CN114147541A - 数控机床内刀具底面的图像采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控机床内刀具底面的图像采集系统及方法，上述系统包括：图像采集装置，用于采集数控机床上的刀具图像；沿三维坐标系移动的移动装置，所述图像采集装置固定在所述移动装置上；智能终端，用于显示所述图像采集装置移动时采集的实时图像和生成控制信号，并根据所述控制信号控制所述图像采集装置采集所述刀具图像或控制所述移动装置移动。与现有技术相比，本发明方案通过将图像采集装置固定在移动装置上，然后通过智能终端控制移动装置移动的同时带动图像采集装置一起移动，并显示图像采集装置移动时采集的实时图像，依据该实时图像，简单方便地将图像采集装置移动到拍摄刀具的位置，并拍摄刀具的图像。

Description

数控机床内刀具底面的图像采集系统及方法

技术领域

本发明涉及图像采集技术领域，尤其涉及的是一种数控机床内刀具底面的图像采集系统及方法。

背景技术

随着制造业的高速发展，数控机床所能达到的精度越来越高。相应的，对数控加工时所用刀具的状态要求也越来越苛刻。数控机床加工时刀具磨损后会导致所加工出来的产品的表面质量与精度不达标，造成加工后的产品需要二次返工甚至直接废弃，带来不必要的损耗和开支。因此检测刀具的磨损情况显得尤为重要。

通过观测刀具底面可以判定刀具磨损状况，但是数控设备是半封闭状态，操作人员很难观察到刀具底面的状态；若是将正在使用中的刀具拆下来观察测量后再重新安装定位，会导致加工效率低下。

因此，现有技术还有待改进和发展。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种数控机床内刀具底面的图像采集系统及方法，旨在解决现有技术中不能实时观察到刀具底面从而判定刀具磨损状况的问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种数控机床内刀具底面的图像采集系统，包括：

图像采集装置，用于采集数控机床上的刀具图像；

沿三维坐标系移动的移动装置，所述图像采集装置固定在所述移动装置上；

智能终端，用于显示所述图像采集装置移动时采集的实时图像和生成控制信号，并根据所述控制信号控制所述图像采集装置采集所述刀具图像或控制所述移动装置移动。

可选的，所述移动装置固定在数控机床的工作台上，所述智能终端发送所述控制信号至数控机床的可编程控制器，所述可编程控制器控制所述工作台沿三维坐标系移动。

可选的，所述图像采集装置的轴线与所述刀具的轴线平行，所述图像采集装置安装于所述刀具的下方。

可选的，还包括辅助光源，所述辅助光源设置于所述图像采集装置与所述刀具之间。

可选的，所述移动工作台上设有升降装置，所述辅助光源固定在所述升降装置上，所述智能终端控制所述升降装置。

可选的，还设有运动控制卡，所述智能终端与所述运动控制卡电连接，所述智能终端通过所述运动控制卡控制所述升降装置。

可选的，所述智能终端上还设有控制界面并根据控制界面上所选取的内容生成所述控制信号。

与现有技术相比，本发明方案通过将图像采集装置固定在移动装置上，然后通过智能终端控制移动装置移动的同时带动图像采集装置一起移动，并显示图像采集装置移动时采集的实时图像，依据该实时图像，简单方便地将图像采集装置移动到拍摄刀具的位置，并拍摄刀具的图像。

本发明第二方面提供一种数控机床内刀具底面的图像采集方法，其中，上述方法包括：

控制图像采集装置沿三维坐标系移动；

获取所述图像采集装置移动时采集的实时图像；

显示所述实时图像；

基于所述实时图像与所述刀具的比对结果，控制图像采集装置采集所述刀具图像并输出所述刀具图像或控制图像采集装置沿三维坐标系移动。

可选的，所述控制图像采集装置采集所述刀具图像时，还包括控制射向所述刀具的辅助光源的高度。

可选的，所述控制图像采集装置沿三维坐标系移动，包括：

获取所述图像采集装置的移动步长；

基于所述移动步长控制所述图像采集装置沿三维坐标系移动。

与现有技术相比，本发明方案通过控制图像采集装置沿三维坐标系移动，在图像采集装置移动的同时，实时显示图像采集装置移动时采集的图像，从而能够可视化地确定图像采集装置拍摄到的图像是否为刀具的图像，使得图像采集装置实时拍摄到刀具底面的实时图像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的图像采集方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的图像采集系统的固定架示意图；

图3是本发明实施例提供的图像采集系统的模块示意图；

图4是本发明实施例提供的图像采集系统的控制界面示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当…时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似的，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述的条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

下面结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

随着制造业的高速发展，数控机床所能达到的精度越来越高。相应的，对数控加工时所用刀具的状态要求也越来越苛刻。数控机床加工时刀具磨损后会导致所加工出来的产品的表面质量与精度不达标，造成加工后的产品需要二次返工甚至直接废弃，带来不必要的损耗和开支。因此检测刀具的磨损情况显得尤为重要。

通过观测刀具底面可以判定刀具磨损状况，但是数控设备是半封闭状态，操作人员很难观察到刀具底面的状态；若是将正在使用中的刀具拆下来观察测量后再重新安装定位，会导致加工效率低下。

本发明方案通过控制图像采集装置沿三维坐标系移动，在图像采集装置移动的同时，实时显示图像采集装置移动时采集的图像，从而能够可视化地确定图像采集装置采集到的图像是否为刀具的图像，使得图像采集装置准确拍摄到刀具底面的实时图像。

示例性方法

如图1所示，本发明实施例提供一种数控机床内刀具底面的图像采集方法，具体的，上述方法包括如下步骤：

步骤S100：控制图像采集装置沿三维坐标系移动；

其中，图像采集装置用于拍摄刀具的图像，可以是工业相机、摄像机等拍摄设备。

为了在数控机床内采集刀具的实时图像，需要将图像采集装置移动到目标位置，在该目标位置上，能够清晰拍摄到安装在数控机床上的刀具。具体的，可以通过将图像采集装置固定在能够沿三维坐标系移动的各种移动装置上，从而实现图像采集装置沿三维坐标系移动的功能。该移动装置优选为如本实施例所实施的，将图像采集装置通过固定架固定在数控机床的工作台的一侧，既不会影响到刀具加工作业，又能充分利用现有数控机床工作台的高移动精度和方便控制的特性，借助数控机床的可编程控制器控制工作台移动的同时带动图像采集装置一起移动，使得操控图像采集装置的移动更加容易。该移动装置也可以是专门安装在数控机床内部的移动平台，通过智能终端来控制移动平台移动的同时带动图像采集装置一起移动。

步骤S200：获取图像采集装置移动时采集的实时图像；

步骤S300：显示实时图像；

具体的，控制图像采集装置移动的同时并获取到图像采集装置采集的实时图像，并将实时图像显示出来，能够直观看到图像采集装置移动到的位置所能采集到的图像，从而能够一目了然判断出图像采集装置是否移动到了能够拍摄刀具图像的目标位置。

本实施例中，智能终端与工业相机通过无线网络建立连接后，智能终端调用工业相机的接口实时获取到工业相机的实时图像并显示在智能终端上。

步骤S400：基于实时图像与刀具的比对结果，控制图像采集装置采集刀具图像并输出刀具图像或控制图像采集装置沿三维坐标系移动。

具体的，根据显示的实时图像，可以判断出当前实时图像是否是完整的、清晰的符合质量要求的刀具图像，当实时图像满足刀具图像的质量要求时，通过控制图像采集装置在当前位置进行拍摄从而获得刀具图像，并输出获得的刀具图像或保存起来，获得刀具图像之后就能利用神经网络对刀具的磨损情况作进一步的分析判断。当实时图像没有满足刀具图像的质量要求时，继续控制图像采集装置沿三维坐标系移动直至实时图像能够满足刀具图像的质量要求。当然，可以依据后续对刀具图像所采取的进一步处理措施，设定不同的刀具图像的质量要求。

可选的，当需要对刀具进行局部放大拍摄时，还可以在图像采集装置前固定一个显微镜，通过改变显微镜的放大倍数，有智能终端控制显微镜对刀具全局或者局部进行聚焦和放大，获得满足不同质量要求的放大的刀具图像。

本实施例中，在智能终端上显示实时图像，并同时显示控制界面，当操作员判断实时图像不满足刀具图像的质量要求时，直接在控制界面上操作，控制图像采集装置继续移动，直至实时图像满足刀具图像的质量要求时，在控制界面上操作，控制图像采集装置采集刀具图像，操作简单、控制方便。

进一步的，在数控机床内进行实时拍摄时，拍摄环境并不理想，拍摄的刀具图像往往存在很多多余的噪点。因此，还可以安装辅助光源，在控制图像采集装置采集刀具图像时，同时控制射向刀具的辅助光源的高度。也就是说，改变辅助光源与刀具之间距离，从而对刀具区域进行不同程度的补光，改善拍摄时获得的刀具图像的质量。如图2所示，本实施例将辅助光源固定在升降台上，升降台与图像采集装置均固定在固定架上，固定架则固定在数控机床的工作台上，当图像采集装置采集刀具图像时，智能终端控制升降台上升或下降，从而改变辅助光源射向刀具底面的光照亮度，对刀具底面进行补光，改善拍摄后获得的刀具图像的质量。

进一步的，当图像采集装置接近刀具位置时，为了实现图像采集装置移动的更精细控制，还可以改变图像采集装置的移动步长为更小值；基于更加小的移动步长控制图像采集装置沿三维坐标系移动，此时每次偏移量更小，更加方便移动到拍摄刀具图像的最佳位置，避免了由于步长过大错过位置导致来回循环调整的情况。本实施例直接在智能终端的控制界面上显示步长的设置项，方便根据需要实时改变图像采集装置的移动步长。

在一个实施场景中，还对图像采集装置采集刀具图像时的位置坐标进行保存，下次采集刀具图像时就可以直接使用该位置坐标，达到自动定位、快速拍照的效果。具体的，每次将刀具固定在数控机床的主轴上时，刀具的坐标相对来说是固定的，变动的是刀具沿主轴的伸展长度，保存了上一次相对于主轴的图像采集装置的位置坐标后，就可以控制图像采集装置直接从初始位置移动到保存的位置坐标所对应的位置，实现一次定位。例如：图像采集装置未工作状态时，都回归至初始位置，保证每次启动点的坐标相同，相应的，保存位置坐标时图像采集装置也是从该启动点开始移动，使得保存的位置坐标能够重复利用。具体实施时，基于机床限位开关传感器，利用PLC控制器获取机床限位开关传感器的触发状态实现图像采集装置回归初始位置。

在一个实施场景中，在智能终端上使用卷积神经网络自动对图像采集装置移动时采集的实时图像进行识别，判断是否为刀具图像，实现自动控制图像采集装置移动、自动控制图像采集装置进行采集的自动化操作。

综上所述，本发明方案通过控制图像采集装置沿三维坐标系移动；获取所述图像采集装置移动时采集的实时图像；显示所述实时图像；基于所述实时图像与所述刀具的比对结果，控制图像采集装置采集所述刀具图像并输出所述刀具图像或控制图像采集装置沿三维坐标系移动，实现了实时拍摄刀具底面图像从而可以在线判定刀具磨损状况。

示例性系统

如图3所示，对应于上述数控机床内刀具底面的图像采集方法，本发明实施例还提供一种数控机床内刀具底面的图像采集系统，上述数控机床内刀具底面的图像采集系统包括：

图像采集装置100，用于采集数控机床上的刀具图像；

沿三维坐标系移动的移动装置200，所述图像采集装置100固定在移动装置200上；

智能终端300，用于显示图像采集装置100移动时采集的实时图像和生成控制信号，并根据控制信号控制图像采集装置100采集刀具图像或控制移动装置200移动。

具体的，图像采集装置100可以是工业相机、摄像机等拍摄设备。移动装置200可以固定在数控机床的工作台上，或者固定在已安装在数控机床内的移动平台上，通过工作台或移动平台沿三维坐标系移动带动移动装置200、图像采集装置100一起沿三维坐标系移动。图像采集装置100移动时采集到的实时图像在智能终端300的显示屏上显示，根据该实时图像就可以判断出是否采集到需要的刀具图像，当采集到需要的刀具图像时，智能终端300发送控制信号至图像采集装置100，实时采集刀具图像；当没有采集到需要的刀具图像时，智能终端300继续控制移动装置200沿三维坐标系移动。

因此，本采集系统通过将图像采集装置固定在固定架上，然后通过智能终端控制移动装置移动的同时带动图像采集装置一起移动，并显示图像采集装置移动时采集的实时图像，依据该实时图像，简单方便地将图像采集装置移动到拍摄刀具的位置，并拍摄刀具的图像。

具体实施时，本实施例的图像采集系统的移动装置200为固定架11，图像采集装置100为摄像机10，智能终端300为带有显示屏的电脑终端，当然，也可以是笔记本电脑、平板电脑等各种智能设备。

其中，固定架11如图2所示，固定架11的底端通过螺栓固定在数控机床的工作台上。电脑终端发送控制信号至数控机床的可编程控制器，通过可编程控制器控制数控机床的工作台沿三维坐标系移动，从而间接实现了固定架11沿三维坐标系移动。摄像机10固定在固定架11的下部，并且摄像机10的轴线与数控机床上的刀具的轴线平行，位于刀具的下方。由于在数控机床内进行实时拍摄时，拍摄环境并不理想，拍摄的刀具图像往往存在很多多余的噪点。因此，本实施例还安装了作为辅助光源的强光源13，强光源13安装于摄像机10与刀具之间，摄像机10采集刀具图像时，强光源13产生的光线射向刀具，对刀具进行补光。

进一步的，固定架11上固定了升降台12，强光源13固定在升降台12上，通过电脑终端控制升降台12上升或下降，改变强光源13与刀具之间的距离，从而改变射向刀具的光照强度，实现不同程度的补光，拍摄到的刀具图像更加清晰、噪点更少、质量更高。电脑终端可以采取多种方法控制升降台12的升降，在本实施例中，电脑终端的卡槽内安装了运动控制卡，电脑终端通过运动控制卡直接控制升降台12的升降，即利用运动控制卡输出高频脉冲控制步进电机来操纵升降台12，更加方便电脑终端上开发实现操控的功能。

其中，本实施例智能终端具体控制界面如图4所示，既可以显示摄像机10采集的实时图像，还能根据控制界面上选取的内容生成相应的控制信号，例如：可以设定控制固定架11移动的移动步长，可以根据当前的实时图像是否为刀具图像或者当前刀具图像是否满足质量要求，继续移动固定架11或者控制升降台12升降实现不同的补光，来获得满足质量要求的刀具图像。

具体的，本实施例中，上述数控机床内刀具底面的图像采集系统的各部分的具体功能可以参照上述数控机床内刀具底面的图像采集方法中的对应描述，在此不再赘述。

本领域技术人员可以理解，图3中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的采集系统的限定，具体的采集系统可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

上述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。上述计算机可读介质可以包括：能够携带上述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，上述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不是相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.数控机床内刀具底面的图像采集系统，其特征在于，包括：

图像采集装置，用于采集数控机床上的刀具图像；

沿三维坐标系移动的移动装置，所述图像采集装置固定在所述移动装置上；

智能终端，用于显示所述图像采集装置移动时采集的实时图像和生成控制信号，并根据所述控制信号控制所述图像采集装置采集所述刀具图像或控制所述移动装置移动。

2.如权利要求1所述的数控机床内刀具底面的图像采集系统，其特征在于，所述移动装置固定在数控机床的工作台上，所述智能终端发送所述控制信号至数控机床的可编程控制器，所述可编程控制器控制所述工作台沿三维坐标系移动。

3.如权利要求1所述的数控机床内刀具底面的图像采集系统，其特征在于，所述图像采集装置的轴线与所述刀具的轴线平行，所述图像采集装置安装于所述刀具的下方。

4.如权利要求1所述的数控机床内刀具底面的图像采集系统，其特征在于，还包括辅助光源，所述辅助光源设置于所述图像采集装置与所述刀具之间。

5.如权利要求4所述的数控机床内刀具底面的图像采集系统，其特征在于，所述移动装置上设有升降装置，所述辅助光源固定在所述升降装置上，所述智能终端控制所述升降装置。

6.如权利要求5所述的数控机床内刀具底面的图像采集系统，其特征在于，还设有运动控制卡，所述智能终端与所述运动控制卡电连接，所述智能终端通过所述运动控制卡控制所述升降装置。

7.如权利要求1所述的数控机床内刀具底面的图像采集系统，其特征在于，所述智能终端上还设有控制界面并根据控制界面上所选取的内容生成所述控制信号。

8.数控机床内刀具底面的图像采集方法，其特征在于，包括：

控制图像采集装置沿三维坐标系移动；

获取所述图像采集装置移动时采集的实时图像；

显示所述实时图像；

基于所述实时图像与所述刀具的比对结果，控制图像采集装置采集所述刀具图像并输出所述刀具图像或控制图像采集装置沿三维坐标系移动。

9.如权利要求8所述的数控机床内刀具底面的图像采集方法，其特征在于，所述控制图像采集装置采集所述刀具图像时，还包括控制射向所述刀具的辅助光源的高度。

10.如权利要求8所述的数控机床内刀具底面的图像采集方法，其特征在于，所述控制图像采集装置沿三维坐标系移动，包括：

获取所述图像采集装置的移动步长；

基于所述移动步长控制所述图像采集装置沿三维坐标系移动。

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