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基于多視覺特征融合技術(shù)的高速加工中心刀具狀態(tài)視診方法研究
閱讀：77 發(fā)布時(shí)間：2020-8-11伯特利數(shù)控 加工中心 鉆攻中心
前言：
當(dāng)前的高速加工中心在r.業(yè)生成中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，在加工中心加丁過程中，刀具磨損問題成為刀具失效的關(guān)鍵因素。刀具失效導(dǎo)致T.件加丁質(zhì)量低，使得加工中心出現(xiàn)故障，大大降低企業(yè)生成效率[1_3]。因此，尋求可靠方法對高速加工中心刀具狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，具有重要應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)多傳感器融合的刀具磨損檢測方法，通過依據(jù)特征變換的特征降維方法，完成多傳感器融合的特征降維處理,其對特征的描述性差，檢測效率低[4_6]。
文獻(xiàn)m采用ccd照相機(jī)采集刀頭罔像，明確刀頭區(qū)域同刀具磨損區(qū)域，進(jìn)而準(zhǔn)確檢測出刀具磨損邊緣點(diǎn)，運(yùn)算出刀具的磨損量，但是該方法的抗噪性能較差，檢測精度較低。文獻(xiàn)[8]分析了依據(jù)傳感器檢測的刀具磨損狀態(tài)檢測方法，對傳感器信號進(jìn)行分析和采集，可運(yùn)算出刀具狀態(tài)變量，但是該方法的準(zhǔn)確率低，主要應(yīng)用于小范圍的機(jī)械加丁,具有較大局限性。文獻(xiàn)[9]分析了基于多傳感器融合的刀具狀態(tài)檢測方法，其通過依據(jù)特征變換的特征降維方法,完成多傳感器融合的特征降維處理，但是該方法對特征的描述性差，檢測效率低。文獻(xiàn)[10]采用對濾式的特征選擇算法完成刀具檢測，該方法先塑造刀具的特征評估函數(shù),并運(yùn)算刀具特征間的冗余度，采用學(xué)習(xí)算法分析選擇后的刀具特征準(zhǔn)確率，完成刀具磨損狀態(tài)的識別。但是該方法的檢測精度較低，存在較高的偏差
為了解決上述問題，設(shè)計(jì)基于多視覺特征融合技術(shù)的高速加工中心刀具狀態(tài)視診系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)系統(tǒng)可準(zhǔn)確檢測出刀具的磨損狀態(tài)，具有較高的檢測精度和魯棒性。
1高速加工中心刀具狀態(tài)視診系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
所設(shè)計(jì)的基于多視覺特征的高速加工中心刀具狀態(tài)視診系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如閣1所示。該系統(tǒng)通過雙攝像機(jī)聯(lián)合定位跟蹤加工中心刀具，增強(qiáng)刀具信息采集的精度，通過一系列刀具特征采集和跟蹤算法，采集同刀具磨損相關(guān)的視覺特征信息，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法融合多視覺特征信息，檢測高速加工中心刀具的磨損情況。
系統(tǒng)通過雙攝像機(jī)同時(shí)采集高速加工中心刀具圖像。其中同定攝像機(jī)A采集整體刀具圖像，可控?cái)z像機(jī)B采集刀頭圖像。兩個(gè)攝像機(jī)的視頻圖像都輸人到圖像采集卡中的數(shù)據(jù)采集電路接口，采用數(shù)據(jù)處理模塊將模擬信號變換成數(shù)字信號。PC機(jī)采集刀具的數(shù)字視頻圖像后，采用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的閣像分析算法，獲取刀具磨損信息，并通過顯示報(bào)警模塊呈現(xiàn)刀具磨損信息。采用UV60M —體化高速球型攝像機(jī)作為可控?cái)z像機(jī)，該攝像機(jī)具有較高的轉(zhuǎn)速和采集精度，滿足高速加工中心刀具圖像信息采集實(shí)時(shí)性的要求。
多視覺特征融合是對人腦綜合復(fù)雜問題的功能模擬，多視覺特征融合系統(tǒng)中，不同攝像機(jī)采集不同的刀具信息特征,這些特征間存在一定的關(guān)系。信息融合可
充分利用不同的攝像機(jī)資源，通過對不同攝像機(jī)及其觀測信息的合理分配，可全面描述刀具的特征，為刀具狀態(tài)檢測提供了可靠的分析依據(jù)。
1.2數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)
高速加工中心刀具狀態(tài)視診系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集和處理刀具圖像信息，并且要求硬件系統(tǒng)盡可能小，安裝到高速加工中心刀具中。
采用MEMS加速度傳感器和無線射頻芯片CC2430作為系統(tǒng)采集卡的核心，CC2430是嵌人式SgBee應(yīng)用的片上系統(tǒng)，其支持2.4 GHz 802.15/ZigBee協(xié)議，集成了高性能2.4 GHz射頻收發(fā)器和T業(yè)級的控制器。CC2430是數(shù)據(jù)采集卡中的關(guān)鍵部分，其用于接收攝像機(jī)A和攝像機(jī)B采集的刀具視頻閣像數(shù)據(jù)，其硬件電路設(shè)計(jì)主要包括傳感器電路、無線發(fā)射/接收電路、串口電路以及紐扣電源。將傳感器電路、無線發(fā)射電路以及紐扣電源集成在一塊數(shù)據(jù)采集和發(fā)射電板上，將串口電路和無線接收電路集成在另一塊數(shù)據(jù)接收電路板上。數(shù)據(jù)采集和發(fā)射電路原理如圖2所示，其采用串口將接收到的刀具視頻圖像數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理模塊中進(jìn)行處理。