[发明专利]微型铣刀在线自动对刀与破损检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械加工检测装置，尤其是涉及一种铣刀自动对刀与破损检测装置。

背景技术

微细铣削是超精密加工的重要方法，能够灵活地加工具有三维微尺寸的结构，微型铣刀是微细铣削加工系统的关键部分。

在进行微细铣削加工前，需要确定刀具的长度和半径偏置以便于对刀，目前在微纳米铣削加工中心上，通常运用基于遮挡原理的激光对刀系统，由于微型铣刀的尺寸大大减小，光线的衍射使得测量精度大大降低，因此测量结果的重复性差，可靠性低。

此外，由于微型刀具的刚性差，易产生破损，在加工中需要检测刀具的破损状态，目前主要采用扫描电镜或工具显微镜等进行离线观测，缺乏在线观察微型铣刀并进行自动破损检测的方法和装置，因此无法防止在机床上由于刀具破损而对加工表面造成的破坏以及几何精度的降低。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于提供一种微型铣刀在线自动对刀与破损检测装置，该检测装置能够在刀具旋转的状态下，自动测量刀具的半径和长度偏置，并对微型铣刀的破损状况进行检测。

为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种微型铣刀在线自动对刀与破损检测装置，包括壳体、装置基座、刀具光学检测系统、集中控制系统和刀具磨损警报系统，装置基座固定安装在刀具的机床的工作台上，刀具光学检测系统安装于壳体和装置基座形成的设备腔体内，刀具光学检测系统通过装置支架固定安装于装置基座上，刀具光学检测系统为面阵型图像传感器系统，刀具光学检测系统的图像数据信号输出端与集中控制系统的信号接收端连接，集中控制系统的报警指令信号输出端与刀具磨损警报系统的信号接收端信号连接，壳体形成凹形轮廓结构，凹形轮廓结构的下凹空间形成微型铣刀在线自动对刀与破损检测的工作空间，刀具光学检测系统包括刀具径向测量装置和刀具端部测量装置，刀具径向测量装置沿刀具径向采集切削刃磨损区局部细节图像数据，实现自动对刀和破损检测，刀具端部测量装置沿刀具轴向采集切削刃磨损区局部细节图像数据，辅助检测刀具的破损状况，刀具的机床主轴装有标定靶物，在进行测量前，要先进行刀具径向测量装置和刀具端部测量装置的在线标定。

上述刀具径向测量装置和刀具端部测量装置皆为数字显微镜，刀具径向测量装置为第一数字显微镜，刀具端部测量装置为第二数字显微镜，第一数字显微镜的物镜沿刀具径向设置，第二数字显微镜的物镜沿沿刀具轴向面向刀具端部设置，两台数字显微镜的物镜主光轴处于空间同一平面上并互相垂直，第一数字显微镜在壳体形成凹形轮廓结构的凹槽的一侧的设备空间内，在凹槽相对的另一侧面上设有漫反射背光光源，漫反射背光光源通过装置支架固定安装于装置基座上，第一数字显微镜的物镜透过壳体上开设的窗口与漫反射背光光源相对应，第一数字显微镜的物镜能接收到漫反射背光光源发出的均匀柔光，第二数字显微镜设置于壳体形成凹形轮廓结构的凹槽底部，壳体在第二数字显微镜的物镜正面开设窗口，第一数字显微镜、第二数字显微镜和漫反射背光光源之间的间距空间形成刀具的检测作业空间区域，也即为壳体形成凹形轮廓结构所构造的空间区域。

上述两台数字显微镜皆具有为其物镜辅助照明的前方明场照明光源，前方明场照明光源为安装于两台数字显微镜的物镜前端的环形光源，环形光源的轴线分别与两台数字显微镜的物镜的主光轴同轴。

上述在两台数字显微镜的环形光源的外侧皆安装了保护镜。

在进行刀具径向测量装置和刀具端部测量装置的在线标定时，依据机床主轴的具体运动方式，使标定靶物分别与刀具径向测量装置和刀具端部测量装置形成相对运动，构成虚拟的空间三维标定靶物，在每个位置获取标定靶物的图像数据，通过标定靶物的空间三维点和标定靶物的图像上特征点的对应关系，获取刀具径向测量装置和刀具端部测量装置分别相对于机床主轴坐标系的空间位置和姿态。

上述标定靶物上的特征图案为圆环或角点。

作为本发明的技术方案的改进，在每个上述保护镜的外侧皆设置有喷吹高压气体的吹气口，在壳体外部设置有高压气体进气管，高压气体进气管通过设置于壳体内部的高压气体通道与吹气口连通。

作为本发明的技术方案的进一步改进，上述壳体外设置整体防护罩。

作为本发明的技术方案的又一种改进，上述漫反射背光光源为频闪光源。

作为本发明的技术方案的还有一种改进，上述环形光源也为频闪光源。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 实现了能够在线检测微型刀具的手段和装置；