一种基于三维激光扫描的刀具损伤智能化监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三维激光扫描的刀具损伤智能化监测系统及方法，所述系统包括自清洗模块、无人机模块、三维激光扫描模块和计算机模块；自清洗模块用于清洗刀具上的油污和切屑；无人机模块通过其电动云台携带三维激光扫描模块定位至指定机床的刀具待检测工位；三维激光扫描模块用于采集损伤刀具的点云数据：当调整激光对准刀具轴线时，刀具随主轴慢速转动一周，可测量刀具侧刃；当调整激光对准刀具底部并相对水平移动时，可测量刀具底刃；计算机模块用于记录机床的位置信息、将采集的点云数据进行三维重构、分析刀具损伤类型和磨损程度。本发明专利技术体积小，移动灵活，易于多台机床公用，在黑暗恶劣环境下亦可实现损伤刀具高精检测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维激光扫描的刀具损伤智能化监测系统及方法


[0001]本专利技术属于刀具检测
，具体为一种基于三维激光扫描的刀具损伤智能化监测系统及方法。

技术介绍

[0002]刀具在装备零件的生产加工过程中起着至关重要的作用；若刀具在加工过程中发生损伤而未被及时发现，可能导致加工零件直接报废，耽误生产进度，甚至可能造成巨大的经济损伤和人员伤亡。但是，目前大部分机床大多依靠人工经验观察，实用性差可靠度低；部分机床基于机器视觉离线检测，需要停机并拆卸刀具，实时性差耗时长。因此，为保证零件生产加工过程的可靠安全，加工车间需要一款能够高速精确判断刀具磨损程度的智能化监测产品。
[0003]中国专利公开号CN113752088A公开了一种基于机器视觉的刀库集成式刀具损伤检测系统及方法，该方法通过机器视觉实现在大量使用切削液的传统切削环境和少无切削液的清洁切削环境等典型实际加工环境下实现刀具损伤的高精高效检测；但该检测系统仅适用于空间较大的机床，安装空间限制大，需要考虑是否会与机床发生干涉，并且机器视觉需要依赖稳定的光源，在黑暗恶劣的环境下采集刀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描的刀具损伤智能化监测系统，其特征在于，包括自清洗模块(1)、无人机模块(2)、三维激光扫描模块(3)和计算机模块；所述自清洗模块(1)包括高压水枪(11)和鼓风机(12)；所述高压水枪(11)通过螺栓连接固定在机床的主轴箱(4)外壳上；所述小型鼓风机(12)包括机体和底座，底座通过螺栓连接安装在机床防护门(5)上；所述无人机模块(2)包括信号接收器、飞行控制系统、电动云台(21)、小型相机(22)、无人机本体(23)；所述信号接收器用于接收计算机模块发出的指令信号，并将机床位置信息传递给飞行控制系统；所述飞行控制系统控制无人机本体(23)通过电动云台(21)携带三维激光扫描模块(3)至机床待检测工位，实现粗定位；且可使得三维激光扫描模块(3)对准刀具轴线或刀具(6)底部以分别实现刀具侧刃和底刃的精定位；所述三维激光扫描模块(3)包括激光发射器(31)、接收器(32)；当三维激光扫描模块(3)位于机床指定位置I时，激光发射器(31)调整激光对准刀具轴线，可测量刀具侧刃；当三维激光扫描模块位于机床指定位置II时，激光发射器(31)调整激光对准刀具底刃并相对水平移动，可测量底刃；所述计算机模块包括无人机数据处理部分、激光扫描数据处理部分、数据库以及刀具损伤判别部分；所述无人机数据处理部分用于向无人机模块(2)发送指定机床的位置信息；所述激光扫描数据处理部分用于采集刀具(6)的点云数据；所述数据库用于保存三维重构后的点云数据；所述刀具损伤判别部分用于分析和处理损伤刀具的三维图像，与原始刀具点云数据对比，判别出刀具损伤的类型和磨损程度。2.根据权利要求1所述的刀具损伤智能化监测系统，其特征在于，所述电动云台(21)包括安装板(24)、固定杆(25)和移动杆(26)；所述固定杆(25)可以进行伸缩和平移运动；所述移动杆(26)可以进行伸缩、平移和旋转运动，其安装方式如下：首先，通过螺纹连接将电动云台(21)的安装板上侧与无人机本体(23)底部的螺纹孔组进行配合安装，同时电动云台(21)的移动杆(26)的定位销与三维激光扫描模块(3)的定位孔配合连接，小型相机(22)也通过螺纹连接在电动云台(21)的安装板(23)的下端，小型相机(22)位于三维激光扫描模块(3)的正上方。3.根据权利要求1所述的刀具损伤智能化监测系统，其特征在于，所述待检测工位位于目标机床的防护门内部，无人机模块(2)和三维激光扫描模块(3)位于主轴(7)正前方，且激光发射器(31)发射激光的最底部与所测刀具(6)的底刃在同一水平面上。4.根据权利要求1所述的刀具损伤智能化监测系统，其特征在于，所述机床指定位置I为三维激光扫描模块(3)的激光发射器(31)对准刀具的轴线，且距离在150mm
‑
400mm范围之间，同时三维激光扫描模块(3)悬停的位置应保证激光发射器(31)的扫描范围覆盖待检测刀具(6)侧刃的最下端；若激光发射器(31)的扫描范围能覆盖整个刀具(6)的侧刃，则电动云台(21)和三维激光扫描模块(3)保持静止；若激光发射器(31)的扫描范围无法覆盖整个刀具(6)侧刃，当刀具被覆盖部分旋转一周完整采集后，电动云台(21)带动三维激光扫描模块(3)向上移动一个完整扫描范围的距离并继续该扫描过程，最终拼接得到完整的刀具侧刃图像。5.根据权利要求1所述的刀具损伤智能化监测系统，其特征在于，所述机床指定位置II为三维激光扫描模块(3)的激光发射器(31)位于刀具(6)下方，与刀具(6)底刃平面的竖直
距离在80mm
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200mm范围之间，且距离底刃外侧水平距离15mm
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100mm范围之间，同时应保证三维激光扫描模块(3)水平移动方向平行于刀具底刃平面；所述电动云台(21)携带三维扫描模块(3)相对刀具底刃水平移动的速度范围为120mm/min
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160mm/min。6.根据权利要求1所述的刀具损伤智能化监测方法，其特征在于，所述电动云台(21)带动三维激光扫描模块(3)的精定位通过小型相机(22)实现；小型相机(22)用于精确判断机床中刀具(6)与三维激光扫描模块(3)的相对位置关系，并传递给电动云台(21)；测量侧刃时位置调整方式：当三维激光扫描模块(3)扫描...

【专利技术属性】
技术研发人员：张诗怡，王禹林，张雅姝，熊哲，林剑波，徐国达，周世超，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
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