CN118372086B - 一种数控加工机床的自动测刀装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于数控加工技术领域,尤其涉及是一种数控加工机床的自动测刀装置及方法，包括测量相机、检测相机、直流电源、树莓派和补光单元以及顶部敞口设置的装置外壳，检测相机和检测相机上分别设置有防尘盖。自动测刀包括以下步骤：测刀硬件功能进行检测；机床主轴移动至预先设定的测量点准备测量；第一次刀具参数的测量；对机床主轴位置进行校准，并获取时间序列图像；基于时间序列图像进行第二次刀具参数的测量；对换刀后的相应刀具和刀柄参数进行评价；基于评价结果决策是否进行重新换刀处理。本发明相比现有技术，表现出了更优自主决策能力，可靠性与安全性有着明显的提高，价格低廉，具有更强的市场竞争优势。

Description

一种数控加工机床的自动测刀装置及方法

技术领域

本发明属于数控加工技术领域，尤其涉及一种数控加工机床的自动测刀装置及方法。

背景技术

在航空航天领域要得到设计好的零部件通常采用数控加工的方式，而数控加工刀具最核心的器件属于刀具，因此刀具质量的好坏直接影响着所加工件的质量。若刀具存在表面缺陷或是存在异常则对零部件的质量构成较大的质量风险，同时由于刀具缺陷导致的质量问题同表面异常直接相关，因此，可通过评价刀具表面质量的方式对刀具进行测量，以判定刀具是否满足要求。

基于表面质量的方式实现刀具检测，现今在行业内主流产品属激光测刀装置。激光主要存在的不足包含，可测量的参数较少、不能测量局部异常、受恶劣的数控加工环境影响较大等。同时在航空航天领域该类产品几乎全靠进口，且价格昂贵达数十万元，激光测刀设备的进口周期较长，以及存在断供的风险，急需实现数控加工刀具的国产化替代。

随着计算机视觉技术在各领域被成功引用，基于核心部件的价格便宜等特点，为采用视觉的方式实现刀具的测量提供了指导性方法策略。视觉测刀的方法在行业研究较少，且无相关的专利技术体系建立，激光测刀的方式存在诸多的不足，在该大背景下建立自己的方法可靠刀具测量技术对行业发展，提升在加工过程中刀具的使用时间，降低或是避免因刀具质量异常导致的零部件报废问题，提升经济效益有着重要的意义。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提出一种数控加工机床的自动测刀装置及方法，实现自动化高效准确的识别刀具异常需要，同时减少在零件加工过程中人为介入以达到降低成本的目的，满足行业发展需要。

实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种数控加工机床的自动测刀装置，其特征在于：包括测量相机、检测相机、直流电源、树莓派和补光单元以及顶部敞口设置的装置外壳，检测相机和检测相机上分别设置有防尘盖；所述装置外壳的顶部敞口处设置有装置顶板，装置顶板通过铰接件与装置外壳转动连接，且装置外壳上还安装有用于控制装置顶板启闭的电机装置；所述测量相机安装于装置外壳一侧的内壁上，用于从径向获取刀柄和刀具的侧面图像；所述检测相机设置安装于装置外壳底部的内壁上，用于从轴向获取刀具的端面图像；所述补光单元布设于装置外壳上，用于在测量相机和检测相机捕获图像时补光；所述树莓派安装于装置外壳的内部，并与测量相机、检测相机、补光单元以及电机装置通信连接，用于通过与机床数控系统通讯交互，控制自动测刀装置完成测刀工作；所述直流电源设置于装置外壳的内部，并与测量相机、检测相机、树莓派、补光单元以及电机装置电性连接，用于为整个自动测刀装置提供工作电源。

优选的，所述补光单元包括设置于测量相机对侧的平面补光组件以及以检测相机为中心设置的环形补光组件，且平面补光组件包括平面散射薄膜，平面散射薄膜上铺设有LED灯带。

基于上述一种数控加工机床的自动测刀装置，本技术方案提出一种数控加工机床的自动测刀方法，包括加工前测刀和加工后测刀。

所述加工前测刀是在手动或机床自动换刀以后，开始进行刀具测量工作，包括以下步骤：

S1，机床数控系统向树莓派发送测刀准备信号，树莓派接收到测刀准备信号后，启动其内部的主程序对自动测刀装置的测刀硬件功能进行检测；

S2，树莓派基于交互式配准方法，配合机床数控系统将机床主轴移动至预先设定的测量点准备测量；

S3，树莓派控制测量相机和检测相机分别捕获刀柄和刀具的侧面图像以及刀具的端面图像，并基于侧面图像和端面图像进行第一次刀具参数的测量；

S4，通过预先设计的刀尖位置自适应校准策略对自动测刀装置内的机床主轴位置进行校准，并在完成机床主轴位置校准后，基于测量相机捕获的图像获取时间序列图像；

S5，基于时间序列图像进行第二次刀具参数的测量；

S6，基于测量参数对换刀后的相应刀具和刀柄参数进行评价；

S7，基于评价结果决策是否进行重新换刀处理；若是，则重新进行换刀以后，回到步骤S1；若否，即加工前测刀工作完成，数控机床进行零件加工工作；

所述加工后测刀：即待完成零件加工后，重复步骤S1~S7，并基于步骤S7的评价结果对刀具是否有异常进行判断，若刀具无异常则刀具正常入库，否则将对应的刀具进行更换。

优选的，所述步骤S1中，对自动测刀装置的测刀硬件功能进行检测包括以下步骤：

S11，配置激活：激活基于开发的相机调用测试代码，并开启补光单元；默认测量相机对应的ID编号为0、检测相机对应的ID编号为1，令通过测量相机和检测相机获取的图像分别用和表示；

S12，相机和补光功能测试：通过测量相机和检测相机获取当前测量空间的图像和图像，并对图像和图像进行质量评价；若质量评价结果不满足要求，则重新开启补光单元、测量相机和检测相机后，回到步骤S11；若质量评价结果满足要求，则表示图像捕获硬件功能检测完成，关闭测量相机、检测相机和补光单元后，进入步骤S13；

S13，自动化辅助功能测试：树莓派控制电机装置打开装置顶板，同时打开测量相机和检测相机上的防尘盖，为测刀工作做准备；在此期间，若装置顶板和防尘盖都能顺利打开，则表明自动化辅助功能未出现故障，测刀硬件功能检测工作完成，若装置顶板和/或防尘盖没有顺利打开，即表明自动化辅助功能出现故障，对相应故障进行维修后，回到步骤S1。

优选的，所述步骤S12中，对图像和图像进行质量评价的方法为：以图像全局像素亮度随机分布数值差异进行评价，图像质量评价结果满足要求的评价式表示为；其中，为对像素点灰度值进行排序操作的函数，表示带分析处理的图像；表示对象图像的编号，表示图像像素点的行数，表示图像像素点的列数，表示相邻像素点之间的距离，表示预先设定的像素位置占比亮度阈值。

优选的，所述步骤S2中，将机床主轴移动至预先设定的测量点准备测量包括以下步骤：

S21，树莓派给机床数控系统发送准备完成信号，机床数控系统接收到准备完成信号后，控制机床主轴移动至数控系统中预先设定的自动测刀装置测量点的正上方的固定点；其中，测量点和固定点都为机床坐标系下的坐标点，且测量点为自动测刀装置的几何中心；

S22，机床数控系统向树莓派发送初到位信号，树莓派接收到初到位信号后，基于树莓派中预先设定的主测量程序开启测量相机、检测相机和补光单元；

S23，树莓派向机床数控系统发送开始测量信号，机床数控系统接收到开始测量信号后，控制机床主轴从固定点下移至测量点位置处，即完成交互式配准；

S24，机床数控系统向树莓派发送触发信号，在树莓派接收到触发信号后，控制自动测刀装置开始测量工作。

优选的，所述步骤S3中，基于侧面图像和端面图像进行第一次刀具参数的测量包括以下步骤：

S31，分别控制测量相机和检测相机的程序读取提前存入在树莓派内存中约定位置的配置文件para1.txt和配置文件para2.txt，基于配置文件para1.txt和配置文件para2.txt初始化测量相机和检测相机的内置参数，以获得清晰高分辨的刀柄和刀具侧面图像image1以及刀具端面图像image2；

S32，针对图像image1和图像image2分别获得一组由若干数量图像组成的测量样本，基于预先设定的图像优选策略从测量样本的批量图像中分别选择出质量更佳的图像image1和图像image2；

S33，从优选出的image1图像中，完成刀柄和刀具非转角参数的测量；从优选出的image2图像中，完成刀具异常情况的检测。

优选的，所述步骤S4中，对自动测刀装置内的机床主轴位置进行校准包括以下步骤：

S41，树莓派向机床数控系统发送位置校准信号，机床数控系统接收到位置校准信号后控制机床主轴沿机床坐标系Z轴负方向移动一段初始距离，改变机床主轴的坐标值；

S42，机床数控系统向树莓派发送Z轴变位信号，树莓派接收到Z轴变位信号后，启动自适应校准程序对机床主轴在Z轴上的位置进行校准；

S43，保持机床主轴沿机床坐标系下的坐标值不变，树莓派基于通信交互使机床数控系统控制机床主轴移动，改变机床主轴在机床坐标系下的X轴和/或Y轴坐标，使刀具端点与测量相机镜头之间的距离为相机的最小视距，即完成机床主轴位置校准。

优选的，所述步骤S42中，对机床主轴在Z轴上的位置进行校准包括以下步骤：

S421，启动测量相机进行图像捕获，获得图像dst；

S422，识别图像dst中的刀具端点在Y轴上的坐标值，坐标值用于表示刀具14特征；对于捕获的图像中机床z值改变，将其同步在dst图像中对应刀具14特征的变化上；

S423，基于坐标值计算刀具端点与图像dst几何中心之间的Y轴距离偏差值；

S424，判断距离偏差值的正负；若刀具端点在Y轴上的坐标值位于图像dst中心的正上方，则对应的距离偏差值为负，若刀具尖点在Y轴上的坐标值位于图像dst中心的下方，则对应的距离偏差值为正；

S425，根据距离偏差值的正负，校正机床主轴在机床坐标系下的Z轴位置，即：

若距离偏差值为负，则表明机床主轴的坐标值大于目标值，树莓派基于通信交互使机床数控系统控制机床主轴沿机床坐标系Z轴负方向移动，单次移动距离不超过自动测刀装置总长度的1/50；

若距离偏差值为正，表明机床主轴的坐标值小于目标值，树莓派基于通信交互使机床数控系统控制机床主轴沿机床坐标系Z轴正方向移动，单次移动距离不超过自动测刀装置总长度的1/100；

S426，重复步骤S421~步骤S425，如此通过树莓派与机床数控系统不断的通讯交互，实现刀端点位置的自适应校准，直到对应的距离偏差值，即校准完成；其中，为预先设定距离偏差阈值。

优选的，所述步骤S4中，基于测量相机捕获的图像获取时间序列图像的方法为：机床数控系统控制机床主轴以最低转速开始转动，同时向树莓派发送再测量信号，树莓派接收到再测量信号后，控制测量相机开始捕获图像，测量相机以最大帧率捕获时间序列图像，并对时间序列图像进行保存，对应的图像数量用表示。

优选的，所述步骤S5中，基于时间序列图像进行第二次刀具参数的测量包括以下步骤：

S51，以获得的重新时间序列图像为待分析图像，针对每一重新时间序列图像，截取其几何中心分布区域为研究区域，获得重新截取图像；

S52，对截取图像中的随机噪声进行滤波去除；

S53，基于截取图像的大小新建一重新相同尺寸和颜色空间的空白图像，从截取的第一张图像开始在空白图像中进行累加，累加的原则为主轴旋转时不同角度刀具灰度像素点的表示区域，对重新进行迭代后得到图像；

S54，基于相同结构因子及坐标灰度差异不同，得到图像中由系列像素点组成的具有弧度差异特点的转角特征曲线，再基于最小二乘拟合方式得到转角的半径值r，即完成第二次刀具参数的测量。

本发明的有益效果：

本技术方案在测刀过程中会严格的限制机床主轴运动范围，保证了在交互过程中因异常导致的碰撞与防错问题，相比于现有的方法表现出了更优自主决策能力，同时可靠性与安全性也有着明显的提高。

本技术方案不仅可以识别判断刀具、刀柄是否满足工艺参数指标，还可对刀具的缺陷进行识别，有效避免了因刀具异常导致的所加工零部件质量问题。整套测刀装置价格低廉，售价远低于国外同类产品，同时设计的装置可获得利于分析的低噪声图像，测量的参数更加可靠，表现出了更强的市场竞争优势。

附图说明

图1为一种数控加工机床的自动测刀方法的实施流程图；

图2为一种数控加工机床的自动测刀装置的结构示意图；

图3为一种数控加工机床的自动测刀装置的测刀原理图；

图4为测量相机成像范围示意图。

图中：

1、测量相机；2、检测相机；3、直流电源；4、树莓派；5、装置外壳；6、装置顶板；7、防尘盖；8、铰接件；9、电机装置；10、环形补光组件；11、平面补光组件；11.1、平面散射薄膜；11.2、LED灯带；12、主轴；13、刀柄；14、刀具；15、装置内壁； 16、测量相机成像范围。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本发明的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例公开一种数控加工机床的自动测刀装置（以下简称自动测刀装置），作为本技术方案一种基本的实施方式，如图2所示，包括测量相机1、检测相机2、直流电源3、树莓派4和补光单元以及顶部敞口设置的装置外壳5，检测相机2和检测相机2上分别设置有防尘盖7。

装置外壳5的顶部敞口处设置有装置顶板6，装置顶板6通过铰接件8与装置外壳5转动连接，且装置外壳5上还安装有用于控制装置顶板6启闭的电机装置9。

测量相机1安装于装置外壳5一侧的内壁上，用于从径向获取刀柄13和刀具14的侧面图像。

检测相机2设置安装于装置外壳5底部的内壁上，用于从轴向获取刀具14的端面图像。

补光单元布设于装置外壳5上，用于在测量相机1和检测相机2捕获图像时补光。

树莓派4安装于装置外壳5的内部，并与测量相机1、检测相机2、补光单元以及电机装置9通信连接，用于通过与机床数控系统通讯交互，控制自动测刀装置完成测刀工作。

直流电源3设置于装置外壳5的内部，并与测量相机1、检测相机2、树莓派4、补光单元以及电机装置9电性连接，用于为整个自动测刀装置提供工作电源。

基于前述自动测刀装置的硬件结构，本技术方案所涉及到的软件参数如下：

软件程序运行基于Windows7系统64位；处理器为Intel(R) Xeon(R) W-22233.60Ghz；运行内存大小为32GB；频率为3200Mhz；硬盘容量为256 GB。软件开发平台基于Visual Studio 2019；编程语言为C++；对应的图像处理库为OpenCV4.5.5；基于ReleaseX64平台，树莓派4对应的系统版本ubuntu16.08；SDK版本为10.0.22000.0。

实施例2

本实施例公开一种数控加工机床的自动测刀装置（以下简称自动测刀装置），作为本技术方案一种优选的实施方式，如图3所示，包括测量相机1、检测相机2、直流电源3、树莓派4和补光单元以及顶部敞口设置的装置外壳5，检测相机2和检测相机2上分别设置有防尘盖7。

装置外壳5的顶部敞口处设置有装置顶板6，装置顶板6通过铰接件8与装置外壳5转动连接，且装置外壳5上还安装有用于控制装置顶板6启闭的电机装置9。测量相机1安装于装置外壳5一侧的内壁上，用于从径向获取刀柄13和刀具14的侧面图像。检测相机2设置安装于装置外壳5底部的内壁上，用于从轴向获取刀具14的端面图像。补光单元布设于装置外壳5上，用于在测量相机1和检测相机2捕获图像时补光。树莓派4安装于装置外壳5的内部，并与测量相机1、检测相机2、补光单元以及电机装置9通信连接，用于通过与机床数控系统通讯交互，控制自动测刀装置完成测刀工作。直流电源3设置于装置外壳5的内部，并与测量相机1、检测相机2、树莓派4、补光单元以及电机装置9电性连接，用于为整个自动测刀装置提供工作电源。

更具体的，补光单元包括设置于测量相机1对侧的平面补光组件11以及以检测相机2为中心设置的环形补光组件10，且平面补光组件11包括平面散射薄膜11.1，平面散射薄膜11.1上铺设有LED灯带11.2。

本技术方案中，自动测刀装置的长、宽、高均为30cm，即装置外壳5为边长为30cm的正方体。在此基础上，测量相机1位于装置外壳5一面内壁的几何中心位置；装置外壳5与测量相机1所在面相对的整个面铺设平面补光组件11，平面补光组件11中，平面散射薄膜11.1用于实现均匀打光的目的。直流电源3位于装置外壳5内部底角位置，对应的输出电压为12v。检测相机2位于装置外壳5底面的中心位置，用于捕获刀具14端面的图像。树莓派4同样位于装置外壳5的底角位置，同直流电源3构成底角的对称关系。环形补光组件10围绕检测相机2分布，紧贴于装置外壳5内部的底面，作用是为刀具14端面打光使检测相机2可捕获较为清晰图像。

电机装置9用于控制装置顶板6启闭，自动测刀装置处于停止工作时，装置顶板6处于关闭状态，以防止切削液等杂物的进入；自动测刀装置处于测量状态时，基于电机装置9使整个装置顶板6处于开启状态。测量相机1上的防尘盖7用于遮挡来自装置外壳5内部的杂物，以免附着于相机的镜头上导致无法清晰成像，非测量状态时测量相机1的防尘盖7处于关闭状态，仅在测量状态时测量相机1的防尘盖7才开启。检测相机2上的防尘盖7用于遮挡来自机床主轴12、刀柄13、刀具14上的杂物与切削液，以免对应附着于镜头上导致无法清晰成像，非检测状态时检测相机2的防尘盖7处于关闭状态，仅在检测状态时检测相机2的防尘盖7才开启。整个测量装置与机床采用刚性紧固连接，自动测刀装置竖直方向安装无倾角，连接时通过连接孔实现。

实施例3

本实施例公开一种数控加工机床的自动测刀方法，作为本技术方案一种优选的实施方式，如图1所示，包括加工前测刀和加工后测刀。

加工前测刀是在手动或机床自动换刀以后，开始进行刀具14测量工作，包括以下步骤：

S1，机床数控系统向树莓派4发送测刀准备信号，树莓派4接收到测刀准备信号后，启动其内部的主程序对自动测刀装置的测刀硬件功能进行检测；在此期间，树莓派4与机床数控系统之间采用无线通讯的方式实现信号数据的传输；

S2，树莓派4基于交互式配准方法，配合机床数控系统将机床主轴12移动至预先设定的测量点准备测量；

S3，树莓派4控制测量相机1和检测相机2分别捕获刀柄13和刀具14的侧面图像以及刀具14的端面图像，并基于侧面图像和端面图像进行第一次刀具14参数的测量；

S4，通过预先设计的刀尖位置自适应校准策略对自动测刀装置内的机床主轴12位置进行校准，并在完成机床主轴12位置校准后，基于测量相机1捕获的图像获取时间序列图像，测量相机1捕获的图像捕获图像时的成像范围如图4所示；

S5，基于时间序列图像进行第二次刀具14参数的测量；

S6，基于测量参数对换刀后的相应刀具14和刀柄13参数进行评价；具体的，对于第一次刀具14参数的测量与第二次刀具14参数的测量得到的测量刀柄13与刀具14参数，基于换刀完成后待加工件在数控加工程序中刀具14与刀柄13的编号，并结合在先前存在数据库中对应编号刀具14与刀柄13的参数，实现对比判断以达到测刀的目的；

S7，基于评价结果决策是否进行重新换刀处理；若是，则重新进行换刀以后，回到步骤S1；若否，即加工前测刀工作完成，数控机床进行零件加工工作；

所述加工后测刀：即待完成零件加工后，重复步骤S1~S7，并基于步骤S7的评价结果对刀具14是否有异常进行判断，若刀具14无异常则刀具14正常入库，否则将对应的刀具14进行更换。

实施例4

本实施例公开一种数控加工机床的自动测刀方法，作为本技术方案一种优选的实施方式，即在实施例3的基础上，其步骤S1中，对自动测刀装置的测刀硬件功能进行检测包括以下步骤：

S11，配置激活：激活基于开发的相机调用测试代码，并开启补光单元；默认测量相机1对应的ID编号为0、检测相机2对应的ID编号为1，令通过测量相机1和检测相机2获取的图像分别用和表示，得到图像的分辨率相同即图像行数与列数相等；

S12，相机和补光功能测试：通过测量相机1和检测相机2获取当前测量空间的图像和图像，并对图像和图像进行质量评价；若质量评价结果不满足要求，则重新开启补光单元、测量相机1和检测相机2后，回到步骤S11；若质量评价结果满足要求，则表示图像捕获硬件功能检测完成，关闭测量相机1、检测相机2和补光单元后，进入步骤S13；

S13，自动化辅助功能测试：树莓派4控制电机装置9打开装置顶板6，同时打开测量相机1和检测相机2上的防尘盖7，为测刀工作做准备；在此期间，若装置顶板6和防尘盖7都能顺利打开，则表明自动化辅助功能未出现故障，测刀硬件功能检测工作完成，若装置顶板6和/或防尘盖7没有顺利打开，即表明自动化辅助功能出现故障，对相应故障进行维修后，回到步骤S1。

实施例5

本实施例公开一种数控加工机床的自动测刀方法，作为本技术方案一种优选的实施方式，即在实施例4的基础上，其步骤S12中，对图像和图像进行质量评价的方法为：以图像全局像素亮度随机分布数值差异进行评价，具体的，评价标记像素点的总数量为，将总像素点数分成行与列，每个像素点之间的距离间隔距离相等均为，以图像的中心位置为参考均匀分布评价标记像素点。在此基础上，在图像与图像中读取分布于标记点位置的像素点，基于各个像素点通道灰度值的和进行从小到大排序，有且仅有1/3以上的像素位置占比亮度值大于设定的阈值图像质量才满足要求，若对应的图像不满足要求，则重新开启补光单元与相机。

因此，图像质量评价结果满足要求的评价式表示为；其中，为对像素点灰度值进行排序操作的函数，基于评价式子即可判断相机成像质量是否满足要求，同时可基于式子判断补光单元是否开启正常；表示带分析处理的图像；表示对象图像的编号，表示图像像素点的行数，表示图像像素点的列数，表示相邻像素点之间的距离，表示预先设定的像素位置占比亮度阈值。

实施例6

本实施例公开一种数控加工机床的自动测刀方法，作为本技术方案一种优选的实施方式，即在实施例3、4或5的基础上，步骤S2中，将机床主轴12移动至预先设定的测量点准备测量包括以下步骤：

S21，树莓派4给机床数控系统发送准备完成信号，机床数控系统接收到准备完成信号后，控制机床主轴12移动至数控系统中预先设定的自动测刀装置测量点的正上方的固定点；其中，测量点和固定点都为机床坐标系下的坐标点，且测量点为自动测刀装置的几何中心；更具体的说，测量点为自动测刀装置几何中心相对机床原点的、、数据；

S22，机床数控系统向树莓派4发送初到位信号，树莓派4接收到初到位信号后，基于树莓派4中预先设定的主测量程序开启测量相机1、检测相机2和补光单元；

S23，树莓派4向机床数控系统发送开始测量信号，机床数控系统接收到开始测量信号后，控制机床主轴12从固定点下移至测量点位置处，即完成交互式配准；对于测量点在固定点中与的数值相同差异仅体现在值上，整个移动过程中机床主轴12、刀具14同其他硬件及测刀装置无空间的干涉；

S24，机床数控系统向树莓派4发送触发信号，在树莓派4接收到触发信号后，控制自动测刀装置开始测量工作。

实施例7

本实施例公开一种数控加工机床的自动测刀方法，作为本技术方案一种优选的实施方式，即在实施例3、4、5或6的基础上，其步骤S3中，基于侧面图像和端面图像进行第一次刀具14参数的测量包括以下步骤：

S31，分别控制测量相机1和检测相机2的程序读取提前存入在树莓派4内存中约定位置的配置文件para1.txt和配置文件para2.txt，基于配置文件para1.txt和配置文件para2.txt初始化测量相机1和检测相机2的内置参数，以获得清晰高分辨的刀柄13和刀具14侧面图像image1以及刀具14端面图像image2；

S32，针对图像image1和图像image2分别获得一组由若干数量图像组成的测量样本，基于预先设定的图像优选策略从测量样本的批量图像中分别选择出质量更佳的图像image1和图像image2；其中，所述质量更佳，具体指图像背景噪声更少，对的刀具14边界对比度高，反映在数值上的一阶导数更大；

S33，从优选出的image1图像中，完成刀柄13和刀具14非转角参数的测量；从优选出的image2图像中，完成刀具14异常情况的检测。其中，非转角参数包含除转角数值之外的参数如刀具14直径、刀具14长度等，作用为实现刀具14参数测量工作；异常情况包含刀具14拿错、选错，刀柄13拿错、选错，与测量相机1和检测相机2参数无直接关系。

实施例8

本实施例公开一种数控加工机床的自动测刀方法，作为本技术方案一种优选的实施方式，即在实施例3、4、5、6或7的基础上，其步骤S4中，对自动测刀装置内的机床主轴12位置进行校准包括以下步骤：

S41，树莓派4向机床数控系统发送位置校准信号，机床数控系统接收到位置校准信号后控制机床主轴12沿机床坐标系Z轴负方向移动一段初始距离，改变机床主轴12的坐标值；

S42，机床数控系统向树莓派4发送Z轴变位信号，树莓派4接收到Z轴变位信号后，启动自适应校准程序对机床主轴12在Z轴上的位置进行校准；

S43，保持机床主轴12沿机床坐标系下的坐标值不变，树莓派4基于通信交互使机床数控系统控制机床主轴12移动，改变机床主轴12在机床坐标系下的X轴和/或Y轴坐标，使刀具14端点与测量相机1镜头之间的距离为相机的最小视距，即完成机床主轴12位置校准。其中，最小视距可使刀具14在测量相机1的图像成像范围内占有更大的区域，以达到清晰成像的前提下得到放大刀具14尖端的目的，可提高刀具14转角的测量精度。移动过程中机床主轴12同测刀装置无空间干涉存在。

实施例9

本实施例公开一种数控加工机床的自动测刀方法，作为本技术方案一种优选的实施方式，即在实施例8的基础上，其步骤S42中，对机床主轴12在Z轴上的位置进行校准包括以下步骤：

S421，启动测量相机1进行图像捕获，获得图像dst；

S422，识别图像dst中的刀具端点在Y轴上的坐标值，坐标值用于表示刀具14特征；对于捕获的图像中机床z值改变，将其同步在dst图像中对应刀具14特征的变化上；

S423，基于坐标值计算刀具14端点与图像dst几何中心之间的Y轴距离偏差值；

S424，判断距离偏差值的正负；若刀具14端点在Y轴上的坐标值位于图像dst中心的正上方，则对应的距离偏差值为负，若刀具14尖点在Y轴上的坐标值位于图像dst中心的下方，则对应的距离偏差值为正；

S425，根据距离偏差值的正负，校正机床主轴12在机床坐标系下的Z轴位置，即：

若距离偏差值为负，则表明机床主轴12的坐标值大于目标值，树莓派4基于通信交互使机床数控系统控制机床主轴12沿机床坐标系Z轴负方向移动，单次移动距离不超过自动测刀装置总长度的1/50；其中，移动的高度值基于长度值为参考，仅仅是数值上的，非方向上的；

若距离偏差值为正，表明机床主轴12的坐标值小于目标值，树莓派4基于通信交互使机床数控系统控制机床主轴12沿机床坐标系Z轴正方向移动，单次移动距离不超过自动测刀装置总长度的1/100；其中，移动的高度值基于长度值为参考，仅仅是数值上的，非方向上的；

S426，重复步骤S421~步骤S425，如此通过树莓派4与机床数控系统不断的通讯交互，实现刀端点位置的自适应校准，直到对应的距离偏差值，即校准完成；其中，为预先设定距离偏差阈值。

本技术方案中，设计的自适应校准策略，在校准过程中仅改变的数值，对应的与保持不变，同时对应的值设定了最大单次步长增大与减小限制，保证了在交互过程中因异常导致的碰撞与防错问题，有效的保证了自适应校准过程中的可靠性与安全性。

实施例10

本实施例公开一种数控加工机床的自动测刀方法，作为本技术方案一种优选的实施方式，即在实施例3、4、5、6、7、8或9的基础上，其步骤S4中，基于测量相机1捕获的图像获取时间序列图像的方法为：机床数控系统控制机床主轴12以最低转速开始转动，同时向树莓派4发送再测量信号，树莓派4接收到再测量信号后，控制测量相机1开始捕获图像，测量相机1以最大帧率捕获时间序列图像，并对时间序列图像进行保存，对应的图像数量用表示。

实施例11

本实施例公开一种数控加工机床的自动测刀方法，作为本技术方案一种优选的实施方式，即在实施例10的基础上，以获得的时间序列图像为待分析图像，截取图像几何中心分布的区域为研究的区域，截取的依据在于刀具14的刀尖在图像中经自适应校准处理后图像的几何中心，采用截取的方式可以获得更加聚焦的感兴趣区域，利于特征的提取。基于此，步骤S5中，基于时间序列图像进行第二次刀具14参数的测量包括以下步骤：

S51，以获得的重新时间序列图像为待分析图像，针对每一重新时间序列图像，截取其几何中心分布区域为研究区域，获得重新截取图像其中，图像的具体截取方式为：根据提前标记的统计数据库，确定每一数控加工机床刀具14库及对应刀具14在第二次放大成像图中刀尖的点的区域坐标截取图像中的图区域，即根据数控加工程序中的指定的刀具14类型确定在统计数据库中对应的区域坐标，由此坐标得到截取图像；

S52，对截取图像中的随机噪声进行滤波去除，以提高刀具14特征与背景的差异；

S53，基于截取图像的大小新建一重新相同尺寸和颜色空间的空白图像，从截取的第一张图像开始在空白图像中进行累加，累加的原则为主轴12旋转时不同角度刀具14灰度像素点的表示区域，对重新进行迭代后得到图像；

S54，基于相同结构因子及坐标灰度差异不同，得到图像中由系列像素点组成的具有弧度差异特点的转角特征曲线，再基于最小二乘拟合方式得到转角的半径值r，即完成第二次刀具14参数的测量。其中，半径r数值同数据库进行比较即可判断刀具14转角是否满足要求。

实施例12

本实施例公开一种数控加工机床的自动测刀方法，作为本技术方案一种优选的实施方式，具体操作如下：

第一步，基于手动或是机床自动换刀完成，开始测量工作。数控机床数控系统给自动测刀装置中的树莓派4发送测刀准备信号，采用无线通讯的方式实现信号数据的传输。

第二步，自动测刀装置中硬件树莓派4接收到测刀准备信号后，激活由开发的相机调用测试代码并开启平面补光组件11；默认测量相机1对应的ID编号为0、检测相机2对应的ID编号为1，得到的相机图像分别用和表示，得到图像的分辨率相同即图像行数与列数相等。

第三步，对和图像评价方式，以图像全局像素亮度随机分布数值差异进行评价，评价标记像素点的总数量为，将总像素点数分成行与列，每个像素点之间的距离间隔距离相等均为，以图像的中心位置为参考均匀分布评价标记像素点。评价方式为：在和图像中读取分布于标记点位置的像素点，基于各个像素点通道灰度值的和进行从小到大排序，有且仅有1/3以上的像素位置占比亮度值大于设定的阈值图像质量才满足要求，若对应的图像不满足要求，则重新开启补光单元与相机（测量相机1和检测相机2）。对应的评价式子可表示为：

；

其中，对像素点灰度值进行排序操作。基于评价式子即可判断相机成像质量是否满足要求，同时可基于式子判断补光单元是否开启正常。

第四步，相机（测量相机1和检测相机2）与补光单元测试正常后关闭相机（测量相机1和检测相机2）与补光单元，树莓给电机装置9发送开启信号，基于电机装置9提供的扭矩打开装置顶板6，同时测量相机1的防尘盖7与检测相机2的防尘盖7开启，为测刀工作做准备。

第五步，当树莓派4接收到相机（测量相机1和检测相机2）、补光单元、电机装置9信号并判断硬件正常后，树莓派4给机床数控系统发送准备完成信号。机床数控系统接收到准备完成信号后，基于提前在数控系统中设定的自动测刀装置同机床的测量点，测量点为测刀装置几何中心相对机床原点的、、数据，移动机床主轴12至测刀装置的正上方的固定点处，相对于测量点在固定点中与的数值相同差异仅体现在值上，整个移动过程中机床主轴12、刀具14同其他硬件及测刀装置无空间的干涉。

第六步，机床主轴12运动至测刀装置的上方固定点后，数控系统给树莓派4发送已初到位信号，树莓派4接收到对应信号后写入树莓派4中的主测量程序启动，再次开启测量相机1、检测相机2、平面补光组件11、环形补光组件10为测刀做好准备。

第七步，树莓派4给机床数控系统发送开始测量信号，数控系统接收到对应信号后，数控系统控制机床主轴12从固定点下移至测量点位置处，测刀装置上方固定位置处与测量点的与值相同，仅改变从数值上反映相对减小。对应的刀具14、刀柄13已运动至测刀装置的内部。

第八步，机床主轴12达到测量点后交互式配准完成，机床数控系统给树莓派4发送触发信号，在树莓派4接收到信号后开始测量。

第九步，开始测量对应第一次参数测量策略，控制测量相机1的程序读取提前存入在树莓派4内存中约定位置的配置文件para1.txt，基于配置文件初始化测量相机1的内参（内参包含了亮度、增益、白平衡、焦点、曝光等参数），以获得清晰高分辨的刀柄13、刀具14图像image1。同理基于配置文件para1.txt初始化检测相机2的内参，以获得垂直于刀尖视图方向上的图像image2。

第十步，对于刀柄13、刀具14图像image1与垂直于刀尖视图方向上的图像image2分别获得一组由若干数量图像组成的测量样本，基于设定的图像优选策略从批量图像中分别选择出质量更佳的图像，基于优选图像进行测量。

第十一步，从优选出的image1图像中，完成刀柄13、刀具14非转角参数的测量；从优选出的image2图像中，完成刀具14异常的检测。

第十二步，完成第一次参数测量后，树莓派4给机床发送完成第一次测量信号，机床数控系统接收到信号后改变主轴12的坐标，即对应的、值保持不变，缓慢减小值。同时机床数控系统给树莓派4发送值改变信号，树莓派4接收到信号后启动自适应校准程序：

1）启动测量相机1的图像捕获功能，并识别在图像dst中刀尖点的坐标数值，对于捕获的图像中机床值改变反映在图像中值的改变；

2）计算值与图像dst中心之间的距离偏差数值，若值位于图像dst中心的上方则对应的偏差值为负，若值位于图像dst中心的下方则对应的偏差值为正；

3）判断距离偏差数值的正负，若对应的值为负则树莓派4给机床数控系统反馈减小的值不够，值还需进一步减小，值在减小过程中单次减小步长超过装置总长度的1/50；

4）判断距离偏差数值的正负，若对应的值为正则树莓派4给机床数控系统反馈减小的值过量，值需增大，值在增大过程中单次增大步长超过装置总长度的1/100；

5）通过树莓派4与机床不断的通讯交互，实现刀尖点位置的自适应校准，直到对应的趋近于0，由于为整数，因此设定阈值，使满足关系为止停止校准。

设计的自适应校准策略，在校准过程中仅改变的数值对应的与保持不变，同时对应的值设定了最大单次步长增大与减小限制，保证了在交互过程中因异常导致的碰撞与防错问题，有效的保证了自适应校准过程中的可靠性与安全性。

第十三步，采用自适应方式完成值校准后，保持值不变基于设定了固定数值改变与值使刀尖点同测量相机1镜头之间的距离为相机的最小视距，最小视距可使刀具14在测量相机1的图像成像范围内占有更大的区域，以达到清晰成像的前提下得到放大刀具14尖端的目的，可提高刀具14转角的测量精度。到移动过程中机床主轴12同测刀装置无空间干涉存在。

第十四步，完成位置的校准后，机床数控系统给树莓派4发送测量信号，当树莓派4接收到对应的测量信号后测量相机1开始捕获图像，同时机床数控系统控制主轴12以最低转速开始转动，测量相机1以最大帧率捕获图像并对时间序列的图像进行保存，对应的图像数量用表示。

第十五步，以获得的时间序列图像为待分析图像，截取图像几何中心分布的区域为研究的区域，截取的依据在于刀具14的刀尖在图像中经自适应校准处理后图像的几何中心，采用截取的方式可以获得更加聚焦的感兴趣区域，利于特征的提取。截取的方式为：根据提前标记的统计数据库，确定每一数控加工机床刀具14库及对应刀具14在第二次放大成像图中刀尖的点的区域坐标截取图像中的图区域。即根据数控加工程序中的指定的刀具14类型确定在统计数据库中对应的区域坐标，由此坐标得到截取图像。

第十六步，设计滤波方式去除截取图像中的随机噪声，以提高刀具14特征与背景的差异。

第十七步，基于截取的图像大小新建一重新同尺度与颜色空间的空白图像，从截取的第一张图像开始在中开始累加，累加的原则为主轴12旋转时不同角度刀具14灰度像素点的表示区域，对重新进行迭代后得到的图像。

第十八步，基于相同结构因子极坐标灰度差异不同方式得到图像中由系列像素点组成的具有弧度差异特点的转角特征曲线，基于最小二乘拟合方式可得到转角的半径r数值，半径r数值同数据库进行比较即可判断刀具14转角是否满足要求。得到半径r数值后完成第二次参数测量步骤。基于得到的像素点进行半径r拟合式子有：

圆的方程中是未知量，需进一步的计算，对式子进行变换有：

进一步令将圆的方程进行整理有：

其中为圆心坐标，求解出数值即可得到圆的方程，绘制圆上点与圆心的关系线段上所有的点组成了圆上点集，的大小表示了线段上点的数量。线段上任意一点到圆心距离平方与半径平方的差可表示为：

即表示为：切线长的平方等于切点到圆心距离的平方减去半径r的平方。对式子进行求解即可得到数值，进而可以得到转角r数值。

第十九步，对于第一次与第二次得到的测量刀柄13与刀具14参数，基于换刀完成后待加工件在数控加工程序中刀具14与刀柄13的编号，并结合在先前存在数据库中对应编号刀具14与刀柄13的参数实现对比判断以达到测刀的目的。

第二十步，对测刀的参数进行判断后基于其是否满足要求，进行是否换刀或加工的步骤，若所测刀的参数满足要求则机床的主轴12复位并基于设计好的数控程序完成既定的零部件加工；若对应的测刀参数不满足要求则对刀柄13、刀具14、或是刀柄13加刀具14进行更换，更换完成后基于之前所述的加工前测刀步骤再次完成测刀步骤。

进一步的，在零部件加工过程中为进一步防止因刀具14缺陷或是异常导致所加工零部件报废造成经济损失的发生，可根据实际的情况的需要设定时间间隔测刀步骤，即在零部件加工过程中定期的通过设计的装置对刀具14是否存在缺陷进行检测与判断，以减少因刀具14缺陷导致的加工异常问题。

第二十一步，当按照既定的程序完成对应零部件加工后，对于入库的刀具14还需进一步判断其是否存在异常或是缺陷，本发明中称为加工后测刀，对应步骤从“测刀硬件功能检测”到“参数判断与评价方式”皆与加工前测刀相同。

进一步的，加工后测刀完成后“参数判断与评价方式”，需再次对刀具14是否存在异常进行评价，若刀具14存在异常则需对刀具14进行更换，若刀具14不存在异常则可对刀具14进行正常的入库，基于此完成测刀的整个过程。

整个测量过程都需对过程及结果文件进行记录，包括了对应刀具14的使用总时间、缺陷异常刀具14类型牌号、刀具14使用次数、测量时间等，以满足针对性的改进零部件的加工工艺或是刀具14的优选等工作。

完成测量后，机床数控系统给树莓派4发送测量完成指令，当树莓派4接收到信号后启动补光单元、相机关闭指令，完成对应硬件关闭后树莓派4给电机装置9发送指令实现装置顶板6的关闭，同时关闭测量相机1防尘盖7与检测相机2防尘盖7。最后树莓派4关闭所有的外设，仅保留同机床数控系统通讯最基础的功能，以便于后续测量需要及时再次启动整个测量装置，完成测刀的目的。

Claims (8)

1.一种数控加工机床的自动测刀方法，其特征在于，是采用了一种数控加工机床的自动测刀装置进行加工前测刀和加工后测刀；其中，所述自动测刀装置包括测量相机（1）、检测相机（2）、直流电源（3）、树莓派（4）和补光单元以及顶部敞口设置的装置外壳（5），检测相机（2）和检测相机（2）上分别设置有防尘盖（7）；

所述装置外壳（5）的顶部敞口处设置有装置顶板（6），装置顶板（6）通过铰接件（8）与装置外壳（5）转动连接，且装置外壳（5）上还安装有用于控制装置顶板（6）启闭的电机装置（9）；

所述测量相机（1）安装于装置外壳（5）一侧的内壁上，用于从径向获取刀柄（13）和刀具（14）的侧面图像；

所述检测相机（2）设置安装于装置外壳（5）底部的内壁上，用于从轴向获取刀具（14）的端面图像；

所述补光单元布设于装置外壳（5）上，用于在测量相机（1）和检测相机（2）捕获图像时补光；

所述树莓派（4）安装于装置外壳（5）的内部，并与测量相机（1）、检测相机（2）、补光单元以及电机装置（9）通信连接，用于通过与机床数控系统通讯交互，控制自动测刀装置完成测刀工作；

所述直流电源（3）设置于装置外壳（5）的内部，并与测量相机（1）、检测相机（2）、树莓派（4）、补光单元以及电机装置（9）电性连接，用于为整个自动测刀装置提供工作电源；

所述加工前测刀是在手动或机床自动换刀以后，开始进行刀具（14）测量工作，包括以下步骤：

S1，机床数控系统向树莓派（4）发送测刀准备信号，树莓派（4）接收到测刀准备信号后，启动其内部的主程序对自动测刀装置的测刀硬件功能进行检测；

S2，树莓派（4）基于交互式配准方法，配合机床数控系统将机床主轴（12）移动至预先设定的测量点准备测量；

S3，树莓派（4）控制测量相机（1）和检测相机（2）分别捕获刀柄（13）和刀具（14）的侧面图像以及刀具（14）的端面图像，并基于侧面图像和端面图像进行第一次刀具（14）参数的测量；

S4，通过预先设计的刀尖位置自适应校准策略对自动测刀装置内的机床主轴（12）位置进行校准，并在完成机床主轴（12）位置校准后，基于测量相机（1）捕获的图像获取时间序列图像；其中，获取时间序列图像的方法为：机床数控系统控制机床主轴（12）以最低转速开始转动，同时向树莓派（4）发送再测量信号，树莓派（4）接收到再测量信号后，控制测量相机（1）开始捕获图像，测量相机（1）以最大帧率捕获时间序列图像，并对时间序列图像进行保存，对应的图像数量用表示

S5，基于时间序列图像进行第二次刀具（14）参数的测量，包括以下步骤：

S51，以获得的幅时间序列图像为待分析图像，针对每一幅时间序列图像，截取其几何中心分布区域为研究区域，获得幅截取图像；

S52，对截取图像中的随机噪声进行滤波去除；

S53，基于截取图像的大小新建一幅相同尺寸和颜色空间的空白图像，从截取的第一张图像开始在空白图像中进行累加，累加的原则为主轴（12）旋转时不同角度刀具（14）灰度像素点的表示区域，对幅进行迭代后得到图像；

S54，基于相同结构因子及坐标灰度差异不同，得到图像中由系列像素点组成的具有弧度差异特点的转角特征曲线，再基于最小二乘拟合方式得到转角的半径值r，即完成第二次刀具（14）参数的测量；

S6，基于测量参数对换刀后的相应刀具（14）和刀柄（13）参数进行评价；

S7，基于评价结果决策是否进行重新换刀处理；若是，则重新进行换刀以后，回到步骤S1；若否，即加工前测刀工作完成，数控机床进行零件加工工作；

所述加工后测刀：即待完成零件加工后，重复步骤S1~S7，并基于步骤S7的评价结果对刀具（14）是否有异常进行判断，若刀具（14）无异常则刀具（14）正常入库，否则将对应的刀具（14）进行更换。

2.如权利要求1所述一种数控加工机床的自动测刀方法，其特征在于：所述自动测刀装置的补光单元包括设置于测量相机（1）对侧的平面补光组件（11）以及以检测相机（2）为中心设置的环形补光组件（10），且平面补光组件（11）包括平面散射薄膜（11.1），平面散射薄膜（11.1）上铺设有LED灯带（11.2）。

3.如权利要求1所述一种数控加工机床的自动测刀方法，其特征在于，所述步骤S1中，对自动测刀装置的测刀硬件功能进行检测包括以下步骤：

S11，配置激活：激活基于开发的相机调用测试代码，并开启补光单元；默认测量相机（1）对应的ID编号为0、检测相机（2）对应的ID编号为1，令通过测量相机（1）和检测相机（2）获取的图像分别用和表示；

S12，相机和补光功能测试：通过测量相机（1）和检测相机（2）获取当前测量空间的图像和图像，并对图像和图像进行质量评价；若质量评价结果不满足要求，则重新开启补光单元、测量相机（1）和检测相机（2）后，回到步骤S11；若质量评价结果满足要求，则表示图像捕获硬件功能检测完成，关闭测量相机（1）、检测相机（2）和补光单元后，进入步骤S13；

S13，自动化辅助功能测试：树莓派（4）控制电机装置（9）打开装置顶板（6），同时打开测量相机（1）和检测相机（2）上的防尘盖（7），为测刀工作做准备；在此期间，若装置顶板（6）和防尘盖（7）都能顺利打开，则表明自动化辅助功能未出现故障，测刀硬件功能检测工作完成，若装置顶板（6）和/或防尘盖（7）没有顺利打开，即表明自动化辅助功能出现故障，对相应故障进行维修后，回到步骤S1。

4.如权利要求3所述一种数控加工机床的自动测刀方法，其特征在于，所述步骤S12中，对图像和图像进行质量评价的方法为：以图像全局像素亮度随机分布数值差异进行评价，图像质量评价结果满足要求的评价式表示为；其中，为对像素点灰度值进行排序操作的函数，表示带分析处理的图像；表示对象图像的编号，表示图像像素点的行数，表示图像像素点的列数，表示相邻像素点之间的距离，表示预先设定的像素位置占比亮度阈值。

5.如权利要求1所述一种数控加工机床的自动测刀方法，其特征在于，所述步骤S2中，将机床主轴（12）移动至预先设定的测量点准备测量包括以下步骤：

S21，树莓派（4）给机床数控系统发送准备完成信号，机床数控系统接收到准备完成信号后，控制机床主轴（12）移动至数控系统中预先设定的自动测刀装置测量点的正上方的固定点；其中，测量点和固定点都为机床坐标系下的坐标点，且测量点为自动测刀装置的几何中心；

S22，机床数控系统向树莓派（4）发送初到位信号，树莓派（4）接收到初到位信号后，基于树莓派（4）中预先设定的主测量程序开启测量相机（1）、检测相机（2）和补光单元；

S23，树莓派（4）向机床数控系统发送开始测量信号，机床数控系统接收到开始测量信号后，控制机床主轴（12）从固定点下移至测量点位置处，即完成交互式配准；

S24，机床数控系统向树莓派（4）发送触发信号，在树莓派（4）接收到触发信号后，控制自动测刀装置开始测量工作。

6.如权利要求1所述一种数控加工机床的自动测刀方法，其特征在于，所述步骤S3中，基于侧面图像和端面图像进行第一次刀具（14）参数的测量包括以下步骤：

S31，分别控制测量相机（1）和检测相机（2）的程序读取提前存入在树莓派（4）内存中约定位置的配置文件para1.txt和配置文件para2.txt，基于配置文件para1.txt和配置文件para2.txt初始化测量相机（1）和检测相机（2）的内置参数，以获得清晰高分辨的刀柄（13）和刀具（14）侧面图像image1以及刀具（14）端面图像image2；

S32，针对图像image1和图像image2分别获得一组由若干数量图像组成的测量样本，基于预先设定的图像优选策略从测量样本的批量图像中分别选择出质量更佳的图像image1和图像image2；

S33，从优选出的image1图像中，完成刀柄（13）和刀具（14）非转角参数的测量；从优选出的image2图像中，完成刀具（14）异常情况的检测。

7.根据权利要求1所述的一种数控加工机床的自动测刀方法，其特征在于，所述步骤S4中，对自动测刀装置内的机床主轴（12）位置进行校准包括以下步骤：

S41，树莓派（4）向机床数控系统发送位置校准信号，机床数控系统接收到位置校准信号后控制机床主轴（12）沿机床坐标系Z轴负方向移动一段初始距离，改变机床主轴（12）的坐标值；

S42，机床数控系统向树莓派（4）发送Z轴变位信号，树莓派（4）接收到Z轴变位信号后，启动自适应校准程序对机床主轴（12）在Z轴上的位置进行校准；

S43，保持机床主轴（12）沿机床坐标系下的坐标值不变，树莓派（4）基于通信交互使机床数控系统控制机床主轴（12）移动，改变机床主轴（12）在机床坐标系下的X轴和/或Y轴坐标，使刀具（14）端点与测量相机（1）镜头之间的距离为相机的最小视距，即完成机床主轴（12）位置校准。

8.根据权利要求7所述的一种数控加工机床的自动测刀方法，其特征在于，所述步骤S42中，对机床主轴（12）在Z轴上的位置进行校准包括以下步骤：

S421，启动测量相机（1）进行图像捕获，获得图像dst；

S422，识别图像dst中的刀具（14）端点在Y轴上的坐标值，坐标值用于表示刀具（14）特征，对于捕获的图像中机床值改变，将其同步在dst图像中对应刀具（14）特征的变化上；

S423，基于坐标值计算刀具（14）端点与图像dst几何中心之间的Y轴距离偏差值；

S424，判断距离偏差值的正负；若刀具（14）端点在Y轴上的坐标值位于图像dst中心的正上方，则对应的距离偏差值为负，若刀具（14）尖点在Y轴上的坐标值位于图像dst中心的下方，则对应的距离偏差值为正；

S425，根据距离偏差值的正负，校正机床主轴（12）在机床坐标系下的Z轴位置，即：

若距离偏差值为负，则表明机床主轴（12）的坐标值大于目标值，树莓派（4）基于通信交互使机床数控系统控制机床主轴（12）沿机床坐标系Z轴负方向移动，单次移动距离不超过自动测刀装置总长度的1/50；

若距离偏差值为正，表明机床主轴（12）的坐标值小于目标值，树莓派（4）基于通信交互使机床数控系统控制机床主轴（12）沿机床坐标系Z轴正方向移动，单次移动距离不超过自动测刀装置总长度的1/100；

S426，重复步骤S421~步骤S425，如此通过树莓派（4）与机床数控系统不断的通讯交互，实现刀端点位置的自适应校准，直到对应的距离偏差值，即校准完成；其中，为预先设定距离偏差阈值。