CN105834836A - 非接触式刀具测量及破损检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明所述的非接触式刀具测量及破损检测装置，涉及一种非接触式刀具检测装置，具体为采用激光对刀具进行测量及破损检测的装置。非接触式刀具测量及破损检测装置包括激光发射单元、激光接收单元；激光发射单元与激光接收单元相对设置，激光发射单元发射孔射出的激光射入激光接收单元的接收孔，待测刀具置于光束的路径上；激光发射单元与激光接收单元通过底部设置的航空接头与外部电缆及控制系统相连接；激光发射单元与激光接收单元通过底部设置的螺纹直通与外部气源相连接；本发明具有结构新颖，降低成本，降低工作量，安装方便，占用空间小，方便安装及调整等等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型非接触式刀具测量及破损检测装置。

Description

非接触式刀具测量及破损检测装置
技术领域
本发明所述的非接触式刀具测量及破损检测装置，涉及一种非接触式刀具检测装置，具体为采用激光对刀具进行测量及破损检测的装置。
背景技术
刀具在切削过程中因为摩擦作用将逐渐磨损，当磨损量达到一定的程度时，切削力加大，切削温度升高，切屑颜色变化，甚至产生振动。同时，工件尺寸可能发生变化，已加工的表面也明显恶化，此时必须要更新刀具。有时，刀具也有可能在切削过程中突然损坏而失效，造成刀具破损。刀具的磨损，破损及其使用寿命对加工的质量，生产效率和成本的影响很大，因此它是切削过程中极为重要的问题之一。在刀具的使用过程中，不可避免的会使刀具发生磨损，而平时我们肉眼无法观测出刀具的磨损情况。
随着制造技术与工业自动控制技术的发展，对制造业的自动化程度和智能化水平提出了更高的要求。因此，利用激光对刀具在线自动检测和破损检测技术就成为切削加工行业和刀具生产行业对刀具参数进行检测的优选技术，从而大大提高了切削加工和刀具生产的自动化、智能化进程，有效解决了产品质量的监控问题。
激光检测技术可以利用到切削加工行业的应用研究主要是注重于刀具状态的监测，比如：刀具的异常缺失、磨损、破损、折断、崩刃、选刀错误，尤其是随着我国的航空、汽车以及医疗器械制造业的发展，对相关零部件的加工精度越来越高，加工零部件过程中的刀具状态检测显得尤为重要，刀具状态检测是切削加工行业的一个重要环节。
针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的非接触式刀具测量及破损检测装置，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的非接触式刀具测量及破损检测装置。用以实现对刀具状态的检测，进而保证产品加工质量问题。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
本发明所述的非接触式刀具测量及破损检测装置，其特征在于所述的非接触式刀具测量及破损检测装置包括激光发射单元、激光接收单元；激光发射单元与激光接收单元相对设置，激光发射单元发射孔射出的激光射入激光接收单元的接收孔，待测刀具置于光束的路径上；激光发射单元与激光接收单元通过底部设置的航空接头与外部电缆及控制系统相连接；激光发射单元与激光接收单元通过底部设置的螺纹直通与外部气源相连接；
本发明所述的激光发射单元包括：发射单元壳体、激光发射装置、发射单元硬件电路、机械快门结构、航空快接装置；激光发射装置与发射单元硬件电路装于发射单元壳体内部，机械快门结构装于发射单元壳体的前部及下部；航空快接装置装于发射单元壳体下部；
本发明所述的激光接收单元包括：接收单元壳体、激光接收装置、接收单元硬件电路、机械快门结构、航空快接装置；激光接收装置与接收单元硬件电路装于接收单元壳体内部，机械快门结构装于接收单元壳体的前部及下部；航空快接装置装于接收单元壳体下部。
本发明所述的发射单元壳体包括：发射单元前壳体与发射单元后壳体；发射单元前壳体上加工有气孔Ⅰ、气孔Ⅱ及通孔；发射单元前壳体与发射单元后壳体通过螺栓连接为一体。
本发明所述的激光发射装置包括：透镜、激光发射器角度调节器及激光发射器；激光发射器角度调节器装于发射单元前壳体的内侧，激光发射器装于激光发射器角度调节器上，激光发射器和激光发射器角度调节器与发射单元硬件电路相连接；透镜装于通孔上，位于发射单元前壳体的前部。
本发明所述的接收单元壳体包括：接收单元前壳体与接收单元后壳体；接收单元前壳体上加工有气孔Ⅰ、气孔Ⅱ及通孔；接收单元前壳体与接收单元后壳体通过螺栓连接为一体。
本发明所述的激光接收装置包括：光电接收组件及透镜；光电接收组件装于接收单元前壳体上并与接收单元硬件电路相连接；透镜装于通孔上，位于接收单元前壳体的前部。
本发明所述的机械快门结构包括：防尘遮板组件、气体分流块及螺纹直通；防尘遮板组件装于发射单元前壳体及接收单元前壳体的前部，防尘遮板组件上的镜头与透镜同轴；螺纹直通装于气体分流块上，气体分流块装于发射单元前壳体及接收单元前壳体的下部，将螺纹直通传送来的气体分别送入气孔Ⅰ和气孔Ⅱ中；螺纹直通与外部气源相连接。
本发明所述的航空快接装置包括：航空接头转接块及航空接头；航空接头装于航空接头转接块上，航空接头转接块装于发射单元后壳体与接收单元后壳体的下部；航空接头与外部电缆及控制系统相连接。
本发明主要在于提供一种利用半导体激光器实现非接触式刀具检测的装置。半导体激光器的激光属于可见光，Class2类激光，直径小于0.4mm，扩散角≤3°，功率≤3mW，波长为640—670nm。该检测装置的测量不确定度主要由三部分误差组成，即光学系统对测量精度的影响，加工过程中的环境保护对测量精度的影响和测量过程中的环境保护对测量精度的影响。
本发明是以激光为载体，具有测量精度高、测量速度快、测量范围大等优点。其工作原理是由发射单元中的半导体激光器发射出光束，光束经过聚焦准直镜组后形成一束聚焦准直的激光。外部气源经过发射单元气体分流块后形成两路气源，一路用于打开机械快门结构，使激光从发射单元发射出去；另外一路用于使腔体内形成正气压，防止外界灰尘杂物等进入腔体内，达到气密封的效果。聚焦准直后的激光束通过机械快门结构从发射单元射出，射向对侧同样带有快门结构的接收单元。外部气源经过接收单元气体分流块后形成两路气源，一路用于打开机械快门结构，使激光射入到接收单元；另外一路用于使腔体内形成正气压，防止外界灰尘杂物等进入腔体内，达到气密封的效果。射入接收单元的光束经过接收单元快门结构后射在光电接收组件上，完成光电转换，电信号在经过前端信号处理及高速高精度的AD进行处理，得到激光强度，根据遮挡激光的百分比以及算法来推导出刀具的相关测量尺寸。刀具在测量过程中，通过旋转或移动来逐渐靠近并遮挡工作区域的激光束，当遮挡到50％的情况下，接收单元会输出脉冲触发信号给数控系统，数控系统通过这个触发信号锁存机床当前运动轴的位置，经过换算得到刀具的几何尺寸。该装置还可以用来检测刀具的破损情况。将刀具快速移动到一个应该能截断激光束的位置，如果这时接收器还能接收到激光束，则说明刀具的刀尖已损坏。
本发明的优点是显而易见的，主要表现在：
1、本发明可以在正常的主轴转速下对刀具进行测量，获得刀具的跳动和振摆圆锥参数；
2、本发明能够测量非常小的、精巧的刀具，而不会磨损或损坏刀具；
3、本发明能够以极高的速度检测刀具的破损情况，检测循环时间短，自动加工可靠性高；
4、本发明能够检测多齿刀具的每个刀齿的损坏情况。
本发明具有结构新颖设计简单，能有效的降低成本，减少实验人员的工作量，安装方便，占用空间小，方便安装及调整等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。
附图说明
本发明共有3幅附图,其中：
附图1为本发明结构示意图；
附图2为本发明激光发射单元结构示意图；
附图3为本发明激光接收单元结构示意图。
在图中：1、激光发射单元 2、光束 3、待测刀具 4、激光接收单元 5、镜头 6、防尘遮板组件 7、透镜 8、通孔 9、发射单元前壳体 10、发射单元硬件电路 11、激光发射器角度调节器 12、激光发射器 13、发射单元后壳体 14、航空接头 15、航空接头转接块 16、气体分流块 17、螺纹直通 18、接收单元前壳体 19、光电接收组件 20、接收单元硬件电路 21、接收单元后壳体 K1、气孔Ⅰ K2、气孔Ⅱ。
具体实施方式
本发明的具体实施例如附图所示，非接触式刀具测量及破损检测装置包括激光发射单元1、激光接收单元4；激光发射单元1与激光接收单元4相对设置，激光发射单元1发射孔射出的激光射入激光接收单元4的接收孔，待测刀具3置于光束2的路径上；激光发射单元1与激光接收单元4通过底部设置的航空接头14与外部电缆及控制系统相连接；激光发射单元1与激光接收单元4通过底部设置的螺纹直通17与外部气源相连接；
激光发射单元1包括：发射单元壳体、激光发射装置、发射单元硬件电路10、机械快门结构、航空快接装置；激光发射装置与发射单元硬件电路10装于发射单元壳体内部，机械快门结构装于发射单元壳体的前部及下部；航空快接装置装于发射单元壳体下部；
激光接收单元4包括：接收单元壳体、激光接收装置、接收单元硬件电路20、机械快门结构、航空快接装置；激光接收装置与接收单元硬件电路20装于接收单元壳体内部，机械快门结构装于接收单元壳体的前部及下部；航空快接装置装于接收单元壳体下部。
发射单元壳体包括：发射单元前壳体9与发射单元后壳体13；发射单元前壳体上加工有气孔ⅠK1、气孔ⅡK2及通孔8；发射单元前壳体9与发射单元后
壳体13通过螺栓连接为一体。
激光发射装置包括：透镜7、激光发射器角度调节器11及激光发射器12；激光发射器角度调节器11装于发射单元前壳体9的内侧，激光发射器12装于激光发射器角度调节器11上，激光发射器12和激光发射器角度调节器与发射单元硬件电路10相连接；透镜装于通孔8上，位于发射单元前壳体9的前部。
接收单元壳体包括：接收单元前壳体18与接收单元后壳体21；接收单元前壳体上加工有气孔ⅠK1、气孔ⅡK2及通孔8；接收单元前壳体18与接收单元后壳体21通过螺栓连接为一体。
激光接收装置包括：光电接收组件19及透镜7；光电接收组件19装于接收单元前壳体上并与接收单元硬件电路20相连接；透镜7装于通孔8上，位于接收单元前壳体18的前部。
机械快门结构包括：防尘遮板组件6、气体分流块16及螺纹直通17；防尘遮板组件6装于发射单元前壳体9及接收单元前壳体18的前部，防尘遮板组件6上的镜头5与透镜7同轴；螺纹直通17装于气体分流块16上，气体分流块16装于发射单元前壳体9及接收单元前壳体18的下部，将螺纹直通17传送来的气体分别送入气孔ⅠK1和气孔ⅡK2中；螺纹直通17与外部气源相连接。
航空快接装置包括：航空接头转接块15及航空接头14；航空接头14装于航空接头转接块15上，航空接头转接块15装于发射单元后壳体13与接收单元后壳体21的下部；航空接头14与外部电缆及控制系统相连接。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种非接触式刀具测量及破损检测装置，其特征在于所述的非接触式刀具测量及破损检测装置包括激光发射单元(1)、激光接收单元(4)；激光发射单元(1)与激光接收单元(4)相对设置，激光发射单元(1)发射孔射出的激光射入激光接收单元(4)的接收孔，待测刀具(3)置于光束(2)的路径上；激光发射单元(1)与激光接收单元(4)通过底部设置的航空接头(14)与外部电缆及控制系统相连接；激光发射单元(1)与激光接收单元(4)通过底部设置的螺纹直通(17)与外部气源相连接；
所述的激光发射单元(1)包括：发射单元壳体、激光发射装置、发射单元硬件电路(10)、机械快门结构、航空快接装置；激光发射装置与发射单元硬件电路(10)装于发射单元壳体内部，机械快门结构装于发射单元壳体的前部及下部；航空快接装置装于发射单元壳体下部；
所述的激光接收单元(4)包括：接收单元壳体、激光接收装置、接收单元硬件电路(20)、机械快门结构、航空快接装置；激光接收装置与接收单元硬件电路(20)装于接收单元壳体内部，机械快门结构装于接收单元壳体的前部及下部；航空快接装置装于接收单元壳体下部。
2.根据权利要求1所述的非接触式刀具测量及破损检测装置，其特征在于所述的发射单元壳体包括：发射单元前壳体(9)与发射单元后壳体(13)；发射单元前壳体上加工有气孔Ⅰ(K1)、气孔Ⅱ(K2)及通孔(8)；发射单元前壳体(9)与发射单元后壳体(13)通过螺栓连接为一体。
3.根据权利要求1所述的非接触式刀具测量及破损检测装置，其特征在于所述的激光发射装置包括：透镜(7)、激光发射器角度调节器(11)及激光发射器(12)；激光发射器角度调节器(11)装于发射单元前壳体(9)的内侧，激光发射器(12)装于激光发射器角度调节器(11)上，激光发射器(12)和激光发射器角度调节器与发射单元硬件电路(10)相连接；透镜装于通孔(8)上，位于发射单元前壳体(9)的前部。
4.根据权利要求1所述的非接触式刀具测量及破损检测装置，其特征在于所述的接收单元壳体包括：接收单元前壳体(18)与接收单元后壳体(21)；接收单元前壳体上加工有气孔Ⅰ(K1)、气孔Ⅱ(K2)及通孔(8)；接收单元前壳体(18)与接收单元后壳体(21)通过螺栓连接为一体。
5.根据权利要求1所述的非接触式刀具测量及破损检测装置，其特征在于所述的激光接收装置包括：光电接收组件(19)及透镜(7)；光电接收组件(19)装于接收单元前壳体上并与接收单元硬件电路(20)相连接；透镜(7)装于通孔(8)上，位于接收单元前壳体(18)的前部。
6.根据权利要求1所述的非接触式刀具测量及破损检测装置，其特征在于所述的机械快门结构包括：防尘遮板组件(6)、气体分流块(16)及螺纹直通(17)；防尘遮板组件(6)装于发射单元前壳体(9)及接收单元前壳体(18)的前部，防尘遮板组件(6)上的镜头(5)与透镜(7)同轴；螺纹直通(17)装于气体分流块(16)上，气体分流块(16)装于发射单元前壳体(9)及接收单元前壳体(18)的下部，将螺纹直通(17)传送来的气体分别送入气孔Ⅰ(K1)和气孔Ⅱ(K2)中；螺纹直通(17)与外部气源相连接。
7.根据权利要求1所述的非接触式刀具测量及破损检测装置，其特征在于所述的航空快接装置包括：航空接头转接块(15)及航空接头(14)；航空接头(14)装于航空接头转接块(15)上，航空接头转接块(15)装于发射单元后壳体(13)与接收单元后壳体(21)的下部；航空接头(14)与外部电缆及控制系统相连接。
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