CN202144032U - 一种刀具磨损状态视觉检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种刀具磨损状态视觉检测装置，包括图像采集平台，图像采集平台上安装有图像采集装置，图像采集装置与计算机相连接。图像采集平台包括底座，底座上安装有第一套筒和第一丝杠，第一丝杠的顶部连接有第一手柄，第一丝杠上安装有第一丝母，第一套筒的外侧套装有横梁，第一丝母和横梁相连接；横梁上固定有第二套筒，第二套筒的内腔安装有第二丝杠，第二丝杠的一端部连接有第二手柄，第二丝杠上安装有第二丝母，第二套筒的外侧套装有支架，第二丝母和支架相连接。本实用新型基于机器视觉来检测刀具磨损状态，无需将刀具卸下即可测量刀具的磨损状态和磨损量，能实现在线检测，自动识别刀具的磨损状态。

Description

一种刀具磨损状态视觉检测装置

技术领域

本实用新型属于自动化检测设备技术领域，具体涉及一种刀具磨损状态视觉检测装置。

背景技术

从上世纪八十年代末开始，就有人研究刀具磨损状态检测，到九十年代末达到了高潮，并取得了许多研究成果，但是由于各种原因，大多数检测法尚不能完全满足工程实际应用的需要。要使其走向实用化、智能化、通用化，还有许多技术问题需要解决。最主要是存在如下迫切需要解决的两个关键问题：

(1)间接监测法难以推广应用：间接监测方法是通过测量反映刀具磨损程度的信号，从中提取反映刀具磨损程度的特征向量，用已知刀具磨损程度的特征向量识别未知磨损程度刀具的特征向量，从而判断出刀具的磨损程度，从原理上讲，这一特征提取和识别过程是完全正确的，但是由于机械加工过程是一个不稳定的非线性过程，刀具的磨损和刀具材料、工件材料、加工条件、润滑的选择等都有很大的关系，通过传感器所测量的反映刀具磨损信号受到各种随机因素的影响，在一种切削条件下所提取的特征向量，很难广泛应用于判断相同加工方法的其他切削条件下刀具磨损状态，不同加工方法之间的判断刀具磨损的特征向量更难以相互推广应用。

(2)传感器安装困难：测量刀具磨损的传感器安装问题一直是个难题，安装在刀具上对测量反映刀具磨损信号比较准确，但影响刀具的刚性；安装到其他位置，信号会衰减。对于刀具破损监测来说，由于刀具由正常切削到破损时，测量信号会有很大的变化，监测比较容易实现，而刀具的磨损是一个渐变的过程，信号衰减后在其他位置更难测量出刀具微小磨损的变化。

因此，迫切需要研究出一种判别准则直观、传感器安装方便、并能适应于多种工况的刀具磨损状态监测方法。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种刀具磨损状态视觉检测装置，其结构简单，安装方便，基于机器视觉来检测刀具磨损状态，无需将刀具卸下即可测量刀具的磨损状态和磨损量，能实现在线检测，自动识别刀具的磨损状态。

本实用新型所采用的技术方案是，一种刀具磨损状态视觉检测装置，包括图像采集平台，图像采集平台上安装有用于获得刀具与工件表面图像的图像采集装置，图像采集装置与计算机相连接；

图像采集平台包括底座，底座上固定安装有第一套筒，在底座上且位于第一套筒的内腔安装有能轴向转动的第一丝杠，第一丝杠和第一套筒均为竖直方向且同轴线，第一丝杠的顶部连接有用于控制该第一丝杠转动的第一手柄，第一丝杠上安装有能在该第一丝杠转动时沿其竖直移动的第一丝母，第一套筒的外侧套装有横梁，第一套筒的侧壁上开有竖直槽，第一丝母和横梁通过第一固定块相连接，第一固定块位于竖直槽内；

横梁上通过横向安装孔固定有第二套筒，第二套筒的内腔安装有能轴向转动的第二丝杠，第二丝杠和第二套筒均为水平方向且同轴线，第二丝杠的一端部连接有用于控制该第二丝杠转动的第二手柄，第二丝杠上安装有能在该第二丝杠转动时沿其水平移动的第二丝母，第二套筒的外侧套装有用于安装图像采集装置的支架，第二套筒的侧壁上开有水平槽，第二丝母和支架通过第二固定块相连接，第二固定块位于水平槽内。

图像采集装置包括显微镜，以及位于显微镜上方相应位置的CCD摄像头。

底座上安装有用于和机床相连接的电磁吸盘。

本实用新型的刀具磨损状态检测装置将摄像头和显微镜等部件安装在图像采集平台上，通过两个手柄分别带动两个丝杠转动，以实现图像采集装置的上下和左右移动，图像采集装置还能转动一定角度，这样，能调节焦距以使采集的图像比较清晰。图像采集装置还可绕着第一丝杠转动及在小范围内的上下摆动，以方便拍摄刀具后刀面的图像。本实用新型装置利用电磁吸盘将底座固定在机床床身上，这样无需从车床上卸下工件和刀具就可以直接拍摄，而且保证了每次拍摄时镜头与加工表面的距离不变，确保实验数据的准确性。

本实用新型基于机器视觉来检测刀具磨损状态，具有仿生学上的特性，能在很大程度上克服间接检测刀具状态检测方法固有的缺点，同时具有直接法检测刀具磨损的优点。适合于自动化加工中刀具磨损自动检测。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本实用新型的使用状态示意图。

其中，1.底座，2.第一丝杠，3.第一套筒，4.竖直槽，5.第一丝母，6.横梁，7.第一手柄，8.支架，9.第二套筒，10.水平槽，11.第二丝杠，12.第二丝母，13.第二手柄，14.计算机，15.图像采集装置，16.机床，17.刀具，18.工件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1、图2和图3所示，本实用新型一种刀具磨损状态视觉检测装置，包括图像采集平台，图像采集平台上安装有图像采集装置15，图像采集装置15用于获得刀具17与工件18的表面图像，图像采集装置15与计算机14相连接。

图像采集平台包括底座1，底座1上固定安装有第一套筒3，在底座1上且位于第一套筒3的内腔安装有能轴向转动的第一丝杠2，第一丝杠2和第一套筒3均为竖直方向且同轴线，第一丝杠2的顶部连接有第一手柄7，第一手柄7用于控制该第一丝杠2的转动，位于第一套筒3的内腔在第一丝杠2上安装有第一丝母5，第一丝母5能在第一丝杠2转动时沿第一丝杠2竖直移动，第一套筒3的外侧套装有横梁6，第一套筒3的侧壁上开有竖直槽4，第一丝母5和横梁6通过第一固定块相连接，第一固定块位于竖直槽4内。

横梁6上开有横向安装孔，并通过其固定有第二套筒9，第二套筒9的内腔安装有第二丝杠11，第二丝杠11能轴向转动，第二丝杠11和第二套筒9均为水平方向且同轴线，第二丝杠11的一端部连接第二手柄13，第二手柄13用于控制该第二丝杠11的转动，位于第二套筒9内在第二丝杠11上安装有第二丝母12，第二丝母12在该第二丝杠11转动时能沿第二丝杠11水平移动，第二套筒9的外侧套装有支架8，支架8用于安装图像采集装置15，第二套筒9的侧壁上开有水平槽10，第二丝母12和支架8通过第二固定块相连接，第二固定块位于水平槽10内。

其中，图像采集装置15包括显微镜，以及位于所述显微镜上方相应位置的CCD摄像头。底座1上安装有电磁吸盘，并通过其能吸附在机床16上。

本实用新型在使用时，将底座1通过电磁吸盘吸附在机床16上，首先通过图像采集装置15实时拍摄工件18的表面图像，通过计算机14进行图像的预处理，并提取反映刀具磨损状态的图像特征，按隐马尔科夫模型识别刀具17的磨损状态，具体步骤如下：

(1)在刀具17对工件18进行加工的过程中，通过图像采集装置15采集工件18的表面图像；

(2)通过计算机14对实验采集到的图像进行预处理，以便更好的进行特征提取；

(3)通过计算机14对预处理后的工件表面图像进行特征提取，获得相应的特征参数；

(4)选取特征值作为观察序列，训练刀具状态识别隐马尔科夫模型；

(5)最后重新采集一组数据，按照相同的方法提取工件表面图像的特征参数，并将特征参数作为观察序列输入给训练好的HMM，识别出刀具17的磨损情况。

当识别出刀具17的磨损接近磨钝时，停止切削加工，检测刀具17后刀面，通过图像采集装置15拍摄刀具17的后刀面磨损区域，从刀具磨损图像中分割出刀具磨损量，判断其是否达到磨损标准，若未达到磨损标准则继续切削加工，否则，刃磨或更换刀具。

Claims (3)

1.一种刀具磨损状态视觉检测装置，其特征在于，包括图像采集平台，所述图像采集平台上安装有用于获得刀具(17)与工件(18)表面图像的图像采集装置(15)，所述图像采集装置(15)与计算机(14)相连接；

所述图像采集平台包括底座(1)，所述底座(1)上固定安装有第一套筒(3)，在底座(1)上且位于所述第一套筒(3)的内腔安装有能轴向转动的第一丝杠(2)，所述第一丝杠(2)和所述第一套筒(3)均为竖直方向且同轴线，所述第一丝杠(2)的顶部连接有用于控制该第一丝杠(2)转动的第一手柄(7)，所述第一丝杠(2)上安装有能在该第一丝杠(2)转动时沿其竖直移动的第一丝母(5)，所述第一套筒(3)的外侧套装有横梁(6)，所述第一套筒(3)的侧壁上开有竖直槽(4)，所述第一丝母(5)和所述横梁(6)通过第一固定块相连接，所述第一固定块位于所述竖直槽(4)内；

所述横梁(6)上通过横向安装孔固定有第二套筒(9)，所述第二套筒(9)的内腔安装有能轴向转动的第二丝杠(11)，所述第二丝杠(11)和第二套筒(9)均为水平方向且同轴线，所述第二丝杠(11)的一端部连接有用于控制该第二丝杠(11)转动的第二手柄(13)，所述第二丝杠(11)上安装有能在该第二丝杠(11)转动时沿其水平移动的第二丝母(12)，所述第二套筒(9)的外侧套装有用于安装图像采集装置(5)的支架(8)，所述第二套筒(9)的侧壁上开有水平槽(10)，所述第二丝母(12)和所述支架(8)通过第二固定块相连接，所述第二固定块位于所述水平槽(10)内。

2.按照权利要求1所述的刀具磨损状态视觉检测装置，其特征在于，所述图像采集装置(15)包括显微镜，以及位于所述显微镜上方相应位置的CCD摄像头。

3.按照权利要求1所述的刀具磨损状态视觉检测装置，其特征在于，所述底座(1)上安装有用于和机床(16)相连接的电磁吸盘。

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