[發(fā)明專利]基于機(jī)器視覺的刀具類型判別及幾何參數(shù)檢測方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011233500.1
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112683193B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張俊;劉占;尹佳;蘇東旭;趙萬華
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發(fā)明公開了基于機(jī)器視覺的刀具類型判別及幾何參數(shù)檢測方法及系統(tǒng)，方法具體為：檢測初始化；將刀具安裝在機(jī)床主軸上，記錄刀具在機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；獲取刀具動態(tài)圖像；采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的刀具識別模型對所獲取的刀具動態(tài)圖像識別，判別當(dāng)前刀具的類型；對所識別的刀具的幾何尺寸進(jìn)行測量；測量刀具幾何尺寸時，主要對常用刀具的幾何參數(shù)測量，對所得刀具類型以及所得刀具的幾何尺寸與當(dāng)前加工文件中刀具類型以及刀具幾何尺寸進(jìn)行比對，當(dāng)?shù)毒哳愋突虻毒邘缀纬叽绮灰恢聲r發(fā)出相應(yīng)預(yù)警信息；有效提升機(jī)床加工過程的自動化程度，測量高效且準(zhǔn)確，解決更換刀具失誤問題，避免造成較大損失，并且考慮多種常用刀具參數(shù)測量，適用范圍廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床刀具狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，具體為基于機(jī)器視覺的刀具類型判別及幾何參數(shù)檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著數(shù)控技術(shù)(CNC)的高速發(fā)展和柔性制造系統(tǒng)(FMS)的快速興起，市場對高效低成本的自動化加工需求不斷提升。為保證加工過程穩(wěn)定自動進(jìn)行，對于數(shù)控機(jī)床各部分性能指標(biāo)的監(jiān)測就顯得尤為重要，而刀具狀態(tài)檢測技術(shù)的研究即為其中重要一環(huán)。刀具作為直接影響機(jī)床加工質(zhì)量的專業(yè)工具，其自身的物理狀態(tài)直接影響精密零件的加工精度。

在航空結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工過程中，材料切除率非常高，而且由于航空結(jié)構(gòu)件形狀復(fù)雜，加工過程要求嚴(yán)格，同時又為了提高加工效率，導(dǎo)致刀具用量大、品種多、消耗嚴(yán)重。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，現(xiàn)在大型航空制造企業(yè)基本都是產(chǎn)線制，一個工人師傅負(fù)責(zé)一整條產(chǎn)線，因此不可避免的出現(xiàn)由于人為錯誤導(dǎo)致的加工故障，其中，約80％的故障出現(xiàn)在裝刀以及換刀過程中，如果刀具安裝錯誤或者刀具幾何參數(shù)偏差過大，都會導(dǎo)致刀具損壞、工件報廢等問題。研究表明，通過在加工過程中添加刀具類型檢測及刀具幾何參數(shù)檢測工序，可以防止因刀具裝刀錯誤引起工件報廢及機(jī)床故障。

目前針對刀具參數(shù)的檢測主要還是人工檢測，人工檢測刀具參數(shù)相對于當(dāng)前自動化較高的加工模式，大大降低了加工效率，并且經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，人工檢查由于粗心的出錯率高達(dá)5％,如果不能及時發(fā)現(xiàn)，極易造成工件的報廢，尤其對于大型航空結(jié)構(gòu)件來說，一旦報廢，不僅給企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還會影響航空器的生產(chǎn)周期。當(dāng)前也有學(xué)者研究基于機(jī)器視覺的刀具參數(shù)檢測方法，但僅針對整體式立銑刀的參數(shù)測量，并未考慮刀尖的圓角測量以及加工過程中常用的其他類型刀具的參數(shù)測量，如常用機(jī)夾刀、T型刀、快進(jìn)給刀具等。

進(jìn)一步的，采用不同物距的鏡頭采集刀具動態(tài)圖像，同時，對第一相機(jī)，采用長條形光源為相機(jī)補(bǔ)光，采用第二光源并為第二相機(jī)配用物距為50mm的鏡頭來獲取刀尖處局部尺寸圖像信息，既可以保證懸長測量的范圍足夠大，又可以獲得質(zhì)量較高的刀尖圓角局部圖像。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供基于機(jī)器視覺的刀具類型判別及幾何參數(shù)檢測方法及系統(tǒng)，綜合考慮各種常用刀具的幾何參數(shù)測量，除刀具懸長、直徑和刀尖圓角，還針對不同刀具進(jìn)行檢測，方法簡單，測量迅速，直觀準(zhǔn)確的降低實際加工過程中由于刀具參數(shù)偏差或者安裝錯誤類型的刀具導(dǎo)致的工件報廢以及機(jī)床損壞的風(fēng)險。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于機(jī)器視覺的刀具類型判別及幾何參數(shù)檢測方法，包括如下步驟，

步驟1，檢測初始化；將刀具安裝在機(jī)床主軸上，記錄刀具在機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

步驟2，獲取刀具動態(tài)圖像；

步驟3，采用基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的刀具識別模型對步驟2所獲取的刀具動態(tài)圖像進(jìn)行識別，判別當(dāng)前刀具的類型；

步驟4，對步驟3所識別的刀具的幾何參數(shù)進(jìn)行測量；測量刀具幾何參數(shù)時，對常用刀具的幾何參數(shù)進(jìn)行測量，至少包括刀具懸長、直徑和刀尖圓角；對于T型刀，進(jìn)行刀盤厚度的測量，對于筆型刀，進(jìn)行錐度的測量，對于螺紋刀要進(jìn)行內(nèi)外徑的測量以及牙距的測量；

對于刀具直徑的測量，通過外包絡(luò)法測量刀具直徑；