基于AI的刀具磨損對刨花質(zhì)量和刨花板性能影響的評估

何雨晨 李 園 鄭圣龍 楊兆金 黃鶴鳴 羅邦瑞解林坤 杜官本 周 華 萬 輝*

（1.西南林業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院，云南 昆明 650223；2.昆明飛林人造板集團有限公司，云南昆明 650403；3.西南林業(yè)大學(xué)大數(shù)據(jù)與智能工程學(xué)院，云南 昆明 650224）

刨花板是我國人造板行業(yè)中的主要板種[1]。近年來，我國刨花板產(chǎn)業(yè)無論是產(chǎn)量、質(zhì)量、還是生產(chǎn)裝備、技術(shù)水平都逐步進入了世界前列，生產(chǎn)、消費和國際貿(mào)易量連年穩(wěn)居世界首位，在全球人造板產(chǎn)銷格局中具有重大影響力。據(jù)統(tǒng)計[2]，2022 年，我國刨花板總生產(chǎn)能力達到4 148 萬m3，凈增生產(chǎn)能力253 萬m3，同比增長6.5%，平均單線生產(chǎn)能力上升到13.2 萬m3，刨花板總生產(chǎn)能力及平均單線生產(chǎn)能力均呈持續(xù)上升態(tài)勢。然而，隨著我國質(zhì)量監(jiān)督抽查或全國聯(lián)動監(jiān)督抽查行動的展開，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，刨花板年度產(chǎn)品合格率在66%～95%之間[3]。這說明，盡管我國已成為刨花板生產(chǎn)大國之一，但是市場上依然存在大量低檔次產(chǎn)品，刨花板產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。為進一步推動刨花板產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，未來我國刨花板行業(yè)發(fā)展趨勢將通過過程控制與診斷不斷完善企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模、管理水平和不斷提高生產(chǎn)技術(shù)裝備等方法，逐步提高我國刨花板產(chǎn)品的總體質(zhì)量水平[4]。通過文獻調(diào)研發(fā)現(xiàn)：我國的刨花板生產(chǎn)過程控制與其診斷在具體實施方面還存在很多不足，例如缺少刨花切削刀具的基本質(zhì)量評估方法、缺少完善的刨花質(zhì)量評價體系、以及缺少刀具磨損與刨花及刨花板性能之間的聯(lián)系和數(shù)學(xué)模型等。

刨花形態(tài)包括幾何形狀和尺寸大小[5-7]，其對刨花之間的膠合效果、熱壓工藝及刨花板的物理力學(xué)性能都具有顯著影響[8-10]。在以往研究中，大部分研究者一般采用篩分法區(qū)分不同尺寸刨花，并結(jié)合刨花長厚比表征刨花形態(tài)。隨著計算機大數(shù)據(jù)分析和云計算系統(tǒng)的發(fā)展，人工智能正逐步被引入到人造板制造業(yè)中[11]。相對于利用篩網(wǎng)篩分的傳統(tǒng)檢測方法，基于AI計算機視覺技術(shù)的方法能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測，提高了檢測精度和效率。Kruse等[12-13]提出了一種利用圖像分析程序識別刨花的近似多邊形（最多8 條邊）來對刨花形狀進行描述的方法，但是未將刨花形狀與刨花板性能進行聯(lián)系。Kim等[14]利用圖像處理技術(shù)，通過比較待測目標與圓形、矩形和三角形之間的形狀相似性為其分類。然而這些方法屬于傳統(tǒng)數(shù)字圖像處理算法，其檢測精度與基于深度學(xué)習(xí)的方法相比較低。

在確定刨花形態(tài)對刨花板質(zhì)量的影響后，如何穩(wěn)定并提高刨花質(zhì)量就成了保證刨花板生產(chǎn)工藝穩(wěn)定、提高產(chǎn)品性能關(guān)鍵問題之一。其中，切削刀具是影響刨花質(zhì)量的重要因素。耿紹輝[15]研究發(fā)現(xiàn)：切削刀具磨損的程度越大，木片表面被搓起和撕裂的情況就越明顯，從而導(dǎo)致木片表面質(zhì)量降低。因此，當?shù)毒吣p到一定程度后，切削過程不得不中斷。然而，增加換刀、磨刀的次數(shù)和設(shè)備的啟動頻率，不僅降低了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還會影響設(shè)備和刀具的使用壽命[16]。因此，為了保證刨花的質(zhì)量和切削系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，在刨花板生產(chǎn)過程中需要對刨片機刀具磨損狀態(tài)進行監(jiān)測。

綜上可知，經(jīng)過不同時間的切削，刀具發(fā)生磨損，刨花質(zhì)量發(fā)生變化，因而刨花板的質(zhì)量也會隨之改變?；谶@一假設(shè)，本文以刨花板刨片工藝為出發(fā)點，開發(fā)了刨花形態(tài)的智能檢測方法，通過對刨花形態(tài)以及刨片機的切削電流進行監(jiān)控，量化刨花質(zhì)量和刨片機刀片磨損程度，以初步開發(fā)刨花板刨花制備過程診斷和控制的數(shù)字化、智能化技術(shù)。最后，用不同切削時間切削的刨花制作刨花板，并對其進行性能檢測，以建立刀片磨損、切削電流消耗、與刨花質(zhì)量和刨花板質(zhì)量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，確定了最佳換刀時間。研究結(jié)果可為企業(yè)提供切削刀具質(zhì)量評估方面的參考，并優(yōu)化刨花板的生產(chǎn)工藝。此外，希望通過應(yīng)用和嵌入數(shù)字和智能技術(shù)，提高刨花板生產(chǎn)裝備的智能化水平，為企業(yè)管理人員及時有效地監(jiān)管生產(chǎn)過程提供新方法，并為企業(yè)智能化生產(chǎn)過程管理提供參考，進而促進我國林產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)管理的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

刨花由鼓式削片機加工而成，95%～97%為桉木（Eucalyptus robustaSmith），其余為松木和硬雜木等，木片含水率為（45±5）%，木片厚度為（6±1） mm，長度（40±5） mm，寬度（20±5） mm。

混合膠液由昆明飛林人造板集團有限公司提供?；旌夏z液主要成分有脲醛樹脂、三聚氰胺及石蠟乳液，固含量為（46±2）%，pH值為8～9。固化劑主要成分為磷酸，含量為6.5 kg/T。

1.2 儀器與設(shè)備

環(huán)式刨片機，BX4616/5型，刀環(huán)直徑為1 600 mm，刀環(huán)上共有74把刀，材質(zhì)統(tǒng)一為A8鋼，鎮(zhèn)江中福馬機械有限公司。自制實驗室滾筒拌膠機，滾筒拌膠機轉(zhuǎn)速為30 r/min，噴膠速度每秒約1.5 g，膠液霧化壓力為0.6 MPa。平板熱壓機，XLB-Q600X600型，青島華博機械科技有限公司。萬能力學(xué)試驗機，UTM5150型，深圳三思縱橫科技股份有限公司。電動振篩機，8411型，上虞學(xué)勤紗篩廠。

圖像采集設(shè)備包括俯拍支架、無影布、LED無影燈等。手機攝像頭為HUAWEI P40，像素為1 600萬。

1.3 刨花制備與取樣

取形態(tài)大小均勻的木片，通過環(huán)式刨片機進行刨片，其切削原理如圖1 所示，操作參數(shù)由企業(yè)給定。其中，刨片機葉輪以600～700 r/min高速旋轉(zhuǎn)，刀環(huán)則以100～200 r/min的速度逆向旋轉(zhuǎn)。刀片長度為464 mm，伸刀量為（0.8±0.1） mm，刀門間隙（2.0±0.1） mm，飛刀刃角為36°。從刨片機換新刀后剛啟動時（0 h）開始取樣，之后從刨片機運行第2、4 和6 h分別取樣，每個時間段各取樣20～30 kg，刨花含水率為（40±5）%。

圖1 環(huán)式刨片機切削原理Fig.1 Flaking principle of ring flaker

1.4 刨花形態(tài)智能檢測

刨花形態(tài)檢測程序基于MATLAB平臺開發(fā)，從不同時間切削的刨花中隨機取樣檢測200 片[17]。刨花圖像采集固定距離為25 cm，分辨率為4 096×3 072。圖像采集系統(tǒng)如圖2 所示，分為平面圖像與側(cè)立/豎立面圖像。采集圖像前，將待檢測刨花倒入100 目篩網(wǎng)震篩，直至明顯看不到木粉移動為止。采集平面圖像時，需將刨花逐一平鋪在黑色吸光布上并確保相互沒有重疊。采集側(cè)立/豎立面圖像時，將刨花拋灑入表面帶有不同寬度縫隙的自制黑色底板使刨花側(cè)立起來，并保證互不接觸。該底板表面縫隙寬度為0.8～4.0 mm，長100 mm，深10 mm。

圖2 刨花圖像采集Fig.2 Image of particle acquisition

1.4.1 刨花形狀識別

MATLAB的深度學(xué)習(xí)工具箱中提供了數(shù)種預(yù)訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。經(jīng)過對比VGG-19、GoogleNet、ResNet-50和 DarkNet-19四種網(wǎng)絡(luò)模型遷移學(xué)習(xí)結(jié)果，最終選用DarkNet-19預(yù)訓(xùn)練模型進行遷移學(xué)習(xí)，以區(qū)分不同形狀的刨花。

刨花形狀識別模型訓(xùn)練過程包括：1）采集并導(dǎo)入刨花平面圖像；2）將預(yù)處理后的刨花圖像人工分為桿狀、類矩形、類三角形及其他型 4 類，每類各選150 張建立數(shù)據(jù)集，最終獲得600 張圖片，不同形狀刨花樣本如圖3 所示；3）按7 ∶3 劃分數(shù)據(jù)集，70%用作訓(xùn)練集用于網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和參數(shù)學(xué)習(xí)（即每類105 個樣本用于訓(xùn)練，共420 個），30%用作驗證試集用于測試模型的識別和泛化能力（即每類45 個樣本用于測試，共180個），兩部分之間的數(shù)據(jù)互不交叉；4）為了防止訓(xùn)練時發(fā)生過擬合，提高分類準確率，把原始的數(shù)據(jù)集進行數(shù)據(jù)增強（包括翻轉(zhuǎn)變換、縮放變換與旋轉(zhuǎn)變換等）[18]；5）設(shè)置模型訓(xùn)練參數(shù)，選擇Adam優(yōu)化器，學(xué)習(xí)率設(shè)為0.000 1，每批次訓(xùn)練的樣本數(shù)量設(shè)置105，則每輪迭代次數(shù)為4 次，最大訓(xùn)練輪數(shù)設(shè)為55，共迭代220 次；6）最終驗證集分類準確率達99.17%，損失值為0.08。

圖3 刨花形狀分類Fig.3 Classification of different particle shapes

1.4.2 刨花尺寸檢測

刨花尺寸檢測方法是基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的目標尺寸檢測，利用該方法監(jiān)測刀具不同磨損程度下樣本刨花尺寸分布變化趨勢。

檢測步驟包括：1）采集并導(dǎo)入圖像，利用參照物硬幣確定單位尺寸像素數(shù)；2）圖像預(yù)處理，通過midfilt函數(shù)進行中值濾波去噪；3）進行Canny邊緣檢測，填充面積小于1 000像素的空洞，即去除圖像內(nèi)較小灰塵；4）利用函數(shù)minboundrect，識別待測目標最小外接矩形；5）利用函數(shù)minboxing，計算最小外接矩形的尺寸并換算成目標實際尺寸。

當檢測刨花長度和寬度時，利用刨花平面圖像檢測平面刨花最小外接矩形長、寬即刨花最大長度與寬度。當檢測刨花厚度時，則利用刨花側(cè)立/豎立圖像檢測刨花側(cè)面最小外接矩形寬度，即刨花最大厚度。

1.5 刨片機刀具磨損程度量化

利用段差尺測量伸刀量（沿切削方向，后一組飛刀刀刃高出前一組耐磨板的高差）量化刀具磨損程度。通過比較切削過程中伸刀量變化情況，即刀刃磨損量來判斷刀具磨損狀態(tài)。如圖4 所示，每把刀分別測量A、B、C三點，相互間隔（225±2） mm，以檢驗刀刃磨損均勻性。其中，A點靠近進料口。由于測量伸刀量需要停機，為不影響企業(yè)正常生產(chǎn)效率，測量時間確定為開機0 、3 h 及6 h切削結(jié)束后。

圖4 伸刀量測量點分布Fig.4 Distribution of measuring points for tool extension

1.6 刨花板制備工藝

所有制板用刨花在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中烘干至含水率小于2%，然后密封備用。使用不同切削時間取樣的刨花分組制板，每組制備3 張板材。刨花板幅面尺寸為 350 mm × 350 mm，厚度為 12 mm，刨花施膠量為 8%，目標密度 0.69 g/cm3。鋪裝采用單層結(jié)構(gòu)手動鋪裝。在板材熱壓時，熱壓溫度為（140±10） ℃，熱壓壓力為4.0 MPa，熱壓時間為10 min。

1.7 刨花板理化性能測試

參照 GB/T 17657—2022[19]，測試刨花板的物理力學(xué)性能，包括靜曲強度（MOR）、彈性模量（MOE）、內(nèi)結(jié)合強度（IB）、2 h吸水厚度膨脹（2hTS）、含水率和密度。

1.8 刨花板物理力學(xué)性能綜合評價

選取靜曲強度（X1）、彈性模量（X2）、內(nèi)結(jié)合強度（X3）、2 h吸水厚度膨脹率（X4）共4 項指標作為評價變量，選用變異系數(shù)法分別對4 項指標賦權(quán)。變異系數(shù)法是一種客觀賦權(quán)法，變異系數(shù)CV越大，說明該指標所包含的信息量越大，應(yīng)當賦予較大的權(quán)重；反之，則應(yīng)賦予較小的權(quán)重[20]。變異系數(shù)法賦權(quán)的計算公式為：

式中：Wj為指標j的權(quán)重；CVj為指標j的變異系數(shù)；σj為指標j的標準差；xj為指標j的平均值。

刨花板綜合性能Y與各個指標測試結(jié)果Xj(j=1,2,3,4) 以及對應(yīng)的權(quán)重Wj和系數(shù)的關(guān)系式為：

式中：W4X4對應(yīng)的系數(shù)為負，原因是吸水厚度膨脹率越高說明刨花板尺寸穩(wěn)定性越差。因此，吸水厚度膨脹率與刨花板綜合性能應(yīng)呈負相關(guān)。

1.9 數(shù)理統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)分析采用軟件IBM SPSS Statistics 26，所有統(tǒng)計測試結(jié)論基于顯著系數(shù)α=0.05。使用單因素方差分析Duncan多重檢驗比較樣本差異。所有數(shù)據(jù)的回歸方程擬合效果和可信度用R2來衡量，以此建立刀具磨損程度與刨花形態(tài)和刨花板性能之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 刀具使用時間對刨花形狀的影響分析

不同取樣時間下刨花形狀的檢測結(jié)果如圖5 所示。可以看出，在刨片機開機運行0～6h內(nèi)，隨著刀具使用時間的延長，在小于100 目的刨花里，桿狀刨花的占比持續(xù)增大，類矩形刨花的占比先增大后減小，類三角形及其他型刨花占比先減小后增大。同時，桿狀和類矩形刨花占比相加或類三角形與類矩形刨花占比相加也符合先增大后減小的趨勢。

圖5 刀具磨損對刨花幾何形狀的影響Fig.5 Effect of tool wear on particle geometry

在刨片機剛開機時（0 h），完整的類矩形刨花數(shù)量最少。這可能是因為刨片機開機運行初期，葉輪轉(zhuǎn)速逐漸升高且變化幅度大，因此木片在刀環(huán)上運動軌跡極不穩(wěn)定，同時與耐磨板之間的摩擦力較大。這導(dǎo)致木片在被葉輪推動切削前，極大可能被撞碎或攪碎。這說明為了保證刨花形態(tài)，可以考慮等刨片機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后再開始進料，或在切片時加水以減少木片與耐磨板之間摩擦。然而，隨著刀刃變鈍，類矩形刨花的含量明顯減少，類三角形刨花逐漸增多。這主要是因為磨損后的刀刃更容易擠碎刨花，因此完整的類矩形刨花會減少，且刨片機功耗會增加。

2.2 刀具使用時間對刨花尺寸的影響分析

為驗證刀具不同使用時間下刨花尺寸有無顯著性變化，由表1 Duncan檢驗結(jié)果可以得出，刨花長度從第2 h開始顯著增長，4 h后顯著減??；刨花厚度在4 h左右顯著增大；刨花長厚比在4 h達到最大；而刨花寬度在整個切削過程中沒有顯著變化。

表1 不同刨花尺寸檢驗結(jié)果Tab.1 Test results of different particle sizes

2.3 刀具使用時間對刨片機工作電流與伸刀量的影響分析

不同取樣時間下，刨片機實時電流監(jiān)測結(jié)果如圖6所示?？梢钥闯?，隨著刀具使用時間的增長，刨片機工作電流大幅度升高，這意味著刨片機工作電流受刀具使用狀態(tài)影響較大。原因是當?shù)毒吣p或發(fā)生破損，刀具與木片摩擦加大，刨片機葉輪電機的負荷增大，從而引起刨片機工作電流的大幅度變化[21]。

圖6 刨片機刀片使用時間對刨片機電流的影響Fig.6 The effect of blade usage time on the electric current of the flaker

從圖6 還可以看出，若提前提前到第4 h換刀，理論上可以節(jié)省約10%的能源。

為驗證刀具不同使用時間下各點位伸刀量在統(tǒng)計學(xué)上有無顯著性差異，由表2 Duncan檢驗結(jié)果可知，刀環(huán)平均伸刀量以及A、B兩點伸刀量均有顯著變化，而C點伸刀量在整個切削過程中沒有顯著變化。原因是進入刨片機內(nèi)的木片無法均勻、有效地分布到刀環(huán)整個寬度方向上，從而導(dǎo)致刨刀在整個長度上磨損不均勻，甚至使飛刀刀刃磨損成弧形，減短刀具使用壽命時間[22]。這說明為了進一步提高刨花切削質(zhì)量，提高刀具的使用效率，可以考慮改善木片在刨片機里的分布。

表2 刨片機伸刀量隨時間的變化結(jié)果Tab.2 Test results of tool extension

研究表明，刀片的伸出量直接決定刨花厚度[23-24]。然而，結(jié)合表1 發(fā)現(xiàn)，隨著刨片機平均伸刀量減小，刨花平均厚度卻顯著增大。其可能的原因是，在刨片機工作過程中，由于葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，木片在離心力作用下緊緊貼在耐磨墊板的圓弧表面上，在葉片的推動下造成相對摩擦，從而造成耐磨墊板圓弧面及背壓板底面逐漸磨損，刀門間隙也隨之增大。由此切削過程中磨損的不均勻使得耐磨墊板圓弧面不能處于同一圓周上，導(dǎo)致各組刀片刀刃實際伸刀量不一致，此時就不能僅僅通過伸刀量決定刨花厚度。這說明為保證伸刀量一致性，還應(yīng)考慮按時修磨或更換耐磨墊板等。

2.4 刀具使用時間對刨花板性能的影響分析

用不同時間切削的刨花制成的刨花板物理力學(xué)性能檢測結(jié)果如圖7所示?？梢钥闯觯S著刀具磨損程度的增大，制成的刨花板其靜曲強度和彈性模量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，膠合強度呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，而尺寸穩(wěn)定性則持續(xù)降低。

圖7 尺寸穩(wěn)定性與膠合強度Fig.7 Effect of tool wear on physical and mechanical properties of particleboard

為驗證不同刨花板物理力學(xué)性能的變化，由表3 Duncan檢驗結(jié)果可知，隨著刀具磨損程度的增大，刨花板MOE和MOR在0～2 h內(nèi)顯著增大，并且在2～4 h內(nèi)穩(wěn)定在最高值。刨花板尺寸穩(wěn)定性在2～4 h內(nèi)沒有顯著變化，而內(nèi)結(jié)合強度無顯著變化。

表3 刨花板不同性能指標檢驗結(jié)果Tab.3 Test results of different performance targets of particleboard

綜合來看，桿狀刨花數(shù)量、刨花平均厚度與刨花板尺寸穩(wěn)定性相關(guān)。隨著刀具磨損程度增大，桿狀刨花含量和刨花厚度變異系數(shù)均呈增大趨勢，對應(yīng)刨花板吸水厚度膨脹率也顯著增大。原因是厚刨花在熱壓過程中回彈較大，且較厚刨花之間不能像薄刨花那樣緊密，因此板坯內(nèi)的空隙較大，從而使水分以較快的速度滲透進板內(nèi)[25-28]。

2.5 刀具使用時間對刨花板綜合性能的影響分析

為綜合評價刀具不同使用時間下刨花板綜合性能，首先需要對上述各個指標的測試結(jié)果進行歸一化處理，以消除各項指標量綱不同的影響[29-32]。刨花板不同性能指標數(shù)據(jù)的歸一化結(jié)果和綜合得分結(jié)果如表4所示。

表4 刨花板不同性能指標歸一化結(jié)果Tab.4 Normalization results of different performance indicators for particleboard

從表4 可以看出，隨著刀具使用時間增大，刨花板綜合性能先增大后減小，在2～4 h內(nèi)穩(wěn)定在最大值。這說明，刨片機開機運行2～4 h內(nèi)切削出的刨花制備的板材綜合質(zhì)量最優(yōu)。

2.6 數(shù)學(xué)模型的建立與分析

2.6.1 刨片機切削時間與工作電流關(guān)系分析

切削時間（T）與刨片機電流（FC）的關(guān)系模型如表5所示。根據(jù)上述分段線性擬合的回歸方程斜率可知，刨片機開機0～2 h內(nèi)電流變化的幅度最大，而2～4 h內(nèi)電流變化幅度最小。這主要是因為刀具磨損過程可分為初期磨損、穩(wěn)定磨損和急劇磨損三個階段。在刀刃磨損初期，由于刀具表面涂料不耐磨或刨片機刀環(huán)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，在開始切削的短時間內(nèi)刀具磨損較快。當進入穩(wěn)定磨損階段時，由于刀具表面已被磨平，同時刨片機刀環(huán)旋轉(zhuǎn)趨于穩(wěn)定，刀刃上的工作壓強減小且均勻，因而磨損速度較初期緩慢。當進入急劇磨損階段時，刀面摩擦力增大，導(dǎo)致切削功率和溫度急劇上升[33]。

表5 切削時間與刨片機電流的關(guān)系Tab.5 The relationship between flaking time and the current of the flaker

2.6.2 刨花板物理力學(xué)性能指標的預(yù)測模型及分析

通過回歸分析，刨花長度（PL）、厚度（PT）、寬度（PW）、長厚比（LW）、桿狀（G）、類三角形（S）、類矩形（J）和其他型（Q）刨花數(shù)量與刨花板彈性模量（MOE）、靜曲強度（MOR）、2 h吸水厚度膨脹率（TSR）、內(nèi)結(jié)合強度（IB）的關(guān)系如表6和表7所示。

表6 刨花尺寸與刨花板性能的關(guān)系Tab.6 Relationship between particle shape and properties of particleboard

表7 刨花形狀與刨花板性能的關(guān)系Tab.7 Relationship between particle geometry and properties of particleboard

對于刨花尺寸，通過比較上述方程的擬合優(yōu)度R2可以得出，刨花板彈性模量和靜曲強度可通過刨花的平均長厚比預(yù)測，內(nèi)結(jié)合強度可通過刨花的寬度預(yù)測，而尺寸穩(wěn)定性可通過刨花的平均厚度預(yù)測。

通過比較上述方程的擬合優(yōu)度R2可以看出，刨花板彈性模量和靜曲強度可通過類三角形刨花的占比預(yù)測，而內(nèi)結(jié)合強度和尺寸穩(wěn)定性通過桿狀刨花的占比預(yù)測更為準確。

與刨花尺寸相比（表5），基于AI檢測的刨花形狀指標與刨花板性能擬合程度（R2）普遍更高，更能準確預(yù)測刨花板性能（表6）。這表明，桿狀刨花（G）和類三角形刨花（S）占比是預(yù)測刨花板性能的關(guān)鍵指標。

2.6.3 刨花板綜合性能的預(yù)測模型及分析

為了找到一個刨花形狀指標，從而更加準確地預(yù)測刨花板的綜合性能，通過線性回歸分析了桿狀（G）、類三角形（S）、類矩形（J）、其他型（Q）刨花數(shù)量與刨花板綜合性能（Y）的關(guān)系，如表8所示。

表8 刨花形狀與刨花板綜合性能的關(guān)系Tab.8 Relationship between particle shape and the comprehensive performance of particleboard

通過比較上述方程的擬合優(yōu)度R2可以看出，刨花板綜合性能可通過類三角形刨花（S）的占比準確預(yù)測，說明其是預(yù)測刨花板綜合性能的關(guān)鍵指標。刨花板的綜合性能與類三角形刨花占比呈負相關(guān)，即類三角形刨花越多，刨花板綜合性能越差。

3 結(jié)論

本文開發(fā)了刨花形態(tài)的智能檢測方法，建立了刀片磨損、切削電流的消耗、與刨花質(zhì)量和刨花板質(zhì)量之間的關(guān)系模型，主要得出以下結(jié)論：

1）隨著刀具磨損程度增大，刨片機工作電流大幅增大，提前至第4 h換刀預(yù)計可以節(jié)省10%的生產(chǎn)能源；

2）平均伸刀量隨著刀具使用時間的增大而減小，但遠離進料口一側(cè)的伸刀量沒有顯著變化；

3）隨著刀刃變鈍，大厚刨花和碎刨花比例增大，第6 h 刨花的平均厚度比0 h增大了5.8%，2～4 h內(nèi)的刨花長厚比最大；

4）在小于100 目的刨花中，2～4 h內(nèi)切削刨花中的類三角形和其他型刨花數(shù)量最少，類矩形刨花數(shù)量最多，而桿狀刨花數(shù)量隨著刀刃變鈍而逐漸增多；

5）2～4 h內(nèi)刨花制成的刨花板綜合性能最優(yōu)，與其較少的類三角形刨花數(shù)量有關(guān)；

6）本文開發(fā)了基于計算機視覺的刨花形態(tài)智能檢測方法，可以更加準確地預(yù)測刨花板的產(chǎn)品質(zhì)量，可為提升企業(yè)的智能制造水平提供新思路。