一种立铣刀线激光在机磨损状态检测实验台及检测方法转让专利
申请号 : CN202010234724.8
文献号 : CN111412839B
文献日 : 2021-08-31
发明人 : 杨利明 , 田颖 , 程赫 , 王文豪 , 邵文婷 , 王太勇
申请人 : 天津大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种立铣刀线激光在机磨损状态检测方法,其特征在于,包括下述步骤:(1)模拟立铣刀在机状态:启动电动旋转平台带动待检测立铣刀保持怠速转动,模拟铣床内立铣刀在加工完工件回到初始位置时的状态;
(2)标定测量的初始位置:控制线激光扫描测微仪进行点位运动寻找待检测立铣刀的空间位置,所述线激光扫描测微仪的线激光束垂直于待检测立铣刀的轴线,调整所述线激光扫描测微仪的位姿以及与所述待检测立铣刀的相对位置,快速标定测量的初始位置;
(3)获得初始位置的侧刃后刀面磨损量:使用所述线激光扫描测微仪扫描待检测立铣刀在初始位置的边缘位置并得到当前截面的线性激光遮光量,得到所述待检测立铣刀在当前截面的最大直径值,通过与未磨损状态下的立铣刀在当前截面的直径进行对比,获取所述待检测立铣刀当前截面侧刃的径向变化量,再换算成所述待检测立铣刀当前截面的侧刃后刀面磨损量;所述侧刃后刀面磨损量与径向变化量的关系为:其中,VB为待检测立铣刀侧刃后刀面磨损量;α为立铣刀侧刃的前角;γ为立铣刀侧刃的后角,β为立铣刀的螺旋角,△D为当前截面侧刃直径的变化量;△D/2为当前截面侧刃径向变化量;
(4)获得磨损区域侧刃后刀面磨损量:沿着待检测立铣刀的轴线方向移动所述线激光扫描测微仪,经过线激光扫描测微仪沿待检测立铣刀轴向切削深度范围内的多次位移进给,对待检测立铣刀磨损区域不同截面的边缘位置进行扫描,使用公式(1)进行计算,从而获得待检测立铣刀磨损区域不同截面的侧刃后刀面磨损量;
(5)通过对步骤(3)与(4)得到的不同截面的侧刃后刀面磨损量进行数据处理得到所述待检测立铣刀的磨损状态数据。
2.根据权利要求1所述的立铣刀线激光在机磨损状态检测方法,其特征在于,对步骤(3)、(4)获得的待检测立铣刀磨损区域不同截面的侧刃后刀面磨损量进行拟合并构建出待检测立铣刀侧刃磨损区域平面数值曲线图。
3.根据权利要求1所述的立铣刀线激光在机磨损状态检测方法,其特征在于,对步骤(3)、(4)获得的待检测立铣刀磨损区域不同截面的侧刃后刀面磨损量进行统计运算,得到的平均值即为后刀面平均磨损宽度VBave,得到的最大值即为后刀面最大磨损宽度VBmax;将各截面处的侧刃后刀面磨损量进行积分,即可得到侧刃后刀面磨损面积AVB。
4.一种实现权利要求1‑3中任一项所述的立铣刀线激光在机磨损状态检测方法的立铣刀线激光在机磨损状态检测实验台,其特征在于,包括检测控制与实现模块、三轴运动控制器、线激光扫描测微仪、侧姿调节气缸、电动旋转平台、立铣刀夹具及固定座;所述三轴运动控制器安装于所述固定座上;所述三轴运动控制器的执行端安装有所述侧姿调节气缸,所述侧姿调节气缸的执行端安装有所述线激光扫描测微仪;所述侧姿调节气缸用于调整所述线激光扫描测微仪与立铣刀的空间相对位置;与所述线激光扫描测微仪相对的位置设置有所述电动旋转平台,所述电动旋转平台的旋转台面上安装有所述立铣刀夹具;所述检测控制与实现模块分别与所述三轴运动控制器、侧姿调节气缸及线激光扫描测微仪连接,所述检测控制与实现模块通过控制所述三轴运动控制器及侧姿调节气缸的动作实现所述线激光扫描测微仪对立铣刀相对位置的调整,并实现对扫描初始位置的快速标定及所述线激光扫描测微仪的测量数据监测和获取;所述线激光扫描测微仪发出的线激光束沿被测立铣刀的轴线方向移动。
5.根据权利要求4所述的立铣刀线激光在机磨损状态检测实验台,其特征在于,所述三轴运动控制器包括X轴、Y轴和Z轴,所述X轴固定在所述固定座上,所述Y轴固定在所述X轴的执行端,所述X轴的执行端控制所述Y轴沿空间的X轴方向平移;所述Y轴的悬空端与所述固定座滑动连接,所述Z轴固定在所述Y轴的执行端,所述Y轴的执行端控制所述Z轴沿空间的Y轴方向平移;所述Z轴的执行端作为所述三轴运动控制器的执行端,带动所述侧姿调节气缸及线激光扫描测微仪沿空间的Z轴方向平移。
6.根据权利要求4或5所述的立铣刀线激光在机磨损状态检测实验台,其特征在于,还包括用于保证所述检测实验台上固定组件绝对水平的光学平台。
7.根据权利要求6所述的立铣刀线激光在机磨损状态检测实验台,其特征在于,所述固定座为方形,所述固定座的四个角部分别安装有底脚,所述底脚与所述光学平台固定连接。
8.根据权利要求6所述的立铣刀线激光在机磨损状态检测实验台,其特征在于,所述立铣刀夹具包括连接板、卡体、三个卡爪及调节转盘;所述卡体用于实现所述卡爪的周向限位及支撑,每个所述卡爪与所述调节转盘通过平面矩形螺纹连接,所述平面矩形螺纹的螺距相等;所述调节转盘通过所述连接板固定安装于所述电动旋转平台的旋转台面上。
说明书 :
一种立铣刀线激光在机磨损状态检测实验台及检测方法
技术领域
背景技术
刀具磨损状态的检测效率和精度的关注度逐年提高。伴随高效自动化生产和复杂生产线集
成的现代智能生产模式的需要,急需研究刀具磨损在机、高效的检测方法和技术。
简单,容易标定,定位精度和重复定位精度高等优点,在刀具磨损状态检测领域具有广阔的
应用潜力。
测铣刀的磨损状态信息。此类方法构建铣刀三维形貌过程复杂,运算较大,受测量环境光源
影响大,以及传感器标定困难等问题,不能及时获得铣刀的实时磨损状态,不适用于实际的
刀具寿命监测的应用场合中。
发明内容
运动控制器安装于所述固定座上;所述三轴运动控制器的执行端安装有所述侧姿调节气
缸,所述侧姿调节气缸的执行端安装有所述线激光扫描测微仪;所述侧姿调节气缸用于调
整所述线激光扫描测微仪与立铣刀的空间相对位置;与所述线激光扫描测微仪相对的位置
设置有所述电动旋转平台,所述电动旋转平台的旋转台面上安装有所述立铣刀夹具;所述
检测控制与实现模块分别与所述三轴运动控制器、侧姿调节气缸及线激光扫描测微仪连
接,所述检测控制与实现模块通过控制所述三轴运动控制器及侧姿调节气缸的动作实现所
述线激光扫描测微仪对立铣刀相对位置的调整,并实现对扫描初始位置的快速标定及所述
线激光扫描测微仪的测量数据监测和获取;所述线激光扫描测微仪发出的线激光束沿被测
立铣刀的轴线方向移动。
悬空端与所述固定座滑动连接,所述Z轴固定在所述Y轴的执行端,所述Y轴的执行端控制所
述Z轴沿空间的Y轴方向平移;所述Z轴的执行端作为所述三轴运动控制器的执行端,带动所
述侧姿调节气缸及线激光扫描测微仪沿空间的Z轴方向平移。
矩形螺纹的螺距相等;所述调节转盘通过所述连接板固定安装于所述电动旋转平台的旋转
台面上。
线激光扫描测微仪的位姿以及与所述待检测立铣刀的相对位置,快速标定测量的初始位
置;
在当前截面的最大直径值,通过与未磨损状态下的立铣刀在当前截面的直径进行对比,获
取所述待检测立铣刀当前截面侧刃的径向变化量,再换算成所述待检测立铣刀当前截面的
侧刃后刀面磨损量;所述侧刃后刀面磨损量与径向变化量的关系为:
刃径向变化量;
进给,对待检测立铣刀磨损区域不同截面的边缘位置进行扫描,使用公式(1)进行计算,从
而获得待检测立铣刀磨损区域不同截面的侧刃后刀面磨损量;
损宽度VBmax;将各截面处的侧刃后刀面磨损量进行积分,即可得到侧刃后刀面磨损面积AVB。
化了检测流程,实现检测效率和效果的双向提升。而且,容易标定,定位精度和重复定位精
度高,能够实现快速、精准的立铣刀磨损检测。
机立铣刀磨损检测。
铣刀测量夹持的同时,还有着很高的定心精度和重复定位精度,满足了激光检测实验所需
要的高精度要求。
附图说明
具体实施方式
6、立铣刀夹具7及固定座10;立铣刀8安装在立铣刀夹具7上。所述三轴运动控制器1安装于
所述固定座10上。所述三轴运动控制器1的执行端安装有所述侧姿调节气缸3,所述侧姿调
节气缸3的执行端安装有所述线激光扫描测微仪2。所述侧姿调节气缸3用于调整所述线激
光扫描测微仪1与立铣刀8的空间相对位置。与所述线激光扫描测微仪2相对的位置设置有
所述电动旋转平台6,所述电动旋转平台6的旋转台面上安装有所述立铣刀夹具7,电动旋转
平台6带动立铣刀夹具7及立铣刀8保持怠速转动,模拟铣床内立铣刀在加工完工件回到初
始位置时的状态。所述检测控制与实现模块分别与所述三轴运动控制器1、侧姿调节气缸3
及线激光扫描测微仪2连接,所述检测控制与实现模块通过控制所述三轴运动控制器1及侧
姿调节气缸3的动作实现所述线激光扫描测微仪2对立铣刀8相对位置的调整,并实现对扫
描初始位置的快速标定及所述线激光扫描测微仪2的测量数据监测和获取;所述线激光扫
描测微仪2发出的线激光束沿被测立铣刀的轴线方向移动。所述检测控制与实现模块可以
采用PC机。
所述Y轴1‑2沿空间的X轴方向平移;所述Y轴1‑2的悬空端通过滑块4和导轨5与所述固定座
10滑动连接,以保证Y轴1‑2在运动过程的稳定性,防止发生抖动。所述Z轴1‑3固定在所述Y
轴1‑2的执行端,所述Y轴1‑2的执行端控制所述Z轴1‑3沿空间的Y轴方向平移;所述Z轴1‑3
的执行端作为所述三轴运动控制器1的执行端,带动所述侧姿调节气缸3及线激光扫描测微
仪2沿空间的Z轴方向平移。
调节转盘16通过平面矩形螺纹连接,所述平面矩形螺纹的螺距相等。所述卡体13上设置有
注油孔14。所述调节转盘16通过所述连接板12固定安装于所述电动旋转平台6的旋转台面
上。转动调节转盘16时,通过调节转盘16内部平面矩形螺纹与三个卡爪15底部螺纹的传动,
带动三块卡爪15同时趋近或离散。因为平面矩形螺纹螺距相等,所以三个卡爪15运动距离
相等,有自动定心作用。此夹具是在原有的三爪卡盘的基础上加以改进,较三爪卡盘省去了
一个锥齿轮传动环节。因此这种轻、薄的夹具更适合工件测量夹持,可以在适应多种直径、
不同数目切削刃的立铣刀测量夹持的同时,还有着很高的定心精度和重复定位精度,以此
来满足激光检测实验所需要的高精度要求。
述线激光扫描测微仪2的位姿以及与所述待检测立铣刀8的相对位置,快速标定测量的初始
位置;
刀8在当前截面的最大直径值,通过与未磨损状态下的立铣刀在当前截面的直径进行对比,
获取所述待检测立铣刀当前截面侧刃的径向变化量,再换算成所述待检测立铣刀当前截面
的侧刃后刀面磨损量;所述侧刃后刀面磨损量与径向变化量的关系示意图如图3所示,关系
式为:
刃径向变化量;
进给,对待检测立铣刀磨损区域不同截面的边缘位置进行扫描,参照步骤(4)的方法利用公
式(1)获得待检测立铣刀磨损区域不同截面的侧刃后刀面磨损量。
VBmax;将各截面处的侧刃后刀面磨损量进行积分,即可得到侧刃后刀面磨损面积AVB。
后续过程获得更完善的VB值变化曲线,确保立铣刀侧刃磨损量的检测精度。
包括立铣刀随停工作状态、启停工况下铣刀与传感器的空间相对位置等。本发明的在机的
在机立铣刀磨损状态检测实验台结构简单、标定方便、定位与重复定位精度高、非接触式测
量,便于实现自动化和无线传输等,提高工厂生产效率。
也应视为本发明的保护范围。