在数控加工中心中,为了减少非生产时间,提高加工效率,有必要研制高精度、高效率的刀具测量系统。本文通过对各种刀具测量技术的比较和分析,提出基于图像处理技术的数字图像刀具测量机方案。数字图像刀具测量机由机械运动平台、光学照明装置、CCD成像单元、数字图像处理软件模块和硬件接口模块组成。系统的工作原理是采用CCD相机摄取刀具图像,利用USB接口将图像传输到计算机中,并由数字图像处理软件完成刀具图像检测,最后刀具的几何参数通过RS-232接口输出。 本文重点讨论了刀具图像二值化、边缘检测、轮廓特征点提取、亚像素边缘定位等图像处理算法。采用最大类间方差阈值法将灰度图像分割为二值图像,比较了图像形态学与经典微分算子在边缘检测中的特点。提出一种新的轮廓特征点提取方法,它利用最小二乘法拟合轮廓曲线,结合斜率、曲率信息提取特征点。详述了各种亚像素边缘定位方法,采用Zernike 正交矩法、B样条拟合法以及灰度重心法,实现刀具几何参数(长度、角度、半径)的亚像素测量。 本文论述了系统的软硬件实现,分析了测量中各种可能的误差来源和理论测量精度,给出了实际测量结果。试验表明,测量系统可快速、精确、非接触地测量刀具尺寸,满足数控加工的需要。