數(shù)控加工機床因加工效率高且工序集中等特點，成為了制造業(yè)中主要加工設備。其中刀具是機床的直接執(zhí)行件，加工過程中與工件和切屑直接接觸，受到劇烈的摩擦和沖擊，極易產(chǎn)生磨損，影響機床性能和加工質量。

據(jù)統(tǒng)計，因刀具磨損造成機床停機時間占全部停機時間的20%，而有效的監(jiān)測系統(tǒng)能提高10%~50%的加工效率，降低10%~40%的生產(chǎn)成本。因此，實現(xiàn)刀具的在線監(jiān)測，建立完整的刀具數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有重要的意義。

一、檢測方式

目前刀具磨損檢測大致可分為直接檢測和間接檢測兩種方式，具體分類如下。

（1）間接檢測法

間接法是利用在切削加工過程中與刀具破損相關的變量參數(shù)來間接獲取刀具磨損狀態(tài)，常用的變量參數(shù)有切削力、溫度、振動、主軸電流和功率等，是傳統(tǒng)的刀具磨損檢測方法；無需在設備停機或者切削過程間隔中監(jiān)測，但不能獲得具體的刀具磨損量，易受傳感器信號受加工工況、環(huán)境噪聲和機床固有噪聲的影響，較難保證檢測結果的準確性。

（2）直接檢測法

通過檢測刀具幾何尺寸或表面紋理是否發(fā)生變化判斷刀具當前狀態(tài)，常用方法有放射線法、接觸法和視覺檢測法等。

放射線法就是在刀具的表面涂抹一定量放射性物質，利用放射線傳感器進行檢測，當未檢測到放射性物質時，說明刀具已經(jīng)磨鈍。該方法檢測相對片面，且容易造成放射性污染且無法實現(xiàn)在線檢測。

接觸法使用接觸式傳感器來感知刀具磨損前后尺寸變化，進而判斷刀具的磨損狀況，該方法檢測結果精確，但是需要停機，同樣無法實現(xiàn)在線檢測。

基于視覺的方法是利用視覺傳感器獲取刀具表面圖像，基于圖像處理技術提取磨損區(qū)域，進行磨損的度量。該方法使用簡單、結果精確，且不易受外界條件干擾，不受限于加工條件。

二、視覺方案

通?；跈C器視覺的刀具狀態(tài)檢測可分為三類方案：分別為針對刀具、針對加工工件和針對切屑進行分析，本文主要針對直接進行刀具檢測方案展開介紹。

1、離線檢測

離線檢測指將刀具拆卸下來進行狀態(tài)檢測，可基于三軸機械系統(tǒng)及光學成像系統(tǒng)組成。二維位移控制系統(tǒng)和轉臺旋轉系統(tǒng)驅動光學系統(tǒng)至刀具局部＊佳待測位置，利用LED環(huán)形光源前向光直向照明，結合像素當量精確測量刀具磨損面積，實現(xiàn)精密檢測。

2、在線檢測

相較于離線采集，在線檢測系統(tǒng)無需拆卸刀具，將視覺采集系統(tǒng)部署在機床內(nèi)部，設備整體較為集中，不影響機床正常工作，即可實現(xiàn)刀具自動檢測。視覺采集系統(tǒng)可采用高分辨率面陣相機+遠心鏡頭+背光，結合自動對焦系統(tǒng)（三軸機床），通過Z方向的移動保證圖像的穩(wěn)定與清晰；可針對車床、銑床等多種機床進行不同系統(tǒng)設計，同時適配多種尺寸刀具，在加工過程中及時發(fā)現(xiàn)刀具磨損狀況，同時避免了離線檢測中二次裝夾誤差等情況。?