CN108535264A - 一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备 - Google Patents

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Abstract

一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，包括底座，底座上设有由X轴步进电机通过X轴丝杠驱动的第一滑块，第一滑块的上方安装有台座，台座上方设有由Y轴步进电机通过Y轴丝杠驱动的铣刀夹块，台座上方安装有LED背光源；铣刀夹块旁边设有连接在旋转主轴上的旋转夹块，旋转主轴由R轴步进电机驱动，R轴步进电机固定于第二滑块上；第二滑块由Z轴步进电机通过Z轴丝杠驱动，台座上方设置有铣刀输送装置，设备包含四个自由度，本发明能够实现被测铣刀的主副切削刃的图像采集，可以实现无夹具拍摄，还可以实现铣刀的流水检测，自动化程度高，提高了检测精度和效率。

Description

一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备
技术领域
本发明涉及机器视觉精密测量技术领域，具体涉及一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备。
背景技术
铣刀是应用于铣削加工中的刀具，主要用于加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。由于铣刀的工作环境极为复杂，磨损和破损总是避免不了的，因此定时的检测工作是保证铣刀正常工作的必要条件。随着机器视觉检测技术的兴起，将其运用在铣刀的磨、破损中常常会用到铣刀定位夹持设备，以提供更好的检测环境，提高检测效率和检测精度。如今铣刀定位夹持设备存在的不足有如下几点：(1)目前用于机器视觉检测的铣刀定位夹持设备大部分还处于实验室研究阶段，可以用于实际检测的少之又少。(2)因为机器视觉检测对光源环境的要求较高，铣刀的图像采集过程中需要用到背光源，而现在仅有的铣刀定位夹持设备通常都利用机械手夹持铣刀进行拍摄，这样采集到的图像中就会有机械手的存在，提高了后期图像处理的难度，严重的还会影响检测的结果。(3)自动化程度不高，不能进行流水检测，大部分需要借助人工将待测件放入夹持设备上，这会使待测物体的定位不准确，影响检测精度。(4)市面上的用于机器视觉检测的铣刀定位夹持设备只能完成铣刀端面(轴向，副切削刃)和铣刀圆弧面(径向，主切削刃)两项中的一项夹持定位，不能同时完成主副切削刃的夹持定位。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，能够实现被测铣刀的主副切削刃的图像采集，可以实现无夹具拍摄，还可以实现铣刀的流水检测，自动化程度高，提高了检测精度和效率。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，包括底座1，底座1上一侧安装有X轴步进电机4，X轴步进电机4通过第一联轴器5与X轴丝杠40的输入端连接，X轴丝杠40的两端通过轴承与轴承座29支撑在底座1上，X轴丝杠40与第一滑块37配合，第一滑块37下方配合有两条直线导轨39，两条直线导轨39固定底座1上；
第一滑块37的上方安装有台座30，台座30上方的一侧安装有Y轴步进电机28，Y轴步进电机28通过第二联轴器26与Y轴丝杠24的输入端连接，Y轴丝杠24的两端分别通过轴承支撑在第一轴承板25和第二轴承板18上，第一轴承板25和第二轴承板18固定在台座30上，Y轴丝杠24与铣刀夹块20配合连接，台座30上方的另一侧安装有LED背光源38；
铣刀夹块20旁边设有旋转夹块21，旋转夹块21连接在旋转主轴16的一端，旋转主轴16的一端通过轴承支撑在第三轴承板17上，第三轴承板17通过螺栓固定在第二滑块9上，旋转主轴16的输入端端通过第一齿轮副15与R轴步进电机14输出轴配合传动，R轴步进电机14固定于第二滑块9上；
第二滑块9与Z轴丝杠8配合连接，Z轴丝杠8的两端通过轴承支撑在第四轴承板10和第五轴承板6上，第四轴承板10和第三电机支撑板12连接，第五轴承板6通过支撑架2安装在底座1上，Z轴丝杠8的输入端通过第三联轴器11与安装在第三电机支撑板12上的Z轴步进电机13的输出轴连接。
所述的台座30上方与Y轴步进电机28相对的一侧设置有铣刀输送装置，铣刀输送装置包括与台座30固定的底板33，底板33的上方两侧分别安装有侧板36，其中一块侧板36上安装有皮带电机35，皮带电机35通过第二齿轮副34带动传送皮带32工作，使传送皮带32上的被测铣刀31向LED背光源38的方向运动。
所述的第二轴承板18上设置有Y轴导向杆19，Y轴导向杆19的一端与第二轴承板18连接，另一端穿过铣刀夹块20与第一轴承板25连接。
所述的第五轴承板6上设置有Z轴导向杆7，Z轴导向杆7的一端与第五轴承板6连接，另一端穿过第二滑块9与第四轴承板10连接。
所述的铣刀夹块20与旋转夹块21的两侧分别放置有主电磁铁23和副电磁铁22，主电磁铁23和副电磁铁22用于产生吸力夹持被测铣刀31。
所述的铣刀夹块20整体呈横卧着的“L”形，较短一段的顶端开有截面为直角等腰三角形的横向通槽201，侧面开有同样尺寸的纵向通槽202，横向通槽201、纵向通槽202的作用是夹持被测铣刀31；纵向通槽202的两侧安装有主电磁铁23。
所述的旋转夹块21为一矩形块，其前方开有三角通槽211，两侧中心位置均安装有副电磁铁22。
所述的一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备包含四个自由度，X轴自由度指的是以X轴丝杠40为轴，第一滑块37沿着X轴做直线往返运动；Y轴自由度指的是以Y轴丝杠24为轴，铣刀夹块20沿着Y轴做直线往返运动；Z轴自由度指的是以Z轴丝杠8为轴，第二滑块9沿着Z轴做直线往返运动；R轴自由度指的是以旋转主轴16为轴，旋转夹块21围绕R轴做旋转运动。
本发明的有益效果为：
1)该机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，运用电磁铁产生的电磁力通过铣刀夹块20，可以轻松将待测铣刀31放置在需要的位置，配合LED背光源38，拍摄出效果较好的检测图像。
2)该机器视觉检测用铣刀定位夹持设备可以配合机器视觉实验台轻松实现被测铣刀31的主副切削刃的图像采集。被测铣刀31从传送皮带32上被铣刀夹块20取下后，放置在LED背光源38上进行端面(副切削刃)的图像采集，后利用X轴的直线运动将第一滑块37向Z轴方向靠拢，运用Z轴的调节使装有副电磁铁22的旋转夹块21将被测铣刀31夹持住后，旋转主轴16通过R轴步进电机14的运动带动旋转夹块21旋转90°，被测铣刀31呈水平放置，最后将其放置在铣刀夹块20的横向通槽201上，即可实现圆柱面(主切削刃)的图像采集。
3)该机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，被测铣刀31的输送设计，可以实现铣刀的流水检测，免去了人工放置的工作，提高了检测精度和效率。具有角度的传送皮带32的设计，保证了被测铣刀31输送的稳定性，降低了故障率。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为实施例铣刀夹块20的结构示意图。
图3为实施例旋转夹块21的结构示意图。
图4为实施例铣刀输送装置的结构示意图。
图5为实施例X轴、Y轴、Z轴及R轴运动方向示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例和附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，包括底座1，底座1上一侧安装有第一电机支撑板3，其上固定有X轴步进电机4，X轴步进电机4通过第一联轴器5与X轴丝杠40的输入端连接，X轴丝杠40的两端通过轴承与轴承座29支撑在底座1上，X轴丝杠40与第一滑块37配合，第一滑块37下方配合有两条直线导轨39，两条直线导轨39固定底座1上，起导向作用；
第一滑块37的上方安装有台座30，台座30上方的一侧安装有第二电机支撑板27以及与之固定连接的Y轴步进电机28，Y轴步进电机28通过第二联轴器26与Y轴丝杠24的输入端连接，Y轴丝杠24的两端分别通过轴承支撑在第一轴承板25和第二轴承板18上，第一轴承板25和第二轴承板18固定在台座30上，Y轴丝杠24与铣刀夹块20配合连接，台座30上方的另一侧安装有LED背光源38，当铣刀夹块20将被测铣刀31放到LED背光源38上时，通过旋转夹块21改变被测铣刀31的拍摄方向；
铣刀夹块20旁边设有旋转夹块21，旋转夹块21连接在旋转主轴16的一端，旋转主轴16的一端通过轴承支撑在第三轴承板17上，第三轴承板17通过螺栓固定在第二滑块9上，旋转主轴16的输入端端通过第一齿轮副15与R轴步进电机14输出轴配合传动，R轴步进电机14固定于第二滑块9上；
第二滑块9与Z轴丝杠8配合连接，Z轴丝杠8的两端通过轴承支撑在第四轴承板10和第五轴承板6上，第四轴承板10通过螺栓和第三电机支撑板12连接，第五轴承板6通过支撑架2安装在底座1上，Z轴丝杠8的输入端通过第三联轴器11与安装在第三电机支撑板12上的Z轴步进电机13的输出轴连接。
所述的台座30上方与Y轴步进电机28相对的一侧设置有铣刀输送装置，铣刀输送装置包括与台座30固定的底板33，底板33的上方两侧分别安装有侧板36，其中一块侧板36上安装有皮带电机35，皮带电机35通过第二齿轮副34带动传送皮带32工作，使传送皮带32上的被测铣刀31向LED背光源38的方向运动。
所述的第二轴承板18上设置有Y轴导向杆19，Y轴导向杆19的一端与第二轴承板18连接，另一端穿过铣刀夹块20与第一轴承板25连接，Y轴导向杆19需保证轴向固定，其作用是固定和引导铣刀夹块20，使运动更平稳。
所述的第五轴承板6上设置有Z轴导向杆7，Z轴导向杆7的一端与第五轴承板6连接，另一端穿过第二滑块9与第四轴承板10连接，Z轴导向杆7需保证轴向固定，其作用是固定和引导第二滑块9，使运动更平稳。
所述的铣刀夹块20与旋转夹块21的两侧分别放置有主电磁铁23和副电磁铁22，主电磁铁23和副电磁铁22用于产生吸力夹持被测铣刀31。
所述的第一联轴器5选用膜片胀套联轴器，第二联轴器26与第三联轴器11选用弹性膜片联轴器。
所述的X轴丝杠40、Y轴丝杠24和Z轴丝杠8选用不同尺寸的滚珠丝杠，其中X轴丝杠40与Y轴丝杠24所用的轴承为深沟球轴承，Z轴丝杠8选用圆锥滚子轴承。
由于台座30上的零件较多，重量较大，所以第一滑块37底部装配双直线导轨39，目的是使台座30运动更平稳。
如图2所示，所述的铣刀夹块20整体呈横卧着的“L”形，较短一段的顶端开有截面为直角等腰三角形的横向通槽201，侧面开有同样尺寸的纵向通槽202，横向通槽201、纵向通槽202的作用是夹持被测铣刀31；纵向通槽202的两侧安装有主电磁铁23。
如图3所示，所述的旋转夹块21为一矩形块，其前方开有三角通槽211，两侧中心位置均安装有副电磁铁22。
如图4所示，所述的两块侧板36中间的间隙要大于被测铣刀31的直径，侧板36靠近被测铣刀31的一面需经表面处理使其光滑，粗糙度Ra的值需小于等于6.3um，以免因摩擦力过大影响被测铣刀31的输送；传送皮带32与水平面呈一定角度，高度沿输送方向越来越低，为了抵消被测铣刀31输送时的惯性，以免侧翻；在传送皮带32的最前方设有三角台架41，当被测铣刀31沿传送皮带32向前运动到最终位置时，三角台架41为其提供一个平台，起到承上启下的作用，使被测铣刀31流畅稳定的被铣刀夹块20夹持住。
如图5所示，所述的一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备包含四个自由度，X轴自由度指的是以X轴丝杠40为轴，第一滑块37沿着X轴做直线往返运动；Y轴自由度指的是以Y轴丝杠24为轴，铣刀夹块20沿着Y轴做直线往返运动；Z轴自由度指的是以Z轴丝杠8为轴，第二滑块9沿着Z轴做直线往返运动；R轴自由度指的是以旋转主轴16为轴，旋转夹块21围绕R轴做旋转运动。
本发明的工作原理为：若干被测铣刀31并列摆放在传送皮带32上，Y轴步进电机28通过第二联轴器26带动Y轴丝杠24转动，从而使铣刀夹块20沿Y轴负方向移动，当铣刀夹块20贴近三角台架41时，Y轴步进电机28停止运动，皮带电机35转动，使传送皮带32运动，被测铣刀31向前运动到三角台架41上被带有主电磁铁23的铣刀夹块20吸住；当铣刀夹块20夹持着被测铣刀31运动到工业镜头的正下方时，主电磁铁23停止供电，被测铣刀31则被平稳放置在LED背光源38上，此时工业相机开始端面的图像采集；端面图像采集结束后，X轴步进电机4通过第一联轴器5带动X轴丝杠40转动，从而使第一滑块37沿X轴正方向移动，当被测铣刀31在X轴方向上十分接近旋转夹块21时，启动Z轴步进电机13，通过Z轴丝杠8带动第二滑块9向Z轴负方向移动，被测铣刀31则会顺利地被带有副电磁铁22的旋转夹块21吸住；此时，Z轴步进电机13运行，第二滑块8向Z轴正方向运动，提升一段距离后R轴步进电机14带动旋转主轴16沿R轴逆时针旋转90°，最后Z轴步进电机13运行，将第二滑块9下降一定的距离，顺利将被测铣刀31横放在铣刀夹块20的横向通槽201上，则可以进行被测铣刀31圆柱面的图像采集。通过铣刀夹块20沿X轴的运动，则可以完成被测铣刀31圆柱面不同段的图像采集。
至此，已经明确详细地描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，包括底座(1)，其特征在于：底座(1)上一侧安装有X轴步进电机(4)，X轴步进电机(4)通过第一联轴器(5)与X轴丝杠(40)的输入端连接，X轴丝杠(40)的两端通过轴承与轴承座(29)支撑在底座(1)上，X轴丝杠(40)与第一滑块(37)配合，第一滑块(37)下方配合有两条直线导轨(39)，两条直线导轨(39)固定底座(1)上；
第一滑块(37)的上方安装有台座(30)，台座(30)上方的一侧安装有Y轴步进电机(28)，Y轴步进电机(28)通过第二联轴器(26)与Y轴丝杠(24)的输入端连接，Y轴丝杠(24)的两端分别通过轴承支撑在第一轴承板(25)和第二轴承板(18)上，第一轴承板(25)和第二轴承板(18)固定在台座(30)上，Y轴丝杠(24)与铣刀夹块(20)配合连接，台座(30)上方的另一侧安装有LED背光源(38)；
铣刀夹块(20)旁边设有旋转夹块(21)，旋转夹块(21)连接在旋转主轴(16)的一端，旋转主轴(16)的一端通过轴承支撑在第三轴承板(17)上，第三轴承板(17)通过螺栓固定在第二滑块(9)上，旋转主轴(16)的输入端端通过第一齿轮副(15)与R轴步进电机(14)输出轴配合传动，R轴步进电机(14)固定于第二滑块(9)上；
第二滑块(9)与Z轴丝杠(8)配合连接，Z轴丝杠(8)的两端通过轴承支撑在第四轴承板(10)和第五轴承板(6)上，第四轴承板(10)和第三电机支撑板(12)连接，第五轴承板(6)通过支撑架(2)安装在底座(1)上，Z轴丝杠(8)的输入端通过第三联轴器(11)与安装在第三电机支撑板(12)上的Z轴步进电机(13)的输出轴连接。
2.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，其特征在于：所述的台座(30)上方与Y轴步进电机(28)相对的一侧设置有铣刀输送装置，铣刀输送装置包括与台座(30)固定的底板(33)，底板(33)的上方两侧分别安装有侧板(36)，其中一块侧板(36)上安装有皮带电机(35)，皮带电机(35)通过第二齿轮副(34)带动传送皮带(32)工作，使传送皮带(32)上的被测铣刀(31)向LED背光源(38)的方向运动。
3.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，其特征在于：所述的第二轴承板(18)上设置有Y轴导向杆(19)，Y轴导向杆(19)的一端与第二轴承板(18)连接，另一端穿过铣刀夹块(20)与第一轴承板(25)连接。
4.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，其特征在于：所述的第五轴承板(6)上设置有Z轴导向杆(7)，Z轴导向杆(7)的一端与第五轴承板(6)连接，另一端穿过第二滑块(9)与第四轴承板(10)连接。
5.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，其特征在于：所述的铣刀夹块(20)与旋转夹块(21)的两侧分别放置有主电磁铁(23)和副电磁铁(22)，主电磁铁(23)和副电磁铁(22)用于产生吸力夹持被测铣刀(31)。
6.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，其特征在于：所述的铣刀夹块(20)整体呈横卧着的“L”形，较短一段的顶端开有截面为直角等腰三角形的横向通槽(201)，侧面开有同样尺寸的纵向通槽(202)，横向通槽(201)、纵向通槽(202)的作用是夹持被测铣刀(31)；纵向通槽(202)的两侧安装有主电磁铁(23)。
7.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，其特征在于：所述的旋转夹块(21)为一矩形块，其前方开有三角通槽(211)，两侧中心位置均安装有副电磁铁(22)。
8.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备，其特征在于：所述的一种机器视觉检测用铣刀定位夹持设备包含四个自由度，X轴自由度指的是以X轴丝杠(40)为轴，第一滑块(37)沿着X轴做直线往返运动；Y轴自由度指的是以Y轴丝杠(24)为轴，铣刀夹块(20)沿着Y轴做直线往返运动；Z轴自由度指的是以Z轴丝杠(8)为轴，第二滑块(9)沿着Z轴做直线往返运动；R轴自由度指的是以旋转主轴(16)为轴，旋转夹块(21)围绕R轴做旋转运动。
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