專利名稱：具有光電瞄準(zhǔn)定位的刀具預(yù)調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種刀具預(yù)調(diào)系統(tǒng)，特別是具有光電瞄準(zhǔn)定位的刀具預(yù)調(diào)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在數(shù)控生產(chǎn)加工的切削過程中，對刀具的信息采集是十分重要的。傳統(tǒng)的刀具預(yù)調(diào)系統(tǒng)是用光學(xué)投影方法借助光學(xué)系統(tǒng)的放大投影顯示，用人工視覺進(jìn)行刀具測量對準(zhǔn)，這種靠人工記錄的方法往往會造成一些人為的誤差，在大批量刀具測量過程中過多的依靠人工操作不僅影響測量操作質(zhì)量，而且這種測量速度和效率也是很低的。近年的發(fā)展，也有用線陣CCD的方法來實現(xiàn)刀具預(yù)調(diào)，但這種方法在每次測試時CCD都要對圖形進(jìn)行一次全面掃描，這要花費很長時間。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種時間短、效率高的具有光電瞄準(zhǔn)定位的刀具預(yù)調(diào)系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案具有光電瞄準(zhǔn)定位的刀具預(yù)調(diào)系統(tǒng)，其特點在于它包括X向和Z向移動系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)及計算機處理系統(tǒng)及被測刀具，照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)及圖像采集系統(tǒng)置于X向和Z向移動系統(tǒng)上，可在X、Z兩個自由度坐標(biāo)系內(nèi)運動，并且其位置可以唯一確定，調(diào)節(jié)X向和Z向移動系統(tǒng)使照明系統(tǒng)發(fā)出的光照明被測刀具，調(diào)節(jié)成像系統(tǒng)的位置，保證被測刀具的特征點區(qū)域在視頻采集范圍內(nèi)，照明系統(tǒng)發(fā)出的光照明被測刀具，被測刀具經(jīng)成像系統(tǒng)成像后由視頻采集系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集，采集后的圖像數(shù)據(jù)送入計算機處理系統(tǒng)進(jìn)行圖像的邊界分割，對被測刀具的邊緣進(jìn)行曲線擬合，捕捉邊緣曲線特征點，并最終計算出特征點與坐標(biāo)系的偏差和，實現(xiàn)被測刀具的預(yù)調(diào)。
所述的照明系統(tǒng)由高亮度的發(fā)光二極管、導(dǎo)光光纖及光學(xué)準(zhǔn)值器組成，發(fā)光二極管發(fā)出的光通過導(dǎo)光光纖傳送至光學(xué)準(zhǔn)值器。采用高亮度的發(fā)光二極管作為光源，此光源為冷光源，可避免被測刀具受熱而發(fā)生形變，采用光纖傳送的方式，經(jīng)光學(xué)準(zhǔn)值器射出的光照明被測刀具，將光源和被測刀具隔離，是為了防止刀具受熱而發(fā)生形變，從而避免測量誤差。
所述的成像系統(tǒng)由成像物鏡、折光鏡及放大成像物鏡組成，成像物鏡將照明系統(tǒng)射出的成像光由折光鏡增加光照度，再通過放大成像物鏡進(jìn)行放大后，由視頻采集系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集。
所述的視頻采集系統(tǒng)由面陣CCD一次采集成像。
本發(fā)明的有益效果是，具有光電瞄準(zhǔn)定位的刀具預(yù)調(diào)系統(tǒng)，克服了光學(xué)投影人工視覺測量對準(zhǔn)誤差及線陣CCD測量對準(zhǔn)時間長等問題，大大提高了刀具預(yù)調(diào)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可靠性，從而也大大提高了檢測精度、加工精度。由于面陣CCD是一次成像，因此縮短了刀具預(yù)調(diào)時間，提高了生產(chǎn)工作效率，具有結(jié)構(gòu)簡單、易操作、成本低等優(yōu)點。
圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；圖2為本發(fā)明的光學(xué)照明系統(tǒng)圖；圖3為本發(fā)明的光學(xué)成像系統(tǒng)圖；圖4為本發(fā)明的計算機處理系統(tǒng)的處理原理框圖或流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明實施例建立X和Z向兩個坐標(biāo)系，X向和Z向移動系統(tǒng)由X向?qū)к?和Z向?qū)к?構(gòu)成，照明系統(tǒng)3、成像系統(tǒng)4及視頻采集系統(tǒng)5置于Z向?qū)к?的支架上，Z向?qū)к?垂直于X向?qū)к?，可在X、Z兩個自由度坐標(biāo)系內(nèi)運動，并且其位置可以唯一確定，調(diào)節(jié)X向?qū)к?和Z向?qū)к?使照明系統(tǒng)3發(fā)出的光照明被測刀具6，調(diào)節(jié)成像系統(tǒng)Y方向的位置，并調(diào)節(jié)刀具6到光學(xué)成像系統(tǒng)4成像物鏡的最佳焦面(旋轉(zhuǎn)被測刀具6，保證刀尖和成像系統(tǒng)4光路距離最近)，保證被測刀具6的特征點區(qū)域在視頻采集系統(tǒng)5的范圍內(nèi)，照明系統(tǒng)3發(fā)出的光照明被測刀具6，被測刀具6經(jīng)成像系統(tǒng)4成像后由視頻采集系統(tǒng)5進(jìn)行圖像采集，采集后的圖像數(shù)據(jù)送入計算機處理系統(tǒng)7進(jìn)行圖像的邊界分割，對被測刀具的邊緣進(jìn)行曲線擬合，捕捉邊緣曲線特征點，并最終計算出特征點與坐標(biāo)系的偏差和，實現(xiàn)被測刀具的預(yù)調(diào)。
視頻采集系統(tǒng)5采用1/2英寸靶面的面陣CCD作為視頻圖像傳感器，像元尺寸8μm，視頻采集系統(tǒng)5對刀具進(jìn)行圖象采集，并將采集到的圖象信號送入計算機處理系統(tǒng)7，通過插入計算機內(nèi)的圖像采集卡將其圖象信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由計算機進(jìn)行圖象處理與分析。視頻圖像采集卡支持98，2000，xp操作系統(tǒng)，多線程采集方式。
如圖2所示，照明系統(tǒng)3由高亮度的發(fā)光二極管31、導(dǎo)光光纖32及光學(xué)準(zhǔn)值器33組成，發(fā)光二極管31發(fā)出的光通過導(dǎo)光光纖32傳送至光學(xué)準(zhǔn)值器33。采用高亮度的發(fā)光二極管31作為光源，此光源為冷光源，可避免被測刀具受熱而發(fā)生形變，采用光纖32傳送的方式，經(jīng)光學(xué)準(zhǔn)值器33射出的光照明被測刀具，將光源和被測刀具隔離，是為了防止刀具受熱而發(fā)生形變，從而避免測量誤差。
如圖3所示，成像系統(tǒng)4由成像物鏡41、折光鏡42及放大成像物鏡43組成，成像物鏡41將照明系統(tǒng)3射出的成像后由折光鏡42增加光照度，再通過放大成像物鏡43進(jìn)行放大后，由視頻采集系統(tǒng)5進(jìn)行圖像采集。放大成像物鏡43采用5X的物鏡放大倍數(shù)。
如圖4所示，計算機處理系統(tǒng)7將采集的圖像進(jìn)行插值細(xì)分后分割成若干小區(qū)域，使用直方圖門限法提取出刀具邊緣輪廓，利用最小二乘法等數(shù)值計算方法擬合刀具邊界曲線，提取曲線特征點，利用特征點坐標(biāo)參數(shù)對刀具實現(xiàn)預(yù)調(diào)。
權(quán)利要求
1.具有光電瞄準(zhǔn)定位的刀具預(yù)調(diào)系統(tǒng)，其特征在于它包括X向和Z向移動系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)及計算機處理系統(tǒng)及被測刀具，照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)及圖像采集系統(tǒng)置于X向和Z向移動系統(tǒng)上，可在X、Z兩個自由度坐標(biāo)系內(nèi)運動，并且其位置可以唯一確定，調(diào)節(jié)X向和Z向移動系統(tǒng)使照明系統(tǒng)發(fā)出的光照明被測刀具，調(diào)節(jié)成像系統(tǒng)的位置，保證被測刀具的特征點區(qū)域在視頻采集范圍內(nèi)，照明系統(tǒng)發(fā)出的光照明被測刀具，被測刀具經(jīng)成像系統(tǒng)成像后由視頻采集系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集，采集后的圖像數(shù)據(jù)送入計算機處理系統(tǒng)進(jìn)行圖像的邊界分割，對被測刀具的邊緣進(jìn)行曲線擬合，捕捉邊緣曲線特征點，并最終計算出特征點與坐標(biāo)系的偏差和，實現(xiàn)被測刀具的預(yù)調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光電瞄準(zhǔn)定位的刀具預(yù)調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的照明系統(tǒng)由高亮度的發(fā)光二極管、導(dǎo)光光纖及光學(xué)準(zhǔn)值器組成，發(fā)光二極管發(fā)出的光通過導(dǎo)光光纖傳送至光學(xué)準(zhǔn)值器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光電瞄準(zhǔn)定位的刀具預(yù)調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的成像系統(tǒng)由成像物鏡、折光鏡及放大成像物鏡組成，成像物鏡將照明系統(tǒng)射出的成像光由折光鏡增加光照度，再通過放大成像物鏡進(jìn)行放大后，由視頻采集系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光電瞄準(zhǔn)定位的刀具預(yù)調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的視頻采集系統(tǒng)由面陣CCD一次采集成像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光電瞄準(zhǔn)定位的刀具預(yù)調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的計算機圖像分割是應(yīng)把整幅圖像分成若干小區(qū)域，根據(jù)灰度差異將這些小區(qū)域區(qū)分成物體和背景、單純背景，單純物體三類，使用直方圖門限法提取出刀具邊緣輪廓，利用最小二乘法等數(shù)值計算方法擬合刀具邊界曲線。
全文摘要
具有光電瞄準(zhǔn)定位的刀具預(yù)調(diào)系統(tǒng)，包括X向和Z向移動系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)及計算機處理系統(tǒng)及被測刀具，照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)及圖像采集系統(tǒng)置于X向和Z向移動系統(tǒng)上，可在X、Z兩個自由度坐標(biāo)系內(nèi)運動，并且其位置可以唯一確定，照明系統(tǒng)發(fā)出的光照明被測刀具，被測刀具經(jīng)成像系統(tǒng)成像后由視頻采集系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集，采集后的圖像數(shù)據(jù)送入計算機處理系統(tǒng)進(jìn)行圖像的邊界分割，對被測刀具的邊緣進(jìn)行曲線擬合，捕捉邊緣曲線特征點，并最終計算出特征點與坐標(biāo)系的偏差和，實現(xiàn)被測刀具的預(yù)調(diào)。本發(fā)明大大提高了刀具預(yù)調(diào)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可靠性，從而也大大提高了檢測精度、加工精度，縮短了刀具預(yù)調(diào)時間，提高了生產(chǎn)工作效率，具有結(jié)構(gòu)簡單、易操作、成本低等優(yōu)點。
文檔編號B23Q17/22GK1857860SQ200610012110
公開日2006年11月8日 申請日期2006年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月6日
發(fā)明者趙立新, 唐小萍, 胡松, 嚴(yán)偉, 邢薇 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所