基于面阵CCD的刀具磨损精密检测系统设计

麻朋威，廖 平

(中南大学高性能复杂制造国家重点实验室，湖南长沙 410083)

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在数控加工中，对刀具磨损检测分为直接检测法和间接检测法，直接法包括接触法、光学图像法及放射线法等；间接法包括切削力法、声发射法、功率法、振动法及温度法等[1-2]。随着制造智能化、精细化的发展，对刀具磨损信息监测提出了更高的要求，因此需要构建更加精密的系统。目前市场上主要以国外产品为主，且精度无法达到μm级，国内对磨损精密检测系统研究较少，大都在实验室阶段。对刀具磨损精密检测系统的研究，既能减少对国外技术的依赖，又能推动我国智能制造的发展。

CCD即电荷耦合器件是一种半导体图像传感器。它通过光电转换可以将位移、角度、尺寸、宽度等几何信息转换成电荷信号[3-4]，在工业相机、机器视觉等领域，面阵CCD不可或缺，但大都应用于成像方面，图像传输处理过程复杂且耗费时间长。使用方向性好、光率稳定的激光作为光源，能够让面阵CCD精确产生反映刀具轮廓和尺寸的易处理的二值化数字图像，因此这种检测系统精度高，测量速度快，稳定性好[5-6]。

本文设计了一种刀具磨损精密检测系统，对加工中心刀具进行非接触式直接测量。系统使用ICX205AL作为光电传感器，采用直射式激光作为光源。基于FPGA产生CCD驱动所需时序信号，同时设计了前置电路来处理CCD输出的二维视频模拟信号，并生成二维二值化数字图像由上位机处理，采用LOF算法剔除异常点。……