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刀具磨损便携式视觉在位检测技术研究

2017年09月22日09:41
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        简要分析了目前常用刀具的磨损测量方法,提出一种便携式在位测量方法。该方法将小型光学镜组直接夹持在手机上,与手机摄像头一起组成便携式视觉检测系统,对安装在机床上的刀具磨损区域进行拍摄取样,然后将图像传输到电脑中,经图像处理后可获得刀具后刀面磨损量。试验表明,该测量方法操作简单,测量精度符合工程要求;可实现刀具磨损的在位检测,为刀具磨损的过程监测提供新途径。


      机械加工过程中,刀具的磨损对产品的加工精度、加工质量及效率有着重要的影响。刀具的严重磨损可能会导致工件报废,甚至会影响机床的正常使用,直接影响工厂的加工效率及经济效益。统计表明,引起机床故障的重要因素之一便是刀具磨损而造成的刀具失效,由此引起数控机床的停机时间达1/5-1/3之长。如果刀具磨损过大而不能被及时发现,将会使整个加工过程中断、工件报废,甚至造成人员类的损失。所以,刀具的磨损检测具有十分重要的现实意义。


      目前,刀具磨损检测主要分为直接测量法与间接测量法。直接测量法包括电阻测量法、刀具工件间距测量法、射线测量法、微结构镀层法、光学测量法、放电电流测量法、计算机图像处理法等。其优点在于能够准确识别刀刃外观、表面品质以及几何形状变化,但只能停机检测,占用生产工时,且无法检测出加工过程中的刀具突变情况。间接测量法包括切削力检测法、声发射检测法、功率信号检测法、振动信号检测法、切削温度测量法、电流信号测量法、热电压测量法、工件表面粗糙度测量法等。观察刀具磨损或即将磨损时的状态受不同工作参数影响的结果,通过对这些过程量的测量来反映刀具的磨损状态。其优点在于能在线检测,不影响切削加工过程,但在检测同时会存在大量的干扰因素。


      90年代以来,随着微细加工技术、信号处理及自动控制的发展,用于刀具监测的传感器件也在向功能化及智能化等方面发展。相关设备的价格大幅下降从而得到普及,其中以图像传感器为代表的刀具检测技术得到高速发展,出现了以机器视觉为理论基础的刀具状态监测技术。随着图像传感技术、图像处理技术的成熟以及相关设备价格的降低,这项技术变得更加经济适用,高效可靠。


       基于计算机视觉的检测主要由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括工业照相机、显微镜、光照设备、图像釆集卡、计算机等,软件部分包括图像处理软件、分析软件等。应用硬件部分对待测刀具进行图像采集并传入计算机,然后利用软件对图像进行处理和计算,得到测量结果即磨损值。


      1 测量方法及原理

 

      硬件部分的图像采集是该测量方法的关键,被测刀具磨损表面图像的获取越清晰,则软件分析及数据处理越可靠,使误差最大限度地降低。通常所用的图像采集方法是将刀具放在CCD工业相机下、利用光学放大镜调整相机的焦距到适当位置,得到清晰的刀具磨损区域图像,然后通过图像采集卡存入计算机中。该方法需要将刀具取下,等数据采集完后再装上,存在较多缺陷:比较耗时,影响加工效率;将刀具取下再装上,很难恢复到原来的位置,造成测量误差,多次测量后误差叠加增大,影响测量的真实性。

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