论文总字数：14943字

摘 要

切削用的金属刀具是保证加工精度的最重要保障之一，刀具本身的精度决定了由刀具加工出的物体的形状与精度，所以刀具本身的重要性不言而喻，是保证性能与质量的关键。不同加工机床或者加工方式对应不同种刀具，多次加工使用的刀具应按时进行测量校准。传统的显微镜测量方式已经不能满足现在多重刀具的精度测量要求。而且多次对刀具进行拿去会对其进行二次破坏。故本文采用新颖的计算机与高清显微图象处理相结合的方式，设计一款非接触式刀具参数测量仪。

本文设计理念采用图象处理的几何参数测量系统，置刀架设计成V型块能最大程度的适应多种形状的刀具。整个系统分为三大部分，分别是：X-Y-Z轴三坐标半自动移动平台、旋转置刀台、平整工作台。可通过调节移动平台来控制CCD摄像机对刀具的多方位多角度对焦拍摄，并通过电脑交互进行误差补偿，旋转台能人为的旋转去配合摄像角度。

通过市场设计产品，可认定此种设计系统与传统结构相比，对刀具的测量更为全面，且减少对刀具的损害。操作方便，性价比较高，精度满足要求。

关键词：移动平台；图象处理；误差补偿；多形状刀具

Design of non-contact tool parameter measuring instrument

Abstract

Metal cutting tools are one of the most important guarantees to ensure machining accuracy. The accuracy of the cutting tools determines the shape and accuracy of the objects machined by the cutting tools. Therefore, the importance of the cutting tools is self-evident and is the key to ensure performance and quality. Different processing machines or processing methods correspond to different kinds of tools, and the tools used for multiple processing shall be measured and calibrated on time. The traditional microscope measurement method can no longer meet the precision measurement requirements of multiple tools. Moreover, if the tool is removed many times, it will be damaged twice. Therefore, this paper designs a non-contact tool parameter measuring instrument by combining a novel computer with high-definition microscopic image processing.

The design idea of this paper is to adopt the geometric parameter measurement system of image processing, and the tool holder is designed as a V-shaped block which can be used for tools of various shapes to the greatest extent. The whole system is divided into three parts, namely: X-Y-Z axis three-coordinate semi-automatic moving platform, rotary cutting table and leveling table. The moving platform can be adjusted to control the CCD camera to focus and shoot the cutter in multiple directions and angles, and error compensation can be carried out through computer interaction. The rotating platform can be manually rotated to match the shooting angle.

By designing products in the market, it can be concluded that this kind of design system can measure tools more comprehensively and reduce damage to tools compared with traditional structures. Convenient operation, high cost performance and accuracy meeting the requirements.

Key words: mobile platform, image processing, error compensation, multi-shape cutter

目录

第一章 绪 论 1

1.1非接触式刀具测量仪的研究背景 1

1.2非接触式刀具测量仪的研究现状与前景 2

1.3主要研究内容 4

第二章 测量原理和结构设计 5

2.1概述 5

2.2测量仪的设计准则 5

2.3测量仪的设计参数 5

2.4测量仪的整体设计 5

第三章 设计与计算 7

3.1滚珠丝杆的设计与计算 7

第四章 步进电机的计算和选型 11

4.1步进电机的选型 11

第五章 对接件的设计与选型 13

5.1联轴器的设计与选型 13

5.2键的设计与选型 13

第六章 夹具的设计 14

6.1误差分析 14

6.2误差源分析 15

6.3仪器误差实测分析 15

6.4总结 16

第七章 结 论 17

致 谢 18

参 考 文 献 19

第一章 绪 论

1.1非接触式刀具测量仪的研究背景

时代的发展，科技的进步，相应的人们的需求也就跟着提高，以前的中国制造代表着仿制、粗制滥造、伪劣产品，随着国内制造业的大力发展，机床厂的兴办，装备制造业的加工精度也在赶超其他国家。三坐标加工技术，五轴加工技术的背后不仅是中国制造的崛起，也是中国刀具的加工精度的体现。刀具作为一种硬接触切割工具，其切削原理就是用硬质合金钢去接触高速旋转的低硬度材料^［6］。但是由于力的作用相互性，对刀具的磨损也是在所难免的，所以每次加工完后对刀具的校准测量是保证加工精度最重要的步骤之一，刀具的材料和在切削加工过程中，直径、倾斜角、前脚等主要尺寸是衡量一个刀具能否继续使用下去的重要指标参数。所以在过去，加工完的刀具需要工作测试人员进行手动观察测量，这样再次增加了对刀具的磨损，甚至是不经意间的对刀体破坏。所以随着现代科技和摄像技术的发展，人们开始把目光投向高清晰摄影和计算机处理技术，这样能更加真实有效的高速计算出刀具的各个尺寸精度，和比人工测量相比减少了接触时间，延长了使用寿命和使用次数。

相较于以往的人工测量，配备的工具大都是工业级显微镜，再通过工作人员进行调整测量读数，这不仅增高的读数误差的范围，同时每个人的习惯不同导致刀具的合格率也参差不齐。但新的非接触式刀具测量系统就能满足通过多角度拍摄取点，再交给计算机进行误差补偿计算分析，大大减少了人为误差和提高了工作效率。本课题就重点研究了整体系统的测量结构和结构组成。

1.2非接触式刀具测量仪的研究现状与前景

非接触刀具测量仪其主要的技术在于其高清识别摄影设备和电脑的图象识别技术。随着各种新鲜事物的诞生，先进的测量手段也蓬勃发展，各种显像成像技术也孕育而生，相应的对图像的处理软件也就成为了现在的研究重点。其主要用途具体体现在一下几个方面：

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