一种用于刀具磨损的检测装置的制作方法

本发明公开了一种用于刀具磨损的检测装置，特别涉及一种用于数控加工中心的刀具磨损检测装置。

背景技术：

在机械加工过程中，刀具的磨损不仅会影响零件的质量，而且会导致机床的振动冲击进而对机床的精度造成影响。刀具状态监控通常采用各种传感器采集刀具的状态信息，将采集的信号进行处理，建立特征与刀具磨损状态之间的映射关系，实现刀具磨损状态检测。然而，由于刀具的工作过程复杂，信号特征与磨损状态之间映射的关系通常是非线性的，因此难以准确地进行定量描述。使用机器视觉的方法避免了这个问题，但是现有基于机器视觉技术的检测设备都有计算机参与，且都是离线检测，占用空间大，不仅降低了生产效率，而且增加了成本。嵌入式是专用的系统，具有使用方便，占用空间小，成本低等优点。使用嵌入式技术与机器视觉技术相结合的方式综合了两者的优点，特设计一种基于机器视觉的刀具磨损的检测装置。

技术实现要素：

本发明填补基于嵌入式机器视觉实现刀具磨损技术的空白，提供一种在机检测刀具磨损的装置。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于刀具磨损的检测装置包括视觉检测系统和通讯系统两部分，其中视觉检测系统由图像采集系统、数据处理系统、电源管理系统以及壳体四部分组成。

所述图像采集系统主要由相机、光源以及镜头组成，主要功能是获取工件表面的纹理信息。由于采集的是工件的纹理图像，需要使用显微镜头观察工件表面的细节。光源根据需要采用环形光源，相机采用cmos相机，相机的通讯接口为千兆以太网。

所述数据处理系统主要功能是处理数据、控制图像采集系统以及负责与通讯系统的通讯。数据处理系统利用数控机床的运动系统进行图像采集系统聚焦，并控制图像采集系统采集工件表面的图像，运用图像处理算法进行处理，并通过蓝牙以及通讯系统将结果发送到机床操作系统的系统变量中，以进行刀具补偿，以保证加工的精度，如果刀具达到了磨钝标准，提醒用户换刀，同时将报警信息显示在人机交互界面上。

所述电源管理系统的主要功能是电池的充放电保护、电压转换以及光源的电源控制。

所述壳体主要用于安装图像采集系统、数据处理系统、电源管理系统以及锂电池。壳体主要由连接杆、端盖、刀柄连接件、相机支撑件、pvc外壳组成。

所述通讯系统用来实现机床操作系统与视觉检测系统之间的通讯。通讯系统解析机床操作系统通过rs232或以太网口发来的指令，并将指令通过蓝牙传输给视觉检测系统，视觉检测系统完成图像采集以及图像处理任务后，将处理结果即磨损等级通过蓝牙发送给通讯系统，通讯系统通过rs232或以太网发送给机床操作系统。通讯系统还包含一个存储器，用于存储日志信息和刀具的磨损信息，可以通过pc读取该存储器的信息，分析刀具磨损规律。视觉检测系统与通讯系统之间的通讯方式采用蓝牙通讯方式，但不限于蓝牙，如zigbee、wifi、nb-lot、gprs等无线方式，通过id或配对的方式将刀具磨损检测装置连接起来，组成传感器网络，进而对整个车间的机床刀具状态进行监控。

本发明具有如下优点：

1.该发明能够实现在机进行刀具磨损检测。对比现有的检测技术，本发明不需要停机将刀具从主轴卸下进行检测，提高加工效率，降低成本。

2.该发明中使用蓝牙实现视觉检测系统与通讯系统之间的通讯。通过蓝牙将车间的数控机床连接起来组成无线传感器网络，进行集中监控刀具的磨损状态。

3.该发明通过无线的方式对视觉检测系统程序进行更新，不需要对其进行拆卸，从而避免了频繁拆装给系统带来的不安全因素。

4.该发明具有结构小巧，集成度高等优点，与标准刀柄连接，通用性更强。

附图说明

图1为刀具磨损检测装置工作时的安装位置以及与机床的连接示意图；

图2为视觉检测系统与刀柄连接结构图；

图3为数据处理系统与电源管理系统安装结构图；

图4为锂电池固定结构图；

图5为刀具磨损检测装置整体框架示意图；

图6为刀具磨损检测装置使用流程图；

图中：1通讯系统，2机床主轴，3视觉检测系统，4工件，5数控机床床身，6机床进给系统，7拉钉，8刀柄，9紧定螺钉，10锂电池，11刀柄连接件，12pvc外壳，13电池固定片，14紧定螺钉，15连接杆，16数据处理系统，17电源管理系统，18相机支撑件，19相机，20充电接口，21端盖，22系统电源开关，23镜头，24电池安装板

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的目的在于提供一种用于刀具磨损的检测装置，实现在机检测刀具的磨损状态。

如图1所示为刀具磨损检测装置工作时的安装位置以及与机床的连接关系示意图，视觉检测系统3安装于数控机床的主轴2上，工件4固定在机床进给系统6上。视觉检测系统3通过无线方式与通讯系统1进行通讯，传递数据和指令。通讯系统1与数控机床操作系统之间的通讯为rs232或以太网通讯。

如图2所示为本发明的视觉检测系统与标准刀柄连接的示意图。四根连接杆15两端均有螺纹孔，平行放置的四根连接杆15两端分别通过螺钉安装端盖21和刀柄连接件11。四根连接杆均有滑槽，通过滑槽、端盖21的内表面以及滑道上的安装的紧定螺钉14将数据处理系统固定在壳体内部，电源管理系统与数据处理系统的安装方式类似固定在壳体内部。相机19通过底部的三个螺纹孔与l型相机支撑件18通过螺钉连接，通过螺钉安装于端盖21，端盖21上开有镜头孔、开关接口孔以及充电接口孔。四根连接杆15的另一端安装刀柄连接件11，刀柄连接件11的伸出轴插入刀柄8的安装孔通过紧定螺钉9将壳体与视觉检测系统固定，类似一把刀具装在机床刀库中，需要时将系统调用出来，通过换刀指令将视觉检测系统换到机床主轴上，进行相关检测。图中12为视觉检测系统的pvc外壳，该材质为非金属，利于电磁波的传输。相机镜头轴线与刀柄连接件的轴线同轴。

如图3所示为数据处理系统与电源管理系统安装结构图，通过两根连接杆15组成滑道，数据处理系统16置于滑道中，另外两侧通过端盖21和紧定螺钉14限制移动自由度，从而完全固定了数据处理系统16。同样由两根连接杆15组成滑道，电源管理系统17置于滑道中，两外两侧通过端盖21和电池安装板24限制其移动自由度，从而固定了电源管理系统。其中电池安装板为未焊接的电源管理系统的pcb板，实现了一板多用。

如图4所示为锂电池固定结构图，电池固定片13穿过电池安装板24通过螺钉将电池10与电池安装板24安装在一起，电池10与电池安装板之间可使用泡沫双面胶或橡胶以增加电池10与电池安装板25之间的摩擦力，使其连接更加牢固。

如图5所示为刀具磨损检测装置总体示意图，图中数据处理系统、图像采集系统、电源管理系统以及锂电池固定安装在壳体中，通过紧定螺钉将壳体与刀柄连接。图像采集系统与数据处理系统之间的通讯为千兆以太网，电源管理系统给图像采集系统以及数据处理系统供电。数据处理系统与通讯系统之间的通讯采用蓝牙通讯，通讯系统与机床操作系统之间的通讯采用rs232或以太网方式。

如图6所示系统使用流程图，当不使用视觉检测系统时，系统安装于机床刀库中，处于低功耗运行状态。当需要对刀具磨损状态进行检测时，通过机床换刀指令将视诊系统换到机床主轴上，同时机床操作系统通过通讯系统给视觉检测系统发送激活视觉检测系统的指令，视觉检测系统初始化完成。通过机床的运动系统将视觉检测系统移动到工作位置附近，相机实时采集工件表面的图片通过算法确定工件与视觉检测系统的相对位置，通过反馈控制机床的运动系统使相机移动到精确的工作位置。数据处理系统发送图像采集指令，控制图像采集系统进行图像采集同时开启光源，采集到工件表面图片之后关闭光源和相机，与此同时，机床将机床的功率信号等通过通讯系统以及蓝牙发送到数据处理系统与图像处理结果进行信息融合，得出刀具磨损等级信息，结果经由蓝牙以及通讯系统回传至机床的操作系统，可进行刀具补偿操作。检测完毕，使用换刀指令，将视诊系统换到刀库中，机床继续工作。以上过程，实现了刀具磨损的在机检测。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，如根据不同的场景选用不同的相机、镜头以及光源，该装置可适用于检测零件的缺陷、测量工件尺寸等场景，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。