一种基于动态图像序列的铣刀磨损量视觉测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于动态图像序列的铣刀磨损量视觉测量方法，涉及刀具磨损状态智能检测领域，包括如下步骤：相机采集主轴旋转一周的铣刀动态图像序列；对采集的铣刀动态图像序列进行预处理后得到二值化图像；求取二值化图像中的灰度值为255区域A

A visual measurement method of milling cutter wear based on dynamic image sequence

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态图像序列的铣刀磨损量视觉测量方法
本专利技术涉及刀具磨损状态智能检测领域，具体涉及一种基于动态图像序列的铣刀磨损量视觉测量方法。
技术介绍
随着制造业的飞速发展，数控加工技术不断进步并且广泛应用到现代化加工制造中，数控加工技术的应用大大提高了生产效率、产品加工质量并且减轻工人工作负担，大大推进了制造业的发展。刀具作为数控加工的直接执行件，其磨损状态会直接影响加工产品质量和机床运转性能，而且，在复杂的加工环境下，刀具的磨损是不可避免的。因此，在刀具切削过程中，对刀具的磨损状态进行实时监测是至关重要的。对刀具状态监测的方法分为两类：直接法和间接法。间接法是通过测量会随着刀具磨损状态变化而变化的变量参数，例如切削力、温度、机床主轴功率、振动等参数，从而来监测刀具磨损状态。间接法能够实现在线实时监测刀具状态，但是该方法易受环境干扰，误差大；而且需要多传感器融合，设备昂贵，安装困难。直接法通过直接识别刀刃表面纹理和刀具几何尺寸变化来对刀具磨损状态进行监测，主要包括接触法、放射线法、光学图像法等。随着视觉技术和图像处理算法的不断的发展和完善，越来越多研究者开始研究基于机器视觉的刀具状态监测系统。铣刀作为机械加工的常用刀具，对其状态进行监测对工业生产尤为重要。现有的基于机器视觉的铣刀磨损量测量方法多是针对静止的铣刀图像进行图像处理，需要拆卸铣刀或者停机并人工调整铣刀位置进行铣刀图像采集和处理。该方法耗时、会产生加工误差且不适用于工业生产。基于动态图像序列进行铣刀磨损量测量的研究少之又少，仅有的研究也并不全面。申请号为201810873640.1，专利技术名称为一种基于机器视觉的机床刀具刀尖点位置计算方法的中国专利技术专利申请，利用与主轴转速相应的采样频率采集刀具旋转过程中的动态图像序列，再对图像序列进行处理。该方法只针对立铣刀这一类刀具，而对于可转位式面铣刀并不适用，面铣刀并不是安装在刀架的中心位置上，采集的主轴选装状态下的刀具图像序列中，刀具在图像上的位置和出现的面积是变化的，故不可对所有的图像序列进行处理并重叠构建刀具轮廓。实现对动态图像进行刀具磨损量测量有益于利用机器视觉在机自动监测刀具状态的技术的发展，可以大大缩短采集图像的停工时间和避免因二次装夹而产生的误差。所以，基于动态图像序列的铣刀磨损量测量方法的研究对于制造业的智能化发展十分重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有的铣刀磨损量测量方法需要拆卸铣刀或者停机并人工调整铣刀位置进行铣刀图像采集的问题，本专利技术提出一种基于动态图像序列进行铣刀磨损量测量的方法，实现在机自动监测铣刀磨损状态，提升生产效率和产品质量。本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种基于动态图像序列的铣刀磨损量视觉测量方法，包括如下步骤：采集主轴旋转一周的铣刀动态图像序列；对采集的铣刀动态图像序列进行预处理后得到二值化图像；求取二值化图像中的灰度值为255区域A255的中心坐标，根据中心坐标从图像序列中找出最佳刀具磨损图像的二值化图像；从选出的最佳二值化图像中求取最大磨损宽度。具体地，所述相机采集主轴旋转一周的铣刀动态图像序列的具体步骤包括：S1：在机床刀具的一侧安装图像采集装置，包括光源和工业相机，调整光源强度和相机位置；S2：根据主轴的转速设置工业相机的采样频率，当铣刀工作固定时间后，以低转速移动到指定位置，相机采集主轴旋转一周的铣刀动态图像序列；具体地，所述求取二值化图像中的灰度值为255区域A255的中心坐标，根据中心坐标从图像序列中找出最佳刀具磨损图像的二值化图像的具体步骤包括：S3：对所述铣刀动态图像序列依次进行降噪处理和阈值分割，根据二值化图像中灰度值为255的区域A255的中心坐标(Xc,Yc)，对图像序列进行分类，类别包括：有磨损区域的图像和无磨损区域的图像；再从有磨损区域的图像中选择出区域A255的面积Si最大的二值化图像为最佳刀具磨损图像的二值化图像。具体地，所述从选出的最佳二值化图像中求取最大磨损宽度具体步骤为：S4：对选择出的最佳刀具磨损图像的二值化图像进行磨损区域上边缘拟合和图像旋转，再寻找旋转后图像上的刀具磨损区域的最低点，最后计算刀具最低点到上边缘的距离，即为最大磨损宽度。优选地，所述S1中，所述工业相机安装在机床内部，所述光源为亮度可调节的环形冷光源，工业相机的光轴垂直于机床的YZ平面且平行于X轴方向，刀尖处于工业相机视场竖直方向的1/3-2/3之间；所述S2中，主轴的转速为60rpm，相机帧率为50fps，采集时长1s，共采集50幅图像。进一步地，所述S3中，所述灰度值为255的区域A255包括磨损区域、铣刀固定螺钉区域、完整刀体区域；磨损区域图像的判别方法为：对图像建立xoy坐标系，以水平方向为x方向，以竖直方向为y方向，图像的左上点为原点；磨损区域中心坐标(Xc,Yc)位于图像y方向的之间,H为图像的高度，x坐标位于图像x方向的之间，W为图像的宽度。采用上述方案后，本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用工业相机获取主轴旋转状态下的刀具动态图像序列，根据图像序列特征选择出最佳刀具磨损图像，最后针对最佳刀具磨损图像进行刀具磨损量测量。利用该方法，可以实现在机自动监测刀具状态，不需要人工调整刀具位置，大大缩短图像采集时间；可以避免因拍摄角度的不同而造成的测量误差，大大提高了测量精确度；可以推动刀具寿命预测和刀具磨损补偿的研究进展。附图说明图1为本专利技术的实施例的整体流程图；图2为本专利技术的实施例的最佳刀具磨损图像选择流程图；图3为本专利技术的实施例中铣刀图像序列中典型的四种图像以及分割后的图像，图中白色三角形边框为区域A255的中心位置；图4为本专利技术的实施例中的另一磨损图像；图5为本专利技术的实施例中的最佳刀具磨损图像的磨损量测量图；图6为本专利技术的实施例中所采用的装置示意图；图6中的附图标记：1-工件；2-面铣刀；3-刀杆；4-加工中心；5-环形光源；6-定倍远心镜头；7-CMOS相机；8-相机支架。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于动态图像序列的铣刀磨损量视觉测量方法，其特征在于，包括如下步骤：/n采集主轴旋转一周的铣刀动态图像序列；/n对采集的铣刀动态图像序列进行预处理后得到二值化图像；/n求取二值化图像中的灰度值为255区域A

【技术特征摘要】
1.一种基于动态图像序列的铣刀磨损量视觉测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集主轴旋转一周的铣刀动态图像序列；
对采集的铣刀动态图像序列进行预处理后得到二值化图像；
求取二值化图像中的灰度值为255区域A255的中心坐标，根据中心坐标从图像序列中找出最佳刀具磨损图像的二值化图像；
从选出的最佳二值化图像中求取最大磨损宽度。


2.根据权利要求1所述的一种基于动态图像序列的铣刀磨损量视觉测量方法，其特征在于，所述相机采集主轴旋转一周的铣刀动态图像序列的具体步骤包括：
S1：在工作台面上铣刀的一侧安装图像采集装置，图像采集装置包括光源和工业相机，调整光源强度和相机位置；
S2：根据主轴的转速设置工业相机的采样频率，当铣刀工作固定时间后，以低转速移动到指定位置，相机采集主轴旋转一周的铣刀动态图像序列。


3.根据权利要求1所述的一种基于动态图像序列的铣刀磨损量视觉测量方法，其特征在于，所述求取二值化图像中的灰度值为255区域A255的中心坐标，根据中心坐标从图像序列中找出最佳刀具磨损图像的二值化图像的具体步骤包括：
S3：对所述铣刀动态图像序列依次进行降噪处理和阈值分割，根据二值化图像中灰度值为255的区域A255的中心坐标(Xc,Yc)，对图像序列进行分类，类别包括：有磨损区域的图像和无磨损区域的图像；再从有磨损区域的图像中...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，秦奥苹，高宏力，由智超，董勋，李懿，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51