[發(fā)明專利]一種清潔切削環(huán)境下刀具損傷在線與在位檢測系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910655163.6
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110340733A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王禹林;葉祖坤;濮瀟楠;查文彬;陳超宇
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09;B23Q17/24;B23Q11/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 汪清

1.一種清潔切削環(huán)境下刀具損傷在線與在位檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括在線預(yù)判及識別系統(tǒng)、在位檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡(15)、圖像采集卡(13)、用于清洗刀具的清潔系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)(14)；

所述在線預(yù)判及識別系統(tǒng)包括振動傳感器(1)、電壓傳感器(2)、力傳感器(3)、電流傳感器(4)、聲發(fā)射傳感器(5)；所述振動傳感器(1)用于實(shí)時測量機(jī)床加工過程中切削位置的振動量；所述電壓傳感器(2)與電流傳感器(4)分別用于實(shí)時測量機(jī)床加工過程中主軸電壓與電流的變化值；所述力傳感器(3)用于實(shí)時測量機(jī)床加工過程中切削力的變化值；所述聲發(fā)射傳感器(5)用于實(shí)時測量刀具切削時的聲信號；

所述在位檢測系統(tǒng)包括機(jī)器人(78)、視覺系統(tǒng)；所述機(jī)器人(78)設(shè)置在機(jī)床加工中心的切削位置附近一側(cè)；所述視覺系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)器人(78)末端，所述機(jī)器人(78)帶動視覺系統(tǒng)在位采集刀具的側(cè)刃圖像和底刃圖像；所述數(shù)據(jù)采集卡(15)、圖像采集卡(13)分別將各傳感器檢測到的信號和視覺系統(tǒng)采集的圖像傳輸給計(jì)算機(jī)(14)；

所述計(jì)算機(jī)(14)設(shè)有數(shù)據(jù)處理模塊和圖像處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對各傳感器采集的振動、電流、電壓、切削力、聲發(fā)射信號進(jìn)行時域特征與頻域特征的提取與數(shù)據(jù)融合；以提取的數(shù)據(jù)特征為縱軸，時間為橫軸生成變化曲線，若加工過程中，曲線超過設(shè)定閾值，則發(fā)出預(yù)警，機(jī)床停機(jī)；所述圖像處理模塊，用于對視覺系統(tǒng)采集的刀具圖像進(jìn)行處理，計(jì)算刀具損傷程度，判別是否需更換刀具，并顯示在顯示屏上；當(dāng)計(jì)算機(jī)(14)判定在線預(yù)判及識別系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)異常時，機(jī)床停機(jī)，清潔系統(tǒng)開始清洗刀具，刀具旋轉(zhuǎn)，視覺系統(tǒng)開始采集刀具的側(cè)刃圖像和底刃圖像；進(jìn)一步判定刀具的損傷類型和損傷程度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括特征提取與融合單元、曲線生成單元、第一判定單元；

所述特征提取與融合單元用于將采集的振動、電流、電壓、切削力以及聲發(fā)射信號提取反映刀具磨/破損狀態(tài)的時域特征、頻域特征；

所述曲線生成單元用于以提取的數(shù)據(jù)特征為縱軸，時間為橫軸，實(shí)時顯示經(jīng)特征提取與融合的各時域特征、頻域特征隨時間變化的曲線；

所述第一判定單元用于判定上述曲線在的特征值在某一時刻是否超出設(shè)定的閾值，若超過閾值，則發(fā)出預(yù)警，機(jī)床停機(jī)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理模塊包括圖像處理單元、損傷計(jì)算單元、第二判定單元；

所述圖像處理單元用于對采集的刀具圖像進(jìn)行灰度化、降噪、中值濾波、二值化處理以及邊緣檢測提取刀具磨損輪廓；

所述損傷計(jì)算單元用于對刀具磨/破損區(qū)域進(jìn)行測量，計(jì)算出磨/破損面積和最大磨/破損帶寬度以及平均磨/破損帶寬度；

所述第二判定單元根據(jù)刀具磨損位置以判別刀具磨破損類型，并根據(jù)刀具磨損量是否達(dá)到設(shè)定值以確定是否需更換刀具。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺系統(tǒng)(7)包括連接件(75)、相機(jī)支座(74)、工業(yè)相機(jī)(70)、鏡頭(71)、環(huán)形光源(72)；所述相機(jī)支座(74)通過連接件(75)固定在機(jī)器人(78)的執(zhí)行末端；所述工業(yè)相機(jī)(70)固定在相機(jī)支座(74)上；所述鏡頭(71)與工業(yè)相機(jī)(70)連接，所述環(huán)形光源(72)設(shè)置在鏡頭(71)前端；所述機(jī)器人(78)帶動工業(yè)相機(jī)(70)在位采集刀具的圖像。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述清潔系統(tǒng)包括電動窗(9)、氣動清洗高壓噴槍(11)、空氣壓縮機(jī)(10)、帶噴嘴的橡膠軟管(12)、鏡頭保護(hù)蓋(73)；所述電動窗(9)設(shè)置在視覺系統(tǒng)與道具之間；所述氣動清洗高壓噴槍(11)接于空氣壓縮機(jī)(10)上，所述橡膠軟管(12)接于噴槍口處，橡膠軟管(12)噴嘴一端通過固定架(77)固定在機(jī)器人(78)執(zhí)行末端；所述鏡頭保護(hù)蓋(73)安裝于環(huán)形光源(72)前端，用于保護(hù)鏡頭(71)及環(huán)形光源(72)。