一种车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统及方法
专利汇可以提供一种车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统及方法，系统包括机床环境清洁系统、在线预警系统、移动视觉诊断系统、 服务器 ；在线预警系统用于实时监测车间或产线内各机床的 主轴 功率/ 电流 信号 ，无线传输至服务器；移动视觉诊断系统用于 定位 导航到机床检测工位并采集刀具损伤图像；服务器用于判定车间内各机床的主轴功率/电流值是否异常，并向移动视觉诊断系统报告异常机床信息；控制移动视觉诊断系统进行 图像采集 ，对图像进行处理，进一步判定刀具损伤类型和损伤程度。本发明通过在车间或产线布置移动式视觉诊断系统，并辅助在线预警系统，实现了对车间或产线内多台机床进行高精高效智能化的刀具损伤监测。，下面是一种车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统及方法专利的具体信息内容。
1.一种车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统，其特征在于，包括机床环境清洁系统、初步在线预警系统、移动视觉高精诊断系统及服务器[19]；
所述机床清洁系统与机床同步启/停，用于将机床加工过程中产生的切屑、粉尘、油污通过风机[3]吸入回收箱[4]内，保证了机床加工环境的清洁，有效防止切屑、粉尘、油污等附着在刀具[21]上影响刀具损伤检测结果准确性；
所述初步在线预警系统包括功率/电流传感器[9]、数据采集卡[10]、无线传输模块；所述功率/电流传感器[9]用于实时监测车间或产线内每台机床加工过程中机床主轴功率/电流的变化值，所述数据采集卡[10]将功率/电流传感器[9]检测到的信号通过无线传输模块传输给服务器[19]；
所述视觉高精诊断识别系统包括AGV运动小车[18]、机器人[17]及机器视觉模块；所述AGV小车[18]设置在机床生产车间或产线内；所述机器人[17]设置在AGV运动小车[18]上；
所述机器视觉模块包括连接件[16]、工业相机[15]、镜头[14]、环形光源[13]；所述工业相机[15]通过连接件[16]固定在机器人[17]的执行末端；所述镜头[14]与工业相机[15]连接；所述环形光源[13]设置在镜头[14]前端；所述AGV运动小车[18]用于将机器人[17]运载到车间或产线指定位置；所述机器人[17]带动所述机器视觉模块采集刀具的侧刃图像与底刃图像；
所述服务器[19]设置在AGV运动小车[18]上，其包括车间或产线信息库模块、数据处理模块、运动控制模块、图像采集模块、图像处理模块；所述车间或产线信息库模块用于存储机床位置、车间或产线导航地图、机床编号及检测工位坐标信息；所述数据处理模块用于实时显示机床加工过程中功率/电流信号随时间变化的曲线以及标准功率/电流曲线，并计算功率/电流曲线与标准功率/电流曲线的重合度误差以及峰值差，若加工过程中，某机床的功率/电流曲线与标准功率曲线重合度误差以及峰值差超过设定阈值，则发出预警，将功率/电流信号异常的机床停机并将异常机床编号信息发送给运动控制模块；所述运动控制模块根据接收到的异常机床编号，在车间或产线信息库中检索对应的机床和刀具位置信息，提供给AGV运动小车[18]及机器人[17]，驱动所述移动视觉高精诊断系统到达指定检测工位进行图像采集；所述图像采集模块用于自动对焦刀具使呈现清晰刀具图像并完成刀具侧刃与底刃图像拍照；所述图像处理模块用于对视觉高精诊断系统采集的刀具图像进行处理，计算刀具损伤程度，判断是否需要更换刀具。
2.根据权利要求1所述的车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统，其特征在于，所述机床环境清洁系统包括清理毛刷[8]、集尘罩[7]、软管[5]、离心式风机[3]、回收箱[4]及过滤板[12]；所述清理毛刷通过扁条安装于集尘罩[7]上，使其密布整个集尘罩[7]边缘；所述集尘罩[7]安装于机床主轴[6]上，加工过程中，毛刷罩住刀具，防止切屑粉尘飞溅，采集刀具图像时，集尘罩沿机床主轴方向向上移动，露出刀具；所述软管[5]一端通过抱箍与集尘罩[7]连接，另一端与回收箱[4]下部连接；所述过滤板[12]用于过滤切屑粉尘油污，其设置在回收箱[4]内，将回收箱[4]上部与下部隔开；所述离心式风机[3]的进风口[1]与回收箱[4]上部连接，出风口[2]保持出风通畅。
3.根据权利要求1所述的车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统，其特征在于，所述无线传输模块包括数据发射器[11]与多通道数据接收器[20]；所述数据发射器[11]与数据采集卡[10]连接；所述多通道数据接收器[20]与服务器[19]连接，其通道数等于或大于车间机床数量。
4.根据权利要求1所述的车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统，其特征在于，每台机床设置有第一检测工位与第二检测工位，且机床与机床之间的间距大于移动视觉诊断系统的最大宽度；所述第一检测工位为AGV运动小车[18]运载机器人[17]到达的指定位置；
所述第二检测工位为机床主轴原点位置，进行刀具图像采集时，机床主轴[6]停于原点位置，机器人带动机器视觉模块，调整镜头[14]相对于刀具的位置，进行图像采集。
5.根据权利要求1所述的车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统，其特征在于，所述车间或产线信息库模块包括信息库编辑单元与信息库检索调用单元；
所述信息库编辑单元用于增加，删除，修改保存车间信息，可根据车间或产线情况对信息库进行编辑调整，实时更新完善车间或产线信息库，使检测系统普适性更强，仅需编辑调整车间或产线信息，该系统可服务于各种类型的机床车间或产线；
所述信息库检索调用单元用于存储车间或产线导航地图、车间或产线机床布置、机床编号等信息，在对应每台机床编号下，有第一检测工位坐标、第二检测工位坐标、机床类型、刀具类型等信息，所存储的信息可供运动控制模块调用进而驱动AGV小车[18]以及机器人[17]到达对应检测工位。
6.根据权利要求1所述的车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统，其特征在于，所述数据处理模块包括曲线生成单元与第一判定单元；
所述曲线生成单元用于以功率/电流信号为纵轴，时间为横轴，实时显示机床加工过程中功率/电流信号随时间变化的曲线以及标准功率/电流曲线，并计算功率/电流曲线与标准功率/电流曲线的重合度误差以及峰值差；
所述第一判定单元用于判定若加工过程中，某机床的功率/电流曲线与标准功率/电流曲线重合度误差以及峰值差是否超过设定阈值，若超出，则发出预警，将功率/电流信号异常的机床停机并将机床编号信息发送给运动控制模块。
7.根据权利要求1所述的车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统，其特征在于，所述运动控制模块包括AGV小车运动单元与机器人控制单元；
所述AGV小车运动单元用于根据预警系统提供的刀具损伤机床的编号在车间或产线信息库中进行检索，找到对应机床第一检测工位坐标及导航地图信息，并提供给AGV运动小车[18]以驱动视觉高精诊断系统到达对应机床的第一检测工位；
所述机器人控制单元用于根据预警系统提供的刀具损伤机床的编号在车间或产线信息库中进行检索，找到对应机床型号、参数信息以及对应的第二检测工位坐标，并提供给机器人[17]，使机器人[17]带动机器视觉模块准确到达第二检测检测工位，进行刀具侧刃与底刃图像采集。
8.根据权利要求1所述的车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统，其特征在于，所述图像采集模块包括自动对焦单元与刀具拍照单元；
所述自动对焦单元用于对焦刀具[21]，使呈现清晰的刀具图像，刀具图像清晰度参数可实时反馈给机器人，动态调节机器视觉模块位置，实现刀具图像清晰对焦；
所述刀具拍照单元用于对焦完成后，拍摄完整的刀具侧刃与底刃图像并通过千兆以太网传输给服务器；
根据权利要求1所述的车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统，其特征在于，所述图像处理模块包括图像预处理单元、损伤区域提取计算单元、第二判定单元；
所述图像预处理单元用于对采集的刀具图像进行灰度化、中值滤波降噪以及邻域处理图像增强；
所述损伤区域提取计算单元用于提取刀具擦伤与缺失区域，并对损伤区域进行测量，计算出刀具损伤面积、最大损伤带宽度以及最大损伤带长度；
所述第二判定单元根据是否存在刀具损伤与擦伤区域区别刀具磨损/破损，若不存在擦伤区域，仅存在缺失区域，则判定刀具为崩刃破损，若存在擦伤区域则判定刀具为磨损损伤，同时根据刀具损伤量大小是否达到设定阈值，确定是否需要更换刀具；
根据权利要求1-10中任一项所述的车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统的检测方法，其特征在于步骤如下：
步骤1、收集车间或产线信息：包括车间或产线机床布置、车间或产线导航地图、机床型号，机床编号，检测工位坐标等信息，建立车间或产线信息库；
步骤2、清洁吸尘：机床清洁系统与机床加工同步启动，清理毛刷罩住刀具，清洁系统实时将加工过程中，将产生的切屑、粉尘、油污通过风机吸入回收箱内；
步骤3、功率/电流传感器在线预警：
步骤3.1、数据采集与传输：
步骤3.1.1、采集未损伤刀具在一段加工时间内的功率/电流信号存入第一判别单元，作为标准功率/电流信号；
步骤3.1.2、实时监测采集每台机床的功率/电流信号变化值，并通过无线传输模块传输给服务器；
步骤3.2、初步在线预判：以功率/电流信号为纵轴，时间为横轴，实时显示机床加工过程中功率/电流信号随时间变化的曲线以及标准功率/电流曲线，并计算实时功率/电流曲线与标准功率/电流曲线的重合度误差以及峰值差；若加工过程中，某机床的功率/电流曲线与标准功率/电流曲线重合度误差以及峰值差超过设定阈值，则发出预警，将功率/电流信号异常的机床停机，集尘罩沿机床主轴方向向上移动，露出刀具，并将机床编号信息传输给服务器；
步骤4、移动视觉诊断系统在位高精检测：
步骤4.1、导航定位：服务器根据异常机床编号在车间或产线信息库中进行检索，找到对应机床检测工位坐标及导航地图信息，提供给AGV运动小车以及机器人，驱动视觉高精诊断系统到达异常机床的检测工位；
步骤4.2、图像采集与传输：机器人调整自身姿态，控制工业相机与机床刀具的相对位置，带动视觉模块进行对焦，使呈现清晰的刀具的图像，进而采集完整的刀具侧刃图像与底刃图像，并通过千兆以太网传输给计算机；
步骤4.3、视觉高精检测：利用图像处理对采集的刀具图像进行灰度化、滤波降噪、图像增强以及损伤区域提取，并通过标尺计算标定图像上一个像素的实际面积S和边长 ,进而对刀具损伤几何特征进行测量，计算出刀具磨损/破损面积、最大损伤带长度、最大损伤带宽度；
步骤5、根据移动视觉系统诊断的刀具损伤信息判断刀具磨损/破损类型以及是否需要更换刀具。
一种车间或产线用刀具损伤智能化移动监测系统及方法
技术领域
背景技术
发明内容
所述机床清洁系统与机床同步启/停，用于将可机床加工过程中产生的切屑、粉尘、油污通过风机吸入回收箱内，保证了机床加工环境的清洁，有效防止切屑、粉尘、油污等附着在刀具上影响刀具损伤检测结果准确性；
所述初步在线预警系统包括功率/电流传感器、数据采集卡、无线传输模块；所述功率/电流传感器用于实时监测车间内每台机床加工过程中机床主轴功率/电流的变化值，所述数据采集卡将功率/电流传感器检测到的信号通过无线传输模块传输给服务器；
所述视觉高精诊断识别系统包括AGV运动小车、机器人、机器视觉模块；所述AGV小车设置在机床生产车间内；所述机器人设置在AGV运动小车上；所述机器视觉模块包括连接件、工业相机、镜头、环形光源；所述工业相机通过连接件固定在机器人的执行末端；所述镜头与工业相机连接；所述环形光源设置在镜头前端；所述AGV运动小车用于将机器人运载到车间或产线指定位置；进一步的，所述机器人带动视觉模块采集刀具的侧刃图像与底刃图像；
所述服务器设置在AGV运动小车上，其包括车间信息库模块、数据处理模块、运动控制模块、图像采集模块、图像处理模块； 所述车间或产线信息库模块用于存储机床位置、车间或产线导航地图、机床编号、检测工位坐标等信息；所述数据处理模块用于实时显示机床加工过程中功率/电流信号随时间变化的曲线以及标准功率/电流曲线，并计算功率/电流曲线与标准功率/电流曲线的重合度误差以及峰值差，若加工过程中，某机床的功率/电流曲线与标准功率曲线重合度误差以及峰值差超过设定阈值，则发出预警，将功率/电流信号异常的机床停机并将机床编号信息发送给运动控制模块；所述运动控制模块根据接收到的异常机床编号，在车间或产线信息库中检索对应的机床和刀具位置信息，提供给AGV运动小车及机器人，驱动视觉高精诊断系统准确到达指定检测工位进行图像采集；所述图像采集模块用于自动对焦刀具使呈现清晰刀具图像并完成刀具侧刃与底刃图像拍照；所述图像处理模块用于对视觉高精诊断系统采集的刀具图像进行处理，计算刀具损伤程度，判断是否需要更换刀具。
步骤2、清洁吸尘：机床清洁系统与机床加工同步启动，清理毛刷罩住刀具，清洁系统实时将加工过程中，将产生的切屑、粉尘、油污通过风机吸入回收箱内；
步骤3、功率/电流传感器在线预警：
步骤3.1、数据采集与传输：
步骤3.1.1、采集未损伤刀具在一段加工时间内的功率/电流信号存入第一判别单元，作为标准功率/电流信号
步骤3.1.2、实时监测采集每台机床的功率/电流信号变化值，并通过无线传输模块传输给服务器；
步骤3.2、初步在线预判：以功率/电流信号为纵轴，时间为横轴，实时显示机床加工过程中功率/电流信号随时间变化的曲线以及标准功率/电流曲线，并计算实时功率/电流曲线与标准功率/电流曲线的重合度误差以及峰值差；若加工过程中，某机床的功率/电流曲线与标准功率/电流曲线重合度误差以及峰值差超过设定阈值，则发出预警，将功率/电流信号异常的机床停机，集尘罩沿机床主轴方向向上移动，露出刀具，并将机床编号信息传输给服务器；
步骤4、移动视觉诊断系统在位高精检测：
步骤4.1、导航定位：服务器根据异常机床编号在车间或产线信息库中进行检索，找到对应机床检测工位坐标及导航地图信息，提供给AGV运动小车以及机器人，驱动视觉高精诊断系统到达异常机床的检测工位；
步骤4.2、图像采集与传输：机器人调整自身姿态，控制工业相机与机床刀具的相对位置，带动视觉模块进行对焦，使呈现清晰的刀具的图像，进而采集完整的刀具侧刃图像与底刃图像，并通过千兆以太网传输给计算机；
步骤4.3、视觉高精检测：利用图像处理对采集的刀具图像进行灰度化、滤波降噪、图像增强以及损伤区域提取，并通过标尺计算标定图像上一个像素的实际面积S和边长 ，进而对刀具损伤几何特征进行测量，计算出刀具磨损/破损面积、最大损伤带长度、最大损伤带宽度；
步骤5、根据移动视觉系统诊断的刀具损伤信息判断刀具磨损/破损类型以及是否需要更换刀具。
具体实施方式
所述刀具破损区域为刀具加工过程中刀刃边缘及刀尖出现的细微崩刃及耗损缺失区域；该区域通过采集图像中完好的切削刃像素点，基于数据拟合重建刀具切削刃上下边界而提取得到。
步骤2、清洁吸尘：机床清洁系统与机床加工同步启动，清理毛刷罩住刀具，清洁系统实时将加工过程中，将产生的切屑、粉尘、油污通过风机吸入回收箱内；
步骤3、功率/电流传感器在线预警：
步骤3.1、数据采集与传输：
步骤3.1.1、采集未损伤刀具在一段加工时间内的功率/电流信号存入第一判别单元，作为标准功率/电流信号
步骤3.1.2、实时监测采集每台机床的功率/电流信号变化值，并通过无线传输模块传输给服务器；
步骤3.2、初步在线预判：以功率/电流信号为纵轴，时间为横轴，实时显示机床加工过程中功率/电流信号随时间变化的曲线以及标准功率/电流曲线，并计算实时功率/电流曲线与标准功率/电流曲线的重合度误差以及峰值差；若加工过程中，某机床的功率/电流曲线与标准功率/电流曲线重合度误差以及峰值差超过设定阈值，则发出预警，将功率/电流信号异常的机床停机，集尘罩沿机床主轴方向向上移动，露出刀具，并将机床编号信息传输给服务器；
步骤4、移动视觉诊断系统在位高精检测：
步骤4.1、导航定位：服务器根据异常机床编号在车间或产线信息库中进行检索，找到对应机床检测工位坐标及导航地图信息，提供给AGV运动小车以及机器人，驱动视觉高精诊断系统到达异常机床的检测工位；
步骤4.2、图像采集与传输：机器人调整自身姿态，控制工业相机与机床刀具的相对位置，带动视觉模块进行对焦，使呈现清晰的刀具的图像，进而采集完整的刀具侧刃图像与底刃图像，并通过千兆以太网传输给计算机；
步骤4.3、视觉高精检测：利用图像处理对采集的刀具图像进行灰度化、滤波降噪、图像增强以及损伤区域提取，并通过标尺计算标定图像上一个像素的实际面积S和边长a×b,进而对刀具损伤几何特征进行测量，计算出刀具磨损/破损面积、最大损伤带长度、最大损伤带宽度；
步骤5、根据移动视觉系统诊断的刀具损伤信息判断刀具磨损/破损类型以及是否需要更换刀具。
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