[发明专利]一种微径铣刀高精度对刀装置及对刀方法

说明书

一种微径铣刀高精度对刀装置及对刀方法，属于机械自动化技术领域，该装置包括：激光器、微径铣刀、电主轴、CCD芯片、X向高精度滑台、Y向高精度滑台、Z向高精度滑台、图像信号处理单元、电机控制单元、激光器控制单元和计算机主控单元；本发明实现了微径铣刀在XY平面内任意位置的Z方向高精度对刀，利用激光同轴全息成像技术和超分辨率图像重构技术实现对刀间隙的自动测量，防止了在传统试切时，铣刀与工件接触引起变形造成的误差，也同时避免了在图像测量中因铣刀和工件不在同一图像成像面内所带来的景深误差。本发明成本低廉、操作简单、可在有限的工作空间内分布式安装，适用于微小铣床的对刀高精度对刀、普通铣床和数控铣床。

技术领域

本发明属于机械自动化技术领域，具体涉及一种微径铣刀高精度对刀装置及其对刀方法。

背景技术

在高速微细铣削加工过程中，对刀精度直接影响工件表面的面形精度和加工质量。由于目前所用的铣刀直径越来越小，对微铣床的对刀精度要求越来越高，稍有不慎，会导致刀具破损折断。现有的对刀方法有试切法对刀、激光直射对刀仪、激光衍射法对刀、图像法对刀等，试切法对刀对于高速加工中的微径铣刀尤其是以下的铣刀，容易产生由工件表面变形导致的对刀精度降低、容易误撞刀造成刀具的破损或折断等，并且对微铣床及其操作人员要求较高；激光直射式对刀仪精度有限，对于微径铣刀容易产生误判，其对刀精度取决于传感器精度，要满足对刀的高精度要求，其价格十分昂贵。激光衍射法对刀需要刀具和工件平面产生微小间隙，需要进行铣刀Z方向微调，直到产生明显的衍射条纹，对于机床整体要求偏高。图像法对刀需要刀具和工件的端面是在同一景深内，只能实现工件侧边对刀，并且精度有限。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种微径铣刀对刀装置及对刀方法，该方法不需对工件进行试切，通过激光同轴全息成像方法和超分辨率图像重构技术，可以避免因成像景深的问题造成的图像测量不准确，保证微径铣刀在XY平面内任意位置的Z方向高精度对刀。本发明中的对刀装置可以分布式安装，能更好提高微铣床的工作空间利用率。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种微径铣刀高精度对刀装置，该装置包括：该装置包括：激光器、微径铣刀、电主轴、CCD芯片、X向高精度滑台、Y向高精度滑台、Z向高精度滑台、第一暗箱、第二暗箱、图像信号处理单元、电机控制单元、和计算机主控单元；计算机主控单元分别对图像信号处理单元、电机控制单元和激光器控制单元发送指令；电机控制单元控制Z向高精度滑台通过电主轴带动微径铣刀靠近工件端面；激光器控制单元控制激光器发出激光，从第一暗箱出射后，打到微径铣刀和工件上；带有微径铣刀和工件信息的激光进入第二暗箱，电机控制单元控制X向高精度滑台和Y向高精度滑台确定CCD芯片的位置，保证微径铣刀的刀刃部分和工件的上表面处于CCD芯片视场内；并把X向高精度滑台、Y向高精度滑台和Z向高精度滑台各自的位移量传送回计算机主控单元；计算机主控单元控制图像信号处理单元采集并处理CCD芯片的图像后，图像信号处理单元把图像信息传送给计算机主控单元。

一种微径铣刀高精度对刀方法，，该方法包括如下步骤：

步骤一：通过计算机主控单元控制Z向高精度滑台移动，通过电主轴使微径铣刀靠近工件端面，并处于CCD芯片成像范围内；

步骤二：通过计算机主控单元控制激光器控制单元打开激光器，控制X向高精度滑台和Y向高精度滑台带动CCD芯片执行亚像素位移移动；

步骤三：通过计算机主控单元控制图像信号处理单元采集四幅亚像素错位全息图像，并对四幅图像执行图像超分辨率重构，生成一副4倍原始图像大小的高分辨率的全息图像；

步骤四：设定CCD芯片聚焦窗口、再现距离范围和搜索距离间隔，采用卷积法对高分辨率全息图像中的窗口位置进行不同再现距离的全息图再现；设置再现距离计算CCD芯片聚焦窗口内的清晰度评价值，获得清晰度评价值最大的再现图像；