專(zhuān)利名稱(chēng)：基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)，具體涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]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(cè)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。[0003]在金屬切削過(guò)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(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于刀具磨破損檢測(cè)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(shuō)明人們充分認(rèn)識(shí)到要解決此問(wèn)題的必要性，另一方面也說(shuō)明該問(wèn)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(cè)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(cè)技術(shù)。[0004]圖像檢測(cè)法具有直接和可靠的特點(diǎn)。帶CO) (Charge-coupled Device,中文全稱(chēng)為電荷耦合元件)攝像的顯微鏡有很好的測(cè)量精度，但只能在實(shí)驗(yàn)室用于小視場(chǎng)檢測(cè)；光學(xué)投影式對(duì)刀儀(刀具預(yù)調(diào)儀)也只能在測(cè)量室用于對(duì)刀具進(jìn)行平面形狀和尺寸測(cè)量，例如投影的刀尖角度、圓弧半徑及盤(pán)類(lèi)刀具的徑向跳動(dòng)等離線靜態(tài)檢測(cè)，對(duì)刀具三維形狀尺寸參數(shù)無(wú)能為力，也無(wú)微觀磨損檢測(cè)功能。除簡(jiǎn)單的接觸式對(duì)刀儀外，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有實(shí)用的在機(jī)刀具狀態(tài)檢測(cè)量?jī)x。工業(yè)先進(jìn)國(guó)家已有一些刀具在線檢測(cè)儀器，有些已成為商品，但主要是基于接觸式測(cè)量或激光測(cè)量，如英國(guó)雷尼紹公司的激光式刀具測(cè)量?jī)x，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(cè)刀具破斷，而對(duì)刀具磨損和復(fù)雜幾何形狀檢測(cè)不適宜。操作人員對(duì)這類(lèi)非直觀可視的檢測(cè)方法和裝置的使用也覺(jué)得不很可靠和方便。[0005]近年來(lái)有少量學(xué)者嘗試基于視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行在機(jī)刀具的圖像檢測(cè)，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(zhǎng)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(cè)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(cè)；此外成像視場(chǎng)小，不能兼顧刀具的宏觀形狀尺寸和表面微觀狀態(tài)檢測(cè)；而且不能自動(dòng)調(diào)整相機(jī)焦距和視場(chǎng)及光源，故自動(dòng)化和智能化程度低，檢測(cè)效率低。實(shí)用新型內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種基于機(jī)器視覺(jué)的占用空間小、可跨尺度自動(dòng)精密檢測(cè)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)。[0007]本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(guò)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(guò)集成驅(qū)動(dòng)板與計(jì)算機(jī)連接。[0008]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(guò)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(guò)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(guò)固定架安裝于連接件，第一引導(dǎo)光桿穿過(guò)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(guò)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。[0009]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(zhǎng)度根據(jù)機(jī)床的大小及機(jī)床的內(nèi)部空間確定。[0010]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。[0011]作為一種優(yōu)選，所述連接件安裝于機(jī)床的主軸外殼體。[0012]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(guò)軸承，且連接軸的下端通過(guò)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(guò)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(cè)的范圍。[0013]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(guò)，上端設(shè)置有U形槽，圖像獲取裝置通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(cè)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(cè)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(cè)刀具整個(gè)圓周表面。[0014]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(cè)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(cè)。[0015]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(cè)結(jié)果。[0016]作為一種優(yōu)選，所述相機(jī)采用百萬(wàn)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(chǎng)與物距關(guān)系，在125mm物距之內(nèi)拍攝顯微磨損視場(chǎng)不小于20*20mm,在300mm物距之內(nèi)拍攝宏觀尺寸視場(chǎng)長(zhǎng)邊不小于65mm。[0017]所述基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(guò)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(guò)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。[0018]所述基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(guò)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(chǎng)和物距關(guān)系。[0019]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(cè)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。[0020]本實(shí)用新型的工作原理如下當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)不工作時(shí)，相機(jī)位于最高處；當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)始工作前，計(jì)算機(jī)首先對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)初始化，即令檢測(cè)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(cè)目標(biāo)和要求檢測(cè)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(hù)界面上的“開(kāi)始運(yùn)行”按鈕，檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)檢測(cè)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(guò)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(cè)刀具的狀態(tài)，并將刀具的檢測(cè)結(jié)果在計(jì)算機(jī)的顯示屏里顯示；檢測(cè)結(jié)束后，計(jì)算機(jī)控制相機(jī)恢復(fù)到原來(lái)的位置，即相機(jī)位于最高處，從而使檢測(cè)系統(tǒng)在不工作時(shí)，不影響刀具的工作。[0021]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)[0022]I、本實(shí)用新型的基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)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(guò)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(cè)和刀具磨破損微觀檢測(cè)，而且檢測(cè)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)緊湊，在檢測(cè)系統(tǒng)不工作時(shí)，不會(huì)影響機(jī)床的加工運(yùn)行。[0023]2、本實(shí)用新型的基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確。[0024]3、本實(shí)用新型的基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)能夠直接在機(jī)床里檢測(cè)刀具狀態(tài)，而不需要將刀具拆卸下再進(jìn)行檢測(cè)，所以大大減少了檢測(cè)時(shí)間和節(jié)省重新對(duì)刀時(shí)間；且檢測(cè)系統(tǒng)里的各個(gè)機(jī)構(gòu)及部件的運(yùn)動(dòng)都通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，從而提高了檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化程度。


[0025]圖I是本實(shí)用新型的基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0026]圖2是本實(shí)用新型的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖。[0027]圖3是本實(shí)用新型的縱移機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0028]圖4是本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0029]圖5是本實(shí)用新型橫移機(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。[0030]圖6是本實(shí)用新型的基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)刀具側(cè)面形狀尺寸的狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0031]圖7是本實(shí)用新型的基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)刀具側(cè)面微觀的狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0032]圖8是本實(shí)用新型的基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)刀具端面狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0033]圖9是本實(shí)用新型的基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)處于非工作狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0034]圖10是本實(shí)用新型的基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
[0035]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。[0036]實(shí)施例I[0037]如圖I至圖5所示的基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(guò)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。[0038]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(guò)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(guò)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(guò)固定架9安裝于連接件10，第一引導(dǎo)光桿11穿過(guò)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(zhǎng)度根據(jù)機(jī)床的大小及機(jī)床的內(nèi)部空間確定。[0039]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。[0040]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(guò)軸承19，且連接軸18的下端通過(guò)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。[0041]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(guò)，上端設(shè)置有U形槽，圖像獲取裝置7通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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。[0042]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。[0043]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。[0044]作為一種優(yōu)選，所述相機(jī)采用百萬(wàn)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(chǎng)不小于20*20mm,在300mm物距之內(nèi)拍攝宏觀尺寸視場(chǎng)長(zhǎng)邊不小于65mm。[0045]所述基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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)的滑桿插入弓I導(dǎo)槽片35，同時(shí)光源34 通過(guò)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。[0046]所述基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(guò)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。[0047]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(cè)的刀具位于光源與背光板之間。[0048]根據(jù)圖10，本基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)檢測(cè)狀態(tài)[0049]如圖6，當(dāng)需要檢測(cè)刀具I側(cè)面形狀尺寸時(shí)，首先利用計(jì)算對(duì)檢測(cè)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(guò)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(cè)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(guò)計(jì)算機(jī)的顯示屏顯示結(jié)果。在側(cè)面攝像的過(guò)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。[0050]如圖7，需要檢測(cè)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(cè)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(guò)計(jì)算機(jī)的顯示屏顯示結(jié)果。在側(cè)面顯微攝像的過(guò)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)；[0051]如圖8，當(dāng)需要檢測(cè)刀具I的端面狀態(tài)時(shí)，首先利用計(jì)算對(duì)檢測(cè)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(cè)時(shí)，因?yàn)椴恍枰褂帽彻庠?，所以背光源處于收攏狀態(tài)。[0052]如圖9所示，當(dāng)檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)影響刀具的工作運(yùn)行。[0053]實(shí)施例2[0054]本基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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。[0055]上述具體實(shí)施方式
為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不能對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限定， 其他的任何未背離本實(shí)用新型的技術(shù)方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。9
權(quán)利要求1.基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(guò)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(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(guò)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(guò)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(guò)固定架安裝于連接件，第一引導(dǎo)光桿穿過(guò)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(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(guò)軸承，且連接軸的下端通過(guò)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(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(guò)，上端設(shè)置有U形槽，圖像獲取裝置通過(guò)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(guò)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(guò)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(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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所述的基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(guò)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(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(guò)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(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(cè)的刀具位于光源與背光板之間。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)床刀具在位檢測(cè)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(guò)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。利用本實(shí)用新型能夠直接在機(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(cè)，攝取的圖像質(zhì)量高，檢測(cè)結(jié)果精確。
文檔編號(hào)B23Q17/09GK202804813SQ201220429538
公開(kāi)日2013年3月20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(mǎn)懷 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)