影像测量刀具系统及其测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光电测量领域，尤指一种影像测量刀具系统及其测量方法。
【背景技术】
[0002] 在刀具专业化生产商和刀具修磨厂对刀具的测量时，需要对刀具的直径、长度、切 削刃间距、前角、后角、螺旋角、主偏角、副偏角等各种尺寸的精确测量。普通影像测量仪对 刀具进行测量时需对刀具进行多次装夹才能满足上述多个角度的尺寸测量，多次装夹避免 不了装夹产生的误差，相关的应用于刀具形状公差、位置公差、直径的测量技术，大多由人 工采用机械或是电子游标卡尺进行抽检测量，这种人工测量方法的效率较低。
[0003] 目前还有一些二维刀具测量仪，以天津天门精机公司生产的对刀仪为例，它由传 感器系统、机械系统组成。传感器包括一个CCD相机、直线光栅尺;机械系统包括两个线运 动、一个回转运动，都是手动调节。测量时，将刀具安装在主轴上，通过人眼观察投影屏或者 CCD呈现的刀具图像，手动调节使刀具处于最佳测量位置，光栅尺记录下二维位置坐标(X， y)，通过软件分析、计算得到测量结果。它只能测量二线平面几何参数，由于机械系统、传感 器和测量软件功能的限制，测量功能和精度十分有限，对于像刀具的某些特殊的角度：前 角、后角、螺旋角、主偏角、副偏角、齿距、芯厚、横刃、齿隙角、轴向和径向跳动等，还是无法 检测准确数据，对于刀具设计，刀具制造行业仍然无法满足需求。
【发明内容】
[0004] 为解决上述问题，本发明提供一种影像测量刀具系统及其测量方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案是:一种影像测量刀具系统，包括钣 金仪器座、显示器、电脑主机、鼠标键盘、控制台，所述的控制台、鼠标键盘、电脑主机和显示 器设于钣金仪器座上，所述的鼠标键盘和显示器分别与电脑主机连接，电脑主机与控制台 连接，还包括工作台移动机构、升降机构、工作台面、玻璃块、夹持待测刀具的夹具、底光源 板、横向图像采集装置、纵向图像采集装置，所述的工作台移动机构和升降机构设于控制台 上并与控制台连接，所述的工作台面设于工作台移动机构上方，所述的玻璃块设于工作台 面上表面，所述的夹持待测刀具的夹具设于玻璃块中部，所述的纵向图像采集装置固定于 升降机构上并设于夹持待测刀具的夹具上方，所述的横向图像采集装置通过角度旋转装置 沿纵向图像采集装置轴心旋转连接，所述的纵向图像采集装置包括纵向镜头表面灯、纵向 镜头和纵向摄录机，所述的横向图像采集装置包括横向转角镜头表面灯、横向转角镜头、横 向摄录机，所述的底光源板设于工作台面上并设于纵向摄像镜头一侧。
[0006] 优选地，所述的角度旋转装置包括旋转拉手、旋转驱动部分和角度调节限定部分， 所述旋转驱动部分包括旋转气缸，所述角度调节限定部分包括底座、固定套、转动套、封盖、 转轴、限位块、第一外齿圈、第二外齿圈、轴向挡板、固定块及转动块;所述旋转气缸的驱动 轴与转轴的一端相连接，所述底座和固定套均通过轴承依次套装在转轴的气缸连接端，所 述第一外齿圈套在转轴外侧并固装在固定套侧部，所述第二外齿圈套在转轴外侧并固装在 第一外齿圈侧部，在第一外齿圈和第二外齿圈轴向方向上留有间隙，且第一外齿圈和第二 外齿圈的齿形和齿数均相同，在轴向投影方向上，第一外齿圈的外齿与第二外齿圈的外齿 交错设置，且第一、第二外齿圈的外齿之间相差半个相邻齿间夹角;所述轴向挡板套在转轴 外侧并固装在第二外齿圈侧部，在轴向挡板上设置有开口槽;所述封盖套装在轴向挡板外 侧的转轴上，封盖相对于转轴可轴向移动和绕转轴转动;所述第一外齿圈和第二外齿圈的 轴向中心线与转轴的轴向中心线相重合;所述限位块固装在第一外齿圈和第二外齿圈内侧 面所对应的转轴上，所述固定块、转动块均位于第一外齿圈、第二外齿圈内侧面与转轴之间 的环形空间内，且固定块和转动块分别位于限位块的两侧，固定块与轴向挡板固定连接，转 动块通过连接杆与封盖相固接，所述连接杆通过轴向挡板的开口槽与封盖相连接;所述转 动套位于固定套与封盖之间，旋转拉手套于转动套外，且转动套与封盖相固接，所述第一外 齿圈、第二外齿圈及轴向挡板均位于转动套内部，在转动套内壁上设置有内齿，内齿的齿形 与第一外齿圈、第二外齿圈的齿形相同；所述转动套内齿分别与第一外齿圈、第二外齿圈相 啮合配合;所述转动套轴向中心线与转轴的轴向中心线相重合。
[0007] 优选地，所述的工作台移动机构包括相互垂直的X向丝杆和Y向丝杆，所述的X向丝 杆和Y向丝杆上分别设有X向调节轴和Y向调节轴。
[0008] 优选地，所述的升降机构上设有升降手轮。
[0009]优选地，所述的工作台面采用金属制成，工作台面的尺寸为404x228mm。
[0010] 优选地，所述的玻璃块尺寸为260x160mm。
[0011] 优选地，所述的工作台移动机构运行行程为200x100mm。
[0012] 优选地，所述的纵向镜头和横向镜头的变焦物镜分辨率为0.7-4.5X;所述的纵向 镜头和横向镜头的变焦物镜视频总倍率为30X-230X。
[0013] 优选地，所述的底光源板、纵向镜头表面灯和横向转角镜头表面灯均使用LED，所 述的LED尺寸为7至1. 1mm。
[0014] -种影像测量刀具系统测量方法，包括下列步骤：
[0015] (1)将待测刀具固定在夹持待测刀具的夹具上，使前刀面面向横向镜头，背向底光 源板；
[0016] (2)利用电脑主机通过控制台分别对工作台移动机构进行水平方向左右前后移动 控制和对升降机构上下移动控制，工作台移动机构使工作台面沿X向或Y向移动和升降机构 上下移动，在工作台面移动过程中使工作台面上方的纵向镜头和横向镜头实时提取轮廓图 像中刀具两侧的轮廓线，求解两直线夹角，角度旋转装置使横向图像采集装置绕纵向图像 采集装置转动，横向图像采集装置在转动过程中实时提取轮廓图像中刀具两侧的轮廓线， 求解两直线夹角，使刀具转动到该夹角的最小测量位置，从而确定刀具角度的最佳测量位 置，从而实现刀具五个轴的测量；
[0017] (3)利用纵向图像采集装置和横向图像采集装置采集刀具的轮廓图像，并将其送 入电脑主机，电脑主机内的刀具测量处理单元，刀具测量处理单元可以将刀具真实图像与 此工件的CAD图纸进行比较，并能测量差值，刀具测量处理单元还具有仿形功能，即根据测 量数据生成CAD图纸；
[0018] (4)电脑主机中的刀具测量处理单元除了具备测量的常用功能外，增加视频区的 十字线对位功能，通过键盘方向键调节十字线可以快速的测量出刀口的角度，可以通过键 盘数字键1、2快速切换横向镜头和纵向镜头，从而能从不同角度和方向观测被测物体，在测 量工作区域中，增加了六个快速检测距离的功能，点到点的距离、点到直线的距离、线到线 的距离、圆心到直线的距离、圆心到圆心的距离、圆环的厚度。
[0019] 本发明的有益效果在于:本发明由纵向镜头和可旋转的180度横向镜头组成，通过 一次装夹即可实现X轴、Y轴、Z轴等多个轴的测量，一次装夹即可以完成对刀具的直径、长 度、切削刃间距、前角、后角、螺旋角、主偏角、副偏角等各种尺寸的精确测量；同时此款刀 具测量软件除了具备测量软件的常用功能外，还增加视频区的十字线对功能，通过键盘方 向键调节下十字线可以快速的测量出刀口的角度，可以360度旋转。可以通过键盘数字键1、 2快速刀换纵向镜头和横向镜头，从而能从不同角度和方向观测被测刀具，增加辅助测量工 具磨针机，转动刀具可对刀具的刃口角度跳动进行测量观测。
[0020] 传统的高速钢刀具、螺纹刀具的前角、后角都是由机床保证的，没有有效的测量手 段，因此刀具制造精度很不稳定。利用本发明可以快速、准确的测量出刀具(如整体硬质合 金铣刀）周齿的前用、后角、奇数齿芯厚等几何参数，大大提高了工厂数控刀具大批量生产 情况下的质量稳定性和一致