CN104596422A - 便携式cnc铣床刀具检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及检测设备领域，公开了便携式CNC铣床刀具检测仪，其包括支架装置、刀具成像系统和图像分析系统；支架装置可以安装在CNC铣床的工作台上铣床刀具的近处，可以纵向移动；刀具成像系统安装在支架装置上可以横向移动，可以动态拍摄铣床刀具的成像；图像分析系统固定在支架装置上，连接刀具成像系统，并将铣床刀具的成像转换为铣床刀具的参数。本发明为小型的便携式检测仪，通过刀具成像系统成像，图像分析系统分析铣床刀具的图像和显示铣床刀具的参数，实现铣床刀具的在线检测和预调。该检测仪还包括机外检测刀架，通过该机外检测刀架模拟机床，将支架装置、刀具成像系统和图像分析系统放置在机外检测刀架上实现机外检测和预调刀具。

Description

便携式CNC铣床刀具检测仪

技术领域

本发明涉及检测设备领域，尤其是涉及便携式CNC铣床刀具检测仪。

背景技术

在数控铣床加工中，加工精度的硬件条件主要是机床精度与切削刀具的精度，在一定时期内，机床的精度是恒定的，那么加工的精度就取决于切削刀具的精度，这就迫切需要机床刀具的检测与预调（将刀具校对到合理精度）；同时这也是保证刀具切削寿命与机床精度的必要条件。

目前，对机床刀具进行检测与校对预调，一直是各企业的难题与空白，传统的方法只能依靠人工目测，校表与分中棒辅助测量，手动对刀等方式检测与预调，始终存在不能准确，全面，高效的掌握机床刀具切削时至关重要的参数（切削刃的半径，圆弧R值，径调与端跳）。或者采用机外离线检测与预调仪,由于机床主轴、刀头、刀具组合体的精度是三者的矢量和,因此机外离线检测与预调针对高精度的机床主轴有效,而针对一般精度的机床主轴因主轴对机床刀具的扰动而失效 ,因而不适用于国内大部分机床的状况与使用工作环境。或者采用激光在线检测，但是激光在线检测不能利用数字图像放大判别刀具的状况,不能利用图像逐一检测与校对各个刀刃。

发明内容

针对上述数控铣床刀具机外检测不能真实可靠的反映一般精度机床主轴刀具转动的实际状态的问题，或者采用激光在线检测不能利用数字图像放大判别刀具的状况以及不能利用图像逐一检测与校对各个刀刃的问题。本发明提出了便携式CNC铣床刀具检测仪，其目的在于通过相机快速拍照成像，并通过图像分析系统的图像处理器实时处理检测CNC铣床刀具的半径、圆弧R值，径向跳动值和端面跳动值等参数。同时，还设置了机外检测刀架模拟机床，在机外检测刀架上安装刀具进行检测，实现机外检测或预调的精度问题。

为了解决上述问题，本发明提供了便携式CNC铣床刀具检测仪，其特征在于包括：支架装置、刀具成像系统以及图像分析系统。

所述支架装置可以安装在CNC铣床的工作台上铣床刀具的近处，支架装置可以纵向移动。

所述刀具成像系统安装在支架装置上可以横向移动，可以动态拍摄铣床刀具的成像。

所述图像分析系统固定在支架装置上，连接刀具成像系统，并将铣床刀具的成像转换为铣床刀具的参数。

所述图像分析系统包括依次连接的图像传感板、图像处理器以及显示屏；所述图像传感板接收刀具成像系统的图像信息，图像处理器根据图像信息进行分析处理，通过显示屏获得检测人员可以识别的铣床刀具的参数。

进一步地，所述支架装置包括：底面可以与CNC铣床工作台接触的长方形的底座；设置在底座上方安装刀具成像系统的长条形的安装座；底座和安装座之间设置的可供刀具成像系统横向移动的第一导轨和第二导轨。

检测仪面向检测人员，所述第一导轨和第二导轨位于底座的左段；安装座两端的下表面设有与第一导轨和第二导轨连接的滑动块，安装座通过滑动块可以沿着第一导轨、第二导轨滑动；安装座的上表面设有与安装座垂直的侧板和与安装座平行的支撑板，侧板位于安装座靠近第一导轨的一端，支撑板位于安装座靠近第二导轨的一端。

进一步地，所述底座上还设有安装座挡板，安装座挡板位于底座纵向方向的两侧，安装座挡板上设有第一螺杆通孔；安装座在厚度方向设有第二螺杆通孔，第二螺杆通孔位于第一导轨和第二导轨之间；第二螺杆通孔与第一螺杆通孔同轴，第一螺杆通孔与第二螺杆通孔通过螺杆连接。

进一步地，所述刀具成像系统包括照明刀具的光源以及拍摄刀具的相机；光源安装在安装座上的侧板，可以随着安装座横向移动；相机安装在支撑板上，相机的输出接口与位于底座右段的图像分析系统连接。

所述底座与安装座之间还设有用于测量光源与相机移动距离的光栅尺，光栅尺的长度方向与第一导轨和第二导轨的走向一致。

进一步地，所述图像分析系统还包括与图像处理器连接的用于存储分析成像信息数据的同步动态随机存储器、控制分析成像信息流程的可编程逻辑器。

根据图像传感板的成像信息，图像处理器通过可编程逻辑器的控制信息进行分析处理，图像处理器读取同步动态随机存储器的分析成像信息数据通过显示屏显示。

进一步地，所述图像传感板由图像传感器、驱动芯片、AD转换以及放大电路组成。

进一步地，还包括机外检测刀架；所述机外检测刀架包括大于支架装置的长方形的刀架底座、垂直固定在刀架底座上刀架安装座和安装在刀架底座上可以上下滑动的用于夹持铣床刀具的刀具安装座。

刀架底座还可以放置支架装置以及刀具成像系统和图像分析系统；刀架安装座上设有竖直导轨，导轨上安装刀具安装座；刀具安装座所安装的铣床刀具与刀架底座垂直。

采用本发明的产生的有益效果：1、本发明将刀具成像系统和图像分析系统结合，通过图像传感板连接刀具成像系统的相机与图像分析系统的图像处理器，相机实现图像的拍摄，图像处理器实现对所拍摄图像的快速运算处理，并将所处理的数据通过图像分析系统的显示屏显示。该结构简单便携，其主要用于测量铣床刀具的半径、圆弧R值，径向跳动值和端面跳动值等重要参数，测量数值精度高，而且能够实现一次性在线检测所有参数值，还能够实现刀具的自动对刀。

2、所采用的相机为面阵式高分辨率工业相机，实现较大视场，较高分辨率的检测；相机与光源可以随着滑动块滑动而移动，采用光栅尺测量距离，通过相机二次成像，实现相机视场以外的视场检测。

3、本发明还设有机外检测刀架，该机外检测刀架包括刀架底座和与刀架底座刀架垂直的安装座。刀架安装座上设有导轨，导轨上安装刀具安装座；刀具安装座所安装的刀具与刀架安装座垂直。设置机外检测刀架，实现机外检测或预调刀具的功能，满足某些机床不能在线检测的要求，使得本发明不仅能在线检测或预调刀具，而且能在机外检测，通用性强。

附图说明

图1为本发明便携式CNC铣床刀具检测仪在线检测状态时的结构示意图。

图2为本发明便携式CNC铣床刀具检测仪图像分析系统的结构示意图。

图3为本发明便携式CNC铣床刀具检测仪图像传感板驱动芯片结构图。

图4为本发明便携式CNC铣床刀具检测仪机外检测状态时的结构示意图。

底座——1                安装座——2               光源——3

相机——4                         铣床刀具——5            图像处理器——61

图像传感板——62           显示屏——63             光栅尺——7

刀架安装座——9            刀架底座——8            刀具安装座——10

第一导轨——11              第二导轨——12。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明的实质性特点作进一步的说明。

实施事例1：如图1至图3所示，本发明便携式CNC铣床刀具检测仪，其包支架装置、刀具成像系统以及图像分析系统。支架装置可以安装在CNC铣床的工作台上，铣床刀具5的近处，支架装置可以纵向移动；刀具成像系统安装在支架装置上可以横向移动，可以动态拍摄铣床刀具5的成像；图像分析系统固定在支架装置上，连接刀具成像系统，并将铣床刀具5的成像转换为铣床刀具5的参数；图像分析系统包括依次连接的图像传感板62、图像处理器61以及显示屏63；所述图像传感板62接收刀具成像系统的图像信息，图像处理器61根据图像信息进行分析处理，通过显示屏63获得检测人员可以识别的铣床刀具5的参数。

底面可以与CNC铣床工作台接触的长方形的底座1；设置在底座1上方安装刀具成像系统的长条形的安装座2；底座1和安装座2之间设置的可供刀具成像系统横向移动的第一导轨11和第二导轨12。本优选实施例中的检测仪面向检测人员，第一导轨11和和第二导轨12位于底座1的左段；安装座2两端的下表面设有与第一导轨11和和第二导轨12连接的滑动块，安装座2通过滑动块可以沿着第一导轨11、和第二导轨12滑动；安装座2的上表面设有与安装座2垂直的侧板和与安装座2平行的支撑板，侧板位于安装座2靠近第一导轨11的一端，支撑板位于安装座2靠近和第二导轨12的一端。

底座1上还设有安装座挡板，安装座挡板位于底座1纵向方向的两侧，安装座挡板上设有第一螺杆通孔；安装座2在厚度方向设有1个第二螺杆通孔，第二螺杆通孔位于第一导轨11和第二导轨12之间，第二螺杆通孔与第一螺杆通孔同轴。第一螺杆通孔与第二螺杆通孔通过螺杆连接，安装座2滑动到底座1的最外边时，安装座挡板限制安装座2继续往外滑动，安装座2滑板起防止安装座2脱轨的作用。

刀具成像系统包括照明刀具的光源3以及拍摄刀具的相机4；光源3安装在安装座2上的侧板，光源3可以随着安装座2横向移动；相机4安装在支撑板上，相机4的输出接口与位于底座1右段的图像分析系统连接。位于光源3与相机4之间，光源3的照明使得在相机4拍摄所成的像更清晰。所采用的光源3为冷光源3，光源3主要用于照明；相机4上的镜头为高分辨率工业相机镜头，相机4为面阵式高分辨率工业相机，可获得10-20MM的视场。铣床刀具5位于光源3与相机4之间，光源3的照明使得铣床刀具5在相机4拍摄所成的像更清晰。

支架装置的底座1与安装座2之间设有用于测量光源3与相机4移动距离的光栅尺7，光栅尺7的长度方向与第一导轨11和第二导轨12的走向一致。

图像分析系统还包括与图像处理器61连接的用于存储分析成像信息数据的同步动态随机存储器、控制分析成像信息流程的可编程逻辑器。根据图像传感板62的成像信息，图像处理器61通过可编程逻辑器的控制信息进行分析处理，图像处理器61读取同步动态随机存储器的分析成像信息数据通过显示屏63显示。

图像处理器61为数字信号处理器，是一种新型高性能DSP,其核心芯片为图像高速处理芯片TMS320DM642。可编程逻辑器能够为客户提供范围广泛的多种逻辑能力、特性、速度和电压特性的标准成品部件，而且此类器件可在任何时间改变，从而完成许多种不同的功能。根据可编程逻辑器的信息，图像传感板62的成像信息存于存储器内，处理芯片通过可编程逻辑器的信息读取存储器内的成像信息进行处理，将成像信息转换成数字信息，经过处理芯片处理过的数字信息通过显示屏63显示。图像处理器61上还设有FALSH和网络接口，当处理芯片将成像信息处理成数字信息时，可编程逻辑器可以调用FALSH，将铣床操作人员可以识别的铣床刀具5的参数展示在显示屏63上，网络接口用于调试。DSP基于 C64x 内核，扩展的高级甚长指令字（VelociTI）体系结构，具有64个32 位通用寄存器，8个独立计算功能单元（2 个乘法器 6 个算术逻辑单元）可以并行运行，因此多条指令可同时执行，它可在 600MHz 时钟速率工作，每个指令周期可并行8条32位指令，因此，可达到4800Mlps 的峰值计算速度。 DM642采用两级缓存结构,第一级包括相互独立的L1P(16KB)和L1D(16KB)，只能作为高速缓存使用；第二级L2(256KB)是一个统一的程序/数据空间，可整体作为SRAM映射到存储空间，也可整体作为第二级Cache，或是二者按比例的一种组合来使用。DM642具有 64个独立通道的 EDMA(扩展的直接存储器访问)控制器，负责片内L2与其它外设之间的数据传输。容量较大的两级缓存和EDMA通道是DM642高性能的体现之一，若能合理使用和管理，将能大幅度提高程序的运行性能。选择它的最大优点是，DM642集成了3个可配置的视频端口。可直接将图像通过视频口采集到图像处理器61内存，采集速率是90M。DSP可直接对图像进行运算处理，并可以直接显示在显示屏63上。本系统配置显示屏63，人机交互信号可通过IO口输入到DSP。这样整个系统不再需要任何计算机等设备。

图像传感板62由图像传感器、驱动芯片、AD转换以及放大电路组成。核心部分是图像传感器芯片ICX204AK，其分辨率为1024*768真彩色，电子快门控制，内部时钟为30M赫兹，模式初始化及设置由串行数据控制，由DM642的IO控制实现。采用驱动芯片为驱动电路芯片CXD2457R。

显示屏63为触摸式显示屏63，可以通过触摸显示屏63上的功能选项发送操作指令。显示屏63显示分辨率应该为1024*768RGB，其与图像处理器61的连接走视频端口。VP口采用RAW模式直接控制显示屏63，通过编程，满足显示屏63的时序要求，显示屏63的反馈信号可通过DM642的IO口输入到图像处理器61。

本发明便携式CNC铣床刀具检测仪的工作原理：在光源3的作用下，通过所采用相机4影像测量CNC铣床刀具5的半径、圆弧R值，径向跳动值和端面跳动值等机床加工至关重要的参数。具体工作时，CNC铣床处于停机状态，将本发明的检测仪放置在平整的机床工作台上，并将的切削部位移动到相机4的镜头41与光源3之间，在相机4的镜头有效范围内，使与镜头成垂直关系。当转动时，相机4对连续快速拍照成像，当某处刃口转动到相机4垂直平面的最外侧时，相机4拍摄此刃口在最外侧的刃点，此刃点相对旋转中心线或中心点的距离,就是该刃口的半径或圆弧R值；同样地，以刀刃上的同一个测量点为基准，当转动时，相机4连续快速拍下的照片中，相对于同一个测量点而言不同的圆周该测量点的所形成的半径差就是该刀具的径向跳动值；以刀刃端面为基准，当旋转时，相机4连续快速拍下的照片中，刀刃端面所形成的的高低差就是该刀具的端面跳动值。半径、圆弧R值、径向跳动值和端面跳动值的获得通过高分辨率工业相机获得的相片经过畸形校正、放大以及加以亚像素等算法获得。

本发明的优选实施例中，面阵式高分辨率工业相机经平衡视场与精度的关系，可获得12MM的视场，0.005到0.01MM的检测精度。若大于镜头视场,可移动相机4与光源3,采用光栅尺7测得移动距离,通过二次成像, 获得刀具的测量基准旋转中心轴，得到的整体铣刀或刀片则加以图像拼接,测得的参数；若为多刃刀具，则经高分辨率工业相机4放大，可识别区分不同的刃。

进一步地，由相机4拍摄的大量图片经相机4的输出接口连接图像传感板62，通过图像传感板62将图片发送到图像处理器61，图像处理器61可以直接对图像进行快速运算分析，并将运算分析之后的数据直接显示在显示屏63上，在显示屏63上进行人机交互显示。利用面阵式高分辨率工业相机实现对铣床刀具5在线的检测，可一次性检测出加工铣床刀具5的重要参数。由于可以在镜头上设立虚拟基准线,因而当机床主轴刀具下降到此虚拟基准线时,自动触发检测仪内蓝牙发送装置发送蓝牙信号,在机床内加装的蓝牙接受装置接收到此蓝牙信号,则向机床发出一个开关信号,触发机床内预先编好的对刀宏指令,从而实现自动对刀。

实施事例2：如图4所示，本发明便携式CNC铣床刀具检测仪的机外检测刀架，该机外检测刀架代替了机床的结构，其包括大于支架装置的长方形的刀架底座8、垂直固定在刀架底座8的刀架安装座9和安装在刀架底座8上可以上下滑动的用于夹持铣床刀具5的刀具安装座10。刀架底座8相当于机床工作台，刀架底座8上可以放置支架装置、刀具成像系统以及图像分析系统。刀架安装座9上设有竖直导轨，该导轨上安装刀具安装座10，刀具安装座10所安装的铣床刀具5与刀架底座8垂直，铣床刀具5可以随着刀具安装座10在导轨上移动而做上下移动，可以调节铣床刀具5在相机4中视场的位置。

机外检测刀架主要用于实现机床外面检测或调试刀具的功能，避免本发明的使用局限性。对于不能在线检测或调试刀具的机床，可以通过支架装置、刀具成像系统以及图像分析系统结合机外检测刀架实现模拟在线检测。在机外检测刀架上安装铣床刀具5后，移动铣床刀具5至相机4与光源3之间进行检测或预调，机外检测或预调方式与实施事例1中的在线检测或预调方式一致。

Claims (7)

1.便携式CNC铣床刀具检测仪，其特征在于包括：支架装置、刀具成像系统以及图像分析系统；

所述支架装置可以安装在CNC铣床的工作台上铣床刀具的近处，支架装置可以纵向移动；

所述刀具成像系统安装在支架装置上可以横向移动，可以动态拍摄铣床刀具的成像；

所述图像分析系统固定在支架装置上，连接刀具成像系统，并将铣床刀具的成像转换为铣床刀具的参数；

所述图像分析系统包括依次连接的图像传感板、图像处理器以及显示屏；所述图像传感板接收刀具成像系统的图像信息，图像处理器根据图像信息进行分析处理，通过显示屏获得检测人员可以识别的铣床刀具的参数。

2.根据权利要求1所述的便携式CNC铣床刀具检测仪，其特征在于：所述支架装置包括：底面可以与CNC铣床工作台接触的长方形的底座；设置在底座上方安装刀具成像系统的长条形的安装座；底座和安装座之间设置的可供刀具成像系统横向移动的第一导轨和第二导轨；

检测仪面向检测人员，所述第一导轨和第二导轨位于底座的左段；安装座两端的下表面设有与第一导轨和第二导轨连接的滑动块，安装座通过滑动块可以沿着第一导轨、第二导轨滑动；安装座的上表面设有与安装座垂直的侧板和与安装座平行的支撑板，侧板位于安装座靠近第一导轨的一端，支撑板位于安装座靠近第二导轨的一端。

3.根据权利要求2所述的便携式CNC铣床刀具检测仪，其特征在于：所述底座上还设有安装座挡板，安装座挡板位于底座纵向方向的两侧，安装座挡板上设有第一螺杆通孔；安装座在厚度方向设有第二螺杆通孔，第二螺杆通孔位于第一导轨和第二导轨之间；第二螺杆通孔与第一螺杆通孔同轴，第一螺杆通孔与第二螺杆通孔通过螺杆连接。

4.根据权利要求2所述的便携式CNC铣床刀具检测仪，其特征在于：所述刀具成像系统包括照明刀具的光源以及拍摄刀具的相机；光源安装在安装座上的侧板，可以随着安装座横向移动；相机安装在支撑板上，相机的输出接口与位于底座右段的图像分析系统连接；

所述底座与安装座之间还设有用于测量光源与相机移动距离的光栅尺，光栅尺的长度方向与第一导轨和第二导轨的走向一致。

5.根据权利要求2所述的便携式CNC铣床刀具检测仪，其特征在于：所述图像分析系统还包括与图像处理器连接的用于存储分析成像信息数据的同步动态随机存储器、控制分析成像信息流程的可编程逻辑器；

根据图像传感板的成像信息，图像处理器通过可编程逻辑器的控制信息进行分析处理，图像处理器读取同步动态随机存储器的分析成像信息数据通过显示屏显示。

6.根据权利要求1所述的便携式CNC铣床刀具检测仪，其特征在于：所述图像传感板由图像传感器、驱动芯片、AD转换以及放大电路组成。

7.根据权利要求1所述的便携式CNC铣床刀具检测仪，其特征在于：还包括机外检测刀架；所述机外检测刀架包括大于支架装置的长方形的刀架底座、垂直固定在刀架底座上刀架安装座和安装在刀架底座上可以上下滑动的用于夹持铣床刀具的刀具安装座；

刀架底座还可以放置支架装置以及刀具成像系统和图像分析系统；刀架安装座上设有竖直导轨，导轨上安装刀具安装座；刀具安装座所安装的铣床刀具与刀架底座垂直。