一种超视场刀具在线检测方法

摘要

本发明公开了一种超视场刀具在线检测方法，它包括步骤：利用机床控制系统驱动机床的平移工作台带动CCD相机移动到安装在旋转工作台上的需检测的刀具上方，并控制平移工作台带动CCD相机移动实现对需检测的刀具的对焦；通过平移工作台带动刀具移动使刀具切削刃位于CCD相机视场中心，并使切削刃中心和旋转台中心重合，将此位置设定为刀具的初始位置；以初始位置为对称点进行分度旋转；得到切削刃边缘的亚像素边缘点群的各个样本点的坐标以及各个样本点的方向向量；分别对两两相邻的两幅图像进行匹配并拼接，本方法大幅提高复杂型面加工精度和效率。

主权项

一种超视场刀具在线检测方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)打开安装在机床旋转工作台上的远心平行光源，初始化通过图像采集卡和计算机相连的CCD相机，将CCD相机图像在计算机的显示器上进行显示，所述的CCD相机安装在机床的平移工作台上；(2)利用机床控制系统驱动机床的平移工作台带动CCD相机移动到安装在旋转工作台上的需检测的刀具上方，并控制平移工作台带动CCD相机移动实现对需检测的刀具的对焦,该对焦后的图像在计算机的显示器上进行显示，所述的需检测的刀具的切削刃处于远心平行光源中心；(3)根据显示器中显示的CCD相机和刀具对焦好的图像,通过平移工作台带动刀具移动使刀具切削刃位于CCD相机视场中心，并使切削刃中心和旋转台中心重合，将此位置设定为刀具的初始位置，并通过CCD相机获取初始位置的刀具切削刃图像，然后传送给计算机；(4)以初始位置为对称点，对称设定旋转工作台正反转的最大旋转角度，然后以一个方向的最大旋转角度点为起点按照设定分度值依次进行分度旋转，通过CCD相机获取每个分度位置上的刀具切削刃图像，其中任意相邻的两个图像的重复度不小于25％；(5)利用Canny算子对所有的刀具切削刃图像的切削刃边缘进行亚像素插值计算，得到切削刃边缘的亚像素边缘点群的各个样本点的坐标并且通过Sobel边缘算子计算得到各个样本点的方向向量；(6)为了获取相邻两幅图像中刀具切削刃的形状特征点，首先分别对最后两幅刀具切削刃图像的切削刃边缘亚像素边缘点群上的各个样本点进行形状特征描述；然后按照设定的角度步长将最后一幅刀具切削刃图像的各个样本点的坐标依次进行设定角度的旋转，通过仿射变换变换到与最后一幅刀具切削刃图像相邻的相邻刀具切削刃图像的坐标系下，获得多组变换后的最后一幅刀具切削刃图像的切削刃边缘样本点群；再计算每一组变换后的最后一幅刀具切削刃图像的切削刃边缘样本点群中的所有样本点的方向向量与相邻刀具切削刃图像中相应点处方向向量的点积总和，作为最后一幅刀具切削刃图像在相邻刀具切削刃图像的某个点处的相似度，相似度计算公式为：$S=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\frac{{d_{i(n-1)}^{,}}^T{e}_i}{\left|\right|d_{i(n-1)}^{,}\left|\right|\left|\right|e_i\left|\right|}$式中m为相邻刀具切削刃图像中刀具切削刃边缘点群点数，e_i为与相邻刀具切削刃图像中的刀具切削刃边缘点对应的方向向量，d_i’_(n‑1)为最后一幅刀具切削刃图像中的样本点变换后对应的方向向量；T代表转置矩阵；(7)最后一幅刀具切削刃图像和相邻刀具切削刃图像中切削刃轮廓相似度最高的点群是刀具切削刃同一位置，把这些点作为特征点；(8)将相邻刀具切削刃图像中特征点作为基准，把最后一幅刀具切削刃图像中亚像素边缘点群的坐标通过变换矩阵仿射变换到相邻刀具切削刃图像中的坐标以与相邻刀具切削刃图像中的亚像素边缘点群的坐标形成拼接；(9)重复所述的步骤(6)～(8),将步骤(8)中拼接后形成的图像和与拼接后形成的图像相邻的刀具切削刃图像再进行拼接，直至将所有图像中切削刃轮廓点群完成拼接，形成完整的切削刃轮廓点群数据，所述的完整的切削刃轮廓点群数据为刀具切削刃实际轮廓形状；(10)对所述的完整的切削刃轮廓点群数据利用最小二乘法进行相应形状拟合，获得刀具切削刃的形状参数，然后将拟合得到的刀具切削刃形状作为理想切削刃，分别计算刀具切削刃实际轮廓和理想切削刃的误差，获得切削刃最大形状误差；(11)将获得的切削刃形状最大形状误差和加工系统中的刀具切削刃磨损阈值比较，如果切削刃形状最大形状误差≥刀具切削刃磨损阈值，刀具磨损或者形状误差已经达到极限，无法继续使用，计算机报警并输出控制信号给机床的控制系统以使加工过程自动停止，提示操作者需要更换刀具；如果切削刃形状最大形状误差≤刀具切削刃磨损阈值，计算机将刀具形状参数反馈给加工机床控制系统，利用最新刀具切削刃形状参数重新进行优化加工路径设计，利用最新加工路径进行加工。