本发明公开了一种基于反转形貌法的刀具磨损测量位移控制压入装置，包括位移传感器、PLC控制装置、数控系统、真空泵和真空吸盘；所述位移传感器包括信号发射器和信号接收器；所述信号发射器固定安装在刀具的刀柄处，所述信号接收器通过胶粘方式安装于软质金属表面。本发明通过位移控制刀具压入软质金属的深度。通过将磨损前和磨损后的刀具磨损部分复刻到软质金属上并使用表面轮廓测量设备进行测量，对比两次测量结果，进一步得出刀具的磨损量，特别适用于金刚石刀具的磨损检测。本发明通过位移控制压入深度可以很好的保证刀具磨损前后两次压印过程深度相同，刀具磨损部分完全复刻到软质金属，大大提高了检测过程的可信度，提高了检测精度。
1.一种基于反转形貌法的刀具磨损测量位移控制压入装置，其特征在于：包括位移传感器(1)、PLC控制装置(2)、数控系统(3)、真空泵(7)和真空吸盘(5)；所述PLC控制装置(2)和数控系统(3)为机床自带器件；所述位移传感器(1)、真空泵(7)和真空吸盘(5)为外加部件；
所述位移传感器(1)包括信号发射器和信号接收器；所述信号发射器固定安装在刀具的刀柄处，所述信号接收器通过胶粘方式安装于软质金属(10)表面；
所述信号发射器和信号接收器分别与PLC控制装置(2)连接，用于检测位移传感器(1)与软质金属(10)间的距离，并将距离信号传递给PLC控制装置(2)进行运算；所述PLC控制装置(2)在接收到位移传感器(1)的距离信号后，进行相关计算并将计算结果反馈至数控系统(3)，数控系统(3)根据反馈的数据控制刀具进给，以实现刀具按照固定位移压入软质金属(10)的目的；所述真空泵(7)通过真空吸气管(6)与真空吸盘(5)相连接，用于产生真空；所述真空吸盘(5)用于吸附并固定工件(4)和软质金属(10)，减少工件(4)由于夹持力而产生的形变；
所述刀具磨损测量位移控制压入装置的使用方法，包括以下步骤：第一步、选取软质金属(10)，对其表面进行研磨，以改善其表面粗糙度以及平面度，减小压印过程中因基材表面质量不满足要求而引起的误差；
第二步、将软质金属(10)和工件(4)同时吸附在真空吸盘(5)上；
第三步、设定机床运动参数，通过位移传感器(1)与PLC控制装置(2)，使刀具按照一定的位移运动，并且使刀具切削刃(9)缓慢压入软质金属(10)留下刀具压痕(8)，具体过程如下：
A、在距离刀具刀尖的距离db的位置安装位移传感器(1)的信号发射器并设定参数，在软质金属(10)的表面对应位置安装位移传感器(1)的信号接收器；
B、刀具压入行程开始之前，设定刀具压入软质金属(10)深度为d，位移传感器(1)距离刀尖的距离db，db＞＞d，测定出位移传感器(1)与软质金属(10)的距离为da，因此刀尖与软质金属(10)表面的距离dc＝da‑db；从而得压入过程中刀具运动的距离为dh＝dc+d；
C、刀具开始运动之后，位移传感器(1)作为信号源，测定的距离da'作为初始信号进入PLC控制装置(2)进行运算处理，刀具移动的距离s＝da‑da'，当刀具运动距离s达到设定dh值时，数控系统(3)接收到PLC控制装置(2)的停止信号，刀具停止运动；刀具按照原路径返回初始位置；
第四步、取下软质金属(10)，使用接触式表面轮廓测量仪对软质金属(10)上刀具压痕(8)轮廓进行测量；通过对磨损前后刀具的复刻形貌进行对比，得出刀具的磨损量。
2.根据权利要求1所述的一种基于反转形貌法的刀具磨损测量位移控制压入装置，其特征在于：对于不具备真空吸附功能的数控机床外设真空泵(7)及真空吸盘(5)。
3.根据权利要求1所述的一种基于反转形貌法的刀具磨损测量位移控制压入装置，其特征在于：所述位移传感器(1)为激光位移传感器。
一种基于反转形貌法的刀具磨损测量位移控制压入装置
技术领域
[0001] 本发明属于刀具磨损检测领域，尤其是涉及一种基于位移控制的高精度刀具磨损测量装置，主要应用于精密超精密加工刀具磨损检测。
背景技术
[0002] 超精密加工已经逐渐成为先进制造的前沿核心技术。在超精密加工中刀具的磨损会导致刀具切削性能变差，当刀具磨损超出许可范围后，切削力会迅速增大，切削温度会急
剧上升，从而会降低被加工工件的加工精度，增大工件的表面粗糙度，影响产品质量。因此
如何对刀具磨损进行检测，及时准确的检测刀具磨损情况是避免加工质量下降的最佳方
法。传统的刀具磨损检测技术存在测量效率低、测量精度低、测量过程复杂等缺点。中国专
利CN201510770249.5公开了一种刀具磨损检测仪，该检测仪是配合原子显微镜进行刀具磨
损检测，测量时需要多次拆卸刀具，无法做到在线检测，测量效率低；中国专利
CN202010408831.8公开了一种用于刀具在机磨损检测装置，依靠图像检测与信息处理进行
刀具磨损的检测，并且该装置依靠传统机械装夹方式，整体结构复杂标且检测精度不高，存
在在较大误差。
发明内容
[0003] 为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种测量效率高、测量精度高、测量方法简单的的基于反转形貌法的刀具磨损测量位移控制压入装置。
[0004] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于反转形貌法的刀具磨损测量位移控制压入装置，包括位移传感器、PLC控制装置、数控系统、真空泵和真空吸盘；所述
PLC控制装置和数控系统为机床自带器件；所述位移传感器、真空泵和真空吸盘为外加部
件。
[0005] 所述位移传感器包括信号发射器和信号接收器；所述信号发射器固定安装在刀具的刀柄处，所述信号接收器通过胶粘方式安装于软质金属表面；
[0006] 所述信号发射器和信号接收器分别与PLC控制装置连接，用于检测位移传感器与软质金属间的距离，并将距离信号传递给PLC控制装置进行运算；所述PLC控制装置在接收
到位移传感器的距离信号后，进行相关计算并将计算结果反馈至数控系统，数控系统根据
反馈的数据控制刀具进给，以实现刀具按照固定位移压入软质金属的目的；所述真空泵通
过真空吸气管与真空吸盘相连接，用于产生真空；所述真空吸盘用于吸附并固定工件和软
质金属，减少工件由于夹持力而产生的形变；
[0007] 所述刀具磨损测量位移控制压入装置的具体使用方法，包括以下步骤：
[0008] 第一步、选取软质金属，对其表面进行研磨，以改善其表面粗糙度以及平面度，减小压印过程中因基材表面质量不满足要求而引起的误差；
[0009] 第二步、将软质金属和工件同时吸附在真空吸盘上；
[0010] 第三步、设定机床运动参数，通过位移传感器与PLC控制装置，使刀具按照一定的位移运动，并且使刀具切削刃缓慢压入软质金属留下刀具压痕，具体过程如下：
[0011] A、在距离刀具刀尖的距离db的位置安装位移传感器的信号发射器并设定参数，在软质金属的表面对应位置安装位移传感器的信号接收器；
[0012] B、刀具压入行程开始之前，设定刀具压入软质金属深度为d，位移传感器距离刀尖的距离db，db＞＞d，测定出位移传感器与软质金属的距离为da，因此刀尖与软质金属表面的
距离dc＝da‑db；从而得压入过程中刀具运动的距离为dh＝dc+d；
[0013] C、刀具开始运动之后，位移传感器作为信号源，测定的距离da'作为初始信号进入PLC控制装置进行运算处理，刀具移动的距离s＝da‑da'，当刀具运动距离s达到设定dh值时，
数控系统接收到PLC控制装置的停止信号，刀具停止运动；刀具按照原路径返回初始位置；
[0014] 第四步、取下软质金属，使用接触式表面轮廓测量仪对软质金属上刀具压痕轮廓进行测量；通过对磨损前后刀具的复刻形貌进行对比，得出刀具的磨损量。
[0015] 进一步地，对于不具备真空吸附功能的数控机床外设真空泵及真空吸盘。
[0016] 进一步地，所述位移传感器为激光位移传感器。
[0017] 与现有技术相比较，本发明的有益效果有：
[0018] 1、本发明是一种基于反转形貌刀具磨损检测方法，工件和软质金属通过真空吸附于机床，并通过位移控制刀具压入软质金属的深度。反转形貌法通过将磨损前和磨损后的
刀具磨损部分复刻到软质金属上并使用表面轮廓测量设备进行测量，对比两次测量结果，
进一步得出刀具的磨损量，特别适用于金刚石刀具的磨损检测。
[0019] 2、本发明通过位移控制压入深度可以很好的保证刀具磨损前后两次压印过程深度相同，刀具磨损部分完全复刻到软质金属，大大提高了检测过程的可信度，提高了检测精
度。
[0020] 3、本发明的真空装夹方式可以有效避免机械装夹应力对于工件和软质金属的影响，消除了刀具压印过程中由于软质金属变形而带来的误差，提高了刀具复刻精度，有利于
实现高精度的检测。
[0021] 4、本发明采用位移传感器与数控机床内置PLC的配合使用，可以实现机床运动的精确控制。
[0022] 5、本发明结构简单，易于操作且测量精度较高。
附图说明
[0023] 图1是基于位移控制的铣床刀具磨损检测装置结构图；
[0024] 图2是基于位移控制的车床刀具磨损检测装置结构图；
[0025] 图3是装置操作步骤流程示意图；
[0026] 图4是压入深度控制原理示意图；
[0027] 图5是压入深度控制流程图。
[0028] 图中：1‑位移传感器；2‑PLC控制装置；3‑数控系统；4‑工件；5‑真空吸盘；6‑真空吸气管；7‑真空泵；8‑刀具压痕；9‑刀具切削刃；10‑软质金属。
具体实施方式
[0029] 下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，
本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于
本发明保护的范围。
[0030] 实施案例一：应用于数控铣床的刀具磨损检测的位移控制压入装置
[0031] 如图1、3‑5所示，本实施案例是应用于数控铣床的一种基于反转形貌法的刀具磨损测量位移控制压入装置。本装置是依附于机床原有的PLC控制装置2、数控系统3等结构，
通过加装位移传感器1、铣床用真空吸附夹具、真空泵7以及真空吸气管6来实现其功能。
[0032] 所述真空泵7通过真空吸气管6与铣床工作台上的真空吸盘5相连接，真空泵7可以通过调节真空程度以实现对于工件4和软质金属10的不同吸附力；所述铣床用真空吸盘5设
有气道及若干气孔，工作时需要根据吸附工件4的具体尺寸及重量合理布置吸附点，未使用
的气孔需要使用橡胶塞封闭。
[0033] 所述位移传感器1包括信号发射器、信号接收器。所述信号发射器设有螺纹孔，通过螺栓固定与铣刀刀柄处。所述信号接收器通过胶粘装夹与工件4表面。
[0034] 优选地，所述位移传感器1为激光位移传感器1，其工作原理是基于激光的反射效应来计算刀具与工件4之间的距离，使操作步骤更加方便快捷。
[0035] 所述数控车床内置PLC控制装置2与位移传感器1相连接。在接收到位移传感器1的电信号之后进行计算，判断刀具具体位置并反馈至机床数控系统3，由所述数控系统3根据
PLC控制装置2反馈的信息及时对刀具运动进行调整，保证刀具按照固定位移压入至软质金
属10。
[0036] 实施案例二：应用于数控车床的刀具磨损检测的位移控制压入装置
[0037] 如图2‑5所示，本实施案例是应用于数控车床的一种基于反转形貌法的刀具磨损测量位移控制压入装置。本装置是依附于机床原有的PLC控制装置2、数控系统3等结构，通
过加装位移传感器1、车床用真空吸附夹具、真空泵7以及真空吸气管6来实现其功能。
[0038] 所述真空吸盘5通过三爪卡盘装夹与数控机床主轴端；所述真空泵7通过真空吸气管6与所述真空吸盘5相连接；所述真空吸气管6经过数控车床主轴孔，通过旋转式快换接头
与真空吸盘5连接；所述真空泵7可以通过调节真空程度以实现对于工件4和软质金属10的
不同吸附力；所述车床用真空吸盘5设有气道及若干气孔，工作时需要根据吸附工件4的具
体尺寸及重量合理布置吸附点，未使用的气孔需要使用橡胶塞封闭。
[0039] 所述位移传感器1包括信号发射器、信号接收器。所述信号发射器设有螺纹孔，通过螺栓与铣刀刀柄处。所述信号接收器通过胶粘装夹与工件4表面。
[0040] 优选地，所述位移传感器1为激光位移传感器1，其工作原理是基于激光的反射效应来计算刀具与工件4之间的距离，使操作步骤更加方便快捷。
[0041] 所述数控铣床内置PLC控制装置2与位移传感器1相连接。在接收到位移传感器1的电信号之后进行计算，判断刀具具体位置并反馈至机床数控系统3，由所述数控系统3根据
PLC控制装置2反馈的信息及时对刀具运动进行调整，保证刀具按照固定位移压入至软质金
属10。
[0042] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的是说明本发明的原理，
在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都
落入要求保护的本发明范围内。
