基于机器视觉的立铣刀磨损检测.pdf

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1、凰应用技孜术不基于机器视觉的立铣刀磨损检测谢德浩全燕鸣党希超(华南理工大学机械与汽车工程学院)摘要：本文设计了一套在机刀具图像获取装置，研究刀具磨损定量检测软件系统，主要介绍该系统软件模块组成、软件方法和图像获取与图像处理软件的集成。该系统可检测刀具多刃、多面的磨损状况，定量计算出磨损值，在磨损量超过规定值时报警提示。关键词：刀具磨损；机器视觉；Labview；Matlab刀具多幅圆周磨损区域图像，由计算机对图像进行滤1引言波、二值化等处理，提取磨损区域轮廓，计算磨损值。在机械零件切削加工过程中，刀具难免磨损。刀但是这些研究仅限于在实验室进行刀具离线检测，未具状态是关系制造成本和工件质量

2、的重要因素，刀具考虑机床在机刀具检测条件，也缺乏实用图像获取与磨损直接影响零件的加工精度，所以刀具磨损检测尤检测软件平台。计时鸣等人尝试过对切削过程中的切其在位检测非常重要。屑进行视觉图像监测[，通过统计分析多幅图像的切刀具磨损检测有直接检测法和间接检测法。直接屑形态，建立基于切屑图像特征估计刀具磨破损状态检测法是直接测量刀具磨损面积大小或磨损带宽度，的数学模型。这种方法虽为在线监测，但是对于刀具目前只能离线在测量室借助显微镜人工观察测量，其磨破损状态的识别属于间接方式，其准确性受到切削测量结果真实、精确；间接法是通过监测加工过程中条件及切屑形态多变性等许多因素影响，而且不能适与刀具磨损

3、状态相关的物理信号来估计刀具磨损状应于旋转刀具。态，其中最为常见的方法有切削力监测、声发射监测本文通过自行设计的一套在机刀具图像获取装和电机电流／功率监测。例如，陈晓智、蒙斌等研究了置，研究刀具磨损定量检测软件系统，主要介绍该系用声发射法在线监测数控切削加工过程中的刀具状统软件模块组成、软件方法和图像获取与图像处理态，提出一种基于小波分析的刀具磨损判析方法，2J；软件的集成。该系统可检测刀具特别是立铣刀等旋高宏力等通过切削力监测，研究利用神经网络建立不转刀具多刃、多面的磨损状况，定量计算出磨损值，同刀具磨损状态下，加工参数与切削力之间的映射关保存检测结果，在磨损量超过规定值时报警提示。系

4、来实现在线监测铣刀磨损量的方法[3】。间接法具有2立铣刀磨损检测系统结构在线监测的优点，其主要问题是由于影响监测结果的因素很多，监测结果难以准确反映刀具磨损的真实状基于机器视觉的立铣刀磨损检测系统结构如图1态。所示。利用图像传感和计算机图像分析的检测方法具立铣刀磨损检测系统由多维平移和转动机械装有直接可视且非接触的优点，近年来已广泛用于直接置、控制电路、照明光源、工业相机、图像采集卡、测量刀具状况，如市场上多种品牌的二维视像工具显PC机和软件平台组成。系统工作原理：由计算机程微镜和放大仪，也有价格高昂的多维调刀仪。这方面序和控制电路驱动机械装置，携带工业相机和光源运的研究一直持续不断，如

5、M．Sortino、迟辉、张悦动到指定距离和方位，在适当的光照条件下，对立铣等人将刀具装在旋转实验台上，用静置相机拍摄旋转刀头部摄取有一定光学放大倍率的清晰图像，经图像32采集卡输入PC机进行图像处理和磨损量测量。白。据此特点，采用整体阈值法合理选取阈值，对刀具图像进行二值化处理后可得到黑基底与白色磨损区的二值化图形，从而识别出刀具磨损区域。但此时的二值化图形还含有一些分散干扰噪声点，需再经一些数学形态学方法(主要有膨胀、收缩、清除孤立点、清除粒子和洞穴填充等操作)，对二值化图进行二次处理，得到比较纯净的二值图，才能对刀具磨损量进行测量。图3为三刃立铣刀端面图像在处理过程中各个环节显示的

6、实例。图1立铣刀磨损检测系统结构示意图3刀具图像的获取与处理3．1刀具磨损检测流程获取刀具工作部位图像后，通过自行编写的软件进行图像处理，然后对磨损区进行定量测量。处理流程见图2。搭相一数刀建机中值学具硬获值化形磨3三刃立铣刀图像处理过程件取滤阈态损平图波值学量台像分操测3．3磨损量测量割作量采集刀具图像时记录当时的光学放大倍数，所得图2刀具磨损检测流程图到的刀具图像亦有确定的屏幕显示分辨率。设图像的像素尺寸为M~N，根据光学放大倍数，可计算标定3．2图像处理方法图像上一个像素的实际面积S和边长aXb。也可以通由于环境干扰等原因，所采集的刀具工作部位图过对刀具图像库中基准图像的标准尺寸与

7、当前刀具像难免存在噪声，所以首先对图像用滤波法降噪。通图像的像素比较，标定出当前图像像素与实际尺寸的过对各种滤波方法进行比较，确定采用滤波效果比较关系。然后对磨损区域进行磨损量测量，如计算磨损好的中值滤波器。面积和磨损带宽度。接着对滤波降噪后的图像进行二值化处理。图像将计算结果与数据库中的刀具磨钝标准进行比二值化是将灰度图像变成黑白二值图像，其目的是从较，判断是否超过磨损限度，如果超出则给出提示警图像中把目标区域和背景区域分开。二值