CN105674882A - 影像测量刀具系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及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、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，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，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，所述的底光源板设于工作台面上并设于纵向摄像镜头一侧。

Description

影像测量刀具系统及其测量方法

技术领域

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

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。

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

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。

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。

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。

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。

优选地，所述的升降机构上设有升降手轮。

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。

优选地，所述的玻璃块尺寸为260x160mm。

优选地，所述的工作台移动机构运行行程为200x100mm。

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。

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。

一种影像测量刀具系统测量方法，包括下列步骤：

(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；

(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；

(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；

(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。

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。

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性。角度旋转装置使横向镜头可以绕纵向镜头旋转，工作台移动机构配合横向镜头可以绕纵向镜头可以实现五个轴的测量，角度旋转装置且避免了多次装夹造成的重复定位误差，极大的提高了测量精度与效率；本发明放大率高达240倍，可以清晰的分辨刀具或者精密零件的轮廓；并且可直接测量刀具几何参数，可大大提高刀具或者精密零件大批量生产时的质量稳定性和一致性。

附图说明

图1是本发明结构图。

图2是本发明配合磨针机后的结构图。

图3是本发明角度旋转装置的结构图。

图4是本发明图3的剖开图。

标注说明：1.电脑主机；2.控制台；3.Y向调节轴；4.X向调节轴；5.工作台面；6.玻璃块；7.横向转角镜头表面灯；8.横向镜头；9.横向摄录机；10.旋转拉手；11.纵向镜头；12.纵向摄录机；13.纵向镜头表面灯；14.升降机构；15.升降手轮；16.底光源板；17.夹持待测刀具的夹具；18.工作台移动机构；19.角度旋转装置；191.旋转气缸；192.底座；193.固定套；194.转动套；195.封盖；196.转轴；197.轴承；198.限位块；199.第一外齿圈；1910.第二外齿圈；1911.轴向挡板；1913.转动块；20.显示器；21.钣金仪器座；22.鼠标键盘；23.磨针机。

具体实施方式

请参阅图1-4所示，本发明关于一种影像测量刀具系统，包括钣金仪器座21、显示器20、电脑主机1、鼠标键盘22、控制台2，所述的控制台2、鼠标键盘22、电脑主机1和显示器20设于钣金仪器座21上，所述的鼠标键盘22和显示器20分别与电脑主机1连接，电脑主机1与控制台2连接，还包括工作台移动机构18、升降机构14、工作台面5、玻璃块6、夹持待测刀具的夹具17、底光源板16、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18和升降机构14设于控制台2上并与控制台2连接，所述的工作台移动机构18运行行程为200x100mm，所述的工作台面5设于工作台移动机构18上方，所述的工作台面5采用金属制成，工作台面5的尺寸为404x228mm，所述的玻璃块6设于工作台面5上表面，所述的玻璃块6尺寸为260x160mm，采用玻璃块使光照效果更好，所述的夹持待测刀具的夹具17设于玻璃块6中部，所述的纵向图像采集装置固定于升降机构14上并设于夹持待测刀具的夹具17上方，所述的横向图像采集装置通过角度旋转装置19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13、纵向镜头11和纵向摄录机12，所述的横向图像采集装置包括横向转角镜头表面灯7、横向转角镜头、横向摄录机9，所述的底光源板16设于工作台面5上并设于纵向摄像镜头一侧。

电脑主机1内安装有刀具测量处理单元，刀具测量处理单元为本领域常规技术手段，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；对于工件测量领域，双镜头测量系统为最先进的测量仪器，使用者将更容易获得最佳的测量结果。

进一步地，所述的角度旋转装置19包括旋转拉手10、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191，所述角度调节限定部分包括底座192、固定套193、转动套194、封盖195、转轴196、限位块198、第一外齿圈199、第二外齿圈1910、轴向挡板1911、固定块及转动块1913；所述旋转气缸191的驱动轴与转轴196的一端相连接，所述底座192和固定套193均通过轴承197依次套装在转轴196的气缸连接端，所述第一外齿圈199套在转轴196外侧并固装在固定套193侧部，所述第二外齿圈1910套在转轴196外侧并固装在第一外齿圈199侧部，在第一外齿圈199和第二外齿圈1910轴向方向上留有间隙，且第一外齿圈199和第二外齿圈1910的齿形和齿数均相同，在轴向投影方向上，第一外齿圈199的外齿与第二外齿圈1910的外齿交错设置，且第一、第二外齿圈1910的外齿之间相差半个相邻齿间夹角；所述轴向挡板1911套在转轴196外侧并固装在第二外齿圈1910侧部，在轴向挡板1911上设置有开口槽；所述封盖195套装在轴向挡板1911外侧的转轴196上，封盖195相对于转轴196可轴向移动和绕转轴196转动；所述第一外齿圈199和第二外齿圈1910的轴向中心线与转轴196的轴向中心线相重合；所述限位块198固装在第一外齿圈199和第二外齿圈1910内侧面所对应的转轴196上，所述固定块、转动块1913均位于第一外齿圈199、第二外齿圈1910内侧面与转轴196之间的环形空间内，且固定块和转动块1913分别位于限位块198的两侧，固定块与轴向挡板1911固定连接，转动块1913通过连接杆与封盖195相固接，所述连接杆通过轴向挡板1911的开口槽与封盖195相连接；所述转动套194位于固定套193与封盖195之间，旋转拉手10套于转动套194外，且转动套194与封盖195相固接，所述第一外齿圈199、第二外齿圈1910及轴向挡板1911均位于转动套194内部，在转动套194内壁上设置有内齿，内齿的齿形与第一外齿圈199、第二外齿圈1910的齿形相同；所述转动套194内齿分别与第一外齿圈199、第二外齿圈1910相啮合配合；所述转动套194轴向中心线与转轴196的轴向中心线相重合。

首先通过旋转拉手10将转动套194沿转轴196向外拉动，此时的转动套194内齿刚好位于第一外齿圈199与第二外齿圈1910之间的间隙内，此时的固定块和转动块1913均处于初始位置，即固定块和转动块1913刚好将限位块198夹合在中间；手动转动旋转拉手10使转动套194转动，在封盖195和连接杆的带动下，转动块1913会随着转动套194一同绕转轴196转动，转动块1913移开限位块198的同时，也和固定块之间形成了一定的扇形空间，此时的限位块198能够跟随转轴196转动的角度范围，就是扇形空间的扇形角范围；确定好角度后，继续手动沿转轴196向外拉动转动套194，此时的转动套194内齿与第二外齿圈1910相啮合，进而限定了转动套194轴向的位置，根据所要转动的角度不同，由于单个外齿圈能够调节的角度范围最小单位为度，所以特殊情况下只需要第一外齿圈199就可满足角度调整要求，此时可继续手动沿转轴196向内拉动转动套194，转动套194内齿与第一外齿圈199相啮合，进而限定了转动套194轴向的位置。

角度旋转装置19使横向镜头8可以绕纵向镜头11旋转，工作台移动机构18配合横向镜头8可以绕纵向镜头11可以实现五个轴的测量，角度旋转装置19且避免了多次装夹造成的重复定位误差，极大的提高了测量精度与效率。

所述的工作台移动机构18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4和Y向调节轴3。

所述的升降机构14上设有升降手轮15。

一种影像测量刀具系统测量方法，包括下列步骤：

(1)将待测刀具固定在夹持待测刀具的夹具17上，使前刀面面向横向镜头8，背向底光源板16；

(2)利用电脑主机1通过控制台2分别对工作台移动机构18进行水平方向左右前后移动控制和对升降机构14上下移动控制，工作台移动机构18使工作台面5沿X向或Y向移动和升降机构14上下移动，在工作台面5移动过程中使工作台面5上方的纵向镜头11和横向镜头8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19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；

(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1，电脑主机1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；

(4)电脑主机1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8和纵向镜头11，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。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一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。

2.根据权利要求1所述的一种影像测量刀具系统，其特征在于：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。

3.根据权利要求1所述的一种影像测量刀具系统，其特征在于：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。

4.根据权利要求1所述的一种影像测量刀具系统，其特征在于：所述的升降机构上设有升降手轮。

5.根据权利要求1所述的一种影像测量刀具系统，其特征在于：所述的工作台面采用金属制成，工作台面的尺寸为404x228mm。

6.根据权利要求1所述的一种影像测量刀具系统，其特征在于：所述的玻璃块尺寸为260x160mm。

7.根据权利要求1所述的一种影像测量刀具系统，其特征在于：所述的工作台移动机构运行行程为200x100mm。

8.根据权利要求1所述的一种影像测量刀具系统，其特征在于：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。

9.根据权利要求1所述的一种影像测量刀具系统，其特征在于：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。

10.根据权利要求1所述的一种影像测量刀具系统测量方法，包括下列步骤：

(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；

(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；

(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；

(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。