基于图像技术的超精密加工飞刀磨损检测研究

摘要

在超精密加工领域中，为了保证零件的尺寸误差在亚微米内，表面粗糙度为纳米级而不断地应用新技术，同时也加大对刀具磨损的研究，其原因是刀具磨损将会直接影响产品质量。本文研究对象是香港理工大学先进光学制造中心(AOMC)的超精密五轴联动自由曲面造型机床PrecitechFreeform705G上的金刚石飞刀(Flycutter)的前刀面，飞刀被用于加工光学器件，加工周期较长(数天)，若没有及时检测到刀具磨损已经影响工件表面质量，将会导致加工失效及工时耗费。因此本文就此展开了对金刚石飞刀(Flycutter)的前刀面磨损进行基于数字图像处理技术的检测。
　　通过分析飞刀图像得出，其磨损区域，背景区域和未磨损区域的灰度值有着很明显的不同，和磨损区域由外轮廓和内轮轮廓组成，而外轮廓是飞刀的刀刃圆弧。因此根据数字图像处理技术中的灰度直方图阈值分割技术，将磨损区域，背景区域及未磨损区域分割出来，得到磨损大致区域，同时由于切屑及切削液的影响，也会得到伪磨损区域；通过数字图像处理技术中的边缘提取并根据Hough变换拟合飞刀的外轮廓，得到磨损区域的外轮廓；将外轮廓平移并借助遍历搜索方法去除未磨损区域中的伪磨损区域；根据相关区域具有联通性原理和刀具加工过程中磨损区域具有近似连续性，使用最小二乘法多项式拟合将磨损区域连接起来，同时也使用该方法去除和磨损区域相交的伪磨损区域，得到磨损区域，并提取相关参数(磨损面积和磨损宽度)。
　　基于VisualC++编程实现了上面的算法，对PrecitechFreeform705G超精密五轴联动自由曲面造型机床上的金刚石飞刀前刀面进行处理，通过Matlab编程进行实验分析，对上面提出的处理方法的可行性进行了论证，主要从阈值分割中人为所造成阈值的波动对处理结果的影响和多项式拟合过程中拟合阶数对处理结果的影响，得出了此方法是相当可行的。

目录

基于图像技术的超精密加工飞刀磨损检测研究

Investigation of Flycutter Wear Detection in Advanced Machining Based on Digital Image Processing

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 刀具磨损检测研究现状

1.2.1 直接检测法研究现状

1.2.2 间接检测法研究现状

1.3 课题研究的目的和意义

1.4 本课题的主要研究内容

第2章 刀具磨损图像处理方法

2.1 刀具图像分析

2.2 中值滤波方法

2.2.1 中值滤波原理

2.2.2 中值滤波方法

2.3 阈值分割方法

2.4 边缘提取方法

2.4.1 梯度边缘检测算法步骤

2.4.2 Sobel算子

2.5 Hough圆弧变换原理

2.6 像素标定

2.7 本章小结

第3章 刀具磨损检测方法

3.1 刀具磨损处理方法

3.2 外轮廓提取方法

3.3 改进Hough变换方法

3.4 外轮廓平移遍历搜索方法

3.5 最小二乘多项式拟合方法

3.6 处理算法

3.7 处理结果

3.8 软件界面

3.9 本章小结

第4章 算法可靠性分析

4.1 阈值的影响

4.2 多项式拟合阶数影响

4.2.1 拟合阶数对伪磨损区域影响

4.2.2 阶数对磨损区域影响

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢