1 刀具磨耗的視覺表現(xiàn)
導(dǎo)致刀具磨耗的主要因素是切削溫度。
切削時(shí),由于切削溫度力相當(dāng)高,導(dǎo)致刀具的硬度降低,產(chǎn)生變形,逐漸使刀具失去切削能力或使刀口形狀改變,從而造成切削尺寸改變,使實(shí)際切削量比預(yù)定切削量要小,且加工面會(huì)全部或部分由光滑面變?yōu)榇植诿?,還會(huì)產(chǎn)生切削力增大、切削溫度升高、切削性能改變、積屑范圍增大以及動(dòng)力消耗增加等現(xiàn)象。
而刀具的磨耗方式主要是摩擦式、熔鑄式、擴(kuò)散式、化學(xué)式及電解式磨耗。
刀具的磨耗性能可按照正常及異常來(lái)分類。
傳統(tǒng)切削刀具的使用壽命結(jié)束可歸結(jié)于刀具磨耗逐漸增加,導(dǎo)致刀具破壞或刀具切削刀口突然破損。
刀具的損壞將使切削工件表面品質(zhì)降低,采用直接或間接測(cè)感技術(shù)監(jiān)控刀具的表面品質(zhì),可判斷切削刀具是否即將結(jié)束使用壽命。刀具磨耗性能圖如下所示。
從圖中可以看出,刀具面磨耗幾何外觀形狀可分為A、B、C 3個(gè)區(qū)域。
根據(jù)ISO對(duì)刀具使用壽命的定義,如果刀腹磨耗的平均磨耗值VB>0.3mm,或最大磨耗量VBmax>0.6 mm,則刀具的使用年限已超過(guò)刀具的使用壽命。
凹陷磨耗發(fā)生于刀具上頂面上,此種磨耗是由于切削過(guò)程產(chǎn)生的高溫而造成。
2 刀具磨耗的可預(yù)測(cè)性
切削時(shí)一般車刀刀具鑲面磨耗區(qū)寬度的變化情況如下圖所示。
此曲線可分為3段,其中大部分的鑲面磨耗均集中在刀尖部分。
AB段是初期磨耗區(qū),銳利的刀口會(huì)快速地摩擦而有小的磨耗區(qū)出現(xiàn)。
BC段是均勻磨耗區(qū),磨耗寬度近似線性勻速增加,直至使刀具近乎缺損為止。
CD段是急速磨耗區(qū),磨耗寬度及速度增加,本區(qū)段因刀具溫度升高,故作為刀具磨耗敏感性反應(yīng)的區(qū)域,此時(shí),刀具磨耗區(qū)域已占全部區(qū)域相當(dāng)大的比例。
3 機(jī)器視覺檢測(cè)原理
以機(jī)器視覺為基礎(chǔ)的、非接觸式刀具磨耗判定輔助系統(tǒng),是以刀具的磨耗量判定更換刀具的時(shí)機(jī)。
在此系統(tǒng)中,首先對(duì)假設(shè)好的刀具取像;之后分為2個(gè)階段,第1階段為影像處理,第2階段為磨耗判定。影像處理階段包括影像攝取驅(qū)動(dòng)與控制及影像處理。
磨耗判定階段直接依照定位結(jié)果進(jìn)行磨耗量的計(jì)算及磨耗分類,由此設(shè)計(jì)出一套完整的輔助系統(tǒng)。
原文主要是探討刀具磨耗的改變,只要取得刀具的輪廓,利用LED環(huán)形光源對(duì)模擬工作臺(tái)上的刀具取像,掃描影像的方向是由上往下,由左往右,依序搜索特征范圍,其橫向掃描的搜索方式如下圖所示。
4 刀具磨損磨耗的判定
刀具磨耗的實(shí)際影像分為正常磨耗和異常磨耗,如下圖所示。
就正常磨耗而言,刀具的磨耗影像經(jīng)影像處理后,可清楚地看出磨耗的區(qū)域變成黑色,原文將搜尋其特征,并進(jìn)一步計(jì)算磨耗量。
異常磨耗經(jīng)常是由刀具的斷裂和缺損所造成,磨耗的范圍也較不規(guī)則,且無(wú)法經(jīng)由黑色區(qū)域來(lái)判斷。
在計(jì)算磨耗量時(shí),對(duì)于正常磨耗的刀具,對(duì)黑色像素點(diǎn)進(jìn)行編號(hào),即利用黑色像素點(diǎn)的總數(shù)量作為磨耗量大小的判定;針對(duì)異常磨耗的磨耗量,則對(duì)瀕臨報(bào)廢的刀具的判定是依據(jù)框選后的像素面積大小,若大于該像素面積,則判定該刀具已報(bào)廢;反之,則判定該刀具未報(bào)廢。
判斷出刀具報(bào)廢與否,即可利用該結(jié)果對(duì)操作程序做進(jìn)一步修正。
若該刀具已達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn),則立即更換新的刀具;反之,則將依照其磨耗程度作為操作流程上調(diào)節(jié)刀具進(jìn)給量大小的依據(jù)。
小結(jié)與展望
原文采用機(jī)器視覺方法,對(duì)車刀刀具做進(jìn)一步的檢驗(yàn),經(jīng)過(guò)濾波影像處理后,再對(duì)磨耗范圍做框選,計(jì)算最終磨耗量和磨耗面積,并由磨耗量與磨耗面積的結(jié)果判定該刀具是否報(bào)廢,以達(dá)到檢驗(yàn)的目的。
原文只是在理論上對(duì)“視覺檢測(cè)”進(jìn)行了探索,并對(duì)應(yīng)用推廣過(guò)程中的核心技術(shù),做出了如下總結(jié):
高效的檢測(cè)過(guò)程
針對(duì)視覺檢驗(yàn)的條件,設(shè)定取像環(huán)境和光源,由于外在的不可控制因素減少,故截取出來(lái)的影像中刀具磨耗與影像中的位置相同;因此,在影像處理時(shí),可針對(duì)特定范圍作分析,以縮小影像尺寸,有效縮短整個(gè)流程的總處理時(shí)間。
量化的磨損標(biāo)準(zhǔn)
一般正常磨耗的刀具磨耗量不明確,使用精密的測(cè)量?jī)x器會(huì)增加不少成本,對(duì)已使用過(guò)一定時(shí)間的刀具做檢驗(yàn),準(zhǔn)確找到刀具上的磨耗位置,并依據(jù)框選范圍結(jié)果,計(jì)算出像素量。
穩(wěn)定的檢測(cè)環(huán)境
原文所攝取的影像是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成的,拍攝時(shí)的環(huán)境固定,不易有其他干擾因素;但若實(shí)際應(yīng)用于車床機(jī)器上,應(yīng)盡量克服因晃動(dòng)造成的影響,以及注意拍攝時(shí)光源是否一致,避免因光線強(qiáng)度不一致而造成影像處理后的灰度值不盡相同。
精確的監(jiān)控范圍
為使原文所構(gòu)建的系統(tǒng)能夠更加完整,有更多思考的新方向,在選擇鏡頭時(shí),考慮到所應(yīng)用的刀具磨耗范圍極小,定焦后配合最佳光圈值仍無(wú)法清晰看見整個(gè)刀具的影像,將會(huì)在影像處理時(shí)造成對(duì)于刀尖以外的部分無(wú)法辨認(rèn),在鏡頭選擇上應(yīng)多加以比較,對(duì)于刀具的完整檢驗(yàn)將有莫大的幫助。
最佳的取像角度
由于原文是利用像素大小及磨耗面積作為判定報(bào)廢的依據(jù),而取像角度更是直接影響磨耗面積大小的因素;所以,在取像角度測(cè)試方面,未來(lái)可利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)等方法多加測(cè)試,以求得最佳的取像角度。