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【创世纪小百科】刀具磨耗真相大揭秘

更新时间:2024-07-02      点击次数:125
  1 刀具磨耗的视觉表现
 
  导致刀具磨耗的主要因素是切削温度。
 
  切削时,由于切削温度力相当高,导致刀具的硬度降低,产生变形,逐渐使刀具失去切削能力或使刀口形状改变,从而造成切削尺寸改变,使实际切削量比预定切削量要小,且加工面会全部或部分由光滑面变为粗糙面,还会产生切削力增大、切削温度升高、切削性能改变、积屑范围增大以及动力消耗增加等现象。
 
  而刀具的磨耗方式主要是摩擦式、熔铸式、扩散式、化学式及电解式磨耗。
 
  刀具的磨耗性能可按照正常及异常来分类。
 
  传统切削刀具的使用寿命结束可归结于刀具磨耗逐渐增加,导致刀具破坏或刀具切削刀口突然破损。
 
  刀具的损坏将使切削工件表面品质降低,采用直接或间接测感技术监控刀具的表面品质,可判断切削刀具是否即将结束使用寿命。刀具磨耗性能图如下所示。
 

       从图中可以看出,刀具面磨耗几何外观形状可分为A、B、C 3个区域。
 
  根据ISO对刀具使用寿命的定义,如果刀腹磨耗的平均磨耗值VB>0.3mm,或最大磨耗量VBmax>0.6 mm,则刀具的使用年限已超过刀具的使用寿命。
 
  凹陷磨耗发生于刀具上顶面上,此种磨耗是由于切削过程产生的高温而造成。
 
  2 刀具磨耗的可预测性
 
  切削时一般车刀刀具镶面磨耗区宽度的变化情况如下图所示。
 
此曲线可分为3段,其中大部分的镶面磨耗均集中在刀尖部分。
 
  AB段是初期磨耗区,锐利的刀口会快速地摩擦而有小的磨耗区出现。
 
  BC段是均匀磨耗区,磨耗宽度近似线性匀速增加,直至使刀具近乎缺损为止。
 
  CD段是急速磨耗区,磨耗宽度及速度增加,本区段因刀具温度升高,故作为刀具磨耗敏感性反应的区域,此时,刀具磨耗区域已占全部区域相当大的比例。
 
  3 机器视觉检测原理
 
  以机器视觉为基础的、非接触式刀具磨耗判定辅助系统,是以刀具的磨耗量判定更换刀具的时机。
 
  在此系统中,首先对假设好的刀具取像;之后分为2个阶段,第1阶段为影像处理,第2阶段为磨耗判定。影像处理阶段包括影像摄取驱动与控制及影像处理。
 
  磨耗判定阶段直接依照定位结果进行磨耗量的计算及磨耗分类,由此设计出一套完整的辅助系统。
 
  原文主要是探讨刀具磨耗的改变,只要取得刀具的轮廓,利用LED环形光源对模拟工作台上的刀具取像,扫描影像的方向是由上往下,由左往右,依序搜索特征范围,其横向扫描的搜索方式如下图所示。
 

       4 刀具磨损磨耗的判定
 
  刀具磨耗的实际影像分为正常磨耗和异常磨耗,如下图所示。
 
  
       就正常磨耗而言,刀具的磨耗影像经影像处理后,可清楚地看出磨耗的区域变成黑色,原文将搜寻其特征,并进一步计算磨耗量。
 
  异常磨耗经常是由刀具的断裂和缺损所造成,磨耗的范围也较不规则,且无法经由黑色区域来判断。
 
  在计算磨耗量时,对于正常磨耗的刀具,对黑色像素点进行编号,即利用黑色像素点的总数量作为磨耗量大小的判定;针对异常磨耗的磨耗量,则对濒临报废的刀具的判定是依据框选后的像素面积大小,若大于该像素面积,则判定该刀具已报废;反之,则判定该刀具未报废。
 
  判断出刀具报废与否,即可利用该结果对操作程序做进一步修正。
 
  若该刀具已达到报废标准,则立即更换新的刀具;反之,则将依照其磨耗程度作为操作流程上调节刀具进给量大小的依据。
 
  小结与展望
 
  原文采用机器视觉方法,对车刀刀具做进一步的检验,经过滤波影像处理后,再对磨耗范围做框选,计算最终磨耗量和磨耗面积,并由磨耗量与磨耗面积的结果判定该刀具是否报废,以达到检验的目的。
 
  原文只是在理论上对“视觉检测”进行了探索,并对应用推广过程中的核心技术,做出了如下总结:
 
  高效的检测过程
 
  针对视觉检验的条件,设定取像环境和光源,由于外在的不可控制因素减少,故截取出来的影像中刀具磨耗与影像中的位置相同;因此,在影像处理时,可针对特定范围作分析,以缩小影像尺寸,有效缩短整个流程的总处理时间。
 
  量化的磨损标准
 
  一般正常磨耗的刀具磨耗量不明确,使用精密的测量仪器会增加不少成本,对已使用过一定时间的刀具做检验,准确找到刀具上的磨耗位置,并依据框选范围结果,计算出像素量。
 
  稳定的检测环境
 
  原文所摄取的影像是在实验室内完成的,拍摄时的环境固定,不易有其他干扰因素;但若实际应用于车床机器上,应尽量克服因晃动造成的影响,以及注意拍摄时光源是否一致,避免因光线强度不一致而造成影像处理后的灰度值不尽相同。
 
  精确的监控范围
 
  为使原文所构建的系统能够更加完整,有更多思考的新方向,在选择镜头时,考虑到所应用的刀具磨耗范围极小,定焦后配合最佳光圈值仍无法清晰看见整个刀具的影像,将会在影像处理时造成对于刀尖以外的部分无法辨认,在镜头选择上应多加以比较,对于刀具的完整检验将有莫大的帮助。
 
  最佳的取像角度
 
  由于原文是利用像素大小及磨耗面积作为判定报废的依据,而取像角度更是直接影响磨耗面积大小的因素;所以,在取像角度测试方面,未来可利用试验设计等方法多加测试,以求得最佳的取像角度。

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