[发明专利]一种金刚石刀具在位检测与定位装置

说明书

技术领域

本发明属于超精密加工领域，具体涉及一种金刚石刀具在位检测与定位装置。

背景技术

金刚石刀具是实现超精密加工的重要因素，其工作参数的精确测定是进行工艺参数优化和提高加工精度的前提条件。与其设计参数不同，金刚石刀具的工作参数必须在超精密机床上进行在位检测才能获得。此外，金刚石刀具必须精确安装到与机床主轴重合的高度上，并进行水平面内的精确定位，才能保证加工过程中金刚石刀具与机床主轴的相对位置控制，从而提高加工精度和表面质量。

目前国外商品化超精密机床上采用LVDT对刀系统实现了金刚石刀具的定位功能和刀尖圆弧半径等基本参数的在位检测，LVDT对刀系统是一种接触式的刀具检测与定位系统，可以实现较大半径圆弧刃金刚石刀具的精确定位和圆弧半径检测，对于尖刃金刚石刀具，无法测量其工作参数，尤其是对于加工微结构用的专用微刀具，接触式测量过程容易对刀具造成损伤。此外，国外商品化超精密机床上也已经出现了非接触式测量的光学对刀系统。国内超精密切削加工中除了直接引进上述国外商品化的对刀设备外，在自行研制的超精密机床上基本以试切法进行刀具定位，该方法不仅耗时耗力，对操作者技艺要求较高，而且无法进行刀具工作参数的在位检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种金刚石刀具在位检测与定位装置，以实现金刚石刀具几何参数、表面及轮廓缺陷检测及其在机床坐标系XZ平面内的定位。

本发明的一种金刚石刀具在位检测与定位装置，包括光学支架、光学系统、微调及锁紧机构、工控机；微调及锁紧机构固定安装在光学支架上，光学系统固定安装在微调及锁紧机构的转接板上，沿滑轨上下运动；所述的微调及锁紧机构包括螺杆固定架、微调螺杆、滑轨、转接板、锁紧螺钉、锁紧片，螺杆固定架、滑轨、锁紧片均与光学支架固定连接，光学系统安装在微调及锁紧机构的转接板上，微调螺杆与螺杆固定架固定连接，微调螺杆端部与转接板的侧边地面接触，锁紧螺钉穿过锁紧片安装在转接板的侧面；光学系统包括CCD传感器、反射光源、光源支架、镜头，CCD传感器与镜头上端采用螺纹连接，光源支架固定套装在镜头中部，反射光源固定安装在光源支架的侧面，并与镜头保持平行；工控机采用网线与CCD传感器连接，安装上位机软件，上位机软件接收CCD传感器的图像数据并进行数据处理，可以实现金刚石刀具特征识别、坐标位置检测、数据输入输出功能。

所述的金刚石刀具在位检测与定位装置，按照如下操作流程实现金刚石刀具的在位检测和定位：1）金刚石刀具固定安装在超精密机床刀架上；2）利用LVDT电感测微仪调整金刚石刀具至标定位置；3）移动超精密车床X、Z导轨，把金刚石刀具置于光学系统的成像范围内，旋转微调螺杆使光学系统沿竖直方向运动，同时调节反射光源的亮度，直至在上位机软件中获得清晰图像，拧紧锁紧螺钉；5）移动超精密机床X导轨，使金刚石刀具在成像范围内沿直线移动，上位机软件分别在不同位置采集刀尖点位置，并记录其坐标，采集数据点数大于3个；6）上位机软件利用上述数据点拟合直线并建立图像坐标系；7）根据金刚石刀具的光学图像进行刀具表面及轮廓缺陷、刀具几何参数的在位检测；8）在软件中输入当前机床坐标，上位机软件计算给出金刚石刀具的在机床坐标系内的坐标，实现刀具定位。

所述的金刚石刀具在位检测与定位装置，光学系统采用500万像素CCD传感器，镜头为定焦镜头，具备10倍、15倍和20倍三个放大倍数，反射光源为蓝色LED冷光源，光学系统的成像分辨率小于0.5mm，根据镜头方法倍数的不同，最高分辨率可达0.16mm。

所述的金刚石刀具在位检测与定位装置，在超精密机床上金刚石刀具的定位精度优于1mm。