[发明专利]一种用于数控车削加工的刀具磨损视诊装置及视诊方法

权利要求书

1.一种用于数控车削加工的刀具磨损视诊装置，其特征在于该装置包括图像采集装置、驱动装置和计算机；

所述图像采集装置包括数字CCD相机、LED环形光源和远心镜头；所述数字CCD相机与远心镜头连接；所述数字CCD相机的信号输入端通过千兆以太网线与计算机连接；所述LED环形光源与远心镜头固定连接；

所述驱动装置包括直线步进电机、联轴器、滑轨、滚珠丝杠、滑轨固定架、连接件、相机支撑板和驱动器；所述连接件固定在数控车床的主轴箱上；所述滑轨的两端分别通过滑轨固定架固定于连接件上；所述直线步进电机固定在一个滑轨固定架上，其输入端与驱动器的信号输出端连接，其输出端通过联轴器与滚珠丝杠的一端连接；所述驱动器的信号输入端与计算机连接；滚珠丝杠穿过相机支撑板，另一端安装于另一个滑轨固定架上；相机支撑板安装在滑轨和滚珠丝杠上，相机支撑板在滚珠丝杠的带动下可在滑轨上沿Z轴做直线运动；所述数字CCD相机安装在相机支撑板上；

基于该装置的刀具磨损视诊方法，包括以下步骤：

步骤1、检查数字CCD相机是否完成标定；若数字CCD相机未完成标定则进行步骤2，实现相机标定及检测位置确定；若相机完成标定则进行步骤3；

步骤2、加工前，初始化检测程序，计算机向驱动器发送脉冲信号，驱动器接收脉冲信号后控制驱动装置带动图像采集装置沿Z轴方向移动到合适位置，数控车床中的溜板带动未磨损的刀具沿X和Y轴不断运动，保证数字CCD相机视野内包含主后刀面磨损的整个区域，调整LED环形光源的亮度和远心镜头的光圈，以便清楚的看到刀具的主后刀面，拍摄未磨损刀具的图像，记录此时图像采集装置和溜板的位置，设定其为检测位；将采集的未磨损刀具图像传输至计算机的图像处理与分析软件中，实现相机标定；

步骤3、在加工间隙驱动溜板和图像采集装置至检测位，在计算机的图像采集软件中设置图像保存路径，采用连续采集方式根据设定的采集时间间隔采集刀具的主后刀面的图像；通过千兆以太网线将采集到的主后刀面的图像进行模数转换并传输至计算机；

步骤4、图像采集结束，溜板带动刀具退出检测位，图像采集装置移动至初始位置，以免影响车削加工；

步骤5、利用图像处理与分析软件对采集的主后刀面图像进行处理分析：在程序中设置好图像裁剪的起始点和裁剪后的图像尺寸，去除多余的背景区域，使主后刀面的图像占据整个图像的中心位置；采用中值滤波去除或减少图像中的噪声和干扰，增加图像信噪比；由于采集的图像受光照影响，因此采用顶帽运算变换减少光照对单幅图像的影响；采用区域生长法实现磨损区域分割；利用形态学开运算处理二值化后的主后刀面图像，并对闭合区域填充；计算主后刀面磨损区域面积和1/2背吃刀量处后刀面上测量的磨损带宽度VB值，求取后刀面上的均匀磨损区域的最小外接矩形，最小外接矩形的高即为刀具主后刀面磨损量VBmax；最后根据标定得到的像素的实际尺寸，得到刀具主后刀面磨损区域的三个刀具磨损参数VBmax、VB和主后刀面磨损区域面积；用三个刀具磨损参数作为特征指标建立样本数据库；利用样本数据训练支持向量机，建立VBmax、VB、主后刀面磨损区域面积与刀具磨损级别的关系；最后将三个刀具磨损参数作为支持向量机的输入，自适应地监测刀具所属的磨损级别；当刀具磨损量超出刀具的磨损极限，则报警提示用户换刀，并输出刀具磨损量测量结果；当刀具磨损量在刀具磨损极限内，则需要根据刀具磨损量修正机床工艺参数，补偿磨损量，并输出测量结果。

2.根据权利要求1所述的用于数控车削加工的刀具磨损视诊装置，其特征在于所述数字CCD相机垂直于刀具的主后刀面拍摄，其型号为MV-EM120M。

3.根据权利要求1所述的用于数控车削加工的刀具磨损视诊装置，其特征在于所述计算机中安装有图像采集软件、图像处理与分析软件；所述图像采集软件实现图像采集控制，用于控制数字CCD相机采集刀具图像，可设置图像采集方式和图像存储方式；所述图像处理与分析软件对采集的刀具图像进行预处理、特征提取、特征测量及刀具磨损级别监测，实现图像处理结果及特征测量结果显示。

4.根据权利要求1所述的用于数控车削加工的刀具磨损视诊装置，其特征在于所述远心镜头的型号为M3Z1228C-MP。

5.根据权利要求1所述的用于数控车削加工的刀具磨损视诊装置，其特征在于所述联轴器选用膜片联轴器。