一种用于刀具的可伸缩式立体视觉检测装置

1.本实用新型涉及刀具磨损检测装置，尤指一种可伸缩式立体视觉检测装置，并实现刀具在机检测以及刀具半径在线补偿。


背景技术：

2.在自动化生产过程中，数控机床的刀具磨损状态直接影响产品的加工质量和加工效益，刀具状态监测技术关系到产品的加工成本，制造设备的正常运行和产品的质量。传统的刀具磨损检测依赖于人工判断或者停机检测，这两种检测方式虽然在一定程度上减少刀具磨损造成的损失，但测量周期长、精度不稳定、干涉机床的正常运行，因此，在生产制造时，定时掌握制造系统的刀具磨损情况，尤为重要。
3.实用新型专利：cn201820996084.2公开一种刀具磨损在线检测装置，提出了安装于工作台的刀具磨损在线检测装置；其安装于机床工作台，占用机床内部空间，影响机床加工过程；且机床内部环境恶劣，该检测装置虽装有保护罩，但工业相机仍易受冷却液和切屑喷溅而破坏。
4.实用新型专利：cn201120143050.7公开一种自动伸缩式刀具检测装置，提出了利用气缸实现检测装置的伸出和缩回；采用气缸作为传动机构，其伸缩比仅为1:1，且伸缩比无法扩展，需占用较大的安装空间。
5.发明专利：cn 202110828278.8公开一种加工中心用刀具实时检测装置及其检测方法，通过软体机械臂上视觉图像采集系统对刀具图像进行采集，再判别刀具磨破损级别，以此达到对刀具进行检测的目的，使用时无需取下刀具；但其采用专门用于检测软体机械臂，需专门为机械臂腾出工作空间，且机械臂成本较高，不利于推广。
6.发明专利：cn201811050334.4公开一种回转刀具的在机视觉检测方法及其检测装置，提出视觉检测装置安装于摆臂上，通过摆臂回转运动实现刀具在机检测；该检测装置安装于机床侧板内壁上，占用机床内部空间，虽装有保护罩，工业相机仍易受冷却液和切屑喷溅的影响。


技术实现要素：

7.本实用新型旨在提供一种刀具可伸缩式立体视觉检测装置，通过传动装置的直线运动，将视觉检测装置移至机床主轴正下方，在不取下刀具的情况下，采用双摄像头对刀具进行图像拍摄并运用计算机分析求得刀具磨损状态，定时检测并判断刀具是否可继续使用。
8.为达上述目的，本实用新型公开了一种用于刀具的可伸缩式立体视觉检测装置，具有视觉检测装置a、传动装置b和收线装置c，所述视觉检测装置 a安装在所述传动装置b上，所述收线装置c与所述传动装置b连接，所述收线装置c驱动所述传动装置b伸缩从而带动视觉检测装置a移动。
9.进一步地，所述视觉检测装置a包括工业相机1、相机支架2、检测电机 3、电机支架
4、联轴器5、同步带6、连接轴7、空心轴8、碗状光源9、检测平台10；其中，检测电机3安装于电机支架4上，通过联轴器5与同步带 6连接，驱动连接轴7；分布于水平和竖直两方向上的两台工业相机1分别固定在对应的相机支架2上，竖直方向上的工业相机1在空心轴8中心，空心轴8与相机支架2固定在连接轴7上，碗状光源9套在竖直方向的工业相机1 上。
10.进一步地，所述传动装置b包含驱动电机13、丝杆模组17、驱动轴24、直线导轨21、连接杆19；其中，驱动电机13通过联轴器与丝杆模组17连接，丝杆模组17与直线导轨21固定在装置支架上，驱动轴24通过固定座与丝杆模组17的滑块连接，驱动轴24用于驱动连接杆19，若干连接杆19相互交错组成菱形机构，在驱动轴24和直线导轨21的引导下，实现直线伸缩运动。
11.进一步地，所述收线装置c包括收线盘25、收线支架26、带连接块14、固定座15、传动带16；收线支架26固定在装置支架12上，收线盘25通过连接轴固定在收线支架26上，带连接块14与驱动轴24连接用于带动三组传动带16转动，进而驱动收线盘25转动。
12.进一步地，还包括保护装置d和支撑装置e；所述视觉检测装置a、传动装置b和收线装置c设置在所述保护装置d的内部，所述装置支架12支撑在所述支撑装置e上。
13.进一步地，所述保护装置d包括保护壳28、气缸30、气缸滑块31、气缸连接板32、密闭门33、气缸导轨34；气缸30和气缸导轨34固定在支撑面板 27上，密闭门33通过气缸连接板32与气缸滑块31连接，密闭门33在气缸 30的带动下左右滑动，实现密闭门33关闭和开启动作。
14.进一步地，所述支撑装置e包括支撑面板27、支撑底座35、加强筋36；支撑面板27安装在数控铣床侧板29的窗口位置；装置支架12固定在支撑面板27上。
15.本实用新型所公开的一种可伸缩式立体视觉检测装置，采用直线运动方式，连杆机构由若干连接杆相互交错配合组成。连杆机构伸缩性强，伸缩比可达1:5以上，可简化装置占用的空间；相较于其他在机检测方案，机构伸缩比可调节扩展，伸缩性强，检测装置安装于机床侧板外部，不占用机床内部空间，不干扰机床的正常加工过程，防止工业相机受机床内部的恶劣环境影响；相较于传统的刀具检测方式，实现刀具在机检测，无需从机床取下刀具，节省了检测时间。
附图说明
16.图1为伸缩式立体视觉检测装置系统总体结构示意图
17.图2为伸缩式立体视觉检测装置各部分结构示意图；
18.图3为伸缩式立体视觉检测装置主体视觉检测装置示意图；
19.图4为伸缩式立体视觉检测装置传动装置与收线装置示意图；
20.图5为伸缩式立体视觉检测装置停止状态示意图；
21.图6为伸缩式立体视觉检测装置的保护装置示意图。
22.视觉检测装置a、传动装置b、收线装置c、保护装置d、支撑装置e、工业相机1、相机支架2、检测电机3、电机支架4、联轴器5、同步带6、连接轴7、空心轴8、碗状光源9、检测平台10、滑块11、装置支架12、驱动电机13、带连接块14、固定座15、传动带16、丝杆模组17、辅助滑轨18、连接杆19、连接轴20、直线导轨21、线缆22、线缆挂环23、驱动轴24、收线盘25、收线支架26、支撑面板27、保护壳28、铣床侧板29、气缸30、气缸滑块31、气缸连接板32、密闭门
33、气缸导轨34、支撑底座35、加强筋36。
具体实施方式
23.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“周向”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，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。
25.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
27.如图1-2所示，本实用新型提供了一种用于刀具的可伸缩式立体视觉检测装置，包括视觉检测装置a、传动装置b和收线装置c，还可以进一步包括保护装置d和支撑装置e。
28.如图5所示，本实用新型的可伸缩式立体视觉检测装置安装在数控铣床侧板29窗口的外部。检测开始时，利用机床自带的清洁装置(如高压气枪) 对刀具进行初步的清洁工作，清洁工作完成后，先由开启密闭门33，通过传动装置b的直线运动，将视觉检测装置a移至机床主轴正下方，在不取下刀具的情况下，采用竖直和水平两方向上的双工业相机对刀具进行图像拍摄并运用计算机分析求得刀具磨/破损状态，定时检测并判断刀具是否可继续使用；检测结束后，视觉检测装置a缩回保护罩28内并关闭密闭门33。详细参见图1至图6所示。
29.本实用新型所述的视觉检测装置a包括工业相机1、相机支架2、检测电机3、电机支架4、联轴器5、同步带6、连接轴7、空心轴8、碗状光源9、检测平台10等。其中，检测电机3安装于电机支架4上，通过联轴器5与同步带6连接，驱动连接轴7；分布于水平和竖直两方向上的两台工业相机1分别固定在对应的相机支架2上，其中，竖直方向上的工业相机1在空心轴8 中心，空心轴8与相机支架2固定在连接轴7上，碗状光源9套在竖直方向的工业相机1上。检测时，由竖直方向的工业相机拍摄刀具的底刃面图像，以便于进行刀具角度定位；检测电机3的带动水平方向工业相机1旋转，并拍摄提取刀具的侧刃面图像。
30.本实用新型所述的传动装置b包含驱动电机13、丝杆模组17、驱动轴24、直线导轨21、连接杆19等。其中，驱动电机13通过联轴器与丝杆模组17连接，丝杆模组17与直线导轨21固定在装置支架上，驱动轴24通过固定座与丝杆模组17的滑块连接，驱动轴24用于驱动连接杆19。其中，若干连接杆 19相互交错组成菱形机构，在驱动轴24和直线导轨21的引导
下，实现直线伸缩运动；
31.本实用新型所述的收线装置c包括收线盘25、收线支架26、带连接块14、固定座15、传动带16等。收线支架26固定在装置支架12上，收线盘25通过连接轴固定在收线支架26上；其中，带连接块14与驱动轴24连接用于带动三组传动带16转动，进而驱动收线盘25转动，实现一个电机动力源的多用途。
32.本实用新型所述的保护装置d包括保护壳28、气缸30、气缸滑块31、气缸连接板32、密闭门33、气缸导轨34等。气缸30和气缸导轨34固定在支撑面板27上，密闭门33通过气缸连接板32与气缸滑块31连接。密闭门33 在气缸30的带动下左右滑动，实现密闭门33关闭和开启动作。
33.本实用新型所述的支撑装置e包括支撑面板27、支撑底座35、加强筋36。支撑面板27安装在数控铣床侧板29的窗口位置；装置支架12固定在支撑面板27上。
34.上述刀具视觉检测装置与其他各部件组成检测系统总体结构，如图6所示。其中，所述检测过程为：加工周期完成后，打开装置密闭门，视觉检测装置伸入机床，使竖直方向工业相机的中心置于主轴刀具中心的正下方；以竖直方向工业相机拍摄刀具底刃面，获得刀具底刃面图像；对刀具底刃面图像进行分析处理，获得各刀刃的磨/破损情况，以及各刀刃所在位置的角度；参考各刀刃角度，以水平方向工业相机拍摄刀具侧刃面，获取各侧刀刃图像；获取图像完毕后，将底刃面图像和刀具侧刃面图像进行图像预处理以及边缘特征提取，判断刀具磨/破损类型与刀具磨损量，据此判断刀具是否可用或是否需要更换新刀，并实现刀具半径在线补偿；刀具图像拍摄完成后，视觉检测装置缩回保护罩内并关闭密闭门；单次检测完毕后，判断机床加工是否结束，若加工未结束则继续下一加工周期，并开始新一轮刀具检测，重复以上步骤，直至机床加工结束。
35.本实用新型实施例更具体的伸缩式立体视觉检测步骤如下：
36.1.机床加工周期结束后，机床主轴刀具移动至指定的合适高度，利用机床自带的清洁装置(如冷却油管、高压气枪等)对刀具进行初步的清洁工作；
37.2.待清洁工作完成后，先由安装在支撑面板27上的气缸30驱动气缸连接板32，以开启密闭门33；
38.3.由传动装置b的丝杆模组17带动连接杆19做伸缩式直线运动，使视觉检测装置a伸进机床内部主轴刀具正下方，机床主轴将刀具下移至检测区域；
39.4.视觉检测装置a进行刀具图像拍摄，以源进行打光，以竖直方向工业相机拍摄刀具底刃面，获得刀具底刃面图像；以水平方向工业相机拍摄刀具侧刃面，获取侧刀刃图像；
40.5.待图像拍摄结束后，在传动装置b中的丝杆模组17驱动下，视觉检测装置a回缩至保护装置d内部，同时线缆22在收线装置e的引导下也一并缩回，关闭密闭门33；
41.6.获取图像完毕后，将底刃面图像和刀具侧刃面图像进行图像预处理以及边缘特征提取，判断刀具磨/破损类型与刀具磨损量；
42.7.判断刀具是否可用并将检测结果反馈给数控机床，若刀具已破损或超出磨损范围，则需更换新刀具，若刀具磨损在允许范围内，自动进行刀具半径在线补偿；
43.8.单次检测完毕后，判断机床加工是否结束，若加工未结束则继续下一加工周期，并开始新一轮刀具检测，重复以上步骤，直至机床加工结束。
44.本实用新型具有如下效果：
45.1、采用具有大伸缩比的直线传动方式，其运动行程的伸缩比可达1:5以上，且伸缩比可根据需要进行扩展。所述的传动方式由若干连杆相互交错装配而成的连杆传动机构与滚珠丝杆模组组成，其运动行程伸缩比可根据连杆节数进行调节扩展；由于该传动方式具有大伸缩比的特点，刀具伸缩式立体视觉检测装置可安装于机床侧壁窗口外，不占用机床内部空间，且占用机床外部空间小。
46.2、视觉检测装置由传动装置的伸缩运动带动，进入机床内部主轴刀具正下方进行刀具视觉检测，无需取下主轴的刀具，即可实现刀具在线在机检测。
47.3、视觉检测装置可缩回位于机床侧壁外部的保护罩内，保证工业相机与机床内部的恶劣环境分离，解决了镜头易受冷却液、油雾和切屑破坏的问题。
48.4、收线装置与传动装置共用一个电机，其优点在于一个动力源多用，避免机构冗余，使整体装置结构紧凑；收线装置上的收线圆盘可跟随传动装置的直线伸缩运动，对检测装置中的线缆进行释放与收集。
49.在此需要说明，上述对图像的处理分析或者具体处理算法过程不在本技术的保护重点，其可以采用现有技术实现，也可以采用创新技术实现，对本技术的关键技术并未产生效果，因此不再详细描述。
50.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。