CN105783834A - 基于小孔影像法测量刀具直径的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种基于小孔影像法测量刀具直径的方法及装置，包括：根据有效噪声频率正好是转速乘以排屑槽数量,计算出有效噪声的周期ΔT来区别有效噪声和干扰；采用滑动窗技术,根据多个连续第一边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第一设定关系,判定出起始时刻，进而依照该起始时刻推算出刀具直径。本发明能够确保刀具直径的测量精度。

Description

基于小孔影像法测量刀具直径的方法及装置

技术领域

本发明涉及物体外形直径的测量技术，尤其涉及到具有切削槽的刀具的外形直径的测量技术。

背景技术

PCB(PrintedCircuitBoard，印制线路板)数控机械钻孔机主要用于在印制线路板上高速度、高精度钻孔。随着印制线路板的高密集、微型化要求，最小孔从直径为0.8mm发展到直径为0.075mm，未来的趋势是向微型孔方向发展。钻不同直径的孔需要不同直径的刀具。在PCB数控机械钻孔机上，通常一个主轴可以取用的刀库的刀具允许超过200把。

排刀的工作是客户端操作人员根据刀库数据手工排刀的，如果排刀错误会导致所加工的印制线路板孔钻大或者钻小，产生不必要的工时或者报废。所以在每次主轴抓刀之后都需要在线测量刀具直径。PCB板孔微型化的需求导致了刀具的微型化，所以对测量精度要求很高。为了避免接触损伤和变形，通常采用非接触式测量法即光学测径法。小孔影像法就是其中的一种。

如图1所示，现有的基于小孔影像法测量刀具直径的装置10，包括：光发射管101和光电开关102，二者中间用挡板阻挡光线，只留一个小孔让光线103通过，这样光发射管101和光电开关102中间就只有一束极细的光柱，光柱的直径为104，以至于很小直径的刀具105也可以遮挡住光线103。在线进行刀具直径检测时，主轴夹持刀具105沿与光线103垂直的方向以指定速度移动刀具105，使其通过光线103。光电开关102接收到的光线103因为刀具105的遮挡，会出现1-0-1的状态，其中，低电平0的宽度，与刀具105的直径106成线性关系。如图2所示，由于刀具20具有排屑槽201，刀具20的不同摆放角度，呈现出来的直径是不相同的。所以，在实际测量时，是将刀具20旋转起来通过光线103。无论刀具20的旋转速度有多快，始终有光线通过排屑槽201的地方被光电开关102检测出来，所以光电开关102实际接收到的波形如图3所示，即为前后为有效噪声的方波。现有的测量方法是从有效噪声的第一个下降沿开始计算刀具直径，有效噪声的最后一个上升沿结束。这样的计算方法很有可能把不是有效噪声的干扰信号等计算进来，从而影响到刀具直径的测量精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种基于小孔影像法测量刀具直径的方法及装置，能够确保刀具直径的测量精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于小孔影像法测量刀具直径的方法，其包括：根据有效噪声频率正好是转速乘以排屑槽数量,计算出有效噪声的周期ΔT来区别有效噪声和干扰；采用滑动窗技术,根据多个连续第一边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第一设定关系,判定出起始时刻，进而依照该起始时刻推算出刀具直径。

在一些实施例中，还包括：采用滑动窗技术,根据多个连续第二边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第二设定关系,判定出终止时刻，该第二边沿与该第一边沿反相；依照该终止时刻和该起始时刻之间的时间间隔推算出刀具直径。

在一些实施例中，所述的采用滑动窗技术,根据多个连续第一边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第一设定关系,判定出起始时刻是指，三个连续第一边沿之间的两个时间间隔均在ΔT±(5％-30％)范围内，以第一个第一边沿的发生时刻作为所述的起始时刻。在一些实施例中，所述的采用滑动窗技术,根据多个连续第一边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第一设定关系,判定出起始时刻是指，三个连续第一边沿之间的两个时间间隔均在ΔT±10％范围内，以第一个第一边沿的发生时刻作为所述的起始时刻。

在一些实施例中，所述的采用滑动窗技术,根据多个连续第二边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第二设定关系,判定出终止时刻是指，判断下一个第二边沿等待时间是否>(1.5-3)×ΔT，是的话，以当前这个第二边沿的发生时刻作为所述的终止时刻。

在一些实施例中，从第一边沿的检测转换到第二边沿的检测是依据：判断下一个第一边沿等待时间是否>(1.5-5)×ΔT，是的话进行转换，否则的话继续进行第一边沿的检测。

在一些实施例中，从第一边沿的检测转换到第二边沿的检测是依据：判断下一个第一边沿等待时间是否>(2-3)×ΔT，是的话进行转换，否则的话继续进行第一边沿的检测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案还是：提供一种基于小孔影像法测量刀具直径的装置，其包括：第一单元，用于根据有效噪声频率正好是转速乘以排屑槽数量,计算出有效噪声的周期ΔT来区别有效噪声和干扰；第二单元，用于采用滑动窗技术,根据多个连续第一边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第一设定关系,判定出起始时刻，进而依照该起始时刻推算出刀具直径。

本发明的有益效果在于，通过利用有效噪声与刀具的转速和排屑槽的数据的关系，结合滑动窗技术,能够有效地区分有效噪声和干扰，准确地确定刀具直径测量的起始时刻，从而能够确保刀具直径的测量精度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为基于小孔影像法测量刀具直径的装置的原理示意。

图2为待测量刀具的外形结构示意。

图3为光电开关测得的刀具直径的检测波形示意。

图4为本发明基于小孔影像法测量刀具直径的方法的流程示意。

图5为采用本发明方法获得起始时刻的详细流程示意。

图6为采用本发明方法获得终止时刻的详细流程示意。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

参见图4，图4为本发明基于小孔影像法测量刀具直径的方法的流程示意。结合参见图3，本发明提出一种基于小孔影像法测量刀具直径的方法，用于对图3所示出的检测波形进行处理，以从中获取到克服了干扰影响的起始时刻NB和终止时刻NE，从而能够确保刀具直径的测量精度。该方法大致包括：

步骤401、根据有效噪声频率正好是转速乘以排屑槽数量,计算出有效噪声的周期ΔT来区别有效噪声和干扰。举例而言，如果转速为200转/秒，排屑槽数量为5，则有效噪声频率为1000赫兹，有效噪声的周期ΔT为1毫秒。

步骤402、采用滑动窗技术,根据多个连续第一边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第一设定关系,判定出起始时刻NB。其中，该第一设定关系为：ΔT±(5％-30％)，较佳地，该第一设定关系为：ΔT±10％。

步骤403、采用滑动窗技术,根据多个连续第二边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第二设定关系,判定出终止时刻NE。其中，该第二设定关系为：(1.5-3)×ΔT，较佳地，该第二设定关系为：1.5×ΔT。

步骤404、根据终止时刻NE与起始时刻NB之间的时间差，计算出待测物体的外形直径。

在本实施例中，上述第一边沿是指下降沿，上述第二边沿是指上升沿。在其他实施例中，如果对图3所示的信号进行了反相处理的话，则上述第一边沿则为上升沿，上述第二边沿则为下降沿。

参见图5，图5为采用本发明方法获得起始时刻的详细流程示意。可见，前述的步骤402的实现具体包括：

步骤501、采样三个下降沿记录对应的时间间隔Δt1和Δt2。

步骤502、判断时间间隔Δt1和Δt2是否均在ΔT±10％范围内？是的话，转步骤503，否则转步骤504。

步骤503、记录三个下降沿中第一个下降沿为刀具遮断产生的有效噪声的第一个下降沿，推算出起始时间NB。

步骤504、丢弃第一个下降沿数据，顺序采样下一个下降沿数据。

参见图6，图6为采用本发明方法获得终止时刻的详细流程示意。可见，前述的步骤403的实现具体包括：

步骤601、判断捕捉下一个下降沿时间是否>3×ΔT？是的话，转步骤602，否则的话，对下一个下降沿进行同样的判断。

步骤602、采样上升沿并记录上升沿对应的光栅尺脉冲计数器数值。

步骤603、判断下一个上升沿等待时间是否>3×ΔT？是的话，转步骤604，否则的话，转步骤605。

步骤604、记录上一个上升沿对应的光栅尺脉冲计数器记录的脉冲数，推算出终止时刻NE。

步骤605、丢弃上一个上升沿数据，上升沿数据顺序采样下一个。

结合图3、图5和图6可见，滑动窗一直往下移动，直到两个下降沿之间的时间间隔超过三倍的ΔT(该判断标准可以在(1.5-5)×ΔT范围内，较佳地，在(2-3)×ΔT范围内)，说明第一段排屑槽产生的有效噪声已经结束，这时候改用上升沿触发，同样采用滑动窗的方式，记录两个上升沿之间的时间间隔，如果等待后一个上升沿的时间间隔超过有效噪声的周期ΔT的三倍，说明第二段排屑槽产生的有效噪声也已经结束。那么前一个上升沿为最后一个上升沿。

本发明的有益效果在于，通过利用有效噪声与刀具20的转速和排屑槽201的数据的关系，结合滑动窗技术,能够有效地区分有效噪声和干扰，准确地确定刀具直径测量的起始时刻以及终止时刻，能够确保刀具直径的测量精度。

在本实施例中，是在起始时刻以及终止时刻的确定过程均采用了检测波形的连续边沿之间时间间隔与有效噪声的周期ΔT之间的特定关系来进行判断。在其他实施例中，也可以是只在起始时刻的确定过程采用检测波形的连续边沿之间时间间隔与有效噪声的周期ΔT之间的特定关系来进行判断。在本实施例中，是针对刀具直径进行检测，在其他实施例中，可以针对任何具有圆柱状的本体并且在该本体上形成有凹槽结构的物体的直径，例如：钻头、螺杆，进行检测。在本实施例中，是采用可见光的发射接收，利用可见光被待测物体遮挡，来获得检测波形，在其他实施例中，也可以用可见光之外的电磁波来获得检测波形。

上述的方法可以通过处理器，例如：可编程控制器上运行的软件来实现，也可以采用硬件设施来实现。可以理解，本发明提出一种基于小孔影像法测量刀具直径的装置，其包括：第一单元，用于根据有效噪声频率正好是转速乘以排屑槽数量,计算出有效噪声的周期ΔT来区别有效噪声和干扰；第二单元，用于采用滑动窗技术,根据多个连续第一边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第一设定关系,判定出起始时刻，进而依照该起始时刻推算出刀具直径。本发明提出又一种基于小孔影像法测量刀具直径的装置，其包括：第一单元，用于根据有效噪声频率正好是转速乘以排屑槽数量,计算出有效噪声的周期ΔT来区别有效噪声和干扰；第二单元，用于采用滑动窗技术,根据多个连续第一边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第一设定关系,判定出起始时刻，进而依照该起始时刻推算出刀具直径；第三单元，用于采用滑动窗技术,根据多个连续第二边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第二设定关系,判定出终止时刻，该第二边沿与该第一边沿反相；以及第四单元，用于依照该终止时刻和该起始时刻之间的时间间隔推算出刀具直径。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述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；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于小孔影像法测量刀具直径的方法，其特征在于，包括：根据有效噪声频率正好是转速乘以排屑槽数量,计算出有效噪声的周期ΔT来区别有效噪声和干扰；采用滑动窗技术,根据多个连续第一边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第一设定关系,判定出起始时刻，进而依照该起始时刻推算出刀具直径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：采用滑动窗技术,根据多个连续第二边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第二设定关系,判定出终止时刻，该第二边沿与该第一边沿反相；依照该终止时刻和该起始时刻之间的时间间隔推算出刀具直径。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的采用滑动窗技术,根据多个连续第一边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第一设定关系,判定出起始时刻是指，三个连续第一边沿之间的两个时间间隔均在ΔT±(5％-30％)范围内，以第一个第一边沿的发生时刻作为所述的起始时刻。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的采用滑动窗技术,根据多个连续第一边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第一设定关系,判定出起始时刻是指，三个连续第一边沿之间的两个时间间隔均在ΔT±10％范围内，以第一个第一边沿的发生时刻作为所述的起始时刻。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的采用滑动窗技术,根据多个连续第二边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第二设定关系,判定出终止时刻是指，判断下一个第二边沿等待时间是否>(1.5-3)×ΔT，是的话，以当前这个第二边沿的发生时刻作为所述的终止时刻。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：从第一边沿的检测转换到第二边沿的检测是依据：判断下一个第一边沿等待时间是否>(1.5-5)×ΔT，是的话进行转换，否则的话继续进行第一边沿的检测。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：从第一边沿的检测转换到第二边沿的检测是依据：判断下一个第一边沿等待时间是否>(2-3)×ΔT，是的话进行转换，否则的话继续进行第一边沿的检测。

8.一种基于小孔影像法测量刀具直径的装置，其特征在于：包括：第一单元，用于根据有效噪声频率正好是转速乘以排屑槽数量,计算出有效噪声的周期ΔT来区别有效噪声和干扰；第二单元，用于采用滑动窗技术,根据多个连续第一边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第一设定关系,判定出起始时刻，进而依照该起始时刻推算出刀具直径。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：还包括：第三单元，用于采用滑动窗技术,根据多个连续第二边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第二设定关系,判定出终止时刻，该第二边沿与该第一边沿反相；以及第四单元，用于依照该终止时刻和该起始时刻之间的时间间隔推算出刀具直径。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于：所述的采用滑动窗技术,根据多个连续第一边沿之间的时间间隔与所述ΔT满足第一设定关系,判定出起始时刻是指，三个连续第一边沿之间的两个时间间隔均在ΔT±(5％-30％)范围内，以第一个第一边沿的发生时刻作为所述的起始时刻。