[发明专利]用于检测立铣刀磨损状态的正交视觉检测系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于检测立铣刀磨损状态的视觉检测系统。特别是一种基于计算机视觉技术，采用正交方向安装的双CCD摄像机获取立铣刀磨损区域图像，输入计算机通过软件进行处理，精确测量出立铣刀后刀面的磨损带宽度和磨损带面积的用于检测立铣刀磨损状态的正交视觉检测系统。属于光学测量和机械工程技术领域。

背景技术：

在自动化生产中，一个极为关键的技术就是刀具磨损状态监测技术，它是降低制造成本，减少制造环境危害，保证制造系统正常高效运行和产品质量的主要手段之一。研究表明，采用刀具磨损状态监测技术后能够将人为和技术因素引起的故障停机时间减少75％，提高生产率10％-60％，提高机床利用率50％。由此可以看出，刀具磨损状态监测技术在自动化机床上的应用具有十分重要的意义和实用价值，刀具磨损状态监测技术已成为各国公认的重大关键技术，受到高度重视。

在高速加工中，刀具磨损是刀具主要的失效形式。由于刀具的磨损影响整个加工制造过程，所以通过对刀具磨损状态检测，可以了解刀具的加工质量和机床的运行状态。因此，在加工过程中，定时的掌握刀具的磨损状态，监测和诊断刀具磨损程度，对于延长机床设备无故障运行，提高产品质量非常重要。

传统的刀具寿命管理理论虽然可以在一定程度上减轻刀具磨损而造成的损失，但是因为刀具寿命的随机，其寿命极限估计往往过于保守，以至于大部分刀具未能充分利用。

70年代末国外开发和研制出了用于刀具磨损状态监测的传感器检测方法，该方法能够检测反映刀具磨损程度的参量，如切削力、主轴电流、扭矩、振动、声音和切削温度等，然后将这些参量转化成电信号输入计算机进行处理。但是由于上述各参量与刀具的磨损程度没有严格的对应关系，而且切削条件的复杂多样，都不能准确地给出某一时刻刀具磨损量的准确数值，因此它们的应用受到了一定限制。

90年代以来，刀具磨损状态监测技术在高性能微机等新技术的推动下，获得了进一步发展，出现了以计算机视觉技术为理论基础的刀具磨损状态监测技术，随着CCD摄像传感技术的成熟以及价格的大幅度降低，从而在机械制造方面开拓了新的应用领域。近几年国内外学者在计算机视觉刀具磨损状态监测领域内，一方面侧重于基于工件表面纹理的方法，通过已加工工件表面的纹理的变化趋势来反映刀具的磨损程度，从理论上证明该间接方法能够用于刀具磨损状态监测，但是该方法有和传感器方法有一样的缺点，无法获得磨损量的精确值。

另一方面是直接检测刀具本身的磨损图像，包括前刀面月牙洼磨损，后刀面磨损，刀具破损，并研究多种加工条件下的刀具磨损状态。基于计算机视觉技术的刀具磨损状态检测是一种很新、很先进的测量方法。它具有以下优点：(1)使用机器视觉技术进行测量的成本相当低。(2)通过各种图象处理技术的结合，可以实现对复杂图形的测量。在一次测量中，可以得到多个参数。(3)精度高，对于被测刀具2mm²大小的磨损面积，测量精度可以达到0.2um。

已有技术中，李锡文在《小直径立铣刀后刀面磨损带的研究》(工具技术2000年06期7页)一文中提出采用后刀面磨损带宽度和后刀面磨损带面积作为衡量刀具磨损程度的评价指标，介绍了将刀具磨损区域近似为三角形和梯形区域，计算磨损带宽度和磨损带面积的方法。然而，事实上由于加工条件的不一样，刀具磨损区域形状的不规则性，因此该方法计算误差较大。林琳在《前刀面磨损的图像检测》(哈尔滨理工大学学报2000年05期43页)一文中提出了检测前刀面磨损的方案，该方案能有效检测前刀面上的月牙洼磨损，但是对于后刀面上的薄层磨损没有效果。迟辉在《图像处理技术在刀具磨损检测中的应用》(工具技术2007年08期100页)一文中设计了一套基于计算机视觉技术的刀具磨损检测系统，该检测系统是由一个CCD摄像机和放大镜头组成的单向视觉检测结构，由于立铣刀的磨损发生在主后刀面和副后刀面上，该系统仅仅能够测量出立铣刀主后刀面的磨损量，因此对于立铣刀的磨损状态的检测不够完善。

发明内容：

为克服已有技术的不足和缺陷，本发明针对立铣刀磨损的特点，采用后刀面磨损带宽度和后刀面磨损带面积作为衡量刀具磨损程度的评价指标，提出了一种全新的用于检测立铣刀磨损状态的正交视觉检测系统。采用基于计算机视觉技术的刀具磨损检测技术，能够精确测量出后刀面磨损带宽度和后刀面磨损带面积，对刀具的磨损状态进行准确的检测。