刀尖三维重建的检测装置及在线检测方法

1.本发明涉及刀具检测技术领域，尤其涉及的是一种刀尖三维重建的检测装置及在线检测方法。


背景技术：

2.随着制造业的高速发展，对机床的依赖性越来越强，机床所能达到的精度越来越高，同时对加工所需刀具的要求也越来越高。机床加工时常常出现铣削刀具崩刃导致产品表面质量与精度不达标，需要二次返工甚至直接废弃，带来不必要的损耗和开支。
3.刀尖是铣刀在加工过程中主要的磨破损部位，对刀尖三维重建进行磨破损检测是检测刀具寿命最直接有效的方法。由于对刀尖三维重建时需要获取与刀轴成一斜角拍摄的刀尖序列图像，然而机床上的刀具并不能倾斜，现有的图像拍摄装置不能直接拍摄，需要将刀具取下，安装在拍摄装置上进行拍摄。所以不能在线拍摄刀尖图像，不能实现在线快速检测，影响加工效率。
4.因此，现有技术还有待改进和发展。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种刀尖三维重建的检测装置及在线检测方法，旨在解决现有技术中不能在线拍摄刀尖序列图像，不能在线实现刀尖三维重建的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种刀尖三维重建的检测装置，其中，上述检测装置包括：
7.夹持件和用于支撑所述夹持件的支架；
8.所述夹持件上设有用于固定拍摄装置的夹持部；
9.所述夹持件上设有转动支点，所述夹持件可绕所述转动支点转动以调整所述夹持件的倾斜角度；
10.所述夹持件上还设有直线运动机构，所述直线运动机构控制所述夹持部沿固定在所述夹持部上的拍摄装置的轴线作直线移动；
11.所述夹持件上还设有用于驱动所述直线运动机构的驱动装置。
12.可选的，所述夹持件上还设有用于将辅助光源固定在所述拍摄装置前方的固定座。
13.可选的，所述固定座包括底座和用于固定辅助光源的顶座，所述顶座与所述底座相连接，所述顶座设置于所述底座的前方，所述底座与所述夹持部相连接。
14.可选的，所述顶座与所述底座之间设有手动螺杆和第一旋钮，所述顶座安装在所述手动螺杆上，所述第一旋钮控制所述手动螺杆转动以使得所述顶座直线移动。
15.可选的，所述顶座上设有相耦合的齿轮和直线齿条，还设有控制所述齿轮的第二旋钮，所述第二旋钮控制所述齿轮与所述直线齿条转动啮合以使得所述顶座直线移动。
16.可选的，所述支架上设有相对置的两个凸缘，所述凸缘之间设有转动轴，所述夹持
件固定在所述转动轴上，所述夹持件与所述转动轴的连接点形成所述转动支点，还设有用于控制所述转动轴转动的转动旋钮。
17.可选的，所述直线运动机构为滚珠丝杠，所述夹持部连接在所述滚珠丝杠的螺帽上，还设有与所述滚珠丝杠连接的步进电机，所述步进电机为所述驱动装置。
18.可选的，所述支架上设有竖杆和横杆，所述夹持件与所述横杆相连接，所述横杆可在所述竖杆上垂直移动，所述横杆上还设有可防止所述横杆垂直移动的锁紧螺栓。
19.可选的，所述夹持件上设有控制部，所述控制部上设有所述直线运动机构和所述转动支点，所述夹持部与所述控制部之间设有连接杆。
20.由上可见，本发明方案的刀尖三维重建的检测装置包括夹持件和用于支撑所述夹持件的支架；所述夹持件上设有用于固定拍摄装置的夹持部；所述夹持件上设有转动支点，所述夹持件可绕所述转动支点转动以调整所述夹持件的倾斜角度；所述夹持件上还设有直线运动机构，所述直线运动机构控制所述夹持部沿固定在所述夹持部上的拍摄装置的轴线作直线移动；还设有用于驱动所述直线运动机构的驱动装置。与现有技术相比，本发明方案通过设置转动支点来调节夹持件的倾斜角度，并通过设置直线运动机构和驱动装置，使得拍摄装置可以沿倾斜角度直线移动来拍摄刀尖的序列图像，从而实现在线拍摄刀尖的序列图像、在线实现刀尖的三维重建。
21.为了实现上述目的，本发明第二方面还提供了一种刀尖三维重建的在线检测方法，上述在线检测方法包括：
22.基于机床坐标系，根据刀具尺寸数据获得刀尖的坐标数据；
23.基于所述刀尖的坐标数据，获得拍摄装置的坐标数据和倾斜角度；
24.基于所述拍摄装置的坐标数据和所述刀尖坐标数据，根据拍摄装置的精度获得拍摄装置的移动步长；
25.基于所述移动步长，控制所述拍摄装置沿所述倾斜角度移动，获得刀尖序列图像；
26.基于所述刀尖序列图像，根据聚焦法获得刀尖的三维重建结果。
27.由上可见，本发明方案的刀尖三维重建的在线检测方法，通过确定拍摄装置的坐标、倾斜角度和移动步长，控制拍摄装置沿倾斜角度移动拍摄，从而实现在线拍摄刀尖的序列图像、在线实现刀尖的三维重建。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
29.图1是本发明实施例提供的刀尖三维重建的检测装置第一示意图；
30.图2是本发明实施例提供的刀尖三维重建的检测装置第二示意图；
31.图3是本发明实施例提供的刀尖三维重建的在线检测方法的流程示意图；
32.图4是本发明实施例提供的智能终端的内部结构原理框图。
33.附图标号说明：
34.10、支架，11、凸缘，13、转动旋钮，15、横杆，16、竖杆，17、锁紧螺栓，18、底板，20、夹
持件，21、夹持部，23、直线运动机构，24、步进电机，25、滚珠丝杠，26、控制部，27、连接杆，28、凸缘，30、辅助光源，31、顶座，32、底座，33、手动螺杆，34、粗调旋钮，35、直线齿条，36、细调旋钮，40、显微镜，50、机床导轨。
具体实施方式
35.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
36.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
37.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
38.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
39.如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当
…
时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似的，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述的条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0040]
下面结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0042]
随着制造业的高速发展，对机床的依赖性越来越强，机床所能达到的精度越来越高，同时对加工所需刀具的要求也越来越高。机床加工时常常出现铣削刀具崩刃导致产品表面质量与精度不达标，需要二次返工甚至直接废弃，带来不必要的损耗和开支。
[0043]
刀尖是铣刀在加工过程中主要的磨破损部位，对刀尖三维重建进行磨破损检测是检测刀具寿命最直接有效的方法。由于对刀尖三维重建时需要获取与刀轴成一斜角拍摄的刀尖序列图像，然而机床上的刀具并不能倾斜，现有的图像拍摄装置不能直接拍摄，需要将刀具取下，安装在拍摄装置上进行拍摄。所以不能在线拍摄刀尖图像，不能实现在线快速检测，影响加工效率。
[0044]
本发明方案通过设置转动支点来调节夹持件的倾斜角度，并通过设置直线运动机构和驱动装置，使得拍摄装置可以沿倾斜角度直线移动来拍摄刀尖的序列图像，从而实现在线拍摄刀尖的序列图像、在线实现刀尖的三维重建。
[0045]
示例性设备
[0046]
如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种刀尖三维重建的检测装置，上述检测装置主要包括两个部分：夹持件20和支撑所述夹持件20的支架10。
[0047]
其中，支架10可以固定在机床导轨50上，可以在机床导轨50上将支架10移动至待检测刀具的斜下方。需要说明的是，支架10的具体形状不做限定，支架10也可以固定在机床旁边的外设工作台上，通过外设工作台的移动带动支架10移动至待检测刀具的斜下方。
[0048]
具体地，本实施例中的支架10通过底板18固定在机床导轨50上，支架10上设有一根竖杆16和一根横杆15，竖杆16固定在底板18上，横杆15的一端设有一个通孔，通过该通孔将横杆15套在竖杆16上并可沿竖杆16上下移动以改变横杆15的高度。随着横杆15高度的改变，改变固定在横杆15上的夹持件20的高度。横杆15上还设置了一个锁紧螺栓17，当横杆15的高度调整到位后，将该锁紧螺栓17顶紧在竖杆16上，从而锁定横杆15的位置，防止横杆15上下滑动。
[0049]
其中，夹持件20上设置了用于固定拍摄装置的夹持部21。在刀尖三维重建中，上述拍摄装置一般为显微镜40，因此夹持部21较佳地为圆箍状，将夹持部21卡紧在显微镜40的外周从而将显微镜40固定在夹持部21上。当然，夹持部21也可以为其他的外形，如矩形等，在其中心设置用于显微镜穿过的通孔，从而箍紧显微镜40。
[0050]
在刀尖三维重建时，由于需要斜向拍摄刀尖的图像，因此，拍摄装置需要设置一定的倾斜角度。倾斜角度的具体数值依据刀具的类型和刀具的尺寸数据而不同。为了使得拍摄装置倾斜，本发明在夹持件20上设置了转动支点，转动支点连接在支架10上，从而夹持件20可以绕转动支点转动来调整夹持件20的倾斜角度，夹持件20转动时固定在夹持部21上的拍摄装置也就会随着调整倾斜角度。
[0051]
具体地，本实施例中，夹持件20连接在支架10的横杆15上。在支架10的横杆15的端部设有相对置的两个凸缘11，凸缘11的中心开有通孔，在两个通孔之间安装了可以转动的转动轴，转动轴的一端固定连接有转动旋钮13，该转动旋钮13可以控制转动轴转动。夹持件20上相应的也设置了一个凸缘28，该凸缘28固定在转动轴上，当转动轴转动时，就会带动夹持件20以固定在转动轴上的固定点为转动支点转动，从而调整夹持件20的倾斜角度。
[0052]
为了拍摄刀尖的序列图像来对刀尖进行三维重建，本发明还在夹持件20上设置了直线运动机构23，通过直线运动机构23来控制夹持部21作直线移动，具体地说，由于拍摄装置的轴线是呈一定的倾斜角度的，拍摄装置固定在夹持部21上，夹持部21是沿着拍摄装置的轴线作直线移动。为了驱动直线运动机构23按照一定的移动步长自动移动，因此还设有与直线运动机构23连接的驱动装置。常见的直线运动机构有：曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮齿条机构和滚珠丝杠机构等。
[0053]
具体地，本实施例采用了滚珠丝杠25作为直线运动机构23，夹持部21固定连接在滚珠丝杠25的螺帽上，滚珠丝杠25连接有步进电机24，通过步进电机24驱动滚珠丝杠25，从而带动夹持部21直线移动。本实施例中的夹持件21上设有控制部26，直线运动机构23和调整倾斜角度的机构均设置在控制部26上。夹持部21与所述控制部26之间设置了连接杆27。
[0054]
进一步地，为了获得更好的拍摄效果，本发明在夹持件20上设置了用于安装辅助光源30的固定座，通过固定座将辅助光源30固定在拍摄装置的前方，较佳地，辅助光源30的轴线与拍摄装置的轴线重合，检测装置看起来更美观。
[0055]
具体地，本实施例中的固定座包括底座32和用于固定辅助光源的顶座31，顶座31位于底座32的前方，与底座32相连接，底座32与夹持部21连接在一起。通过前方的辅助光源30，对刀尖区域进行补光，使得拍摄的图像更加清晰。
[0056]
进一步地，本实施例为了调节射向刀尖区域的光照强度，还在顶座31与底座32之间设置了手动螺杆33和粗调旋钮34，顶座31安装在手动螺杆33上，手动螺杆33转动时，顶座31会作往复直线移动。粗调旋钮34连接在手动螺杆33上，旋转粗调旋钮34时使得手动螺杆33转动，带动顶座31直线移动。
[0057]
在上述对辅助光源30移动的粗调基础上，本实施例还设置了辅助光源30移动的细调功能。具体地，在顶座31上设有相耦合的齿轮和直线齿条35，还设有细调旋钮36用来控制齿轮的转动，通过齿轮与直线齿条35转动啮合使得顶座31直线移动。
[0058]
综上所述，本实施例的刀尖三维重建的检测装置包括夹持件和用于支撑夹持件的支架；夹持件上设有用于固定拍摄装置的夹持部；夹持件上设有转动支点，夹持件可绕所述转动支点转动以调整夹持件的倾斜角度；夹持件上还设有直线运动机构，直线运动机构控制夹持部沿固定在夹持部上的拍摄装置的轴线作直线移动；还设有用于驱动所述直线运动机构的驱动装置。通过该装置在机床中对刀具的刀尖拍摄序列图像，然后使用聚焦法对刀尖磨损区域进行相应的三维重构，最终能得到刀具磨损区域的三维形貌图，其不仅能使得刀具的磨损区域得到重现，而且能对磨损的体积进行较为精确的测量。实现在线拍摄刀尖的序列图像、在线实现刀尖的三维重建和检测磨破损程度。
[0059]
示例性方法
[0060]
刀尖磨损为刀尖圆弧的后刀面及邻近的副后刀面上的磨损，它是刀具上后刀面的磨损的延续。由于此处的散热条件差，应力集中，故磨损速度要比后刀面快，有时在副后刀面上还会形成一系列间距等于进给量的小沟，称为沟纹磨损。它们主要由于已加工表面的硬化层及切削纹路造成的。在切削加工硬化倾向大的难切削材料时，最易引起沟纹磨损。刀尖磨损对工件表面粗糙度及加工精度影响最大。
[0061]
如图3所示，对应于刀尖三维重建的检测装置，本发明实施例还提供了一种刀尖三维重建的在线检测方法，具体的，上述方法包括如下步骤：
[0062]
步骤s100：基于机床坐标系，根据刀具尺寸数据获得刀尖的坐标数据；
[0063]
步骤s200：基于刀尖的坐标数据，获得拍摄装置的坐标数据和倾斜角度；
[0064]
具体地，刀尖的坐标数据是指刀尖在机床坐标系中的坐标数据，根据机床plc控制器获得刀轴的坐标数据，再根据刀具的尺寸数据，计算获得刀尖的坐标数据。获得刀尖的坐标数据后，拍摄装置需要设置于刀尖的斜下方，根据安装拍摄装置的检测装置的尺寸数据，如长宽高等数据，计算出拍摄装置的坐标数据和倾斜角度。当然，拍摄装置的精度不同，其外形尺寸也会不同，计算时就需要纳入拍摄装置的外形尺寸数据。
[0065]
步骤s300：基于拍摄装置的坐标数据和刀尖坐标数据，根据拍摄装置的精度获得拍摄装置的移动步长；
[0066]
具体地，根据拍摄装置的坐标数据和刀尖坐标数据，计算出拍摄装置与刀尖的初始距离，并根据拍摄装置的精度，计算拍摄装置距离刀尖的终止距离，确定拍摄装置移动的终止位置。根据初始距离和终止距离，以及拍摄的序列图像的图像张数，计算出拍摄装置的移动步长。
[0067]
步骤s400：基于移动步长，控制拍摄装置沿倾斜角度移动，获得刀尖序列图像；
[0068]
具体地，本实施例中根据移动步长，通过设置步进电机的工作参数带动滚珠丝杠转动来控制显微镜沿着设定的倾斜角度移动，移动的同时对刀尖进行拍摄，从而获得刀尖的序列图像。
[0069]
步骤s500：基于刀尖序列图像，根据聚焦法获得刀尖的三维重建结果。
[0070]
具体地，获得刀尖的序列图像后，采用现有的聚焦法完成刀尖的三维重建，计算重建后的三维模型的体积，根据预先计算好的刀尖完好时的三维模型的体积，分析两种模型计算出来的体积的差异，分析刀尖的磨损程度。
[0071]
本实施例中，上述刀尖三维重建的在线检测方法的具体功能可以参照上述刀尖三维重建的检测装置中的对应描述，在此不再赘述。
[0072]
基于上述实施例，本发明还提供了一种智能终端，其原理框图可以如图4所示。上述智能终端包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口以及显示屏。其中，该智能终端的处理器用于提供计算和控制能力。该智能终端的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和刀尖三维重建的在线检测程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和刀尖三维重建的在线检测程序的运行提供环境。该智能终端的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该刀尖三维重建的在线检测程序被处理器执行时实现上述刀尖三维重建的在线检测方法的步骤。该智能终端的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏。
[0073]
本领域技术人员可以理解，图4中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的智能终端的限定，具体的智能终端可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0074]
在一个实施例中，提供了一种智能终端，上述智能终端包括存储器、处理器以及存储在上述存储器上并可在上述处理器上运行的刀尖三维重建的在线检测程序，上述刀尖三维重建的在线检测程序被上述处理器执行时进行以下操作指令：
[0075]
基于机床坐标系，根据刀具尺寸数据获得刀尖的坐标数据；
[0076]
基于所述刀尖的坐标数据，获得拍摄装置的坐标数据和倾斜角度；
[0077]
基于所述拍摄装置的坐标数据和所述刀尖坐标数据，根据拍摄装置的精度获得拍摄装置的移动步长；
[0078]
基于所述移动步长，控制所述拍摄装置沿所述倾斜角度移动，获得刀尖序列图像；
[0079]
基于所述刀尖序列图像，根据聚焦法获得刀尖的三维重建结果。
[0080]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质上存储有刀尖三维重建的在线检测程序，上述刀尖三维重建的在线检测程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的任意一种刀尖三维重建的在线检测方法的步骤。
[0081]
应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0082]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可
以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0083]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0084]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0085]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
[0086]
上述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。上述计算机可读介质可以包括：能够携带上述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，上述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。
[0087]
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不是相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。