共聚焦白光干涉儀 用于螺旋插刀的切削刃半徑測量和邊緣粗糙度測量

螺旋插刀用于制造螺紋。螺旋加工過程復雜，這就是為什么插刀上有許多不同的角度（前角、后角、間隙角）（圖1a）。此外，有些插刀上還有多達3個刃齒。這使得插刀的測量變得非常困難。

在先前的質量評估中，人們不得不依賴于簡單的光學設備來評估尺寸精度，并使用探針設備測量表面粗糙度。然而，這些測量的信息價值非常有限。此外，通常需要破壞零件以便測量所需的尺寸。為了不斷提高工具的質量，需要一種靈活的設備來測量和評估切削工具的關鍵尺寸和表面粗糙度。

本案例研究的目的是使用3D光學輪廓儀測量插刀的切削刃半徑，并提取沿切削工具邊緣的粗糙度參數。圖1b顯示了待測插刀的示意圖。

圖1.a) 切削工具中一些感興趣的參數。b) 插入物的圖示。紅線顯示的是在這個案例研究中正在評估的切削刃剖面。

切削刃半徑對良好的刀具壽命預期至關重要。在這個特定的應用說明中，我們使用了S neox五軸3D光學輪廓儀，采用焦點變化HDR模式（Sensofar），結合100倍物鏡放大倍數，獲取插入物切削刃的3D地形（圖2）。

圖 2. 頂部顯示了用 100X Ai Focus Variation HDR 測量的圓形切削刃的 3D 地形。橫截面輪廓顯示在底部，頂視圖顯示在右側。

這個插入物是按照圖3所示的方式保持的，仰角為63.5度。

圖 3. 在S neox五軸3D光學輪廓儀下插入物的定位

一旦獲得地形數據，就將數據發送到SensoPRO軟件的“Edge"插件進行自動化數據分析。該軟件模塊可以自動檢測切削刃的方向，并計算與刃橫向相交的一定數量的剖面。在這個特定的示例中，我們選擇了高達30個剖面，從中計算了切削刃半徑，以及圖4中列出的許多其他參數。

圖4。列出了針對切割刃橫截面計算的參數列表。除了這些參數外，軟件還計算沿切割刃的粗糙度（例如，Ra、Rq或Rz等）。

SensoPRO軟件允許可視化每個參數并提供每個參數的一些統計信息（即平均值、標準偏差、最小值和最大值）。如圖5所示，30個輪廓的平均半徑為5.14微米，標準偏差為±0.35微米。值得一提的是，該軟件允許設置容差范圍并將結果導出為合格或不合格報告，在我們的案例中，我們設置了最小和最大切削刃半徑分別為4.7和5.7微米，這可以在圖5的底部圖中看到（即橙色區域）。

最后，另一個感興趣的參數是切削工具邊緣的粗糙度。該信息由軟件自動以許多常見和標準參數的形式提供，如Ra、Rz和Rq等。在這個特定的情況中，切削刃的Ra為0.05微米。

Finally, one last parameter of interest is the roughness at the edge of the cutting tool. This information is provided automatically by the software in the form of many common and standard parameters such as Ra, Rz and Rq, among others. In this particular case, the cutting edge had an Ra of 0.05 µm.

圖5. SensoPRO“Edge"插件的結果。a）切削工具參數列表。b）15個橫截面輪廓之一，具有相應的切削刃半徑、間隙和后角。c）切削刃半徑（y軸）與每個輪廓編號從1到30的圖中的超差區域（橙色顯示）（x軸）。d）具有橫截面輪廓的切削刃拓撲的示例。

3D光學輪廓儀S neox Five Axis使得迅速靈活地獲得對于持續改進我們工具所需的關鍵參數成為可能，如切割刀口半徑、間隙和后角度，甚至是刀口邊緣的粗糙度。在這個特定的案例研究中，我們成功測得切割工具邊緣的平均刀口半徑為5.14微米，邊緣的粗糙度Ra值為0.05微米。這些信息是通過Ai Focus Variation技術輕松獲取的，使用了100倍的物鏡放大率和特定應用軟件SensoPRO（’Edge’插件）。

在同一傳感器頭中具有三種測量方法（共焦、Ai Focus Variation和干涉法）使得在各種零件上對不同測量任務進行非常靈活的測量成為可能。從非常光滑和閃亮到表面紋理豐富、粗糙的表面，S neox Five Axis都可以勝任。對于3D光學輪廓測量來說，陡峭的角度和非常小的幾微米的切割刀口測量已經不再是問題。