CN106647621A - 一种贵金属数控加工定位方法及*** - Google Patents

一种贵金属数控加工定位方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明为一种贵金属数控加工定位方法，包括图像采集、图像处理分析、结果输出三个步骤。同时还公开了对应的贵金属数控加工***，包括机械组件、CCD模组、工控机和数控***。本发明由控制软件和机械执行元件组成，软件控制机械动作引导CCD相机进行非接触式检测，软件将CCD采集的图像进行处理和计算，引导机床定位工件加工原点的方法。机器视觉可以长时间地作测量、分析和识别任务。通过编制图像处理程序对获取的图像进行处理分析便可获得机床转角定位值和直线轴定位值，检测效率高且易于实现模块化集成。本发明的机械装置采用模块式设计，结构紧凑，安装方便，控制简单，IP65级别的防水设计。

Description

一种贵金属数控加工定位方法及***
技术领域
本发明涉及贵金属加工领域，尤其是指一种贵金属数控加工定位方法及***。
背景技术
目前专用的贵金属数控加工中心对工件的定位和分中环节都是人工操作完成，由于人工操作具有很大的随意性，导致产品的品质很难控制，且效率低下。这种人工定位和分中的方法需要工人的熟练操作，对工人的培训需要较长时间，特别是对需要重复装夹的工件定位，不能满足生产工艺需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种使数控机床能实现自动分中定位的方法及***。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种贵金属数控加工定位方法，该方法包括图像采集步骤，利用CCD相机采集到装夹在机床上的工件的位置图像信息；
图像处理与分析步骤，将CCD相机获取的图像信息传送给工控机，工控机中图像处理程序根据事先设定的工件产品标准模板进行对比，并测算出工件的偏移值；
数据输出步骤，将图像处理程序处理所得的偏移值反馈给数控***并控制机床移动到起刀点进行加工。
进一步的，所述标准模板为工件在编程原点状态时定位***获取的图像模板。
进一步的，所述图像处理与分析步骤中，通过编制图像处理程序对获取的图像进行分析处理，包括对工件图像边缘的提取、工件中心位置的确定、工件在不同坐标下的相对坐标变化的计算及起刀点的确定。
进一步的，所述数据输出步骤中，输出工件起刀点偏移坐标给数控***，数控***根据自身的宏程序对数据进行处理，矫正贵金属数控加工机床的加工坐标系，并控制机床相应的运动轴动作。
进一步的，所述图像处理与分析步骤中，所述工件图像边缘的提取是对获取的图像的边缘进行检测，检测一维轮廓的每个像素的边缘强度，当边缘强度大于最小强度时，检测到一个边缘，其中，可使用图像处理程序中的最小边缘强度或阈值电平参数来指定最小强度。
进一步的，所述图像处理与分析步骤中，所述工件图像边缘的提取是利用一维的边缘检测函数检测工件轮廓上的边缘位置，检测一个视窗范围内工件最佳的边缘，通过一个指定的角度范围，检测到工件特征，以确定工件的位置和角度。
进一步，所述数据输出步骤中，还包括根据所采集的图像判断其所对应的工件是否符合计划加工工件的类型、规格，当不符合时，发出警报、处理异常，更换工件并重新进入图像采集步骤；当符合时，将偏移值反馈给数控***并控制机床移动到起刀点进行加工。
进一步的，所述偏移值反馈给数控***后，数控***进行调整加工坐标、校准工件，并对校准后的工件进行状态检测，当工件状态不满足加工条件时，发出报警、处理异常，并重新进入图像采集步骤；当工件状态满足加工条件时，数控***启动刀具加工。
在上述定位方法的基础之上，本发明还公开了一种贵金属数控加工***，该***包括机械组件、CCD模组、工控机和数控***，所述CCD模组安装于机械组件上，CCD模组与工控机间数据相连，由工控机接收CCD模组采集到的图像信号，通过所述图像处理程序对图像信号处理和分析，并找出工件起刀点位置后传送到数控***，并控制机床运动。
进一步的，所述CCD模组由CCD相机和活动光源组成，所述机械组件形成一密封壳体，所述CCD模组位于密封壳体内，所述密封壳体的底部设有旋转密封门，当该旋转密封门打开时，工件可进入所述密闭壳体内，所述光源移动至工件处，CCD相机再进行拍照并获取定位图像。
本发明方案采用非接触式测量，对于观测者与被观测者都不会产生任何损伤，从而提高***的可靠性。长时间稳定工作，人类难以长时间对同一对象进行观察，而机器视觉则可以长时间地作测量、分析和识别任务。检测原理与过程简单，通过编制图像处理程序对获取的图像进行处理分析便可获得机床转角定位值和直线轴定位值，检测效率高且易于实现模块化集成。本发明的机械装置采用模块式设计，结构紧凑，安装方便，控制简单，IP65级别的防水设计。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明贵金属数控加工定位***运行的逻辑图；
图2为本发明贵金属数控加工定位***机械组件与CCD模组结构示意图。
图中，图中，包括下挡板1、50R红色环形光源2、光源安装钣金3、左封板4、CCD相机5、镜头固定辅件6、上封板8、气立可双轴气缸9、底板10、右封板11、气缸固定钣金12、回转气缸13、气缸连接块14、密封门15。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
结合图1，当需要对一戒指工件进行加工时，启动各个设备，运行相应的***，首先需要对工件进行定位，确定加工的起刀点，可先利用CCD相机采集到装夹在机床上的戒指工件的位置图像信息；
然后将CCD相机获取的戒指图像信息传送给工控机，工控机中图像处理程序根据事先设定的戒指工件产品标准模板进行对比，并测算出戒指工件的偏移值。其中，标准模板为戒指工件在编程原点状态时定位***获取的图像模板；
最后，将图像处理程序处理所得的戒指工件的偏移值反馈给数控***并控制机床移动到起刀点进行加工。
优选的，所述戒指工件图像处理与分析步骤中，通过编制图像处理程序对获取的戒指图像进行分析处理，包括对戒指工件图像边缘的提取、戒指工件中心位置的确定、戒指工件在不同坐标下的相对坐标变化的计算及起刀点的确定。
优选的，所述图像处理与分析步骤中，所述戒指工件图像边缘的提取是对获取的图像的边缘进行检测，检测一维轮廓的每个像素的边缘强度，当边缘强度大于最小强度时，检测到一个边缘，其中，可使用图像处理程序中的最小边缘强度或阈值电平参数来指定最小强度。
优选的，所述图像处理与分析步骤中，所述戒指工件图像边缘的提取是利用一维的边缘检测函数检测戒指工件轮廓上的边缘位置，检测一个视窗范围内戒指工件最佳的边缘，通过一个指定的角度范围，检测到戒指工件特征，以确定戒指工件的位置和角度。
在所述数据输出步骤中，还包括根据所采集的戒指工件图像判断其所对应的戒指工件是否符合计划加工中戒指工件的类型、规格，当进行对比计算发现不符合时，则***会发出警报，进入处理异常程序，同时更换戒指工件并重新进入图像采集步骤、图像处理与分析步骤、数据输出步骤等，即更换戒指工件并重复戒指工件的定位。当所采集的戒指工件图像符合计划加工中戒指工件的类型和规格时，***便将处理分析所得到的偏移值反馈给数控***并进行后续的处理。
在后续的处理中，数控***结合自身的宏程序对戒指工件偏移值进行处理，并矫正贵金属数控加工机床的加工坐标系，校准夹装在机床上的戒指工件。校准完戒指工件后，还需对戒指工件校准后的情况进行一个检测，即再次利用CCD相机对校准后的戒指工件进行图像采集、图像处理与分析，并得到校准后戒指工件的新的偏移值，如果该偏移值在某一规定的范围内，即判定校准后的戒指工件满足加工条件，CNC数控***启动并控制刀具进行戒指的加工及后续步骤。如果该偏移值超出所述规定范围，则判定校准后的戒指工件不满足加工条件，CNC数控***便不启动戒指工件的切削加工，而是发出警报，并进入处理异常程序，最后再重新回到图像采集步骤，并按照先前的定位方法重新对戒指工件进行定位。
在上述定位方法的基础之上，本发明还公开了一种实现上述方法的贵金属数控加工***，该***包括机械组件、CCD模组、工控机和数控***。CCD模组包括CCD相机和光源，相机布局在机床的加工区，采用明场LED漫反射正面照明方式采集图像。由于加工区在加工过程中会产生大量的油雾，专门设计了隔离油雾，保护相机和光源的机械组件防护外罩。采用数控***作为上位机通过RS232通讯接口与PC机链接，PC机与相机之间采用千兆以太网GigE Vision标准连接，驱动采用UPD/IP协议，采用完全的DMA控制。由工控机接收CCD采集到的图像信号，通过所述图像处理程序对图像信号处理和分析，并找出工件起刀点位置后传送到数控***，并控制机床运动加工。
结合图2所示，机械组件为一可密闭的壳体，CCD模组包括CCD相机5和光源，壳体内部可形成一腔体，CCD相机5固定连接于所述腔体中，光源也位于所述腔体中，同时该光源位于CCD相机5的下方，为CCD相机拍照采集图像信息提供足够的关照亮度。壳体的底端包括一开口，开口处设有一可将所述腔体密闭的密封组件。密封组件包括一密封门15，该密封门15位于壳体的底端，亦即位于所述开口之下并可将该开口封住并与所述壳体形成一完整的密封腔体。此设计目地在于为壳体内的部件提供一个安全的密闭空间，从而达到防油、防尘、防水的保护目的。密封组件还包括一驱动机构，驱动机构包括回转气缸13，该回转气缸13通过气缸固定钣金12固定于壳体的外侧，同时该回转气缸13与一气缸连接块14相连，该气缸连接块14又与所述密封门15相连，进而控制密封门旋转开合。所述CCD相机5的镜头对准竖直方向，且竖直向下，同时通过镜头固定辅件6将CCD相机5固定于所述壳体内。所述光源沿竖直方向可升降设置。同时该光源可优选为50R红色环形光源2。环形的光源，可使光照下被加工件处无暗点、无死角，各处都获得相同的光亮度，提高所采集的定位图像的质量。所述壳体内沿竖直方向固定设置有气缸，所述气缸可优选为气立可双轴气缸9，所述50R红色环形光源2通过光源安装钣金3固定于所述气缸的底端，所述50R红色环形光源2可随活塞杆的运动沿竖直方向做升降运动。所述壳体包括一限制所述50R红色环形光源2运动范围的下挡板1，该下挡板1位于所述壳体的底端，所述下挡板1上设有开口，该开口可供被采集定位信息工件进入所述腔体内。所述壳体整体由上封板8、所述下挡板1、左封板4、右封板11、前封板、底板10围绕组合而成，从而在所述壳体内形成一腔体，所述下挡板1处设有开口，所述密封门15位于该壳体的底端并可将壳体密封。
本发明是由控制软件和机械执行元件组成，由软件控制机械动作引导CCD相机进行非接触式检测，软件将CCD采集的图像进行处理和计算，引导机床定位工件加工原点的方法。本方案对于观测者与被观测者都不会产生任何损伤，从而提高***的可靠性。长时间稳定工作，人类难以长时间对同一对象进行观察，而机器视觉则可以长时间地作测量、分析和识别任务。检测原理与过程简单，通过编制图像处理程序对获取的图像进行处理分析便可获得机床转角定位值和直线轴定位值，检测效率高且易于实现模块化集成。本发明的机械装置采用模块式设计，结构紧凑，安装方便，控制简单，IP65级别的防水设计。同时本发明控制程序算法独特，操作简洁，运行稳定，具有误判预警机制。
此处，上、下、左、右、前、后只代表其相对位置而不表示其绝对位置。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种贵金属数控加工定位方法，其特征在于：
包括图像采集步骤，利用CCD相机采集到装夹在机床上的工件的位置图像信息；
图像处理与分析步骤，将CCD相机获取的图像信息传送给工控机，工控机中图像处理程序根据事先设定的工件产品标准模板进行对比，并测算出工件的偏移值；
数据输出步骤，将图像处理程序处理所得的偏移值反馈给数控***并控制机床移动到起刀点进行加工。
2.如权利要求1所述的贵金属数控加工定位方法，其特征在于：所述标准模板为工件在编程原点状态时定位***获取的图像模板。
3.如权利要求2所述的贵金属数控加工定位方法，其特征在于：所述图像处理与分析步骤中，通过编制图像处理程序对获取的图像进行分析处理，包括对工件图像边缘的提取、工件中心位置的确定、工件在不同坐标下的相对坐标变化的计算及起刀点的确定。
4.如权利要求3所述的贵金属数控加工定位方法，其特征在于：所述数据输出步骤中，输出工件起刀点偏移坐标给数控***，数控***根据自身的宏程序对数据进行处理，矫正贵金属数控加工机床的加工坐标系，并控制机床相应的运动轴动作。
5.如权利要求4所述的贵金属数控加工定位方法，其特征在于：所述图像处理与分析步骤中，所述工件图像边缘的提取是对获取的图像的边缘进行检测，检测一维轮廓的每个像素的边缘强度，当边缘强度大于最小强度时，检测到一个边缘，其中，可使用图像处理程序中的最小边缘强度或阈值电平参数来指定最小强度。
6.如权利要求4所述的贵金属数控加工定位方法，其特征在于：所述图像处理与分析步骤中，所述工件图像边缘的提取是利用一维的边缘检测函数检测工件轮廓上的边缘位置，检测一个视窗范围内工件最佳的边缘，通过一个指定的角度范围，检测到工件特征，以确定工件的位置和角度。
7.如权利要求1-6任一项所述的贵金属数控加工定位方法，其特征在于：所述数据输出步骤中，还包括根据所采集的图像判断其所对应的工件是否符合计划加工工件的类型、规格，当不符合时，发出警报、处理异常，更换工件并重新进入图像采集步骤；当符合时，将偏移值反馈给数控***并控制机床移动到起刀点进行加工。
8.如权利要求7所述的贵金属数控加工定位方法，其特征在于：所述偏移值反馈给数控***后，还包括数控***调整加工坐标、校准工件，并对校准后的工件进行状态检测，当工件状态不满足加工条件时，发出报警、处理异常，并重新进入图像采集步骤；当工件状态满足加工条件时，数控***启动刀具加工。
9.一种贵金属数控加工***，其特征在于：包括机械组件、CCD模组、工控机和数控***，所述CCD模组安装于机械组件上，CCD模组与工控机间数据相连，由工控机接收CCD模组采集到的图像信号，通过所述图像处理程序对图像信号处理和分析，并找出工件起刀点位置后传送到数控***，并控制机床运动。
10.如权利要求9所述的贵金属数控加工***，其特征在于：所述CCD模组由CCD相机和活动光源组成，所述机械组件形成一密封壳体，所述CCD模组位于密封壳体内，所述密封壳体的底部设有旋转密封门，当该旋转密封门打开时，工件可进入所述密闭壳体内，所述光源移动至工件处，CCD相机再进行拍照并获取定位图像。
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