基于图像识别的刀具磨损自动检测装置及其使用方法

1.本发明涉及刀具磨损检测技术领域，具体涉及基于图像识别的刀具磨损自动检测装置及其使用方法。


背景技术：

2.现阶段，由于生产需要使得机械加工需求量逐渐增大，但由于切削时机械工件与刀具会发生摩擦，切削所产生的切屑也会影响刀具使用效果，且在高温高压环境影响下，刀具磨损现象更为明显，当刀具发生磨损后会出现一系列不良反应，导致机械加工成本增加，机械加工质量及效率有所降低。
3.因此在加工过程中合适地对刀具磨损情况进行监测、判断，能更高的保证机械加工的质量以及效率，这是所有有关传统切削加工时，都需要重视的主要问题之一。
4.针对于上述情况，传统的刀具磨损一般是靠人为观察，在每次加工后，停下机床，取下或者直接观察刀具的磨损，此方法明显效率较低，需耗费过多的本领域技术人员的时间与精力；另一种则是选用照相机，靠着人为定位，在每次加工完成后，作定点拍照再上传到电脑上，做图像识别刀具磨损，虽然在精准度上强于人为观察，但是每个零件，每次安装过后都要对于摄像头进行人为定位，并且需靠人工进行调整，此过程非常繁琐，也需耗费本领域技术人员一定的精力与时间。
5.由此可见，设计出一种全新的基于图像识别的刀具磨损自动检测装置来解决上述问题，对于目前本领域来说是迫切需要的。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供基于图像识别的刀具磨损自动检测装置及其使用方法，以解决现有技术传统的刀具磨损检测方法精准度较低，且需耗费本领域技术人员过多的时间与精力的问题。
7.本发明通过以下两种技术方案实现： 本发明之一：基于图像识别的刀具磨损自动检测装置，包括信息采集模块，包括防护壳，所述防护壳为一端敞口的中空结构，且对应该防护壳的敞口处设置有电动门，所述防护壳的外侧壁通过磁吸底座固定于机床外壁；所述信息采集模块安装于支撑座上，所述防护壳的内部设置有第一驱动组件，其用于驱动支撑座伸出或收纳于防护壳的内部；所述支撑座上设置有用于驱动信息采集模块水平滑动的第二驱动组件，当所述信息采集模块在第二驱动组件作用下滑动时，其运动轨迹为弧度状；所述支撑座上还设置有用于驱动信息采集模块沿防护壳的宽度延伸方向水平滑动的第三驱动组件。
8.进一步，所述第一驱动组件包括安装于防护壳内部的第一舵机以及连杆机构，所
述第一驱动组件还包括安装于防护壳内部底壁的铰支座，所述铰支座的安装端与防护壳相连接，所述铰支座的转动端与支撑座相连接，所述连杆机构的一端与第一舵机的输出端转轴相连接，所述连杆机构的另一端与支撑座铰接。
9.进一步，所述第二驱动组件包括设置于支撑座顶部，且背离铰支座一端的安装部，所述安装部的顶部安装有弧度状的导轨，所述第二驱动组件还包括安装于支撑座顶部另一端的第二舵机，以及安装于信息采集模块底部并与所述导轨相适配的滑块，所述第二舵机的输出端转轴上安装有伸缩套杆，所述伸缩套杆为一端敞口的中空结构，且该伸缩套杆的敞口朝向于滑块，所述滑块的外壁铰接有伸缩内杆，且该伸缩内杆至少部分经由伸缩套杆的敞口延伸至伸缩套杆的内部，当所述第二舵机工作，该第二舵机的输出端转轴带动伸缩套杆摆动，并将此力传递至伸缩内杆，驱使滑块于导轨上滑动。
10.进一步，所述安装板设置有两个，且水平间隔分布于支撑座的顶部，所述安装板的顶部沿其长度方向开设有滑槽，所述导轨的底部安装有与滑槽相适配的活动块；所述第三驱动组件包括安装于导轨底部的齿条，且该齿条延伸至两个安装板的间隔区域之间，所述支撑部上，且对应两个安装板之间设置有轴承支座，所述第三驱动组件还包括安装于支撑部顶部的电机，且该电机的转轴延伸至轴承支座的轴承内圈处，且该转轴上设置有与齿条相啮合的齿轮；所述电机的转轴上设置有联轴器。
11.本发明之二：基于图像识别的刀具磨损自动检测装置的使用方法，具体步骤如下，1）.准备工作；i.在防护壳上安装有磁吸底座，通过该磁吸底座与机床外壁相连接；ii.调试远程终端上位机或plc控制器对电动门、第一舵机、第二舵机及电机进行操控；iii.对远程终端的上位机进行调试，录入刀具磨损情况的照片参数，例如：轻度磨损、中度磨损、重度磨损和未磨损，以四种判定方式对刀具磨损情况进行判断；iv.调试信息采集模块与上位机的有效信息传输；2）.信息采集工作;i.刀具运动至防护壳处，电动门打开，第一舵机工作，经由连杆机构将信息采集模块伸出至防护壳的外部，并将信息采集模块的信息采集端正对于刀具；ii.第二舵机工作，经由伸缩套杆及伸缩内杆带动滑块于滑轨上运动，从而达到将信息采集模块正对于刀具处，及左右两侧与刀具的相对处位置处，从而根据三处所采集信息对磨损情况进行判断；iii.电机工作，经由齿轮及齿条驱使导轨前后运动，从而达到调节信息采集模块与刀具之间的距离；3）.信息采集模块回收工作；i.第一舵机工作，经由连杆机构将信息采集模块回收至防护壳的内部；ii.电动门关闭。
12.进一步，该信息采集模块包括摄像头、wifi传输模块组成和单片机，摄像头的信息输出端与单片机的信息输入端相接，单片机的信息输出端与wifi传输模块的信息接入端相接，wifi传输模块与终端信号传输连接；摄像头安装于滑块顶部，且摄像头的拍照方向背向于防护壳，并与刀具正对相向；
摄像头拍照采集到的信息发送至单片机，经由单片机处理后发送至wifi传输模块，通过 wifi传输模块将信息传输至终端。
13.进一步，滑槽内部的相对一侧沿其长度方向开设有限位槽，所述活动块延伸至滑槽的内侧后，其两侧设置有与限位槽相适配的限位块。
14.进一步，所述连杆机构包括与第一舵机转轴相连接的第一连接杆，以及和支撑部铰接的第二连接杆，所述第一连接杆与第二连接杆相接处，其二者铰接。
15.进一步，当检测到刀具处于磨损状态时，终端上位机发送反馈命令。
16.进一步，所述支撑座的顶部安装有保护壳，且该保护壳的长度方向两侧皆开设有开口。
17.本发明的有益效果在于：该基于图像识别的刀具磨损自动检测装置及其使用方法,通过防护壳、信息采集模块、第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件和电动门的配合使用，当本装置开始使用时，电动门打开，第一驱动组件驱使信息采集模块移动出防护壳，并开始工作，此时在第二驱动组件和第三驱动组件的作用下，可调节信息采集模块与刀具之间的距离及位置，从而达到更高精准度的对刀具磨损信息进行采集，本技术技术方案相比较传统的刀具磨损情况采集方法，一者摆脱了需人为操作，占用本领域技术人员过多的时间与精力的问题，再者通过多方位，多角度的对刀具信息进行采集，可提高信息采集的精准度，避免出现刀具磨损情况误判的问题。
18.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
19.附图说明
20.图1为本发明的立体示意图i；图2为本发明的立体示意图ii；图3为本发明的局部立体示意图i；图4为本发明的局部立体示意图ii；图5为本发明的刀具检测部分示意图；图6为本发明的不同角度对刀具进行信息采集示意图；图7为本发明的信息采集模块与刀具不同间距的信息采集示意图。
21.图中：1、防护壳；2、第一驱动组件；201、第一舵机；3、第二驱动组件；301、伸缩套杆；302、伸缩内杆；303、第二舵机；304、导轨；305、安装部；306、滑块；4、第三驱动组件；401、电机；402、齿条；403、齿轮；404、轴承支座；5、保护壳；6、刀具；7、机床；8、连杆机构；801、第一连接杆；802、第二连接杆；9、支撑座；10、活动块；11、滑槽；12、信息采集模块。
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
23.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
25.在本发明的上述描述中，需要说明的是，术语“一侧”、“另一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.此外，术语“相同”等术语并不表示要求部件绝对相同，而是可以存在微小的差异。术语“垂直”仅仅是指部件之间的位置关系相对“平行”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。
27.本发明之一：请参阅图1-7，本发明提供技术方案：基于图像识别的刀具磨损自动检测装置，包括信息采集模块12，包括防护壳1，防护壳1为一端敞口的中空结构，且对应该防护壳1的敞口处设置有电动门，防护壳1的外侧壁通过磁吸底座固定于机床7外壁；信息采集模块12安装于支撑座9上，防护壳1的内部设置有第一驱动组件2，其用于驱动支撑座9伸出或收纳于防护壳1的内部；支撑座9上设置有用于驱动信息采集模块12水平滑动的第二驱动组件3，当信息采集模块12在第二驱动组件3作用下滑动时，其运动轨迹为弧度状，可参阅图6；支撑座9上还设置有用于驱动信息采集模块12沿防护壳1的宽度延伸方向水平滑动的第三驱动组件4，可参阅图7；本装置在使用时，首先将防护壳的外壁安装有磁吸底座，并通过磁吸底座将本装置固定于机床的外壁，此时的电动门处于关闭的状态，当需对刀具磨损情况进行检验时，电动门打开，第一驱动组件驱使支撑座及信息采集模块运动出防护壳的内部，当刀具经由外界传输机构（可以为本领域常用的皮带轮机构或其他推送机构）运动至信息采集模块的正前方时，信息采集模块（信息采集模块可以是摄像头、单片机及wifi传输模块所构成的图片拍照发送组件）可随即对刀具磨损情况进行收集，并发送至上位终端进行刀具磨损情况的判定，当判定刀具为磨损状态时，可随即对其进行更换；在上述基础上，第二驱动组件可驱使信息采集模块活动调节，此时信息采集模块可在第二驱动组件的作用下，改变其拍摄位置，此时可于刀具的靠左侧及靠右侧位置对刀具进行拍摄，并同时和第一次拍照（正对于刀具前方的拍摄角度），三者不同的拍摄角度相
结合，并将此信息发送至上位终端，进行刀具的磨损判定，从而可进一步的提高在对刀具磨损判定时的精准性；此外本技术技术方案中，还可根据拍照需要，通过第三驱动组件，调节信息采集模块与刀具之间的间隔距离，从而避免出现拍照模糊不清的情况，此处所提及的第三驱动组件，增加了本装置在实际使用过程中的有效调节性，从而进一步的提高在对刀具拍照取材过程中的精准性；当本装置信息采集完毕后，第一驱动组件再次工作，可驱使信息采集模块再次回收至防护壳的内部，电动门关闭，从而可达到对信息采集模块及本装置的其他电气元件保护的作用。
28.本实施例中：第一驱动组件2包括安装于防护壳1内部的第一舵机201以及连杆机构8，第一驱动组件2还包括安装于防护壳1内部底壁的铰支座，铰支座的安装端与防护壳1相连接，铰支座的转动端与支撑座9相连接，连杆机构8的一端与第一舵机201的输出端转轴相连接，连杆机构8的另一端与支撑座9铰接；此处进一步的参考附图3-4，当第一舵机工作时，其可通过连杆机构，驱使支撑座伸出至防护壳的外部，从而便于信息采集模块的有效工作；当本装置工作完毕，无需采集刀具磨损情况时，第一舵机的转轴反向转动，从而可经由连杆机构，再次将信息采集模块回收至防护壳的内部。
29.本实施例中：第二驱动组件3包括设置于支撑座9顶部，且背离铰支座一端的安装部305，安装部305的顶部安装有弧度状的导轨304，第二驱动组件3还包括安装于支撑座9顶部另一端的第二舵机303，以及安装于信息采集模块12底部并与导轨304相适配的滑块306，第二舵机303的输出端转轴上安装有伸缩套杆301，伸缩套杆301为一端敞口的中空结构，且该伸缩套杆301的敞口朝向于滑块306，滑块306的外壁铰接有伸缩内杆302，且该伸缩内杆302至少部分经由伸缩套杆301的敞口延伸至伸缩套杆301的内部，当第二舵机303工作，该第二舵机303的输出端转轴带动伸缩套杆301摆动，并将此力传递至伸缩内杆302，驱使滑块306于导轨304上滑动；此处进一步的参考附图3-4，在需对刀具信息进行拍摄采集时，此处的信息采集模块首先正对于刀具的正前方，随后第二舵机开始工作，其转轴转动时，伸缩套杆必将随之转动，此时便可对伸缩内杆施加牵引力，此时该力传导至滑块，滑块便可于滑轨上滑动，并直至滑动至导轨的左侧或右侧，此时信息采集模块可于新角度对刀具进行拍摄，此处需要强调的是，如图3-4所示，导轨为弧度状，由此可见，当信息采集模块滑动至导轨的左侧时，其相对于刀具左侧的倾角位置，此时进行拍摄时，可增强信息采集的精准度；随后第二舵机的转轴反向转动，此时便可再次经由伸缩套杆、伸缩内杆及滑块带动信息采集模块再次转动至导轨的另一端，由此达到对刀具三点不同位置的信息采集，从而尽可能的提高在对刀具磨损状态采集过程中的精准性；此处可根据需要，还可在滑块底部两侧的相对位置安装有滑轮，使得滑轮可于导轨的凹槽处滑动，由此可进一步的提高滑块在导轨上滑动过程中的稳定性与便捷性，减少与导轨之间的阻力，且滑轮嵌入至导轨的凹槽内侧，还可避免滑块于导轨上随意脱落。
30.本实施例中：安装板设置有两个，且水平间隔分布于支撑座9的顶部，安装板的顶部沿其长度方向开设有滑槽11，导轨304的底部安装有与滑槽11相适配的活动块10；
第三驱动组件4包括安装于导轨304底部的齿条402，且该齿条402延伸至两个安装板的间隔区域之间，支撑部上，且对应两个安装板之间设置有轴承支座404，第三驱动组件4还包括安装于支撑部顶部的电机401，且该电机401的转轴延伸至轴承支座404的轴承内圈处，且该转轴上设置有与齿条402相啮合的齿轮403；电机401的转轴上设置有联轴器，该电机的型号可为opg电机；本实施例进一步的限定安装板的数量及安装位置，此时安装板顶部开设的滑槽，可将安装板此时等同于滑行轨道；当本技术技术方案对刀具完成三点拍摄后（正前方、左侧及右侧，此三处拍摄为本技术所提及的三点拍摄），电机开始工作，其经由转轴及齿轮的转动，此时齿轮的转动力传递至齿条，齿条便可在齿轮转动的推力下，进行前后移动，当齿轮带动导轨整体移动时，活动块可于滑槽内侧自由滑动，而此处需要说明的是，伸缩内杆也可自由伸缩于伸缩套杆的内部，当导轨带动信息采集模块靠近于刀具时，此时的拍摄精准度将进一步提高；本实施例，其志在解决当刀具与信息采集模块距离较大时，所采集信息精准度较低不足以判断刀具磨损情况的问题，此处的电机经由齿轮及齿条的联动，则可根据需要，巧妙的对信息采集模块与刀具的相对位置进行调节，提高了本装置对信息采集模块的精准性；而本技术技术方案进一步的将第二驱动组件及第三驱动组件，利用连贯而又紧凑的技术方案合二为一处，从而减少了物力与财力的输出，此外，更进一步的将第一驱动组件、第二驱动组件及第三驱动组件，三者合三为一处，更进一步的减少了本装置的体积，提高了本装置的便捷性、美观性。
31.本发明之二：基于图像识别的刀具磨损自动检测装置的使用方法，具体步骤如下，1）.准备工作；i.在防护壳1上安装有磁吸底座，通过该磁吸底座与机床7外壁相连接；ii.调试远程终端上位机或plc控制器对电动门、第一舵机201、第二舵机303及电机401进行操控，此plc控制器对电动门、第一舵机201、第二舵机303及电机401的操作调试，需反复尝试多次，避免出现意外；iii.对远程终端的上位机进行调试，录入刀具6磨损情况的照片参数，例如：轻度磨损、中度磨损、重度磨损和未磨损，以四种判定方式对刀具6磨损情况进行判断，此轻度磨损、中度磨损、重度磨损和未磨损的照片，需事先录入远程终端的上位机系统内，且需录入多张，此为后期的评判标准；iv.调试信息采集模块12与上位机的有效信息传输，该信息采集模块12包括摄像头、wifi传输模块组成和单片机，摄像头的信息输出端与单片机的信息输入端相接，单片机的信息输出端与wifi传输模块的信息接入端相接，wifi传输模块与终端信号传输连接；摄像头安装于滑块306顶部，且摄像头的拍照方向背向于防护壳1，并与刀具6正对相向；摄像头拍照采集到的信息发送至单片机，经由单片机处理后发送至wifi传输模块，通过wifi传输模块将信息传输至终端；2）.信息采集工作;i.刀具6运动至防护壳1处，电动门打开，第一舵机201工作，经由连杆机构8将信息
采集模块12伸出至防护壳1的外部，并将信息采集模块12的信息采集端正对于刀具6；ii.第二舵机303工作，经由伸缩套杆301及伸缩内杆302带动滑块306于滑轨上运动，从而达到将信息采集模块12正对于刀具6处，及左右两侧与刀具6的相对处位置处，从而根据三处所采集信息对磨损情况进行判断；iii.电机401工作，经由齿轮403及齿条402驱使导轨304前后运动，从而达到调节信息采集模块12与刀具6之间的距离，此目的是便于对刀具磨损情况拍摄的更为细致，根据需要调节信息采集模块与刀具的相对位置，由此拍摄多组不同的照片，从而提高刀具磨损情况的采集精准度；3）.信息采集模块12回收工作；i.第一舵机201工作，经由连杆机构8将信息采集模块12回收至防护壳1的内部；ii.电动门关闭；此处是为了进一步的对信息采集模块的保护，避免其裸露在外，而受到外界不可控因素导致对其破坏。
32.本实施例中：滑槽11内部的相对一侧沿其长度方向开设有限位槽，活动块10延伸至滑槽11的内侧后，其两侧设置有与限位槽相适配的限位块，此处进一步的设置有限位槽及限位块，其目的是当信息采集模块随支撑座调节转动时，限位块可卡合于限位槽的内侧，避免本装置发生松动、分离的情况。
33.本实施例中：连杆机构8包括与第一舵机201转轴相连接的第一连接杆801，以及和支撑部铰接的第二连接杆802，第一连接杆801与第二连接杆802相接处，其二者铰接，此处进一步的参考附图3-4，此处利用第一连接杆及第二连接杆，可达到对支撑座角度调节，使其伸出或回收至防护壳内部。
34.本实施例中：当检测到刀具6处于磨损状态时，终端上位机发送反馈命令，此时本领域技术人员及时对刀具进行更换。
35.本实施例中：支撑座9的顶部安装有保护壳5，且该保护壳5的长度方向两侧皆开设有开口，此处进一步设置有保护壳，其目的是对信息采集模块进行保护，避免外界不可控因素对其造成损坏，且此处进一步限定保护壳上有开口，其目的是便于信息采集模块对刀具进行信息采集，更进一步的便于第二驱动组件及伸缩内杆等结构的活动调节。
36.本技术技术方案还包括：led环形点阵光源结构，由led环形点阵光源，安装在信息采集模块上，主要作用在于增加图像采集时的光照，避免被检测刀具反光严重或者光照不足的情况，提高所采集的图片质量，保障判别效果。
37.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。