[发明专利]一种旋转刀具前后刀面逐齿磨损检测仪及其检测方法

权利要求书

1.一种旋转刀具前后刀面逐齿磨损检测仪，其特征在于，包括：检测仪、数据处理控制器以及刀具数据服务器；

所述检测仪和所述数据处理控制器通过信号线缆连接；所述数据处理控制器还分别与CNC控制器以及所述刀具数据服务器相连接；所述检测仪内设有45度反射镜、远心镜头、倾斜光源以及前向光源，利用所述远心镜头、倾斜光源以及所述前向光源对刀具进行成像，在刀具旋转过程中获取刀具图像序列；所述刀具图像序列包括第一刀具图像序列以及第二刀具图像序列；所述第一刀具图像序列包括在不同旋转角度下拍摄的每个刀齿后刀面和刀槽的图像；所述第二刀具图像序列包括在不同旋转角度下拍摄的每个刀齿前刀面和刀槽的图像；所述数据处理控制器利用45度反射镜对成像光路进行90度转向，基于灰度响应检测原理，根据所述刀具图像序列，直接在机自动逐齿获取和分析旋转刀具前刀面的磨损图像以及旋转刀具后刀面的磨损图像；所述前向光源用于在成像时提供前向照明；所述倾斜光源用于在成像时提供斜向照明；

所述检测仪具体包括：防护壳体、相机模组、远心镜头、45度反射镜、窗口镜、气动柱塞以及光纤传感器；

所述光纤传感器包括光纤传感器发射端以及光纤传感器接收端；所述防护壳体为凹型防护壳体；所述凹型防护壳体的第一侧腔内设有相机模组、远心镜头、45度反射镜、窗口镜、气动柱塞以及所述光纤传感器发射端；所述防护壳体的第二侧腔内设有所述光纤传感器接收端；所述光纤传感器发射端与所述光纤传感器接收端以所述刀具为中心对称设置；所述前向光源设于所述第一侧腔内；所述倾斜光源设于所述凹型防护壳体第一拐角处，且所述倾斜光源倾斜放置于所述第一侧腔的外部；

所述远心镜头设于所述相机模组的镜头接口上，所述远心镜头的轴线与所述刀具的轴线平行；所述相机模组以及所述远心镜头用于获取旋转刀具的平行投影图像；所述45度反射镜设于所述远心镜头的上部；所述45度反射镜用于对成像光路进行90度转向；所述窗口镜设于所述45度反射镜的反射端；所述窗口镜用于对所述相机模组、所述远心镜头以及所述45度反射镜进行密封；所述气动柱塞与所述窗口镜在同一成像光路上，所述气动柱塞的轴线与窗口镜平面的法向垂直，所述气动柱塞用于控制所述相机模组采集刀具图像以及防护所述成像光路；

所述检测仪还包括：清洁喷嘴；

所述清洁喷嘴设于所述凹型防护壳体的凹槽区域的表面；所述刀具与所述清洁喷嘴相对应；所述清洁喷嘴用于在成像前对所述刀具进行清洁，去除所述刀具上残留的切屑和切削液；

所述数据处理控制器具体包括：计算模块、光源控制模块以及气路控制模块；

所述计算模块、所述光源控制模块和所述气路控制模块通过所述信号线缆依次连接；所述计算模块还与所述CNC控制器相连接；所述计算模块以及所述光源控制模块还分别与所述信号线缆相连接；所述计算模块通过车间局域网与所述刀具数据服务器相连接；

所述检测仪还包括：清洁气管、柱塞气管以及正压防护气管；

所述清洁气管用于连接所述清洁喷嘴以及所述气路控制模块；

所述柱塞气管用于连接所述气动柱塞以及所述气路控制模块；

所述正压防护气管用于连接所述成像光路中的高压气体以及所述气路控制模块；

所述旋转刀具前后刀面逐齿磨损检测仪的检测方法为：

第一步，旋转刀具前后刀面逐齿磨损检测仪上电后，计算模块中的内核程序自启动并处于等待测量状态，气动柱塞处在常闭状态，正气压防护始终开启；

第二步，在数控加工NC主程序中以子程序调用方式运行测量宏程序，在调用所述测量宏程序时传递参数；所述参数包括刀具的名义直径、刀具齿数和磨损检测的轴向位置；

第三步，所述测量宏程序控制刀具移动至检测起点，所述检测起点是用户指定的固定位置，位于检测仪上部；在测量宏程序的控制下，刀具继续从检测起点下降至壳体中间的凹型测量区域；在刀具下降过程中，刀具端部会先遮挡光纤传感器发射端发出的激光束，在光纤传感器接收端产生一个阶跃触发信号，所述阶跃触发信号被发送给数控机床的CNC控制器，触发测量宏程序运行G31跳转指令，根据所述G31跳转指令刀具不再继续下降，宏程序把第一宏变量置为1；

第四步，内核程序查询第一宏变量的值，如果所述第一宏变量的值为1，则气路控制模块通过清洁气管开启清洁喷嘴，通过喷出高压气流清洁刀具；否则继续等待；

第五步，测量宏程序把刀具移动至高倍率远心镜头视场前的后刀面检测点，所述后刀面检测点相对于镜头聚焦点距远离镜头方向偏置一个半径距离，使得后刀面处于聚焦位置；同时，测量宏程序把第二宏变量置为1；

第六步，内核程序查询第二宏变量的值，如果所述第二宏变量为1，则刀具已到达后刀面磨损检测点，则内核程序打开相机模组，同时通过光源控制模块打开倾斜光源以及前向光源，否则继续清洁刀具；

第七步，气路控制模块通过清洁气管关闭清洁喷嘴，并通过柱塞气管打开气动柱塞，在刀具旋转过程中相机模组通过高倍率远心镜头获取刀具的第一刀具图像序列，并对所述第一刀具图像序列进行处理；所述第一刀具图像序列包括在不同旋转角度下拍摄的每个刀齿后刀面和刀槽的图像；拍摄完毕后，内核程序把第三宏变量置为1；

第八步，如果测量宏程序检测到第三宏变量的值为1，则控制刀具到达前刀面检测点，即沿垂直主轴轴线并平行于工作台的方向横向移动刀具半径的距离，使得刀具前刀面处于聚焦位置，并把第四宏变量置为1；

第九步，如果内核程序检测到第四宏变量的值为1，则在刀具旋转过程中相机模组通过高倍率远心镜头获取旋转刀具的第二刀具图像序列，并对所述第二刀具图像序列进行处理；所述第二刀具图像序列包括在不同旋转角度下拍摄的每个刀齿前刀面和刀槽的图像；拍摄完毕后，关闭相机模组，气路控制模块通过柱塞气管关闭气动柱塞，光源控制器关闭所述倾斜光源以及所述前向光源，并把第五宏变量置为1；

第十步，如果测量宏程序检测到第五宏变量的值为1，则控制刀具返回检测起点。