三维超景深刀具观测装置的制作方法

本实用新型涉及显微观测技术领域，尤其涉及一种三维超景深刀具观测装置。

背景技术：

三维超景深观测装置是现代科研学者对细微待观测物体进行观察研究的重要手段，已广泛应用于医疗、制造、国防科技、生物细胞、材料应用等各个领域。因三维超景深显微镜系统具有影视成像、立体观察、实时测量等方面的优势，所以备受一些对刀具磨损及切削性能研究者的青睐。

对于使用三维超景深刀具观测装置研究车削刀具的学者来说，观测装置的先进性与便携性很大程度上决定了对刀具观察结果的准确度和效率高低。在研究车刀磨损、刃口缺陷及刀面磨损情况时，需要分别测量前刀面、后刀面、主切削刃、副切削刃及刀尖的情况，因此观察者需要不停改变刀具的观测位置和观测角度。

相关技术中，三维超景深刀具观测装置难以对刀具进行角度和位置的精确控制，导致对刀具的检测效率较低的问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种三维超景深刀具观测装置，以解决目前的三维超景深刀具观测装置难以对刀具进行角度和位置的精确控制，导致对刀具的检测效率较低的问题。

本实用新型实施例提供一种三维超景深刀具观测装置，包括安装底座、用于驱动所述安装底座在第一轴的延伸方向上移动的升降机构、以及朝向所述安装底座的观测探头；其中，

所述三维超景深刀具观测装置还包括刀具承载架和刀具夹持器，所述刀具夹持器用于夹持被观测刀具；所述刀具承载架位于所述安装底座靠近所述观测探头的一侧且能够使所述被观测刀具相对于所述观测探头在第二轴的延伸方向上移动；所述刀具夹持器与所述刀具承载架连接且能够使所述被观测刀具相对于所述观测探头在第三轴的延伸方向上移动；

所述第一轴的延伸方向、所述第二轴的延伸方向和所述第三轴的延伸方向两两相互垂直。

可选的，还包括旋转台，所述旋转台位于所述安装底座和所述刀具承载架之间并分别连接所述安装底座和所述刀具承载架，所述旋转台能够带动所述被观测刀具以所述第一轴为中心进行旋转。

可选的，所述安装底座开设有安装通孔；所述旋转台包括旋转台本体和固定于所述旋转台本体底部的定位轴，所述定位轴的延伸方向与所述第一轴的延伸方向相同，所述定位轴插入所述安装通孔使得旋转台与所述安装底座连接，所述旋转台本体以所述定位轴所在的直线为中心进行旋转。

可选的，所述刀具承载架包括相互固定的第一部分和第二部分，所述第一部分与所述旋转台连接且能够相对于所述旋转台在所述第二轴的延伸方向上进行移动，所述刀具夹持器与所述第二部分连接。

可选的，所述旋转台设有第一调节机构和若干根相互平行的肋条，每根肋条的延伸方向与所述第二轴的延伸方向相同，所述第一调节机构包括第一转轴和固定于所述第一转轴的第一齿轮；

所述第一部分靠近所述安装底座的一面开设有与所述肋条数量相等的滑槽，肋条一一对应插入滑槽内；所述第一部分靠近所述观测探头的一侧设有第一齿纹，所述第一齿纹和所述第一齿轮啮合连接。

可选的，所述刀具夹持器包括连接部和夹持部，所述连接部与所述第二部分连接，所述连接部固定有导轨，所述夹持部在所述导轨上移动，所述导轨的延伸方向与所述第三轴的延伸方向相同。

可选的，所述夹持部包括夹持本体和第二调节机构，所述夹持本体开设有调节通孔，所述调节通孔的侧壁上设有第二齿纹，所述第二调节机构包括第二转轴和固定于所述第二转轴的第二齿轮，所述第二齿轮插入所述调节通孔内与所述第二齿纹啮合连接。

可选的，所述夹持本体包括第一延伸部、第二延伸部、螺杆和旋钮，所述第一延伸部开设有第三通孔，所述第二延伸部开设有第四通孔，所述螺杆穿过所述第三通孔和所述第四通孔，所述旋钮套在所述第一延伸部远离所述第二延伸部一侧的螺杆上以调整所述第一延伸部和所述第二延伸部之间的距离。

可选的，所述导轨的横截面为菱形。

可选的，所述第二部分开设有第五通孔，所述连接部为圆筒形，所述连接部插入所述第五通孔内且能够相对于所述第二部分以所述第三轴为中心进行旋转，所述连接部的延伸方向与所述第三轴的延伸方向相同。

本实用新型实施例中，通过升降机构能够在第一轴的延伸方向上移动被观测刀具，通过刀具承载架在第二轴的延伸方向上移动被观测刀具，通过刀具夹持器在第三轴的延伸方向上移动被观测刀具，从而实现观测探头对被观测刀具不同位置的精确调节，提高三维超景深刀具观测装置的观测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的三维超景深刀具观测装置的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例提供的三维超景深刀具观测装置中旋转台、刀具承载架和刀具夹持器的结构示意图；

图3为图2中a区域的放大示意图；

图4为图2中旋转台的结构示意图；

图5为本实用新型另一实施例提供的三维超景深刀具观测装置中刀具夹持器的分解示意图；

图6为本实用新型另一实施例提供的三维超景深刀具观测装置中第二调节机构的结构示意图；

图7为本实用新型另一实施例提供的三维超景深刀具观测装置中夹持本体的结构示意图；

图8为本实用新型另一实施例提供的三维超景深刀具观测装置中标定线和角度线的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请同时参阅图1和图2，本实用新型提供的一种三维超景深刀具观测装置100，包括安装底座110、用于驱动所述安装底座110在第一轴的延伸方向上移动的升降机构120、以及朝向所述安装底座110的观测探头130；其中，

所述三维超景深刀具观测装置100还包括刀具承载架140和刀具夹持器150，所述刀具夹持器150用于夹持被观测刀具200；所述刀具承载架140位于所述安装底座110靠近所述观测探头130的一侧且能够使所述被观测刀具200相对于所述观测探头130在第二轴的延伸方向上移动；所述刀具夹持器150与所述刀具承载架140连接且能够使所述被观测刀具200相对于所述观测探头130在第三轴的延伸方向上移动；

所述第一轴的延伸方向、所述第二轴的延伸方向和所述第三轴的延伸方向两两相互垂直。

本实用新型实施例中，通过升降机构120能够在第一轴的延伸方向上移动被观测刀具200，通过刀具承载架140能够在第二轴的延伸方向上移动被观测刀具200，通过刀具夹持器150能够在第三轴的延伸方向上移动被观测刀具200，从而实现观测探头130对被观测刀具200不同位置的精确调节，提高三维超景深刀具观测装置的观测效率。

如图2所示，本实用新型实施例中，第一轴的延伸方向为x轴的延伸方向，第二轴的延伸方向为y轴的延伸方向，第三轴的延伸方向为z轴的延伸方向。

上述安装底座110在x轴方向上的厚度可以约为10mm，刀具承载架140和刀具夹持器150均设置于所述安装底座110上。

上述升降机构120可以包括若干根升降导杆121、以及能够在每根升降杆121上移动的升降器。多个升降器同时上升从而能够带动安装底座110上升，多个升降器同时下降从而能够带动安装底座110下降，其中，升降器可以是与安装底座110固定连接；也可以是安装底座110压在升降器的顶部，即升降器承载安装底座110；又或者还可以是其他安装情况，本实用新型实施例对此不作限定。

上述观测探头130位于安装底座110的上方，且朝向安装底座110设置，用于采集安装底座110上被观测刀具200的图像。其中，观测探头130的中轴线与安装底座110的中心线处于同一直线，且该直线与x轴所在的直线平行。

可选的，所述三维超景深刀具观测装置100还包括旋转台160，所述旋转台160位于所述安装底座110和所述刀具承载架140之间并分别连接所述安装底座110和所述刀具承载架140，所述旋转台160能够带动所述被观测刀具200以所述第一轴为中心进行旋转。

本实施例中，刀具承载架140和刀具夹持器150均设置于旋转台160上，且在旋转台160旋转过程中能够带动刀具承载架140和刀具夹持器150一并进行转动。

在刀具夹持器150一并转动的过程中，带动被观测刀具转动，由于旋转台160是以第一轴为中心转动，被观测刀具转动过程中始终位于观测探头130所处的中轴线所在的直线上，使观测探头130能够以x轴为中心从不同角度查看被观测刀具。

可选的，所述安装底座110开设有安装通孔；所述旋转台160包括旋转台本体161和固定于所述旋转台本体161底部的定位轴162，所述定位轴162的延伸方向与所述第一轴的延伸方向相同，所述定位轴162插入所述安装通孔使得旋转台160与所述安装底座110连接，所述旋转台本体161以所述定位轴162所在的直线为中心进行旋转。

其中，旋转台本体161可以分为直径不同的上部分1611和下部分1612，上部分1611高度可以为30mm、直径100mm；下部分1612高度可以为35mm、直径65mm，在下部分1612的底部设有4mm的定位通孔。上部分1611的中轴线和下部分1612的中轴线、以及定位通孔的中心线处于同一直线上，且与观测探头130的中轴线处于同一直线上。

定位轴162固定于定位通孔，定位轴162的中轴线与定位通孔的中心线处于同一直线，安装底座110开设的安装通孔的直径可以为80mm，旋转台本体161的下部分可以插入安装通孔内，安装通孔的中心线与定位轴162的中轴线处于同一直线。

可选的，所述刀具承载架140包括相互固定的第一部分141和第二部分142，所述第一部分141与所述旋转台160连接且能够相对于所述旋转台160在所述第二轴的延伸方向上进行移动，所述刀具夹持器150与所述第二部分142连接。

本实施例中，第一部分141与第二部分142固定连接，第二部分142连接于第一部分141靠近观测探头130的一面的侧边位置。

可选的，如图2至4所示，所述旋转台160还设有第一调节机构163和若干根相互平行的肋条164，每根肋条164的延伸方向与所述第二轴的延伸方向相同，所述第一调节机构163包括第一转轴1631和固定于所述第一转轴1631的第一齿轮1632；

所述第一部分141靠近所述安装底座110的一面开设有与所述肋条164数量相等的滑槽，肋条164一一对应插入滑槽内；所述第一部分141靠近所述观测探头130的一侧设有第一齿纹1411，所述第一齿纹1411和所述第一齿轮1632啮合连接。

优选的，第一部分142与旋转台160之间的接触面积应当尽量减少，这样能够降低二者之间的摩擦力，提高第一部分142与旋转台160之间相对移动的灵敏度。

上述肋条164为自旋转台160靠近观测探头130的一面向观测探头130的一侧凸起的条形结构，肋条164的延伸方向与第二轴的延伸方向相同。

滑槽在第二轴的延伸方向上的宽度与肋条164在第二轴的延伸方向上的宽度相等，肋条164插入滑槽内，第一部分141能够通过滑槽相对于肋条164在第二轴的延伸方向上移动。

第一调节机构163中的第一转轴1631的延伸方向与z轴的延伸方向平行，第一齿轮1632可以是固定于第一转轴1631的端面，也可以是套设在第一转轴1631上的旋转曲面，当然还可以是其他连接方式，第一齿轮1632的圆心与第一转轴1631的中轴线处于同一直线上，第一齿轮1632以第一转轴1631为中心进行旋转。

优选的，可以在第一转轴1631远离第一齿轮1632的一端设置第一旋钮1633，用户可以通过手动转动第一旋钮1633来转动第一转轴1631。

另外，在旋转台160靠近观测探头130的一面上还可以设有耳片165，耳片165用于承托第一转轴1631。具体的，耳片165上可以开设有第一通孔，第一转轴1631插入第一通孔内且能够相对于耳片165进行旋转，带动第一齿轮1632以第一转轴1631为中心进行旋转，由第一齿轮1612挤压第一齿纹1411，从而带动刀具承载夹140相对于旋转台160在第二轴的方向上移动。第一通孔的半径可以为4mm。

可选的，如图2和图5所示，所述刀具夹持器150包括连接部151和夹持部，所述连接部151与所述第二部分142连接，所述连接部151固定有导轨153，所述夹持部在所述导轨153上移动，所述导轨153的延伸方向与所述第三轴的延伸方向相同。

连接部151的一侧端面上固定有导轨153，夹持部中开设有与导轨153长度相等深度的凹槽，导轨153的横截面与凹槽的横截面适配，导轨153插入凹槽内用来支撑夹持部。

导轨153的延伸方向与第三轴的延伸方向相同，夹持部在导轨153上移动，从而实现夹持部在第三轴的延伸方向上移动。

可选的，如图5和图6所示，所述夹持部包括夹持本体1521和第二调节机构1522，所述夹持本体1521开设有调节通孔1521a，所述调节通孔1521a的侧壁上设有第二齿纹1521b，所述第二调节机构1522包括第二转轴15221和固定于所述第二转轴15221的第二齿轮15222，所述第二齿轮15222插入所述调节通孔1521a内与所述第二齿纹1521b啮合连接。

夹持本体1521用于夹持被观测刀具，通过转动第二转轴15221来带动第二齿轮15222转动，进而带动与第二齿轮15222啮合的第二齿纹1521b移动，这样，实现带动被观测刀具沿导轨153的方向上移动，即带动被观测刀具在第三轴的延伸方向上移动。

优选的，如图6所示，可以在第二转轴15221远离第二齿轮15222的一端设置第二旋钮15223，用户可以通过手动转动第二旋钮15223来转动第二转轴15222。

其中，如图7所示，所述夹持本体1521包括第一延伸部15211、第二延伸部15212、螺杆15213和第三旋钮15214，所述第一延伸部15211开设有第三通孔，所述第二延伸部15212开设有第四通孔，所述螺杆15213穿过所述第三通孔和所述第四通孔，所述第三旋钮15214套在所述第一延伸部15211远离所述第二延伸部15212一侧的螺杆15213上以调整所述第一延伸部15211和所述第二延伸部15212之间的距离。

第一延伸部15211和第二延伸部15212在未收到第三旋钮15214压力作用下，可以是平行设置的，也可以是倾斜设置的，此处不做限定。

可以通过转动螺杆15213上的第三旋钮15214，使第三旋钮15214挤压第一延伸部15211，从而使第一延伸部15211向第二延伸部15212的方向弯折，从而缩短第一延伸部15211和第二延伸部15212之间的距离，以便增加对被观测刀具200的夹持力度，压紧被观测刀具200，防止被观测刀具200松脱。另外，通过不同扭向转动第三旋钮15214也能够调整第一延伸部15211和第二延伸部15212之间的距离，便于夹持部夹持不同尺寸的被观测刀具200。

进一步地，如图5所示，所述导轨153的横截面为菱形。这样，夹持部对应有横截面为菱形的凹槽，夹持部套在导轨153上移动时不会产生相对于导轨153发生相对于以第三轴为轴心旋转的情况，确保被观测刀具200位置移动的精确性。

进一步地，所述第二部分142开设有第五通孔，所述连接部151为圆筒形，所述连接部151插入所述第五通孔内且能够相对于所述第二部分142以所述第三轴为中心进行旋转，所述连接部151的延伸方向与所述第三轴的延伸方向相同。

本实施例中，圆筒形的连接部151的中轴线所在的直线上固定有导轨153，因此，连接部151在以所述第三轴为中心进行旋转的过程中，导轨153同样在以所述第三轴为中心进行旋转，此时夹持部在菱形导轨153的带动下同样以第三轴为中心进行旋转，实现被观测刀具以第三轴为中心进行旋转的目的。

被观测刀具以第三轴为中心进行旋转同样还是在观测探头130的中轴线所在的直线上，使观测探头130能够以z轴为中心从不同角度查看被观测刀具。

其中，如图5和图8所示，在连接部151上设有标定线1511，在第二部分142朝向标定线1511所在的一侧设有角度线1421，在旋转过程中依据标定线1511和角度线1421能够精确调整被观测刀具以第三轴为中心进行旋转的旋转角度。

本实用新型具有以下有益效果：

1、通过旋转台的定位轴可以使被观测刀具以x轴为中心进行旋转，以实现观测过程中被观测刀具绕x轴旋转角度的精确调节；

2、通过转动第二旋钮可以使被观测刀具在z轴方向进行位移，以实现观测过程中被观测刀具在z轴方向上观测位置的精确调节；

3、通过转动第一旋钮可以使被观测刀具在y轴方向进行位移，以实现观测过程中被观测刀具在y轴方向上观测位置的精确调节；

4、通过转动连接部可以使被观测刀具以z轴为中心进行旋转，以实现观测过程中被观测刀具绕z轴旋转角度的精确调节，尤其是观测不同刀具角度的后刀面或刃线(例如：-5°、9°等，此处只是举例说明)；

5、采用齿轮调节，能够提高位置移动的精确性，提高被观测刀具观测的可靠性和准确度；

6、适用于所有尺寸大小、形状角度不同的一系列刀具的观测。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。