一种基于图像处理的回转类刀具在机测量方法

摘要

本发明涉及测量技术领域，是一种基于图像处理的回转类刀具在机测量方法。高分辨率CCD相机连续摄取不同位置刀具的轴截面图像，再对每一个图像进行边缘检测，并提取轮廓点，存储在数组里。然后把多个轮廓进行叠加，得到回转类刀具的实际工作廓形及刀具参数。本发明可以直接在数控机床上测量出正在加工的刀具的参数，并且专门针对回转类刀具，通过叠加多幅不同相位的刀具图片，求得回转类刀具的包络廓形和刀具几何参数，可广泛应用于刀具补偿、基于刀具实际工作廓形的数控加工等领域。

主权项

一种基于图像处理的回转类刀具在机测量方法，其特征在于：测量方法如下：步骤1、回转类刀具在机床主轴上作低速转动，高分辨率CCD相机连续摄取不同位置刀具的轴截面图像，再对每一个图像进行边缘检测，并提取轮廓点，存储在数组里，然后把多个轮廓进行叠加，得到回转类刀具的包络廓形，最后将计算出刀具的实际几何参数进行亚像素样条拟合，通过USB接口输入到计算机；步骤2、对步骤1获取的每一个图像进行边缘检测，并提取轮廓点，计算各边缘点-形心的连线与对称中心线夹角θ的正弦和余弦值，然后把所有边缘点按照角度从小到大进行排序，即可得到一数组[r，c]T，按照轮廓顺序，存储轮廓点的像素坐标，该数组长度为边缘点的个数；步骤3、把步骤2获得的图像轮廓进行叠加，就是求在微小角度变化范围内，与中心的距离最大的点的集合，刀具旋转一周内，n个轮廓叠加形成回转类刀具的包络廓形， n ≥ 2 π arccos ( 1 - σ R ) , 式中，n为刀具旋转一周内取得的图像数，R为刀具半径，σ为拍照不连续所引起的误差；步骤4、计算刀具的实际几何参数，测量半径时，在圆弧上选取若干点，利用最小二乘法拟合出圆弧方程，得出圆弧半径，测量长度时，在轮廓的直线段上取点，利用最小二乘法拟合出直线方程，然后求出在直线方向上从刀尖到夹头的距离，多次测量，取平均值；步骤5、经过边缘检测提取出来的轮廓点能够定位到像素级精度，而实际刀具的边缘可能定位在像素与像素之间。采用B样条拟合法，拟合出亚像素级刀具实际轮廓。图像中每个像元尺寸3.3μm ×3.3μm，亚像素定位精度能达到0.2～0.5个像素；加工时刀具的实际轮廓点，是所有图像轮廓点中，在该方向离刀具中心最远的点，由于轮廓是离散点的组合，因此图像轮廓的叠加，就是求在微小角度变化范围内，与中心的距离最大的点，虚线轮廓和点线轮廓分别是球铣刀在相位角α＝0和α＝π/3时的轮廓，圆点和方点分别是两个轮廓上的点，在微小角度变化范围[θ，θ+Δθ]内，圆点比方点距离中心点远，因此叠加后的轮廓点为圆点，实线轮廓表示两个刀具瞬时轴截面轮廓叠加后形成的轮廓，刀具旋转一周内，n个轮廓叠加形成回转类刀具的包络廓形。