[发明专利]一种球头铣刀定位及磨损监测方法

摘要

一种球头铣刀定位及磨损监测方法，属于数控铣削加工刀具磨损监测领域。其特征在于：在数控机床上安装视觉监测系统；采集球头铣刀加工前的新刀图像，对图像进行预处理，提取图像中切削刃上的数据点，通过这些数据点拟合出反映切削刃整体趋势的直线，计算该直线的水平夹角，以该水平夹角旋转新刀图像，并提取出该旋转后图像中刀尖的位置；采集磨损后刀具图像，并保证与新刀图像具有相同的位置和角度，利用处理新刀图像得到的切削刃水平夹角和刀尖位置对该磨损后刀具图像进行周向定位和刀尖定位，继而提取出该时刻铣刀的磨损量。本发明的作用在于，实现了数控铣削加工刀具磨损监测中球头铣刀的定位，完成了刀具磨损的在线测量。

主权项

一种球头铣刀定位及磨损监测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1.安装视觉监测系统在数控机床上选择主轴能到达的机床边缘处安装视觉监测系统，包括相机支架、CCD相机、镜头和LED环形光源，支架固定在机床上，相机固定在支架上，镜头朝上，LED环形光源加装在镜头前直接照射球头铣刀；在机床上装夹球头铣刀，将机床主轴移至相机正上方，确定进行图像采集的主轴所在位置的x、y坐标；然后调整机床主轴转角，使得所采集的刀具图像中切削刃大体处于水平位置；根据刀具最大切深计算出最大切削宽度，则图像中应呈现所有切削宽度范围内的刀具后刀面，根据所需成像大小调整好焦距并固定，沿z向调整主轴位置，使刀具切削刃在图像中清晰成像；调节光圈，使得在刀具图像中能清晰地区分出刀具；步骤2.采集球头铣刀的新刀图像并进行图像预处理视觉监测系统安装调试完毕后，采集球头铣刀的新刀灰度图像，通过滤波去噪对新刀灰度图像进行预处理；步骤3.划分新刀图像中的扫描处理区域对新刀灰度图像按列依次处理，每一列在竖直方向上存在两个边界，对于每一列像素点进行边界提取处理的具体过程如下：计算各像素点的灰度差分值，比较同一列中各像素点灰度差分值的大小，则每一列中的两个边界处的灰度差分值分别具有最大值或最小值，根据每列所得的两个边界计算两边界间距离，则两边界间距离最小的列即为刀尖所在的列，以刀尖所在的列将刀具图像划分为左扫描区域和右扫描区域两部分；步骤4.新刀图像中切削刃上的点粗定位对新刀灰度图像中选定的左扫描区域自A方向B方逐列扫描，右扫描区域自B方向A方逐列扫描，则每一列中刀具切削刃位于图像中该列的灰度上升边界处，对于每一列像素点进行边界提取处理的具体过程如下：计算各像素点的灰度差分值，比较同一列中各像素点灰度差分值的大小，差分值最大的像素点即为切削刃上的点，对全部列处理完毕后即可得到代表切削刃的像素级精度的数据点位置信息；步骤5.新刀图像中切削刃上的点精确定位利用切削刃的像素级精度的数据点位置信息、以及对应的各像素点的灰度差分值，采取亚像素边缘检测算法进一步提取切削刃上的亚像素级精度的数据点；步骤6.新刀图像中切削刃上的数据点的拟合将提取出的左、右切削刃上的亚像素级精度的数据点分别拟合出反映左、右切削刃整体趋势的直线，分别计算该两条直线与水平方向的夹角，取两个夹角的均值作为所求周向定位角度，以该角度旋转刀具图像，使刀具图像中切削刃处于水平位置，便完成球头铣刀的周向定位；步骤7.周向定位后新刀图像中刀尖位置与原始后刀面范围的确定对周向定位后的新刀图像进行逐列扫描处理，每一列在竖直方向上存在两个边界，对于每一列像素点进行边界提取处理，根据每列所得的两个边界计算两边界间距离，则两边界间距离最小的列为刀尖所在的列，这样便确定了刀尖的精确横向位置，并且原始后刀面范围即为图像中每列两边界间的范围；步骤8.磨损后刀具图像中铣刀磨损量的测量在铣削加工退刀间隙，采集磨损后刀具图像，并保证该时刻采集图像与采集新刀图像时，铣刀在机床坐标系中具有相同的位置和转角；以上述步骤6中求得的周向定位角度旋转磨损后刀具图像，完成磨损后刀具图像的周向定位，利用步骤7中求得的刀尖的精确横向位置将图像划分为左右两个扫描区域；对该两个扫描区域进行逐列扫描，得到区域内每一列中的上下边界，然后通过比较该上下边界的位置与原始刀体后刀面的边界的位置来确定该列是否发生了磨损，其中，左侧区域比较该B方边界与原始后刀面B方边界的位置是否重合，右侧区域比较该A方边界与原始后刀面A方边界位置是否重合，若不重合便可判定该列发生了磨损，对发生了磨损的列采用亚像素边缘检测方法确定磨损上下边界的精确位置，从而便可计算得到该列的磨损量，整个区域处理完后便可得到铣刀在该时刻的磨损量；对于右旋铣刀，上述A方指下方，B方指上方；对于左旋铣刀，上述A方指上方，B方指下方。