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《浙江大学》 2003年
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基于计算机视觉的刀具磨损状态监测技术的研究

熊四昌  
【摘要】: 基于计算机视觉的刀具状态监测技术具有传统刀具状态监测方法所没有的优点。本文旨在研究基于计算机视觉的刀具状态监测方法和刀具在各种磨损状态下所表现出的视觉特征。研究以工件表面纹理特征的提取和刀具磨损图像的分割算法为主。工件表面纹理特征的提取以随机图像纹理模型为基础,分别研究了基于分数布朗运动理论和马尔可夫随机场理论的图像纹理特征参数的提取方法和应用。刀具磨损图像的分割算法建立在马尔可夫随机场理论基础上,推导出合理的计算方法,并在此基础上计算了刀具磨损VB值及其它参数。本研究采用的基于计算机视觉的方法为刀具状态监测技术的开发提供了一种新思路。本文各章的主要内容如下: 第一章首先阐述了刀具状态监测技术的研究背景和重要性,对刀具状态监测技术的发展状况作了深入阐述。综合比较研究了传统刀具状态监测方法的特点,阐明了计算机视觉的原理和其在刀具状态监测中的应用与优点。 第二章分析了刀具磨损形态的特征、磨损过程和磨钝标准,从理论上描述了利用后刀面磨损图像进行刀具状态监测的合理性和可行性。同时分析了影响工件表面纹理的主要因素,为后续章节研究基于工件表面纹理的刀具磨损状态监测奠定了基础。 第三章对纹理学原理与其主要研究方法进行了分析,然后结合工件表面图像特征,研究了纹理学特征分析的经典方法—灰度共生矩阵法,并结合工件表面图像,分析了工件表面纹理在归一化灰度共生矩阵中所表现出的特点。 第四章采用分数布朗运动(FBM)的基本理论,对切削工件表面纹理的图像进行分析,提取纹理特征参数,根据分形维数和图像上对数功率谱的拟合曲线的平均斜率来判断刀具的磨损状态。并研究了图像噪声对该方法的影响,实验表明,该方法对车削工件表面纹理具有较好的识别能力。 第五章引入了马尔可夫随机场理论,建立了马尔可夫随机场纹理模型,对工件表面纹理图像进行了分析。提出了基于Gibbs分布和基于近邻像元的两种纹理模型参数估计方法以提取工件表面纹理特征,并利用纹理特征参数对刀具的磨损 浙江大学博士学位论文 状态进行判别。研究了小角度的旋转和图像噪声污染对马尔可夫随机场模型的纹 理特征的影响。 第六章以马尔可夫随机场理论为基础,提出刀具磨损区域分割算法,推导了 松弛迭代更新公式,并用该方法对图像分割问题进行求解,获得了MAP准则下将 刀具图像的分割结果。在此基础上,使用峰值带宽法从磨损区图像中分割出目标 区,并通过链码边界搜索法得到了目标区的边界描述。针对边界中存在的分割噪 声使用圆形形态算子对边界进行完整化,最终获得了完整的刀具磨损区图像,为 实现通过刀具磨损区大小来评判刀具磨损程度的方法奠定基础。 第七章研究了基于计算机视觉的刀具状态监测技术在车削监测中的应用。首 先介绍了刀具状态监测系统的基本组成,说明了刀具磨损状态的监测步骤。然后 基于车削实验所得到的数据,使用前述章节的各种纹理分析方法对工件表面纹理 进行分析和讨论。最后利用基于马尔可夫随机场的图像分割模型对刀具后刀面图 像的磨损区进行分割,分析了分割结果,取得了满意的效果。 第八章对全文工作进行了总结,并归纳了论文的创新点,对进一步的研究工 作提出了设想和展望。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP277

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 王文标;基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究[D];大连海事大学;2010年
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6 宋新玉;镍基合金Inconel 718高速切削刀具磨损机理研究[D];山东大学;2010年
7 李华蓉;基于图段的彩色地图线要素智能识别[D];武汉大学;2010年
8 沈路;数学形态学在机械故障诊断中的应用研究[D];浙江大学;2010年
9 张淑平;基于视觉的并联机器人位姿检测方法研究[D];东华大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
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3 孙静;基于双目立体视觉的多相机三维重建技术实现[D];山东科技大学;2010年
4 林营;基于小波变换的刑事图像处理研究[D];山东科技大学;2010年
5 解斐斐;UAV城市高质量DOM制作方法研究[D];山东科技大学;2010年
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7 张杨;基于双目立体视觉的CCD测距系统设计[D];长春理工大学;2010年
8 管泽鑫;基于图像的水稻病害识别方法的研究[D];浙江理工大学;2010年
9 陈欣欣;基于CT图像的血管分割[D];郑州大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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10 张文彬;基于声音和图像的刀具磨损状态监测技术的研究[D];浙江工业大学;2003年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前9条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 崔晓斌;高速断续切削淬硬钢刀具失效机理研究[D];山东大学;2013年
5 张宗阳;基于最小表面磨损率的刀具磨损及加工表面层特性研究[D];山东大学;2012年
6 李安海;基于钛合金高速铣削刀具失效演变的硬质合金涂层刀具设计与制造[D];山东大学;2013年
7 曹自洋;微细铣削机床、刀具与加工机理的基础研究[D];南京航空航天大学;2009年
8 尹震飚;面向复杂型腔工件高效数控加工的刀具优选技术研究[D];重庆大学;2011年
9 刘强;利用快速刀具伺服车削光学自由曲面的研究[D];吉林大学;2012年
10 王晓琴;钛合金Ti6Al4V高效切削刀具摩擦磨损特性及刀具寿命研究[D];山东大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄丽仁;铣刀楔角对木塑材料切削过程中切削温度的影响[D];南京林业大学;2010年
2 邹浩波;高速切削加工表面粗糙度的研究[D];昆明理工大学;2006年
3 何建林;具有微结构功能表面的刀具及车削性能研究[D];华南理工大学;2011年
4 刘月萍;铣削Ti6Al4V刀具刃口钝化研究[D];山东大学;2010年
5 丁玉发;面向大批量生产的刀具磨损在线识别技术研究[D];华中科技大学;2011年
6 翟银星;数字化车间刀具全生命周期可视化管理系统研究与开发[D];南昌大学;2012年
7 任鹏伟;刀具全生命周期管理系统的研究与开发[D];青岛理工大学;2012年
8 薛庆华;铣削淬硬45钢和40Cr钢的刀具寿命可靠性研究[D];山东大学;2013年
9 戴玲;路面铣刨机刀具的力学分析和优化设计[D];中南林业科技大学;2012年
10 刘伟;盾构机刀具切削的三维数值模拟研究及刀盘的有限元分析[D];燕山大学;2013年
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