基于机器视觉的木工铣刀磨损检测研究

作     者：陈则铭 

作者单位：北京林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵小矛

授予年度：2020年

学科分类：082902[工学-木材科学与技术] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0829[工学-林业工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：木工铣刀 磨损检测 机器视觉 生产工艺 

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。