[发明专利]一种工件质量在线监测评估方法及监测系统

权利要求书

1.一种工件质量在线监测评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、采用高速摄像机拍摄采集车削加工过程中工件被加工面的实时状态信息，并保存为视频文件；

步骤二、进行灰度表面的构建与坐标的提取

从工件车削过程视频文件中抽取每一帧灰度图像，利用Matlab2015编程语言，编制相关计算软件，提取灰度图像的灰度值Z，以像素点所在位置作为横纵坐标X，Y，灰度值Z作为高度坐标，构建一张灰度表面，依材料的实际尺寸，抽取经过换算后的三维坐标(x，y，IH(x,y))；

步骤三、计算灰度图像自仿射分形维数以评估工件表面粗糙度

分形布朗函数是描述各类表面自仿射分形特征的有力工具，设有分形布朗函数FH(x，y)，它的概率密度函数可表示为：

求解增量绝对值的数学期望发现：

选取正比系数K，并两边取常用对数可得：

考虑到具体的研究对象为一张车削后工件的灰度图，像素点的灰度值IH(x,y)即为分数布朗函数FH(x，y)；Δx、Δy为横纵坐标方向上像素间距，代入上式，即可求解灰度图的Hurst指数H，具体的方法是：在平面直角坐标系中绘制10组点(-1/2log(Δx2+Δy2),log[E(|IH(x+Δx,y+Δy)-IH(x,y)|)])，采用最小二乘数法线性拟合这10个点，拟合的斜率即为Hurst指数H，依据Mandelbrot和Ness的研究成果，且考虑到研究的灰度曲面处于3维欧氏空间中，故n取3，所以，Hurst指数和分形维数间存在如下关系：

D＝3-H(1)

将Hurst指数H代入式(1)，D即为工件表面灰度图像自仿射分形维数，依据所得图像自仿射分形维数，从而实现实时在线评估工件表面粗糙度的目标；

步骤四、计算评估工件车削过程中损伤度

充分考虑工件实际情况，并借鉴已有研究方法，发明采用工件的表观体积与实际体积之比来计算损伤变量大小；在试验中，高速摄像机每次只能拍到圆柱体工件的半个侧面，且为了排除侧面上半部分反光干扰，在计算其损伤变量和维数时，本采用下1/4圆柱体为研究对象；

圆柱体工件的表观体积可表示为：

工件损伤后的实际体积：

第i个微元体体积：

Vi＝ΔxΔyE(IH(x,y)) (7)

其中：Δx为水平方向像素间距；Δy为竖向方向像素间距；IH(x,y)是微元体四个顶点像素灰度值的换算值，E是数学期望值记号，

因而，工件损伤后的实际体积可表示为：

损伤变量大小：

依据式(2)，即可计算出该帧灰度图片所对应时刻的工件损伤，从而到达实时在线评估工件质量的目的。

2.根据权利要求1所述的工件质量在线监测评估方法，其特征在于，所述步骤一还包括，在低光条件下时，采用照明设备对工件表面进行补光处理。

3.一种用于实现权利要求1所述工件质量在线监测评估方法的监测系统，其特征在于，所述监测系统包括控制处理器、图像采集卡以及高速摄像机；

所述高速摄像机用于拍摄采集工件在高速车削过程中其被加工面的实时状态信息；

所述图像采集卡的信号输入端与高速摄像机的信号输出端相连接；图像采集卡的信息输出端连接控制处理器的信息输入端；

所述控制处理器用于接收存储来自所述图像采集卡输出的记录工件在高速车削过程中其被加工面的实时状态信息的视频图像，并对所述视频图像进行分析处理以评估工件的质量。

4.根据权利要求3所述的监测系统，其特征在于，所述控制处理器为便携式计算机。

5.根据权利要求3或4所述的监测系统，其特征在于，所述高速摄像机上还安装有变焦距镜头，通过调节焦距，采集高清的工件被加工面的状态信息。

6.根据权利要求5所述的监测系统，其特征在于，还包括用于在低光条件下照射车削过程中的工件被加工面，实现对工件被加工面进行补光的照明设备。

7.根据权利要求6所述的监测系统，其特征在于，所述照明设备为直流高亮LED灯。