[发明专利]刀具锋利度的光学测量方法及装置

说明书

本发明属于应用光学领域。它涉及一种应用光学原理测量刀具锋利度的方法，并提供一种实际中可应用的装置。

正如人们所知道的，刀具在机械加工中起着决定性的作用，其主刀刃的性质直接影响被加工工件的表面质量。到目前为止，评价刀具的质量主要是通过测量其侧面和前倾面的磨损进行的。在绝大多数情况下，这些磨损都是用光学显微镜来测量的。Bruins，D.H.的书（Bruins，D.H.&    Draeger，H.J.：Werkzeuge    und    Werkzeugmaschinen    fuer    die    spanende    Metallbearbeitung，Carl    Verlag    Muenchen    Wien，1984）中给出了刀具侧面和前倾面的定义和测量方法。Bertani，D.（Bertani，D.;Cetica，M.&    Francini，F.：Fast    Automatic    Method    to    Measure    the    Recession    of    a    Blade    Edge    due    to    Wear，Wear，Vol.105，Nr.4，1985）和Maeda，Y.（Maeda，Y.;Uchida，H.&    Yamamoto，A.：Contour    Mapping    of    Cutting    Tool    Face    with    the    Aid    of    Digital    Image    Processing    Technique，Bull.Jpn    Soc.Precis.Eng.，Vol.21，Nr.2，Jun.1987）等人分别于1985年和1987年给出了自动测量刀具表面磨损的装置。虽然他们将数字化技术和图象处理技术应用于仪器中，但是最基本的放大单元仍然是光学显微镜。而且测量对象仍然是刀具表面的磨损。直接影响加工精度的因素-刀具的刀刃性质，特别是刀刃的半径，直到今天仍然没有人试图测量它。其主要原因就是没有一个适当的测量方法。人们过去传统上所说的刀刃半径是在主观想象刀刃轮廓是一圆弧情况下的圆弧半径r，因为在以前的时间里还没有人对刀刃的真实轮廓形状作具体地研究.本发明在大量的实验基础上认为，用单一参数-即刀刃的圆弧半径r来描述刀刃的几何性质与实际情况极少相符。

本发明的目的是试图利用光学方法测量刀具刀刃的半径，以便能更准确地评价它。其具体任务是，提出一种精确测量刀具刀刃半径的方法，并且提出实现这种方法的一种装置。本发明提出的方法和装置可以应用于各种刀具锋利度的测量和评定。

本发明用两个参数来描述刀刃的几何形状，也就是说，认为刀刃的形状为一椭圆。它可用二个参数-长轴半径a和短轴半径b来描述，如图1所示。那么以往所说的圆弧半径在这里只是一种特殊情况，即a＝b。

本发明提出的方法基本内容是：利用一束激光，在刀刃楔角角平分面内近于垂直于刀刃的方向上照射刀刃，于是将有部分光散射回来。利用光电接收器件在-45°到45°角度范围内测量散射光的强度分布，然后根据入射光的总强度及强度分布，散射光的强度分布和被测件的光学性质计算出刀刃的半径。

利用本发明所述的方法测量刀刃锋利度的具体步骤是：

1.测量光源的强度P_O;

2.测量被测刀刃的反射率R;

3.调整光源和刀具的相对位置，使入射光在刀刃楔角角平分面内近于垂直于刀刃的方向上照射刀刃，此位置作为散射角0度;

4.利用光电接收器在-45°到+45°范围内接收散射光强度分布W（ψ）;

5.利用以下公式

及曲线拟合的方法计算出a和b的值。

式中：W（P）-在P′处的散射光强度;

P_O-入射光的强度;

Ω_O-光电接收器对被测点的空间角;

h-刀刃长度的一半;

ψ-被测点的散射角;

φ-光电接收器与XZ平面之夹角;

φ_O-光轴与Z-轴的夹角.

各参数的几何关系如图2所示.