CN102284887A - 大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪 - Google Patents
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Abstract
大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪。单纯依靠人工测量工件的轴向切削长度不但误差较大，而且操作过程较为繁琐不便。一种大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪，根据工件在工作台上的转动速度，对工件加工表面进行图像采集，并对采集到的若干幅照片利用图像技术合并成一张全圆周的图像；通过对全圆周图像的一系列处理，完成冲击次数和有效切削距离的精确计算、显示所得结果，然后与设定的阈值进行比较，如超出阈值则自动报警已超出刀具使用寿命。本发明用于重型切削加工。
Description
技术领域：
本发明涉及一种机械加工领域，具体涉及一种大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪。
背景技术：
由于轴类和筒类大型锻件是经万吨水压机自由锻造而成，零件的偏心和各部分的余量差别较大，从而，造成荒车加工时空切部分较大，也使刀具频繁切入切出而经受冲击，此时刀具的的寿命便是由刀具磨损和破损两个因素决定的。因此，单纯以刀具能够完成的轴向切削长度来衡量刀具寿命便不够科学合理，其一是没有正确地计算刀具的切削路程，二是没有考虑刀具经受的冲击情况。
单纯依靠人工测量工件的轴向切削长度不但误差较大，而且操作过程较为繁琐不便。
发明内容：
本发明的目的是提供一种利用摄像头与DSP结合的智能监控系统，综合刀具实际切削距离和刀具承受的冲击次数的影响，利用计算机实现更为科学合理、方便快速的刀具寿命评价方法，为刀具寿命评价、刀具研发和优选提供重要标准。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪，根据工件在工作台上的转动速度，对工件加工表面进行图像采集，并对采集到的若干幅照片利用图像技术合并成一张全圆周的图像；根据得到的全圆周图像的数据进行冲击次数和有效切削距离的计算、显示所得结果，然后与设定的阈值进行比较，如超出阈值则自动报警告知已达到刀具使用寿命。
所述的大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪，所述的工件图像采集图象是将面向摄像机的半圆柱面投影在一个平面上，即CCD成像面上；将采集面右半部分划分成40个等份，其中每个等份对应在投影面的横向长度为30个像素，并从左至右编排序号1，2……39，40，利用第一类曲线积分公式
，计算出每个等份所对应的圆弧长度；但每段弧长投影到平面上的长度是一样的，其对应关系如表1所示。
我们只使用横向中间部分的70.7%。然后还需要对图像进行去噪声，增强对比度等处理，得到理想的图像质量后，拼接成为假想的展开图。
所述的大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪，所述的假想展开图中仍包含部分无效部分，无法直接用于计算，现裁取其中最有代表性的有效部分进行后续的计算和分析，通过调节灰度值获得较理想的灰度图后，选取适当的阈值，进行图像的二值化处理，并提取边缘；由于锻件表面凸凹不平，加工表面的图像边缘处经常会形成凹形轮廓和小的封闭图形，对过小的封闭区域被看做是图像噪声，利用图像技术将其剔除；对凹形封闭图形，其不影响刀具切削路程的计算，但它增加了刀具的冲击次数，对此问题的解决办法是统计像素数，剔除一个连通区域内相连像素并且纵坐标相同多余像素，只保留1个像素，然后将统计值除以进给量像素个数尽可得到刀具的冲击次数。
一种大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪，其组成包括:数字信号处理器DSP，所述的数字信号处理器DSP连接串行通信接口、人机交互接口、数模转换器D/A、外部存储器总线和模数转换器A/D；所述的外部存储器总线连接只读内存ROM和随机存取存储器RAM，所述的数模转换器D/A连接显示器，所述的模数转换器A/D连接电荷耦合元件CCD镜头和发光二极管LED照明光源。
有益效果：
1.本发明安装调试后，即可进行自动拍摄、图像处理、分析计算和自动报警，全程无需人工参与，操作简单节省人工；
2.本发明通过预先写入的程序进行图像处理和分析计算，较之现有方法计算更快速、结果更准确；
3.本发明综合运用了去噪声、阈值分割和二值化等一系列图像处理方法，有效地解决了实用加工现场的空间和光源等的限制；
4.本发明可在刀具超出使用寿命时发出报警提示，同时可显示计算结果（刀具实际切削距离和刀具承受的冲击次数），可为刀具寿命评价、刀具优选和刀具研发提供科学合理的参考指标；
5.本发明开发的程序采用广泛使用的C语言编写，可根据不同实际需要进行算法修改或增减（如去噪声的算法、边缘提取的算法和阈值设置等），使得本发明具有一定的通用性。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明的处理计算流程图。
附图3是本发明的图像采集示意图。
附图4是本发明的边缘提取后的图。
具体实施方式：
实施例1：
一种大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪，根据工件在工作台上的转动速度，对工件加工表面进行图像采集，并对采集到的若干幅照片利用图像技术合并成一张全圆周的图像；通过对全圆周图像的处理，例如裁取保留、非线性拉伸、拼接为假想展开图、去噪声、灰度化、二值化、移除离散的面积过小的区域、边缘提取，即一系列处理，冲击次数和有效切削距离的计算、显示所得结果，然后与设定的阈值进行比较，如超出阈值则自动报警告知已达到刀具使用寿命。
实施例2：
实施例1所述的大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪，所述的工件图像采集时可以看做是将面向摄像机的半圆柱面投影在一个平面上，即CCD成像面上；将采集面右半部分划分成40个等份，其中每个等份对应在投影面的横向长度为30个像素，并从左至右编排序号1，2……39，40。利用第一类曲线积分公式
，可以计算出每个等份所对应的圆弧长度；但每段弧长投影到平面上的长度是一样的，其对应关系如表1所示。
可以看出，越靠近边缘处投影时产生的误差越大，另外，考虑大型锻件外形轮廓误差较大，在靠近边缘处有可能对其外侧的部分产生遮挡，因此实际使用时我们只使用横向中间部分的70.7%。然后还需要对图像进行去噪声，增强对比度等处理，得到较理想的图像质量后，拼接成为假想的展开图。
实施例3：
实施例1所述的大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪，所述的假想展开图中仍包含部分无效部分，无法直接用于计算，现裁取其中最有代表性的有效部分进行后续的计算和分析。通过调节灰度值获得较理想的灰度图后，选取适当的阈值，进行图像的二值化处理，并提取边缘。由于锻件表面凸凹不平，加工表面的图像边缘处经常会形成凹形轮廓和小的封闭图形，对过小的封闭区域可看做是图像噪声，利用图像技术将其剔除；对凹形封闭图形，其不影响刀具切削路程的计算，但它增加了刀具的冲击次数，对此问题的解决办法是统计像素数，剔除一个连通区域内相连像素并且纵坐标相同多余像素，只保留1个像素，然后将统计值除以进给量像素个数尽可得到刀具的冲击次数。
例如：切削路程的计算
根据现场加工得到的数据，计算每转进给量 
和图像中长度与实际长度比值
。其中筒节直径
（图像中对应为2400个像素点），进给量
，则
通过二值化处理后，图片中的白色区域即可视为实际切削部分，通过程序计算得到其总面积
，则再运用公式3）即可求得实际切削工件路程L（不含空切部分）为：
冲击次数的计算
边缘提取后的图像中，清晰准确表示出了空切部分与实际切削部分的边缘。刀具在加工过程中每次经过这些边缘时，就发生了一次切入（或切出），即对刀具产生一次冲击，对一个封闭的凸区域来说，这些边缘点在工件轴向投影的像素数与刀具进给量（投影的像素数）的比值即可视为刀具经受冲击的次数。因此，通过所开发的刀具冲击计算程序即可计算出刀具的冲击次数。通过程序计算出的边缘的像素点数量 
，将
带入下面的公式即可求出冲击次数
。
实施例4：
一种大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪，其组成包括:数字信号处理器DSP1，所述的数字信号处理器DSP1连接串行通信接口2、人机交互接口3、数模转换器D/A5、外部存储器总线6和模数转换器A/D9；所述的外部存储器总线6连接只读内存ROM7和随机存取存储器RAM8，所述的数模转换器D/A5连接显示器4，所述的模数转换器A/D9连接电荷耦合元件CCD镜头和发光二极管LED照明光源10。
Claims (4)
1.一种大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪，其特征是:根据工件在工作台上的转动速度，对工件加工表面进行图像采集，并对采集到的若干幅照片利用图像技术合并成一张全圆周的图像；根据得到的全圆周图像的数据进行冲击次数和有效切削距离的计算、显示所得结果，然后与设定的阈值进行比较，如超出阈值则自动报警告知已达到刀具使用寿命。
2.根据权利要求1所述的大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪，其特征是: 所述的工件图像采集图象是将面向摄像机的半圆柱面投影在一个平面上，即CCD成像面上；将采集面右半部分划分成40个等份，其中每个等份对应在投影面的横向长度为30个像素，并从左至右编排序号1，2……39，40，利用第一类曲线积分公式 
，计算出每个等份所对应的圆弧长度；但每段弧长投影到平面上的长度是一样的，其对应关系如表1所示，
我们只使用横向中间部分的70.7%，然后还需要对图像进行去噪声，增强对比度等处理，得到理想的图像质量后，拼接成为假想的展开图。
3.根据权利要求1或2所述的大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪，其特征是: 所述的假想展开图中仍包含部分无效部分，无法直接用于计算，现裁取其中最有代表性的有效部分进行后续的计算和分析，通过调节灰度值获得较理想的灰度图后，选取适当的阈值，进行图像的二值化处理，并提取边缘；由于锻件表面凸凹不平，加工表面的图像边缘处经常会形成凹形轮廓和小的封闭图形，对过小的封闭区域被看做是图像噪声，利用图像技术将其剔除；对凹形封闭图形，其不影响刀具切削路程的计算，但它增加了刀具的冲击次数，对此问题的解决办法是统计像素数，剔除一个连通区域内相连像素并且纵坐标相同多余像素，只保留1个像素，然后将统计值除以进给量像素个数尽可得到刀具的冲击次数。
4.一种大型铸锻件荒加工用车削刀具寿命监测仪，其组成包括:数字信号处理器DSP，其特征是: 所述的数字信号处理器DSP连接串行通信接口、人机交互接口、数模转换器D/A、外部存储器总线和模数转换器A/D；所述的外部存储器总线连接只读内存ROM和随机存取存储器RAM，所述的数模转换器D/A连接显示器，所述的模数转换器A/D连接电荷耦合元件CCD镜头和发光二极管LED照明光源。
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