[發明專利]一種基于計算機視覺的在線刀具參數檢測方法

有效

• 申請號: 202011289151.5
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112558546B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 蘇志勛;王巖;徐少帥
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05B19/401
• 分類號: G05B19/401
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發明公開了一種基于計算機視覺的在線刀具參數檢測方法，此方法包括第一步，在線檢測系統自標定。第二步，測量起始位置初始化及相機自動對焦。第三步，測量項目選擇和對應NC控制代碼生成。第四步，刀具幾何參數在線測量。第五步，刀具幾何參數交互測量。第六步，測量結果反饋及輔助自動調機。本發明僅需要一組遠心鏡頭搭配工業相機組成的普通光學成像設備，安裝在數控機床內部，結合機床各軸運動軌跡坐標，通過相機進行數字圖像序列采集，并傳輸給后臺算法進行圖像幾何特征提取，結合數據先驗計算出刀具外觀幾何參數。本發明對比加工標準，在刀具生產過程中在線測量判斷刀具加工質量，提高刀具加工質量和效率。

技術領域

本發明屬于高精度數控機床加工制造技術和計算機視覺測量領域，涉及一種基于計算機視覺的高精度刀具幾何參數在線檢測方法，特別是在刀具加工過程中的實時在線幾何外觀參數高精度測量方法。

背景技術

加工質量檢測是高精度數控機床加工制造行業中影響刀具質量的核心問題之一，如何精確并且高效地完成加工刀具質量檢測，進一步提高刀具加工良品率是目前高精度刀具加工行業面臨的瓶頸問題之一。

目前國內硬質刀具加工行業內使用的測量方法都是離線測量方案，而且大部分為傳統的接觸式測量，即對批量加工完成的刀具，進行離線接觸式抽檢測量，存在檢測效率低、人工成本高、檢測速度慢等問題。

隨著近年來視覺成像技術和計算機的迅猛發展，計算機視覺技術已在眾多傳統行業得到了廣泛應用，為傳統行業提高了產能和效益。

專利CN102785128B首先在工件旁側安裝車床測頭，對測頭進行標定，進而規劃基本幾何體零件和曲面零件的測量路徑及代碼生成，檢測系統的控制器對零件熱變形溫度誤差進行補償及進行加工誤差分析。該方法需通過接觸式測頭獲取被加工件的幾何輪廓，對設備要求較高。

專利CN108594759A通過3D軟件獲取工件的標準尺寸，通過選定工件測量項目獲取檢測項目的坐標數據并生成檢測代碼，在數控機床安裝檢測設備進行檢測，將檢測數據生成工件的實際尺寸數據，與保存的標準數據進行對比，計算尺寸偏差值。該方法需額外借助3D軟件進行分析，對軟件環境要求較高。

專利CN111421385A在加工中心的刀庫的一側設置檢測機構，用于檢測刀具切削端位置，檢測時需將待測刀具移動到檢測機構的伸縮端的前端，檢測到刀具斷裂或者嚴重磨損時發出檢測警報。該方法所檢測的指標有限，僅能檢測刀具長度，適用性有一定程度的限制。

發明內容

本發明提出了一種基于計算機視覺的高精度刀具幾何參數在線檢測方法。此方法僅需要一組遠心鏡頭搭配工業相機組成的普通光學成像設備，安裝在數控機床內部，結合機床各軸運動軌跡坐標，通過相機進行數字圖像序列采集，并傳輸給后臺算法進行圖像幾何特征提取，結合數據先驗計算出刀具外觀幾何參數。

本發明的技術方案為：

一種基于計算機視覺的在線刀具參數檢測方法，包括如下步驟：

第一步，在線檢測系統自標定。

采用工業相機搭配遠心鏡頭組成的相機系統進行非接觸測量，支持500萬像素、800萬像素、1200萬像素等常用分辨率，遠心鏡頭支持與相機適配的4倍、2倍、0.5倍等常用倍率。在刀具加工過程中，判斷是否需要檢測，若需要則進行在線檢測；若不需要檢測，則繼續進行下一把刀具的加工，直至加工完成。第一次或重新安裝在線檢測系統裝置時，需對在線檢測系統裝置進行標定。進行標定一般使用多次測量取平均值的方法，一般至少保證3組標定圖像。本發明采用的鏡頭方案是遠心鏡頭，在景深范圍內可認為是平行投影，針對此類相機系統，本發明設計了基于標準加工棒料結合控制機床運動的標定方案。

在線檢測系統的標定流程如下：

(1)將相機對焦于棒料軸心平面；