[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

说明书

本发明涉及一种旋转刀具前后刀面逐齿磨损检测仪及其检测方法。该旋转刀具前后刀面逐齿磨损检测仪包括：检测仪、数据处理控制器以及刀具数据服务器；检测仪和数据处理控制器通过信号线缆连接；数据处理控制器还分别与数控机床的CNC控制器以及所述刀具数据服务器相连接；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，在刀具旋转过程中获取刀具图像序列；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，根据刀具图像序列，直接在机自动逐齿获取和分析旋转刀具的前刀面和后刀面的磨损图像。采用本发明能够实现在旋转状态下对每个刀齿的前后刀面的磨损图像进行高效、精确地直接观测。

技术领域

本发明涉及旋转刀具磨损检测领域，特别是涉及一种旋转刀具前后刀面逐齿磨损检测仪及其检测方法。

背景技术

对回转体刀具进行在机检测涉及五个相互独立的功能，分别是：对刀、微细刀具的多视角检测、刀具跳动检测、前后刀面的逐齿磨损检测、全加工过程的实时监测，其中，前四个功能只能在加工前和加工后运行，而第五个功能可对数控加工全过程中的刀具状态进行实时监测，这五个功能相互独立，分别关注了刀具在机状态的某一特定属性。本文仅针对前后刀面逐齿磨损检测这一独立功能进行研究。

在数控加工中，刀具切削工件材料会导致其前后刀面发生磨损，影响刀具的切削性能和加工精度。为避免刀具磨损造成的加工质量问题、降低加工成本，有必要高效、高精度在机检测铣刀等回转体刀具的磨损状态，特别是能够直接获取每个刀齿前后刀面的磨损状况。目前存在三类刀具磨损在机检测技术，尚无法满足生产中大量使用的回转刀具如铣刀在线磨损检测的需求。这些技术方案的特点及存在的缺陷如下：

(1)间接测量法通过测量与刀具磨损内在相关的物理量如工作台振动、主轴电流、切削力、声发射等信号来推断刀具磨损，由于加工过程的复杂性和磨损过程的渐进性，间接测量法虽然能够在恶劣的加工环境的切削过程中实时地检测刀具磨损状况，但测量的灵敏度和精度不高，容易发生误报警或漏报警，此外测量系统对不同加工工艺条件的通用性不足，而且难以精确检测出单个刀齿的磨损情况。

(2)激光检测法基于激光遮挡的单点测量原理，可以在刀具旋转状态下通过其尺寸的变化推断刀具磨损，一方面为保证测量精度，刀具必须慢速往复运动趋近激光束才能精确检测刀具边缘的遮挡位置，测量效率很低；另一方面不能区分每个刀齿的磨损情况，也不能直接获取每个齿前后刀面的磨损图像。

(3)光学图像法通过图像对刀具磨损区进行观测，具有测量精度高、通用性好的优点，但要求主轴停转，需拆卸刀具离线检测或人工辅助在线测量，操作繁琐而费时，并造成生产停顿，大大影响了生产效率。回转体刀具磨损状态在机自动检测装置提出了采用双相机的3D视觉技术方案，可以在旋转状态下对回转体刀具前后刀面进行直接观测，但存在的缺陷是：一是双相机检测原理较为复杂，需要利用安装在主轴上的靶物通过机床运动形成虚拟空间三维标定靶物，进行相机坐标系与机床坐标系的精确标定，再根据回转体约束进行刀具最大扫掠体的三维建模，测量效率低、计算复杂，测量误差环节多，效率低。二是在逐齿检测时需要根据主轴速度或主轴角度编码器，对机床速度稳定性要求高，且大部分的数控机床主轴不配备角度编码器。三是还存在光路防护困难的问题，在实际加工环节中光学窗口镜非常容易污染，无法可靠工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转刀具前后刀面逐齿磨损检测仪及其检测方法，以解决现有的旋转刀具磨损测量方法存在的精度低、通用性不足和直接测量方法存在的测量效率低、计算过程复杂、对机床速度稳定性要求高、防护困难、的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种旋转刀具前后刀面逐齿磨损检测仪，包括：检测仪、数据处理控制器及刀具数据服务器；