[发明专利]基于麦克风阵列和机器视觉的数控机床刀具磨损监控装置

说明书

本发明涉及一种基于麦克风阵列和机器视觉的数控机床刀具磨损监控装置，包括前后延伸且活塞杆从缸筒前方伸出的液压杆，缸筒的连接有撑托在靠近后端位置处的三角支架和撑托在前端位置处的固定支座，固定支座上开设有供活塞杆穿出的导向孔，活塞杆的前端连接有一侧壁板固连在活塞杆上、另一侧壁板朝前的L型支座，L型支座的朝前壁板上安装有位于前板面上的工业相机，朝前壁板的下方连接有朝前的麦克风阵列。利用声音信号和图像信号的结合，实现对刀具损坏点的精确识别并及时抵近观察，以提高刀具特征拍照精度和效率。

技术领域

本发明属于设备健康状态的实时监控领域，尤其涉及一种基于麦克风阵列和机器视觉的数控机床刀具磨损监控装置，利用麦克风阵列和监控摄像头实时监控数控机床刀具的磨损状态。

背景技术

目前,数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床刀具的磨损程度是影响零件生产成品率的决定性因素，前道工序刀具磨损严重,刀具损坏等会导致产出的问题部件流到后续工序,影响整个生产。为了提高生产加工效率、改善产品质量、保证零件加工的成品率，对刀具磨损状态进行实时监测是非常有必要的。

在先专利CN101549468A公开了一种基于影像的刀具在线检测与补偿系统及方法，用于在线检测机床上的刀具磨损量并基于磨损量进行补偿，包括以下步骤：布置摄像装置，且通过该摄像装置摄取设置在机床上的刀具的影像；对所摄取的刀具的影像进行校正；提取刀具的特征；通过所述摄像装置参数标定，将刀具的特征转换为刀具的实际尺寸；将刀具的实际尺寸与预设的刀具尺寸进行比较，生成补偿信号；以及将所述补偿信号供给至机床控制器，并利用机床控制器来驱动伺服电机补偿刀具磨损所产生的偏差。

但是，现有技术中，采集刀具影像所采用的设备为工业相机，而受像素和变焦性能的影响，采用定居变焦拍摄的刀具影响噪点较多，虽然在采用除杂算法后，可尽量多的去除这些噪点，但受刀具变形区域较小的因素影响，像素失真的情况仍然较为严重，导致提取到的刀具特征失真情况也较为严重，从而降低了在后的数据处理和补偿量设定的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高刀具特征拍照精度的基于麦克风阵列和机器视觉的数控机床刀具磨损监控装置，其技术方案如下：

基于麦克风阵列和机器视觉的数控机床刀具磨损监控装置，包括前后延伸且活塞杆从缸筒前方伸出的液压杆，缸筒的连接有撑托在靠近后端位置处的三角支架和撑托在前端位置处的固定支座，固定支座上开设有供活塞杆穿出的导向孔，活塞杆的前端连接有一侧壁板固连在活塞杆上、另一侧壁板朝前的L型支座，L型支座的朝前壁板上安装有位于前板面上的工业相机，朝前壁板的下方连接有朝前的麦克风阵列。

优选地，导向孔的孔壁和活塞杆的外周之间夹设有上下对扣的两片压电陶瓷，压电陶瓷连接有用于接通电源的引线。

优选地，液压杆有两根、并上下并排分布，两液压杆的缸筒后端之间固定连接有连接板，两液压杆的活塞杆前端均连接在L型支座上。

优选地，L型支座的前面还设有围绕在工业相机的周围的喷头，喷头的喷口朝向工业相机的镜头。

优选地，麦克风阵列由32个麦克风单体组成，其中13个麦克风单体呈十字型分布，19个麦克风单体在外围呈圆形分布。

优选地，麦克风的定位算法为最小方差无畸变波束形成算法，最小方差无畸变波束形成算法中，权向量为：

其中R为阵列协方差矩阵，θ为波束指向角，a(θ)为θ处的方向矢量，最后可得空间方位谱为：