[发明专利]基于机器视觉的机床刀具在位检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及机床刀具在位检测系统，具体涉及一种基于机器视觉的机床刀具在位检测系统。

背景技术

刀具是目前工业生产中的机床使用最为广泛的加工工具，其参数和质量直接决定加工的质量与合格率。为了确保加工质量，在刀具的设计、加工和使用中必须对刀具进行测量，以确保零件加工质量，提高生产效率，降低生产成本。

在金属切削过程中，操作人员难以凭肉眼看清楚在机刀具特别是大型机床上的刀具状态。长期以来关于刀具磨破损检测的实验室研究和基于理论或经验的各种各样刀具寿命管理模式研究层出不穷，这一方面说明人们充分认识到要解决此问题的必要性，另一方面也说明该问题的困难和复杂性。因为刀具材质、几何条件和工作环境的复杂性，人们所尝试的基于切削力或机床主轴功率等间接估计方法都难以在生产环境中可靠地表征刀具实际状态。因此，刀具状态检测与调控系统一直是机床和切削加工领域中公认的难题。目前仍极少有企业用到刀具自动检测技术。

图像检测法具有直接和可靠的特点。带CCD（Charge-coupled Device，中文全称为：电荷耦合元件）摄像的显微镜有很好的测量精度，但只能在实验室用于小视场检测；光学投影式对刀仪（刀具预调仪）也只能在测量室用于对刀具进行平面形状和尺寸测量，例如投影的刀尖角度、圆弧半径及盘类刀具的径向跳动等离线静态检测，对刀具三维形状尺寸参数无能为力，也无微观磨损检测功能。除简单的接触式对刀仪外，国内还没有实用的在机刀具状态检测量仪。工业先进国家已有一些刀具在线检测仪器，有些已成为商品，但主要是基于接触式测量或激光测量，如英国雷尼绍公司的激光式刀具测量仪，使用时在加工中心工作台一边安装激光束发射器，另一边安装激光束接收器，主要适宜检测刀具破断，而对刀具磨损和复杂几何形状检测不适宜。操作人员对这类非直观可视的检测方法和装置的使用也觉得不很可靠和方便。

近年来有少量学者尝试基于视觉技术进行在机刀具的图像检测，但是以一般原理和图像处理方法介绍为主，图像采集基本上都是采用实验室用加长筒式放大成像器材及一般光源，人工调整和触发相机摄取单帧图像。但这样的检测装置占用空间大，往往需卸除工件或一些机床部件才能安装得下，难以在实际生产中安装在机床有限的空间内进行刀具的在位检测；此外成像视场小，不能兼顾刀具的宏观形状尺寸和表面微观状态检测；而且不能自动调整相机焦距和视场及光源，故自动化和智能化程度低，检测效率低。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种基于机器视觉的占用空间小、可跨尺度自动精密检测的机床刀具在位检测系统。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：基于机器视觉的机床刀具在位检测系统，包括多自由度的机械臂、图像获取装置和计算机；所述机械臂安装于机床，机械臂包括纵移机构、旋转机构、横移机构和翻转机构；纵移机构的末端通过旋转机构与横移机构连接，翻转机构安装于横移机构上，图像获取装置安装于翻转机构内；纵移机构、旋转机构、横移机构、翻转机构和图像获取装置中的电机都通过集成驱动板与计算机连接。

所述纵移机构包括齿条、第一齿轮、第一引导光杆、连接件、纵移步进电机、固定架和同步带传动副；齿条穿过连接件的槽，第一齿轮安装于连接件的槽内，且与齿条啮合，同时第一齿轮通过同步带传动副与纵移步进电机连接，纵移步进电机通过固定架安装于连接件，第一引导光杆穿过连接件的通孔，纵移步进电机和计算机信号连接，齿条的末端和第一引导光杆的末端都固定于旋转机构的一端。当刀具停止工作后停放在一定的高度时，计算机的控制模块驱动纵移步进电机，则纵移步进电机通过同步带传动副带动第一齿轮转动，从而可以调节相机在合适的高度对刀具进行摄像。

作为一种优选，所述第一引导光杆的数目为2根，分别安装于齿条的两侧。齿条与第一引导光杆的长度根据机床的大小及机床的内部空间确定。

所述连接件安装于机床的主轴外壳体或工作台或内壁或顶梁。

作为一种优选，所述连接件安装于机床的主轴外壳体。

所述旋转机构包括旋转框架、旋转步进电机、第一联轴器、连接轴、轴承和锁紧螺母；旋转步进电机安装于旋转框架的槽内的上方，旋转步进电机的输出轴与第一联轴器的上端连接，第一联轴器下端与连接轴连接，连接轴穿过轴承，且连接轴的下端通过锁紧螺母与横移机构的上端固定连接，旋转步进电机与计算机信号连接。计算机的控制模块驱动旋转电机，从而通过连接轴带动横移机构及横移机构所承载的图像获取装置在水平面内进行360°的旋转，从而可以增加检测的范围。