[發明專利]一種金剛石刀具在位檢測與定位裝置

在審

• 申請號: 201510041181.7
• 申請日: 2015-01-28
• 公開（公告）號: CN104647140A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 李國;朱瑞;童維超;黃燕華;陶洋;劉峰
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09;B23Q17/24;B23Q16/00
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

技術領域

本發明屬于超精密加工領域，具體涉及一種金剛石刀具在位檢測與定位裝置。

背景技術

金剛石刀具是實現超精密加工的重要因素，其工作參數的精確測定是進行工藝參數優化和提高加工精度的前提條件。與其設計參數不同，金剛石刀具的工作參數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量。

目前國外商品化超精密機床上采用LVDT對刀系統實現了金剛石刀具的定位功能和刀尖圓弧半徑等基本參數的在位檢測，LVDT對刀系統是一種接觸式的刀具檢測與定位系統，可以實現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，尤其是對于加工微結構用的專用微刀具，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出現了非接觸式測量的光學對刀系統。國內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的在位檢測。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種金剛石刀具在位檢測與定位裝置，以實現金剛石刀具幾何參數、表面及輪廓缺陷檢測及其在機床坐標系XZ平面內的定位。

本發明的一種金剛石刀具在位檢測與定位裝置，包括光學支架、光學系統、微調及鎖緊機構、工控機；微調及鎖緊機構固定安裝在光學支架上，光學系統固定安裝在微調及鎖緊機構的轉接板上，沿滑軌上下運動；所述的微調及鎖緊機構包括螺桿固定架、微調螺桿、滑軌、轉接板、鎖緊螺釘、鎖緊片，螺桿固定架、滑軌、鎖緊片均與光學支架固定連接，光學系統安裝在微調及鎖緊機構的轉接板上，微調螺桿與螺桿固定架固定連接，微調螺桿端部與轉接板的側邊地面接觸，鎖緊螺釘穿過鎖緊片安裝在轉接板的側面；光學系統包括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面，并與鏡頭保持平行；工控機采用網線與CCD傳感器連接，安裝上位機軟件，上位機軟件接收CCD傳感器的圖像數據并進行數據處理，可以實現金剛石刀具特征識別、坐標位置檢測、數據輸入輸出功能。

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金剛石刀具的在位檢測和定位：1）金剛石刀具固定安裝在超精密機床刀架上；2）利用LVDT電感測微儀調整金剛石刀具至標定位置；3）移動超精密車床X、Z導軌，把金剛石刀具置于光學系統的成像范圍內，旋轉微調螺桿使光學系統沿豎直方向運動，同時調節反射光源的亮度，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導軌，使金剛石刀具在成像范圍內沿直線移動，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，采集數據點數大于3個；6）上位機軟件利用上述數據點擬合直線并建立圖像坐標系；7）根據金剛石刀具的光學圖像進行刀具表面及輪廓缺陷、刀具幾何參數的在位檢測；8）在軟件中輸入當前機床坐標，上位機軟件計算給出金剛石刀具的在機床坐標系內的坐標，實現刀具定位。

所述的金剛石刀具在位檢測與定位裝置，光學系統采用500萬像素CCD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，反射光源為藍色LED冷光源，光學系統的成像分辨率小于0.5mm，根據鏡頭方法倍數的不同，最高分辨率可達0.16mm。

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于1mm。