一种数控刀具磨损状态视觉检测装置及方法

本发明属于机床刀具检测，具体涉及一种数控刀具磨损状态视觉检测装置及方法。

背景技术：

1、数控机床是现代制造业中的关键设备，而刀具作为机床的重要组成部分，其磨损状态直接影响加工精度和生产效率，现有的数控机床刀具磨损状态检测装置主要依赖人工检测或简单的自动化系统。

2、现有的数控机床刀具检测装置存在以下技术问题：

3、1、图像采集不全面导致最后检测精度低，刀具磨损可能发生在不同的区域和方向，现有的视觉检测系统往往只能从单一视角进行检测且图像采集效果差，无法精确全面评估刀具的磨损状态；

4、2、缺乏自动化流程，导致检测工作繁琐；为此我们提出一种数控刀具磨损状态视觉检测装置及方法；

5、3、检测效率低，传统的检测方法在对刀具进行检测时，往往需要手动更换刀具和调整检测位置，检测效率较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种数控刀具磨损状态视觉检测装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数控刀具磨损状态视觉检测装置，包括检测箱、显示模块、定位模块、检测模块、中央处理模块，所述检测箱的侧面设有显示处理器，所述检测箱的内部设有夹持组件与检测组件；

3、显示模块根据刀具型号信息，匹配合适的放置槽检测口；

4、定位模块通过控制夹持组件将刀具放置在放置槽检测口内进行检测；

5、检测模块控制检测组件对放置槽检测口内的刀具进行检测，获取刀具的磨损值以及磨损程度等级；

6、中央处理模块用于连通各个模块之间的配合关系，并进行指令发送，以及控制显示处理器进行数据显示，数据输入。

7、优选的，所述夹持组件包括连接板，所述连接板的内部设有电动滑槽，所述电动滑槽的内部滑动连接有电动滑板，两个所述电动滑板之间设有闭合板，所述闭合板的正表面设有显示灯，两个所述连接板之间设有夹持板，所述夹持板的表面设有第一电动滑轨，所述第一电动滑轨的内部滑动连接有电动滑块，所述电动滑块靠近夹持板中心的一端设有电动滚轮。

8、优选的，所述检测组件包括后箱板，所述后箱板的内表面上下两侧均设有第二电动滑轨，所述第二电动滑轨的内部通过电动连接滑块滑动连接有第三电动滑轨，所述第三电动滑轨的侧面设有照明灯，所述第三电动滑轨的内部滑动连接有电动铰接滑台，所述电动铰接滑台的内部转动连接有高清摄像仪，所述高清摄像仪的上表面设有补光灯。

9、优选的，所述检测箱的正面设有前箱板，所述检测箱与前箱板之间设有合页，所述前箱板的表面设有若干个放置槽。

10、优选的，所述显示模块根据刀具型号信息，匹配合适的放置槽检测口的过程为：

11、101－获取前箱板上所有放置槽的编号；

12、102－获取刀具的型号规格信息，将刀具的型号规格信息与放置槽检测层对应的夹持组件夹持范围区间值进行匹配，得到能对刀具进行检测的匹配检测层；

13、103－匹配检测层对该层放置槽检测口进行自检，具体过程为；

14、103-1：放置槽检测口为空，显示灯显示绿灯；

15、103-2：放置槽检测口内有待检测的刀具，显示灯显示黄灯，若放置槽检测口内的待检测的刀具正在进行检测，显示灯黄灯闪烁显示；

16、103-3：放置槽检测口内的刀具已经完成检测，显示灯显示红灯；

17、104－将显示灯显示绿灯和红灯对应的放置槽编号发送至中央处理模块，中央处理模块控制显示处理器进行显示，工作人员根据需求通过显示处理器选择需要开启的放置槽编号，选择完成后中央处理模块生成编号对应的开启指令发送至定位模块。

18、优选的，所述定位模块通过控制夹持组件将刀具放置在放置槽检测口内进行检测的过程为：

19、201－定位模块接收到编号对应的开启指令时，需要开启放置槽对应的电动滑板带动闭合板移出放置槽，工作人员将机床刀具放置在闭合板圆形槽内，并向闭合板圆形槽的方向进行挤压；

20、202－当闭合板圆形槽处压力值大于预设挤压压力值时，定位模块控制闭合板处的电动滑块带动着电动滚轮向刀具刀柄的方向移动，进行挤压夹持，当电动滚轮处的压力值达到预设固定压力值时，电动滑块停止带动着电动滚轮继续移动，完成刀具刀柄初步夹持工作，初步夹持工作完成后，生成初步夹持完成信号发送至定位模块；

21、203－定位模块接收到初步夹持完成信号时，生成闭合指令，使电动滑块带动着刀具向夹持板的方向移动，使机床刀具穿过夹持板中部的圆形通槽，当检测到刀具的刀头穿过圆形通槽后，夹持板处的第一电动滑轨、电动滑块以及电动滚轮会进行配合再次对刀具刀柄进行夹持，即电动滚轮处的压力值达到预设固定压力值表示夹持稳定，夹持的稳定性后，生成夹持完成信号发送至中央处理模块，中央处理模块生成放置槽对应待检指令发送至检测模块，并生成黄灯显示指令发送至显示模块，显示模块控制放置槽对应的显示灯进行黄灯显示。

22、优选的，所述检测模块控制检测组件对放置槽检测口内的刀具进行检测，获取刀具的磨损值以及磨损程度等级的具体过程为：

23、301－根据接受待检指令时间先后，对所有待检指令对应的放置槽进行检测顺序排序，并将即将要进行检测的刀具对应的放置槽标记为检测放置槽；

24、302－根据检测放置槽位置信息，检测模块控制高清摄像仪在第二电动滑轨与第三电动滑轨的作用下，移动到正对检测放置槽内刀具刀头中心的位置；

25、303－位置移动完成后，中央处理模块生成照明指令发送至检测模块，检测模块控制照明灯打开，对检测放置槽处的刀具进行照明，同时采集检测放置槽处的光照强度，当采集检测放置槽处的光照强度值低于预设光照强度区间值时，中央处理模块生成补光灯开启指令，使补光灯开启，并控制补光灯开启的亮度，使检测放置槽处的光照强度处于预设光照强度区间值内；

26、304－当检测放置槽处的光照强度处于预设光照强度区间值内时，检测模块控制高清摄像仪对刀具刀头的图像拍摄t组，其中t为自然数，刀头图像采集完成后，将竖直方向上放置槽与放置槽之间的竖直距离标记为h，然后使高清摄像仪在第三电动滑轨内向上移动二分之一h的高度；

27、305－以高清摄像仪距离刀具刀头的尾端为第一直角边，以高清摄像仪距离刀具中心线的竖直高度为第二直角边，构成直角三角形，获取斜边与第二直角边之间的夹角度数a；

28、306－通过控制电动铰接滑台使高清摄像仪向下转动90度减去a后的角度，转动完成后，重新执行步骤303；

29、步骤303执行完之后，通过高清摄像仪对刀具的刀身进行图像采集，采集过程中，高清摄像仪每对刀身拍摄b组图像，其中b为自然数，检测放置槽内对应的电动滚轮便会带动着刀具转动九十度，直至刀具转动三百六十度后，刀身图像采集完成；

30、307-对每张刀头图像与刀身图像进行预处理操作，提取每张刀头图像与刀身图像中的角点图像特征，分别提取每张刀头图像与刀身图像中的角点处的锐度ta、对比度tb、亮度tc,利用公式：，得到图像的质量评估系数，其中t1、t2、t3为预设权重系数，i为刀头图像的编号，i=1，2，3，……，t，n=1，2，3，……，b，利用图像质量评估系数从t组刀头图像中选取一组图像质量评估系数最大的刀头图像作为刀头磨损分析图像；

31、将刀身图像分别标记为0度方向刀身图像、90度方向刀身图像、180度方向刀身图像和270度方向刀身图像，利用图像质量评估系数从b组0度方向刀身图像、b组90度方向刀身图像、b组180度方向刀身图像和b组270度方向刀身图像中各选出一组图像质量评估系数最大0度方向刀身图像、90度方向刀身图像、180度方向刀身图像和270度方向刀身图像作为刀身磨损分析图像；

32、308－将刀头磨损分析图像与刀身磨损分析图像进行拼接构成一个完整的刀具磨损分析图像；

33、309－对刀具磨损分析图像应用边缘检测算法，获取刀身的磨损边界，对刀身磨损区域的长度、宽度和深度进行获取，将刀身磨损区域的长度、宽度和深度分别于预设标准对应区域的长度、宽度和深度进行作差，得到刀身磨损区域的长度偏值cp、刀身磨损区域的宽度偏值kp、刀身磨损区域的深度偏值sp；

34、获取对刀具磨损分析图像中刀尖半径、切削刃的直线度，同时与预设标准刀尖半径、切削刃的直线度进行作差，得到刀尖半径磨损偏差值db、切削刃的直线度磨损偏差值dz；

35、利用公式，，得到刀具的磨损值msz，其中k1到k5是权重系数，将刀具的磨损值msz与预设磨损程度等级进行匹配，得到刀具的磨损程度等级，每个预设磨损程度等级对应一个刀具的磨损值区间；

36、同时将刀具的磨损值以及磨损程度等级发送至显示处理器中进行储存，并生成红灯显示指令发送显示模块，显示模块接收指令后使检测放置槽对应的显示灯进行红灯显示，工作人员可通过显示处理器调取完成检测刀具的磨损值以及磨损程度等级；

37、310－检测放置槽对应的显示灯进行红灯显示后，生成继续检测指令发送至检测模块，检测模块将重新执行s3的步骤。

38、优选的，所述一项所述的数控刀具磨损状态视觉检测装置的检测方法，包括以下步骤：

39、步骤一，对刀具进行检测时，将刀具的型号通过显示处理器输入到中央处理模块中，中央处理模块将刀具型号信息发送至显示模块，显示模块根据刀具型号信息后，匹配合适的放置槽检测口，工作人员根据通过显示处理器选择需要开启的放置槽编号，选择完成后中央处理模块生成编号对应的开启指令发送至定位模块；

40、定位模块接受放置槽编号对应的开启指令后，通过控制夹持组件将刀具移动到检测箱内并进行夹持，即电动滚轮处的压力值达到预设固定压力值表示夹持稳定，夹持的稳定性后，生成夹持完成信号发送至中央处理模块；

41、步骤二，中央处理模块生成放置槽对应待检指令发送至检测模块，检测模块接收到待检指令后，检测模块控制高清摄像仪在第二电动滑轨与第三电动滑轨的作用下，对检测放置槽内刀具刀头与刀身的图像进行采集，然后对采集的刀头图像与刀身图像进行处理，拼接构成一个完整的刀具磨损分析图像；

42、步骤三，对刀具磨损分析图像进行分析，得到刀具的磨损值，将刀具的磨损值msz与预设磨损程度等级进行匹配，得到刀具的磨损程度等级，同时将刀具的磨损值以及磨损程度等级发送至显示处理器中进行储存，工作人员可通过显示处理器调取完成检测刀具的磨损值以及磨损程度等级。

43、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

44、（1）、该一种数控刀具磨损状态视觉检测装置及方法，利用照明灯、补光灯与检测模块的配合可实现对高清摄像仪拍摄的刀具进行智能化补光，确保在不同光照条件下都能获得清晰的图像，提高了检测的可靠性，高清摄像仪在对刀具进行检测时，检测模块会控制着刀具转动，进而可便于对刀具图像的全面采集，同时配合着第三电动滑轨、电动铰接滑台调整高清摄像仪的拍摄角度，进一步增加了对刀具刀身的拍摄的效果，以及图像采集效果，通过此种图像采集方式，可大大增加视觉检测刀具磨损程度的准确性。

45、（2）、该一种数控刀具磨损状态视觉检测装置及方法，显示模块、定位模块、检测模块和中央处理模块与夹持组件与检测组件的配合，实现了刀具的自动化检测，大大降低了对刀具进行检测的繁琐性。

46、（3）、该一种数控刀具磨损状态视觉检测装置及方法，前箱板设有多层放置槽，每层对应不同规格的刀具夹持范围，使得装置能够适应多种型号和规格的刀具检测需求，同时可自动匹配适合刀具的进行检测的放置槽，当刀具放置在放置槽内时，可自动连续对放置槽内的刀具进行检测，大大提高了检测效率。

技术特征：

1.一种数控刀具磨损状态视觉检测装置，包括检测箱（10）、显示模块、定位模块、检测模块、中央处理模块，其特征在于：所述检测箱（10）的侧面设有显示处理器（14），所述检测箱（10）的内部设有夹持组件（20）与检测组件（30）；

2.根据权利要求1所述的一种数控刀具磨损状态视觉检测装置，其特征在于：所述夹持组件（20）包括连接板（21），所述连接板（21）的内部设有电动滑槽（22），所述电动滑槽（22）的内部滑动连接有电动滑板（23），两个所述电动滑板（23）之间设有闭合板（24），所述闭合板（24）的正表面设有显示灯（25），两个所述连接板（21）之间设有夹持板（26），所述夹持板（26）的表面设有第一电动滑轨（27），所述第一电动滑轨（27）的内部滑动连接有电动滑块（28），所述电动滑块（28）靠近夹持板（26）中心的一端设有电动滚轮（29）。

3.根据权利要求2所述的一种数控刀具磨损状态视觉检测装置，其特征在于：所述检测组件（30）包括后箱板（31），所述后箱板（31）的内表面上下两侧均设有第二电动滑轨（32），所述第二电动滑轨（32）的内部通过电动连接滑块滑动连接有第三电动滑轨（33），所述第三电动滑轨（33）的侧面设有照明灯（34），所述第三电动滑轨（33）的内部滑动连接有电动铰接滑台（35），所述电动铰接滑台（35）的内部转动连接有高清摄像仪（36），所述高清摄像仪（36）的上表面设有补光灯（37）。

4.根据权利要求3所述的一种数控刀具磨损状态视觉检测装置，其特征在于：所述检测箱（10）的正面设有前箱板（11），所述检测箱（10）与前箱板（11）之间设有合页（12），所述前箱板（11）的表面设有若干个放置槽（13）。

5.根据权利要求4所述的一种数控刀具磨损状态视觉检测装置，其特征在于：所述显示模块根据刀具型号信息，匹配合适的放置槽（13）检测口的过程为：

6.根据权利要求5所述的一种数控刀具磨损状态视觉检测装置，其特征在于：所述定位模块通过控制夹持组件（20）将刀具放置在放置槽（13）检测口内进行检测的过程为：

7.根据权利要求6所述的一种数控刀具磨损状态视觉检测装置，其特征在于：所述检测模块控制检测组件（30）对放置槽（13）检测口内的刀具进行检测，获取刀具的磨损值以及磨损程度等级的具体过程为：

8.一种如权利要求1-7任意一项所述的数控刀具磨损状态视觉检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种数控刀具磨损状态视觉检测装置及方法，属于机床刀具检测技术领域，用于解决图像采集不全面、检测工作繁琐的问题；包括检测箱、显示模块、定位模块、检测模块、中央处理模块；利用照明灯、补光灯与检测模块的配合可实现对高清摄像仪拍摄的刀具进行智能化补光，确保在不同光照条件下都能获得清晰的图像，提高了检测的可靠性，高清摄像仪在对刀具进行检测时，检测模块会控制着刀具转动，进而可便于对刀具图像的全面采集，同时配合着第三电动滑轨、电动铰接滑台调整高清摄像仪的拍摄角度，进一步增加了对刀具刀身的拍摄的效果，以及图像采集效果，通过此种图像采集方式，可大大增加视觉检测刀具磨损程度的准确性。

技术研发人员：彭锐涛,陈美良,高江雄,唐新姿,赵林峰,黄晓芳,陈祥
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23