● 摘要
随着数控加工技术向高速、高效、高精度方向的快速发展，合理选择加工刀具以及切削用量成为非常重要的工作。在难加工材料加工过程中，刀具磨损成为切削参数优化的重要因素，快速、精确建立刀具磨损量与切削用量和切削时间之间的关系模型成为一个迫在眉睫的问题。而对刀具磨损的快速、精确检测有是解决这一难题的前提条件。近年来，随着图像处理算法丰富以及硬件能力的提升，利用图像处理技术实现刀具磨损的在线检测已经成为可能。本文旨在建立一套基于计算机视觉的自动化刀具磨损检测系统，检测刀具磨损后的磨损特征与磨损量。阐明了刀具磨损形态的特征、磨损过程和磨钝标准，从理论上分析了刀具的磨损机理。搭建了一套针对刀具磨损检测的离线系统作为实验平台，设计了光源结构，设定计算机视觉系统的照明环境。在该平台在硬件基础上开发了系统软件，可实现对平台的运动控制、数据的采集及计算，并且规划了在该离线检测系统下的刀具磨损检测流程。针对在该照明条件下视觉系统摄取的图像，设计了图像处理算法。该算法采用了阈值法、梯度算子和灰度矩计算相结合，综合了各个算法地优点，实现了后刀面磨损的特征提取以及磨损边界的精确定位，最后通过实验验证该视觉检测系统的可靠性。在开发了刀具磨损的在线检测平台过程中，完成了硬件控制系统的搭建以及视觉系统的设置。该平台以一个三坐标微平台作为传感器的载体，将刀具磨损离线检测平台中的视觉系统移植到该在线检测体统，最后为该在线检测平台构建了一套基于PMAC的硬件控制系统，通过对控制系统的调适以及平台PID参数的设定，以实现刀具磨损的在线测量。