[發明專利]一種基于計算機視覺的在線刀具參數檢測方法

有效

• 申請號: 202011289151.5
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112558546B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 蘇志勛;王巖;徐少帥
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05B19/401
• 分類號: G05B19/401
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

1.一種基于計算機視覺的在線刀具參數檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步，在線檢測系統自標定；基于標準加工棒料結合控制機床按指定標定軌跡運動，采用工業相機搭配遠心鏡頭組成的相機系統進行非接觸測量，在刀具加工過程中，判斷是否需要檢測，若需要則進行在線檢測；若不需要檢測，則繼續進行下一把刀具的加工，直至加工完成；第一次或重新安裝在線檢測系統時，需對在線檢測系統進行標定；

在線檢測系統的標定流程如下：

(1)將相機對焦于棒料軸心平面；

(2)將棒料邊緣移動到視窗內，并留出長度L以上的運動余量，使得棒料在水平方向上沿著與棒料軸心垂直方向移動長度L過程中棒料邊緣始終位于相機視窗中心區域；

(3)先反向移動棒料，再單向移動棒料恢復至視窗中心偏向一側，并拍攝棒料邊緣圖像；當機床操作不存在變換方向移動時，反向移動操作省略；

(4)然后繼續沿著步驟(3)中的單向移動方向移動長度L，然后拍攝圖像記錄棒料邊緣位置，得到兩張圖像；

(5)最后計算兩張圖像中棒料沿著垂直棒料方向移動的像素，再用長度L除以移動像素數，即可得到相機的像素精度結果；

第二步，測量起始位置初始化及相機自動對焦；利用清晰度量函數輔助確定不同類型刀具測量項目的光線；針對待測刀具型號參數和數控機床加工參數，結合第一步中的在線檢測系統相機標定參數，控制數控機床移動使得測量起始點位于相機視窗中心，并結合刀具起始點特征先驗，對視窗內圖像進行特征提取，對精確起始點位置進行微調；

第三步，測量項目選擇和對應NC控制代碼生成；根據待測刀具型號參數針對待測項目，自動計算指定刀具在完成測量項目過程中配合相機圖像采集的機床運動軌跡，使待測區域始終位于相機視窗中心；并將此運動軌跡的機床控制代碼傳輸給數控機床并控制機床運動，同時通過相機拍攝待測區域，獲取圖像流數據，傳輸給主機進行刀具幾何參數的實時在線測量；

第四步，刀具幾何參數在線測量；根據五軸聯動工具磨床加工工藝需求，對數控機床加工過程中的刀具，通過結合控制數控機床運動，依靠在線檢測系統硬件采集圖像序列，進行特征提取，利用基于視覺圖像的在線檢測算法進行測量，根據刀具的不同在線測量項目包括刃徑、螺旋角、球頭刀具的球頭半徑；

第五步，刀具幾何參數交互測量；根據用戶在加工過程中的交互測量需求，交互測量包括三點確定角度、三點確定平行線間距離、三點確定圓心及半徑、兩點確定距離；

第六步，測量結果反饋及輔助自動調機；刀具在線測量完成后，測量結果反饋給數控機床，由系統先進行判斷，合格則繼續加工，不合格則發出質量警告，并將決策權交給用戶決定是否繼續加工進程；將測量結果與刀具加工標準對比，監測機床補償參數異常狀態，在刀具測量參數不符合標準時，將差異量反饋給數控系統，進行輔助調機功能。

2.根據權利要求1所述的基于計算機視覺的在線刀具參數檢測方法，其特征在于，第二步，測量起始位置初始化及相機自動對焦；

在測量刀具參數過程中，結合第一步中的在線檢測系統相機標定參數，根據不同型號的刀具類型，先定義起始角點位置，即在特定刀具上選取特征位置作為該刀具的起始位置，用以輔助將刀具測量位置移動到相機視窗中心；通過定義圖像特征，對相機視窗圖像進行特征提取，然后將圖像特征與先前對這種刀具定義的起始角點特征進行對比，挑選出與起始角點特征匹配程度最高的特征點，作為刀具的起始角點，完成測量起始位置的初始化操作；

清晰度量函數為：

其中，I_x是圖像x方向的梯度，I_y是圖像y方向的梯度，α和β為權重系數。