[发明专利]一种微径铣刀高精度对刀装置及对刀方法

摘要

一种微径铣刀高精度对刀装置及对刀方法，属于机械自动化技术领域，该装置包括：激光器、微径铣刀、电主轴、CCD芯片、X向高精度滑台、Y向高精度滑台、Z向高精度滑台、图像信号处理单元、电机控制单元、激光器控制单元和计算机主控单元；本发明实现了微径铣刀在XY平面内任意位置的Z方向高精度对刀，利用激光同轴全息成像技术和超分辨率图像重构技术实现对刀间隙的自动测量，防止了在传统试切时，铣刀与工件接触引起变形造成的误差，也同时避免了在图像测量中因铣刀和工件不在同一图像成像面内所带来的景深误差。本发明成本低廉、操作简单、可在有限的工作空间内分布式安装，适用于微小铣床的对刀高精度对刀、普通铣床和数控铣床。 1

主权项

1.一种微径铣刀高精度对刀装置，其特征在于，该装置包括：激光器、微径铣刀、电主轴、CCD芯片、X向高精度滑台、Y向高精度滑台、Z向高精度滑台、第一暗箱、第二暗箱、图像信号处理单元、电机控制单元、和计算机主控单元；计算机主控单元分别对图像信号处理单元、电机控制单元和激光器控制单元发送指令；电机控制单元控制Z向高精度滑台通过电主轴带动微径铣刀靠近工件端面；激光器控制单元控制激光器发出激光，从第一暗箱出射后，打到微径铣刀和工件上；带有微径铣刀和工件信息的激光进入第二暗箱，电机控制单元控制X向高精度滑台和Y向高精度滑台确定CCD芯片的位置，保证微径铣刀的刀刃部分和工件的上表面处于CCD芯片视场内；并把X向高精度滑台、Y向高精度滑台和Z向高精度滑台各自的位移量传送回计算机主控单元；计算机主控单元控制图像信号处理单元采集并处理CCD芯片的图像后，图像信号处理单元把图像信息传送给计算机主控单元。

2.根据权利要求1所述的一种微径铣刀高精度对刀装置，其特征在于，所述激光器和CCD芯片处于同一光轴，光轴与工件平面平行；微径铣刀由电主轴装夹，并安装在铣床Z向高精度滑台上；CCD芯片安装在X向高精度滑台上，X向高精度滑台安装在Y向高精度滑台上；激光器与激光器控制单元相连，CCD芯片与图像信号处理单元相连；X向高精度滑台、Y向高精度滑台和Z向高精度滑台，分别与电机控制单元相连，图像信号处理单元、电机控制单元和激光器控制单元分别与计算机主控单元相连；激光器安装在微径铣刀的一侧，并置于第一暗箱中；CCD芯片、X向高精度滑台和Y向高精度滑台安装在微径铣刀的另一侧，并置于第二暗箱中；在对刀测量时，至少保证微径铣刀刀刃和工件的上表面处于CCD芯片视场内。

3.根据权利要求2所述的一种微径铣刀高精度对刀装置，其特征在于，该装置还包括：扩束准直透镜；所述激光器发出激光，通过扩束准直透镜扩束准直后，到达微径铣刀刀刃和工件上；激光器、扩束准直透镜和CCD芯片处于同一光轴；激光器和扩束准直透镜安装在微径铣刀的一侧，并置于第一暗箱中。

4.根据权利要求2或3所述的一种微径铣刀高精度对刀装置，其特征在于，该装置还包括：第一高透玻璃窗口和第二高透玻璃窗口；所述第一高透玻璃窗口位于第一暗箱内，所述激光器发出激光，通过扩束准直透镜扩束准直，经过第一高透玻璃窗口后到达微径铣刀刀刃和工件上；所述第二高透玻璃窗口位于第二暗箱内，带有微径铣刀刀刃和工件图像信息的激光通过第二高透玻璃窗口进入CCD芯片内。

5.根据权利要求1所述的一种微径铣刀高精度对刀装置，其特征在于，所述激光器为半导体激光器。

6.根据权利要求1所述的一种微径铣刀高精度对刀装置，其特征在于，所述CCD芯片为面阵CCD芯片。

7.基于权利要求1所述的一种微径铣刀高精度装置的对刀方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：通过计算机主控单元控制Z向高精度滑台移动，通过电主轴使微径铣刀靠近工件端面，并处于CCD芯片成像范围内；

步骤二：通过计算机主控单元控制激光器控制单元打开激光器，控制X向高精度滑台和Y向高精度滑台带动CCD芯片执行亚像素位移移动；

步骤三：通过计算机主控单元控制图像信号处理单元采集四幅亚像素错位全息图像，并对四幅图像执行图像超分辨率重构，生成一副4倍原始图像大小的高分辨率的全息图像；

步骤四：设定CCD芯片聚焦窗口、再现距离范围和搜索距离间隔，采用卷积法对高分辨率全息图像中的窗口位置进行不同再现距离的全息图再现；设置再现距离计算CCD芯片聚焦窗口内的清晰度评价值，获得清晰度评价值最大的再现图像；

步骤五：对获得的图像进行水平投影，分别计算出微径铣刀的最末端位置和工件的上表面位置，并计算两者之间的间隙距离，并乘以CCD芯片实际像素尺寸的一半，作为间隙的实际测量值；

步骤六：根据获得的实际间隙值，由计算机主控单元控制Z向高精度滑台移动，实现微径铣刀高精度对刀方法。

8.根据权利要求7所述的对刀方法，其特征在于，所述步骤四中聚集窗口内的清晰度评价采用图像清晰度评价函数行计算。

9.根据权利要求7所述的对刀方法，其特征在于，所述步骤五中根据图像投影曲线及设定的工件阈值和微径铣刀阈值，分别获取工件的上表面和微径铣刀的最末端位置。