一种刀具磨损监测方法及系统的制作方法
【专利摘要】一种刀具磨损监测方法及系统，所述方法包括以下步骤：使用刀具在加工样品的加工面上纵切，以形成加工槽；刀具为带有圆刀鼻的单点钻石刀具；获取加工槽的每一个绘图节点的坐标；并通过该加工槽的每一个绘图节点的坐标绘制该加工槽的3D轮廓；并根据该3D轮廓，获取多个加工槽横截面的2D轮廓；测量每一个2D轮廓的实测切削深度DoCM；并分别计算得到每一个2D轮廓所围的实测面积SM；根据多个2D轮廓的实测面积和实测切削深度，绘制DoCM和的回归直线，并绘制该回归直线的置信区间；判断每一个2D轮廓的采样点(DoCM，)是否处于所述置信区间中，若否，则判断该刀具已被磨损到使用寿命的极限；更换该刀具。本发明的刀具磨损监测方法实用性强和自动化程度高。
【专利说明】
一种刀具磨损监测方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及刀具磨损监测领域，尤其涉及一种刀具磨损监测方法及系统。
【背景技术】
[0002] 为了使用单点钻石刀具来制造微透镜阵列（如复眼等），在没有将单点钻石刀具 从刀架上移走时，单点钻石刀具的磨损以及使用寿命需要保持监测。这是因为在通过单点 钻石刀具纵切加工槽时，单点钻石刀具是保持与加工槽的配合状态；若单点钻石刀具离开 加工槽时，加工槽会发生回弹。而单点钻石刀具的磨损和使用寿命在单点钻石刀具被使用 时是很难实时监测的。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有的单点钻石刀具的磨损和使用寿命在单点钻石刀具被使用时是 很难实时监测的问题，提出了一种刀具磨损监测方法及系统。
[0004] 本发明就上述技术问题提出以下技术方案：
[0005] 本发明提出了一种刀具磨损监测方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤S1、使用刀具在加工样品的加工面上纵切，以形成加工槽，其中，刀具为带有 圆刀鼻的单点钻石刀具；
[0007] 步骤S2、获取加工槽的每一个绘图节点的坐标；并通过该加工槽的每一个绘图节 点的坐标绘制该加工槽的3D轮廓；并根据该3D轮廓，获取多个加工槽横截面的2D轮廓；
[0008] 步骤S3、测量每一个2D轮廓的实测切削深度D〇CM;并分别计算得到每一个2D轮 廓所围的实测面积S M;
[0009] 步骤S4、根据多个2D轮廓的实测面积SM和实测切削深度D〇C M，绘制D〇CM和私/3的 回归直线，并绘制该回归直线的置信区间；
[0010] 步骤S5、判断每一个2D轮廓的采样点（DoCf^Sf)是否处于所述置信区间中，若 否，则判断该刀具已被磨损到使用寿命的极限。
[0011] 本发明上述的刀具磨损监测方法中，所述步骤S3还包括测量每一个2D轮廓的实 测弦长aw m的步骤；
[0012] 则实测面积SM为：
[0013]
[0014] 其中，nl为2D轮廓的凹线上的绘图节点的总编号；m为从1到nl的自然数变量； xmS 2D轮廓的凹线上的编号为m的绘图节点的X轴坐标，y A 2D轮廓的凹线上的编号为m 的绘图节点的y轴坐标；xm+1为2D轮廓的凹线上的编号为m+1的绘图节点的X轴坐标，y m+1 为2D轮廓的凹线上的编号为m+1的绘图节点的y轴坐标。
[0015] 本发明上述的刀具磨损监测方法中，所述步骤S4还包括获取2D轮廓的总编号的 步骤，则回归直线的方程为：
[0016] γ!= a+bx l
[0023] η为2D轮廓的总编号，也为[X(]l，yj的数据组数；
[0024] 编号为i的2D轮廓的实测切削深度DoC M;
[0025] xQU+10编号为i+1的2D轮廓的实测切削深度DoCm;
[0026] 701为编号为i的2D轮廓的实测面积;
[0027] 7。(1+1)为编号为i的2D轮廓的实测面积W。
[0028] 本发明上述的刀具磨损监测方法中，步骤S4还包括获取自由度为（n-2)时的置信 区间的T值t的步骤，则回归直线的置信区间为[ yi_tXP2，yi+tXP2]，其中，
[0032]
[0033] η为2D轮廓的总编号，也为[X(]l，yj的数据组数；
[0034] 编号为i的2D轮廓的实测切削深度DoC M;
[0035] 701为编号为i的2D轮廓的实测面积5=3 ;
[0036] X (")为在当Xi= X ("时回归方程的y轴坐标；
[0037] 而t为当自由度为（n-2)时的置信区间的T值。
[0038] 本发明上述的刀具磨损监测方法中，置信区间的置信度α采用0. 01。
[0039] 本发明提出了一种刀具磨损监测系统，包括：
[0040] 驱动模块、用于使刀具在加工样品的加工面上纵切，以形成加工槽，其中，刀具为 带有圆刀鼻的单点钻石刀具；
[0041] 扫描模块、用于获取加工槽的每一个绘图节点的坐标，并通过该加工槽的每一个 绘图节点的坐标绘制该加工槽的3D轮廓，并根据该3D轮廓，获取多个加工槽横截面的2D 轮廓；
[0042] 测量模块、用于测量每一个2D轮廓的实测切削深度D〇CM，并分别计算得到每一个 2D轮廓所围的实测面积S M;
[0043] 计算模块、用于根据多个2D轮廓的实测面积SM和实测切削深度D〇C M，绘制D〇CM和 5^/3的回归直线，并绘制该回归直线的置信区间；
[0044] 判断模块、判断每一个2D轮廓的采样点（D〇CM，歡 3 )是否处于所述置信区间中， 若否，则判断该刀具已被磨损到使用寿命的极限。
[0045] 本发明上述的刀具磨损监测系统中，所述测量模块还用于测量每一个2D轮廓的 实测弦长aw m;
[0046] 则实测面积SM为：
[0047]
[0048] 其中，nl为2D轮廓的凹线上的绘图节点的总编号；m为从1到nl的自然数变量； xmS 2D轮廓的凹线上的编号为m的绘图节点的X轴坐标，y A 2D轮廓的凹线上的编号为m 的绘图节点的y轴坐标；xm+1为2D轮廓的凹线上的编号为m+1的绘图节点的X轴坐标，y m+1 为2D轮廓的凹线上的编号为m+1的绘图节点的y轴坐标。
[0049] 本发明上述的刀具磨损监测系统中，所述计算模块还用于获取2D轮廓的总编号 的步骤，则回归直线的方程为：
[0050] y1=a+bx1
[0051]
[0057] η为2D轮廓的总编号，也为[xQl，yQl]的数据组数；
[0058] x。^编号为i的2D轮廓的实测切削深度DoC M;
[0059] xQU+10编号为i+1的2D轮廓的实测切削深度DoCm;
[0060] 701为编号为i的2D轮廓的实测面积f/3:
[0061] 7。(1+1)为编号为i的2D轮廓的实测面积</3。
[0062] 本发明上述的刀具磨损监测系统中，计算模块还用于获取自由度为（n-2)时的置 信区间的T值t，则回归直线的置信区间为[y「t X P2, yi+t X P2]，其中，
[0067] η为2D轮廓的总编号，也为[X(]l，yj的数据组数；
[0068] 编号为i的2D轮廓的实测切削深度DoC M;
[0069] 701为编号为i的2D轮廓的实测面积:
[0070] X (")为在当Xi= X ("时回归方程的y轴坐标；
[0071] 而t为当自由度为（n-2)时的置信区间的T值。
[0072] 本发明上述的刀具磨损监测系统中，置信区间的置信度α采用0. 01。
[0073] 本发明的刀具磨损监测方法就是通过实测刀鼻半径的离散来判断单点钻石刀具 什么时候需要被更换。本发明的刀具磨损监测方法能够做到对单点钻石刀具的磨损和使用 寿命做到实时监测，实用性强和自动化程度高。
【附图说明】
[0074] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0075] 图1为加工样品的加工槽的横截面的示意图；
[0076] 图2为加工槽的横截面的面积和凹线长度的计算示意图；
[0077] 图3为本发明的加工样品的加工槽的加工示意图；
[0078] 图4为通过移相干涉测量模式测量加工槽的尺寸的示意图；
[0079] 图5为由PSI模式测量的加工槽的3D轮廓的示意图；
[0080] 图6为从加工槽的3D轮廓中选出的加工槽的横截面的2D轮廓的示意图；
[0081] 图7为非接触式光学分析系统的计算过程的流程图；
[0082] 图8为&/和DoCM的关系的不意图；
[0083] 图9为当实测切削深度D〇CM与实测刀鼻半径RM的比例在1000到5000之间时的 放大1000倍的2D轮廓的第一示意图；
[0084] 图10为当实测切削深度D〇CM与实测刀鼻半径R M的比例在1000到5000之间时的 放大1000倍的2D轮廓的第二示意图；
[0085] 图11为当实测切削深度D〇CM与实测刀鼻半径R M的比例在1000到5000之间时的 放大1000倍的2D轮廓的第三示意图；
[0086] 图12为当实测切削深度D〇CM与实测刀鼻半径R M的比例在1000到5000之间时的 放大1000倍的2D轮廓的第四示意图；
[0087] 图13为加工槽的实测切削深度D〇CM为0. 03235 μm时的2D轮廓的示意图；
[0088] 图14为加工槽的实测切削深度DoCM为0. 1 μm时的2D轮廓的示意图；
[0089] 图15为加工槽的实测切削深度DoCM为0. 2 μm时的2D轮廓的示意图；
[0090] 图16为加工槽的实测切削深度DoCM为0. 3 μm时的2D轮廓的示意图；
[0091] 图17为加工槽的实测切削深度DoCM为0. 4 μπι时的2D轮廓的示意图；
[0092] 图18为加工槽的实测切削深度DoCM为0. 5 μm时的2D轮廓的示意图；
[0093] 图19为当加工槽的实测切削深度DoCM为1 μπι时实测刀鼻半径RM的变化示意图；
[0094] 图20为当加工槽的实测切削深度D〇CM处于0· 75 μπι与1. 5 μπι时时实测刀鼻半 径Rm的一个变化示意图；
[0095] 图21为当加工槽的实测切削深度D〇CM处于0· 75 μπι与1. 5 μπι时时实测刀鼻半 径rm的另一个变化示意图；
[0096] 图22为加工槽的40个2D轮廓的集合图；
[0097] 图23为当加工槽的实测切削深度DoCM超过1. 5 μπι时，单点钻石刀具的划动方向 和加工样品的加工面的微动损伤会发生回弹的示意图。
【具体实施方式】
[0098] 本发明提出了一种测量刀具的刀鼻半径（Tool Nose Radius)的方法。这样，通过 比较刀具的初始刀鼻半径和实测刀鼻半径，就可以监测刀具的刀具磨损（Tool Wear)。
[0099] 刀具的刀鼻半径的计算模型
[0100] 本发明的技术原理是：通过测量加工样品的加工槽的切削深度（Depth of Cut)和 弦长，来计算得到刀具的刀鼻半径。这里，加工槽是由刀具切削而成。
[0101] 具体地，刀具为带有圆刀鼻的单点钻石刀具（Single Point Diamond Tool);本发 明的刀鼻半径的测量方法是基于采用单点钻石刀具所完成的纵切试验实现的。
[0102] 参照图1，图1示出了加工样品的加工槽的横截面的示意图。
[0103] 如图1所示，区域BCED为加工样品的加工槽的横截面；弧BDE为加工槽的横截面 的凹线；线0B为单点钻石刀具的刀鼻半径；Ζ Β0Ε = Θ ;点队为在切削前加工槽的预设最 低点；点D为在切削后加工槽的最低点；
[0104] 这样，预设切削深度为D^，实测切削深度为DC。
[0105] 参照图2,图2为加工槽的横截面的面积和凹线长度的计算示意图。图2所示的参 数的定义如表1所示。
[0106] 表 1
[0107]
[0108] 根据平面几何知识，加工槽的横截面BCED的理论面积STS :
[0109] (1)
[0110] 根据微积分知识，加工槽的横截面BCED的实测面积SM等于矩形BFME的面积减去 异形BFMED的面积，SP :
[mu]
<:2>
[0112] 这里，nl为加工槽的凹线BDE上的点的总编号；m为从1到nl中任意一个编号；Χηι 为加工槽的凹线BDE上的编号为m的点的X轴坐标，yni为加工槽的凹线BDE上的编号为m 的点的y轴坐标。
[0113] DoCM为加工槽的实测切削深度；AW M为加工槽的实测弦长；
[0114] 进一步地，根据平面几何知识，加工槽的凹线BDE的理论弧长ALTS :
[0115] ALT= R Θ (3)
[0116] 而根据微积分知识，加工槽的凹线BDE的实测弧长ALM为：
[0117]
(4)
[0118] 这里，这里，X和y分别表示加工槽的凹线BDE上点的X坐标和y坐标；nl为加工 槽的凹线BDE上的点的总编号；m为从1到nl中任意一个编号；
[0119] 进一步地，根据平面几何知识，加工槽的理论切削深度D〇CTS :
[0120] (5)
[0121] 加工槽的实测切削深度DoCM为：
[0122] DoCM= CD = y c_yD (6)
[0123] 根据平面几何知识，加工槽的理论弦长AWTS :
[0124] (7)
[0125] 加工槽的实测弦长AWM为：
[0126] AffM= BE = X Β-χΕ (8)
[0127] 在式（1)-⑶中，SM、ALM、DoCM以及AW M都可以通过实际测量得到。
[0128] 如果我们假设ST= S M，D〇CT= DoC M，则根据式⑴和（5)，有：
[0129] (9)
[0130] 纵切试验
[0131] 本发明采用四轴联动数控超精密机床（Four-axis CNC Ultra-precision Machine,由美国的穆尔纳米技术公司生产，型号为Nanotech 350FG)，参照图3,图3示出 了本发明的加工样品的加工槽的加工示意图。其中，加工样品被固定在固定装置的侧面上， 这里，固定装置呈柱状。然后，采用四轴联动数控超精密机床控制单点钻石刀具对加工样 品进行纵切，从而在加工样品上开设加工槽。伴随着单点钻石刀具对加工样品的加工，加 工槽的实测切削深度从〇慢慢增大到2 μ m，而单点钻石刀具偏离竖直方向的角度始终保持 0. 01°。在本试验中，加工样品的材料选用6061错合金，其尺寸为10mmX3mmX3mm。
[0132] 在进行纵切试验之前，加工样品的加工面朝着四轴联动数控超精密机床放平。纵 切试验的参数见表2所示。具体地，单点钻石刀具的真实刀鼻半径为2. 48mm，润滑油为普通 的机油。在进行纵切试验之前，单点钻石刀具放置在加工样品下方5mm处，并且，单点钻石 刀具与刀工样品的加工面的垂直距离为-3 ym。如图3所示，在进行纵切试验时，单点钻石 刀具以600mm/min的进刀速度沿z轴方向走刀15mm，同时沿y轴方向走刀3 μπι。这样，通 过上述进刀方式，在加工样品上，一个切削深度从0到2 μπι变化、延伸长度为10mm的加工 槽就加工完成。
[0133] 表 2
[0134]
[0135]
[0136] 在完成纵切试验后，加工槽的尺寸会通过非接触式光学分析系统（Non-contact Optical Profiling System, Wyko NT8000)来测量；在测量时，光学分析系统会对加工槽的 形貌放大20倍。
[0137] 加工槽的具体测量参数被列于表3中；其中，20X光学透镜采用0. 4的数值孔径， 4. 7mm的焦距以及0. 75 μπι的光学分辨率。
[0138] 表 3
[0139]
[0140] 为了分析加工槽尺寸的测量结果，本发明采用移相干涉测量（Phase Shifting Interferometry，简称PSI)模式来测量加工槽的尺寸，而加工槽的尺寸的测量精度达到 lnm，如图4所示。
[0141] 然后，通过采用非接触式光学分析系统的直接递送媒体（Through Transmissive Media，TTM)模式，由PSI模式测量的加工槽的每个点的3D数据将组合成一个完整的3D轮 廓。该3D轮廓的分辨率大概为660X 22000 (pixels)，抽样长度大概为480nm，如图5所示。
[0142] 最后，如图6所示，加工槽的横截面的2D轮廓能够从加工槽的3D轮廓中选出来， 为进一步的数据分析做准备。这里，加工槽的2D轮廓总共有40个。
[0143] 在图6中，加工槽的实测切削深度D〇CM等于加工槽y值的最大值与最小值之差，即 式（6);加工槽的实测弦长AW M等于图2所示的线BE的长度，即式（8);加工槽的横截面的 实测面积SM由式⑵算出；加工槽的凹线的实测弧长AL M由式⑷算出；这样，根据式（2)、 (4)、（6)和（8)七31^、0〇(^以及41，能通过非接触式光学分析系统计算得到。
[0144] 图7示出了非接触式光学分析系统的计算过程的流程图。
[0145] 在该流程图中，首先根据式（10)-(13)以及输入参数xQi= DoCM和 yDl=SM计算得到。这里，η为[X(]l，y(]l]的数据组数，也即2D轮廓的个数；
(1:0) (11) 02) (13)
[0150] 编号为i的2D轮廓的实测切削深度DoC M;
[0151 ] 701为编号为i的2D轮廓的实测面积</3;
[0152] 然后根据式（14)和（15)计算a，b ;在式子（14)和（15)中，t为置信因子，能够根 据置信度α (这里，α =0.01，可以理解，置信度α可以根据加工样品材料的不同而进行 确定，还可以采用〇. 05或者其他值）和η(自由度加上2)，按照t分布表查找出。
则 （14) 则 （15)
[0155] xQU+10编号为i+1的2D轮廓的实测切削深度DoCm;
[0156] 7。(1+1)为编号为i的2D轮廓的实测面积Sf3 ?
[0157] 这里，b为回归直线的斜率，而a为回归直线在y轴上的截距。因此，回归直线能 用式（16)表不：
[0158] y1=a+bx1 (16)
[0159] 线性回归的残差标准偏差Pi通过式（17)计算得到：
[0160] Π 7>
[0161] 然后，置信界限P2和预测界限P 3的参数根据式（18)和（19)计算得到：
[0162] (18)
[0163] μ;,
[0164] 这样，置信界限直线和预测界限直线便可以通过式（20)和（21)表示：
[0165] y2=y1±tXP2 (20)
[0166] y3=yi土tXP3 (21)
[0167] x (")为在当Xi= x ("时回归方程的y轴坐标；
[0168] 而t为当自由度为（n-2)时的置信区间的T值。
[0169] 非接触式光学分析系统的主要用于找到符合的回归直线，并计算置信界限和预测 界限。在非接触式光学分析系统的输出结果中，40组的2D轮廓的数据及其回归直线都被绘 制出来。并且，99%的置信界限直线和99%预测界限直线也会绘制出来。
[0170] 试验结果及讨论
[0171] 根据非接触式光学分析系统计算得到的数据，《Sf和D〇CM的关系被绘制出来，如 图8所示。
[0172] 在图8中，巧f为y轴，实测切削深度DoCM为X轴。
[0173] 表4列出了非接触式光学分析系统计算得到的处理结果。
[0174] 表 4
[0175]
[0176] 根据表4的铦呆，通]〇：式（9)，早点钴妇刀具的买测刀鼻半砼KM就骰计算出釆，为 2. 50mm〇
[0177] 图9-12分别绘制了当实测切削深度D〇CM与实测刀鼻半径R M的比例在1000到5000 之间时的放大1000倍的2D轮廓的示意图。
[0178] 如果对单点钻石刀具进行更为周到的设计时，则该单点钻石刀具能够对加工样品 进行切削，使该加工样品的加工槽的实测切削深度D 〇CM慢慢达到0. 5 μπι。此时，会出现两 个问题；如图13-18所示，问题⑴是：加工槽的实测弧长ALM被扩宽，这里，在图13-18中， 最右边的Z表示加工槽的实测切削深度D 〇CM;问题（2)是：加工样品的加工面起皱。这两 个问题都是由对加工样品的加工面加工时表面张力引起的。
[0179] 当加工槽的实测切削深度D〇CM从0. 5 μ m增大到1 μ m时，问题（1)和（2)不太明 显，但会影响实测刀鼻半径RM的准确性，如图19所示。
[0180] 当加工槽的实测切削深度D〇CM处于0. 75 μπι与1. 5 μπι时，加工槽是具有最理想 的切削效果，如图20和图21所示。
[0181] 当加工槽的实测切削深度DoCM超过1. 5 μπι时，单点钻石刀具的划动方向和加工 样品的加工面的微动损伤会发生回弹，此时，加工样品的额外部分会被刮掉，如图22所示。 此时，实测刀鼻半径R M的测量精度会受到影响，如图23所示。
[0182] 问题⑴会导致加工槽的横截面的实测面积SM的低估，而问题⑵会导致加工槽 的横截面的实测面积S M的高估。基于图8所示的线性结果，上述两个问题所造成的效果会 相互抵消。图8暗示了加工面的微动损伤与回弹力的相关性。
[0183] 图22示出了加工槽的40个2D轮廓的集合图。在图22中，我们可以发现，加工槽 的2D轮廓的底部是平的（这是由于回弹力导致的），加工槽的2D轮廓的侧面边缘是紊乱的 (这是由于附着磨损导致的）。
[0184] 基于对加工槽的2D轮廓的侧面边缘、单点钻石刀具的状态的微观分析，可以发 现，刀具磨损并没有发生。图23中示出的方框1所表示的靠近刀鼻的紊乱侧面边缘能够被 看作是纳米硬质刀具磨损的前兆。就这一点而言，紊乱侧面边缘将被作为刀具磨损监测的 目标。然而，这种刀具磨损监测方式比较草率。因为紊乱侧面边缘是随机发生的，其累计的 净效应会诱导多次实测刀鼻半径的离散。而这种离散会扩大置信界限和预测界限。从四轴 联动数控超精密机床的角度来看，当实测刀鼻半径的严重离散导致加工形状错误，单点钻 石刀具会接近其使用寿命的极限。单点钻石刀具在其破损之前，无论失去了多少边缘锐度， 都需要被更换。本发明的方法就是通过实测刀鼻半径的离散来判断单点钻石刀具什么时候 需要被更换。
[0185] 基于上述试验和计算，本发明提供了一种刀具磨损监测方法，包括以下步骤：
[0186] 步骤S1、使用刀具在加工样品的加工面上纵切，以形成加工槽，其中，刀具为带有 圆刀鼻的单点钻石刀具；
[0187] 步骤S2、获取加工槽的每一个绘图节点的坐标；并通过该加工槽的每一个绘图节 点的坐标绘制该加工槽的3D轮廓；并根据该3D轮廓，获取多个加工槽横截面的2D轮廓；
[0188] 步骤S3、测量每一个2D轮廓的实测切削深度D〇CM;并分别计算得到每一个2D轮 廓所围的实测面积S M;
[0189] 所述步骤S3还包括测量每一个2D轮廓的实测弦长AWM的步骤；
[0190] 则实测面积SM为：
[0191]
[0192] 其中，nl为2D轮廓的凹线上的绘图节点的总编号；m为从1到nl的自然数变量； xmS 2D轮廓的凹线上的编号为m的绘图节点的X轴坐标，y A 2D轮廓的凹线上的编号为m 的绘图节点的y轴坐标；xm+1为2D轮廓的凹线上的编号为m+1的绘图节点的X轴坐标，y m+1 为2D轮廓的凹线上的编号为m+1的绘图节点的y轴坐标。
[0193] 步骤S4、根据多个2D轮廓的实测面积SM和实测切削深度DoC M，绘制D〇CM和從3 的回归直线，并绘制该回归直线的置信区间；
[0194] 步骤S4还包括获取2D轮廓的总编号的步骤，则回归直线的方程为：
[0195] y1=a+bx1
[0202] η为2D轮廓的总编号，也为[X(]l，yj的数据组数；
[0203] 编号为i的2D轮廓的实测切削深度DoC M;
[0204] xQU+10编号为i+1的2D轮廓的实测切削深度DoCm;
[0205] 701为编号为i的2D轮廓的实测面积;
[0206] yQU+1)为编号为i的2D轮廓的实测面积、
[0207] 进一步地，步骤S4还包括获取自由度为（η-2)时的置信区间的Τ值t的步骤，则 回归直线的置信区间为[y「t XP2, yi+t XP2]，其中，
[0212] η为2D轮廓的总编号，也为[Χ(]1，&]的数据组数；
[0213] 编号为i的2D轮廓的实测切削深度DoC M;
[0214] 7(]1为编号为i的2D轮廓的实测面积;
[0215] X (")为在当Xi= X ("时回归方程的y轴坐标；
[0216] 而t为当自由度为（η-2)时的置信区间的T值。
[0217] 优选地，置信区间的置信度α采用0. 01。可以理解，置信度α可以根据加工样品 材料的不同而进行确定，还可以采用〇. 05或者其他值。
[0218] 步骤S5、判断每一个2D轮廓的采样点（D〇CM，5^ /3)是否处于所述置信区间中，若 否，则判断该刀具已被磨损到使用寿命的极限；
[0219] 步骤S6、更换该刀具。
[0220] 与监测方法对应的，本发明还提出了一种刀具磨损监测系统，包括：
[0221] 驱动模块、用于使刀具在加工样品的加工面上纵切，以形成加工槽，其中，刀具为 带有圆刀鼻的单点钻石刀具；
[0222] 扫描模块、用于获取加工槽的每一个绘图节点的坐标，并通过该加工槽的每一个 绘图节点的坐标绘制该加工槽的3D轮廓，并根据该3D轮廓，获取多个加工槽横截面的2D 轮廓；
[0223] 测量模块、用于测量每一个2D轮廓的实测切削深度D〇CM，并分别计算得到每一个 2D轮廓所围的实测面积SM;
[0224] 具体地，所述测量模块还用于测量每一个2D轮廓的实测弦长Mm;
[0225] 则实测面积SM为：
[0226]
[0227] 其中，nl为2D轮廓的凹线上的绘图节点的总编号；m为从1到nl的自然数变量； xmS 2D轮廓的凹线上的编号为m的绘图节点的X轴坐标，y A 2D轮廓的凹线上的编号为m 的绘图节点的y轴坐标；xm+1为2D轮廓的凹线上的编号为m+1的绘图节点的X轴坐标，y m+1 为2D轮廓的凹线上的编号为m+1的绘图节点的y轴坐标。
[0228] 计算模块、用于根据多个2D轮廓的实测面积SM和实测切削深度D〇C M，绘制D〇CM和 S,2;的回归直线，并绘制该回归直线的置信区间；
[0229] 所述计算模块还用于获取2D轮廓的总编号的步骤，则回归直线的方程为：
[0230] yx= a+bx !
[0237] η为2D轮廓的总编号，也为[xQl，yQl]的数据组数；
[0238] x。^编号为i的2D轮廓的实测切削深度DoC M;
[0239] xQU+10编号为i+1的2D轮廓的实测切削深度DoCm;
[0240] 7(]1为编号为i的2D轮廓的实测面积;
[0241] 7。(1+1)为编号为i的2D轮廓的实测面积
[0242] 计算模块还用于获取自由度为（n-2)时的置信区间的T值t，则回归直线的置信区 间为[714\卩2,71+七\卩2]，其中，
[0247] η为2D轮廓的总编号，也为[X(]l，yj的数据组数；
[0248] x。^编号为i的2D轮廓的实测切削深度DoC M;
[0249] 7(]1为编号为i的2D轮廓的实测面积f 3
[0250] X (")为在当x!= X ("时回归方程的y轴坐标；
[0251] 而t为当自由度为（n-2)时的置信区间的T值。
[0252] 置信区间的置信度α采用0.01。可以理解，置信度α可以根据加工样品材料的 不同而进行确定，还可以采用〇. 05或者其他值。
[0253] 判断模块、判断每一个2D轮廓的采样点（D〇CM，巧 3 )是否处于所述置信区间中， 若否，则判断该刀具已被磨损到使用寿命的极限。
[0254] 本发明的刀具磨损监测方法就是通过实测刀鼻半径的离散来判断单点钻石刀具 什么时候需要被更换。本发明的刀具磨损监测方法能够做到对单点钻石刀具的磨损和使用 寿命做到实时监测，实用性强和自动化程度高。
[0255] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种刀具磨损监测方法，其特征在于，包括W下步骤： 步骤S1、使用刀具在加工样品的加工面上纵切，W形成加工槽，其中，刀具为带有圆刀 鼻的单点钻石刀具； 步骤S2、获取加工槽的每一个绘图节点的坐标；并通过该加工槽的每一个绘图节点的 坐标绘制该加工槽的3D轮廓；并根据该3D轮廓，获取多个加工槽横截面的2D轮廓； 步骤S3、测量每一个2D轮廓的实测切削深度DoCm;并分别计算得到每一个2D轮廓所 围的实测面积Sm; 步骤S4、根据多个2D轮廓的实测面积Sm和实测切削深度DoCm,绘制DoCm和销3的回归 直线，并绘制该回归直线的置信区间； 步骤S5、判断每一个2D轮廓的采样点(DoCm，3 )是否处于所述置信区间中，若否， 则判断该刀具已被磨损到使用寿命的极限。2. 根据权利要求1所述的刀具磨损监测方法，其特征在于，所述步骤S3还包括测量每 一个2D轮廓的实测弦长AWm的步骤； 则实测面积Sm为：其中，nl为2D轮廓的凹线上的绘图节点的总编号；m为从1到nl的自然数变量；Xm为 2D轮廓的凹线上的编号为m的绘图节点的X轴坐标，ym为2D轮廓的凹线上的编号为m的 绘图节点的y轴坐标；Xmu为2D轮廓的凹线上的编号为m+1的绘图节点的X轴坐标，y mu为 2D轮廓的凹线上的编号为m+1的绘图节点的y轴坐标。3. 根据权利要求1所述的刀具磨损监测方法，其特征在于，所述步骤S4还包括获取2D 轮廓的总编号的步骤，则回归直线的方程为： Yi=过+bx 1n为2D轮廓的总编号，也为[Xw，y J的数据组数； Xw为编号为i的2D轮廓的实测切削深度DoCm; Xo(W)为编号为i+1的2D轮廓的实测切削深度DoCm; 为编号为i的2D轮廓的实测面积S; ' ; y〇(w)为编号为i的2D轮廓的实测面积<S；；"。4. 根据权利要求3所述的刀具磨损监测方法，其特征在于，步骤S4还包括获取自由度 为（11-?时的置信区间的T值t的步骤，则回归直线的置信区间为[yi-tXP2，yi+tXP2]，其 中，n为2D轮廓的总编号，也为[Xw，y J的数据组数； Xw为编号为i的2D轮廓的实测切削深度DoCm; 为编号为i的2D轮廓的实测面积*巧"； yi (Xi= X Oi)为在当Xi= X。拥回归方程的y轴坐标； 而t为当自由度为（n-2)时的置信区间的T值。5. 根据权利要求4所述的刀具磨损监测方法，其特征在于，置信区间的置信度a采用 0.0 lo6. -种刀具磨损监测系统，其特征在于，包括： 驱动模块、用于使刀具在加工样品的加工面上纵切，W形成加工槽，其中，刀具为带有 圆刀鼻的单点钻石刀具； 扫描模块、用于获取加工槽的每一个绘图节点的坐标，并通过该加工槽的每一个绘图 节点的坐标绘制该加工槽的3D轮廓，并根据该3D轮廓，获取多个加工槽横截面的2D轮廓； 测量模块、用于测量每一个2D轮廓的实测切削深度DoCm,并分别计算得到每一个2D轮 廓所围的实测面积Sm; 计算模块、用于根据多个2D轮廓的实测面积Sm和实测切削深度DoCm,绘制DoCm和的尸 的回归直线，并绘制该回归直线的置信区间； 判断模块、判断每一个2D轮廓的采样点（DoCVi，）是否处于所述置信区间中，若 否，则判断该刀具已被磨损到使用寿命的极限。7. 根据权利要求6所述的刀具磨损监测系统，其特征在于，所述测量模块还用于测量 每一个2D轮廓的实测弦长AWm; 则实测面积Sm为：其中，nl为2D轮廓的凹线上的绘图节点的总编号；m为从1到nl的自然数变量；Xm为 2D轮廓的凹线上的编号为m的绘图节点的X轴坐标，ym为2D轮廓的凹线上的编号为m的 绘图节点的y轴坐标；Xmu为2D轮廓的凹线上的编号为m+1的绘图节点的X轴坐标，y mu为 2D轮廓的凹线上的编号为m+1的绘图节点的y轴坐标。8. 根据权利要求6所述的刀具磨损监测系统，其特征在于，所述计算模块还用于获取 2D轮廓的总编号的步骤，则回归直线的方程为： Yi=过+bx 1n为2D轮廓的总编号，也为[xw，yJ的数据组数； Xw为编号为i的2D轮廓的实测切削深度DoCm; Xo(W)为编号为i+1的2D轮廓的实测切削深度DoCm; 为编号为i的2D轮廓的实测面积 y〇(w)为编号为i的2D轮廓的实测面积Sf。9. 根据权利要求8所述的刀具磨损监测系统，其特征在于，计算模块还用于获取自由 度为（n-2)时的置信区间的T值t，则回归直线的置信区间为[yi-tXP2，yi+tXP2]，其中，n为2D轮廓的总编号，也为[xw，yJ的数据组数； Xw为编号为i的2D轮廓的实测切削深度DoCm; 为编号为i的2D轮廓的实测面积*S言"； yi (Xi= X Oi)为在当Xi= X。拥回归方程的y轴坐标； 而t为当自由度为（n-2)时的置信区间的T值。10. 根据权利要求9所述的刀具磨损监测系统，其特征在于，置信区间的置信度a采用 0.0 lo
【文档编号】G01M13/00GK106033025SQ201510105515
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月11日
【发明人】陈增源, 李荣彬, 李莉华, 王孝忠
【申请人】香港理工大学