[发明专利]基于图像识别的旋转刀具状态多参数综合评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于图像识别的间歇式在线检测方法，具体是一种基于图像识别的旋转刀具状态多参数综合评价方法。用于电子测量技术领域。

背景技术

在现代机械加工过程中，刀具的磨损或破损状态在很大程度上直接影响零件的最终加工质量。切削刀具在加工过程中的主要失效形式有两种：破损和磨损，对于脆性较大的刀具，在进行断续切削或者切削难加工材料时，易出现破损现象；刀具磨损是一个渐进的过程，变化较缓慢，在常规的切削加工过程中，工人可以根据机床的振动或噪声及切削状态等估计刀具磨损或破损程度；但在自动化加工过程中，则需要系统能够自动判断刀具的磨损或破损程度并及时更换刀具，以避免由于刀具磨损量过大造成的加工质量下降或其它损失。在推进切削加工自动化与无人化的过程中，对刀具切削状态的监测是十分重要的，刀具监控技术已成为各国公认的重大关键技术。刀具的破损、磨损将影响整个加工过程，所以通过对刀具状态的监测可以直接反映加工过程中其他因素的变化，如加工质量(工件表面粗糙度、形状位置精度等)、机床状态(如机床振动)等。目前，人们很难通过基本切削参数，如切削深度、切削速度和时间等参数，准确地预测切削加工的刀具寿命。传统的刀具寿命管理虽然可以防止刀具的磨损和破损，但因为刀具寿命的随机性，其寿命极限估计往往过于保守，以致大部分刀具未能充分利用。随着现代科学技术的发展，生产自动化程度、加工精度越来越高，难加工材料和新材料越来越多，零件的形状越来越复杂，定量、定时地掌握刀具工况，检测与诊断刀具磨损、崩刃等损伤故障，对于延长机床设备无故障运行，提高产品质量具有重要的意义。

经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号：200410022253.5，专利名称为：一种静态刀具图像的精密测量方法。根据该发明提供的测量方法可以看出，它是利用数字图像处理方法，定位出刀具图像边缘的精确坐标位置，计算出刀具的精确几何参数，就可以得到所要测量刀具边缘包络线，达到刀具精确测量的目的；但是，该方法只能实现刀具的静态测量，不能实现刀具的动态测量，亦不能得出刀具表面的磨损深度等信息。在进一步的检索中，目前尚未发现有关基于图像识别的旋转刀具状态多参数综合评价方法的文献报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种基于图像识别的旋转刀具状态多参数综合评价方法。使其取代传统的静态图像刀具测量方法，采用刀具表面磨损面积、刀具表面磨损深度、刀尖三维形貌以及工件表面纹理特征值等多个参数融合、比较，实现旋转刀具磨损状态准确、定量的数字表征。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明具体步骤如下：

1、基于CCD的高速旋转刀具瞬态图像捕捉技术。以激光脉冲作为反射光源，并采用同步控制技术实现高速旋转刀具的瞬态图像捕捉，获得可靠清晰的刀具表面图像。

2、基于支持向量机(Support Vector Machine，简称SVM)的刀具图像磨损区域分割。对于CCD摄像机获取的刀具表面图像，将支持向量机有监督学习分类器引入基于Mumford-Shah模型的主动轮廓图像分割算法，将刀具表面图像磨损区域分离出来，从而通过计算刀具表面的磨损面积来评价刀具的磨损程度。

3、刀具切削点的三维图像重建技术。利用多幅刀具二维图像，重建刀具切削点的三维图像，获得反映刀具磨损程度的大部分参数值。

4、基于纹理特征提取的工件加工表面图像分析。工件加工表面是刀具切削刃表面形状的负映像，采用合理的模式识别方法，通过对工件表面纹理特征参数的监测和评价，对不同的纹理图像进行描述，从而间接得到刀具的磨损程度。