专利名称：Cnc机床的机器视觉刀具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种CNC机床的机器视觉刀具，属于测试和计量技术领域。
背景技术：
CNC加工生产过程中，需要对产品进行检测，检查其加工工艺是否有遗漏或测量零 件尺寸是否符合图纸，以确认产品符合工业要求和标准。目前，产品检测大都事后通过人工 或机械装置来进行。人工检测由于检测人员的疲劳疏忽等原因会造成漏检。机械装置则因 为有机械接触，会破坏或损伤产品。同时对于待检测零件上的一些微小缺陷，例如砂眼，针 孔等细小缺陷。这些细小的缺陷不容易被人工和机械检测检出。由于现有检测方法过程复 杂和耗人耗时，产品检测只能抽检，不能够全检，存在质量隐患。一些需要多工序加工过程 的零件，质量问题在前面工序没有能及时检测出来，经过很多加工后到最后才发现是不合 格品，造成极大的浪费。发明内容
发明目的本发明提出一种CNC机床的机器视觉刀具，能够根据加工图纸在线高 效的检查、测量被加工零件，并且保持稳定的检测质量。
技术方案本发明米用的技术方案为一种CNC机床的机器视觉刀具,包括与CNC机 床控制PLC双向通信的人机接口，与人机接口无线通信的嵌入式视觉机；所述嵌入式视觉 机符合CNC机床刀具标准，包括获取零件图像的图像传感器，提供照明光的摄像光源，接受 主处理器指令控制锂电池充放电的电源控制器，用于无线通信的无线收发器，控制摄像光 源、电源控制器并与图像传感器和无线收发器双向通信的主处理器，为嵌入式视觉机供电 的锂电池。
作为本发明的进一步改进，所述主处理器采用低功耗、具有128KB以上的数据存 储空间、处理速度100MIPS以上的微控制器。所述无线收发器采用工作在2. 4GHz的无线收 发芯片。
有益效果本发明使用符合CNC机床刀具标准的图像识别装置，来检测零件质量， 在不接触零件的情况下能够保持长时间高效的检测动作。尤其对于零件表面存在的细小缺 陷，本发明能够更加快速高效稳定的检出。
图1为本发明一种CNC机床的机器视觉刀具的结构示意图；图2为本发明中嵌入式视觉机的主视图；图3为本发明中嵌入式视觉机的左视图；图4为本发明中嵌入式视觉机的后视图；图5为本发明中嵌入式视觉机的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明 本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各 种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示本发明机器视觉刀具包括两个部分嵌入式视觉机，以及可以与嵌入 式视觉机进行无线通信的人机接口。其中人机接口采用嵌入式设备，并与CNC机床建立无 线通信联系。人机接口具有键盘和显示界面，实现人机交互，还具有无线通信模块，以及与 CNC机床控制PLC通信的扩展接口。人机接口通过工作在2. 4GHz的无线通信模块与嵌入式 视觉机实现无线通信，通过扩展接口与CNC机床控制PLC通信。通过在平板电脑上编制应 用程序，实现以下功能1、接收CNC机床控制PLC的指令，通过无线通信模块将指令传送至嵌入式视觉机。
2、可以手动配置嵌入式视觉机参数，远程更改嵌入式视觉机的工作模式、检验或 检查方法等。
3、接收嵌入式视觉机的工作结果，通过与PLC通信反馈零件加工状况，以便CNC机 床进行下一步骤操作。
4、实时显示工作状态。
一个复杂零件的加工需要多道工序，也需要使用不同的刀具，为此在CNC机床中 配置了一个刀具库，将需要的刀具编号后预先存放在刀库。机床的动作受PLC控制，PLC内 的程序根据零件的加工要求编制，当完成一道工序后，机床自动换刀进行下一道工序加工。
嵌入式视觉机符合CNC机床刀具标准，能够安装在刀具库内。如图2主视图所示， 嵌入式视觉机外部采用铝合金外壳，其主视图的中央位置安装有图象传感器1，外侧圆环内 为视觉检查所需要的摄像光源2。图3左视图中圆杆用于装入刀柄和衬套内的安装杆4。 图4后视图中充电接点3，当内部锂电池功率下降时，可卸下嵌入式视觉机，使用专用充电 装置通过充电接点3给锂电池充电。
刀具结构的内部安装锂电池和视觉处理电路。所述嵌入式视觉机符合CNC机床刀 具标准，包括获取零件图像的图像传感器，提供照明光的摄像光源，接受主处理器指令控制 锂电池充放电的电源控制器，用于无线通信的无线收发器，控制摄像光源、电源控制器并与 图像传感器和无线收发器双向通信的主处理器，为嵌入式视觉机供电的锂电池。
锂电池的容量不小于1500mAh，其直接对主处理器和无线收发器供电，维持两者的 值班功率需求。同时锂电池通过电源控制器向图像传感器I和摄像光源2供电。
电源控制器可通过充电触点3连接外部电源。在主处理器的控制下，电源控制器 控制锂电池的充放电。当嵌入式视觉机开始工作时，电源控制器才会向图像传感器和摄像 光源供电。在充电触点3插入外部电源时，电源控制器对锂电池的充电电流和电压进行控 制。
摄像光源2由排列成环形的LED灯珠组成，环形的中心位置安装有图像传感器1， 如图2所示。当嵌入式视觉机开始工作时，由主处理器控制摄像光源和图像传感器对准待 检测零件获取图像。图像传感器是获取零件图像的部件，采用CMOS图像传感器。主处理器 可配置图像传感器的寄存器，对获取的图像进行自动增益控制、白平衡、GAMMA校正、输出格 式、输出窗口图像等各参数的设定。图像传感器I输出信号由平行数据总线、点同步、行同步、巾贞同步组成，直接连接到主处理器的专用接口。
无线收发器采用工作在2. 4GHz的CC2500芯片，该芯片与主处理器通过一个串行 总线连接，实现主处理器与远端人机接口的双向无线通信。无线收发器的天线设计在PCB 板内，嵌入式视觉机的铝合金外壳上开设有与天线相对应的天线辐射口 5，给电磁波提供辐 射通道。
主处理器是嵌入式视觉机的核心，采用STM32F4控制器芯片，配置有192KByte SRAM,主频168MHz，多个DMA通道，具有DSP指令和浮点运算单元。内部嵌入式应用程序将 完成以下工作A、系统上电后完成主处理器内部初始化配置，无线通信配置。建立与人机接口的无线 通信联系，获取人机接口单元的配置参数，建立应用初始化环境。
B、关闭摄像光源2、图像传感器1、无线收发器转入接收模式，主处理器转入低功 耗模式，等待无线通信接收到中断信息时，才被唤醒。
C、当CNC机床完成零件加工后，发出换用嵌入式视觉机进行加工检查和检验指 令，人机接口通过无线通信唤醒嵌入式视觉机。同时CNC机床从刀具库中取出嵌入式视觉 机。
D、主处理器控制电源控制器向图像传感器I供电，配置图像传感器的各个寄存 器，同时CNC机床将嵌入式视觉机运送到预先设定位置。
E、主处理器打开摄像光源2，获取零件图像，图像数据经主处理器的DMA通道存放 在SRAM中。图像数据获取后关闭摄像光源2。
F、主处理器调用设计图纸和预存加工数据与获取的零件图像进行匹配运算。
G、当加工结果符合图纸和参数要求时，主处理器经无线通信发送加工合格信号， 人机接口将该信号和电池容量反馈给CNC机床，并显示加工完成；PLC控制CNC机床将嵌入 式视觉机放回刀具库；主处理器控制电源控制器关闭图像传感器1，无线收发器转入接收 模式，将主处理器转入低功耗模式，等待下一次通信唤醒。
H、当加工不符合要求时，主处理器向人机接口发送不合格信号，由人机接口发出 报警信号和状态，等待人工干预；主处理器将整机转入低功耗模式。
权利要求
1.CNC机床的机器视觉刀具，其特征在于，包括与CNC机床控制PLC双向通信的人机接口，与人机接口无线通信的嵌入式视觉机；所述嵌入式视觉机符合CNC机床刀具标准，包括获取零件图像的图像传感器，提供照明光的摄像光源，接受主处理器指令控制锂电池充放电的电源控制器，用于无线通信的无线收发器，控制摄像光源、电源控制器并与图像传感器和无线收发器双向通信的主处理器， 为嵌入式视觉机供电的锂电池。
2.根据权利要求1所述的CNC机床的机器视觉刀具，其特征在于，所述主处理器采用低功耗、具有128KB以上的数据存储空间、处理速度100MIPS以上的微控制器。
3.根据权利要求2所述的CNC机床的机器视觉刀具，其特征在于，所述无线收发器采用工作在2. 4GHz的无线收发芯片。
全文摘要
本发明公开了一种CNC机床的机器视觉刀具，其使用符合CNC机床刀具标准的图像识别装置，来检测零件质量，在不接触零件的情况下能够保持长时间高效的检测动作。尤其对于零件表面存在的细小缺陷，本发明能够更加快速高效稳定的检出。
文档编号B23Q17/24GK103056727SQ201310011549
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月14日 优先权日2013年1月14日
发明者周斌, 余放, 雷锋 申请人:南京格蕾飞信息技术有限公司