专利名称：具有光电瞄准定位的刀具预调系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种刀具预调系统，特别是具有光电瞄准定位的刀具预调系统。
背景技术：
在数控生产加工的切削过程中，对刀具的信息采集是十分重要的。传统的刀具预调系统是用光学投影方法借助光学系统的放大投影显示，用人工视觉进行刀具测量对准，这种靠人工记录的方法往往会造成一些人为的误差，在大批量刀具测量过程中过多的依靠人工操作不仅影响测量操作质量，而且这种测量速度和效率也是很低的。近年的发展，也有用线阵CCD的方法来实现刀具预调，但这种方法在每次测试时CCD都要对图形进行一次全面扫描，这要花费很长时间。
发明内容
本发明的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种时间短、效率高的具有光电瞄准定位的刀具预调系统。
本发明的技术解决方案具有光电瞄准定位的刀具预调系统，其特点在于它包括X向和Z向移动系统、照明系统、成像系统、视频采集系统及计算机处理系统及被测刀具，照明系统、成像系统及图像采集系统置于X向和Z向移动系统上，可在X、Z两个自由度坐标系内运动，并且其位置可以唯一确定，调节X向和Z向移动系统使照明系统发出的光照明被测刀具，调节成像系统的位置，保证被测刀具的特征点区域在视频采集范围内，照明系统发出的光照明被测刀具，被测刀具经成像系统成像后由视频采集系统进行图像采集，采集后的图像数据送入计算机处理系统进行图像的边界分割，对被测刀具的边缘进行曲线拟合，捕捉边缘曲线特征点，并最终计算出特征点与坐标系的偏差和，实现被测刀具的预调。
所述的照明系统由高亮度的发光二极管、导光光纤及光学准值器组成，发光二极管发出的光通过导光光纤传送至光学准值器。采用高亮度的发光二极管作为光源，此光源为冷光源，可避免被测刀具受热而发生形变，采用光纤传送的方式，经光学准值器射出的光照明被测刀具，将光源和被测刀具隔离，是为了防止刀具受热而发生形变，从而避免测量误差。
所述的成像系统由成像物镜、折光镜及放大成像物镜组成，成像物镜将照明系统射出的成像光由折光镜增加光照度，再通过放大成像物镜进行放大后，由视频采集系统进行图像采集。
所述的视频采集系统由面阵CCD一次采集成像。
本发明的有益效果是，具有光电瞄准定位的刀具预调系统，克服了光学投影人工视觉测量对准误差及线阵CCD测量对准时间长等问题，大大提高了刀具预调的准确性、稳定性、可靠性，从而也大大提高了检测精度、加工精度。由于面阵CCD是一次成像，因此缩短了刀具预调时间，提高了生产工作效率，具有结构简单、易操作、成本低等优点。
图1为本发明的系统原理图；图2为本发明的光学照明系统图；图3为本发明的光学成像系统图；图4为本发明的计算机处理系统的处理原理框图或流程图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明实施例建立X和Z向两个坐标系，X向和Z向移动系统由X向导轨1和Z向导轨2构成，照明系统3、成像系统4及视频采集系统5置于Z向导轨2的支架上，Z向导轨2垂直于X向导轨1，可在X、Z两个自由度坐标系内运动，并且其位置可以唯一确定，调节X向导轨1和Z向导轨2使照明系统3发出的光照明被测刀具6，调节成像系统Y方向的位置，并调节刀具6到光学成像系统4成像物镜的最佳焦面(旋转被测刀具6，保证刀尖和成像系统4光路距离最近)，保证被测刀具6的特征点区域在视频采集系统5的范围内，照明系统3发出的光照明被测刀具6，被测刀具6经成像系统4成像后由视频采集系统5进行图像采集，采集后的图像数据送入计算机处理系统7进行图像的边界分割，对被测刀具的边缘进行曲线拟合，捕捉边缘曲线特征点，并最终计算出特征点与坐标系的偏差和，实现被测刀具的预调。
视频采集系统5采用1/2英寸靶面的面阵CCD作为视频图像传感器，像元尺寸8μm，视频采集系统5对刀具进行图象采集，并将采集到的图象信号送入计算机处理系统7，通过插入计算机内的图像采集卡将其图象信号转换为数字信号，再由计算机进行图象处理与分析。视频图像采集卡支持98，2000，xp操作系统，多线程采集方式。
如图2所示，照明系统3由高亮度的发光二极管31、导光光纤32及光学准值器33组成，发光二极管31发出的光通过导光光纤32传送至光学准值器33。采用高亮度的发光二极管31作为光源，此光源为冷光源，可避免被测刀具受热而发生形变，采用光纤32传送的方式，经光学准值器33射出的光照明被测刀具，将光源和被测刀具隔离，是为了防止刀具受热而发生形变，从而避免测量误差。
如图3所示，成像系统4由成像物镜41、折光镜42及放大成像物镜43组成，成像物镜41将照明系统3射出的成像后由折光镜42增加光照度，再通过放大成像物镜43进行放大后，由视频采集系统5进行图像采集。放大成像物镜43采用5X的物镜放大倍数。
如图4所示，计算机处理系统7将采集的图像进行插值细分后分割成若干小区域，使用直方图门限法提取出刀具边缘轮廓，利用最小二乘法等数值计算方法拟合刀具边界曲线，提取曲线特征点，利用特征点坐标参数对刀具实现预调。
权利要求
1.具有光电瞄准定位的刀具预调系统，其特征在于它包括X向和Z向移动系统、照明系统、成像系统、视频采集系统及计算机处理系统及被测刀具，照明系统、成像系统及图像采集系统置于X向和Z向移动系统上，可在X、Z两个自由度坐标系内运动，并且其位置可以唯一确定，调节X向和Z向移动系统使照明系统发出的光照明被测刀具，调节成像系统的位置，保证被测刀具的特征点区域在视频采集范围内，照明系统发出的光照明被测刀具，被测刀具经成像系统成像后由视频采集系统进行图像采集，采集后的图像数据送入计算机处理系统进行图像的边界分割，对被测刀具的边缘进行曲线拟合，捕捉边缘曲线特征点，并最终计算出特征点与坐标系的偏差和，实现被测刀具的预调。
2.根据权利要求1所述的具有光电瞄准定位的刀具预调系统，其特征在于所述的照明系统由高亮度的发光二极管、导光光纤及光学准值器组成，发光二极管发出的光通过导光光纤传送至光学准值器。
3.根据权利要求1所述的具有光电瞄准定位的刀具预调系统，其特征在于所述的成像系统由成像物镜、折光镜及放大成像物镜组成，成像物镜将照明系统射出的成像光由折光镜增加光照度，再通过放大成像物镜进行放大后，由视频采集系统进行图像采集。
4.根据权利要求1所述的具有光电瞄准定位的刀具预调系统，其特征在于所述的视频采集系统由面阵CCD一次采集成像。
5.根据权利要求1所述的具有光电瞄准定位的刀具预调系统，其特征在于所述的计算机图像分割是应把整幅图像分成若干小区域，根据灰度差异将这些小区域区分成物体和背景、单纯背景，单纯物体三类，使用直方图门限法提取出刀具边缘轮廓，利用最小二乘法等数值计算方法拟合刀具边界曲线。
全文摘要
具有光电瞄准定位的刀具预调系统，包括X向和Z向移动系统、照明系统、成像系统、视频采集系统及计算机处理系统及被测刀具，照明系统、成像系统及图像采集系统置于X向和Z向移动系统上，可在X、Z两个自由度坐标系内运动，并且其位置可以唯一确定，照明系统发出的光照明被测刀具，被测刀具经成像系统成像后由视频采集系统进行图像采集，采集后的图像数据送入计算机处理系统进行图像的边界分割，对被测刀具的边缘进行曲线拟合，捕捉边缘曲线特征点，并最终计算出特征点与坐标系的偏差和，实现被测刀具的预调。本发明大大提高了刀具预调的准确性、稳定性、可靠性，从而也大大提高了检测精度、加工精度，缩短了刀具预调时间，提高了生产工作效率，具有结构简单、易操作、成本低等优点。
文档编号B23Q17/22GK1857860SQ200610012110
公开日2006年11月8日 申请日期2006年6月6日 优先权日2006年6月6日
发明者赵立新, 唐小萍, 胡松, 严伟, 邢薇 申请人:中国科学院光电技术研究所