[發明專利]一種基于動態圖像序列的銑刀磨損量視覺測量方法

有效

• 申請號: 202010135774.0
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111230593B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 郭亮;秦奧蘋;高宏力;由智超;董勛;李懿
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 成都正象知識產權代理有限公司 51252
• 代理人: 李姍姍

本發明提供一種基于動態圖像序列的銑刀磨損量視覺測量方法，涉及刀具磨損狀態智能檢測領域，包括如下步驟：相機采集主軸旋轉一周的銑刀動態圖像序列；對采集的銑刀動態圖像序列進行預處理后得到二值化圖像；求取二值化圖像中的灰度值為255區域A₂₅₅的中心坐標，根據中心坐標從圖像序列中找出最佳刀具磨損圖像的二值化圖像；從選出的最佳二值化圖像中求取最大磨損寬度。利用本發明的方法，可以實現在機自動監測刀具狀態，不需要人工調整刀具位置，大大縮短圖像采集時間；可以避免因拍攝角度的不同而造成的測量誤差，大大提高了測量精確度；可以推動刀具壽命預測和刀具磨損補償的研究進展。

技術領域

本發明涉及刀具磨損狀態智能檢測領域，具體涉及一種基于動態圖像序列的銑刀磨損量視覺測量方法。

背景技術

隨著制造業的飛速發展，數控加工技術不斷進步并且廣泛應用到現代化加工制造中，數控加工技術的應用大大提高了生產效率、產品加工質量并且減輕工人工作負擔，大大推進了制造業的發展。刀具作為數控加工的直接執行件，其磨損狀態會直接影響加工產品質量和機床運轉性能，而且，在復雜的加工環境下，刀具的磨損是不可避免的。因此，在刀具切削過程中，對刀具的磨損狀態進行實時監測是至關重要的。

對刀具狀態監測的方法分為兩類：直接法和間接法。間接法是通過測量會隨著刀具磨損狀態變化而變化的變量參數，例如切削力、溫度、機床主軸功率、振動等參數，從而來監測刀具磨損狀態。間接法能夠實現在線實時監測刀具狀態，但是該方法易受環境干擾，誤差大；而且需要多傳感器融合，設備昂貴，安裝困難。直接法通過直接識別刀刃表面紋理和刀具幾何尺寸變化來對刀具磨損狀態進行監測，主要包括接觸法、放射線法、光學圖像法等。隨著視覺技術和圖像處理算法的不斷的發展和完善，越來越多研究者開始研究基于機器視覺的刀具狀態監測系統。

銑刀作為機械加工的常用刀具，對其狀態進行監測對工業生產尤為重要。現有的基于機器視覺的銑刀磨損量測量方法多是針對靜止的銑刀圖像進行圖像處理，需要拆卸銑刀或者停機并人工調整銑刀位置進行銑刀圖像采集和處理。該方法耗時、會產生加工誤差且不適用于工業生產。基于動態圖像序列進行銑刀磨損量測量的研究少之又少，僅有的研究也并不全面。申請號為201810873640.1，發明名稱為一種基于機器視覺的機床刀具刀尖點位置計算方法的中國發明專利申請，利用與主軸轉速相應的采樣頻率采集刀具旋轉過程中的動態圖像序列，再對圖像序列進行處理。該方法只針對立銑刀這一類刀具，而對于可轉位式面銑刀并不適用，面銑刀并不是安裝在刀架的中心位置上，采集的主軸選裝狀態下的刀具圖像序列中，刀具在圖像上的位置和出現的面積是變化的，故不可對所有的圖像序列進行處理并重疊構建刀具輪廓。實現對動態圖像進行刀具磨損量測量有益于利用機器視覺在機自動監測刀具狀態的技術的發展，可以大大縮短采集圖像的停工時間和避免因二次裝夾而產生的誤差。所以，基于動態圖像序列的銑刀磨損量測量方法的研究對于制造業的智能化發展十分重要。

發明內容

本發明的目的在于：針對現有的銑刀磨損量測量方法需要拆卸銑刀或者停機并人工調整銑刀位置進行銑刀圖像采集的問題，本發明提出一種基于動態圖像序列進行銑刀磨損量測量的方法，實現在機自動監測銑刀磨損狀態，提升生產效率和產品質量。

本發明的技術方案如下：

本發明提供一種基于動態圖像序列的銑刀磨損量視覺測量方法，包括如下步驟：

相機采集主軸旋轉一周的銑刀動態圖像序列；

對采集的銑刀動態圖像序列進行預處理后得到二值化圖像；

求取二值化圖像中的灰度值為255區域A₂₅₅的中心坐標，根據中心坐標從圖像序列中找出最佳刀具磨損圖像的二值化圖像，具體步驟包括：