[發(fā)明專利]基于激光掃描共聚焦技術(shù)的數(shù)控刀具刃口測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410040986.5
• 申請(qǐng)日: 2014-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN103791836A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋樹權(quán);左敦穩(wěn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)量技術(shù)，尤其是一種非接觸式刀具刃口測(cè)量技術(shù)，具體地說(shuō)是一種基于激光掃描共聚焦技術(shù)的數(shù)控刀具刃口測(cè)量方法。

背景技術(shù)

眾所周知，刀具在刃磨后，刃口會(huì)存在不同程度的微觀缺陷，這些微觀缺陷最終會(huì)影響刀具的切削性能。因此，在刀具刃磨后一般采用鈍化的方式對(duì)刃口進(jìn)一步處理。刃口鈍化時(shí)，刃形以及刃口參數(shù)的選擇至關(guān)重要。目前，常用的刃形有負(fù)倒棱、倒圓以及兩者混合。負(fù)倒棱參數(shù)以及倒圓半徑會(huì)對(duì)切削力、切削溫度、刀具壽命和加工表面質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。

評(píng)判刀具刃口對(duì)加工過(guò)程的影響，首先要對(duì)刃口進(jìn)行測(cè)量和表征。刀具刃口的精確測(cè)量較困難，現(xiàn)有的測(cè)量方法主要有光切法、投影法、復(fù)印法以及掃描電鏡觀察法等。其中光切法采用光切顯微鏡，測(cè)量繁瑣且不太精確；投影法對(duì)刃口截形進(jìn)行投影放大，再用密切圓測(cè)量，只能測(cè)量較大的半徑值，結(jié)果也不太準(zhǔn)確；復(fù)印法是一種間接測(cè)量方法，會(huì)受到嵌樣、研磨等過(guò)程的影響，帶來(lái)測(cè)量誤差；掃描電鏡觀察的精度較高，但須截取刃口斷面，是一種破壞式測(cè)量方法。

激光共焦掃描顯微鏡（LSCM）克服了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡把被觀察物體一定縱深范圍的結(jié)構(gòu)都加以成像的缺點(diǎn)，只對(duì)處于焦面的結(jié)構(gòu)成像，避免了其余部分的影響，精度較高。激光共焦掃描顯微鏡成像時(shí)，把物體分為若干光學(xué)斷層，逐層掃描成像，層與層之間有高的縱深分辨率，成像圖像清晰。LSCM是一種理想的三維顯微成像系統(tǒng)，可用于刀具刃口的非破壞式精密測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有刀具刃口測(cè)量方法的精度不高和經(jīng)濟(jì)性不好等問(wèn)題，發(fā)明一種基于激光掃描共聚焦技術(shù)的刀具刃口測(cè)量方法，以提高刀刃測(cè)量精度，為刀具刃口的準(zhǔn)確表征及后續(xù)刃口作用機(jī)理研究提供條件。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于激光掃描共聚焦技術(shù)的數(shù)控刀具刃口測(cè)量方法，其特征是它包括它包括刀具刃口的預(yù)處理、刀具的安裝、刀具刃口數(shù)據(jù)的獲取和數(shù)據(jù)的后處理；

（1）所述的刀具刃口的預(yù)處理是指對(duì)刀具刃口進(jìn)行清潔，去除刃磨后的刀刃殘留碎屑，保證測(cè)量精度；

（2）所述的刀具的安裝是指刀具正確安裝到夾具上，保證刃口以及兩側(cè)前后刀面都有部分被能掃描到；

（3）所述的刀具刃口數(shù)據(jù)的獲取包括：

步驟一：對(duì)刀具刃口進(jìn)行定位并對(duì)焦；先選擇低倍物鏡，調(diào)節(jié)X向和Y向位置，將刀具移到觀察位置，調(diào)節(jié)焦點(diǎn)，直到在顯示器上可清晰看到刃口圖像；

步驟二：旋轉(zhuǎn)測(cè)量頭，根據(jù)實(shí)際測(cè)量范圍需要選擇高倍物鏡，采用自動(dòng)測(cè)量的方式，由控制器自動(dòng)調(diào)整鏡頭Z向位移，對(duì)刃口進(jìn)行分層掃描，獲取刃部的三維高度圖像；

（4）所述的數(shù)據(jù)的后處理包括以下步驟：

步驟一：數(shù)據(jù)平滑去噪；

步驟二：數(shù)據(jù)校準(zhǔn)；根據(jù)采集的高度數(shù)據(jù)，截取中間附近水平輪廓并計(jì)算出刀具的安裝傾角；

步驟三：截取處理后的刃口部分高度數(shù)據(jù)，進(jìn)行坐標(biāo)對(duì)齊，采用最小二乘法擬合刃口圓弧。

所述刀具刃口預(yù)處理是指在超聲振動(dòng)清洗機(jī)里加入丙酮試劑，將刀具放入其中清洗不少于10分鐘。

所述的安裝夾具包括角度量塊、定位塊、壓板、復(fù)位彈簧和緊固螺釘；所述角度量塊截面形狀是直角梯形，所述角度量塊的斜面角度θ由以下公式確定：

θ=(90°+α₀+γ₀)/2

式中α₀為刀具前角，γ₀為刀具后角；

控制誤差在±5°范圍內(nèi)，所述復(fù)位彈簧在未安裝刀具時(shí)處于自然狀態(tài)，安裝刀具后處于壓縮狀態(tài)。

所述顯微鏡是激光掃描共聚焦顯微鏡，綜合放大倍率最高為16000，高度測(cè)量分辨率不小于0.005um，測(cè)量光源為658nm紅色半導(dǎo)體激光；所述低倍物鏡是指10倍物鏡，高倍物鏡放大倍數(shù)為20、50或100倍物鏡。

所述數(shù)據(jù)平滑去噪采用加權(quán)平均的方法，平滑公式如下所示：