CN103363920A - 刀具检测***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种刀具检测***，应用于计算机。该计算机与影像量测机台电连接。待测的刀具固定在可旋转的夹持设备上，在夹持设备旋转刀具的过程中，影像量测机台利用影像捕获装置捕获刀具每个刀刃的所有图片，并测量得到每张图片中各像素点的X，Y坐标及每张图片的Z轴坐标。该***将刀具的每张图片进行二值化处理，计算每张图片中的轮廓点的二维坐标，根据每张图片的Z轴坐标得到每张图片中的轮廓点的三维坐标，从而得到刀具的所有三维轮廓点。之后，该***将刀具的所有三维轮廓点与刀具的理论轮廓图形对齐，计算每个轮廓点到理论轮廓图形的最近距离，并根据所有最近距离中的最小值及最大值计算刀具的总偏差。本发明还提供一种刀具检测方法。

Description

刀具检测***及方法
技术领域
本发明涉及一种计算机辅助设计***及方法，尤其是一种应用于影像量测领域中的刀具检测***及方法。
背景技术
刀具是机械制造中用于切削加工的工具。目前，刀具检测有的
是通过切削实际产品，通过检测产品是否合格并结合经验判断刀具是否合格，有的是通过硬件测量工具对刀具进行检测。这些检测方法人为因素所占比重较大，因此检测结果容易产生较大误差。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种刀具检测***及方法，可以根据拍摄刀具得到的刀刃图片检测刀具设计是否合格。
一种刀具检测***，应用于计算机。该计算机与影像量测机台电连接。待测的刀具固定在可旋转的夹持设备上，在夹持设备旋转刀具的过程中，影像量测机台利用影像捕获装置捕获刀具每个刀刃的所有图片，通过影像量测机台上的X、Y光栅尺测量得到每张图片中各像素点的X，Y坐标、Z光栅尺得到每张图片的Z轴坐标，并将刀具的所有图片信息及每张图片的Z坐标信息存储至计算机的存储器。该***包括：图片处理模块，用于将刀具的每张图片中各像素点的像素值进行二值化处理，根据像素值的变化计算每张图片中的轮廓点的二维坐标(X,Y)，根据每张图片的Z轴坐标得到每张图片中的轮廓点的三维坐标(X,Y,Z)，从而得到刀具的所有三维轮廓点；及误差计算模块，用于利用数学方法将计算得到的刀具的所有三维轮廓点与刀具的理论轮廓图形对齐后，计算每个轮廓点到理论轮廓图形的最近距离，及根据所有最近距离中的最小值及最大值计算刀具的总偏差。
一种刀具检测方法，应用于计算机，该计算机与影像量测机台电连接。该方法包括：（A）将待测的刀具固定到可旋转的夹持设备上，保持刀具的长轴与影像量测机台的量测平台平行；（B）启动夹持设备，驱动夹持设备按照一定步长匀速旋转刀具，每次停止旋转时，利用影像捕获装置捕获刀具刀刃的图片，得到刀具每个刀刃的所有图片；（C）通过影像量测机台上的X光栅尺、Y光栅尺测量得到每张图片中各像素点的X，Y坐标，通过影像量测机台上的Z光栅尺得到每张图片的Z坐标信息；（D）计算机接收影像量测机台传送的刀具的所有图片信息及每张图片的Z坐标信息；（E）将刀具每张图片中的像素点的像素值进行二值化处理，根据图片像素值的变化计算每张图片中的轮廓点的二维坐标(X,Y)，根据每张图片的Z坐标信息得到每张图片中的轮廓点的三维坐标(X,Y,Z)，从而得到刀具的所有三维轮廓点；（F）利用数学方法将计算得到的刀具的所有三维轮廓点与刀具的理论轮廓图形对齐后，计算每个轮廓点到理论轮廓图形的最近距离；及（G）根据所有最近距离中的最小值及最大值计算刀具的总偏差。
相较于现有技术，本发明提供的刀具检测***及方法可以根据拍摄刀具得到的刀刃图片及刀具的理论设计图档判断刀具设计是否合格。
附图说明
图1是本发明刀具检测***较佳实施例的硬件架构图。
图2是本发明刀具检测***较佳实施例的功能模块图。
图3是本发明刀具检测方法较佳实施例的流程图。
图4及图5是刀具的理论轮廓图形与检测得到的刀具的三维轮廓点的示意图。
主要元件符号说明
影像量测机台 200
量测平台 1
影像捕获装置 2
刀具 3
夹持设备 4
X光栅尺 5
Y光栅尺 6
Z光栅尺 7
计算机 100
刀具检测*** 10
存储器 20
处理器 30
显示器 40
信息导入模块 11
图片处理模块 12
误差计算模块 13
报告输出模块 14
轮廓曲线 21
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
如图1所示，是本发明刀具检测***10较佳实施例的硬件架构图。该刀具检测***10应用于计算机100。该计算机100与影像量测机台200电连接。该影像量测机台200包括水平的量测平台1，安装于影像量测机台200的X轴的X光栅尺5、Y轴的Y光栅尺6、Z轴的Z光栅尺7及影像捕获装置2。待测的刀具3固定在可旋转的夹持设备4上，刀具3的长轴与量测平台1平行。X光栅尺5、Y光栅尺6、Z光栅尺7分别用于测量影像量测机台200量测的对象（例如刀具3）的X、Y、Z坐标。
在本实施例中，影像捕获装置2包括电荷耦合元件（charge-coupled device，CCD），刀具3包括一个或多个刀刃。夹持设备4按照一定步长（例如0.2mm/次）匀速旋转刀具3。每次停止旋转时，影像量测机台200通过CCD拍摄刀具3的每个刀刃，得到刀具3每个刀刃的所有图片，通过Z光栅尺7测量得到的每张图片的Z坐标，并将所有图片及每张图片的Z坐标信息传送至计算机100。
参阅图2所示，计算机100包括刀具检测***10、存储器20、处理器30及显示器40。刀具检测***10接收影像量测机台200传送的刀具3的所有刀刃的图片及每张图片的Z坐标信息，根据每张图片中轮廓点的二维坐标及每张图片的Z坐标信息得到刀具3的所有轮廓点的三维坐标，以获取刀具3的所有三维轮廓点。刀具检测***10将刀具3的所有三维轮廓点与刀具3的理论轮廓图形对齐后，计算每个三维轮廓点到理论轮廓图形的最近距离，根据所有最近距离中的最小值及最大值计算刀具总偏差。之后，刀具检测***10将刀具总偏差与设计公差进行比较，根据比较结果判断刀具3的设计是否合格。
在本实施例中，该刀具检测***10包括信息导入模块11、图片处理模块12、误差计算模块13及报告输出模块14。模块11至14的计算机化程序代码存储在存储器20，具体功能请参阅图3的说明。存储器20还存储刀具3的理论轮廓图形、影像量测机台200传送的刀具3的所有刀刃的图片及每张图片的Z坐标信息。
处理器30执行模块11至14的计算机化程序代码，实现刀具检测***10的上述功能。
显示器40用于显示所述图片、理论轮廓图形、实际轮廓图形及比较结果。
如图3所示，是本发明刀具检测方法较佳实施例的流程图。
步骤S301，将刀具3固定到可旋转的夹持设备4上，保持刀具3的长轴与量测平台1平行（如图1所示）。在本实施例中，该刀具3上安装有多个刀刃。在其他实施例中，该刀具3上也可以只安装有一个刀刃。
步骤S303，启动夹持设备4，夹持设备4按照一定步长匀速旋转刀具3，每次停止旋转时，影像捕获装置2的CCD捕获刀具3的一个刀刃的图片，得到刀具3每个刀刃的所有图片。影像量测机台200上的X光栅尺5、Y光栅尺6测量得到每张图片中各像素点的X，Y坐标，Z光栅尺7测量得到每张图片的Z轴坐标。影像量测机台200将刀具3的所有刀刃的图片信息及每张图片的Z坐标信息传送给计算机100。计算机100接收传送的信息并存储至存储器20。
步骤S305，信息导入模块11从存储器20中读取刀具3的所有刀刃的图片信息及每张图片的Z坐标信息。图片处理模块12将每张图片中的像素点的像素值二值化，根据像素值的变化（白色到黑色或黑色到白色的变化）计算每张图片中的轮廓点的二维坐标(X,Y)，根据每张图片的Z轴坐标得到每张图片中的轮廓点的三维坐标(X,Y,Z)，得到刀具3的每个刀刃的所有三维轮廓点，从而得到由刀具3所有刀刃的三维轮廓点组成的刀具3的所有三维轮廓点（由于刀具3的切削精度取决于刀刃，故这里刀具3的所有三维轮廓点只包括所有刀刃的三维轮廓点）。
步骤S307，信息导入模块11从存储器20中读取刀具3的理论轮廓图形（例如图4所示的轮廓曲线21），利用数学方法将计算得到的刀具3的所有三维轮廓点（例如图4所示的分散点）与理论轮廓图形对齐。在本实施例中，该数学方法为最小二乘法，其公式为：
Figure 2012101008001100002DEST_PATH_IMAGE001
其中，(X1,Y1,Z1)为刀具3的理论轮廓图形上的点，(X2,Y2,Z2)为计算得到的刀具3上的三维轮廓点。计算得到的刀具3上的所有三维轮廓点到理论轮廓图形的距离的平方和的平均值达到最小，则表明计算得到的刀具3的所有三维轮廓点与刀具3的理论轮廓图形达到最佳对齐（参阅图4所示）。
步骤S309，误差计算模块13计算对齐后每个轮廓点到理论轮廓图形的最近距离（参阅图5所示），根据所有最近距离中的最小值及最大值计算刀具3的总偏差。刀具3的总偏差=最近距离中的最小值的绝对值+最近距离中的最大值的绝对值。
步骤S311，报告输出模块14将刀具3的总偏差与刀具3的设计公差进行比较，根据比较结果判断刀具3的设计是否合格。例如，若刀具3的总偏差不超过刀具3的设计公差，报告输出模块14判断刀具3的设计合格。若刀具3的总偏差超过刀具3的设计公差，报告输出模块14判断刀具3的设计不合格。报告输出模块14还根据计算得到的刀具3的所有三维轮廓点输出刀具3的实际轮廓图形，根据对齐后每个轮廓点到理论轮廓图形的最近距离输出由刀具3的实际轮廓图形到理论轮廓图形的量测趋势线（即分别连接最近距离对应的实际轮廓图形上的点及理论轮廓图形上的点）。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种刀具检测方法，应用于计算机，该计算机与影像量测机台电连接，其特征在于，该方法包括：
将待测的刀具固定到可旋转的夹持设备上，保持刀具的长轴与影像量测机台的量测平台平行；
启动夹持设备，驱动夹持设备按照一定步长匀速旋转刀具，每次停止旋转时，利用安装于影像量测机台的影像捕获装置捕获刀具刀刃的图片，得到刀具每个刀刃的所有图片；
通过影像量测机台上的X光栅尺、Y光栅尺测量得到每张图片中各像素点的X，Y坐标，通过影像量测机台上的Z光栅尺得到每张图片的Z坐标信息；
计算机接收影像量测机台传送的刀具的所有刀刃的图片信息及每张图片的Z坐标信息；
将每张图片中的像素点的像素值进行二值化处理，根据图片像素值的变化计算每张图片中的轮廓点的二维坐标(X,Y)，根据每张图片的Z坐标信息得到每张图片中的轮廓点的三维坐标(X,Y,Z)，从而得到刀具的所有三维轮廓点；
利用数学方法将计算得到的刀具的所有三维轮廓点与刀具的理论轮廓图形对齐后，计算每个轮廓点到理论轮廓图形的最近距离；及
根据所有最近距离中的最小值及最大值计算刀具的总偏差。
2.如权利要求1所述的刀具检测方法，其特征在于，该方法还包括：将刀具的总偏差与刀具的设计公差进行比较，根据比较结果判断刀具的设计是否合格。
3.如权利要求1所述的刀具检测方法，其特征在于，该方法还包括：根据计算得到的刀具的所有三维轮廓点输出刀具的实际轮廓图形。
4.如权利要求3所述的刀具检测方法，其特征在于，该方法还包括：分别连接最近距离对应的实际轮廓图形上的点及理论轮廓图形上的点，得到由刀具的实际轮廓图形到理论轮廓图形的量测趋势线。
5.一种刀具检测***，应用于计算机，该计算机与影像量测机台电连接，其特征在于，待测的刀具固定在可旋转的夹持设备上，在夹持设备旋转刀具的过程中，影像量测机台利用影像捕获装置捕获刀具每个刀刃的所有图片，通过影像量测机台上的X、Y光栅尺测量得到每张图片中各像素点的X，Y坐标、Z光栅尺得到每张图片的Z轴坐标，并将刀具的所有图片信息及每张图片的Z坐标信息存储至计算机的存储器，该***包括：
图片处理模块，用于将刀具的每张图片中各像素点的像素值进行二值化处理，根据像素值的变化计算每张图片中的轮廓点的二维坐标(X,Y)，根据每张图片的Z轴坐标得到每张图片中的轮廓点的三维坐标(X,Y,Z)，从而得到刀具的所有三维轮廓点；及
误差计算模块，用于利用数学方法将计算得到的刀具的所有三维轮廓点与刀具的理论轮廓图形对齐后，计算每个轮廓点到理论轮廓图形的最近距离，及根据所有最近距离中的最小值及最大值计算刀具的总偏差。
6.如权利要求5所述的刀具检测***，其特征在于，所述***还包括：报告输出模块，用于将刀具的总偏差与刀具的设计公差进行比较，根据比较结果判断刀具的设计是否合格。
7.如权利要求6所述的刀具检测***，其特征在于，所述报告输出模块还用于根据计算得到的刀具的所有三维轮廓点输出刀具的实际轮廓图形。
8.如权利要求7所述的刀具检测***，其特征在于，所述报告输出模块还用于分别连接最近距离对应的实际轮廓图形上的点及理论轮廓图形上的点，得到由刀具的实际轮廓图形到理论轮廓图形的量测趋势线。
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