CN104117876B - 一种检查切削刀具是否断裂或磨损的方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检查切削刀具是否断裂或磨损的方法及其设备，具体涉及一种基于计算机视觉技术的图像处理系统。所述方法包括如下步骤：（1）待测工具进入检测位后，对刀具进行拍照，并将拍照所得的图像传送至视频解码器中，视频解码器对图像进行解码后送入图像处理芯片中；（2）图像处理芯片对接收到的图像进行处理与分析，提取待测刀具的待比对特征，并将待比对特征与正常刀具模板的特征进行比对；（3）若比对结果正常，则刀具继续工作，若比对结果出现异常，则发出机床停止信号并报警。本发明能快速、准确的检查到刀具是否发生磨损与断裂，整个检查过程成本低廉、操作简单、检测精准，节省了人力、物力、财力。

Description

一种检查切削刀具是否断裂或磨损的方法及其设备
技术领域
本发明涉及一种检查切削刀具是否断裂或磨损的方法及其设备，具体涉及一种基于计算机视觉技术的判断切削刀具是否断裂或磨损的图像处理系统。
背景技术
切削刀具在机械加工中属于消耗品，容易在使用中发生磨损与断裂，而随着自动化程度的提高，越来越多的加工过程不需要人值守，在此期间，一旦发生金属切削刀具的断裂与磨损，不但会产生不良品、浪费原料，严重时甚至会损坏设备，所以及时发现刀具的异常至关重要。对于丝锥和钻头类刀具，通常使用光纤传感器检测丝锥或钻头的尖端，但这种光纤传感器对车刀等类型的刀具无能为力；对于车刀等数控机床刀具的监控，通常是通过检测加工过程中轴向驱动电流或震动能量的变化，并将监测值同已知设定模型进行比对的方式实现监控功能，但是这种方式成本较高，检测时容易受到电网状况的影响，应用范围有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在机械加工中车刀等数控机床刀具断裂或磨损时易产生不良品、浪费原料、设备易损坏以及原有的检查车刀等数控机床刀具是否断裂或磨损的方法及设备成本较高，提供一种成本低廉、操作简单、检测精准、应用范围广泛的检查切削刀具是否断裂或磨损的方法及其设备。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种检查切削刀具是否断裂或磨损的方法，它包括如下步骤：（1）待测工具进入检测位后，对刀具进行拍照，并将拍照所得的图像传送至视频解码器中，视频解码器对图像进行解码后送入图像处理芯片中；（2）图像处理芯片对接收到的图像进行处理与分析，提取待测刀具的待比对特征，并将待比对特征与正常刀具模板的特征进行比对；（3）若比对结果正常，则刀具继续工作，若比对结果出现异常，则发出机床停止信号并报警。
所述的图像处理芯片对接收到的图像进行处理与分析，其中对图像的处理包括：图像降噪处理、图像直方图均衡或图像锐化中的任意一种。
所述的图像降噪处理是指：用中值滤波或平均值滤波的方法去除椒盐噪声种类的图像噪声污染；图像锐化中采用模板卷积和频域滤波方法。
所述的将待比对特征与正常刀具模板的特征进行对比时，采用模板匹配或神经网络的方法进行比对。
一种检查切削刀具是否断裂或磨损的设备，它包括对待测刀具进行拍照的刀具检查相机；所述的刀具检查相机将拍摄的图片送入机箱内的视频解码器中，视频解码器与图像处理芯片相连，图像处理芯片连接MCU，MCU与人机接口、接近开关传感器和存储器相连。
所述的刀具检查相机包括CCD或CMOS成像器件和镜头。
所述的MCU连接有照射待测刀具的光源，光源至少为一个LED。
所述的视频解码器与逻辑控制模块、晶振、电源和刀具检查相机相连接。
所述的存储器采用FLASH和SRAM，SRAM为图像处理芯片与MCU共享。
所述的MCU连接有报警器，报警器为三色声光报警器。
采用上述技术方案的本发明，切削刀具在机械加工中，在没有人值守的情况下，也能快速、准确的检查到刀具是否发生磨损与断裂，及时更换刀具，减少不良品的产生、减少原料的浪费，整个检查过程成本低廉、操作简单、检测精准，为使用单位节省人力、物力、财力。
附图说明
图1是本发明的设备结构示意图。
图2是本发明的总控制箱内部构成示意图；
图3是本发明的主程序流程图。
图4是本发明的刀具检测算法流程图。
图5是本发明使用流程图。
具体实施方式
本发明是一种检查切削刀具是否断裂或磨损的方法，它包括如下步骤：（1）待测工具进入检测位后，对刀具进行拍照，并将拍照所得的图像传送至视频解码器中，视频解码器对图像进行解码后送入图像处理芯片中；（2）图像处理芯片对接收到的图像进行处理与分析，提取待测刀具的待比对特征，并将待比对特征与正常刀具模板的特征进行比对；（3）若比对结果正常，则刀具继续工作，若比对结果出现异常，则发出机床停止信号并报警。
所述的图像处理芯片对接收到的图像进行处理与分析，其中对图像的处理包括：图像降噪处理、图像直方图均衡或图像锐化中的任意一种。
所述的图像降噪处理是指：用中值滤波或平均值滤波的方法去除椒盐噪声种类的图像噪声污染；图像锐化中采用模板卷积和频域滤波方法。
所述的将待比对特征与正常刀具模板的特征进行对比时，采用模板匹配或神经网络的方法进行比对。
如图1和图2所示，本发明包括一种检查切削刀具是否断裂或磨损的设备，它包括对待测刀具3进行拍照的刀具检查相机2；所述的刀具检查相机2将拍摄的图片送入机箱5内的视频解码器中，视频解码器与图像处理芯片相连，图像处理芯片连接MCU，MCU与人机接口、传感器和存储器相连。
所述的刀具检查相机2包括CCD或CMOS成像器件和镜头，当机床开始运转，刀具到达检测位置时，该相机能够拍摄刀具的图片，并将其传送到机箱5内的处理电路进行处理与判断；机箱5，如图1所示，提供人机接口供用户对系统进行设置，内部包含的功能电路对整个系统进行控制，以及对所获刀具图像的处理和判断，具体是：提供人机界面，以便使用者对整个检测系统各项参数进行设置；提供对机床的控制接口，能控制机床启停；对刀具检查相机捕获的图像进行处理、提取刀具的待比对特征、和设置的或者是自动更新的正常刀具模板进行比对，如果刀具无断裂或磨损，则机床继续正常运行，如果刀具发生断裂或磨损，则停止机床继续运行，并报警。
所述的MCU连接有照射待测刀具（3）的光源（1），光源（1）至少为一个LED，提供检查刀具是否断裂或磨损时相机需要的照明光线，通常需要根据实际情况采用多个LED。
所述的视频解码器与逻辑控制模块、晶振、电源和刀具检查相机相连接。
所述的存储器采用FLASH和SRAM，SRAM为图像处理芯片与MCU共享，实现两者间的通信。
所述的MCU连接有报警器7，报警器7为三色声光报警器。
下面结合图3、图4、图5对本发明做进一步描述：
如图5所示，使用前需要先对设备进行整体检查，检查内容包括：察看电源线与信号线是否正确连接，尤其线路是否有破皮、烧焦之处。检查设备各个部件和螺丝是否有松动现象。如果一切正常，可打开设备电源，进入用户设置模式。
将刀具安装在机床上，调节光源、刀具检查相机的位置，一般用磁力座固定在机床上，调节刀具检查相机的光圈和焦距，使监视器上显示的刀具最清晰，待比对特征暴露最明显。
用户设置模式下，由于本发明采用比对的方法判断刀具是否正常，因此用户需设置的主要内容是设置正常刀具模板并制定比对特征，具体操作是：手动拍摄一幅正常状态下的刀具图像，在人机界面中设置需提取的比对特征和比对特征中的参数。
机床正常工作后，每次机床刀具到达检测位时，刀具检查相机拍摄刀具图片并传送到机箱内部的处理电路，经过视频解码器，其作用是将视频由模拟量转化为数字量并进行有效地编码，使视频编为图像处理芯片可以直接处理的格式，传送进视频处理芯片，视频处理芯片运行预处理程序，预处理具体包括：图像降噪处理，用中值滤波、平均值滤波等方法去除椒盐噪声等种类的图像噪声污染；图像直方图均衡，使原图像直方图变换为具有均匀密度分布的直方图，以增加所获图像的全局对比度；图像锐化，用模板卷积和频域滤波的方法，增强图像的边缘及灰度跳变的部分，使图像变得清晰。之后提取刀具图片中待比对特征，通常是直方图信息、边缘信息和面积信息等，和正常刀具模板的特征进行比对运算，一般采用模板匹配或神经网络等方法实现。
其中，正常刀具模板由用户在机床运转前手动设置，或者在机床运转中根据更新算法自动更新。电路系统的MCU主要运行人机界面，并提供与图像处理芯片的通信通道，将设置信息传给图像处理芯片，提供机床启停控制和报警功能。
本发明中可以用在车刀、铣刀、拉刀、丝锥、钻头等类型的金属切削刀具。

Claims (7)

1.一种检查切削刀具是否断裂或磨损的方法，其特征在于：它包括如下步骤：（1）待测工具进入检测位后，对刀具进行拍照，并将拍照所得的图像传送至视频解码器中，视频解码器对图像进行解码后送入图像处理芯片中；（2）图像处理芯片对接收到的图像进行处理与分析，对图像的处理包括：图像降噪处理、图像直方图均衡或图像锐化中的任意一种，提取待测刀具的待比对特征，并将待比对特征与正常刀具模板的特征采用模板匹配或神经网络的方法进行比对；（3）若比对结果正常，则刀具继续工作，若比对结果出现异常，则发出机床停止信号并报警；图像降噪处理是指：用中值滤波或平均值滤波的方法去除椒盐噪声种类的图像噪声污染；图像锐化中采用模板卷积和频域滤波方法。
2.一种检查切削刀具是否断裂或磨损的设备，其特征在于：它包括对待测刀具（3）进行拍照的刀具检查相机（2）；所述的刀具检查相机（2）将拍摄的图片送入机箱（5）内的视频解码器中，视频解码器与图像处理芯片相连，图像处理芯片连接MCU，MCU与人机接口、接近开关传感器和存储器相连；对刀具检查相机捕获的图像进行处理、提取刀具的待比对特征、和设置的或者是自动更新的正常刀具模板进行比对，如果刀具无断裂或磨损，则机床继续正常运行，如果刀具发生断裂或磨损，则停止机床继续运行，并报警。
3.根据权利要求2所述的检查切削刀具是否断裂或磨损的设备，其特征在于：所述的刀具检查相机（2）包括CCD或CMOS成像器件和镜头。
4.根据权利要求2所述的检查切削刀具是否断裂或磨损的设备，其特征在于：所述的MCU连接有照射待测刀具（3）的光源（1），光源（1）至少为一个LED。
5.根据权利要求2所述的检查切削刀具是否断裂或磨损的设备，其特征在于：所述的视频解码器与逻辑控制模块、晶振、电源和刀具检查相机相连接。
6.根据权利要求2所述的检查切削刀具是否断裂或磨损的设备，其特征在于：所述的存储器采用FLASH和SRAM，SRAM为图像处理芯片与MCU共享。
7.根据权利要求2所述的检查切削刀具是否断裂或磨损的设备，其特征在于：所述的MCU连接有报警器（7），报警器（7）为三色声光报警器。
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