CN113466131B - 一种金属切削刀具连续检测装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种金属切削刀具连续检测装置，涉及金属切削刀具检测领域，包括机械臂、旋转工作台和影像机构，旋转工作台包括行星轮机构和夹具，行星轮机构的至少两个行星轮上安装夹具，行星轮机构能够驱动夹具绕其对应行星轮轴线转动和/或绕太阳轮轴线转动，影像机构通过可调支架安装在多自由度机械臂末端，可调支架上安装有至少两个间隔布置的影像机构，用于获取夹具所夹持工件的多角度图像，采用行星轮机构驱动夹具，行星轮机构的行星轮特性能够使得夹具夹持工件进行循环移动的同时，驱动工件原位置转动调整角度位置，满足多角度测量和循环输送测量的综合需求。

Description

一种金属切削刀具连续检测装置

技术领域

本公开涉及金属切削刀具检测领域，特别涉及一种金属切削刀具连续检测装置。

背景技术

金属切削刀具的精度不仅直接影响加工工件的精度和粗糙度，还关系到零件整体的加工质量、生产效率以及整体功能的实现。在刀具的使用过程中，会产生如磨损、破损等问题，将对刀具的几何结构参数产生影响，从而导致刀具精度下降。

当刀具磨损达到一定程度后，可能出现切削力加大，切削温度上升，以及刀具振动等问题。同时，刀具的磨损会导致影响加工精度，使加工表面无法满足要求。这时，就必须对刀具外观几何参数进行重新测量，根据各种参数标准及测量结果对刀具进行重磨或更换新刀。准确的掌握刀具各阶段的使用情况有利于金属切削刀具的优化与研发。因此，刀具参数的精确测量尤为重要。

现对于金属切削刀具参数的检测方法主要有：机械式测量法、光学投影测量法、测头测量法和图像测量法。其中图像测量法利用了光电技术进行优化处理，具有测量范围广，精度高特点，并结合各种计算机算法进行优化处理，有效避免了人为误差和累积误差，使得这种基于机械视觉技术的图像测量法成为主流测量方法。但使用图像测量法的存在如下问题：一方面由于测量镜头与刀具的相对姿态较为固定，无法对刀具的几何结构进行全方位、多角度测量，尤其刀具的端面测量难度大，精度低；另一方面，在面对大规模测量的情况时，刀具难以进行循环输送，浪费大量时间进行刀具更换，存在难以连续测量刀具等问题，难以满足连续高效检测的需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种金属切削刀具连续检测装置，采用行星轮机构驱动夹具，行星轮机构具有的行星轮特性能够使得夹具夹持工件进行循环移动的同时，驱动工件原位置转动调整角度位置，满足多角度测量和循环输送测量的综合需求。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：

一种金属切削刀具连续检测装置，包括机械臂、旋转工作台和影像机构，旋转工作台包括行星轮机构和夹具，行星轮机构的至少两个行星轮上安装夹具，行星轮机构能够驱动夹具绕其对应行星轮轴线转动和/或绕太阳轮轴线转动，影像机构通过可调支架安装在多自由度机械臂末端，可调支架上安装有至少两个间隔布置的影像机构，用于获取夹具所夹持刀具的多角度图像。

进一步地，所述夹具安装在行星轮朝向影像机构的端面上，夹具的夹持部朝向影像机构。

进一步地，所述行星轮机构的所有行星轮沿太阳轮轴线环向均匀布置，每个行星轮上均安装有对应的夹具。

进一步地，所述行星轮机构间歇运动，用于带动夹具改变与影像机构的相对姿态和位置。

进一步地，所述机械臂为三轴机械臂，可调支架转动安装在三轴机械臂末端，可调支架能够通过转动调整影像机构与夹具所夹持工件的夹角。

进一步地，所述可调支架一端安装有CCD摄像机，CCD摄像机的两侧分别向外延伸形成支臂，两个支臂上安装有红外摄像机。

进一步地，两个支臂末端相对布置，红外摄像机、CCD摄像机朝向同一拍摄空间的不同方位，行星轮机构驱动夹具用于带动所夹持的刀具依次进入拍摄空间内。

进一步地，沿夹具绕太阳轮轴线转动方向上，夹持被测刀具的夹具的上游设置有刀具装载机构，下游设置有刀具卸载机构。

进一步地，所述刀具装载机构、刀具卸载机构分别配合有刀具输送机构。

进一步地，所述行星轮机构配合有驱动机构，驱动机构输出端通过传动机构连接太阳轮轴。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)采用行星轮机构驱动夹具，行星轮机构的行星轮特性能够使得夹具夹持工件进行循环移动的同时，驱动工件原位置转动调整角度位置，满足多角度测量和循环输送测量的综合需求。

(2)行星轮具有行星运动和功率分流的传动特点，使得产品的结构紧凑、体积小、重量轻。行星轮这种数个行星轮均匀分布在中心轮周边的对称结构，有利于提高传动系统效率，减少功率损失，其传动平衡好，抗冲击振动能力强。

(3)通过两组不同功能的摄像机对同一工件的不同方位进行拍摄，解决了现有刀具检测装置功能单一、刀具上复杂曲面难以测量，多角度检测装置结构复杂，单一夹持装置无法实现连续检测、换刀时检测装置空闲浪费的问题。

(4)与现有刀具检测装置相比，通过机械臂带动摄像机构，可同时对摄像机构实现水平、竖直方向调节，有利于刀具与摄像头之间的相对位置的调整，可调式刀具装夹机构能够带动刀具本体自转和绕太阳轮轴线公转，从而方便实现刀具端刃、侧刃等任一位置的刀具几何参数检测，灵活性强。

(5)多个夹持装置允许在一个刀具检测时装卸其余刀具，在电机的带动下可以实现自动化换刀；通过将整个刀具检测过程自动化，提高刀具检测的效率，适用于大、中批量刀具的检测。

附图说明

图1为本公开实施例1中检测装置的整体结构示意图；

图2为本公开实施例1中行星轮机构的结构示意图；

图3为本公开实施例1中可调支架的结构示意图。

图中：1—刀具装夹机构，2—旋转工作台，3—水平基座，4—滑动导轨，5—可调节摄像头装载机构，201—太阳轮，202—齿轮轴，203—齿圈，204—支撑机构，501—CCD摄像头，502—机架，503—固定座，504—回转轴I，505—连杆，506—回转轴II。

具体实施方式

实施例1

本公开的一个典型实施例中，如图1-图3所示，给出一种金属切削刀具连续检测装置。

针对现有金属切削刀具检测过程中难以进行多角度测量、刀具的端面测量难度大的问题，提出刀具多角度连续检测装置。

其主要包括：刀具装夹机构、旋转工作台、水平基座、机械臂、调节机构和摄像机构。

其中水平基座作为承载装置，机械臂、旋转工作台均安装在水平基座上，摄像机构通过调节机构安装在机械臂末端，通过机械臂和调节机构共同对摄像机构所处位置、角度进行调节。

所述旋转工作台包括行星轮机构和夹具，行星轮机构的至少两个行星轮上安装夹具，行星轮机构能够驱动夹具绕其对应行星轮轴线转动和/或绕太阳轮轴线转动。

可调支架5随着水平滑动导轨机构4的位置调整带动摄像头沿XYZ轴移动，旋转工作台2和可调支架5绕着各自的回转轴转动并调整角度，通过CCD摄像头对待测刀具的端面、侧面及任一角度自动对焦后进行拍摄，从而获得清晰的刀具几何结构及磨损情况。

在本实施例中，所述的机械臂为三轴机械臂，可调支架转动安装在三轴机械臂末端，可调支架能够通过转动调整影像机构与夹具所夹持工件的夹角。

如图1所示，三轴机械臂包括横向水平滑动导轨机构、纵向水平滑动导轨机构、竖直滑动导轨机构，所述横向水平滑动导轨机构与纵向水平滑动导轨机构构成十字方向叠加连接，固定在水平基座上，竖直滑动导轨机构安装在纵向水平滑轨机构的滑块上，可实现相互位置的改变调整，从而实现三轴运动；其中，所述的调节机构安装在竖直滑动导轨机构的滑块上。

调节机构包括可调支架，可调支架一端转动安装在机械臂末端，另一端安装影像机构。通过可调支架与机械臂的相对转动，能够实现影像机构可控制的上下转动，方便检测刀具上方的形貌。

通过两组不同功能的摄像机对同一工件的不同方位进行拍摄，解决了现有金属切削刀具检测装置功能单一、刀具上复杂曲面难以测量，多角度检测装置结构复杂，单一夹持装置无法实现连续检测、换刀时检测装置空闲浪费的问题。

可调支架一端安装有CCD摄像机，CCD摄像机的两侧分别向外延伸形成支臂，两个支臂上分别安装有红外摄像机；

两个支臂末端相对布置，红外摄像机、CCD摄像机朝向同一拍摄空间的不同方位，行星轮机构驱动夹具用于带动所夹持的刀具依次进入拍摄空间内。通过两组不同功能的摄像机对同一工件的不同方位进行拍摄，解决了现有刀具检测装置功能单一、刀具上复杂曲面难以测量，多角度检测装置结构复杂，单一夹持装置无法实现连续检测、换刀时检测装置空闲浪费的问题。

结合附图3，对于可调支架，包括机架502、固定座503、回转轴I 504、连杆505、回转轴II 506,所述固定座503的下侧通过螺钉连接垂直设置的水平滑动导轨机构4，所述回转轴I 504内部设置平行于水平滑动导轨机构4。

可以理解的是，能够实现横向、纵向和竖直运动的三轴机械臂呈X、Y、Z三坐标方向相互垂直；水平滑动导轨机构4通过各个丝杠旋转可实现X、Y、Z三轴的移动，X、Y轴方向的移动可实现可调支架5位置的调整，通过可调支架5沿Z轴的移动和可调支架机架502的上下转动(CCD摄像头501朝下时)，能够调节被测刀具与CCD摄像头501之间的相对位置，可解决被测刀具端面难以检测的问题，并结合旋转工作台2与刀具装夹机构1对被测刀具转动角度的调整，通过CCD摄像头501对被测刀具的端面、侧面及任一角度自动对焦后进行拍摄，从而获得清晰的刀具几何结构及磨损情况。

夹具安装在行星轮朝向影像机构的端面上，夹具的夹持部朝向影像机构，所述行星轮机构的所有行星轮沿太阳轮轴线环向均匀布置，每个行星轮上均安装有对应的夹具。刀具装夹机构1固定于旋转工作台2上，旋转工作台2通过太阳轮201、齿轮轴202、齿圈203和夹具组成的机构传动，带动刀具装夹机构1及装夹于其上的待测刀具绕竖直方向360°转动。

结合图1和图2，对于旋转工作台，包括行星轮机构和夹具，其中行星轮机构包括太阳轮201、齿轮轴202、齿圈203，支撑机构204,所述支撑机构204通过轴承座和轴承分别与太阳轮201和齿轮轴202相连接，太阳轮201可绕其轴线旋转，齿轮轴202可绕其轴线和绕太阳轮201中心轴线旋转，实现齿轮轴202的自转和绕太阳轮201中心轴线的公转。

行星轮机构配合有驱动机构，驱动机构输出端通过传动机构连接太阳轮轴；

每个行星轮上方通过回转轴固定有一个刀具装夹机构，通过控制行星轮绕着太阳轮的转动，行星轮机构间歇运动，实现刀具装夹机构及其上刀具的转动换刀，利用行星轮的转动带动夹具改变与影像机构的相对位置。

所述旋转工作台使用双轴行星轮结构可实现自转且公转，分别满足实现刀具自身旋转的需求和刀具更换夹持的需求。采用行星轮机构驱动夹具，行星轮机构的行星轮特性能够使得夹具夹持工件进行循环移动的同时，驱动工件原位置转动调整角度位置，满足多角度测量和循环输送测量的综合需求。

刀片检测时，先将刀具置于刀具装夹机构1，夹紧刀片,调整旋转工作台2转动，使齿轮轴202绕太阳轮201中心轴线公转至测量工位，再调整可调节摄像头装载机构5改变待测道具与CCD摄像头501之间的相对位置，从而获得清晰的刀片几何结构及磨损情况。

刀具检测时，先将待测刀具(铣刀、铰刀)等中小型圆柱直柄刀具装夹于刀具装夹机构1内，通过转动旋转工作台2，使齿轮轴202绕太阳轮201中心轴线公转至测量工位，带动刀具装夹机构1转动，从而实现检测刀具绕自身的360°转动，通过调整可调节摄像头装载机构5，实现从侧面工位到端面工位的变化，从而可调节被测刀具的测量角度。

进一步地，为了实现连续的刀具检测，在旋转工作台不断转动改变夹具、刀具位置的同时，还配合有装载和卸载机构；具体的，沿夹具绕太阳轮轴线转动方向上，对应影像机构拍摄位置夹具的上游设置有刀具装载机构，下游设置有刀具卸载机构。

所述刀具装载机构、刀具卸载机构分别配合有刀具输送机构。

在本实施例中，所述的刀具输送机构、刀具装载机构和刀具卸载机构选用现有的机构即可，将其布置在合适的位置，刀具装载机构和刀具卸载机构完成处于非检测工位上的刀具的装载夹持或卸载取下。刀具输送机构实现对待检测刀具的输送或已检测刀具的排料。

多个夹持装置允许在一个刀具检测时装卸其余刀具，在电机的带动下可以实现自动化换刀；通过将整个刀具检测过程自动化，提高刀具检测的效率，适用于大、中批量刀具的检测。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种金属切削刀具连续检测装置，其特征在于，包括机械臂、旋转工作台和影像机构，旋转工作台包括行星轮机构和夹具，行星轮机构的至少两个行星轮上安装夹具，行星轮机构能够驱动夹具绕其对应行星轮轴线转动和/或绕太阳轮轴线转动，影像机构通过可调支架安装在多自由度机械臂末端，可调支架上安装有至少两个间隔布置的影像机构，用于获取夹具所夹持刀具的多角度图像；

所述旋转工作台通过行星轮机构传动，带动刀具装夹机构及装夹于其上的待测刀具绕竖直方向360°转动；所述行星轮机构包括太阳轮、齿轮轴、齿圈和支撑机构，所述支撑机构通过轴承座和轴承分别与太阳轮和齿轮轴相连接，太阳轮可绕自身轴线旋转，齿轮轴可绕自身轴线旋转并绕太阳轮中心轴线旋转，可实现齿轮轴的自转和绕太阳轮中心轴线的公转；每个行星轮上方通过齿轮轴固定有夹具；夹具夹持工件进行循环移动的同时，驱动工件原位置转动调整角度位置；

所述影像机构能够对被测刀具的端面、侧面及任一角度进行拍摄，获得清晰的刀具几何结构及磨损情况；

通过转动旋转工作台，使齿轮轴绕太阳轮中心轴线公转至测量工位，带动刀具装夹机构转动，从而实现检测刀具绕自身的360°转动；

所述可调支架一端安装有CCD摄像机，CCD摄像机的两侧分别向外延伸形成支臂，两个支臂上分别安装有红外摄像机；两个支臂上末端相对布置，红外摄像机、CCD摄像机朝向同一拍摄空间的不同方位，行星轮机构驱动夹具用于带动所夹持的刀具依次进入拍摄空间内；

所述行星轮机构配合有驱动机构，驱动机构输出端通过传动机构连接太阳轮轴。

2.如权利要求1所述的金属切削刀具连续检测装置，其特征在于，所述夹具安装在行星轮朝向影像机构的端面上，夹具的夹持部朝向影像机构。

3.如权利要求1所述的金属切削刀具连续检测装置，其特征在于，所述行星轮机构的所有行星轮沿太阳轮轴线环向均匀布置，每个行星轮上均安装有对应的夹具。

4.如权利要求3所述的金属切削刀具连续检测装置，其特征在于，所述行星轮机构间歇运动，用于带动夹具改变与影像机构的相对位置。

5.如权利要求1所述的金属切削刀具连续检测装置，其特征在于，所述机械臂为三轴机械臂，可调支架转动安装在三轴机械臂末端，可调支架能够通过转动调整影像机构与夹具所夹持工件的夹角。

6.如权利要求1所述的金属切削刀具连续检测装置，其特征在于，沿夹具绕太阳轮轴线转动方向上，夹持被测刀具的夹具的上游设置有刀具装载机构，下游设置有刀具卸载机构。

7.如权利要求6所述的金属切削刀具连续检测装置，其特征在于，所述刀具装载机构、刀具卸载机构分别配合有刀具输送机构。