数控加工机床因加工效率高且工序集中等特点，成为了制造业中主要加工设备。其中刀具是机床的直接执行件，加工过程中与工件和切屑直接接触，受到剧烈的摩擦和冲击，极易产生磨损，影响机床性能和加工质量。

据统计，因刀具磨损造成机床停机时间占全部停机时间的20%，而有效的监测系统能提高10%~50%的加工效率，降低10%~40%的生产成本。因此，实现刀具的在线监测，建立完整的刀具数据库管理系统，具有重要的意义。

一、检测方式

目前刀具磨损检测大致可分为直接检测和间接检测两种方式，具体分类如下。

（1）间接检测法

间接法是利用在切削加工过程中与刀具破损相关的变量参数来间接获取刀具磨损状态，常用的变量参数有切削力、温度、振动、主轴电流和功率等，是传统的刀具磨损检测方法；无需在设备停机或者切削过程间隔中监测，但不能获得具体的刀具磨损量，易受传感器信号受加工工况、环境噪声和机床固有噪声的影响，较难保证检测结果的准确性。

（2）直接检测法

通过检测刀具几何尺寸或表面纹理是否发生变化判断刀具当前状态，常用方法有放射线法、接触法和视觉检测法等。

放射线法就是在刀具的表面涂抹一定量放射性物质，利用放射线传感器进行检测，当未检测到放射性物质时，说明刀具已经磨钝。该方法检测相对片面，且容易造成放射性污染且无法实现在线检测。

接触法使用接触式传感器来感知刀具磨损前后尺寸变化，进而判断刀具的磨损状况，该方法检测结果精确，但是需要停机，同样无法实现在线检测。

基于视觉的方法是利用视觉传感器获取刀具表面图像，基于图像处理技术提取磨损区域，进行磨损的度量。该方法使用简单、结果精确，且不易受外界条件干扰，不受限于加工条件。

二、视觉方案

通常基于机器视觉的刀具状态检测可分为三类方案：分别为针对刀具、针对加工工件和针对切屑进行分析，本文主要针对直接进行刀具检测方案展开介绍。

1、离线检测

离线检测指将刀具拆卸下来进行状态检测，可基于三轴机械系统及光学成像系统组成。二维位移控制系统和转台旋转系统驱动光学系统至刀具局部＊佳待测位置，利用LED环形光源前向光直向照明，结合像素当量精确测量刀具磨损面积，实现精密检测。

2、在线检测

相较于离线采集，在线检测系统无需拆卸刀具，将视觉采集系统部署在机床内部，设备整体较为集中，不影响机床正常工作，即可实现刀具自动检测。视觉采集系统可采用高分辨率面阵相机+远心镜头+背光，结合自动对焦系统（三轴机床），通过Z方向的移动保证图像的稳定与清晰；可针对车床、铣床等多种机床进行不同系统设计，同时适配多种尺寸刀具，在加工过程中及时发现刀具磨损状况，同时避免了离线检测中二次装夹误差等情况。