一種金剛石刀具在位檢測與定位裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超精密加工領(lǐng)域，具體涉及一種金剛石刀具在位檢測與定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]金剛石刀具是實現(xiàn)超精密加工的重要因素，其工作參數(shù)的精確測定是進行工藝參數(shù)優(yōu)化和提高加工精度的前提條件。與其設(shè)計參數(shù)不同，金剛石刀具的工作參數(shù)必須在超精密機床上進行在位檢測才能獲得。此外，金剛石刀具必須精確安裝到與機床主軸重合的高度上，并進行水平面內(nèi)的精確定位，才能保證加工過程中金剛石刀具與機床主軸的相對位置控制，從而提高加工精度和表面質(zhì)量。
[0003]目前國外商品化超精密機床上采用LVDT對刀系統(tǒng)實現(xiàn)了金剛石刀具的定位功能和刀尖圓弧半徑等基本參數(shù)的在位檢測，LVDT對刀系統(tǒng)是一種接觸式的刀具檢測與定位系統(tǒng)，可以實現(xiàn)較大半徑圓弧刃金剛石刀具的精確定位和圓弧半徑檢測，對于尖刃金剛石刀具，無法測量其工作參數(shù)，尤其是對于加工微結(jié)構(gòu)用的專用微刀具，接觸式測量過程容易對刀具造成損傷。此外，國外商品化超精密機床上也已經(jīng)出現(xiàn)了非接觸式測量的光學(xué)對刀系統(tǒng)。國內(nèi)超精密切削加工中除了直接引進上述國外商品化的對刀設(shè)備外，在自行研制的超精密機床上基本以試切法進行刀具定位，該方法不僅耗時耗力，對操作者技藝要求較高，而且無法進行刀具工作參數(shù)的在位檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種金剛石刀具在位檢測與定位裝置，以實現(xiàn)金剛石刀具幾何參數(shù)、表面及輪廓缺陷檢測及其在機床坐標(biāo)系XZ平面內(nèi)的定位。
[0005]本發(fā)明的一種金剛石刀具在位檢測與定位裝置，包括光學(xué)支架、光學(xué)系統(tǒng)、微調(diào)及鎖緊機構(gòu)、工控機；微調(diào)及鎖緊機構(gòu)固定安裝在光學(xué)支架上，光學(xué)系統(tǒng)固定安裝在微調(diào)及鎖緊機構(gòu)的轉(zhuǎn)接板上，沿滑軌上下運動；所述的微調(diào)及鎖緊機構(gòu)包括螺桿固定架、微調(diào)螺桿、滑軌、轉(zhuǎn)接板、鎖緊螺釘、鎖緊片，螺桿固定架、滑軌、鎖緊片均與光學(xué)支架固定連接，光學(xué)系統(tǒng)安裝在微調(diào)及鎖緊機構(gòu)的轉(zhuǎn)接板上，微調(diào)螺桿與螺桿固定架固定連接，微調(diào)螺桿端部與轉(zhuǎn)接板的側(cè)邊地面接觸，鎖緊螺釘穿過鎖緊片安裝在轉(zhuǎn)接板的側(cè)面；光學(xué)系統(tǒng)包括CCD傳感器、反射光源、光源支架、鏡頭，CCD傳感器與鏡頭上端采用螺紋連接，光源支架固定套裝在鏡頭中部，反射光源固定安裝在光源支架的側(cè)面，并與鏡頭保持平行；工控機采用網(wǎng)線與CCD傳感器連接，安裝上位機軟件，上位機軟件接收CCD傳感器的圖像數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理，可以實現(xiàn)金剛石刀具特征識別、坐標(biāo)位置檢測、數(shù)據(jù)輸入輸出功能。
[0006]所述的金剛石刀具在位檢測與定位裝置，按照如下操作流程實現(xiàn)金剛石刀具的在位檢測和定位:I)金剛石刀具固定安裝在超精密機床刀架上；2)利用LVDT電感測微儀調(diào)整金剛石刀具至標(biāo)定位置；3)移動超精密車床X、Z導(dǎo)軌，把金剛石刀具置于光學(xué)系統(tǒng)的成像范圍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)微調(diào)螺桿使光學(xué)系統(tǒng)沿豎直方向運動，同時調(diào)節(jié)反射光源的亮度，直至在上位機軟件中獲得清晰圖像，擰緊鎖緊螺釘；5)移動超精密機床X導(dǎo)軌，使金剛石刀具在成像范圍內(nèi)沿直線移動，上位機軟件分別在不同位置采集刀尖點位置，并記錄其坐標(biāo)，采集數(shù)據(jù)點數(shù)大于3個；6)上位機軟件利用上述數(shù)據(jù)點擬合直線并建立圖像坐標(biāo)系；7)根據(jù)金剛石刀具的光學(xué)圖像進行刀具表面及輪廓缺陷、刀具幾何參數(shù)的在位檢測；8)在軟件中輸入當(dāng)前機床坐標(biāo)，上位機軟件計算給出金剛石刀具的在機床坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)，實現(xiàn)刀具定位。
[0007]所述的金剛石刀具在位檢測與定位裝置，光學(xué)系統(tǒng)采用500萬像素CXD傳感器，鏡頭為定焦鏡頭，具備10倍、15倍和20倍三個放大倍數(shù)，反射光源為藍色LED冷光源，光學(xué)系統(tǒng)的成像分辨率小于0.5_，根據(jù)鏡頭方法倍數(shù)的不同，最高分辨率可達0.16_。
[0008]所述的金剛石刀具在位檢測與定位裝置，在超精密機床上金剛石刀具的定位精度優(yōu)于1mm。
[0009]所述的金剛石刀具在位檢測與定位裝置，安裝在光學(xué)平臺上組成離線光學(xué)檢測裝置；所述的離線光學(xué)檢測裝置包括光學(xué)支架、光學(xué)系統(tǒng)、微調(diào)及鎖緊機構(gòu)、固定支架系統(tǒng)、二維載物臺、光學(xué)平臺、工控機，其連接關(guān)系是，光學(xué)支架固定安裝在固定支架系統(tǒng)的定位支架上，固定支架系統(tǒng)的固定底座固定安裝在光學(xué)平臺上，二維載物臺固定安裝在光學(xué)平臺上，二維載物臺中心的通光孔與光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭保持同軸。所述的固定支架系統(tǒng)包含固定部分和活動部分，固定部分包含固定底座、左L型塊、V型塊、右L型塊，活動部分包括右定位球、水平定位球、定位支架、透射光源、左定位球，其連接關(guān)系是，左L型塊、V型塊、右L型塊均固定安裝在固定底座側(cè)面上，左定位球、右定位球分別安裝在定位支架左右兩個定位架末端側(cè)面上，方向向下，水平定位球安裝在定位支架水平定位架末端端面上，透射光源固定安裝在定位支架的側(cè)面上，左L型塊與右L型塊處于同一高度上，V型塊處于左L型塊和右L型塊中間下方的位置，透射光源與光源光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭保持同軸。所述的光學(xué)支架、微調(diào)及鎖緊機構(gòu)、光學(xué)系統(tǒng)、工控機，其結(jié)構(gòu)和連接方式與前述一致。
[0010]所述的離線光學(xué)檢測裝置，按照如下操作流程實現(xiàn)金剛石刀具離線檢測功能:1)被測金剛石刀具放置在二維載物臺上，調(diào)節(jié)二維載物臺使被測金剛石刀具置于光學(xué)系統(tǒng)的成像范圍內(nèi)；2)旋轉(zhuǎn)微調(diào)螺桿使光學(xué)系統(tǒng)沿豎直方向運動，同時調(diào)節(jié)透射光源或者反射光源的亮度，直至在上位機軟件中獲得清晰圖像，擰緊鎖緊螺釘；3)上位機軟件獲得金剛石刀具的清晰圖像，利用該圖像進行刀具表面及輪廓缺陷、刀具幾何參數(shù)的離線檢測。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的金剛石刀具在位檢測與定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的微調(diào)及鎖緊機構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明的金剛石刀具離線檢測裝置示意圖；
圖5為本發(fā)明的固定支架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1.光學(xué)支架 2.微調(diào)及鎖緊機構(gòu)3.光學(xué)系統(tǒng)4.固定支架系統(tǒng) 5.二維載物臺 6.安裝臺 21螺桿固定架 22.微調(diào)螺桿 23.滑軌 24.轉(zhuǎn)接板 25.鎖緊螺釘 26.鎖緊片 31.CCD傳感器 32.反射光源 33.光源支架 34.鏡頭 41.固定底座 42.左L型塊 43.V型塊 44.右L型塊 45.右定位球 46.水平定位球47.定位支架48.透射光源 49.左定位球。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
本實例如圖1、圖2和圖3所示。
[0013]本發(fā)明提供的金剛石刀具在位檢測與定位裝置，包括光學(xué)支架1、微調(diào)及鎖緊機構(gòu)2、光學(xué)系統(tǒng)3、工控機，所述的微調(diào)及鎖緊機構(gòu)2固定安裝在光學(xué)支架I上，光學(xué)系統(tǒng)I固定安裝在微調(diào)及鎖緊機構(gòu)2的轉(zhuǎn)接板24上，沿滑軌23上下運動，如圖1所示。
[0014]所述的微調(diào)及鎖緊機構(gòu)2包括螺桿固定架21、微調(diào)螺桿22、滑軌23、轉(zhuǎn)接板24、鎖緊螺釘25、鎖緊片26，其連接關(guān)系是，螺桿固定架21、滑軌23、鎖緊片26均與光學(xué)支架I固定連接，光學(xué)系統(tǒng)3安裝在微調(diào)及鎖緊機構(gòu)2的轉(zhuǎn)接板24上，微調(diào)螺桿22與螺桿固定架21固定連接，微調(diào)螺桿22端部與