刀具刃口磨损量计算及在机检测相关技术研究
发布时间：2020-12-30 11:39
伴随着机械加工技术的不断发展,在航空航天、汽车、精密仪器等高科技领域对零件的加工精度提出了更高的要求。在机械加工过程中刀具磨损是影响零件加工精度的主要影响因素之一,因此开展在机监测刀具磨损情况保证零件的加工质量的研究具有较高的实用性和社会经济价值。首先,通过分析刀具磨损机理和刀具刃口轮廓变化,制定刀具刃口磨损在机检测系统的硬、软件设计方案,再根据系统的需求对各硬件进行选择,并合理划分软件的结构,针对软件内的数据采集模块、数据处理及磨损量计算模块和工控机-机床通讯模块进行设计与实现。其次,研究基于线结构光的三维相机动态采集原理,设计针对立铣刀侧刃刃口形貌数据的采集方式,规划刀具刃口与三维相机相对采集路径。根据采集路径中主轴携带刀具运动的控制任务,推导机床运动控制相关参数的计算公式。采用光电开关对切削刃采集基准进行定位信号检测,实现立铣刀侧刃形貌数据的在机采集。再次,通过分析基于线结构光的三维相机采集的刀具刃口截面轮廓数据特征,首先对其进行平滑、去噪处理,再使用差分曲率和K近邻算法,根据数据离散点曲率将数据有效分类。根据分类后的数据特征,将采集出的刀具刃口磨损的轮廓数据与未磨损的轮廓数据统...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 相关领域国内外研究现状
1.2.1 基于图像技术的刀具磨损检测研究现状
1.2.2 三维测量技术研究现状
1.2.3 开放式数控系统研究现状
1.3 课题来源及主要研究内容
1.3.1 课题来源
1.3.2 本文研究的主要内容
第2章 刀具磨损机理分析及在机检测系统设计
2.1 刀具磨损机理分析
2.1.1 刀具的主要磨损形式
2.1.2 刀具磨损过程及磨钝标准
2.1.3 铣削过程中刀具磨损的特点
2.2 检测系统硬件方案的设计
2.2.1 硬件方案确定
2.2.2 硬件部分与数控加工中心的集成
2.3 检测系统软件方案的设计
2.3.1 软件方案设计概述
2.3.2 刀具刃口轮廓数据采集模块设计
2.3.3 数据处理及磨损量计算模块设计
2.3.4 工控机-机床通讯模块设计
2.4 本章小结
第3章 立铣刀侧刃刃口数据在机采集方法及实现
3.1 立铣刀侧刃刃口磨损在机检测系统结构及原理
3.2 立铣刀侧刃刃口形貌数据采集方法
3.2.1 基于线结构光的三维相机动态采集原理
3.2.2 相机校准与曝光值调节
3.2.3 基于线结构光三维相机的刀具刃口轮廓数据采集
3.3 立铣刀侧刃刃口轮廓数据在机动态采集
3.3.1 刀具刃口数据在机采集路径规划
3.3.2 刀具刃口数据在机采集定位与控制
3.3.3 信号采集与控制程序验证
3.4 本章小结
第4章 刀具刃口轮廓数据处理与磨损量计算方法
4.1 刀具刃口轮廓数据预处理
4.1.1 刀具刃口轮廓数据特征
4.1.2 移动最小二乘法
4.1.3 刀具刃口轮廓数据平滑处理
4.2 基于曲率的离散点聚类分析及磨损量计算坐标系建立
4.2.1 基于差分曲率法的离散点曲率估算
4.2.2 基于K近邻算法离散点聚类
4.2.3 刀具刃口磨损量计算的坐标系建立
4.3 刀具刃口磨损量计算方法
4.3.1 钝圆半径计算方法
4.3.2 VB值计算方法
4.3.3 磨损体积计算方法
4.4 算法验证及结果分析
4.5 本章小结
第5章 刀具刃口磨损在机检测系统实现与测试分析
5.1 刀具刃口磨损在机检测系统实现
5.1.1 基于SERCOS通讯协议的开放式数控系统
5.1.2 刀具刃口磨损在机检测进程实现
5.2 刀具刃口磨损在机检测系统的实验测试
5.2.1 实验设备搭建
5.2.2 刀具刃口磨损在机检测系统现场测试
5.3 测试系统误差分析
5.3.1 系统误差来源
5.3.2 提高系统精度方法
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]单视旋转显微镜三维测量技术研究[J]. 屈玉福,章平. 中国测试. 2018(03)
[2]基于形状匹配的刀具在机监测方法研究[J]. 徐露艳,仇中军. 纳米技术与精密工程. 2017(05)
[3]切削过程中的智能技术[J]. 刘献礼,刘强,岳彩旭,王力翚,LIANG S Y,计伟,高海宁. 机械工程学报. 2018(16)
[4]内置操纵特性的导航接口模拟器设计与实现[J]. 卢志忠,张皓天. 应用科技. 2016(02)
[5]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[6]采用频域融合方法的砂轮刀具磨损三维重构技术[J]. 朱爱斌,胡浩强,何大勇,陈渭. 西安交通大学学报. 2015(05)
[7]高档数控装备的发展趋势[J]. 王太勇,乔志峰,韩志国,董靖川,支劲章. 中国机械工程. 2011(10)
[8]刀具检测方法综述[J]. 陈雷明,杨润泽,张治. 机械制造与自动化. 2011(01)
[9]基于总线架构的多层次监控开放数控系统[J]. 刘清建,王太勇,徐跃,支劲章,刘振忠. 吉林大学学报(工学版). 2010(06)
[10]基于表面二维PCA重构图像的刀具磨损分形特征研究[J]. 孙林丽,李言,郑建明,李鹏阳. 机械科学与技术. 2010(03)
博士论文
[1]开放式数控系统的构建及其关键技术研究[D]. 刘源.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]基于线结构光的航空发动机叶片三维形貌测量技术研究[D]. 廖骏.南昌航空大学 2017
[2]开放式数控系统在线碰撞检测功能的研究与实现[D]. 李会子.哈尔滨工程大学 2017
[3]基于伪随机编码结构光的三维重建技术研究[D]. 刘芳芳.哈尔滨工业大学 2015
[4]基于计算机视觉刀具磨损检测技术及系统[D]. 易鑫.南昌航空大学 2014
[5]基于投影结构光法实现动态目标的三维重构[D]. 刘子华.大连理工大学 2012
[6]基于计算机视觉的刀具磨损检测技术的研究[D]. 谭延凯.沈阳理工大学 2011
本文编号：2947580
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 相关领域国内外研究现状
1.2.1 基于图像技术的刀具磨损检测研究现状
1.2.2 三维测量技术研究现状
1.2.3 开放式数控系统研究现状
1.3 课题来源及主要研究内容
1.3.1 课题来源
1.3.2 本文研究的主要内容
第2章 刀具磨损机理分析及在机检测系统设计
2.1 刀具磨损机理分析
2.1.1 刀具的主要磨损形式
2.1.2 刀具磨损过程及磨钝标准
2.1.3 铣削过程中刀具磨损的特点
2.2 检测系统硬件方案的设计
2.2.1 硬件方案确定
2.2.2 硬件部分与数控加工中心的集成
2.3 检测系统软件方案的设计
2.3.1 软件方案设计概述
2.3.2 刀具刃口轮廓数据采集模块设计
2.3.3 数据处理及磨损量计算模块设计
2.3.4 工控机-机床通讯模块设计
2.4 本章小结
第3章 立铣刀侧刃刃口数据在机采集方法及实现
3.1 立铣刀侧刃刃口磨损在机检测系统结构及原理
3.2 立铣刀侧刃刃口形貌数据采集方法
3.2.1 基于线结构光的三维相机动态采集原理
3.2.2 相机校准与曝光值调节
3.2.3 基于线结构光三维相机的刀具刃口轮廓数据采集
3.3 立铣刀侧刃刃口轮廓数据在机动态采集
3.3.1 刀具刃口数据在机采集路径规划
3.3.2 刀具刃口数据在机采集定位与控制
3.3.3 信号采集与控制程序验证
3.4 本章小结
第4章 刀具刃口轮廓数据处理与磨损量计算方法
4.1 刀具刃口轮廓数据预处理
4.1.1 刀具刃口轮廓数据特征
4.1.2 移动最小二乘法
4.1.3 刀具刃口轮廓数据平滑处理
4.2 基于曲率的离散点聚类分析及磨损量计算坐标系建立
4.2.1 基于差分曲率法的离散点曲率估算
4.2.2 基于K近邻算法离散点聚类
4.2.3 刀具刃口磨损量计算的坐标系建立
4.3 刀具刃口磨损量计算方法
4.3.1 钝圆半径计算方法
4.3.2 VB值计算方法
4.3.3 磨损体积计算方法
4.4 算法验证及结果分析
4.5 本章小结
第5章 刀具刃口磨损在机检测系统实现与测试分析
5.1 刀具刃口磨损在机检测系统实现
5.1.1 基于SERCOS通讯协议的开放式数控系统
5.1.2 刀具刃口磨损在机检测进程实现
5.2 刀具刃口磨损在机检测系统的实验测试
5.2.1 实验设备搭建
5.2.2 刀具刃口磨损在机检测系统现场测试
5.3 测试系统误差分析
5.3.1 系统误差来源
5.3.2 提高系统精度方法
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]单视旋转显微镜三维测量技术研究[J]. 屈玉福,章平. 中国测试. 2018(03)
[2]基于形状匹配的刀具在机监测方法研究[J]. 徐露艳,仇中军. 纳米技术与精密工程. 2017(05)
[3]切削过程中的智能技术[J]. 刘献礼,刘强,岳彩旭,王力翚,LIANG S Y,计伟,高海宁. 机械工程学报. 2018(16)
[4]内置操纵特性的导航接口模拟器设计与实现[J]. 卢志忠,张皓天. 应用科技. 2016(02)
[5]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[6]采用频域融合方法的砂轮刀具磨损三维重构技术[J]. 朱爱斌,胡浩强,何大勇,陈渭. 西安交通大学学报. 2015(05)
[7]高档数控装备的发展趋势[J]. 王太勇,乔志峰,韩志国,董靖川,支劲章. 中国机械工程. 2011(10)
[8]刀具检测方法综述[J]. 陈雷明,杨润泽,张治. 机械制造与自动化. 2011(01)
[9]基于总线架构的多层次监控开放数控系统[J]. 刘清建,王太勇,徐跃,支劲章,刘振忠. 吉林大学学报(工学版). 2010(06)
[10]基于表面二维PCA重构图像的刀具磨损分形特征研究[J]. 孙林丽,李言,郑建明,李鹏阳. 机械科学与技术. 2010(03)
博士论文
[1]开放式数控系统的构建及其关键技术研究[D]. 刘源.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]基于线结构光的航空发动机叶片三维形貌测量技术研究[D]. 廖骏.南昌航空大学 2017
[2]开放式数控系统在线碰撞检测功能的研究与实现[D]. 李会子.哈尔滨工程大学 2017
[3]基于伪随机编码结构光的三维重建技术研究[D]. 刘芳芳.哈尔滨工业大学 2015
[4]基于计算机视觉刀具磨损检测技术及系统[D]. 易鑫.南昌航空大学 2014
[5]基于投影结构光法实现动态目标的三维重构[D]. 刘子华.大连理工大学 2012
[6]基于计算机视觉的刀具磨损检测技术的研究[D]. 谭延凯.沈阳理工大学 2011
本文编号：2947580
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