基于视觉的数控刀具几何参数自动测量系统研究

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1、分类号：TP23密级：UDC：编号：201421202035河北工业大学硕士学位论文基于视觉的数控刀具几何参数自动测量系统研究论文作者：李洋学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：戴士杰职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringRESEARCHONAUTOMATICMEASURINGSYSTEMOFGEOMETRICALPARAMETERSTOTHENCTOOLBASEDONVISIONByLiYangSupervisor:Pr

2、of.DaiShijieMay2017原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学

3、位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要当今加工制造业对产品精度的要求越来越高，而刀具的几何参数对加工精度有着重要的影响，我国目前使用的刀具检测设备已无法满足高精度加工的标准。针对这些问题，机器视觉检测技术被广泛应用于数控刀具的检测过程，其非接触的方式不仅可以避免检测过程中刀具的损伤，同时可有效提高检测效率及精度。首先，研发一种适用于刀具检测的机械结构实现刀具的高精度视觉自动检测。以研发的机械机构为基础，设计示教再现式检测策略，以实现不同尺寸刀

4、具的自动检测，为后续的刀具几何参数的视觉检测方法奠定研究基础。其次，针对刀具的聚焦方法进行研究，以实现刀具的自对聚焦并采集刀具图像；而后采用了Otsu阈值对刀具图像与环境背景加以分割，之后由边界追踪获取刀具图像的边界点，根据边界点与边缘点的不同设计对应的矫正算子，用于边缘定位，该方法对模糊的刀具边缘依然具有单一响应特性；同时以边界点处灰度梯度为基础，对灰度进行插值以实现亚像素边缘的实时检测。再次，针对余弦曲率的不足提出了一种改进的曲率算法，该方法获取曲线转动率的同时也可以获取弯曲方向；而后深入研究不同特征点附近的轮廓曲率特征，根据实际刀具尺寸判定方法的适用范围，以实现特征点的精确定位；最后通过

5、对理想与实际图像中轮廓特征点的识别及定位，验证该算法的可行性与准确性。最后，考虑到磨损后刀具轮廓特征点定位困难，提出将特征点视为未知量进行优化，将分段拟合转换为非线性拟合。对轮廓进行空间变换以满足构造拟合目标函数的条件，之后由分段函数构造出拟合目标函数；之后采用信赖域法进行求解，通过合理选取初值，使算法在定义域内收敛到最优解，同时证明了非线性优化方法在降低拟合残差的同时可保留特征点处的几何特征。关键词：刀具检测，边缘定位，轮廓曲率，特征点，非线性拟合IABSTRACTNowadaystherequirementstoproductprecisionbecomehigherandhigherin

6、theprocessingandmanufacturingindustry,andthegeometricalparametersofthetoolareofsignificantinfluencetothemachiningprecision.CurrentlythecuttingtooldetectionequipmentsusedinChinahavenoabilitiestoreachthehighaccuracyprocessingstandard.Owingtotheaboveproblems,machinevisiondetectiontechnologywasappliedto

7、thedetectionofNCtool,andthedamagestotoolareavoidedforitsnon-contactdetectionmode,meanwhile,detectionefficiencyandaccuracyareeffectivelyimproved.First,themechanicalstructureutilizedincuttingtoolvisuald