基于机器视觉的木工铣刀磨损检测研究.pdf

摘要 摘要 木工刀具磨损是影响家具零件加工精度和表面质量的重要因素。目前，家具生 产设备更换刀具的依据是技术人员观察刀具磨损做出的定性判断，受视力、经验等 主观因素的影响，人对刀具磨损程度判断标准具有不一致性，因此，本研究以建立 一种标准统一的刀具磨损检测技术为目标，应用机器视觉的识别和测量技术，设计 了木工铣刀磨损检测系统，主要内容有以下四方面: 第一，根据刀具切削原理与铣刀磨损的表现形式，结合机器视觉技术的检测能 力，确定了识别前刀面崩刃和测量后刀面磨损剩余量的检测指标。按照 David Marr 提出的机器视觉理论，确定了检测系统运行机制、功能模块和技术路线。 第二，按照实际需要的检测精度，研究确定了检测系统的相机、镜头和光源的 配置方案，推导了基于木工刀具尺寸的相机、镜头选型公式，并对成像系统进行了 标定，矫正了铣刀图像的畸变。为确保木工铣刀回转后，测量平面准确定位于拍摄 平面，研究了激光定位控制刀具位姿的方法。 第三，为消除噪声和铣刀表面粘附木粉、颗粒等对磨损检测的干扰，研究了图 像增强和平滑的算法。应用Blob 分析方法和形状模板匹配方法，为机器视觉赋予识 别铣刀种类的能力，实现了自动定位并提取刀具前刀面、后刀面。 第四，基于前刀面崩刃的灰度特征和尺寸特征，在前刀面上识别并定位崩刃， 输出检出崩刃数量；应用边缘检测算法提取拟合后刀面刃口边缘和测量基准，建立 测量基准的垂线，获得垂线与刃口边缘的交点，求解交点与垂足间的距离，得到后 刀面磨损剩余量；使用测量磨损剩余量的算法，测量游标卡尺刻度以验证检测系统 精度，测量未加工过家具零件的木工铣刀后刀面宽度以验证磨损检测算法精度。 关键词：木工铣刀，磨损检测，机器视觉，生产工艺 I 基于机器视觉的木工铣刀磨损检测研究 目录 摘要I ABSTRACT II 1 绪论 1 课题研究的意义 1 国内家具企业的木工刀具管理情况2 刀具磨损检测技术的研究现状4 课题研究内容6 2 检测系统的开发方案7 木工铣刀磨损的表现形式7 磨损检测的指标7 试验材料的制备9 检测系统的功能 10 本章小结 12 3 检测系统的硬件配置 13 检测系统的硬件配置 13 成像系统模型 13 相机、镜头的选择 15 光源的设置 17 成像系统的标定 19 刀具位姿的控制21 本章小结23 4 检测算法的选择24 图像的预处理24 图像增强24 图像平滑25 木工铣刀的种类识别27 铣刀轮廓模板的创建28 模板的匹配与识别31 前、后刀面的提取33 图像分割33 前刀面的提取34 后刀面的提取37 前刀面崩刃的识别38 崩刃的特征分析38 崩刃检测矩形的创建40 崩刃的定位与输出41 后刀面刃口磨损剩余量的测量44 边缘检测矩形的创建44 IV