專利名稱：基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，具體涉及一種基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
刀具是目前工業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)床使用最為廣泛的加工工具，其參數(shù)和質(zhì)量直接決定加工的質(zhì)量與合格率。為了確保加工質(zhì)量，在刀具的設(shè)計(jì)、加工和使用中必須對(duì)刀具進(jìn)行測量，以確保零件加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。在金屬切削過程中，操作人員難以憑肉眼看清楚在機(jī)刀具特別是大型機(jī)床上的刀具狀態(tài)。長期以來關(guān)于刀具磨破損檢測的實(shí)驗(yàn)室研究和基于理論或經(jīng)驗(yàn)的各種各樣刀具壽命管理模式研究層出不窮，這一方面說明人們充分認(rèn)識(shí)到要解決此問題的必要性，另一方 面也說明該問題的困難和復(fù)雜性。因?yàn)榈毒卟馁|(zhì)、幾何條件和工作環(huán)境的復(fù)雜性，人們所嘗試的基于切削力或機(jī)床主軸功率等間接估計(jì)方法都難以在生產(chǎn)環(huán)境中可靠地表征刀具實(shí)際狀態(tài)。因此，刀具狀態(tài)檢測與調(diào)控系統(tǒng)一直是機(jī)床和切削加工領(lǐng)域中公認(rèn)的難題。目前仍極少有企業(yè)用到刀具自動(dòng)檢測技術(shù)。圖像檢測法具有直接和可靠的特點(diǎn)。帶CO) (Charge-coupled Device,中文全稱為電荷耦合元件)攝像的顯微鏡有很好的測量精度，但只能在實(shí)驗(yàn)室用于小視場檢測；光學(xué)投影式對(duì)刀儀(刀具預(yù)調(diào)儀)也只能在測量室用于對(duì)刀具進(jìn)行平面形狀和尺寸測量，例如投影的刀尖角度、圓弧半徑及盤類刀具的徑向跳動(dòng)等離線靜態(tài)檢測，對(duì)刀具三維形狀尺寸參數(shù)無能為力，也無微觀磨損檢測功能。除簡單的接觸式對(duì)刀儀外，國內(nèi)還沒有實(shí)用的在機(jī)刀具狀態(tài)檢測量儀。工業(yè)先進(jìn)國家已有一些刀具在線檢測儀器，有些已成為商品，但主要是基于接觸式測量或激光測量，如英國雷尼紹公司的激光式刀具測量儀，使用時(shí)在加工中心工作臺(tái)一邊安裝激光束發(fā)射器，另一邊安裝激光束接收器，主要適宜檢測刀具破斷，而對(duì)刀具磨損和復(fù)雜幾何形狀檢測不適宜。操作人員對(duì)這類非直觀可視的檢測方法和裝置的使用也覺得不很可靠和方便。近年來有少量學(xué)者嘗試基于視覺技術(shù)進(jìn)行在機(jī)刀具的圖像檢測，但是以一般原理和圖像處理方法介紹為主，圖像采集基本上都是采用實(shí)驗(yàn)室用加長筒式放大成像器材及一般光源，人工調(diào)整和觸發(fā)相機(jī)攝取單幀圖像。但這樣的檢測裝置占用空間大，往往需卸除工件或一些機(jī)床部件才能安裝得下，難以在實(shí)際生產(chǎn)中安裝在機(jī)床有限的空間內(nèi)進(jìn)行刀具的在位檢測；此外成像視場小，不能兼顧刀具的宏觀形狀尺寸和表面微觀狀態(tài)檢測；而且不能自動(dòng)調(diào)整相機(jī)焦距和視場及光源，故自動(dòng)化和智能化程度低，檢測效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種基于機(jī)器視覺的占用空間小、可跨尺度自動(dòng)精密檢測的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)。本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，包括多自由度的機(jī)械臂、圖像獲取裝置和計(jì)算機(jī)；所述機(jī)械臂安裝于機(jī)床，機(jī)械臂包括縱移機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；縱移機(jī)構(gòu)的末端通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與橫移機(jī)構(gòu)連接，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝于橫移機(jī)構(gòu)上，圖像獲取裝置安裝于翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)；縱移機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和圖像獲取裝置中的電機(jī)都通過集成驅(qū)動(dòng)板與計(jì)算機(jī)連接。所述縱移機(jī)構(gòu)包括齒條、第一齒輪、第一引導(dǎo)光桿、連接件、縱移步進(jìn)電機(jī)、固定架和同步帶傳動(dòng)副；齒條穿過連接件的槽，第一齒輪安裝于連接件的槽內(nèi)，且與齒條嚙合，同時(shí)第一齒輪通過同步帶傳動(dòng)副與縱移步進(jìn)電機(jī)連接，縱移步進(jìn)電機(jī)通過固定架安裝于連接件，第一引導(dǎo)光桿穿過連接件的通孔，縱移步進(jìn)電機(jī)和計(jì)算機(jī)信號(hào)連接，齒條的末端和第一引導(dǎo)光桿的末端都固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的一端。當(dāng)?shù)毒咄Ｖ构ぷ骱笸７旁谝欢ǖ母叨葧r(shí)，計(jì)算機(jī)的控制模塊驅(qū)動(dòng)縱移步進(jìn)電機(jī)，則縱移步進(jìn)電機(jī)通過同步帶傳動(dòng)副帶動(dòng)第一齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以調(diào)節(jié)相機(jī)在合適的高度對(duì)刀具進(jìn)行攝像。作為一種優(yōu)選，所述第一引導(dǎo)光桿的數(shù)目為2根，分別安裝于齒條的兩側(cè)。齒條與第一引導(dǎo)光桿的長度根據(jù)機(jī)床的大小及機(jī)床的內(nèi)部空間確定。
所述連接件安裝于機(jī)床的主軸外殼體或工作臺(tái)或內(nèi)壁或頂梁。作為一種優(yōu)選，所述連接件安裝于機(jī)床的主軸外殼體。所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)框架、旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)、第一聯(lián)軸器、連接軸、軸承和鎖緊螺母；旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)安裝于旋轉(zhuǎn)框架的槽內(nèi)的上方，旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與第一聯(lián)軸器的上端連接，第一聯(lián)軸器下端與連接軸連接，連接軸穿過軸承，且連接軸的下端通過鎖緊螺母與橫移機(jī)構(gòu)的上端固定連接，旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。計(jì)算機(jī)的控制模塊驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，從而通過連接軸帶動(dòng)橫移機(jī)構(gòu)及橫移機(jī)構(gòu)所承載的圖像獲取裝置在水平面內(nèi)進(jìn)行360°的旋轉(zhuǎn)，從而可以增加檢測的范圍。所述橫移機(jī)構(gòu)包括橫移框架、第一絲杠、第二引導(dǎo)光桿、第二連接軸器、絲杠螺母板、安裝框和橫移步進(jìn)電機(jī)；第一絲杠安裝于橫移框架的中間，且第一絲杠的兩端分別安裝于橫移框架的兩端，第二引導(dǎo)光桿安裝于橫移框架內(nèi)，且位于第一絲杠的兩側(cè)，絲杠螺母板的下端同時(shí)被第一絲杠和第二引導(dǎo)光桿穿過，上端設(shè)置有U形槽，圖像獲取裝置通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝于絲杠螺母板的U形槽內(nèi)，橫移步進(jìn)電機(jī)通過安裝框安裝于橫移框架的尾端，且橫移步進(jìn)電機(jī)的輸出軸通過第二聯(lián)軸器與第一絲桿連接，橫移步進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。通過計(jì)算機(jī)的控制模塊驅(qū)動(dòng)橫移步進(jìn)電機(jī)，從而可以調(diào)整相機(jī)的鏡頭相對(duì)于刀具的距離。當(dāng)鏡頭與刀具之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，相機(jī)拍攝刀具的側(cè)面圖像，從而可以檢測刀具的側(cè)面形狀尺寸；而當(dāng)鏡頭與刀具之間的距離較近時(shí)，則相機(jī)將拍攝刀頭局部側(cè)面圖像，從而檢測刀頭側(cè)面的微觀狀態(tài)，如刀具的磨損程度。在此基礎(chǔ)上，再借助機(jī)床主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，則可以檢測刀具整個(gè)圓周表面。所述翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括翻轉(zhuǎn)架和翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)；翻轉(zhuǎn)架和翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)分別安裝于U形槽的內(nèi)、外側(cè)，圖像獲取裝置安裝于翻轉(zhuǎn)架內(nèi)，翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的輸出軸插入翻轉(zhuǎn)架的方孔，同時(shí)翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。計(jì)算機(jī)的控制模塊驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)，從而帶動(dòng)相機(jī)在垂直平面內(nèi)進(jìn)行180°的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)需要檢測刀具端面狀態(tài)時(shí)，相機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)90°，令相機(jī)鏡頭朝上，且與水平面垂直。同時(shí)，計(jì)算機(jī)的控制模塊驅(qū)動(dòng)橫移步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)相機(jī)在水平面移動(dòng)，令相機(jī)鏡頭正對(duì)著刀具的端面，如此可使相機(jī)對(duì)刀具的端面進(jìn)行拍攝，從而可以進(jìn)行刀具端面的狀態(tài)檢測。
所述圖像獲取裝置包括相機(jī)和光源；相機(jī)固定安裝于翻轉(zhuǎn)架內(nèi)，相機(jī)的鏡頭前端設(shè)置有保護(hù)罩，光源安裝于相機(jī)鏡頭的前方，相機(jī)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。鏡頭前端安裝的保護(hù)罩為平光保護(hù)罩，從而防止油霧及切屑污染鏡頭(特別是從下往上拍攝刀具端面時(shí))，影響圖像的質(zhì)量，從而影響檢測結(jié)果。作為一種優(yōu)選，所述相機(jī)采用百萬像素級(jí)工業(yè)數(shù)字相機(jī)，而且具有25mm定焦鏡頭，相機(jī)與鏡頭之間有接圈以調(diào)節(jié)視場與物距關(guān)系，在125mm物距之內(nèi)拍攝顯微磨損視場不小于20*20mm,在300mm物距之內(nèi)拍攝宏觀尺寸視場長邊不小于65mm。所述基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)還包括兩根引導(dǎo)槽片、第二絲杠、絲杠螺母架和調(diào)距步進(jìn)電機(jī)；所述光源兩側(cè)的滑桿插入引導(dǎo)槽片，同時(shí)光源通過絲杠螺母架安裝于第二絲桿上，調(diào)距步進(jìn)電機(jī)安裝于微型絲杠的尾部，且同時(shí)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。第二絲桿為微型絲桿，通過計(jì)算機(jī)的控制模塊驅(qū)動(dòng)調(diào)距步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)第二絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)光源與鏡頭之間在距離。因此相機(jī)可以合適的光亮強(qiáng)度下進(jìn)行拍攝獲取圖片。所述基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)還包括第二齒輪、固定板和調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)；所述第二齒輪安裝于調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)的輸出軸，且同時(shí)與相機(jī)的調(diào)焦齒圈嚙合，調(diào)焦步 進(jìn)電機(jī)通過固定板固定安裝于相機(jī)，調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。利用計(jì)算機(jī)的控制模塊驅(qū)動(dòng)調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)從而可進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦，獲取高質(zhì)量圖像。相機(jī)主體與鏡頭之間可選擇不同規(guī)格的接圈，以調(diào)節(jié)相機(jī)的視場和物距關(guān)系。所述機(jī)床的主軸外殼體的下端設(shè)置有背光源裝置，背光源裝置包括背光源、安裝板和連接板，且背光源位于光源的前方，背光源鉸接于連接板的下端，連接板的上端與安裝板下端鉸接，安裝板的上端固定安裝在主軸外殼體的下端，被檢測的刀具位于光源與背光板之間。連接板起到一個(gè)折疊的作用。在對(duì)刀具進(jìn)行側(cè)面攝像時(shí)，如果有背景干擾或光照強(qiáng)度不足的情況下，可以手動(dòng)設(shè)置背光源(或者單獨(dú)使用電機(jī)驅(qū)動(dòng))，從而去除背景的干擾和增強(qiáng)照明。當(dāng)背光源不使用時(shí)，可以向上收攏，從而不會(huì)影響刀具的加工。本發(fā)明的工作原理如下當(dāng)檢測系統(tǒng)不工作時(shí)，相機(jī)位于最高處；當(dāng)檢測系統(tǒng)開始工作前，計(jì)算機(jī)首先對(duì)檢測系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)初始化，即令檢測系統(tǒng)里的各個(gè)步進(jìn)電機(jī)參數(shù)和圖像處理參數(shù)清零，然后操作人員根據(jù)具體檢測目標(biāo)和要求檢測的刀具參數(shù)依次在計(jì)算機(jī)里輸入需要拍攝刀具圖像的各個(gè)位置參數(shù)和圖像處理參數(shù)的控制指令，再點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)的用戶界面上的“開始運(yùn)行”按鈕，檢測系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)檢測狀態(tài)。計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)各個(gè)步進(jìn)電機(jī)令相機(jī)達(dá)到預(yù)定的拍攝位置時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入調(diào)焦，調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏡頭自動(dòng)前后調(diào)整同時(shí)對(duì)刀具連續(xù)拍攝系列圖像，計(jì)算機(jī)中的相機(jī)調(diào)焦軟件程序根據(jù)對(duì)焦函數(shù)自動(dòng)判別其中最清晰圖像。計(jì)算機(jī)中的調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)控制模塊根據(jù)得到的最清晰圖像信號(hào)后，再將控制信號(hào)通過通用串行或并行接口反饋給調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)，從而控制鏡頭定在對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行攝像。之后將拍攝的圖像傳送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)里的圖像分析軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理分析，從而檢測刀具的狀態(tài)，并將刀具的檢測結(jié)果在計(jì)算機(jī)的顯示屏里顯示；檢測結(jié)束后，計(jì)算機(jī)控制相機(jī)恢復(fù)到原來的位置，即相機(jī)位于最高處，從而使檢測系統(tǒng)在不工作時(shí)，不影響刀具的工作。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)通過縱移機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之間的連接，通過計(jì)算機(jī)控制多個(gè)機(jī)構(gòu)及部件的運(yùn)動(dòng)令相機(jī)根據(jù)不同的要求確定在不同的位置，令相機(jī)在有限的機(jī)床空間內(nèi)能夠獲取刀具的跨尺度圖像，故可以自動(dòng)完成刀具側(cè)面、底面的宏觀形狀、尺寸的檢測和刀具磨破損微觀檢測，而且檢測系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)緊湊，在檢測系統(tǒng)不工作時(shí)，不會(huì)影響機(jī)床的加工運(yùn)行。2、本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)不僅鏡頭離刀具之間的距離及角度可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，而且光源與鏡頭之間的距離也可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，故相機(jī)獲取刀具圖像的質(zhì)量高，從而令刀具的檢測結(jié)果更準(zhǔn)確。3、本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)能夠直接在機(jī)床里檢測刀具狀態(tài)，而不需要將刀具拆卸下再進(jìn)行檢測，所以大大減少了檢測時(shí)間和節(jié)省重新對(duì)刀時(shí)間；且檢測系統(tǒng)里的各個(gè)機(jī)構(gòu)及部件的運(yùn)動(dòng)都通過計(jì)算機(jī)控制，從而提高了檢測系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化程度。


圖I是本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的縱移機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明橫移機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和圖像獲取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)在檢測刀具側(cè)面形狀尺寸的狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)在檢測刀具側(cè)面微觀的狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)在檢測刀具端面狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)處于非工作狀態(tài)時(shí)的結(jié) 構(gòu)示意圖。圖10是本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例I如圖I至圖5所示的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，包括多自由度的機(jī)械臂、圖像獲取裝置7和計(jì)算機(jī)；所述機(jī)械臂安裝于機(jī)床，機(jī)械臂包括縱移機(jī)構(gòu)4、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
5、橫移機(jī)構(gòu)6和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8 ;縱移機(jī)構(gòu)4的末端通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5與橫移機(jī)構(gòu)6連接,翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8安裝于橫移機(jī)構(gòu)6上，圖像獲取裝置7安裝于翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8內(nèi)；縱移機(jī)構(gòu)4、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5、橫移機(jī)構(gòu)6、翻轉(zhuǎn)機(jī)8構(gòu)和圖像獲取裝置7都與計(jì)算機(jī)連接。所述縱移機(jī)構(gòu)4包括齒條12、第一齒輪13、第一引導(dǎo)光桿11、連接件10、縱移步進(jìn)電機(jī)15、固定架9和同步帶傳動(dòng)副14 ;齒條12穿過連接件10的槽，第一齒輪13安裝于連接件10的槽內(nèi)，且與齒條12嚙合，同時(shí)第一齒輪13通過同步帶傳動(dòng)副14與縱移步進(jìn)電機(jī)15連接，縱移步進(jìn)電機(jī)15通過固定架9安裝于連接件10，第一引導(dǎo)光桿11穿過連接件10的通孔，縱移步進(jìn)電機(jī)15和計(jì)算機(jī)信號(hào)連接，齒條12的末端和第一引導(dǎo)光桿11的末端都固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5的一端。作為一種優(yōu)選，齒條12和第一引導(dǎo)光桿11的下端都固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5中的旋轉(zhuǎn)框架22的上端。所述第一引導(dǎo)光桿11的數(shù)目為2根，分別安裝于齒條12的兩側(cè)。齒條12與第一引導(dǎo)光桿11的長度根據(jù)機(jī)床的大小及機(jī)床的內(nèi)部空間確定。作為一種優(yōu)選，所述連接件10安裝于機(jī)床的主軸外殼體3。所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5包括旋轉(zhuǎn)框架22、旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)16、第一聯(lián)軸器17、連接軸18、軸承19和鎖緊螺母21 ;旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)16安裝于旋轉(zhuǎn)框架22的槽內(nèi)的上方，旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)16的輸出軸與第一聯(lián)軸器17的上端連接，第一聯(lián)軸器下端17與連接軸18連接，連接軸18穿過軸承19，且連接軸18的下端通過鎖緊螺母21與橫移機(jī)構(gòu)6中的橫移框架的上端固定連接，旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)16與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。所述橫移機(jī)構(gòu)6包括橫移框架20、第一絲杠24、第二引導(dǎo)光桿23、第二連接軸器27、絲杠螺母板30、安裝框25和橫移步進(jìn)電機(jī)26 ;第一絲杠24安裝于橫移框架20的中間，且第一絲杠24的兩端分別安裝于橫移框架20的兩端，第二引導(dǎo)光桿23安裝于橫移框架20內(nèi)，且位于第一絲杠24的兩側(cè)，絲杠螺母板30的下端同時(shí)被第一絲杠24和第二引導(dǎo)光桿 23穿過，上端設(shè)置有U形槽，圖像獲取裝置7通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8安裝于絲杠螺母板30的U形槽內(nèi)，橫移步進(jìn)電機(jī)26通過安裝框25安裝于橫移框架20的尾端，且橫移步進(jìn)電機(jī)26的輸出軸通過第二聯(lián)軸器27與第一絲桿24連接，橫移步進(jìn)電機(jī)26與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。所述第一絲桿24的兩端分別通過軸承安裝于橫移框架20的前板31和后板28，且第一絲桿24的一端通過第二連軸器27與橫移步進(jìn)電機(jī)26連接。而2根第二引導(dǎo)光桿23分別位于第一絲桿24的兩側(cè)，且第二引導(dǎo)光桿23的兩端分別固定于前板31和后板28。所述翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8包括翻轉(zhuǎn)架40和翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)29 ;翻轉(zhuǎn)架40和翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)28分別安裝于U形槽的內(nèi)、外側(cè)，圖像獲取裝置7安裝于翻轉(zhuǎn)架40內(nèi)，翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)29的輸出軸插入翻轉(zhuǎn)架40的方孔，同時(shí)翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)29與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。所述圖像獲取裝置包括相機(jī)42和光源34 ;相機(jī)42固定安裝于翻轉(zhuǎn)架40內(nèi)，相機(jī)42的鏡頭前端設(shè)置有保護(hù)罩36，光源34安裝于相機(jī)鏡頭的前方，相機(jī)42與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。作為一種優(yōu)選，所述相機(jī)采用百萬像素級(jí)工業(yè)數(shù)字相機(jī)，裝有25mm定焦鏡頭，相機(jī)與鏡頭之間有接圈，在125mm物距之內(nèi)拍攝顯微磨損視場不小于20*20mm,在300mm物距之內(nèi)拍攝宏觀尺寸視場長邊不小于65mm。所述基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)還包括兩根引導(dǎo)槽片35、第二絲杠32、絲杠螺母架33和調(diào)距步進(jìn)電機(jī)；所述光源34兩側(cè)的滑桿插入引導(dǎo)槽片35，同時(shí)光源34通過絲杠螺母架33安裝于第二絲桿32上，調(diào)距步進(jìn)電機(jī)安裝于第二絲杠的尾部，且同時(shí)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。所述基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)還包括第二齒輪38、固定板41和調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)39 ;所述第二齒輪38安裝于調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)39的輸出軸，且同時(shí)與相機(jī)42的調(diào)焦齒圈37嚙合，調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)39通過固定板41固定安裝于相機(jī)42，調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)39與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。所述機(jī)床的主軸外殼體的下端設(shè)置有背光源裝置2，背光源裝置包括背光源201、連接板202和安裝板203，且背光源201位于光源34的前方，背光源201鉸接于連接板202的下端，連接板202的上端與安裝板203下端鉸接，安裝板203的上端固定安裝在主軸外殼體的下端，被檢測的刀具位于光源與背光板之間。根據(jù)圖10，本基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)的各個(gè)檢測狀態(tài)如圖6，當(dāng)需要檢測刀具I側(cè)面形狀尺寸時(shí)，首先利用計(jì)算對(duì)檢測系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后在計(jì)算機(jī)中輸入對(duì)各個(gè)步進(jìn)電機(jī)的控制指令。即首先驅(qū)動(dòng)縱移步進(jìn)電機(jī)15調(diào)整相機(jī)42到達(dá)設(shè)定的高度，再驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)16令相機(jī)42轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使相機(jī)42的鏡頭正對(duì)刀具1，接著驅(qū)動(dòng)橫移步進(jìn)電機(jī)26帶動(dòng)相機(jī)42進(jìn)行水平移動(dòng)，令鏡頭與刀具I之間的距離為設(shè)定的大小。利用調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)39調(diào)節(jié)相機(jī)42的焦距，調(diào)整到合適的焦距后，啟動(dòng)相機(jī)42對(duì)刀具I進(jìn)行拍攝，并將拍攝得到的圖像通過串行口傳送到計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)中的圖像處理軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理分析，從而檢測刀具I的側(cè)面形狀尺寸。在進(jìn)行側(cè)面攝像時(shí)，機(jī)床主軸可帶動(dòng)刀具I旋轉(zhuǎn)，從而相機(jī)42可以拍攝刀具I全部的圓周側(cè)面。拍攝的圖像傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理分析，將處理分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)的顯示屏顯示結(jié)果。在側(cè)面攝像的過程中，背光源2根據(jù)光照的需要及背景的情況而決定是否拉下。
如圖7，需要檢測刀具I側(cè)面的微觀狀態(tài)時(shí)，首先利用計(jì)算對(duì)檢測系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后在計(jì)算機(jī)中輸入對(duì)各個(gè)步進(jìn)電機(jī)的控制指令。利用計(jì)算機(jī)控制縱移步進(jìn)電機(jī)15和旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)16，令相機(jī)42移動(dòng)到合適的高度及在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)到使相機(jī)42的鏡頭正對(duì)著刀具I端頭的合適位置。驅(qū)動(dòng)橫移步進(jìn)電機(jī)26，使相機(jī)42的鏡頭靠近刀具I端頭的的側(cè)面，然后在相機(jī)42調(diào)整好焦距之后對(duì)刀具I端頭的側(cè)面進(jìn)行近距離拍攝獲取圖像，再將圖像傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理分析，并將對(duì)刀具端頭微觀狀態(tài)分析得出數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)的顯示屏顯示結(jié)果。在側(cè)面顯微攝像的過程中，機(jī)床主軸可帶動(dòng)刀具I旋轉(zhuǎn)，從而相機(jī)42可以拍攝到刀具端頭全部的圓周側(cè)面，此時(shí)背光源2 —般處于收攏狀態(tài)；如圖8，當(dāng)需要檢測刀具I的端面狀態(tài)時(shí)，首先利用計(jì)算對(duì)檢測系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后在計(jì)算機(jī)中輸入對(duì)各個(gè)步進(jìn)電機(jī)的控制指令。利用計(jì)算機(jī)控制縱移步進(jìn)電機(jī)15和旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)16，令相機(jī)42位于設(shè)定的高度及轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度；再驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)29，使相機(jī)42在垂直面內(nèi)翻轉(zhuǎn)90°，令相機(jī)42的鏡頭朝上；然后驅(qū)動(dòng)橫移步進(jìn)電機(jī)26，令相機(jī)42的鏡頭正對(duì)著刀具I的端面；再將相機(jī)42的焦距進(jìn)行調(diào)整到合適的位置后，相機(jī)42對(duì)刀具I的端面進(jìn)行拍攝獲取圖像，并將圖像傳送到計(jì)算機(jī)，而計(jì)算機(jī)利用處理分析軟件對(duì)端面的圖像進(jìn)行處理分析，并將此分析得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，同時(shí)通計(jì)算機(jī)的顯示屏顯示結(jié)果。在刀具I的端面檢測時(shí)，因?yàn)椴恍枰褂帽彻庠?，所以背光源處于收攏狀態(tài)。如圖9所示，當(dāng)檢測系統(tǒng)處于非工作狀態(tài)時(shí)，橫移機(jī)構(gòu)6中的橫移框架20與機(jī)床的主軸外殼體3平行，同時(shí)縱移機(jī)構(gòu)4將相機(jī)42上升到最高位置，從而避免檢測系統(tǒng)影響刀具的工作運(yùn)行。實(shí)施例2本基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)除下述特征外同實(shí)施例I :作為一種優(yōu)選，所述連接件10安裝于機(jī)床的內(nèi)壁。上述具體實(shí)施方式
為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不能對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定，其他的任何未背離本發(fā)明的技術(shù)方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，其特征在于包括多自由度的機(jī)械臂、圖像獲取裝置和計(jì)算機(jī)；所述機(jī)械臂安裝于機(jī)床，機(jī)械臂包括縱移機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；縱移機(jī)構(gòu)的末端通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與橫移機(jī)構(gòu)連接，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝于橫移機(jī)構(gòu)上，圖像獲取裝置安裝于翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)；縱移機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和圖像獲取裝置都與計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，其特征在于所述縱移機(jī)構(gòu)包括齒條、第一齒輪、第一引導(dǎo)光桿、連接件、縱移步進(jìn)電機(jī)、固定架和同步帶傳動(dòng)副；齒條穿過連接件的槽，第一齒輪安裝于連接件的槽內(nèi)，且與齒條嚙合，同時(shí)第一齒輪通過同步帶傳動(dòng)副與縱移步進(jìn)電機(jī)連接，縱移步進(jìn)電機(jī)通過固定架安裝于連接件，第一引導(dǎo)光桿穿過連接件的通孔，縱移步進(jìn)電機(jī)和計(jì)算機(jī)信號(hào)連接，齒條的末端和第一引導(dǎo)光桿的末端都固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，其特征在于所述連接件安裝于機(jī)床的主軸外殼體或工作臺(tái)或內(nèi)壁或頂梁。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)框架、旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)、第一聯(lián)軸器、連接軸、軸承和鎖緊螺母；旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)安裝于旋轉(zhuǎn)框架的槽內(nèi)的上方，旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與第一聯(lián)軸器的上端連接，第一聯(lián)軸器下端與連接軸連接，連接軸穿過軸承，且連接軸的下端通過鎖緊螺母與橫移機(jī)構(gòu)的上端固定連接，旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，其特征在于所述橫移機(jī)構(gòu)包括橫移框架、第一絲杠、第二引導(dǎo)光桿、第二連接軸器、絲杠螺母板、安裝框和橫移步進(jìn)電機(jī)；第一絲杠安裝于橫移框架的中間，且第一絲杠的兩端分別安裝于橫移框架的兩端，第二引導(dǎo)光桿安裝于橫移框架內(nèi)，且位于第一絲杠的兩側(cè)，絲杠螺母板的下端同時(shí)被第一絲杠和第二引導(dǎo)光桿穿過，上端設(shè)置有U形槽，圖像獲取裝置通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝于絲杠螺母板的U形槽內(nèi)，橫移步進(jìn)電機(jī)通過安裝框安裝于橫移框架的尾端，且橫移步進(jìn)電機(jī)的輸出軸通過第二聯(lián)軸器與第一絲桿連接，橫移步進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，其特征在于所述翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括翻轉(zhuǎn)架和翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)；翻轉(zhuǎn)架和翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)分別安裝于U形槽的內(nèi)、夕卜偵牝圖像獲取裝置安裝于翻轉(zhuǎn)架內(nèi)，翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的輸出軸插入翻轉(zhuǎn)架的方孔，同時(shí)翻轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6任一項(xiàng)所述的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，其特征在于所述圖像獲取裝置包括相機(jī)和光源；相機(jī)固定安裝于翻轉(zhuǎn)架內(nèi)，相機(jī)的鏡頭前端設(shè)置有保護(hù)罩，光源安裝于相機(jī)鏡頭的前方，相機(jī)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，其特征在于還包括兩根引導(dǎo)槽片、第二絲杠、絲杠螺母架和調(diào)距步進(jìn)電機(jī)；所述光源兩側(cè)的滑桿插入引導(dǎo)槽片，同時(shí)光源通過絲杠螺母架安裝于第二絲桿上，調(diào)距步進(jìn)電機(jī)安裝于微型絲杠的尾部，且同時(shí)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，其特征在于還包括第二齒輪、固定板和調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)；所述第二齒輪安裝于調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)的輸出軸，且同時(shí)與相機(jī)的調(diào)焦齒圈嚙合，調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)通過固定板固定安裝于相機(jī)，調(diào)焦步進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)床的主軸外殼體的下端設(shè)置有背光源裝置，背光源裝置包括背光源、安裝板和連接板，且背光源位于光源的前方，背光源鉸接于連接板的下端，連接板的上端與安裝板下端鉸接，安裝板的上端固定安裝在主軸外殼體的下端，被檢測的刀具位于光源與背光板之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺的機(jī)床刀具在位檢測系統(tǒng)，包括多自由度的機(jī)械臂、圖像獲取裝置和計(jì)算機(jī)；所述機(jī)械臂安裝于機(jī)床，機(jī)械臂包括縱移機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；縱移機(jī)構(gòu)的下端通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與橫移機(jī)構(gòu)連接，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝于橫移機(jī)構(gòu)上，圖像獲取裝置安裝于翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)；縱移機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和圖像獲取裝置都與計(jì)算機(jī)連接。利用本發(fā)明能夠直接在機(jī)床的有限空間內(nèi)對(duì)裝在主軸上的刀具自動(dòng)進(jìn)行宏觀形狀尺寸和微觀磨破損檢測，攝取的圖像質(zhì)量高，檢測結(jié)果精確。
文檔編號(hào)B23Q17/09GK102825505SQ20121030906
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者全燕鳴, 黨希超, 謝德浩, 盧滿懷 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)