基于距离传感器及机器视觉的机床急停方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于距离传感器及机器视觉的机床急停方法，包括以下步骤：S1加工开始前，利用机器学习算法对不同类型的异物图像数据进行训练学习以及获取无异物时三爪卡盘边缘点集合从而得到三爪卡盘的中心位置；S2加工开始后，获取距离传感器测量的当前距离以及三爪卡盘周边的图像；S3对比当前距离和距离阈值，判断是三爪卡盘的安全距离内是否存在异物，若安全距离内存在异物进入S5，若安全距离内不存在异物进入S4；S4利用机器视觉算法对图像进行分析，判断是三爪卡盘的安全距离内是否存在属于急停范畴的异物，若安全距离内存在属于急停范畴的异物进入S5，若安全距离内不存在属于急停范畴的异物进入S2；S5机床立即报警同时停止工作。

【技术实现步骤摘要】
基于距离传感器及机器视觉的机床急停方法及装置
本专利技术涉及机床安全监控
，尤其涉及基于距离传感器及机器视觉的机床急停方法及装置。
技术介绍
在机床生产实践中，因为操作不当而引发安全事故，特别是在机床的三爪卡盘部分。三爪卡盘高速旋转，操作人员因为疏忽导致手或者头发等靠近高速旋转的三爪卡盘，而被高速旋转的三爪卡盘将整个手部或者头部绞伤，出现重大安全事故。当发生安全事故时，被绞伤的人是无法使机械停下，且当周边的人们听到呼救声再过来按下急停开关时，伤亡已经不可避免。目前已存在的机床制动装置有：一种线切割机床钼丝断丝时的电机制动装置，线切割机床钼丝断丝检测电路由电流互感器与开关管和时基电路组成，电机交流电源的一根相线穿过电流互感器初级线圈，电流互感器次级线圈与整流稳压电路相连接，整流稳压电路与开关管和时基电路相连接，时基电路输出端与单片机输入端相连接，单片机输出端与电机制动电路相连接，电机制动电路包括开关管和继电器，继电器常开触点与一组直流电源和一组电机交流电源的相线相串接，其有益效果是通过钼丝断检测电路对钼丝运行电机运行电流的检测，在钼丝断丝时能实时启动钼丝运行电机制动电路，快速制动电机的转动且保护钼丝不受影响；另一种机床设备紧急制动装置，在机床设备急停接触器常开触点上串接一个直流电源,所述的直流电源是由变压器和整流电路组成，变压器的初级线圈两端分别连接在电动机电源两相进线和上，变压器的次级线圈两端分别连接在整流电路输入接点上，当按下急停按钮时，电动机的两个定子绕组与交流电源断开后，两个定子绕组立即与直流电源形成回路，直流电源会在定子绕组中产生一个静止磁场，转子在这个磁场中旋转产生感应电动势，转子电流与静止磁场产生相反的转矩，该转矩使设备惯性带来的转子转动力产生阻力，迫使电动机转子迅速停止转动，转子的制动力对机电设备的惯性转动力产生制动，从而完成整个制动过程。上述机床的制动过程均是由是内部电流的检测来控制电动机制动电路，目前机床中现有的预警功能均是用于检测工具的放置位置是否偏移、机床中各零件是否需要维护等，无法解决根据三爪卡盘的周边情况实时精确控制机床的急停从而避免出现安全事故发生的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种基于超声波距离传感器及视觉的机床急停方法及装置，利用分布在三爪卡盘两侧的距离传感器检测当前距离，同时结合图像分析三爪卡盘安全距离内是否存在属于急停范畴的异物，若检测到距离传感器的当前距离小于距离阈值或者三爪卡盘安全距离内存在属于急停范畴类别的异物，则向报警模块发出报警命令，并向停机模块发出停机命令，解决了无法根据三爪卡盘的周边情况实时精确地控制机床急停从而避免出现安全事故发生的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于距离传感器及机器视觉的机床急停方法，包括以下步骤：S1:加工开始前，利用机器学习算法对不同类型的异物图像数据进行训练学习以及获取无异物时三爪卡盘边缘点集合{Ci}从而得到三爪卡盘的中心位置C0；其中(C0x,C0y)表示三爪卡盘中心位置C0的位置坐标，(Cix,Ciy)表示三爪卡盘边缘点集合中单个点Ci的位置坐标，m表示三爪卡盘边缘点的总个数；S2:加工开始后，获取距离传感器测量的当前距离h1以及三爪卡盘周边的图像；S3:对比当前距离h1和距离阈值H0，判断是三爪卡盘的安全距离内是否存在异物，若安全距离内存在异物进入S5，若安全距离内不存在异物进入S4；S4:利用机器视觉算法对图像进行分析，判断是三爪卡盘的安全距离内是否存在属于急停范畴异物，若安全距离内存在属于急停范畴异物进入S5，若安全距离内不存在属于急停范畴异物进入S2；S5:机床立即报警同时停止工作。进一步地，步骤S4包括以下步骤：S41:利用机器视觉算法读取异常参数阈值D0，并对三爪卡盘周边的图像进行预处理；S42:利用当前图像与无异物图像的差分值判断异物有无，若未检测到异物，则执行S2；若检测到异物存在，执行S43；S43:利用步骤S1中训练好的机器学习模型识别异物类别，若异物类别不属于急停范畴执行S2，若异物类别属于急停范畴执行S44；S44:利用Sobel算子或者Canny算子进行图像边缘检测，获取当前图像边缘轮廓形成边缘点集合{Gj}，剔除三爪卡盘边缘点集合{Ci}从而计算出异物边缘点集合{Gk}，其中{Gj}＝{Ci}+{Gk}；S45：计算三爪卡盘中心位置C0与异物边缘点集合{Gk}之间的距离用于判断三爪卡盘的安全距离内是否存在异物，该值由二者的欧氏距离确定：其中(Gkx,Gky)表示异物边缘点集合中单个点Gk的位置坐标，k∈[1,n]，n表示异物边缘点的总个数；S46:通过将欧氏距离Dk与阈值D0参数进行比较，判断三爪卡盘的安全距离内是否存在异物，若Dk＜D0则在安全距离内存在异物执行S5，若Dk≥D0且k＜n则在安全距离内不存在异物进入S45，若Dk≥D0且k＝n则在安全距离内不存在异物进入S2。进一步地，所述步骤S43中所述预处理包括灰度转换、降噪和增强。进一步地，所述步骤S4中所述急停范畴包括头发、手指。进一步地，所述机器学习算法为BP神经网络、RBF神经网络、深度学习算法或其他相关算法。本专利技术还提供一种基于距离传感器及机器视觉的机床急停装置，包括主控模块、机器视觉分析处理服务器、以及与所述机器视觉分析处理服务器连接的图像采集模块、报警模块、停机模块及距离传感器；其中，图像采集模块设置在机床三爪卡盘的正对面，用于采集三爪卡盘周边的图像，并发送给机器视觉分析处理服务器；报警模块：用于接收到报警命令后发出报警信息；停机模块：用于接收到停机命令后对机床进行停机；距离传感器设置于三爪卡盘的正上方且位于三爪卡盘的两侧，用于测量距离传感器到最近障碍物之间的距离，将结果发送给主控模块；所述机器视觉分析处理服务器包括：预处理模块：用于对采集到的三爪卡盘周边的图像进行灰度转换、降噪、增强处理；异物检测模块：用于检测三爪卡盘周边是否有异物，将结果发送给主控模块；类型识别模块：用于对异物类型进行识别，将结果发送给主控模块；安全检测模块：通过计算三爪卡盘的中心位置与当前异物边缘点集合的欧氏距离，与异常参数阈值比较，判断三爪卡盘周围的安全距离内是否存在异物，将结果发送给主控模块；所述三爪卡盘的中心位置由机床开始加工前且三爪卡盘周围无异物时边缘点的均值确定，所述当前异物边缘点集合由当前图像边缘点集合剔除三爪卡盘边缘点集合确定；主控模块：用于连接各模块，并接收异物检测模块、类型识别模块、安全检测模块及距离传感器的输出结果；若检测到距离传感器的当前距离小于距离阈值或者三爪卡盘安全距离内存在属于急停范畴类别的异物，则向报警模块发出报警命令，并向停机模块发出停机命令。进一步地，所述异物检测模块通过当前图像与无异物图像的差分值来判断异物有无。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于距离传感器及机器视觉的机床急停方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1:加工开始前，利用机器学习算法对不同类型的异物图像数据进行训练学习以及获取无异物时三爪卡盘边缘点集合{C

【技术特征摘要】
1.一种基于距离传感器及机器视觉的机床急停方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:加工开始前，利用机器学习算法对不同类型的异物图像数据进行训练学习以及获取无异物时三爪卡盘边缘点集合{Ci}从而得到三爪卡盘的中心位置C0；
其中(C0x,C0y)表示三爪卡盘中心位置C0的位置坐标，(Cix,Ciy)表示三爪卡盘边缘点集合中单个点Ci的位置坐标，m表示三爪卡盘边缘点的总个数；
S2:加工开始后，获取距离传感器测量的当前距离h1以及三爪卡盘周边的图像；
S3:对比当前距离h1和距离阈值H0，判断是三爪卡盘的安全距离内是否存在异物，若安全距离内存在异物进入S5，若安全距离内不存在异物进入S4；
S4:利用机器视觉算法对图像进行分析，判断是三爪卡盘的安全距离内是否存在属于急停范畴的异物，若安全距离内存在属于急停范畴的异物进入S5，若安全距离内不存在属于急停范畴的异物进入S2；
S5：机床立即报警同时停止工作。


2.根据权利要求1所述的基于距离传感器及机器视觉的机床急停方法，其特征在于，步骤S4包括以下步骤：
S41:利用机器视觉算法读取异常参数阈值D0，并对三爪卡盘周边的图像进行预处理；
S42：利用当前图像与无异物图像的差分值判断异物有无，若未检测到异物，则执行S2；若检测到异物存在，执行S43；
S43:利用步骤S1中训练好的机器学习模型识别异物类别，若异物类别不属于急停范畴执行S2，若异物类别属于急停范畴执行S44；
S44:利用Sobel算子或者Canny算子进行图像边缘检测，获取当前图像边缘轮廓形成边缘点集合{Gj}，剔除三爪卡盘边缘点集合{Ci}从而计算出异物边缘点集合{Gk}，其中{Gj}＝{Ci}+{Gk}；
S45：计算三爪卡盘中心位置C0与异物边缘点集合{Gk}之间的距离用于判断三爪卡盘的安全距离内是否存在异物，该值由二者的欧氏距离确定：



其中(Gkx,Gky)表示异物边缘点集合中单个点Gk的位置坐标，k∈[1,n]，n表示异物边缘点的总个数；
S46:通过将欧氏距离Dk与阈值D0参数进行比较，判断三爪卡盘的安全距离内是否存在异物，若Dk＜D0则在安全距离内存在异物执行S5，若Dk≥D0且k＜n则在安全距离内不存在异物进入S45，若Dk≥D0且k＝n则在安全距离内不存在异物进入S2。


3.根据权利要求2所述的基于距离传感器及机器视觉的机床急停方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜衍，杨有松，樊辉，李晓源，沈亚楠，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32