[发明专利]一种清洁切削环境下刀具损伤在线与在位检测系统及方法

权利要求书

1.一种清洁切削环境下刀具损伤在线与在位检测系统，其特征在于，包括在线预判及识别系统、在位检测系统、数据采集卡(15)、图像采集卡(13)、用于清洗刀具的清洁系统、计算机(14)；

所述在线预判及识别系统包括振动传感器(1)、电压传感器(2)、力传感器(3)、电流传感器(4)、声发射传感器(5)；所述振动传感器(1)用于实时测量机床加工过程中切削位置的振动量；所述电压传感器(2)与电流传感器(4)分别用于实时测量机床加工过程中主轴电压与电流的变化值；所述力传感器(3)用于实时测量机床加工过程中切削力的变化值；所述声发射传感器(5)用于实时测量刀具切削时的声信号；

所述在位检测系统包括机器人(78)、视觉系统；所述机器人(78)设置在机床加工中心的切削位置附近一侧；所述视觉系统设置在机器人(78)末端，所述机器人(78)带动视觉系统在位采集刀具的侧刃图像和底刃图像；所述数据采集卡(15)、图像采集卡(13)分别将各传感器检测到的信号和视觉系统采集的图像传输给计算机(14)；

所述计算机(14)设有数据处理模块和图像处理模块，所述数据处理模块用于对各传感器采集的振动、电流、电压、切削力、声发射信号进行时域特征与频域特征的提取与数据融合；以提取的数据特征为纵轴，时间为横轴生成变化曲线，若加工过程中，曲线超过设定阈值，则发出预警，机床停机；所述图像处理模块，用于对视觉系统采集的刀具图像进行处理，计算刀具损伤程度，判别是否需更换刀具，并显示在显示屏上；当计算机(14)判定在线预判及识别系统采集的数据异常时，机床停机，清洁系统开始清洗刀具，刀具旋转，视觉系统开始采集刀具的侧刃图像和底刃图像；进一步判定刀具的损伤类型和损伤程度。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述数据处理模块包括特征提取与融合单元、曲线生成单元、第一判定单元；

所述特征提取与融合单元用于将采集的振动、电流、电压、切削力以及声发射信号提取反映刀具磨/破损状态的时域特征、频域特征；

所述曲线生成单元用于以提取的数据特征为纵轴，时间为横轴，实时显示经特征提取与融合的各时域特征、频域特征随时间变化的曲线；

所述第一判定单元用于判定上述曲线在的特征值在某一时刻是否超出设定的阈值，若超过阈值，则发出预警，机床停机。

3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述图像处理模块包括图像处理单元、损伤计算单元、第二判定单元；

所述图像处理单元用于对采集的刀具图像进行灰度化、降噪、中值滤波、二值化处理以及边缘检测提取刀具磨损轮廓；

所述损伤计算单元用于对刀具磨/破损区域进行测量，计算出磨/破损面积和最大磨/破损带宽度以及平均磨/破损带宽度；

所述第二判定单元根据刀具磨损位置以判别刀具磨破损类型，并根据刀具磨损量是否达到设定值以确定是否需更换刀具。

4.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述视觉系统(7)包括连接件(75)、相机支座(74)、工业相机(70)、镜头(71)、环形光源(72)；所述相机支座(74)通过连接件(75)固定在机器人(78)的执行末端；所述工业相机(70)固定在相机支座(74)上；所述镜头(71)与工业相机(70)连接，所述环形光源(72)设置在镜头(71)前端；所述机器人(78)带动工业相机(70)在位采集刀具的图像。

5.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述清洁系统包括电动窗(9)、气动清洗高压喷枪(11)、空气压缩机(10)、带喷嘴的橡胶软管(12)、镜头保护盖(73)；所述电动窗(9)设置在视觉系统与道具之间；所述气动清洗高压喷枪(11)接于空气压缩机(10)上，所述橡胶软管(12)接于喷枪口处，橡胶软管(12)喷嘴一端通过固定架(77)固定在机器人(78)执行末端；所述镜头保护盖(73)安装于环形光源(72)前端，用于保护镜头(71)及环形光源(72)。