一种加工中心断刀报警系统技术方案

本发明专利技术涉及到一种加工中心断刀报警系统。它包括摄像头、存储芯片、单片机和报警器，所述摄像头经存储芯片电连接单片机，单片机电连接报警器；所述摄像头用于拍摄未断刀图像和需检测刀图像，所述存储芯片用于临时存放图像，所述单片机用于判断断刀与否，断刀时指令报警器报警。该断刀报警系统采用了FIFO存储器进行数据缓存，可降低企业成本，达到更精确同时也更经济的效果。

A Tool Breaking Alarm System for Machining Center

The invention relates to a tool breaking alarm system for a machining center. It includes a camera, a memory chip, a microcontroller and an alarm. The camera is electrically connected with a microcontroller through a memory chip and an alarm is electrically connected with a microcontroller. The camera is used to capture the image of a knife without breaking and the image of a knife to be detected. The memory chip is used to temporarily store the image. The microcontroller is used to judge whether the knife is broken or not and to instruct the alarm when the The tool breaking alarm system uses FIFO memory for data caching, which can reduce the cost of enterprises and achieve more accurate and economical results.

【技术实现步骤摘要】
一种加工中心断刀报警系统
本专利技术涉及金属切削加工工艺装备领域，涉及一种金属切削刀具在线断刀检测装置，具体涉及一种加工中心断刀报警系统。
技术介绍
目前自动生产线中的CNC(走心机)设备和专用金属切削机床的生产效率越来越高，相应地，对生产设备的可靠性和安全性要求也越来越高。在整个生产系统故障中，刀具尤其是小型刀具的故障率往往占有很高的比例。个别刀具一旦出现异常损坏，如果不能及时发觉并采取措施，影响的不仅仅是正在加工的零件，而且还会波及到整个生产线的运行，甚至出现严重的质量事故。然而，对于断刀能够进行自动检测和报警的CNC设备，目前市场上并不多见。自动化生产设备需要断刀报警系统，使用小铣刀、小钻头、小丝锥等小型刀具的设备尤其需要。对于断刀检测，目前国内外已有一些方法。如激光式断刀检测法。该方法利用激光能否穿透刀具为判断依据进行判断：在正常工作状态下，发射端发射的光线由于刀具的阻断，在接收端接收不到激光信号；一旦发生断刀现象，激光的接收端感应到发射端的光源，设备就会发出断刀警报[1]。这种方法的缺陷是当系统需要进行检测时，由于加工过程中会产生大量的刀屑颗粒，充斥整个加工箱体，难免会造成对激光发射端和接收端光头的堵塞，使系统处于盲瞎状态，无从侦测。还有一种接触式断刀检测法，该方法是用刀具与触头(针)间的接触来判断刀具的折断与否。检测时，只要给出启动信号，触头便从原点位置向被测刀具移动。若刀具未断，则触针触及刀具后立即返回；若刀具折断，触头到达指定位置未触及刀具，则返回断刀报警信息。[2]这种方法的缺陷是检测误差大：当刀具折断部分较短，触头仍可以触碰到部分刀具，系统并不报警，设备仍正常运行，造成批量产品报废，无法弥补。综合以上断刀检测的方法，希望设计出一种更精确同时也更经济的断刀检测报警系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为解决以上技术问题，提供一种断刀报警系统，利用机器视觉的方法来进行断刀检测。为实现上述目标，本专利技术的构思是：本专利技术主要由CMOS摄像头、FIFO存储器和MCU(单片机)等三部分组成(如图1所示)。本系统有两种运行模式：学习模式和正常工作模式。在学习模式下，通过摄像头拍摄并存储一幅刀具正常工作状态下的图像，作为参考图像。再拍摄一幅或几幅刀具异常的图像供系统学习。通过比较刀具正常和异常图像，自动设置图像敏感区域、识别准则等参数、计算参考图像的特征数据等。在正常工作模式下，摄像头连续不断地拍摄加工中的刀具，和参考图像进行比较，评估刀具的工作状态。为了降低对断刀检测系统的硬件要求，降低成本，摄像头每拍摄一幅图像，先将图像存入至FIFO存储器中，取其中的敏感区域和参考图像中相应的区域作比较分析。图像比较的方法可以采用相关性分析法，得到一个表示这两幅图像相似程度的相关系数。若发生断刀等异常情况，则相关系数变低，从而触发报警。考虑到降低企业成本，同时该摄像头需放在狭小的加工箱体中，摄像头部分可采用低成本数字输出且体积小、工作电压低的摄像头。FIFO存储器是一种先进先出的数据缓存器，相比于市面上很多视频存储器由于容量有限只能存储1场图像信息、无法存储1帧图像信息，选取可存储1帧图像完整信息的FIFO存储器。MCU(单片机)是将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。图像采集电路原理图如图2所示。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案：一种加工中心断刀报警系统，包括：摄像头、存储芯片、单片机和报警器，其特征在于：所述摄像头经存储芯片电连接单片机，单片机电连接报警器；所述摄像头用于拍摄未断刀图像和需检测刀图像，所述存储芯片用于临时存放图像，所述单片机用于判断断刀与否，断刀时指令报警器报警。所述单片机利用比较图像灰度进行断刀识别，不受加工环境尘屑的干扰，不受断裂程度大小的影响。所述存储芯片采用FIFO作为数据缓冲，可采用低成本数字输出的摄像头，直接读取数据，不需要关心具体数据是如何采集到的。所述存储芯片采用FIFO做为数据缓冲，不需要高速的MCU单片机，只需要按时序图控制相关的几个控制引脚即可方便使用在低速单片机上。所述比较图像灰度的算法为相关性分析法。本专利技术与现有技术相比较，具体如下显而易见的突出实验性特点和显著性进步：该断刀报警系统的特色在于：(1)具有高度的柔性：通过系统学习，可以识别各种环境下的各种刀具的断裂状况。(2)适应性强：相关性分析实际上一种统计算法，具有较强的抗干扰能力，对检测环境如亮度变化、振动等无特别要求。(3)低成本：对于大多数工厂说来，这种设备经济有效，相比于激光检测法对设备要求过高，接触式检测法检测时间过长造成效率下降，该断刀报警系统所用设备简单且成本低廉，且工作效率较高。附图说明图1断刀报警系统结构图2学习功能流程图具体实施方式下面将结合本专利技术优选实施例和附图，对本专利技术的技术方案进行清楚，完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是为了提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量，设计出一套可以实时监测机床断刀并进行报警的系统，利用图像分析的方法来进行断刀提示。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例一参见图1，本加工中心断刀报警系统，包括：摄像头(1)、存储芯片(2)、单片机(3)和报警器(4)，其特征在于：所述摄像头(1)经存储芯片(2)电连接单片机(3)，单片机(3)电连接报警器(4)；所述摄像头(1)用于拍摄未断刀图像和需检测刀图像，所述存储芯片(2)用于临时存放图像，所述单片机(3)用于判断断刀与否，断刀时指令报警器(4)报警。实施例二本实施例与实施例一基本相同，特例之处如下：所述单片机(3)利用比较图像灰度进行断刀识别，不受加工环境尘屑的干扰，不受断裂程度大小的影响。所述存储芯片(2)采用FIFO做为数据缓冲，可采用低成本数字输出的摄像头(1)，直接读取数据，不需要关心具体数据是如何采集到的。所述存储芯片(2)采用FIFO做为数据缓冲，不需要高速的MCU单片机(3)，只需要按时序图控制相关的几个控制引脚即可方便使用在低速单片机(3)上。所述比较图像灰度的算法为相关性分析法。实施例三本实例选用51单片机和中等分辨率CMOS摄像头为核心的低成本断刀检测系统，用于小型刀具断刀的检测。硬件部分包含摄像头、存储芯片和51单片机。摄像头采用低成本数字输出CMOS摄像头。51单片机是一种非常廉价的8位单片机，运算速度慢，数据处理能力弱，而基于机器视觉的断刀检测具有数据处理强度高的特点。为了解决上述矛盾，本专利技术采用以下技术措施：(1)通过FIFO存储器进行图像采集。摄像头进行一幅图像的读取，存入至FIFO存储器中，将第一幅图像输出至MCU端的FROM中作为参考图像，后面每次输出的图像作为比较图像临时存放于SRAM中，从而借用FIFO作为数据缓冲，缓解了CMOS摄像头与51单片机之间数据处理上的矛盾。(2)直接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加工中心断刀报警系统，包括：摄像头（1）、存储芯片（2）、单片机（3）和报警器（4），其特征在于：所述摄像头（1）经存储芯片（2）电连接单片机（3），单片机（3）电连接报警器（4）；所述摄像头（1）用于拍摄未断刀图像和需检测刀图像，所述存储芯片（2）用于临时存放图像，所述单片机（3）用于判断断刀与否，断刀时指令报警器（4）报警。

【技术特征摘要】
1.一种加工中心断刀报警系统，包括：摄像头（1）、存储芯片（2）、单片机（3）和报警器（4），其特征在于：所述摄像头（1）经存储芯片（2）电连接单片机（3），单片机（3）电连接报警器（4）；所述摄像头（1）用于拍摄未断刀图像和需检测刀图像，所述存储芯片（2）用于临时存放图像，所述单片机（3）用于判断断刀与否，断刀时指令报警器（4）报警。2.根据权利要求1所述的加工中心断刀报警系统，其特征在于：所述单片机（3）利用比较图像灰度进行断刀识别，不受加工环境尘屑的干扰，不受断裂程度大小的影响...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁逸峰，樊洪辉，李宝福，王文，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31