[實用新型]基于機器視覺的機床刀具在位檢測系統

有效

• 申請號: 201220429538.0
• 申請日: 2012-08-27
• 公開（公告）號: CN202804813U
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 全燕鳴;黨希超;謝德浩;盧滿懷
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本實用新型涉及機床刀具在位檢測系統，具體涉及一種基于機器視覺的機床刀具在位檢測系統。

背景技術

刀具是目前工業生產中的機床使用最為廣泛的加工工具，其參數和質量直接決定加工的質量與合格率。為了確保加工質量，在刀具的設計、加工和使用中必須對刀具進行測量，以確保零件加工質量，提高生產效率，降低生產成本。

在金屬切削過程中，操作人員難以憑肉眼看清楚在機刀具特別是大型機床上的刀具狀態。長期以來關于刀具磨破損檢測的實驗室研究和基于理論或經驗的各種各樣刀具壽命管理模式研究層出不窮，這一方面說明人們充分認識到要解決此問題的必要性，另一方面也說明該問題的困難和復雜性。因為刀具材質、幾何條件和工作環境的復雜性，人們所嘗試的基于切削力或機床主軸功率等間接估計方法都難以在生產環境中可靠地表征刀具實際狀態。因此，刀具狀態檢測與調控系統一直是機床和切削加工領域中公認的難題。目前仍極少有企業用到刀具自動檢測技術。

圖像檢測法具有直接和可靠的特點。帶CCD（Charge-coupled?Device，中文全稱為：電荷耦合元件）攝像的顯微鏡有很好的測量精度，但只能在實驗室用于小視場檢測；光學投影式對刀儀（刀具預調儀）也只能在測量室用于對刀具進行平面形狀和尺寸測量，例如投影的刀尖角度、圓弧半徑及盤類刀具的徑向跳動等離線靜態檢測，對刀具三維形狀尺寸參數無能為力，也無微觀磨損檢測功能。除簡單的接觸式對刀儀外，國內還沒有實用的在機刀具狀態檢測量儀。工業先進國家已有一些刀具在線檢測儀器，有些已成為商品，但主要是基于接觸式測量或激光測量，如英國雷尼紹公司的激光式刀具測量儀，使用時在加工中心工作臺一邊安裝激光束發射器，另一邊安裝激光束接收器，主要適宜檢測刀具破斷，而對刀具磨損和復雜幾何形狀檢測不適宜。操作人員對這類非直觀可視的檢測方法和裝置的使用也覺得不很可靠和方便。

近年來有少量學者嘗試基于視覺技術進行在機刀具的圖像檢測，但是以一般原理和圖像處理方法介紹為主，圖像采集基本上都是采用實驗室用加長筒式放大成像器材及一般光源，人工調整和觸發相機攝取單幀圖像。但這樣的檢測裝置占用空間大，往往需卸除工件或一些機床部件才能安裝得下，難以在實際生產中安裝在機床有限的空間內進行刀具的在位檢測；此外成像視場小，不能兼顧刀具的宏觀形狀尺寸和表面微觀狀態檢測；而且不能自動調整相機焦距和視場及光源，故自動化和智能化程度低，檢測效率低。

實用新型內容

本實用新型為了克服以上現有技術存在的不足，提供了一種基于機器視覺的占用空間小、可跨尺度自動精密檢測的機床刀具在位檢測系統。

本實用新型的目的通過以下的技術方案實現：基于機器視覺的機床刀具在位檢測系統，包括多自由度的機械臂、圖像獲取裝置和計算機；所述機械臂安裝于機床，機械臂包括縱移機構、旋轉機構、橫移機構和翻轉機構；縱移機構的末端通過旋轉機構與橫移機構連接，翻轉機構安裝于橫移機構上，圖像獲取裝置安裝于翻轉機構內；縱移機構、旋轉機構、橫移機構、翻轉機構和圖像獲取裝置中的電機都通過集成驅動板與計算機連接。

所述縱移機構包括齒條、第一齒輪、第一引導光桿、連接件、縱移步進電機、固定架和同步帶傳動副；齒條穿過連接件的槽，第一齒輪安裝于連接件的槽內，且與齒條嚙合，同時第一齒輪通過同步帶傳動副與縱移步進電機連接，縱移步進電機通過固定架安裝于連接件，第一引導光桿穿過連接件的通孔，縱移步進電機和計算機信號連接，齒條的末端和第一引導光桿的末端都固定于旋轉機構的一端。當刀具停止工作后停放在一定的高度時，計算機的控制模塊驅動縱移步進電機，則縱移步進電機通過同步帶傳動副帶動第一齒輪轉動，從而可以調節相機在合適的高度對刀具進行攝像。

作為一種優選，所述第一引導光桿的數目為2根，分別安裝于齒條的兩側。齒條與第一引導光桿的長度根據機床的大小及機床的內部空間確定。

所述連接件安裝于機床的主軸外殼體或工作臺或內壁或頂梁。

作為一種優選，所述連接件安裝于機床的主軸外殼體。

所述旋轉機構包括旋轉框架、旋轉步進電機、第一聯軸器、連接軸、軸承和鎖緊螺母；旋轉步進電機安裝于旋轉框架的槽內的上方，旋轉步進電機的輸出軸與第一聯軸器的上端連接，第一聯軸器下端與連接軸連接，連接軸穿過軸承，且連接軸的下端通過鎖緊螺母與橫移機構的上端固定連接，旋轉步進電機與計算機信號連接。計算機的控制模塊驅動旋轉電機，從而通過連接軸帶動橫移機構及橫移機構所承載的圖像獲取裝置在水平面內進行360°的旋轉，從而可以增加檢測的范圍。