[发明专利]一种加工中心断刀报警系统

说明书

本发明涉及到一种加工中心断刀报警系统。它包括摄像头、存储芯片、单片机和报警器，所述摄像头经存储芯片电连接单片机，单片机电连接报警器；所述摄像头用于拍摄未断刀图像和需检测刀图像，所述存储芯片用于临时存放图像，所述单片机用于判断断刀与否，断刀时指令报警器报警。该断刀报警系统采用了FIFO存储器进行数据缓存，可降低企业成本，达到更精确同时也更经济的效果。

技术领域

本发明涉及金属切削加工工艺装备领域，涉及一种金属切削刀具在线断刀检测装置，具体涉及一种加工中心断刀报警系统。

背景技术

目前自动生产线中的CNC(走心机)设备和专用金属切削机床的生产效率越来越高，相应地，对生产设备的可靠性和安全性要求也越来越高。在整个生产系统故障中，刀具尤其是小型刀具的故障率往往占有很高的比例。个别刀具一旦出现异常损坏，如果不能及时发觉并采取措施，影响的不仅仅是正在加工的零件，而且还会波及到整个生产线的运行，甚至出现严重的质量事故。然而，对于断刀能够进行自动检测和报警的CNC设备，目前市场上并不多见。自动化生产设备需要断刀报警系统，使用小铣刀、小钻头、小丝锥等小型刀具的设备尤其需要。

对于断刀检测，目前国内外已有一些方法。

如激光式断刀检测法。该方法利用激光能否穿透刀具为判断依据进行判断：在正常工作状态下，发射端发射的光线由于刀具的阻断，在接收端接收不到激光信号；一旦发生断刀现象，激光的接收端感应到发射端的光源，设备就会发出断刀警报^[1]。这种方法的缺陷是当系统需要进行检测时，由于加工过程中会产生大量的刀屑颗粒，充斥整个加工箱体，难免会造成对激光发射端和接收端光头的堵塞，使系统处于盲瞎状态，无从侦测。

还有一种接触式断刀检测法，该方法是用刀具与触头(针)间的接触来判断刀具的折断与否。检测时，只要给出启动信号，触头便从原点位置向被测刀具移动。若刀具未断，则触针触及刀具后立即返回；若刀具折断，触头到达指定位置未触及刀具，则返回断刀报警信息。^[2]这种方法的缺陷是检测误差大：当刀具折断部分较短，触头仍可以触碰到部分刀具，系统并不报警，设备仍正常运行，造成批量产品报废，无法弥补。

综合以上断刀检测的方法，希望设计出一种更精确同时也更经济的断刀检测报警系统。

发明内容

本发明的目的在于为解决以上技术问题，提供一种断刀报警系统，利用机器视觉的方法来进行断刀检测。

为实现上述目标，本发明的构思是：本发明主要由CMOS摄像头、FIFO存储器和MCU(单片机)等三部分组成(如图1所示)。

本系统有两种运行模式：学习模式和正常工作模式。在学习模式下，通过摄像头拍摄并存储一幅刀具正常工作状态下的图像，作为参考图像。再拍摄一幅或几幅刀具异常的图像供系统学习。通过比较刀具正常和异常图像，自动设置图像敏感区域、识别准则等参数、计算参考图像的特征数据等。

在正常工作模式下，摄像头连续不断地拍摄加工中的刀具，和参考图像进行比较，评估刀具的工作状态。为了降低对断刀检测系统的硬件要求，降低成本，摄像头每拍摄一幅图像，先将图像存入至FIFO存储器中，取其中的敏感区域和参考图像中相应的区域作比较分析。图像比较的方法可以采用相关性分析法，得到一个表示这两幅图像相似程度的相关系数。若发生断刀等异常情况，则相关系数变低，从而触发报警。

考虑到降低企业成本，同时该摄像头需放在狭小的加工箱体中，摄像头部分可采用低成本数字输出且体积小、工作电压低的摄像头。FIFO存储器是一种先进先出的数据缓存器，相比于市面上很多视频存储器由于容量有限只能存储1 场图像信息、无法存储1帧图像信息，选取可存储1帧图像完整信息的FIFO存储器。MCU(单片机)是将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。图像采集电路原理图如图2所示。