一种刀具磨损三维形貌检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种刀具磨损三维形貌检测方法，通过先对刀具磨损区各部分进行分层对焦图像捕获，在此基础上判断获得刀具磨损区域的最清晰像素点，最后再结合三维建模的方式构建出刀具磨损区域的三维模型，实现针对刀具磨损区域的检测，解决了现有技术对刀具磨损区检测的缺点与不足，有效将分层扫描拍照技术与三维建模技术相结合应用到刀具磨损区检测上，整体上针对刀具磨损区域实现了快速、精确的检测。
【专利说明】一种刀具磨损三维形貌检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种刀具磨损三维形貌检测方法。
【背景技术】
[0002]刀具磨损对工件表面加工质量有着重要的影响。近年来，国内研究者对刀具磨损状态检测技术进行了大量研究，这些研究主要倾向于以下三个方面:(I)对刀具在切削过程中产生的切屑进行测量，该方法是一种间接测量方法，尚处于理论研究阶段；(2)监视特定的机床参数，用来判断刀具的磨损情况，也是一种间接测量方法，虽然操作较为容易，但是精度不高；(3)直接对刀具进行观测，该方法操作虽然精度较高，但是实现较难。
[0003]刀具的磨损区域集中在微米级的研究范围，因而对于测量提出了更高的要求。目前，由于三维测量设备的应用限制，通过图像处理的刀具磨损分析一直局限在二维形貌的分析上，磨钝标准的制定也仅限于平面二维参数方面的度量，比如:前刀面的月牙洼磨损深度KT，刀尖磨损最大值VC，主沟槽磨损量VN，后刀面磨损宽度VB。而对于刀具磨损程度的更深程度的认识需要了解磨损区域的三维形貌。
[0004]刀具磨损区域的三维重建属于显微三维表面重构的范畴。传统的三维重建方法比如双目视觉的方法，由于显微照片的背景和结构关系简单、对比度低、光学畸变等原因难以确定特征点并进行有效的匹配；结构光三维重建方法又由于系统结构复杂，标定困难等原因推广较难，此外，国内外对刀具磨损区域的三维重建的研究都鲜有报道。
【发明内容】
[0005]针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于分层扫描拍照和三维建模方法，能够有效精确实现针对刀具磨损区检测的刀具磨损三维形貌检测方法。
[0006]本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本发明设计了一种刀具磨损三维形貌检测方法，包括如下步骤:
[0007]步骤001.将刀具置于图像捕获装置下，图像捕获装置的图像捕获方向指向刀具磨损区域，并且调节图像捕获装置的竖直高度，使得图像捕获装置的对焦区域位于刀具磨损区域的最底端，通过图像捕获装置获取此时捕获的图像；
[0008]步骤002.依次将图像捕获装置竖直向上移动预设距离Ah，直至图像捕获装置的对焦区域位于刀具磨损区域的最顶端，并且获得每次图像捕获装置竖直向上移动预设距离Ah后捕获的图像；
[0009]步骤003.针对所有图像中的每一个像素点，比较判断各幅图像中刀具磨损区域同一位置像素点中的最清晰像素点，即获得各幅图像中刀具磨损区域中的最清晰像素点；
[0010]步骤004.根据各幅图像中刀具磨损区域中的最清晰像素点和各幅图像的拍摄顺序进行三维建模，获得刀具磨损区域的三维模型，进而获得刀具磨损区域的磨损体积。
[0011]作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤003包括如下步骤:
[0012]步骤00301.针对各幅图像中的每一个像素点，比较判断各幅图像中同一位置像素点中的最清晰像素点；
[0013]步骤00302.分别删除各幅图像中除刀具磨损区域以外其它区域的最清晰像素点，获得各幅图像中刀具磨损区域中的最清晰像素点。
[0014]作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤00301具体包括如下步骤:
[0015]步骤00301a.针对各幅图像中的每一个像素点，获得各个像素点所对应区域的亮度值方差；
[0016]其中，像素点和与其相邻像素点所在区域为该像素点所对应区域；
[0017]步骤00301b.针对各幅图像中每一个像素点作如下操作:比较判断各幅图像中同一位置上像素点所对应区域的亮度值方差的最大值，并获得该亮度值方差最大值所对应区域对应的像素点，将该像素点作为各幅图像中该同一位置像素点中的最清晰像素点。
[0018]作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤004包括如下步骤:
[0019]步骤00401.分别针对每一幅图像，将图像中刀具磨损区域中最清晰像素点和其它像素点之间进行二值化处理；
[0020]步骤00402.根据各幅经过二值化处理的图像和各幅图像的拍摄顺序进行三维建模，获得刀具磨损区域的三维模型，进而获得刀具磨损区域的磨损体积。
[0021]作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤001中，将刀具置于图像捕获装置下的同时，在刀具两侧放置相互平行的两个线光源，线光源的照射方向指向刀具。
[0022]作为本发明的一种优选技术方案:所述图像捕获装置为CXD显微镜。
[0023]本发明所述一种刀具磨损三维形貌检测方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
[0024](I)本发明设计的刀具磨损三维形貌检测方法，通过先对刀具磨损区各部分进行分层对焦图像捕获，在此基础上判断获得刀具磨损区域的最清晰像素点，最后再结合三维建模的方式构建出刀具磨损区域的三维模型，实现针对刀具磨损区域的检测，解决了现有技术对刀具磨损区检测的缺点与不足，有效将分层扫描拍照技术与三维建模技术相结合应用到刀具磨损区检测上，整体上针对刀具磨损区域实现了快速、精确的检测；
[0025](2)本发明设计的刀具磨损三维形貌检测方法中，针对刀具磨损区域中最清晰像素点的获得，设计了简便的实现过程，针对各幅图像，由整幅图像上的像素点着手进行同一位置像素点的比较判断，再在此基础之上，排除刀具磨损区域以外其他区域的最清晰像素点，最终获得刀具磨损区域中的最清晰像素点，整个过程简洁明了，易于掌控；
[0026](3)本发明设计的刀具磨损三维形貌检测方法中，针对比较判断各幅图像同一位置像素点中最清晰像素点，同样具体设计了简便的过程，通过将像素点引申扩展为区域，并引入区域的亮度值方差属性，采用亮度值方差属性的比较，实现获得最大亮度值方差属性对应的区域，再由区域反推至像素点，从而实现最清晰像素点的获取，整个过程便捷，易于掌控，且针对整个比较判断过程，不局限于亮度值方差属性的应用，更可结合实际具体应用引入其它属性实现整个过程，有效提高最清晰像素点比较判断过程的精度；
[0027](4)本发明设计的刀具磨损三维形貌检测方法中，针对刀具磨损区域的三维建模过程中，优选设计引入二值化处理，针对三维建模的源数据进行二值化处理，使得刀具磨损区域与除刀具磨损区域以外其它区域之间形成鲜明的对比，有效降低三维建模过程中数据的复杂度，提高三维建模的运算效率，将三维建模的重点直接落入刀具磨损区域，保证了终刀具磨损区域最终检测的高精度；
[0028](5)本发明设计的刀具磨损三维形貌检测方法中，针对图像捕获装置对刀具磨损区域的对焦图像捕获过程，优选设计了在刀具两侧放置相互平行的两个线光源，有效提高了图像捕获装置对刀具磨损区域捕获图像的清晰度；并且实际应用中，结合图像捕获装置选择CCD显微镜，能够更加有效提高了拍照图像的清晰度。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明设计刀具磨损三维形貌检测方法流程示意图；
[0030]图2是本发明设计刀具磨损三维形貌检测方法中各幅图像中同一位置像素点的比较示意图。
[0031]其中，1.针对刀具磨损区捕获的图像。
【具体实施方式】
[0032]下面结合说明书附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0033]如图1所示，本发明设计一种刀具磨损三维形貌检测方法，包括如下步骤:
[0034]步骤001.将刀具置于图像捕获装置下，图像捕获装置的图像捕获方向指向刀具磨损区域，并且调节图像捕获装置的竖直高度，使得图像捕获装置的对焦区域位于刀具磨损区域的最底端，通过图像捕获装置获取此时捕获的图像；
[0035]步骤002.依次将图像捕获装置竖直向上移动预设距离Ah，直至图像捕获装置的对焦区域位于刀具磨损区域的最顶端，并且获得每次图像捕获装置竖直向上移动预设距离Ah后捕获的图像；
[0036]步骤003.针对所有图像中的每一个像素点，比较判断各幅图像中刀具磨损区域同一位置像素点中的最清晰像素点，即获得各幅图像中刀具磨损区域中的最清晰像素点；
[0037]步骤004.根据各幅图像中刀具磨损区域中的最清晰像素点和各幅图像的拍摄顺序进行三维建模，获得刀具磨损区域的三维模型，进而获得刀具磨损区域的磨损体积。
[0038]本发明设计的以上刀具磨损三维形貌检测方法，通过先对刀具磨损区各部分进行分层对焦图像捕获，在此基础上判断获得刀具磨损区域的最清晰像素点，最后再结合三维建模的方式构建出刀具磨损区域的三维模型，实现针对刀具磨损区域的检测，解决了现有技术对刀具磨损区检测的缺点与不足，有效将分层扫描拍照技术与三维建模技术相结合应用到刀具磨损区检测上，整体上针对刀具磨损区域实现了快速、精确的检测。
[0039]本发明基于以上设计的刀具磨损三维形貌检测方法技术方案基础之上，还设计了如下优选技术方案:其中，述步骤003包括如下步骤:
[0040]步骤00301.针对各幅图像中的每一个像素点，比较判断各幅图像中同一位置像素点中的最清晰像素点；
[0041]步骤00302.分别删除各幅图像中除刀具磨损区域以外其它区域的最清晰像素点，获得各幅图像中刀具磨损区域中的最清晰像素点。
[0042]由以上针对步骤003设计的具体步骤过程，针对刀具磨损区域中最清晰像素点的获得，设计了简便的实现过程，针对各幅图像，由整幅图像上的像素点着手进行同一位置像素点的比较判断，再在此基础之上，排除刀具磨损区域以外其他区域的最清晰像素点，最终获得刀具磨损区域中的最清晰像素点，整个过程简洁明了，易于掌控。
[0043]还有，所述步骤00301具体包括如下步骤:
[0044]步骤00301a.针对各幅图像中的每一个像素点，获得各个像素点所对应区域的亮度值方差；
[0045]其中，像素点和与其相邻像素点所在区域为该像素点所对应区域；
[0046]步骤00301b.针对各幅图像中每一个像素点作如下操作:比较判断各幅图像中同一位置上像素点所对应区域的亮度值方差的最大值，并获得该亮度值方差最大值所对应区域对应的像素点，将该像素点作为各幅图像中该同一位置像素点中的最清晰像素点。
[0047]以上针对比较判断各幅图像同一位置像素点中最清晰像素点，同样具体设计了简便的过程，通过将像素点引申扩展为区域，并引入区域的亮度值方差属性，采用亮度值方差属性的比较，实现获得最大亮度值方差属性对应的区域，再由区域反推至像素点，从而实现最清晰像素点的获取，整个过程便捷，易于掌控，且针对整个比较判断过程，不局限于亮度值方差属性的应用，更可结合实际具体应用引入其它属性实现整个过程，有效提高最清晰像素点比较判断过程的精度。
[0048]不仅如此，所述步骤004具体可以包括如下步骤:
[0049]步骤00401.分别针对每一幅图像，将图像中刀具磨损区域中最清晰像素点和其它像素点之间进行二值化处理；
[0050]步骤00402.根据各幅经过二值化处理的图像和各幅图像的拍摄顺序进行三维建模，获得刀具磨损区域的三维模型，进而获得刀具磨损区域的磨损体积。
[0051]针对刀具磨损区域的三维建模过程中，优选设计引入二值化处理，针对三维建模的源数据进行二值化处理，使得刀具磨损区域与除刀具磨损区域以外其它区域之间形成鲜明的对比，有效降低三维建模过程中数据的复杂度，提高三维建模的运算效率，将三维建模的重点直接落入刀具磨损区域，保证了终刀具磨损区域最终检测的高精度。
[0052]并且，所述步骤001中，将刀具置于图像捕获装置下的同时，在刀具两侧放置相互平行的两个线光源，线光源的照射方向指向刀具，有效提高了图像捕获装置对刀具磨损区域捕获图像的清晰度；并且实际应用中，结合图像捕获装置选择CCD显微镜，能够更加有效提高了拍照图像的清晰度。
[0053]本发明设计的刀具磨损三维形貌检测方法在实际应用过程当中，具体包括如下步骤:
[0054]步骤001.将刀具置于C⑶显微镜下，将刀具置于C⑶显微镜下的同时，在刀具两侧放置相互平行的两个线光源，线光源的照射方向指向刀具，CCD显微镜的图像捕获方向指向刀具磨损区域，并且调节CXD显微镜的竖直高度，使得CXD显微镜的对焦区域位于刀具磨损区域的最底端，通过CCD显微镜获取此时捕获的图像；
[0055]步骤002.依次将CXD显微镜竖直向上移动预设距离Λ h，直至CXD显微镜的对焦区域位于刀具磨损区域的最顶端，并且获得每次CXD显微镜竖直向上移动预设距离Ah后捕获的图像；
[0056]如图2所示，步骤003.针对所有图像中的每一个像素点，比较判断各幅图像中刀具磨损区域同一位置像素点中的最清晰像素点，即获得各幅图像中刀具磨损区域中的最清晰像素点，包括如下步骤:
[0057]步骤00301.针对各幅图像中的每一个像素点，比较判断各幅图像中同一位置像素点中的最清晰像素点，其中该步骤具体包括如下步骤:
[0058]步骤00301a.针对各幅图像中的每一个像素点，获得各个像素点所对应区域的亮度值方差；
[0059]其中，像素点和与其相邻像素点所在区域为该像素点所对应区域；对于像素点所对应区域的亮度值方差来说，是将彩色图像上该像素点所对应区域的三个颜色分量独立开，分别求得该像素点所对应区域三个颜色分量亮度的平均值R、G、B，紧接着再求得该像素点所对应区域三个颜色分量亮度的方差D (R)、D (G)、D (B)，最终获得该像素点所对应区域的三个颜色分量亮度的方差和D = D (R) +D (G) +D (B)，即该像素点所对应区域的亮度值方差为D0
[0060]步骤00301b.针对各幅图像中每一个像素点作如下操作:比较判断各幅图像中同一位置上像素点所对应区域的亮度值方差的最大值，并获得该亮度值方差最大值所对应区域对应的像素点，将该像素点作为各幅图像中该同一位置像素点中的最清晰像素点。
[0061]步骤00302.分别删除各幅图像中除刀具磨损区域以外其它区域的最清晰像素点，获得各幅图像中刀具磨损区域中的最清晰像素点。
[0062]步骤004.根据各幅图像中刀具磨损区域中的最清晰像素点和各幅图像的拍摄顺序进行三维建模，获得刀具磨损区域的三维模型，进而获得刀具磨损区域的磨损体积，具体包括如下步骤:
[0063]步骤00401.分别针对每一幅图像，将图像中刀具磨损区域中最清晰像素点和其它像素点之间进行二值化处理；
[0064]步骤00402.根据各幅经过二值化处理的图像和各幅图像的拍摄顺序，采用MATLAB进行三维建模，获得刀具磨损区域的三维模型，再根据三维模型中刀具磨损区域的二维面积和刀具磨损区域磨损前后的高度差，获得刀具磨损区域的磨损体积，实现针对刀具磨损区域的检测。
[0065]综上所述，本发明设计的刀具磨损三维形貌检测方法，有效将分层扫描拍照技术与三维建模技术相结合应用到刀具磨损区检测上，整体上针对刀具磨损区域实现了快速、精确的检测；其中，针对比较判断各幅图像同一位置像素点中最清晰像素点，通过将像素点引申扩展为区域，并引入区域的亮度值方差属性，采用亮度值方差属性的比较，实现获得最大亮度值方差属性对应的区域，有效提高最清晰像素点比较判断过程的精度；并且，针对刀具磨损区域的三维建模过程中，优选设计引入二值化处理，使得刀具磨损区域与除刀具磨损区域以外其它区域之间形成鲜明的对比，有效降低三维建模过程中数据的复杂度，提高三维建模的运算效率，将三维建模的重点直接落入刀具磨损区域，保证了终刀具磨损区域最终检测的高精度，整个方法在实际应用中具有广泛的推广价值。
[0066]上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
【权利要求】
1.一种刀具磨损三维形貌检测方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤001.将刀具置于图像捕获装置下，图像捕获装置的图像捕获方向指向刀具磨损区域，并且调节图像捕获装置的竖直高度，使得图像捕获装置的对焦区域位于刀具磨损区域的最底端，通过图像捕获装置获取此时捕获的图像； 步骤002.依次将图像捕获装置竖直向上移动预设距离Λ h，直至图像捕获装置的对焦区域位于刀具磨损区域的最顶端，并且获得每次图像捕获装置竖直向上移动预设距离Ah后捕获的图像； 步骤003.针对所有图像中的每一个像素点，比较判断各幅图像中刀具磨损区域同一位置像素点中的最清晰像素点，即获得各幅图像中刀具磨损区域中的最清晰像素点； 步骤004.根据各幅图像中刀具磨损区域中的最清晰像素点和各幅图像的拍摄顺序进行三维建模，获得刀具磨损区域的三维模型，进而获得刀具磨损区域的磨损体积。
2.根据权利要求1所述一种刀具磨损三维形貌检测方法，其特征在于:所述步骤003包括如下步骤: 步骤00301.针对各幅图像中的每一个像素点，比较判断各幅图像中同一位置像素点中的最清晰像素点； 步骤00302.分别删除各幅图像中除刀具磨损区域以外其它区域的最清晰像素点，获得各幅图像中刀具磨损区域中的最清晰像素点。
3.根据权利要求2所述一种刀具磨损三维形貌检测方法，其特征在于，所述步骤00301具体包括如下步骤: 步骤00301a.针对各幅图像中的每一个像素点，获得各个像素点所对应区域的亮度值方差; 其中，像素点和与其相邻像素点所在区域为该像素点所对应区域； 步骤00301b.针对各幅图像中每一个像素点作如下操作:比较判断各幅图像中同一位置上像素点所对应区域的亮度值方差的最大值，并获得该亮度值方差最大值所对应区域对应的像素点，将该像素点作为各幅图像中该同一位置像素点中的最清晰像素点。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述一种刀具磨损三维形貌检测方法，其特征在于，所述步骤004包括如下步骤: 步骤00401.分别针对每一幅图像，将图像中刀具磨损区域中最清晰像素点和其它像素点之间进行二值化处理； 步骤00402.根据各幅经过二值化处理的图像和各幅图像的拍摄顺序进行三维建模，获得刀具磨损区域的三维模型，进而获得刀具磨损区域的磨损体积。
5.根据权利要求1所述一种刀具磨损三维形貌检测方法，其特征在于:所述步骤001中，将刀具置于图像捕获装置下的同时，在刀具两侧放置相互平行的两个线光源，线光源的照射方向指向刀具。
6.根据权利要求1所述一种刀具磨损三维形貌检测方法，其特征在于:所述图像捕获装置为CXD显微镜。
【文档编号】G01B11/24GK104180770SQ201410455936
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】袁铁军, 孟龙晖, 张秀丽 申请人:盐城工学院