基于图像处理的立铣刀磨损在机检测系统研发
发布时间：2022-09-28 20:26
随着数控加工技术在装备制造领域的大规模应用,现代机械制造业对高精度、高效率、高自动化的加工方式的追求日益高涨。切削刀具作为加工工艺系统的重要组成部分,其几何尺寸和磨损状态对切削加工的精度和效率影响重大,尤其是在航空制造领域,航空构件结构复杂、材料去除率高,刀具使用量大。刀具磨损在机测量是高效率,高自动化加工的必然要求,对提高数控加工精度和效率具有重要意义。因此本文以圆柱立铣刀为研究对象,基于图像处理技术,研究和开发了一套刀具磨损在机检测系统,为立铣刀磨损研究提供数据支持。论文主要研究工作包括:1)对刀具磨损的基本形态和特征进行了分析,介绍了刀具的磨钝标准,对立铣刀磨损进行了量化分析。针对圆柱立铣刀后刀面磨损测量困难的问题,从铣削微元角度分析出铣刀磨损量和刀具径向尺寸变化的关系,将刀具磨损量的测量转化为刀具径向尺寸的测量。通过研究分析立铣刀表面几何特征,给出了立铣刀径向尺寸的测量原理。2)设计了基于图像处理技术的铣刀径向尺寸在机测量方案,结合QLM27100-5X型加工中心设计了测量系统的整体硬件结构。根据测量系统的需求,对图像传感器、嵌入式处理器、A/D转换器和光源系统等重要组成部件进...
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 刀具径向尺寸测量技术研究现状
1.2.2 刀具磨损状态检测技术研究现状
1.3 目前存在的问题
1.4 论文研究的主要内容
第二章 刀具径向尺寸在机测量系统的总体方案
2.1 刀具磨损的量化分析
2.1.1 刀具的磨钝标准
2.1.2 立铣刀的磨损与径向尺寸变化关系
2.2 立铣刀径向尺寸测量原理与测量方案
2.2.1 立铣刀径向尺寸的测量原理
2.2.2 刀具径向尺寸测量方案
2.2.3 测量系统的整体结构
2.3 系统硬件的需求分析和选型
2.3.1 图像传感器
2.3.2 嵌入式处理器
2.3.3 A/D转换器
2.3.4 光源及照明系统
2.4 系统软件结构及设计要点
2.4.1 系统软件结构与功能模块
2.4.2 系统程序软件的设计要点
2.5 本章小结
第三章 刀具图像采集和预处理算法设计及实现
3.1 图像传感器驱动脉冲的产生
3.1.1 微控制器STM32 的时钟总线
3.1.2 基准时钟脉冲信号的产生
3.1.3 基于中断方式生成驱动脉冲
3.1.4 基于DMA方式生成驱动脉冲
3.2 刀具图像数据采集和数据传输实现
3.2.1 保证图像数据完整性的采样策略
3.2.2 图像数据的USB传输实现
3.3 图像滤波去噪方法
3.3.1 图像噪声来源及常见类型
3.3.2 图像滤波算法
3.4 图像分割算法设计
3.4.1 基于灰度的全局阈值分割算法
3.4.2 灰度梯度
3.4.3 基于灰度梯度的图像分割算法
3.5 图像像素级边缘检测算法设计
3.5.1 一维图像的像素级边缘检测算法设计
3.5.2 二维图像的像素级边缘检测算法分析
3.6 本章小结
第四章 刀具图像的亚像素边缘检测技术
4.1 径向尺寸测量的精度分析
4.2 亚像素边缘检测算法的对比研究
4.2.1 曲线拟合法
4.2.2 插值法
4.2.3 矩方法
4.2.4 亚像素边缘检测方案的对比
4.3 二维图像的亚像素边缘检测算法及实现
4.3.1 二维灰度矩边缘检测原理
4.3.2 灰度矩的7×7 模板系数
4.3.3 亚像素边缘检测效果
4.4 尺寸测量系统的标定
4.4.1 尺寸测量的系统误差
4.4.2 测量系统标定校准
4.5 刀具径向尺寸测量实验
4.6 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Arimoto熵和Zernike矩的刀具图像亚像素边缘检测[J]. 吴一全,龙云淋,周杨. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(12)
[2]刀具磨损便携式视觉在位检测技术研究[J]. 杨学刚,魏涛,左敦稳,刘星. 工具技术. 2017(06)
[3]基于Mach3平台的数控铣床自动对刀研究[J]. 伍文进,徐中云,夏开虎. 机床与液压. 2017(08)
[4]参数优化的有理函数图像插值算法[J]. 范清兰,张云峰,包芳勋,姚勋祥,张彩明. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(11)
[5]刀具磨损的自动检测及检测系统[J]. 秦国华,易鑫,李怡冉,谢文斌. 光学精密工程. 2014(12)
[6]一种B样条曲线描述图像边界的算法[J]. 沈惠芬,林意. 计算机工程与应用. 2016(03)
[7]基于影像视觉的立铣刀磨损状态检测技术研究与系统开发[J]. 梁伟云,郭井宽,陈晓波,张青雷,习俊通. 工具技术. 2012(12)
[8]对刀仪在数控机床上的应用[J]. 宋长双,薛平萍,李多祥. 制造技术与机床. 2011(05)
[9]基于切削力实现铣刀状态监测的特征值选取的研究[J]. 夏海涛,孟广耀,刘松年,胡知音,刘英. 制造技术与机床. 2011(02)
[10]钛合金材料的机械加工工艺综述[J]. 李树侠,朴松花. 飞航导弹. 2007(07)
博士论文
[1]边缘检测的若干技术研究[D]. 董鸿燕.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]基于激光传感器的刀具磨损检测方法研究[D]. 代红川.华北电力大学 2017
[2]五轴数控机床几何误差建模、检测及补偿[D]. 梁莹莹.南京航空航天大学 2017
[3]基于图像处理的精密光学镜片表面划痕高精度检测算法研究[D]. 陈少杰.西南交通大学 2016
[4]计算机视觉式刀具测量仪的研究[D]. 高峰.沈阳工业大学 2016
[5]基于计算机视觉的刀具在机检测[D]. 徐露艳.天津大学 2016
[6]刀具几何参数图像测量技术研究[D]. 关波.中北大学 2015
[7]基于铣削力的刀具磨损在线监测研究[D]. 王定.华中科技大学 2015
[8]刀具图像轮廓特征检测[D]. 陈琛.西安工业大学 2013
[9]基于机器视觉的铣削刀具磨损监测技术研究[D]. 张吉林.南京航空航天大学 2013
[10]基于机器视觉的刀具磨损在位检测[D]. 肖蓉.东华大学 2013
本文编号：3682328
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 刀具径向尺寸测量技术研究现状
1.2.2 刀具磨损状态检测技术研究现状
1.3 目前存在的问题
1.4 论文研究的主要内容
第二章 刀具径向尺寸在机测量系统的总体方案
2.1 刀具磨损的量化分析
2.1.1 刀具的磨钝标准
2.1.2 立铣刀的磨损与径向尺寸变化关系
2.2 立铣刀径向尺寸测量原理与测量方案
2.2.1 立铣刀径向尺寸的测量原理
2.2.2 刀具径向尺寸测量方案
2.2.3 测量系统的整体结构
2.3 系统硬件的需求分析和选型
2.3.1 图像传感器
2.3.2 嵌入式处理器
2.3.3 A/D转换器
2.3.4 光源及照明系统
2.4 系统软件结构及设计要点
2.4.1 系统软件结构与功能模块
2.4.2 系统程序软件的设计要点
2.5 本章小结
第三章 刀具图像采集和预处理算法设计及实现
3.1 图像传感器驱动脉冲的产生
3.1.1 微控制器STM32 的时钟总线
3.1.2 基准时钟脉冲信号的产生
3.1.3 基于中断方式生成驱动脉冲
3.1.4 基于DMA方式生成驱动脉冲
3.2 刀具图像数据采集和数据传输实现
3.2.1 保证图像数据完整性的采样策略
3.2.2 图像数据的USB传输实现
3.3 图像滤波去噪方法
3.3.1 图像噪声来源及常见类型
3.3.2 图像滤波算法
3.4 图像分割算法设计
3.4.1 基于灰度的全局阈值分割算法
3.4.2 灰度梯度
3.4.3 基于灰度梯度的图像分割算法
3.5 图像像素级边缘检测算法设计
3.5.1 一维图像的像素级边缘检测算法设计
3.5.2 二维图像的像素级边缘检测算法分析
3.6 本章小结
第四章 刀具图像的亚像素边缘检测技术
4.1 径向尺寸测量的精度分析
4.2 亚像素边缘检测算法的对比研究
4.2.1 曲线拟合法
4.2.2 插值法
4.2.3 矩方法
4.2.4 亚像素边缘检测方案的对比
4.3 二维图像的亚像素边缘检测算法及实现
4.3.1 二维灰度矩边缘检测原理
4.3.2 灰度矩的7×7 模板系数
4.3.3 亚像素边缘检测效果
4.4 尺寸测量系统的标定
4.4.1 尺寸测量的系统误差
4.4.2 测量系统标定校准
4.5 刀具径向尺寸测量实验
4.6 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Arimoto熵和Zernike矩的刀具图像亚像素边缘检测[J]. 吴一全,龙云淋,周杨. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(12)
[2]刀具磨损便携式视觉在位检测技术研究[J]. 杨学刚,魏涛,左敦稳,刘星. 工具技术. 2017(06)
[3]基于Mach3平台的数控铣床自动对刀研究[J]. 伍文进,徐中云,夏开虎. 机床与液压. 2017(08)
[4]参数优化的有理函数图像插值算法[J]. 范清兰,张云峰,包芳勋,姚勋祥,张彩明. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(11)
[5]刀具磨损的自动检测及检测系统[J]. 秦国华,易鑫,李怡冉,谢文斌. 光学精密工程. 2014(12)
[6]一种B样条曲线描述图像边界的算法[J]. 沈惠芬,林意. 计算机工程与应用. 2016(03)
[7]基于影像视觉的立铣刀磨损状态检测技术研究与系统开发[J]. 梁伟云,郭井宽,陈晓波,张青雷,习俊通. 工具技术. 2012(12)
[8]对刀仪在数控机床上的应用[J]. 宋长双,薛平萍,李多祥. 制造技术与机床. 2011(05)
[9]基于切削力实现铣刀状态监测的特征值选取的研究[J]. 夏海涛,孟广耀,刘松年,胡知音,刘英. 制造技术与机床. 2011(02)
[10]钛合金材料的机械加工工艺综述[J]. 李树侠,朴松花. 飞航导弹. 2007(07)
博士论文
[1]边缘检测的若干技术研究[D]. 董鸿燕.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]基于激光传感器的刀具磨损检测方法研究[D]. 代红川.华北电力大学 2017
[2]五轴数控机床几何误差建模、检测及补偿[D]. 梁莹莹.南京航空航天大学 2017
[3]基于图像处理的精密光学镜片表面划痕高精度检测算法研究[D]. 陈少杰.西南交通大学 2016
[4]计算机视觉式刀具测量仪的研究[D]. 高峰.沈阳工业大学 2016
[5]基于计算机视觉的刀具在机检测[D]. 徐露艳.天津大学 2016
[6]刀具几何参数图像测量技术研究[D]. 关波.中北大学 2015
[7]基于铣削力的刀具磨损在线监测研究[D]. 王定.华中科技大学 2015
[8]刀具图像轮廓特征检测[D]. 陈琛.西安工业大学 2013
[9]基于机器视觉的铣削刀具磨损监测技术研究[D]. 张吉林.南京航空航天大学 2013
[10]基于机器视觉的刀具磨损在位检测[D]. 肖蓉.东华大学 2013
本文编号：3682328
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