• ISSN 0258-2724
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基于改进信息熵的直接刀具状态监测设备部署

由智超 高宏力 郭亮 陈昱呈 刘岳开

由智超, 高宏力, 郭亮, 陈昱呈, 刘岳开. 基于改进信息熵的直接刀具状态监测设备部署[J]. 西南交通大学学报, 2024, 59(1): 160-167. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220025
引用本文: 由智超, 高宏力, 郭亮, 陈昱呈, 刘岳开. 基于改进信息熵的直接刀具状态监测设备部署[J]. 西南交通大学学报, 2024, 59(1): 160-167. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220025
YOU Zhichao, GAO Hongli, GUO Liang, CHEN Yucheng, LIU Yuekai. Equipment Deployment of Direct Tool-Condition Monitoring Based on Improved Information Entropy[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2024, 59(1): 160-167. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220025
Citation: YOU Zhichao, GAO Hongli, GUO Liang, CHEN Yucheng, LIU Yuekai. Equipment Deployment of Direct Tool-Condition Monitoring Based on Improved Information Entropy[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2024, 59(1): 160-167. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220025

基于改进信息熵的直接刀具状态监测设备部署

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220025
基金项目: 国家自然科学基金(51775452)
详细信息
    作者简介:

    由智超(1995—),男,博士研究生,研究方向为刀具状态监测,E-mail:uzc@my.swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    高宏力(1971—),男,教授,研究方向为智能机械状态监测与故障诊断,E-mail:hongli_gao@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TH878;TG714

Equipment Deployment of Direct Tool-Condition Monitoring Based on Improved Information Entropy

  • 摘要:

    在不拆刀情况下,基于机器视觉的在线刀具状态监测系统可完成刀具磨损测量和状态评估,但与在线捕获刀具图像质量息息相关的系统部署参数选择却鲜有研究. 为解决上述问题,本文构建基于改进信息熵的多项式回归模型以实现刀具状态监测系统的最优部署. 首先,使用自适应阈值方法去除捕获刀具图像中背景要素干扰,并通过信息熵指标评估图像中刀具磨损区域的成像质量;然后,构建相机工作距离、曝光时间与所提出评价指标之间的多项式回归模型以描述部署参数与提出评价指标的映射关系;最后,应用最小二乘法求取多项式模型系数获得最优部署参数. 在确保自变量的因子水平涵盖最优部署参数情况下设计正交实验,实验结果表明:提出的评价指标与工作距离、曝光时间等部署参数之间均存在主效应关系,符合光学成像系统的变化规律;与支持向量机、决策树和K近邻(K-nearest neighbor, KNN)算法等非线性回归预测模型相比,三次多项式回归模型预测误差最小,其平均绝对误差、均方误差、均方根误差分别为0.022631, 0.00068, 0.026069;在多项式回归模型求解的最优部署参数下,所捕获的刀具图像的测量精度达到96.76%,提高0.74%,满足刀具状态监测的精度要求.

     

  • 图 1  刀具状态监测系统部署模型构建

    Figure 1.  Deployment model of tool-condition monitoring system

    图 2  在不同参数设置下刀具图像特点

    Figure 2.  Tool image characteristics under different parameter settings

    图 3  自适应阈值处理后刀具图像

    Figure 3.  Tool images processed with adaptive threshold

    图 4  在线刀具状态监测系统

    Figure 4.  Online tool-condition monitoring system

    图 5  不同图像评价指标下的主效应对比

    Figure 5.  Comparison of main effects under different indexes of image quality assessment

    图 6  多项式回归模型的三维图

    Figure 6.  3D plot of polynomial regression model

    图 7  不同部署情况下捕获图像的分割效果

    Figure 7.  Segmentation effect of captured images in different deployment conditions

    表  1  相机工作距离和曝光时间的水平

    Table  1.   Levels of camera working distance and exposure time

    因子水平工作距离/mm曝光时间/μs
    1−231.175500
    2−231.375700
    3−231.575900
    4−231.7751100
    5−231.9751300
    6−232.1751500
    7−232.3751700
    8−232.5751900
    9−232.7752100
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    表  2  不同最高项次数下的模型预测误差

    Table  2.   Model prediction errors under different highest terms

    最高项数/次eMAEeMSEeRMSE
    20.0258470.0007580.027525
    30.0226310.0006800.026069
    40.0231760.0007990.028260
    50.0231220.0007560.027500
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    表  3  不同回归模型的预测误差

    Table  3.   Model prediction errors under different regression models

    回归模型eMAEeMSEeRMSE
    DT0.0472960.0035250.059371
    SVM0.0819450.0089550.094628
    KNN0.0762040.0094350.097136
    PR0.0226310.0006800.026069
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-10
  • 修回日期:  2022-03-17
  • 网络出版日期:  2023-01-13
  • 刊出日期:  2022-03-28

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