[发明专利]一种机床加工刀具三维磨破损在线监测方法

说明书

本发明公开了一种机床加工刀具的三维磨破损在线监测方法，该方法适用于采用三维测量方法获取机床加工刀具的磨破损量监测。所提方法的主要步骤包括：使用条纹投影方法分别测得无磨破损及磨破损后的三维点云模型；分别提取点云模型中刀具的两面一角点，对点云模型进行配准对齐；基于K‑D树及DBSCAN算法对点云模型做求异布尔运算，计算得到磨破损区域的三维点云模型结构；根据O‑C树网格划分方法对磨破损体积进行提取，根据点面特征对KT值、前刀面平均磨破损量、VB值及后刀面平均磨破损量等磨破损特征量进行参数提取。本发明所公开方法，由于在不同视角点云配准、不同模型点云配准、磨破损体积提取等环节采用了创新性方案，兼具鲁棒性与效率。

技术领域

本发明属于机加工状态在线监测领域，具体涉及一种机床加工刀具磨破损的在线监测方法。

背景技术

机床刀具的磨破损对所加工工件的质量有着极其重要的影响，当刀具磨破损到一定程度时，需要对刀具做报废处理。目前，对机床刀具磨破损的测量系统根据测量手段不同可分为间接测量方法及直接测量方法。其中，间接方法指使用加速度、振动、应变力、压电和功率等传感器检测电机功率、切削力、振动信号等方式间接地表征刀具磨破损状态，即依据传感器所传输的参量建立一定的经验关系式来检测刀具磨损或破损状态。但以上所述的传感器通常单独使用效果差，易受环境影响，且成本很高。直接法主要包括放射线、接触测量及光学图像测量三种方法。其中，放射法虽不受加工环境影响，但其对操作人员的身体危害性大；接触测量虽简便，但易受切屑和温度影响；光学图像测量方法可直接在线监测刀具磨损和破损状态，得到直观的刀具磨破损区域图像或磨损区域复原图像。

光学图像测量方法又可分为二维图像测量方法和三维重构测量方法。二维图像测量方法通过获取二维图像，在经过二值化、阈值分割等图像处理操作后，可获取KT值、VB值等二维磨破损信息。三维重构方法可在二维图像的基础上，求得刀具磨破损区域的三维形貌。三维重构方法提取的磨破损信息更加直观、丰富，但目前国内外针对刀具的三维重构方法研究较少，且现有的研究方法尚存在的缺点有：测量方法为双目系统等低精度测量方法，因而磨破损区域数据采集结果精度低；标准刀具点云模型与磨破损刀具点云模型配准方法通常包含粗配准、ICP精配准等流程，算法复杂且自适应程度低；刀具磨破损区域提取需将数据格式由点云转化为三角网格进行处理，其转化过程通常复杂且耗时。

发明内容

针对现有刀具在线检测方法，特别是刀具三维磨破损在线检测方法的不足，本发明提出一种鲁棒、高效且适用范围广的机床加工刀具的三维磨破损在线监测方法。

为达到上述目的，本发明所述一种机床加工刀具的三维磨破损在线监测方法，包括以下步骤：

步骤1：使用条纹投影测量方法，获取在不同三维坐标系下用于机床加工的无磨破损刀具三维点云模型，及处于不同加工阶段存在磨破损时的磨破损刀具三维点云模型；

步骤2：分别提取步骤1得到的无磨破损刀具三维点云模型及磨破损刀具三维点云模型中刀具的平面及交点特征，采用两面一角点对无磨破损刀具三维点云模型及磨破损刀具三维点云模型进行配准对齐，得到一片包含无磨破损刀具区域及磨破损刀具区域的三维点云模型；

步骤3：对步骤2得到的三维点云模型中的无磨破损刀具区域和磨破损刀具区域做求异布尔运算并结合点云聚类，得到磨破损区域的三维点云模型；

步骤4：从步骤3得到的磨破损区域点云三维模型中，根据O-C树网格划分方法对磨破损体积进行提取，根据磨破损区域点云分布对磨破损特征量进行参数提取，所述磨破损特征量参数包括KT值、前刀面平均磨破损量、VB值及后刀面平均磨破损量。

进一步地，步骤1中，通过条纹投影设备采集刀具点云模型，第一个刀具点云模型采集视角为正对刀具的主切削刃方向，第二个刀具点云模型采集视角为正对刀具的副切削刃方向。

进一步地，步骤1包括以下步骤：