【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于切削加工，具体的为一种基于超分辨率重构的切削加工区域温度场在线监测方法。
技术介绍
1、切削加工过程中所消耗的能量将大部分转化为切削热，该部分产生的切削热将会直接使得切削加工区域温度升高，进而使得切削加工过程中刀具与工件表面发生各类物理、化学反应。现有研究已指出，切削加工区域的高温将会直接使得刀尖、工件等发生热变形，对加工质量造成影响。此外，部分学者指出，切削加工区域的温度会直接促使刀具表面发生粘结与扩散现象，加速刀具磨损，对工件寿命产生直接影响。因此，为实现减少刀具磨损速率、控制零件加工精度与加工质量等目的，必须实现对切削加工区域内部温度场的精确、实时感知，但目前对于切削加工温度场的准确感知被公认为是切削加工领域的难题之一。
2、目前，关于切削加工区域在线测量的常用测温技术主要有自然热电偶、嵌入式热电偶、热喷涂法以及红外热像仪法。
3、自然热电偶法的基本原理是基于工件和刀具是两种不同的材料，两者之间的接触区域可以形成一个热节点，这样在刀具与工件之间可以形成一对自然的热电偶对极，进而可以产生电动势，以刀具材料或者工件材料本身作为冷节点，结合电动势与冷节点从而计算出切削加工区域温度。该类方法简单易行，但是具有明显缺点，主要包括：(1)只能获取切削区域的平均温度，然而切削加工区域不同位置温度并不相同，该类平均温度无法对切削加工过程温度控制提供实际指导；(2)利用自然热电偶法测温需要在测温之前需要对不同的刀具-工件材料进行准确标定，而相应标定依据与标定规范又仍有所缺乏，会直接使得切削温度测量产生较
4、嵌入式热电偶法发展于自然热电偶法的基础之上，主要是利用现有标定好的热电偶，如k-型热电偶等，通过诸如钻孔、粘结等方式嵌入到刀具内部或表面，进而实现对切削加工区域内某个特定点的测量技术。利用该类方法不容易受到外界干扰，且解决了前序方法中的标定难题。但是该类方法通常需要破坏刀具结构，直接削弱刀具强度，进而导致刀具寿命减少，不符合企业生产实际需求。此外，热电偶测量点需要尽可能的靠近切削加工区域，可能会造成安全隐患。
5、热喷涂料法是通过在切削加工区域喷涂温变颜料，通过观测涂料颜色变化，对照涂料颜色-温度表从而获取切削加工过程中切削加工区域的内部温度分布。该类方法虽然无需破坏工件几何外观，能够保证刀具强度，但是由于涂料颜色随温度变化并非十分敏感，导致该方法预测得到的切削温度并不准确。此外，该类方法需要在工件表面喷涂温变颜料，该颜料会破坏工件的性能质量，同样不符合切削加工生产实际。
6、目前，红外热像仪法被公认为是测量温度场最为便利的方法，其主要是通过获取切削加工过程中工件材料的热辐射，进而实现对切削加工区域的非接触热成像。相比于上述方法，基于热辐射的红外热像仪测温方法具有更大的测温范围、更快的响应速度以及非接触测量的优势，在切削加工领域的温度测量中得到了广泛的应用。
7、然而，在利用热成像仪获取切削加工区域温度场变化情况时候，由于加工区域限制，以及切削加工切削飞溅的影响，导致红外热像仪无法靠近切削加工区域，使得切削加工区域温度的红外成像质量较低，无法获取切削加工区域温度场各个位置点温度的准确变化情况。此外，现有红外热像仪分辨率通常较低，难以准确、直接获取详细的切削加工区域温度具体数值。尽管目前已有超高分辨率的红外热像仪，但是该类热像仪通常价格极为高昂，在运用到切削加工区域的温度场监测中，会极大加大企业生产成本。因此，如何基于低分辨率红外热像仪，在远距离测量条件下，实现切削加工区域温度场的准确重构，精准获取切削加工区域中各点的准确数值，实现经济有效的切削加工区域温度场监测已成为亟待解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于超分辨率重构的切削加工区域温度场在线监测方法，解决了现有低分辨率、远程拍摄环境下的切削加工区域温度场成像精度低、测温区域局限度高的问题，实现了切削加工区域温度场的准确拍摄，建立了可靠、准确的切削加工区域温度场模型，实现了可靠、有效的切削加工区域温度场监测。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于超分辨率重构的切削加工区域温度场在线监测方法，包括如下步骤：
4、步骤一：采集切削加工红外热成像数据，实时获取切削加工区域的温度场红外图像
5、11)构建现场可实施环境下的切削加工区域三维场系统模型；
6、12)基于重要度分析，获取切削加工红外热成像潜在可能的热成像位置；
7、13)对各热成像位置进行排序，获得切削加工红外热成像的最佳热成像位置；
8、14)在最佳热成像位置处利用红外热像仪实时采集切削加工区域的温度场红外图像；
9、步骤二：提取切削加工红外热成像roi区域
10、针对采集得到的温度场红外图像自动提取图像中的roi区域，得到切削加工区域的红外热图像；
11、步骤三：基于多尺度字典解析与稀疏编码以重构切削加工区域温度场
12、31)基于稀疏编码对红外热图像进行稀疏表达；
13、32)基于多尺度字典重构切削加工区域温度场的高精度热图像。
14、进一步，所述步骤12)中，假定共有i个点为潜在可能的成像位置，基于获取的i个点，利用贝叶斯后验概率获取潜在的可能位置，表示为：
15、
16、其中，p(s＝{w}∣xi＝{w})和p(s＝{w}∣xi＝{f})分别表示温度测量系统中可能无法测量到切削区域的概率；和[bel({ws}∣{fx,}),pl({ws}∣{fx,})]分别表示温度测量系统能够正常测量的任值与似然值。
17、进一步，所述步骤13)中，获得切削加工红外热成像的最佳热成像位置的方法步骤为：
18、131)构建原始决策矩阵
19、假设存在n个解决方案，且各个热成像位置的可靠性参数表示为：
20、v＝{v1,v2,…,vn}
21、其中，vj表示第j个解决方案所对应的热成像位置可靠性参数；j＝1,2,…,n；
22、属性权重表示为：
23、ω＝{ω1,ω2,…,ωn}
24、其中，ωj表示第j个解决方案所对应的热成像位置属性权重；
25、存在n个解决方案，m个热成像位置，则可构建m×n个原始决策矩阵，表示为：
26、
27、其中，a表示原始决策矩阵；ajk表示第j个热成像位置对应的第k个解决方案；j＝1,2,…,m；k＝1,2,…,n；
28、132)利用熵权法对属性进行标准化处理
29、
30、其中，a′ij表示负向指标标准化处理方式；aij表示正向指标标准化处理方式；amj示原始决策矩阵中第m行第j列的值；min(a1j,…amj)表示第j列的最小值；max(a1j,…amj)表示第j列的最大值；
31、计算各个本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于超分辨率重构的切削加工区域温度场在线监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于超分辨率重构的切削加工区域温度场在线监测方法，其特征在于：所述步骤12)中，假定共有i个点为潜在可能的成像位置，基于获取的i个点，利用贝叶斯后验概率获取潜在的可能位置，表示为：
3.根据权利要求1所述基于超分辨率重构的切削加工区域温度场在线监测方法，其特征在于：所述步骤13)中，获得切削加工红外热成像的最佳热成像位置的方法步骤为：
4.根据权利要求1所述基于超分辨率重构的切削加工区域温度场在线监测方法，其特征在于：所述步骤二中，利用自适应阈值分割的方法，对图像特征进行提取，通过遍历像素点，将整个图像分为背景与前景，原理为：
5.根据权利要求1所述基于超分辨率重构的切削加工区域温度场在线监测方法，其特征在于：所述步骤31)中，基于稀疏编码对红外热图像进行稀疏表达方法为：
6.根据权利要求1所述基于超分辨率重构的切削加工区域温度场在线监测方法，其特征在于：步骤32)中，基于多尺度字典重构切削加工区域温度场的高精度热
...【技术特征摘要】
1.一种基于超分辨率重构的切削加工区域温度场在线监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于超分辨率重构的切削加工区域温度场在线监测方法，其特征在于：所述步骤12)中，假定共有i个点为潜在可能的成像位置，基于获取的i个点，利用贝叶斯后验概率获取潜在的可能位置，表示为：
3.根据权利要求1所述基于超分辨率重构的切削加工区域温度场在线监测方法，其特征在于：所述步骤13)中，获得切削加工红外热成像的最佳热成像位置的方法步骤为：
4.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨华，孙晓强，
申请(专利权)人：重庆工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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