CN101319880A - 一种钻头芯厚检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

一种钻头芯厚检测方法和装置，是在装设有待测钻头之钻头台上方设置一影像检测系统，设于钻头台上之待测钻头则通过一驱动装置带动其转动以改变钻头轴线与影像光轴的交角，同时使待测钻头沿轴线进退及沿轴线旋转，然后将影像检测系统中摄像头对钻头轴线上任一点进行扫描拍摄，并将其检测所得信号送入控制系统进行分析计算，从而得到钻头轴线方向上任一位置芯厚。本发明采用非接触式测量方法检测，检测精度高、速度快，参数设置灵活，操作简单方便，检测出的数据还可通过计算机统计、分析，非常方便。

Description

一种钻头芯厚检测方法及检测装置

技术领域

本发明属于钻头检测领域，尤其涉及一种采用影像技术非接触式检测钻头两沟槽芯厚之检测方法及由该方法所设计的检测装置。

背景技术

在机加工领域里，随着钻头行业尤其是微钻行业的迅猛发展，钻头制造商对钻头的质量要求越来越高，而钻头的精度直接影响钻加工产品的质量。在微钻检测中，传统方法是通过破坏式将成品钻头截面磨掉之后再用显微镜进行平面测量来检测芯厚值或是用接触式检测微钻的芯厚值方法，这种测量方法存在工作强度大、效率低、稳定性差且容易损坏产品的缺点，特别是对于检测钻头直径在Φ0.6以下时，按传统检测的方法更是无法保证检测的精度及提高生产效率，所以目前的测量方法越来越不能满足现代生产的需求。

目前，已有采用影像系统对钻头刀刃外径进行测量的方法及设备，其是通过影像视觉器截取钻刃的刀刃影像面积，以作为判别钻刃为良品或不良品的依据，完成检测功能。但上述方法仅适用于钻刃外径的检测，且要求钻刃为等径及等芯厚的产品。然而，现有技术中，在轴向方向上之非等外径及非等芯厚的微钻已得到广泛的应用，而目前缺乏对这种结构形式的微钻进行检测的设备。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种微钻芯厚检测方法，旨在解决目前现有技术中无轴向方向上之非等外径及非等径芯厚的微钻检测设备的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种钻头芯厚检测方法，是在装设有待测钻头之钻头台上方设置一影像检测系统，设于钻头台上之待测钻头则通过一驱动装置带动其转动以改变钻头轴线与影像光轴的交角，同时使待测钻头沿轴线进退及沿轴线旋转，然后将影像检测系统中摄像头对钻头轴线上任一点进行扫描拍摄，并将其检测所得信号送入控制系统进行分析计算，从而得到钻头轴线方向上任一位置芯厚。

本发明实施例的另一目的在于提供一种微钻芯厚检测装置，包括影像检测系统、用于控制所述影像检测系统和其他部件动作之控制系统，以及用于支承上述各部件之机架部分，其特征在于：所述机架部分上设有可带动钻头置放台转动以改变钻头轴线与影像光轴的交角之转台旋转机构、可带动待测钻头做纵向轴线方向进给以改变检测位置之钻头位移机构，以及可带动待测钻头绕自身轴线转动以扫描检测截面之间之沟槽之峰谷之钻头旋转机构，所述钻头位移机构及钻头旋转机构均装设于转台旋转机构上，其中所述钻头旋转机构固于钻头位移机构上且由其带动移动；所述影像检测系统之摄像头对应设置于所述钻头位移机构及钻头旋转机构上方，光源采用背光照明，位于所述钻头位移机构及钻头旋转机构下方，摄像头中心、待测钻头轴心线及影像检测系统光轴位于同一平面上。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性进步：

1)采用非接触式检测：采用影像技术进行非接触式检测，不会对被测钻头造成损伤，远优于传统的接触式或是破坏式检测方法；

2)自动定位检测。只需在相配套的软件上设置好相对应的参数即可自动完成全部的检测，检测精度高，速度快，很大程度上提高了生产效率，解决人工检测速度慢的问题；

3)测量元器件采用高像素、高精度的CCD相机及可变焦镜头，使得测量精度有很大提高，并且可以任意变焦来测量不同大小的钻头；

4)检测所得的数据可通过计算机自动进行统计、分析及保存，为品质部门对钻头质量进行分析评估提供了依据；

5)操作简单方便，设置好参数，把钻头装夹好按下“启动”按钮就可自动检测，且参数设置灵活，操作简单方便，系统具有数据采集，存储，传输，处理，分析，统计，显示打印功能；

6)机型设计小巧，不占用很大的空间且移动方便。

本发明不仅可检测钻头不同规格的芯厚值，还可以检测钻头成品的外径、锥度等，适用范围广。

附图说明

图1A是本发明方法原理图一；

图1B是本发明方法原理图二；

图1C是本发明方法原理图三；

图2A是本发明实施例提供的装置结构主视图；

图2B是本发明实施例提供的装置结构右视图；

图3A是本发明实施例提供的装置之机架结构主视图；

图3B是本发明实施例提供的装置之机架结构右视图；

图4A是本发明实施例提供的装置之转台旋转机构主视图；

图4B是本发明实施例提供的装置之转台旋转机构右视图；

图5A是本发明实施例提供的装置之钻头位移机构主视图；

图5B是本发明实施例提供的装置之钻头位移机构右视图；

图6A是本发明实施例提供的装置之钻头旋转机构主视图；

图6B是本发明实施例提供的装置之钻头旋转机构右视图；

图7A是本发明实施例提供的装置之影像检测系统主视图；

图7B是本发明实施例提供的装置之影像检测系统右视图；

图8是本发明实施例提供的控制系统原理框图；

图9(A)是钻头未旋转螺旋角前拍摄图像；

图9(B)是钻头左侧位测量第一沟槽的图像；

图9(C)是钻头左侧位测量第二沟槽的图像；

图9(D)是钻头右侧位测量第一沟槽的图像；

图9(E)是钻头右侧位测量第二沟槽的图像。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明首先提出了一种钻头芯厚检测方法，其是在装设有待测钻头之钻头台上方设置一影像检测系统，该影像检测系统上设有摄像头，与光源对应设置，同时与控制系统相连；在摄像头下方，设有一装有待测钻头之钻头台，如图1A、1B、1C所示，所述工作台通过一驱动装置带动转动，以改变钻头轴线与影像光轴的交角，这是因为钻头之沟槽是呈螺旋状环绕于其外表面，因此，在测定其轴线上任意位置的螺旋沟槽之峰谷值时，必须将钻头进行旋转才能实现，故而钻头台上之钻头应倾斜一定的角度才能保证影像射线能较准确地投射于该点位置时螺旋沟槽处，同时，由于需测定钻头轴线上不同位置的芯厚，故而在检测时还应使待测钻头沿其轴线间歇性移动及沿自身轴线旋转，旋转的目的亦是为了在使钻头在任一位置测定时，其影像射线能较准确地投射于该点位置时螺旋沟槽处，然后将影像检测系统中摄像头对该点进行扫描拍摄，并将其检测所得信号送入控制系统进行分析计算，从而得到钻头轴线方向上任一截面位置芯厚。

具体地，所述影像检测系统工作时可分别对钻头任一点两螺旋沟槽之峰谷值进行高频扫描检测，然后计算出钻头的同一横截面上两个沟槽的波谷平均值所在坐标值及两个沟槽的平均波峰值的坐标值，两者之间的差值即为两沟槽间的芯厚值。

基于上述检测方法，本发明还提供了一种钻头芯厚检测装置，如图2A、2B所示，所述钻头芯厚检测装置包括影像检测系统5、用于控制所述影像检测系统5和其他部件动作之控制系统6，以及用于支承上述各部件之机架部分1，其中：所述机架部分1上设有一转台旋转机构2，放置有待测钻头7之钻头置放台上固定于转台旋转机构2，可由该转台旋转机构2带动钻头置放台转动以改变钻头轴线与影像光轴的交角；在机架部分1上，还设有可带动待测钻头7做纵向轴线方向进给以适应不同的检测位置之钻头位移机构3，以及可带动待测钻头绕自身轴线转动以扫描检测截面之间之沟槽之峰谷之钻头旋转机构4，所述钻头位移机构3及钻头旋转机构4均装设于转台旋转机构2上，其中所述钻头旋转机构4固于钻头位移机构3上且由其带动移动；所述影像检测系统5上设有一摄像头，对应设置于所述钻头位移机构3及钻头旋转机构4之上方，光源8位于机架部分1上对应所设之台面上，采用背光照明，位于所述钻头位移机构3及钻头旋转机构4下方，摄像头中心、待测钻头轴心线及影像检测系统5之光轴位于同一平面上。

参见图3A、3B，所述机架部分1为整个装置各部件之支承和固定构件，包括一底座11以及设置于该底座11上之立柱12，所述立柱12设于底座11侧端，控制系统6位于立柱12旁边且置于底座11上平面，立柱12顶端装有上固定台13，所述上固定台13上水平设置有上平台14，位于立柱12侧壁上端，所述影像检测系统5固定于所述上平台14上；所述转台旋转机构2、钻头位移机构3及钻头旋转机构4均装于所述立柱12侧壁下端；在所述底座11上表面，还设有一下平台15，光源8设于该下平台15上，且位于影像检测系统5、钻头位移机构3及钻头旋转机构4下方。

参见图7A、图7B，所述影像检测系统5中包括CCD502以及置于该CCD502下端之镜头组件501，所述CCD502为电荷耦合器件，与控制系统6中用于记录拍摄图像数据并对数据进行处理的控制器相连，能够把光学影像转化为数字信号；所述镜头组件501含有可放大图像大小倍数的摄像头，所述CCD502通过支承机构固定，同时可调节摄像头位置。所述可调支承机构包括一固定架503、纵向调节装置、横向调节装置和上下调节装置，其中所述纵向调节装置设置于立柱12侧壁上端开设的上平台14上，所述横向调节装置设于纵向调节装置上，所述上下调节装置则装于纵向调节装置上，且与所述摄像头固定架503相连。

所述上下调节装置包括一支承板I 509、上下移动板512和调节螺钉I 510，所述上下移动板512连接摄像头固定架503，且与支承板I 509滑动连接，调节螺钉I 510固定在支承板I 509上，可顶触于所述上下移动板512上，拧动调节螺钉I 510，可使上下移动板512做上下垂向位移，从而可带动固定架503上下移动，以调整摄像头501之上下位置。所述横向移动装置包括一支承板II511、横向移动板513和调节螺钉II 508，所述横向移动板513底端与支承板II 511滑动连接，顶端固定在支承板I 509上(也可两者为同一零件)，所述调节螺钉II 508固定在支承板II 511上，可顶触于所述支承板I 509上，拧动调节螺钉II 508，可使支承板I 509相对于操作者的横向水平位移，同时可带动固定架503水平横向移动，以调整摄像头501之横向位置。所述纵向移动装置包括一支承板III 506、纵向移动板504和调节螺钉III 505，所述支承板III 506固定于立柱12侧壁上端上平台14上，所述纵向移动板504底端与支承板III 506滑动连接，顶端固定在支承板II 511上(也可两者为同一零件)，所述调节螺钉III 505固定在支承板III 506上，可顶触于所述纵向移动板504上，拧动调节螺钉III 505，可使纵向移动板504相对于操作者做纵向水平位移，同时可带动上下移动装置和横向移动装置纵向水平移动，进而带动固定架503水平横向移动，以调整摄像头501之纵向位置。可保证摄像头501中心、待测钻头7轴心线及影像检测系统5之光轴位于同一平面上。

参见图4A、4B，所述转台旋转机构2可提供钻头7的整体旋转，包括一转台22及步进电机I 23，所述转台22通过转台底座21固定于机架立柱12侧壁。所述步进电机I 23输出轴可连接减速机构，如皮带轮或其他动力传递构件，减速之动力输出轴与转台22转轴相连，可带动转台22转动，实现钻头不同角度检测。控制系统6可根据钻头7的螺旋角度设定转台22旋转角度，由PLC发指令至步进电机I 23，步进电机I 23可带动转台22旋转到设定的角度位置。

参见图5A、5B，所述钻头位移机构3提供钻头前进后退位移装置，便于检测钻头不同点的数据，包括滑台32及固定于转台22上之滑台固定座31，所述滑台固定座31上含有一导轨，滑台32可在该导轨上做直线滑移。所述滑台32的移动是通过一与之连接的步进电机II 33带动其做前后移动。钻头位移机构3可在控制系统6中设定钻头7位移量及检测位置，根据设定由PLC发出指令，步进电机II 33可带动滑台32自由的向前或向后滑动，从而带动钻头7沿着其轴向前进或后退，可检测钻头不同位置的芯厚。

参见图6A、6B，所述钻头旋转机构4是提供钻头7自由旋转的装置，包括设置于所述钻头位移机构3上之连接板44、步进电机III 43及钻头置放台41，所述连接板44固定于钻头位移机构3上之滑台32上，钻头置放台41装于连接板44上，其为带有V型槽之构件，钻头7放置于槽体斜面上，可自动对心。所述步进电机III 43安装于连接板44上，滑台32移动带动连接板44移动，从而带动整个钻头旋转机构4移动。在所述连接板44上，还设有一可抵触所述步进电机III 43之张紧弹簧45，该张紧弹簧45套于连接板44上所设之铰轴上，其弹性臂一端与连接板44对应所设的端面抵触，另一端与所述步进电机III 43外表面抵触；同时，在所述步进电机III 43输出轴上，通过一连接杆46连接有一压紧轮42，该压紧轮42与所述张紧弹簧45配合，可紧压于钻头7外表面，同时在步进电机III 43的带动下，压料轮42旋转，因钻头7与压料轮42接触，故压料轮42旋转带动钻头的旋转。

如图8所示，本发明装置控制系统6以PLC-CPU作为主控制单元，直接控制CCD502及分别与步进电机I 23、步进电机II 33、步进电机III 43相连的旋转驱动I，进给驱动和旋转驱动I，从而控制各个执行单元。

以步进电机I 23作为执行单元，步进电机I 23可控制钻头7在钻头置放台41之V型槽上旋转；以步进电机II 33作为位移控制单元，可控制滑台32移动的位移量，从而控制产品的检测位置；以步进电机III 43作为执行单元，可控制转台22的旋转，因滑台32装在转台22上，V型槽安装于滑台32上，则通过转台22的旋转改变钻头7的检测角度。

在PLC控制下，步进电机I23驱动带动钻头7在V型槽上旋转，CCD通过实时点阵扫描出钻头检测位置上的投影，并实时将扫描得出的信息存于影像控制器502中，控制器502将信息进行处理后传送到计算中对数据进行分析处理。

本发明还可外接计算机，计算机一方面通过串口通讯直接从CV控制器获取检测数据，并对数据进行处理及演算，另一方面还可完成对系统参数的设置。

本发明工作过程：

在进行测量前，首先要初始化测量设备，即按照各部件所要求的相互关系安装好整个系统，调整好镜头放大图像的倍数，对检测原点的校正设置。同时，在软件里设置相关参数，并在软件中记下设置对应位置坐标值。如图9所示，设置好检测位置后a，在软件里记下设置位置坐标值。

本发明所用的CCD及摄像头501垂直安装，光源8位于CCD及摄像头501的正下方，转台旋转机构2装置及待检测钻头7位于CCD，摄像头501及光源8之间，如图1A、1B所示。本发明主要是在CCD光轴垂直的左右侧位置对钻头7进行扫描拍摄得到图像及数据，所以钻头7在位于与CCD光轴垂直位置的左侧测量时，称之为钻头左侧位测量，如钻头7旋转至与CCD垂直位置的右侧时，称为钻头右侧位测量。

装置待检测的钻头7，因产品规格不同，在检测一种规格钻头前需对钻头7进行中心对位，钻头7原点位置不移动前，CCD对钻头7进行一次拍摄，并在计算机20中记下钻尖所在的坐标位置，参考中心位置的坐标值，再设定移动量，在PLC控制下，进给驱动器驱动步进电机II 33，步进电机II 33转动，带动滑台32移动，带动钻头7向CCD中心O处水平移动到设定位置(如图1A所示)，CCD对钻头7进行再次拍摄，拍摄所得的信号经处理输送到计算机，计算机记下该位置钻尖点对应的坐标值，计算此点的坐标值与第一次拍摄位置点的坐标值之间的差值，并计算出钻尖与中心点之间的差值，重复上述步骤，直到钻尖达到中心位置的范围内。

中心对位完成后，在PLC控制下，钻头位移机构3在PLC控制下将钻头7移至第一个设置位置点a，同时钻头旋转机构4根据设定，转台22旋转到指定位置——如图1B所示的S1位置。

CCD对钻头7进行左测位的第一检测点进行扫描拍摄，得出一沟槽波形图，影像控制器502将检测所得的信号进行处理并传送到计算机，计算机将根据检测条件对检测所得的数据进行分析计算，因在检测过程中钻头7一直处在旋转状态，故在左侧位测量时可检测到两个沟槽的同一位置上两个波谷值。如图9中(B)图像即为检测位置a的左侧位第一沟槽所扫描拍摄的图像，La1为左侧位检测时钻头第一沟槽a位置的波谷坐标值；(C)图像为检测位置a的左侧位第二沟槽所扫描拍摄的图像，La2为左侧位检测时钻头第二沟槽a位置的波谷标坐值。第一检测位置a左测位测量完成，在PLC控制下，转台22再旋转一个指定角度，带动钻头7旋转至S2位置(如图1C所示)，再用相同的方法对钻头7的a位置右侧位的沟槽进行测量，得到如图9中(D)、(E)所示的图像，并计算出a位置的两个沟槽波峰Ra1及Ra2所在的坐标值。

运用软件中如下公式计算出两沟槽的芯厚值。

E＝(Ra1+Ra2)/2-(La1+La2)/2

如设置有多个检测位置点，则在右侧位测量完成后，根据设定，滑台32带动钻头7向CCD中心位置O处移动到下一个设定的检测位置——如图1B所示的位置，用上述同样的方法开始检测钻头的波峰坐标，得出Rb1，Rb2的波峰值。右侧位第二位置点的波峰值检测完成，在PLC控制下转台22旋转又旋转到图1A中S1位置，并开始检测左侧位的钻头7第二位置点b处的波谷坐标值，得出波谷值Lb1，Lb2。

第三点，第四点，第五点.......芯厚检测方法与第一第二点检测位置一样。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种钻头芯厚检测方法，其特征在于：是在装设有待测钻头之钻头台上方设置一影像检测系统，设于钻头台上之待测钻头则通过一驱动装置带动其转动以改变钻头轴线与影像光轴的交角，同时使待测钻头沿轴线进退及沿轴线旋转，然后将影像检测系统中摄像头对钻头轴线上任一点进行扫描拍摄，并将其检测所得信号送入控制系统进行分析计算，从而得到钻头轴线方向上任一位置芯厚。

2、根据权利要求1所述的钻头芯厚检测方法，其特征在于：所述影像检测系统分别对钻头任一点两螺旋沟槽之峰谷值进行高频扫描检测，然后计算出钻头的同一横截面上两个沟槽的波谷平均值所在坐标值及两个沟槽的平均波峰值的坐标值，两者之间的差值即为两沟槽间的芯厚值。

3、一种钻头芯厚检测装置，包括影像检测系统、用于控制所述影像检测系统和其他部件动作之控制系统，以及用于支承上述各部件之机架部分，其特征在于：所述机架部分上设有可带动钻头置放台转动以改变钻头轴线与影像光轴的交角之转台旋转机构、可带动待测钻头做纵向轴线方向进给以改变检测位置之钻头位移机构，以及可带动待测钻头绕自身轴线转动以扫描检测截面之间之沟槽之峰谷之钻头旋转机构，所述钻头位移机构及钻头旋转机构均装设于转台旋转机构上，其中所述钻头旋转机构固于钻头位移机构上且由其带动移动；所述影像检测系统之摄像头对应设置于所述钻头位移机构及钻头旋转机构上方，光源采用背光照明，位于所述钻头位移机构及钻头旋转机构下方，摄像头中心、待测钻头轴心线及影像检测系统光轴位于同一平面上。

4、如权利要求3所述的钻头芯厚检测装置，其特征在于，所述机架部分包括一水平设置的平台以及设置于该平台一端之立柱，所述影像检测系统设置于立柱侧壁上端开设的平台上；所述转台旋转机构、钻头位移机构及钻头旋转机构装于所述立柱侧壁下端，所述控制系统装于机架部分平台上。

5、如权利要求3所述的钻头芯厚检测装置，其特征在于，所述影像检测系统包括摄像头及用于固定所述摄像头之可调支承机构，所述可调支承机构包括一固定架、纵向调节装置、横向调节装置和上下调节装置，其中所述纵向调节装置设置于立柱侧壁上端开设的平台上，所述横向调节装置设于纵向调节装置上，所述上下调节装置则装于纵向调节装置上，且与所述摄像头固定架相连。

6、如权利要求5所述的钻头芯厚检测装置，其特征在于，所述纵向调节装置、横向调节装置和上下调节装置均包括一移动件及可顶触于所述移动板且可使其移动之调节螺钉，其中，所述上下移动件连接摄像头固定架，且与支承板I滑动连接；所述横向移动件连接所述支承板I，且与支承板II滑动连接；所述纵向移动件连接所述支承板II，且与支承板III滑动连接，所述支承板III固定于立柱侧壁上端开设的平台上。

7、如权利要求3所述的钻头芯厚检测装置，其特征在于，所述转台旋转机构包括可由步进电机I带动转动、可放置待测钻头之转台，通过转台底座固定于机架侧壁。

8、如权利要求3所述的钻头芯厚检测装置，其特征在于，所述钻头位移机构包括设置于转台旋转机构上之滑台，所述滑台通过一与之连接的步进电机II带动其做前后移动。

9、如权利要求3所述的钻头芯厚检测装置，其特征在于，所述钻头旋转机构包括设置于所述钻头位移机构上之连接板及钻头置放台，所述连接板上安装可有带动钻头置放台上钻头转动之步进电机III。

10、如权利要求9所述的钻头芯厚检测装置，其特征在于，还包括一可抵触所述步进电机III之张紧弹簧，所述步进电机III输出轴上设有一可顶触钻头外表面之压紧轮，与所述张紧弹簧配合，同时带动钻头转动。

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