專利名稱：：三角形金剛石刀具角度高精度自動測量系統(tǒng)和測量方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于超精密加工、計算機視覺檢測及圖像測試
技術領域：
，涉及一種三角形金剛石刀具角度高精度自動測量系統(tǒng)。
背景技術：
：金剛石刀具是超精密切削加工的主要工具，具有很好的耐磨性、硬度和熱傳導性，可對有色金屬進行單次切削實現納米級粗糙度表面加工。三角形金剛石刀具是加工微溝槽、微棱鏡等微結構的重要工具，由于微結構靠刀具形狀在工件上直接復印，因此刀具參數的精確度是保證微結構加工的重要指標。對于三角形金剛石刀具非常重要的參數就是刀具角度，目前，測量角度的方法主要有萬能工具顯微鏡、超景深顯微鏡、計量投影儀等非接觸式光學方法，但由于沒有注意觀測方向和測量刀具的位置關系，所測角度存在誤差，從而導致測量值每次結果不同問題。另外，現有的方法主要靠人工手選刀具外輪廓進行測量，難免會引入人為因素誤差。鑒于刀具參數的重要性和測量存在的缺憾，很有必要開發(fā)一種金剛石刀具角度高精度自動測量系統(tǒng)。
發(fā)明內容本發(fā)明提出一種金剛石刀具角度高精度自動測量系統(tǒng)，可對測量刀具位置進行自動優(yōu)化調整，確定最佳測量位置，從而實現刀具參數高精確測量。為此，本發(fā)明采用如下的技術方案—種三角形金剛石刀具角度高精度自動測量系統(tǒng)，包括底座、固定在底座上的升降臺、圖像采集裝置、采集卡、控制器和計算機，其特征在于，所述底座上設置有平移臺，在平移臺上依次疊放有角位臺和旋轉臺，角位臺的旋轉軸垂直于升降臺軸向和圖像采集裝置光軸，旋轉臺軸平行于升降臺軸向，且和角位臺旋轉軸正交，旋轉臺上固定有用于夾持待測三角形金剛石刀具刀架的工件夾具；所述的圖像采集裝置包括通過支架固定在所述升降臺上的背光板、鏡頭、攝像機，工裝夾具位于背光板和鏡頭之間，采集卡采集的待測三角形金剛石刀具的輪廓圖像被送入計算機，所述控制器分別與計算機、旋轉臺和角位臺相連，用于根據計算機發(fā)送的指令控制旋轉臺和角位臺的移動，所述計算機根據輪廓圖像進行計算，通過控制器控制旋轉臺和角位臺的移動搜索刀具角度的最佳測量位置，并計算刀具角度。本發(fā)明同時提供一種采用上述的自動測量系統(tǒng)測量三角形金剛石刀具角度的方法，包括下列步驟(1)將待測三角形金剛石刀具和刀架固定在夾具上，使前刀面面向鏡頭，背向背光板；(2)調整平移臺和升降臺，使圖像采集裝置能夠清晰地采集到待測三角形金剛石刀具的輪廓；(3)利用圖像采集裝置采集刀具的輪廓圖像，并將其送入計算機；(4)按照以下方式進行優(yōu)化調整，確定刀具角度的最佳測量位置首先，利用計算3機通過控制器對旋轉臺進行轉動控制，在轉動過程中實時提取輪廓圖像中刀具兩側的輪廓線，求解兩直線夾角，根據該夾角調整旋轉臺，使刀具轉動到該夾角的最大測量位置；再利用計算機通過控制器對角位臺進行轉動控制，在轉動過程中實時提取輪廓圖像中刀具兩側的輪廓線，求解兩直線夾角，根據該夾角調整角位臺，使刀具轉動到該夾角的最小測量位置，從而確定刀具角度的最佳測量位置；(5)在該最佳測量位置求解得到的兩直線夾角即是刀具角度。本發(fā)明采用投射平行光的背光板從刀具背側投射光線，光線被刀具遮擋，在攝像機中成黑色像，而其他區(qū)域為白色，可以凸顯刀具輪廓，借助高精度輪廓提取算法可以準確實時獲取刀具輪廓信息，從而精確計算刀具角度?？刂菩D臺和角位臺微量運動，依據測得刀具角度的變化趨勢自動判斷刀具和鏡頭的位置關系，進行旋轉臺和角位臺的微量調整，由于完全采用為電控平臺，可以自動尋找刀具最佳測量位置。因此，本發(fā)明具有高精度、高效率和完全自動化的特點。圖l系統(tǒng)結構圖。圖2刀具平臺前視圖。圖3金剛石刀具輪廓圖。圖4旋轉臺的運動控制策略。圖5角位臺的運動控制策略。附圖標記說明如下<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>具體實施例方式本發(fā)明的系統(tǒng)結構如圖1所示，背光板、放大鏡頭和攝像機固定于同一支架上，形成采集裝置整體結構置于升降臺上，采集裝置的光軸垂直于升降臺軸向。放大鏡頭的焦距和放大倍率固定，因此其聚焦距離和景深范圍也確定。在系統(tǒng)底座上放置可以微量移動的平移臺，可進行背光板至鏡頭的雙向運動，運動軸平行于采集裝置，且垂直于升降臺軸向。在平移臺上依次疊放角位臺和旋轉臺，角位臺的旋轉軸垂直于升降臺軸向和采集裝置光軸，旋轉臺軸平行于升降臺軸向，且和角位臺旋轉軸正交。在旋轉臺上固定刀具夾具和金剛石刀架，且與旋轉軸同軸。平移臺的初始位置需保證刀具在采集裝置的聚焦范圍內，而聚焦程度可以通過平移臺的微量運動來調整。旋轉臺、夾具及刀架的高度保證在角位臺回轉半徑(R)之內，且保證在安裝好金剛石刀具后整體高度略過角位臺旋轉軸，如圖2所示。在進行以上裝配和調整后，將金剛石刀具安裝于刀架之上，前刀面面向鏡頭，背向背光板，微量調整平移臺，采集到清晰的三角形金剛石刀具輪廓圖像，如圖3所示。通過圖像預處理和亞像素提取算法可精確提取刀具兩側的輪廓線，對兩側輪廓線數據分別進行直線擬合，求解兩直線夾角可以得到當前位置時的刀具角度值。將刀具按照以下方式進行優(yōu)化調整，確定最佳測量位置。首先，利用計算機向控制器發(fā)出指令，使其對旋轉臺進行轉動控制，微量轉動旋轉臺，在轉動過程中實時計算刀具角度，根據測得刀具角度的變化規(guī)律確定當前最佳位置，具體的運動控制策略如圖4所示，旋轉到刀具角度最大測量位置。然后，利用計算機向控制器發(fā)出指令，使其對角位臺進行轉動控制，微量轉動角位臺，同樣在轉動過程中實時計算刀具角度，按照圖5所示的運動控制策略進行轉臺控制，轉動到刀具角度最小測量位置，即最佳測量位置，從而得到精確的刀具角度值。權利要求一種三角形金剛石刀具角度高精度自動測量系統(tǒng)，包括底座、固定在底座上的升降臺、圖像采集裝置、采集卡、控制器和計算機，其特征在于，所述底座上設置有平移臺，在平移臺上依次疊放有角位臺和旋轉臺，角位臺的旋轉軸垂直于升降臺軸向和圖像采集裝置光軸，旋轉臺軸平行于升降臺軸向，且和角位臺旋轉軸正交，旋轉臺上固定有用于夾持待測三角形金剛石刀具刀架的工件夾具；所述的圖像采集裝置包括通過支架固定在所述升降臺上的背光板、鏡頭、攝像機，工裝夾具位于背光板和鏡頭之間，采集卡采集的待測三角形金剛石刀具的輪廓圖像被送入計算機，所述控制器分別與計算機、旋轉臺和角位臺相連，用于根據計算機發(fā)送的指令控制旋轉臺和角位臺的移動，所述計算機根據輪廓圖像進行計算，通過控制器控制旋轉臺和角位臺的移動搜索刀具角度的最佳測量位置，并計算刀具角度。2.—種采用權利要求1所述的自動測量系統(tǒng)測量三角形金剛石刀具角度的方法，包括下列步驟(l)將待測三角形金剛石刀具和刀架固定在夾具上，使前刀面面向鏡頭，背向背光板；(2)調整平移臺和升降臺，使圖像采集裝置能夠清晰地采集到待測三角形金剛石刀具的輪廓；(3)利用圖像采集裝置采集刀具的輪廓圖像，并將其送入計算機；(4)按照以下方式進行優(yōu)化調整，確定刀具角度的最佳測量位置首先，利用計算機通過控制器對旋轉臺進行轉動控制，在轉動過程中實時提取輪廓圖像中刀具兩側的輪廓線，求解兩直線夾角，根據該夾角調整旋轉臺，使刀具轉動到該夾角的最大測量位置；再利用計算機通過控制器對角位臺進行轉動控制，在轉動過程中實時提取輪廓圖像中刀具兩側的輪廓線，求解兩直線夾角，根據該夾角調整角位臺，使刀具轉動到該夾角的最小測量位置，從而確定刀具角度的最佳測量位置；(5)在該最佳測量位置求解得到的兩直線夾角即是刀具角度。全文摘要本發(fā)明屬于光學測量和加工
技術領域：
，涉及一種基于柔性測頭的超精密原位測量裝置，包括柔性測頭、傳像光纖、耦接鏡、高精密轉臺和光學三維測量系統(tǒng)，所述柔性測頭被置于高精密轉臺上，其中心位于轉臺的旋轉軸的軸線上，柔性測頭采集的被測面圖像，依次通過傳像光纖、耦接鏡被傳送至光學三維測量系統(tǒng)。本發(fā)明同時提供一種利用該測量裝置實現的超精密加工方法。本發(fā)明的測量裝置，可以延長并縮減光學測量系統(tǒng)，并且能夠實現大曲率面形的測量和超精密加工補償。文檔編號G01B11/26GK101718536SQ20091031212公開日2010年6月2日申請日期2009年12月23日優(yōu)先權日2009年12月23日發(fā)明者盧永斌,張效東,房豐洲,楊朝鵬申請人:天津大學