CN108296880A - 基于ccd的刀具磨破损在线检测装置及其检测方法 - Google Patents

基于ccd的刀具磨破损在线检测装置及其检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108296880A
CN108296880A CN201810241064.9A CN201810241064A CN108296880A CN 108296880 A CN108296880 A CN 108296880A CN 201810241064 A CN201810241064 A CN 201810241064A CN 108296880 A CN108296880 A CN 108296880A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sliding block
mobile mechanism
prism
ccd
cutter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810241064.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108296880B (zh
Inventor
孙杰
侯秋林
孙颖
国凯
宋戈
孙超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN201810241064.9A priority Critical patent/CN108296880B/zh
Publication of CN108296880A publication Critical patent/CN108296880A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108296880B publication Critical patent/CN108296880B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0957—Detection of tool breakage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/2452—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces
    • B23Q17/2457—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring features or for detecting a condition of machine parts, tools or workpieces of tools
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

一种基于CCD刀具磨破损在线检测装置及其检测方法，该装置包括采集箱、工控机和显示器，采集箱内设置有工业相机、双远心镜头、环形光源和三棱镜，工业相机、双远心镜头、工控机和显示器依次连接。该装置的检测方法包括以下步骤：(1)使整个装置随机床X轴向和Y轴向运动；(2)使整个装置运行至刀具下方；使刀具下降并穿过采集箱，停置在三棱镜上方；(4)标定完成后，固定住工业相机，使三棱镜与工业相机平齐；(5)一次性采集全部底刃图像；(6)调节三棱镜高度，低速旋转采集侧刃图像；(7)工控机对采集的刃部图像进行数据处理。本发明集成于一个相机，视觉非接触在线检测，避免二次装夹，提高了精度和效率；安装方便、操作简单。

Description

基于CCD的刀具磨破损在线检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种机床在线精确获得刀具磨破损区域的磨损长度、宽度、面积等的检测装置及其检测方法，属于刀具磨破损检测技术领域。
背景技术
刀具作为数控机床用于加工精密零件的专业工具，对其磨损状态的有效监控不仅能发挥刀具寿命潜能，而且是推进智能制造发展的有效途径。目前的刀具磨破损检测方法有一定局限性：
第一.工业生产中磨损检测主要凭工人的经验进行判断，往往刀具磨损量已超过磨钝标准，影响工件的加工质量；或者在固定时间内换刀，而磨损量并未达到磨钝标准而换刀，造成刀具浪费；
第二.工程应用中采用传感器采集力、振动、声发射、电流等信号间接监测刀具磨损状态，但无法对磨损信号精准量化，对是否换刀提供有力支持；
第三.目前采用的检测装置不适用于实际生产工况，需要利用显示镜离线测量刀具磨损量。为保证主轴***能够安全可靠地运转，主轴-刀柄-刀具结合面需要具有高几何精度、高重复装卡精度及高刚度等特性，结合面对高速主轴***动力学特性有着重要的影响；并且考虑到工厂实际生产工况，刀具储存在刀库，主轴-刀具-刀柄结合面已定位，按照现有的测量方案，需要刀具先从刀库卸刀，然后再从刀柄卸下，二次装夹需要重复定位，降低了效率、增大了误差，对刀具磨损量的精度有直接影响。
发明内容
本发明针对现有刀具磨破损检测技术存在的不足，提供一种测量精度高、效率高的基于CCD的刀具磨破损在线检测装置，同时提供该装置的检测方法。
本发明的基于CCD刀具磨破损在线检测装置，采用以下技术方案：
该装置，包括采集箱、工控机和显示器，采集箱内设置有CCD工业相机、双远心镜头、环形光源和三棱镜，CCD工业相机、双远心镜头、工控机和显示器依次连接。
所述采集箱包括底座以及设置在底座上的箱体，箱体包括前后左右四个侧箱门和一个顶箱门，顶箱门上设置有刀具在线检测的入口，入口处装有毛刷(对用气泵初次清理切削液和切屑的刀具进行再次清理)。
所述采集箱的底座上设置有相机横向移动机构和三棱镜Y向移动机构，相机横向移动机构上设置有相机纵向移动机构，所述CCD工业相机安装在相机纵向移动机构上；三棱镜Y向移动机构上设置有三棱镜X向移动机构，三棱镜X向移动机构上设置有三棱镜Z向移动机构，所述三棱镜安装在三棱镜Z向移动机构上。
所述相机横向移动机构，包括横向导轨、横向滑块及横向滑块移动机构，横向滑块和横向滑块移动机构均设置在横向导轨上，横向滑块与横向滑块移动机构连接。横向滑块移动机构采用丝杠螺母副机构，横向导轨上设置有锁定横向滑块位置的横向锁紧螺钉。横向导轨上还设置有用于观察横向滑块位置的横向标尺。
所述相机纵向移动机构，包括纵向导轨、纵向滑块和纵向滑块移动机构，纵向导轨设置在横向滑块上，纵向滑块和纵向滑块移动机构均设置在纵向导轨上，纵向滑块与纵向滑块移动机构连接。纵向滑块移动机构采用丝杠螺母副机构。纵向导轨上设置有锁定纵向滑块位置的纵向锁紧螺钉，纵向导轨上还设置有用于观察纵向滑块位置的纵向标尺。
所述三棱镜X向移动机构，包括X向导轨、X向滑块及X向滑块移动机构，X向滑块和X向滑块移动机构均设置在X向导轨上，X向滑块与X向滑块移动机构连接。X向滑块移动机构采用丝杠螺母副机构。X向导轨上设置有锁定X向滑块位置的X向锁紧螺钉。
所述三棱镜Y向移动机构，包括Y向导轨、Y向滑块及Y向滑块移动机构，Y向滑块和Y向滑块移动机构均设置在Y向导轨上，Y向滑块与Y向滑块移动机构连接。Y向滑块移动机构采用丝杠螺母副机构，Y向导轨上设置有锁定Y向滑块位置的Y向锁紧螺钉。
所述三棱镜Z向移动机构，包括Z向导轨、Z向滑块及Z向滑块移动机构，Z向滑块和Z向滑块移动机构均设置在Z向导轨上，Z向滑块与Z向滑块移动机构连接。Z向滑块移动机构采用丝杠螺母副机构，Z向导轨上设置有锁定Z向滑块位置的Z向锁紧螺钉。
所述环形光源，与双远心镜头相连，利用前光源光照采集刀具表面磨损信息的图像，为后续图像处理做准备。
所述三棱镜，安装在三棱镜Z向移动机构的Z向滑块上，完成刀具底刃磨破损图像的采集，使刀具底刃和侧刃的采集集成在一个相机中，以减小了装置体积。
上述基于CCD的刀具磨破损在线检测装置的检测方法，包括以下步骤：
(1)将整个装置安装在机床工作台上，使整个装置随机床X轴向和Y轴向运动；
(2)接通电源，将CCD工业相机与工控机和显示器连接，打开环形光源；
(3)调节机床，抬起刀具，然后调节机床X轴工作台和机床Y轴溜板，使整个装置运行至刀具下方；调节机床，使刀具下降并穿过采集箱，停置在三棱镜上方，完成粗调；
(4)使CCD工业相机上下运动及前后运动，标定完成后，固定住CCD工业相机不动，微调三棱镜，使CCD工业相机与三棱镜平齐，完成精调；
(5)调节完毕后采集图像，一次性采集全部底刃；调节三棱镜并使刀具下降，采集侧刃磨损图像，转动刀具，每刃连续采集4张不同位置的图像，根据转速和刃数设置旋转角度使各刃依次采集，直至完成所有侧刃图像的采集；
(6)工控机对采集的刃部图像进行数据处理。
所述步骤(6)中工控机对刃部图像进行数据处理的过程是：对刃部图像进行灰度变换和二值化预处理，然后对预处理图像采用自相匹配算法进行图像处理，自相匹配的图像处理算法是以刀具本身信息为参照，以各刃最大磨损量的最大值表征刀具最大磨损值，自相匹配算法包括连通域分割算法、旋转定位算法、局部角度阈值算法和最小二乘法。
①连通域分割算法，即连通域标记，将二值化图像经逐行扫描、逆时针连通检测两步实现连通域标记。连通域标记的算法原理是：记某像素点B(i,j),B(i,j)像素点的连通域标号l(i,j)，采用4邻域连通规则进行标记操作，则B(i-1,j),B(i+1,j),B(i,j-1),B(i,j+1)为其四邻域上下左右像素点；当扫描B(i,j)时，已完成B(i-1,j)、B(i,j-1)的扫描，l(i-1,j)、l(i,j-1)成为已知数。因此在四邻域内，B(i,j)像素点连通域标号l(i,j)只和像素点B(i-1,j)、B(i,j-1)及其像素点连通域标号l(i-1,j)、l(i,j-1)有关。
式中：i为像素行；j为像素列；B(i,j)为当前像素。
②旋转定位算法，为使分割出的各刃部呈规律性分布，更精确计算各刃磨损量，采用基于主成份分析(principal component analysis,PCA)旋转算法。基于PCA的旋转法通过找出各刃部后刀面所在区域的主方向，根据主方向的倾斜角度进行校正旋转。算法原理如下：设后刀面所在区域像素点个数为m，则区域的协方差矩阵A如式(2)所示。
式中：Xi为任意一点的向量，为平均向量。
设变换后的矩阵为B，矩阵A的特征分解向量Q、D，则变换矩阵P可从式(3)-式(8)得出。
B＝PA, (3)
BBT＝(PA)(PA)T＝PAATPT, (5)
AAT＝QDQT, (6)
(m-1)s(B)＝PAATPT＝PQDQTPT＝(PQ)D(PQ)T, (7)
P＝QT, (8)
变换矩阵P的方向角即为主方向的倾斜角。
③局部角度阈值算法，是通过计算每个像素点与刀尖的斜率，依据局部角度阈值实现切削刃的提取。记刀尖坐标O(x0,y0)，后刀面边界任一点p(xp,yp)，切削刃上任一点t(xt,yt)，满足式(9)-式(11)的所有点即为该刃的切削刃。
式中：θp为p点与刀尖O间的夹角，°；为所有边界点与刀尖O间夹角的平均值，°；θt为t点与刀尖O间的夹角，°；θt-1为(t-1)点与刀尖O间的夹角，°。
④最小二乘法，对已磨损的切削刃进行拟合重建，为使各刃最大磨损量更加精确。设未磨损切削刃上任一点(x,y)均在式y＝αx+β上，记已磨损切削刃上任一点k(xk,yk)(k＝1,2,3……N)。由式(12)-式(14)即可得出拟合后的切削刃。
式中：为已磨损切削刃各点横坐标均值，mm；为已磨损切削刃各点纵坐标均值，mm。
本发明基于视觉非接触在线检测刀具磨破损状态，并计算刀具磨损带的长度、宽度、面积等，避免二次装夹，提高了精度和效率；刀具底、侧刃检测集成于一个相机，减小了装置体积，安装方便、操作简单，节省人力物力，更适用于智能制造加工。
附图说明
图1是本发明的基于CCD刀具磨破损在线检测装置的内部结构示意图。
图2是本发明的基于CCD刀具磨破损在线检测装置安装在机床上的示意图。
图中：1.纵向丝杠调节旋钮，2.纵向导轨，3.纵向滑块，4.纵向锁紧螺钉，5.纵向标尺，6.横向滑块，7.横向标尺，8.横向导轨，9.横向丝杠调节旋钮，10.横向锁紧螺钉，11.底座，12.Y向丝杠调节旋钮，13.Y向导轨，14.Y向滑块，15.X向锁紧螺钉，16.X向导轨，17.X向丝杠调节旋钮，18.X向滑块，19.Z向锁紧螺钉，20.Z向滑块，21.Z向丝杠调节旋钮，22.三棱镜，23.环形光源，24.双远心镜头，25.CCD工业相机，26.毛刷口，27.采集箱，28.机床Y轴溜板，29.机床X轴工作台，30.刀具。
具体实施方式
如图1所示，本发明的基于CCD刀具磨破损在线检测装置，包括采集箱27、工控机(图中未显示)和显示器(图中未显示)。采集箱27内主要设置有CCD工业相机25、双远心镜头24、环形光源23、三棱镜22，CCD工业相机25、双远心镜头24、工控机和显示器依次连接。
采集箱27是在底座11上设置箱体而成，箱体包括前后左右四个侧箱门和一个顶箱门，各门均可打开，顶箱门上设置刀具在线检测时用于再次清理的毛刷口26。采集箱27的底座11上设置有相机横向移动机构和三棱镜Y向移动机构，相机横向移动机构上设置有相机纵向移动机构，CCD工业相机25安装在相机纵向移动机构的纵向滑块3上。三棱镜Y向移动机构上设置有三棱镜X向移动机构，三棱镜X向移动机构上设置有三棱镜Z向移动机构，三棱镜22安装在三棱镜Z向移动机构的Z向滑块20上。
相机横向移动机构包括横向导轨8、横向滑块6及横向滑块移动机构，横向滑块6和横向滑块移动机构均设置在横向导轨8上，横向滑块6与横向滑块移动机构采用丝杠螺母副连接，丝杠一端设置有横向丝杠调节旋钮9。横向导轨8上设置有锁定横向滑块6位置的横向锁紧螺钉10。横向导轨8上还设置有用于观察横向滑块6位置的横向标尺7，以便为下次调节作参考。
相机纵向移动机构包括纵向导轨2、纵向滑块3和纵向滑块移动机构，纵向导轨2设置在横向滑块6上，纵向滑块3和纵向滑块移动机构均设置在纵向导轨2上，纵向滑块3与纵向滑块移动机构也采用丝杠螺母副连接，丝杠上端设置有纵向丝杠调节旋钮1。纵向导轨2上设置有锁定纵向滑块3位置的纵向锁紧螺钉4，纵向导轨2上还设置有用于观察纵向滑块3位置的纵向标尺5，以便为下次调节作参考。
三棱镜X向移动机构包括X向导轨16、X向滑块18及X向滑块移动机构，X向滑块18和X向滑块移动机构均设置在X向导轨16上，X向滑块18与X向滑块移动机构采用丝杠螺母副连接，丝杠一端设置有X向丝杠调节旋钮17。X向导轨16上设置有锁定X向滑块18位置的X向锁紧螺钉15。
三棱镜Y向移动机构包括Y向导轨13、Y向滑块14及Y向滑块移动机构，Y向滑块14和Y向滑块移动机构均设置在Y向导轨13上，Y向滑块14与Y向滑块移动机构采用丝杠螺母副连接。Y向导轨13上设置有锁定Y向滑块14位置的Y向锁紧螺钉。
三棱镜Z向移动机构包括Z向导轨、Z向滑块20及Z向滑块移动机构，Z向滑块20和Z向滑块移动机构均设置在Z向导轨上，Z向滑块20与Z向滑块移动机构采用丝杠螺母副连接，丝杠一端设置有Z向丝杠调节旋钮21。Z向导轨上设置有锁定Z向滑块20位置的Z向锁紧螺钉19。
如图2所示，将采集箱27安装在机床上，考虑到机床主轴的可移动性，选择采集箱27可随机床X轴向和Y轴向运动，机床主轴由机床自身程序控制保持Z轴上下运动和转动。刀具磨破损在线检测的具体过程如下所述：
1.接通电源，将CCD工业相机25与工控机和显示器连接，打开环形光源开关并调节光照强度；
2.调节数控机床手轮，抬起刀具30，然后调节机床X轴工作台29和机床Y轴溜板28，使采集箱27运行至刀具30下方合适位置；调节数控机床手轮，使刀具30下降并穿过上箱门的毛刷口26，停置在三棱镜22上方10mm处，完成粗调；
3.转动纵向丝杠调节旋钮1使CCD工业相机25上下运动，旋紧纵向锁紧螺钉4锁定纵向导轨2位置；转动横向丝杠调节旋钮9使CCD工业相机25前后运动，旋紧横向锁紧螺钉10固定横向导轨8；标定完成后，CCD工业相机25固定不动，微调三棱镜22三向移动机构使CCD工业相机25与三棱镜22平齐，完成精调；
4.调节完毕后采集图像，一次性采集全部底刃；调节三棱镜Y向移动机构和Z向移动机构，并使刀具30下降30mm，采集侧刃磨损图像，刀具30低速旋转，每刃连续采集4张不同位置的图像，根据转速和刃数设置旋转角度使各刃依次采集，直至完成所有侧刃图像的采集。
5.对采集的刀具磨破损图像进行数据处理：
对灰度变换、二值化等预处理后的图像采用自相匹配算法进行图像处理。自相匹配的图像处理算法是以刀具本身信息为参照，以各刃最大磨损量的最大值表征刀具最大磨损值。自相匹配算法主要包括连通域分割算法、旋转定位算法、局部角度阈值算法和最小二乘法。
①连通域分割算法，即连通域标记，将二值化图像经逐行扫描、逆时针连通检测两步实现连通域标记。连通域标记的算法原理是：记某像素点B(i,j),B(i,j)像素点的连通域标号l(i,j)，采用4邻域连通规则进行标记操作，则B(i-1,j),B(i+1,j),B(i,j-1),B(i,j+1)为其四邻域上下左右像素点；当扫描B(i,j)时，已完成B(i-1,j)、B(i,j-1)的扫描，l(i-1,j)、l(i,j-1)成为已知数。因此在四邻域内，B(i,j)像素点连通域标号l(i,j)只和像素点B(i-1,j)、B(i,j-1)及其像素点连通域标号l(i-1,j)、l(i,j-1)有关。
式中：i为像素行；j为像素列；B(i,j)为当前像素。
②旋转定位算法，为使分割出的各刃部呈规律性分布，更精确计算各刃磨损量，采用基于主成份分析(principal component analysis,PCA)旋转算法；基于主成份分析的旋转法通过找出各刃部后刀面所在区域的主方向，根据主方向的倾斜角度进行校正旋转。算法原理如下：设后刀面所在区域像素点个数为m，则区域的协方差矩阵A如式(2)所示。
式中：Xi为任意一点的向量，为平均向量。
设变换后的矩阵为B，矩阵A的特征分解向量Q、D，则变换矩阵P可从式(3)-式(8)得出。
B＝PA, (3)
BBT＝(PA)(PA)T＝PAATPT, (5)
AAT＝QDQT, (6)
(m-1)s(B)＝PAATPT＝PQDQTPT＝(PQ)D(PQ)T, (7)
P＝QT, (8)
变换矩阵P的方向角即为主方向的倾斜角。
③局部角度阈值算法，是通过计算每个像素点与刀尖的斜率，依据局部角度阈值实现切削刃的提取。记刀尖坐标O(x0,y0)，后刀面边界任一点p(xp,yp)，切削刃上任一点t(xt,yt)，满足式(9)-式(11)的所有点即为该刃的切削刃。
式中：θp为p点与刀尖O间的夹角(°)；为所有边界点与刀尖O间夹角的平均值(°)；θt为t点与刀尖O间的夹角(°)；θt-1为(t-1)点与刀尖O间的夹角(°)。
④最小二乘法，对已磨损的切削刃进行拟合重建，为使各刃最大磨损量更加精确。设未磨损切削刃上任一点(x,y)均在式(12)上，记已磨损切削刃上任一点k(xk,yk)(k＝1,2,3……N)。由式(13)-式(15)即可得出拟合后的切削刃。
y＝αx+β, (12)
式中：为已磨损切削刃各点横坐标均值，mm；为已磨损切削刃各点纵坐标均值，mm。
将算法得到的刀具磨破损参数值与手持显微镜测量的磨损参数值进行对比计算误差，则可验证该算法的可靠性与精确度。
本发明采用基于视觉非接触在线检测刀具磨破损的方式，精度高、响应速度快。通过由CCD工业相机、双远心镜头、环形光源、三棱镜等组成的光学***，将底、侧刃磨损检测集成于同一相机，既减小了装置的体积又节省了工作台的空间，将所拍摄的图像实时传送到工控机，再利用图像处理技术，从而得到刀具底、侧刃磨损带的磨损长度、宽度、面积等参数，实现智能检测，节省人力物力，提高了加工效率。整个检测过程按照检测程序自动完成，无须人工干预，结构简单，易操作、易掌握。

Claims (10)

1.一种基于CCD刀具磨破损在线检测装置，其特征是：包括采集箱、工控机和显示器，采集箱内设置有CCD工业相机、双远心镜头、环形光源和三棱镜，CCD工业相机、双远心镜头、工控机和显示器依次连接。
2.根据权利要求1所述的基于CCD刀具磨破损在线检测装置，其特征是：所述采集箱包括底座以及设置在底座上的箱体，箱体包括前后左右四个侧箱门和一个顶箱门，顶箱门上设置有刀具在线检测的入口，入口处装有毛刷。
3.根据权利要求2所述的基于CCD刀具磨破损在线检测装置，其特征是：所述采集箱的底座上设置有相机横向移动机构和三棱镜Y向移动机构，相机横向移动机构上设置有相机纵向移动机构，所述CCD工业相机安装在相机纵向移动机构上；三棱镜Y向移动机构上设置有三棱镜X向移动机构，三棱镜X向移动机构上设置有三棱镜Z向移动机构，所述三棱镜安装在三棱镜Z向移动机构上。
4.根据权利要求3所述的基于CCD刀具磨破损在线检测装置，其特征是：所述相机横向移动机构，包括横向导轨、横向滑块及横向滑块移动机构，横向滑块和横向滑块移动机构均设置在横向导轨上，横向滑块与横向滑块移动机构连接。
5.根据权利要求3所述的基于CCD刀具磨破损在线检测装置，其特征是：所述相机纵向移动机构，包括纵向导轨、纵向滑块和纵向滑块移动机构，纵向导轨设置在横向滑块上，纵向滑块和纵向滑块移动机构均设置在纵向导轨上，纵向滑块与纵向滑块移动机构连接。
6.根据权利要求3所述的基于CCD刀具磨破损在线检测装置，其特征是：所述三棱镜X向移动机构，包括X向导轨、X向滑块及X向滑块移动机构，X向滑块和X向滑块移动机构均设置在X向导轨上，X向滑块与X向滑块移动机构连接。
7.根据权利要求3所述的基于CCD刀具磨破损在线检测装置，其特征是：所述三棱镜Y向移动机构，包括Y向导轨、Y向滑块及Y向滑块移动机构，Y向滑块和Y向滑块移动机构均设置在Y向导轨上，Y向滑块与Y向滑块移动机构连接。
8.根据权利要求3所述的基于CCD刀具磨破损在线检测装置，其特征是：所述三棱镜Z向移动机构，包括Z向导轨、Z向滑块及Z向滑块移动机构，Z向滑块和Z向滑块移动机构均设置在Z向导轨上，Z向滑块与Z向滑块移动机构连接。
9.一种权利要求1所述基于CCD的刀具磨破损在线检测装置的检测方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)将整个装置安装在机床工作台上，使整个装置随机床X轴向和Y轴向运动；
(2)接通电源，将CCD工业相机与工控机和显示器连接，打开环形光源；
(3)调节机床抬起刀具，然后调节机床X轴工作台和机床Y轴溜板，使整个装置运行至刀具下方；调节机床，使刀具下降并穿过采集箱，停置在三棱镜上方，完成粗调；
(4)使CCD工业相机上下前后运动，标定完成后，固定住CCD工业相机，微调三棱镜，使CCD工业相机与三棱镜平齐，完成精调；
(5)调节完毕后采集图像，一次性采集全部底刃；调节三棱镜并使刀具下降，采集侧刃磨损图像，转动刀具，每刃连续采集4张不同位置的图像，根据转速和刃数设置旋转角度使各刃依次采集，直至完成所有侧刃图像的采集；
(6)工控机对采集的刃部图像进行数据处理。
10.根据权利要求9所述的基于CCD的刀具磨破损在线检测装置的检测方法，其特征是：所述步骤(6)中工控机对刃部图像进行数据处理的过程是：对刃部图像进行灰度变换和二值化预处理，然后对预处理图像采用自相匹配算法进行图像处理，自相匹配的图像处理算法是以刀具本身信息为参照，以各刃最大磨损量的最大值表征刀具最大磨损值。
CN201810241064.9A 2018-03-22 2018-03-22 基于ccd的刀具磨破损在线检测装置及其检测方法 Active CN108296880B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810241064.9A CN108296880B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 基于ccd的刀具磨破损在线检测装置及其检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810241064.9A CN108296880B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 基于ccd的刀具磨破损在线检测装置及其检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108296880A true CN108296880A (zh) 2018-07-20
CN108296880B CN108296880B (zh) 2023-07-21

Family

ID=62850393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810241064.9A Active CN108296880B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 基于ccd的刀具磨破损在线检测装置及其检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108296880B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109093866A (zh) * 2018-09-19 2018-12-28 山东新升光电科技有限责任公司 掏棒刀使用方法
CN109719571A (zh) * 2019-03-07 2019-05-07 广东工业大学 一种辊筒模具微结构在位检测设备
CN109986466A (zh) * 2019-04-19 2019-07-09 基准精密工业（惠州）有限公司 检测装置及具有该检测装置的磨床
CN111069976A (zh) * 2020-01-19 2020-04-28 南京理工大学 一种车间或产线用刀具损伤智能化移动监测***及方法
CN112247674A (zh) * 2020-10-10 2021-01-22 北京理工大学 一种刀具磨损预测方法
CN113714147A (zh) * 2021-09-23 2021-11-30 青岛中导辰远智能科技有限公司 一种轮胎外观的视觉检测***
CN113843659A (zh) * 2021-09-22 2021-12-28 南京理工大学 一种基于机器视觉的主轴集成式刀具损伤变频在机检测***及方法
CN114623780A (zh) * 2022-01-26 2022-06-14 深圳职业技术学院 刀尖三维重建的检测装置及在线检测方法
CN114670061A (zh) * 2022-04-01 2022-06-28 西南交通大学 一种基于机器视觉的复材刀具服役寿命监测***及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203149187U (zh) * 2013-01-22 2013-08-21 青岛智目科技有限公司 机器视觉图像采集反射装置及图像采集***
CN103586740A (zh) * 2013-10-31 2014-02-19 东华大学 一种微细精密加工刀具工作形貌在位检测装置及方法
CN203679937U (zh) * 2014-01-09 2014-07-02 贝原合金（苏州）有限公司 一种斜板支撑台的加工治具
CN105345599A (zh) * 2015-12-17 2016-02-24 华中科技大学 一种车削刀具后刀面磨损的在位检测设备
CN105666246A (zh) * 2016-04-12 2016-06-15 山东大学 基于ccd的刀具参数测量装置及其测量方法
CN106903553A (zh) * 2017-01-06 2017-06-30 长春理工大学 微径铣刀磨损检测***及方法
CN207982931U (zh) * 2018-03-22 2018-10-19 山东大学 基于ccd的刀具磨破损在线检测装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203149187U (zh) * 2013-01-22 2013-08-21 青岛智目科技有限公司 机器视觉图像采集反射装置及图像采集***
CN103586740A (zh) * 2013-10-31 2014-02-19 东华大学 一种微细精密加工刀具工作形貌在位检测装置及方法
CN203679937U (zh) * 2014-01-09 2014-07-02 贝原合金（苏州）有限公司 一种斜板支撑台的加工治具
CN105345599A (zh) * 2015-12-17 2016-02-24 华中科技大学 一种车削刀具后刀面磨损的在位检测设备
CN105666246A (zh) * 2016-04-12 2016-06-15 山东大学 基于ccd的刀具参数测量装置及其测量方法
CN106903553A (zh) * 2017-01-06 2017-06-30 长春理工大学 微径铣刀磨损检测***及方法
CN207982931U (zh) * 2018-03-22 2018-10-19 山东大学 基于ccd的刀具磨破损在线检测装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109093866A (zh) * 2018-09-19 2018-12-28 山东新升光电科技有限责任公司 掏棒刀使用方法
CN109093866B (zh) * 2018-09-19 2021-03-23 山东新升光电科技有限责任公司 掏棒刀使用方法
CN109719571A (zh) * 2019-03-07 2019-05-07 广东工业大学 一种辊筒模具微结构在位检测设备
CN109986466A (zh) * 2019-04-19 2019-07-09 基准精密工业（惠州）有限公司 检测装置及具有该检测装置的磨床
CN111069976A (zh) * 2020-01-19 2020-04-28 南京理工大学 一种车间或产线用刀具损伤智能化移动监测***及方法
CN112247674A (zh) * 2020-10-10 2021-01-22 北京理工大学 一种刀具磨损预测方法
CN113843659A (zh) * 2021-09-22 2021-12-28 南京理工大学 一种基于机器视觉的主轴集成式刀具损伤变频在机检测***及方法
CN113714147A (zh) * 2021-09-23 2021-11-30 青岛中导辰远智能科技有限公司 一种轮胎外观的视觉检测***
CN114623780A (zh) * 2022-01-26 2022-06-14 深圳职业技术学院 刀尖三维重建的检测装置及在线检测方法
CN114670061A (zh) * 2022-04-01 2022-06-28 西南交通大学 一种基于机器视觉的复材刀具服役寿命监测***及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108296880B (zh) 2023-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108296880A (zh) 基于ccd的刀具磨破损在线检测装置及其检测方法
CN207982931U (zh) 基于ccd的刀具磨破损在线检测装置
CN111230593B (zh) 一种基于动态图像序列的铣刀磨损量视觉测量方法
CN107717631B (zh) 一种高速铣削刀具磨损自动监测方法
CN105666246B (zh) 基于ccd的刀具参数测量装置及其测量方法
CN110987971B (zh) 一种基于机器视觉的晶体气泡检测装置和方法
CN108413892B (zh) 一种金刚石线锯整周三维表面形貌检测方法及其检测装置
CN104669065B (zh) 金刚石刀具在位检测与定位方法
CN113941919A (zh) 用于钢管焊缝自动打磨***的数据处理及控制方法
CN208992319U (zh) 一种可在机测量立铣刀底刃和侧刃磨损值的辅助装置
CN105922080B (zh) 电子摄像式刀具预调设备及测量方法
CN103522348B (zh) 对刀方法及其真圆加工方法与菲涅尔透镜加工方法
TWI593503B (zh) Tool image measurement methods
CN112558546A (zh) 一种基于计算机视觉的在线刀具参数检测方法
WO2011044565A1 (en) Surface measurement, selection and machining
Xu et al. Methodology for the immediate detection and treatment of wheel wear in contour grinding
US20220152772A1 (en) Automated diamond polishing methods and systems
CN116551472A (zh) 一种船舶零部件自动打磨方法及***
Genyu et al. Fiber laser CNC tangential turing V-shaped concave diamond grinding wheel system based on machine vision technology
CN113634915A (zh) 基于视觉的切割装置及其切割方法
CA2777207A1 (en) Surface measurement, selection, and machining
CN117408970A (zh) 一种基于语义分割的机器人打磨中厚板表面缺陷的方法
JP2003211350A (ja) ダイシング装置及びカッターセット方法
JP2011206899A (ja) 加工装置、及び当該装置の駆動方法
JP2003124152A (ja) 移動型ブレード検出器を備えたダイシング装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant