[发明专利]基于变焦测量的圆弧刃车刀几何参数三维检测系统及方法

说明书

基于变焦测量的圆弧刃车刀几何参数三维检测系统及方法，载物台上方由下至上沿光路依次设置有物镜、线性位移台、分光棱镜、第二透镜和CCD相机，分光棱镜的入射光路上由内向外设置有第一透镜和单色光光源，物镜的外侧套有环形光源，CCD相机和线性位移台的信号输入输出端分别连接计算机。本发明使用干涉物镜测量平面镜，调节载物台至CCD相机图像中干涉条纹为一条以下，使载物台与系统光轴垂直；本发明能够有效去除因样品不规则或杂质而形成的无效像素点；能够去除三维数据中的异常像素点；实现刀尖轮廓中圆弧数据与直线数据的分割；最终能够在单次测量中获取多种几何参数，且提取几何参数不受测量角度的影响，有较好的测量重复性。

技术领域

本发明涉及一种圆弧刃车刀几何参数的三维检测。特别是涉及一种基于变焦测量的圆弧刃车刀几何参数三维检测系统及方法。

背景技术

光学自由曲面元件能够使光学系统具备更加灵活、优异的特性，在各个领域都有广泛应用，圆弧刃车刀实现超精切削是加工自由曲面较有效的方法。由于工件表面与切削刃间的交互作用，车刀的几何参数直接影响加工表面的形状精度和表面形貌，其几何参数主要包括刀尖圆弧轮廓参数、角度参数以及前刀面的表面粗糙度等。刀尖轮廓直接和加工工件有交互作用，影响工件形状精度和表面形貌；后角可以表征车刀的锋利程度，同时表明后刀面对于切削后工件表面的挤压和摩擦作用；前角也会影响车刀的锋利程度，同时，前刀面的表面粗糙度会影响切屑形成和流出过程。所以无论是车刀出厂时的参数检测还是发生磨损后对车刀进行研磨修整，准确获取几何参数至关重要。

目前测量圆弧刃车刀几何参数的方法主要为机器视觉法，基本操作是对图片进行二值化和边缘提取，再对提取的轮廓进行圆弧拟合，主要用于测量刀尖轮廓参数，但是该方法存在重复性不高，无法同时获取多个参数等限制。而三维测量方法由于不受测量角度的影响，可以获得很好的重复性，并能够在单次测量中获取多个几何参数，但圆弧刃车刀前刀面与后刀面间的斜率较大，一些三维测量方法存在最大测量角度的限制。变焦测量方法一种光学的表面形貌测量方法，既有传统的光学方法无损特点，又有其特有的快速测量、可实现大斜率面测量的特点，适用于圆弧刃车刀三维测量及几何参数提取。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以有效测量圆弧刃车刀刀尖三维数据，并能够在单次测量中获取多种几何参数的基于变焦测量的圆弧刃车刀几何参数三维检测系统及方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于变焦测量的圆弧刃车刀几何参数三维检测系统，包括有用于支撑圆弧刃车刀的载物台，所述载物台上方由下至上沿光路依次设置有物镜、线性位移台、分光棱镜、第二透镜和CCD相机，所述分光棱镜的入射光路上由内向外设置有第一透镜和单色光光源，所述物镜的外侧套有环形光源，所述CCD相机和线性位移台的信号输入输出端分别连接计算机。

当测量刀尖图像时，所述的圆弧刃车刀是通过用于夹持圆弧刃车刀的刀具夹具而固定在所述载物台上；所述刀具夹具包括有：用于固定在所述载物台上的转接板，固定在所述转接板上的滑轨，所述滑轨上能够滑动且对称的设置有用于夹住圆弧刃车刀的第一动卡盘和第二动卡盘，所述滑轨的两端分别设置有用于防止所述第一动卡盘和第二动卡盘滑出滑轨的第一挡片和第二挡片。

一种基于变焦测量的圆弧刃车刀几何参数三维检测系统的检测方法，包括如下步骤：

1)分别获取圆弧刃车刀的前刀面图像序列和刀尖图像序列；

2)使用聚焦评价函数分别计算前刀面图像序列和刀尖图像序列中每个像素点的聚焦评价函数值，并去除因样品不规则或杂质而形成的无效像素点；

3)使用高斯插值方法得到有效像素点的聚焦评价函数最大值的位置，再滤除异常像素点，分别得到最终圆弧刃车刀的前刀面三维数据和刀尖三维数据；

4)对前刀面三维数据进行最小二乘平面拟合，拟合得到的平面与垂直光轴的平面间的夹角为前角γ，前刀面三维数据去除面形影响后，计算得到前刀面表面粗糙度S_a；