刀具幾何影像檢測系統之切削角量測開發

The Study of Image Inspection System for Tool Geometry in the Rake Angle

張晉瑋(Jin-Wei Zhang)

指導教授 ： 李炳寅

共同指導教授 ： 陳進益

國立虎尾科技大學/工程學院/機械與電腦輔助工程系碩士班/碩士(2012年)

摘要

機械視覺使用範圍廣泛應用於各種檢測，其中以瑕疵檢測、尺寸量測及動態攝影等為主，其中不乏有機械業、零件加工、科技業等產業正廣泛使用，並且不會破壞待測物品的特性；而本論文應用於刀具尺寸檢測，刀具尺寸精度將影響加工物件品質，又以切削角占據重要角色，如果能有效的量取切削角定能提升刀具品質與壽命。
本論文主旨在於使用Borland C++ Builder研發一套刀具影像檢測系統，搭配控制器截取機械座標系統，並且實行量測自動化、對焦自動化等人性化功能；自行設計蜂巢式環形光源，並搭配三圈不同角度設計的聚焦形LED，解決採光不足的問題，與利用CCD焦距特性與對焦原理並使用Sobel運算子來計算梯度值擷取機台第三維座標，並將數據帶入Borland C++ Builder自行撰寫的最小平方法擬合出曲線，解決二維座標無法量取切削角的問題，並讓精準度能夠更加提升；人機介面以教導式圖片視窗介面提示使用者操作流程步驟，系統可量測主要之泛用刀具，如平銑刀、圓鼻刀、球刀、鉸刀、鑽頭等幾何尺寸，量測功能可量測刀具外徑、圓弧半徑、螺旋角、離隙角、角度與距離等。
本影像檢測系統主要功能中的軸向與徑向切削角量測，其量測之重現性誤差為±0.3度；距離量測重現性誤差為±0.002mm，實驗結果顯示與德國自動刀具量測儀Zoller genius 3之量測數據相比之下，本文的量測數據誤差皆在1%之內。

關鍵字

刀具量測 ； 影像檢測 ； 影像處理 ； 自動對焦 ； 次像素 ； 霍式轉換 ； SOBEL ； 切削角

並列摘要

Computer vision is a universal technology which be chiefly used in flaw detection, dimension measurement, and dynamic photography. Nowadays, such as machinery, process, and technology industry has adopted this technique for some applications. The tool dimension precision mainlyinfluences the quality of process products. If there is a tool inspection and measurement system to measure the tool geometry effectively, we will learn the dimension and adjust the tool grinding works.
The purpose of this dissertation is to develop a tool image inspection and measurement system by Borland C++ Builder. Using the controller to set the coordinate location of the mechanism and implement the humanized functions of autofocus and automatic measurements. Design cellular ring light, and focus shaped LED with three times different angles to solve the problem of inadequate lighting.UsingCCD focal length features and focusing principle and use the Sobel operator to calculate the gradient value to capture the third-dimensional coordinates of the machine .The data written by least squares fitting curve to solve the problem of two-dimensional coordinates can not measure the rake angle and accuracy can be more improved.The human machine interface has a tutoring manner for users to operate the measuring procedures.This proposedmeasurement functions can measure the geometric dimension like the diameter,radius, rake angle,helix angle, axial relief angle, and axial clearance angle of different end mills, reamers, or drills after finishing the tool grinding processes.
The main function of this imaging system in the axial and radial cutting angle measurement, the measurement reproducibility error of ± 0.3 degrees; distance measurement reproducibility error of ± 0.002mm, experimental results show that the automatic tool with Germany measurement instrument Zoller genius 3 of the measured data contrast, the measurement data errors are within 1%.

並列關鍵字

tool measurement ； image inspection ； image processing ； autofocus ； subpixel ； rake angle

參考文獻

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