[发明专利]一种高速铣削刀具磨损自动监测方法

说明书

本发明公开了一种高速铣削刀具磨损自动监测方法，属于精密制造领域。成像装置在数控程序设定的加工间歇正对刀具端部并多次采集图像，刀具为数控铣床的铣刀，对采集到的每张图像的中部区域(包含刀具所在的区域)进行灰度均方差统计，均方差最大的图像选为聚焦的目标图像，在目标图像中有因磨损而形成的白色区域，提取该白色区域的磨损参数特征，磨损参数包含长度、宽度和面积，将磨损参数特征作为刀具磨损的表征形式。本发明是一种实现对微铣削刀具的磨损量监测的高速铣削刀具磨损自动监测方法，可实现刀具寿命预测的方法，能够避免过损刀具对待加工工件半成品的破坏或降低加工精度。

技术领域

本发明属于精密制造领域，尤其涉及一种高速铣削刀具磨损自动监测方法。

背景技术

微刀具磨损状态监测是精密机械加工中一个困难而又极其关键的问题。特别是对钛合金等难加工材料制作小型叶片零件而进行的高速微铣削加工，微刀具磨损速度很快，需要及时检测更换。由于刀具尺度较小，实际测量刀具磨损量的操作非常困难，极大地影响了加工进度。虽然目前已经有文献提出了一些间接测量监控手段，关注电流、切削力、振动、声发射、温度、工件表面纹理等，这些方法尚有待进一步完善，尤其对于微铣削加工，类似间接测量手段受噪声、机床自身运动控制能力影响严重。另一方面，目前直接测量刀具磨损量主要关注点在于后刀面磨损，大量文献实验确实反映了后刀面磨损与刀具加工历程有很好的关联度，并形成了国际参考标准推广。问题在于，由于微铣刀几何构造的不规则性及尺寸较小，对后刀面磨损量的测量很不方便。实际上，目前也没有普遍认可的办法来根据磨损量进行后续加工补偿校准的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现对微铣削刀具的磨损量监测的高速铣削刀具磨损自动监测方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高速铣削刀具磨损自动监测方法，成像装置在加工间歇正对刀具端部并多次采集图像，刀具为数控铣床的铣刀，对实时采集到的每张图像的中部区域进行灰度均方差统计，均方差最大的图像选为目标图像，在目标图像中有因磨损而形成的白色区域，提取该白色区域的磨损参数特征，磨损参数包含长度、宽度和面积，将磨损参数特征作为刀具磨损的表征形式。

每个刀口对应目标图像中一个磨损的白色区域，提取所有白色区域在边界处的边界点，与初始状态比较，提取刀具磨损后的直径变化量，用以表征后刀面磨损量。

对目标图像白色区域参数特征的获取方法，包括如下步骤，1)边界保持滤波图像预处理；2)统计目标图像每行和每列像素强度，根据统计得到图像灰度值曲线极值点确定刀具在图像中的区域以及刀具中心点在目标图像中的坐标，刀具所在区域为ROI区域；3)搜索过刀具中心点的直线，统计亮度最大时的直线角度，旋转目标图像将刀具磨损线在图中调整为水平状态便于后续统计；4)提取ROI区域的尺寸特征，由于刀具本身的实际物理尺寸是已知的，提取的ROI区域的尺寸与刀具本身的相应的实际物理尺寸二者的比例关系为标定系数，完成自标定；5)对ROI区域通过图像二值化分割，并对分割后的白色区域计算以获得磨损参数。

工件在加工过程中设有多次加工间歇，每次加工间歇，成像装置均在正对刀具端部多次采集图像后选定目标图像，并提取目标图像中白色区域的磨损参数特征。

成像装置包括摄像云台和设置在摄像云台上的摄像头，摄像头为CCD摄像头或CMOS摄像头，摄像头和摄像云台均电连接PC电脑。

本发明所述的一种高速铣削刀具磨损自动监测方法及装置，具有如下有意效果：1)通过数控机床编程控制，在细分加工步的间歇，程控刀具姿态，以便对刀具端部进行成像；2)通过图像分析算法对刀具磨损量进行提取；3)可提取磨损量与预存刀具磨损量-加工历程关系数据库进行关联，并控制后续加工的补偿。特别地，也可以根据磨损量突增来判断是否需要跟换刀具。