行測量前，要先進(jìn)行刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置的在線標(biāo)定。上述刀具整體測量裝置包括工業(yè)相機(jī)和漫反射背光光源，漫反射背光光源正對工業(yè)相機(jī)的鏡頭設(shè)置，其二者之間的間距空間形成回轉(zhuǎn)體刀具的檢測作業(yè)空間區(qū)域，漫反射背光光源通過背光光源支撐座固定安裝于裝置基座上，工業(yè)相機(jī)的鏡頭能接收到漫反射背光光源發(fā)出的均勻柔光；切削刃局部測量裝置包括數(shù)字顯微鏡和漫反射背光光源，漫反射背光光源也正對數(shù)字顯微鏡的物鏡設(shè)置，其二者之間的間距空間也形成回轉(zhuǎn)體刀具的檢測作業(yè)空間區(qū)域，工業(yè)相機(jī)鏡頭主光軸和數(shù)字顯微鏡物鏡的主光軸保持空間平行。上述切削刃局部測量裝置還包括為數(shù)字顯微鏡的物鏡輔助照明的前方明場照明光源，前方明場照明光源為安裝于數(shù)字顯微鏡物鏡前端的環(huán)形光源，環(huán)形光源的軸線與數(shù)字顯微鏡物鏡的主光軸同軸。在上述工業(yè)相機(jī)的鏡頭前端外側(cè)和在環(huán)形光源的外側(cè)皆安裝了保護(hù)鏡。
上述工業(yè)相機(jī)和數(shù)字顯微鏡采用上下布局或水平布局。進(jìn)行刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置的在線標(biāo)定依據(jù)機(jī)床主軸的具體運(yùn)動方式，使標(biāo)定靶物分別與刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置形成相對運(yùn)動，構(gòu)成虛擬的空間三維標(biāo)定靶物，在每個(gè)位置獲取標(biāo)定靶物的圖像數(shù)據(jù)，通過標(biāo)定靶物的空間三維點(diǎn)和標(biāo)定靶物的圖像上特征點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，獲取刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置分別相對于機(jī)床主軸坐標(biāo)系的空間位置和姿態(tài)。上述標(biāo)定靶物上的特征圖案為圓環(huán)或角點(diǎn)。上述刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置的一體設(shè)備外圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括殼體、 蓋板以及裝置基座，設(shè)備外圍護(hù)結(jié)構(gòu)使設(shè)備整體形成凹形結(jié)構(gòu)，凹形結(jié)構(gòu)的下凹空間形成回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測的工作空間，在凹形結(jié)構(gòu)內(nèi)凹的一側(cè)凸臺的內(nèi)表面安裝漫反射背光光源，在另一側(cè)凸臺的殼體內(nèi)部安裝刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)和振動傳感器，并于該另一側(cè)凸臺的內(nèi)側(cè)面的殼體上設(shè)有工業(yè)相機(jī)鏡頭和數(shù)字顯微鏡物鏡對應(yīng)的透孔。上述回轉(zhuǎn)體刀具為銑刀或鉆頭。上述工業(yè)相機(jī)和數(shù)字顯微鏡采用上下布局，并分別通過裝置支架的下連接座、上連接塊與裝置基座固定連接。作為本發(fā)明的技術(shù)方案的改進(jìn)，上述殼體內(nèi)部設(shè)置高壓氣體通道和吹氣口進(jìn)行防護(hù)，殼體外設(shè)置整體防護(hù)罩。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)
1.實(shí)現(xiàn)了一種較為理想的回轉(zhuǎn)體刀具狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該檢測裝置能適用于整個(gè)加工周期，不需要主軸停轉(zhuǎn)，對加工前后、切削間隙和切削過程中刀具狀態(tài)的變化都能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測；
2.能靈敏地反映刀具逐漸磨損的情況，也能對刀具破損作出迅速響應(yīng)，能靈活地用于不同加工工序和工件類型；不干涉切削過程，可以在車間環(huán)境下使用；
3.檢測刀具磨損時(shí)，無需主軸停轉(zhuǎn)和人工輔助，能夠在刀具旋轉(zhuǎn)的情況下，自動定位切削刃的位置并檢測其磨損狀態(tài)，能夠方便地集成在數(shù)控加工工藝過程中；
4.該技術(shù)具有通用性，普遍適用于各種類型和尺寸的回轉(zhuǎn)體刀具，如銑刀或鉆頭。也適用于不同類型的數(shù)控機(jī)床或加工中心。5.保證加工過程的可靠性，使得生產(chǎn)中廣泛使用的回轉(zhuǎn)體刀具得到合理利用，降低生產(chǎn)成本，提高加工效率，減少對刀具金屬材料的消耗，節(jié)約自然資源，具有重要意義。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例一在線自動檢測裝置的外部輪廓結(jié)構(gòu)簡圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例一在線自動檢測裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例一在線自動檢測裝置的內(nèi)部局部結(jié)構(gòu)分解示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例一在線自動檢測裝置的標(biāo)定靶物結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下 實(shí)施例一
參見圖1 圖4，一種回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，包括裝置基座 8、刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)和刀具磨損警報(bào)系統(tǒng)，裝置基座8固定安裝在回轉(zhuǎn)體刀具的機(jī)床的工作臺上，刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)通過裝置支架固定安裝于裝置基座8上，刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)為面陣型圖像傳感器系統(tǒng)，刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)信號輸出端與集中控制系統(tǒng)的信號接收端連接，集中控制系的報(bào)警指令信號輸出端與刀具磨損警報(bào)系統(tǒng)的信號接收端信號連接，其特征在于還包括振動傳感器3或聲發(fā)射傳感器，振動傳感器3或聲發(fā)射傳感器的信號輸出端與集中控制系統(tǒng)的信號接收端信號連接，進(jìn)而在切削過程中監(jiān)測刀具的破損狀態(tài)，刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)包括刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置，刀具整體測量裝置采集整體刀具的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定刀具切削刃的位置及姿態(tài)，切削刃局部測量裝置加工前、后和切削間隙采集切削刃磨損區(qū)局部細(xì)節(jié)圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)而檢測刀具的磨破損狀態(tài)，回轉(zhuǎn)體刀具的機(jī)床主軸裝有標(biāo)定靶物13，在進(jìn)行測量前，要先進(jìn)行刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置的在線標(biāo)定。該檢測裝置能在刀具旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，對刀具整個(gè)使用周期內(nèi)，包括加工前，切削過程中和加工后對刀具磨破損狀態(tài)進(jìn)行自動檢測。保證加工過程的可靠性，使得生產(chǎn)中廣泛使用的回轉(zhuǎn)體刀具得到合理利用，降低生產(chǎn)成本，提高加工效率，減少對刀具金屬材料的消耗，節(jié)約自然資源，具有重要意義。在本實(shí)施例中，參見圖1 圖3，刀具整體測量裝置包括工業(yè)相機(jī)1和漫反射背光光源5，漫反射背光光源5正對工業(yè)相機(jī)1的鏡頭設(shè)置，其二者之間的間距空間形成回轉(zhuǎn)體刀具的檢測作業(yè)空間區(qū)域，漫反射背光光源5通過背光光源支撐座7固定安裝于裝置基座8 上，工業(yè)相機(jī)1的鏡頭能接收到漫反射背光光源5發(fā)出的均勻柔光；切削刃局部測量裝置包括數(shù)字顯微鏡2和漫反射背光光源5，漫反射背光光源5也正對數(shù)字顯微鏡2的物鏡設(shè)置， 其二者之間的間距空間也形成回轉(zhuǎn)體刀具的檢測作業(yè)空間區(qū)域，工業(yè)相機(jī)1鏡頭主光軸和數(shù)字顯微鏡2物鏡的主光軸保持空間平行。在加工前、后和加工間隙，工業(yè)相機(jī)1使用背光漫反射光源5對刀具進(jìn)行整體測量，確定刀具切削刃的位置及姿態(tài)，而數(shù)字顯微鏡2利用前方明場照明光源對切削刃進(jìn)行局部測量，檢測出刀具的磨破損狀態(tài)，在切削過程中，根據(jù)振動傳感器3的信號監(jiān)測刀具的破損。背光漫反射光源5通過背光光源支撐座7安裝在裝置基座8上，刀具移動到工業(yè)相機(jī)1或數(shù)字顯微鏡2與背光漫反射光源5之間，進(jìn)行磨損測量時(shí)刀具位于背光漫反射光源5和工業(yè)相機(jī)1的中間位置，工業(yè)相機(jī)1可以接收到背光漫反射光源5，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下完成磨損檢測，而破損檢測則在刀具切削過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行。本實(shí)施例在線自動檢測裝置實(shí)現(xiàn)了在刀具旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，對刀具整個(gè)使用周期內(nèi)，包括加工前，切削過程中和加工后對刀具磨破損狀態(tài)進(jìn)行自動檢測，并普遍適用于各種類型的回轉(zhuǎn)體刀具。 本實(shí)施例自動檢測裝置實(shí)現(xiàn)了一種較為理想的回轉(zhuǎn)體刀具狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該檢測裝置能適用于整個(gè)加工周期，不需要主軸停轉(zhuǎn)，對加工前后、切削間隙和切削過程中刀具狀態(tài)的變化都能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。能靈敏地反映刀具逐漸磨損的情況，也能對刀具破損作出迅速響應(yīng)，能靈活地用于不同加工工序和工件類型；不干涉切削過程，可以在車間環(huán)境下使用。本發(fā)明的技術(shù)原理如下
回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測的原理結(jié)合了直接檢測法和間接檢測法的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了各自方法的不足?；趫D像的直接測量，測量精度高，但不能在切削過程中使用，因此被用于在加工前后和切削的間歇精確測量微量的刀具磨損。采用振動信號的間接測量，能夠檢測切削過程中刀具狀態(tài)的變化，但精度低，易受噪聲影響，因此被用于在切削過程中實(shí)時(shí)檢測刀具破損等大的失效情況。結(jié)合直接檢測和間接檢測，從而構(gòu)成了一種能在整個(gè)加工周期對刀具的磨破損狀況進(jìn)行在線自動檢測的系統(tǒng)。在加工前后和加工間歇自動檢測切削刃磨損的原理如下
在刀具旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，基于先整體后局部測量的思想，采用了雙相機(jī)結(jié)構(gòu)，工業(yè)相機(jī)1使用大視場短焦距鏡頭，用于刀具的整體測量，而數(shù)字顯微鏡2，用于刀具磨損區(qū)的局部細(xì)節(jié)測量。在切削加工前或一道工序完成后，首先把刀具移動到工業(yè)相機(jī)1與背光漫反射光源5 之間，打開漫反射背光光源5，采集旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下刀具的視頻，根據(jù)圖像序列提取刀具輪廓曲線，計(jì)算刀具旋轉(zhuǎn)形成的最大掃掠體的三維模型，以此模型為基礎(chǔ)，識別和跟蹤切削刃，并計(jì)算其轉(zhuǎn)動的角度位置。然后，通過分析刀具掃掠體的母線，提取刀尖位置，從而把刀尖精確移動到數(shù)碼顯微鏡2前，根據(jù)刀具的旋轉(zhuǎn)速度或主軸角度編碼器的信息，當(dāng)?shù)毒咿D(zhuǎn)到合適的角度時(shí)，使切削刃磨損區(qū)進(jìn)入數(shù)字顯微鏡2的視場，以合適的快門速度拍攝前刀面或后刀面的磨損區(qū)圖像，通過圖像分割算法對磨損區(qū)進(jìn)行自動分析，測量計(jì)算出刀具的磨損狀態(tài)。在切削過程中自動檢測刀具破損的原理如下
實(shí)時(shí)采集振動傳感器3的信號，根據(jù)振動幅值判斷刀具是否發(fā)生了破損或折斷，如果檢測到振動幅值超過事先設(shè)定的閾值，則立刻發(fā)出報(bào)警信號，以便及時(shí)中止加工過程更換刀具，可采用聲發(fā)射傳感器等其他間接測量方式代替振動傳感器3。在本實(shí)施例中，參見圖3，切削刃局部測量裝置還包括為數(shù)字顯微鏡2的物鏡輔助照明的前方明場照明光源，前方明場照明光源為安裝于數(shù)字顯微鏡2物鏡前端的環(huán)形光源 4，環(huán)形光源4的軸線與數(shù)字顯微鏡2物鏡的主光軸同軸。前方明場照明光源同軸安裝在數(shù)字顯微鏡2的前端，為數(shù)字顯微鏡2提供輔助照明，在環(huán)形光源4的輔助下，以合適的快門速度拍攝前刀面或后刀面的磨損區(qū)圖像，通過圖像分割算法對磨損區(qū)進(jìn)行自動分析，測量計(jì)算出刀具的磨損狀態(tài)。環(huán)形光源4可以保證數(shù)字顯微鏡2獲取刀具局部圖像的質(zhì)量，方便數(shù)字顯微鏡2利用環(huán)形光源4對切削刃進(jìn)行局部精細(xì)測量，顯著提高裝置在線檢測精度。在本實(shí)施例中，參見圖1和圖3，在工業(yè)相機(jī)1的鏡頭前端外側(cè)和在環(huán)形光源4的外側(cè)皆安裝了保護(hù)鏡6。在工業(yè)相機(jī)1和環(huán)形光源4外側(cè)的殼體上分別同軸安裝了保護(hù)鏡 6，可以保護(hù)工業(yè)相機(jī)1的鏡頭和數(shù)字顯微鏡2的物鏡不被污染，保證設(shè)備工作的穩(wěn)定性。在本實(shí)施例中，參見圖1 圖3，工業(yè)相機(jī)1和數(shù)字顯微鏡2采用上下布局或水平布局。工業(yè)相機(jī)1和數(shù)字顯微鏡2的相互位置可以對調(diào)，可以根據(jù)不同的機(jī)床結(jié)構(gòu)類型采用多種設(shè)備空間布局形式，提高本發(fā)明的適用性。在本實(shí)施例中，進(jìn)行刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置的在線標(biāo)定依據(jù)機(jī)床主軸的具體運(yùn)動方式，使標(biāo)定靶物13分別與刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置形成相對運(yùn)動，構(gòu)成虛擬的空間三維標(biāo)定靶物，在每個(gè)位置獲取標(biāo)定靶物13的圖像數(shù)據(jù)， 通過標(biāo)定靶物13的空間三維點(diǎn)和標(biāo)定靶物13的圖像上特征點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，獲取刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置分別相對于機(jī)床主軸坐標(biāo)系的空間位置和姿態(tài)。標(biāo)定靶物 13用于工業(yè)相機(jī)1和顯微鏡2的標(biāo)定。在進(jìn)行測量前，要先進(jìn)行工業(yè)相機(jī)1和數(shù)字顯微鏡 2的在線標(biāo)定，以獲得相機(jī)的光學(xué)參數(shù)，并確定兩個(gè)相機(jī)相對于機(jī)床運(yùn)動坐標(biāo)系的的位置和姿態(tài)。圖4為標(biāo)定靶物13的結(jié)構(gòu)圖，可裝在主軸上，通過橢圓檢測算法在圖像上提取圓環(huán)中心，做為標(biāo)定靶物13的特征點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)相機(jī)2和顯微鏡2的標(biāo)定。在本實(shí)施例中，參見圖4，標(biāo)定靶物13上的特征圖案為圓環(huán)或角點(diǎn)。標(biāo)定靶物12 上的特征圖案可以采用多種圖案，其中圓環(huán)或角點(diǎn)圖案方便進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算和建立模型。在本實(shí)施例中，參見圖2，刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置的一體設(shè)備外圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括殼體11、蓋板12以及裝置基座8，設(shè)備外圍護(hù)結(jié)構(gòu)使設(shè)備整體形成凹形結(jié)構(gòu)， 凹形結(jié)構(gòu)的下凹空間形成回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測的工作空間，在凹形結(jié)構(gòu)內(nèi)凹的一側(cè)凸臺的內(nèi)表面安裝漫反射背光光源5，在另一側(cè)凸臺的殼體11內(nèi)部安裝刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)和振動傳感器3，并于該另一側(cè)凸臺的內(nèi)側(cè)面的殼體11上設(shè)有工業(yè)相機(jī)1 鏡頭和數(shù)字顯微鏡2物鏡對應(yīng)的透孔。工業(yè)相機(jī)1和數(shù)字顯微鏡2安裝在設(shè)備外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一側(cè)，振動傳感器3安裝在殼體11內(nèi)部，工業(yè)相機(jī)1和數(shù)字顯微鏡2分別通過裝置支架固定在殼體11的內(nèi)部，殼體11可以更好地保障各設(shè)備穩(wěn)定工作，提高設(shè)備的使用壽命。
在本實(shí)施例中，回轉(zhuǎn)體刀具為銑刀或鉆頭。本實(shí)施例技術(shù)方案具有通用性，普遍適用于各種類型和尺寸的回轉(zhuǎn)體刀具，如銑刀或鉆頭，也適用于不同類型的數(shù)控機(jī)床或加工中心。在本實(shí)施例中，參見圖1 圖3，工業(yè)相機(jī)1和數(shù)字顯微鏡2采用上下布局，并分別通過裝置支架的下連接座9、上連接塊10與裝置基座8固定連接。工業(yè)相機(jī)1和數(shù)字顯微鏡2分別通過上連接塊10和下連接座9固定，保障設(shè)備工作的穩(wěn)定性。實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于
實(shí)施例一中的殼體11內(nèi)部設(shè)置高壓氣體通道和吹氣口進(jìn)行防護(hù)，殼體11外設(shè)置整體防護(hù)罩，通過吹氣保護(hù)和外設(shè)整體防護(hù)罩可以更加有效保護(hù)檢測設(shè)備組件，提高裝置的工作壽命和檢測精度。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思， 都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，包括裝置基座(8)、刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)和刀具磨損警報(bào)系統(tǒng)，所述裝置基座(8)固定安裝在回轉(zhuǎn)體刀具的機(jī)床的工作臺上，所述刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)通過裝置支架固定安裝于所述裝置基座(8)上， 所述刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)為面陣型圖像傳感器系統(tǒng)，所述刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)信號輸出端與所述集中控制系統(tǒng)的信號接收端連接，所述集中控制系統(tǒng)的報(bào)警指令信號輸出端與所述刀具磨損警報(bào)系統(tǒng)的信號接收端信號連接，其特征在于還包括振動傳感器(3)或聲發(fā)射傳感器，所述振動傳感器(3)或聲發(fā)射傳感器的信號輸出端與所述集中控制系統(tǒng)的信號接收端信號連接，進(jìn)而在切削過程中監(jiān)測刀具的破損狀態(tài)，所述刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)包括刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置，所述刀具整體測量裝置采集整體刀具的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定刀具切削刃的位置及姿態(tài)，所述切削刃局部測量裝置在加工前、后和切削間隙采集切削刃磨損區(qū)局部細(xì)節(jié)圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)而檢測刀具的磨破損狀態(tài)，回轉(zhuǎn)體刀具的機(jī)床主軸裝有標(biāo)定靶物(13)，在進(jìn)行測量前，要先進(jìn)行刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置的在線標(biāo)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，其特征在于所述刀具整體測量裝置包括工業(yè)相機(jī)(1)和漫反射背光光源(5)，所述漫反射背光光源(5)正對所述工業(yè)相機(jī)(1)的鏡頭設(shè)置，其二者之間的間距空間形成回轉(zhuǎn)體刀具的檢測作業(yè)空間區(qū)域，所述漫反射背光光源(5 )通過背光光源支撐座(7 )固定安裝于所述裝置基座(8 ) 上，所述工業(yè)相機(jī)(1)的鏡頭能接收到所述漫反射背光光源(5)發(fā)出的均勻柔光；所述切削刃局部測量裝置包括數(shù)字顯微鏡(2)和所述漫反射背光光源(5)所述漫反射背光光源(5)也正對所述數(shù)字顯微鏡(2)的物鏡設(shè)置，其二者之間的間距空間也形成回轉(zhuǎn)體刀具的檢測作業(yè)空間區(qū)域，所述工業(yè)相機(jī)(1)鏡頭主光軸和所述數(shù)字顯微鏡(2)物鏡的主光軸保持空間平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，其特征在于所述切削刃局部測量裝置還包括為所述數(shù)字顯微鏡(2)的物鏡輔助照明的前方明場照明光源，所述前方明場照明光源為安裝于所述數(shù)字顯微鏡(2)物鏡前端的環(huán)形光源(4)，所述環(huán)形光源(4)的軸線與所述數(shù)字顯微鏡(2)物鏡的主光軸同軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，其特征在于在所述工業(yè)相機(jī)(1)的鏡頭前端外側(cè)和在所述環(huán)形光源(4)的外側(cè)皆安裝了保護(hù)鏡(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2 4中任意一項(xiàng)所述的回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，其特征在于所述工業(yè)相機(jī)(1)和所述數(shù)字顯微鏡(2)采用上下布局或水平布局。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，其特征在于進(jìn)行刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置的在線標(biāo)定依據(jù)機(jī)床主軸的具體運(yùn)動方式，使所述標(biāo)定靶物(13)分別與所述刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置形成相對運(yùn)動，構(gòu)成虛擬的空間三維標(biāo)定靶物，在每個(gè)位置獲取所述標(biāo)定靶物(13)的圖像數(shù)據(jù)，通過所述標(biāo)定靶物(13)的空間三維點(diǎn)和所述標(biāo)定靶物(13)的圖像上特征點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，獲取所述刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置分別相對于所述機(jī)床主軸坐標(biāo)系的空間位置和姿態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，其特征在于所述標(biāo)定靶物(13)上的特征圖案為圓環(huán)或角點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，其特征在于所述刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置的一體設(shè)備外圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括殼體(11)、 蓋板(12)以及所述裝置基座(8)，所述設(shè)備外圍護(hù)結(jié)構(gòu)使設(shè)備整體形成凹形結(jié)構(gòu)，凹形結(jié)構(gòu)的下凹空間形成回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測的工作空間，在凹形結(jié)構(gòu)內(nèi)凹的一側(cè)凸臺的內(nèi)表面安裝所述漫反射背光光源(5)，在所述另一側(cè)凸臺的所述殼體(11) 內(nèi)部安裝所述刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)和所述振動傳感器(3)，并于該另一側(cè)凸臺的內(nèi)側(cè)面的所述殼體(11)上設(shè)有所述工業(yè)相機(jī)(1)鏡頭和所述數(shù)字顯微鏡(2)物鏡對應(yīng)的透孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，其特征在于所述殼體(11)內(nèi)部設(shè)置高壓氣體通道和吹氣口進(jìn)行防護(hù)，所述殼體(11)外設(shè)置整體防護(hù)罩。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，其特征在于所述回轉(zhuǎn)體刀具為銑刀或鉆頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，其特征在于所述工業(yè)相機(jī)(1)和所述數(shù)字顯微鏡(2 )采用上下布局，并分別通過所述裝置支架的下連接座(9 )、上連接塊(10 )與所述裝置基座(8 )固定連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種回轉(zhuǎn)體刀具全加工周期磨破損在線自動檢測裝置，包括裝置基座、刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)和刀具磨損警報(bào)系統(tǒng)，刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)為面陣型圖像傳感器系統(tǒng)，刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)和刀具磨損警報(bào)系統(tǒng)與集中控制系統(tǒng)信號連接，本發(fā)明在線自動檢測裝置還包括振動傳感器或聲發(fā)射傳感器，進(jìn)而在切削過程中監(jiān)測刀具的破損狀態(tài)，刀具光學(xué)檢測系統(tǒng)包括刀具整體測量裝置和切削刃局部測量裝置，可確定刀具切削刃的位置、姿態(tài)和磨破損狀態(tài)，回轉(zhuǎn)體刀具的機(jī)床主軸裝有標(biāo)定靶物。該檢測裝置能在刀具旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，對刀具整個(gè)使用周期內(nèi)，包括加工前，切削過程中和加工后對刀具磨破損狀態(tài)進(jìn)行自動檢測。
文檔編號B23Q17/24GK102528561SQ201210046768
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者張曦, 李來維, 程祥 申請人:上海大學(xué)