CN115965592A - 利用数字虚拟空间在生产过程中标记工件缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了利用数字虚拟空间在生产过程中标记工件缺陷的方法，能够准确、快速且实时标定高精密折弯工件的折弯缺陷，为高精密折弯工件加工提供指导。步骤包括：在数字虚拟空间中构建加工工具模型和工件模型；将工件的实际加工过程同步到数字虚拟空间中；计算出百分表测头顶端受压后自初始状态下移的高度；根据所得下移高度计算工件的实际折弯角度，将所得实际折弯角度A与预设阀值A′进行比较，根据比较结果判定折弯缺陷；将所得折弯缺陷标定在数字虚拟空间中工件模型上的对应部位。

Description

利用数字虚拟空间在生产过程中标记工件缺陷的方法

技术领域

本发明属于高精密折弯板生产技术领域，具体涉及利用数字虚拟空间在生产过程中标记工件缺陷的方法。

背景技术

随着数字化技术和计算机控制技术的发展，利用数字虚拟空间监测工件加工过程已逐渐被应用，例如通过数字孪生***同步监测实际加工过程和虚拟加工过程，以实现对实际加工过程的虚拟再现，模拟对象在现实环境中的行为，并对其未来发展状态和趋势进行预测。

高精密折弯板（工件）是指对折弯要求高且加工精度高的精密折弯板，尤其是其折弯角度允许偏差不应超过2°，这对于弹性较好的薄板（如厚度为0.5-3mm的不锈钢薄板，厚度为0.5-3mm的铍铜合金薄板）折弯加工具有较大难度。为了精确控制高精密折弯板的折弯角度，目前主要是使用精密折弯冲压模具来满足折弯要求，但越是精密的折弯冲压模具往往成本越高。

对于具有大量规则且连续折弯的高精密折弯工件而言，目前在加工过程中存在的难点在于无法实时检测每个折弯部的折弯缺陷（本发明所述折弯缺陷是指工件的加工部位被折弯且回弹后的折弯角度偏差，即折弯部位实际角度与理论角度的偏差）。对此，现有的检测方式都是在加工结束后采用标准检具进行检测，检测时手动测量折弯角度偏差，然后手动标定每一个缺陷部位，检测结束后再针对缺陷部位进行矫正，这存在检测工序繁琐且费时费力的问题，通常情况下每检测并标记一个折弯缺陷约需耗时两至三分钟。

因此，如何基于数字虚拟技术准确、快速且实时标定高精密折弯工件的折弯缺陷并进行矫正对高精密折弯工件加工具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于提供利用数字虚拟空间在生产过程中标记工件缺陷的方法，能够准确、快速且实时标定高精密折弯工件的折弯缺陷，为高精密折弯工件加工提供指导。

为了实现上述目的，本发明采用如下所述技术方案。

利用数字虚拟空间在生产过程中标记工件缺陷的方法，步骤包括：

步骤1，在数字虚拟空间中构建加工工具模型和工件模型；

步骤2，将工件的实际加工过程同步到数字虚拟空间中；

步骤3，利用机器视觉***获取实际加工过程中百分表的指针读数，根据所得指针读数对应的百分表测头顶端相对高度及式（Ⅰ）计算出百分表测头顶端受压后自初始状态下移的高度Δh；

Δh=h-h₀……………… （Ⅰ）

式中，h₀表示百分表测头顶端位于初始状态时相对于基准点的高度，h表示百分表测头顶端位于折弯槽低点时相对于基准点的高度，基准点是指百分表指针读数为零时对应的百分表测头顶端所处位置；

步骤4，根据所得下移高度Δh和式（Ⅱ）计算工件的实际折弯角度A，

tan（A*1/2） = a/(b-Δh)……………… （Ⅱ）

式中，A表示工件被折弯且回弹后的实际折弯角度，a表示折弯模具的折弯槽中心距其顶点的水平距离，b表示折弯模具的顶点距折弯槽中心的垂直距离；

步骤5，将所得实际折弯角度A与预设阀值A′进行比较，根据比较结果判定折弯缺陷；

步骤6，将所得折弯缺陷标定在数字虚拟空间中工件模型上的对应部位。

在本发明中，实际加工过程所用的加工工具包括折弯模具，折弯模具上具有同规格且自左往右布置的第一折弯槽、第二折弯槽、第三折弯槽，第一折弯槽正上方设置有第一折弯压头，第二折弯槽正上方设置有第二折弯压头，第三折弯槽正上方设置有第三折弯压头，第一折弯压头、第二折弯压头、第三折弯压头相互独立且紧挨排列；在第三折弯槽下方设置有竖向布置的通孔，在通孔中固定安装有百分表，百分表测头向上伸至第三折弯槽内，且当百分表指针读数为零时，百分表测头顶端与第三折弯槽低点之间的高差为h。

在本发明中，所述的预设阀值A′对应的角度为折弯槽角度。

在本发明中，按照下述方式确定折弯缺陷等级：当所得实际折弯角度A= A′＋（0~2°）时，定义为三类折弯缺陷；当所得实际折弯角度A= A′＋（2~5°）时，定义为二类折弯缺陷；当所得实际折弯角度A= A′＋（5~20°）时，定义为一类折弯缺陷。

进一步地，所用的机器视觉***包括位于百分表正侧方的摄像终端；步骤3中利用机器视觉***获取实际加工过程中百分表指针读数的过程为：

S1，当工件的折弯部底端在第三折弯槽内且刚好与百分表测头顶端接触时，通过摄像终端获取百分表的第一张图像，然后获取第一张图像上的指针读数一，此时指针读数一对应的相对高度为h₀，即百分表测头顶端位于初始状态时相对于基准点的高度；

S2，当第三折弯压头下移至极限位置时，通过摄像终端获取百分表的第二张图像，然后获取第二张图像上的指针读数二，此时指针读数二对应的相对高度为h，即百分表测头顶端位于折弯槽低点时相对于基准点的高度。

在本发明中，还包括步骤7：当监测工件模型上被标定有非一类折弯缺陷时，将其对应的实际折弯部位进行矫正处理。

为提高生产效率，矫正处理工序包括：

S11，控制第三折弯压头下压至极限位置，保持3-5秒后复位；

S12，再次通过摄像终端获取百分表的第三张图像，然后获取第三张图像上的指针读数三，若此时指针读数三对应的相对高度h₁等于h时，表示矫正合格；

S13，反之，再次标定相应的折弯缺陷并再次按照步骤S11-S12进行矫正；若经三次矫正仍未合格，则剔除该工件。

有益效果：采用本发明的方案，能够准确、快速且实时标定高精密折弯工件的折弯缺陷，在加工过程中就对折弯缺陷进行标定并及时进行矫正，从而大幅提高了高精密折弯工件的加工效率和产品合格率，省去了后续的检具和手动标定工序；采用本发明的方案，不仅能够避免折弯缺陷标定错误，而且能够供质检人员/操作人员一目了然的知晓缺陷部位。

附图说明

图1是实施例中高精密折弯板加工状态立体示意图；

图2是实施例中高精密折弯板加工状态主向示意图一；

图3是实施例中高精密折弯板加工状态主向示意图二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例

以加工高精密折弯板（材质为不锈钢，板厚为1mm，每个工件上具有十个口部朝上的V形折弯槽）为例进行说明。

实际加工过程所用的加工工具如图1、图2和图3所示，包括折弯模具3，折弯模具3上具有同规格且自左往右布置的第一折弯槽12、第二折弯槽13、第三折弯槽14，第一折弯槽12正上方设置有第一折弯压头11，第二折弯槽13正上方设置有第二折弯压头10，第三折弯槽14正上方设置有第三折弯压头15，第一折弯压头11、第二折弯压头10、第三折弯压头15相互独立且紧挨排列，第一折弯压头11、第二折弯压头10和第三折弯压头15统称为折弯压头5，第一折弯槽12、第二折弯槽13和第三折弯槽14统称为折弯槽；在第三折弯槽14下方设置有竖向布置的通孔，在通孔中固定安装有百分表2，百分表2测头向上伸至第三折弯槽14内，且当百分表2指针读数为零时，百分表2测头顶端与第三折弯槽14低点之间的高差为h。所用的机器视觉***包括位于百分表2正侧方的摄像终端1。

整个加工设备还包括计算机控制***，计算机控制***分别连接折弯压头驱动机构、机器视觉***、用于对工件进行移位的机器人；计算机控制***包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下功能：控制折弯压头驱动机构运行使第一折弯压头11和/或第二折弯压头10和/或第三折弯压头15下移至设定高度；控制机器人运行将工件移动至目标位置；控制机器视觉***运行，按设定时点进行拍照（拍摄百分表2指针读数），并识别百分表2指针对应的测量值。

本实施例中，利用数字虚拟空间在生产过程中标记工件缺陷的方法，步骤包括：

步骤1，在数字虚拟空间中构建加工工具模型和工件模型；

步骤2，将工件的实际加工过程同步到数字虚拟空间中，同步实际加工过程可以采用数字孪生技术；

步骤3，结合图2所示，利用机器视觉***获取实际加工过程中百分表2的指针读数，根据所得指针读数对应的百分表2测头顶端相对高度及式（Ⅰ）计算出百分表2测头顶端受压后自初始状态下移的高度Δh；

Δh=h-h₀……………… （Ⅰ）

式中，h₀表示百分表2测头顶端位于初始状态时（图中编号8所示位置表示测头顶端位于初始状态）相对于基准点9的高度，h表示百分表2测头顶端位于折弯槽低点7时相对于基准点9的高度，基准点9是指百分表2指针读数为零时对应的百分表2测头顶端所处位置；

本步骤中，利用机器视觉***获取实际加工过程中百分表2指针读数的过程为：

S1，当工件4的折弯部底端在第三折弯槽14内且刚好与百分表2测头顶端接触时，通过摄像终端1获取百分表2的第一张图像，然后识别第一张图像上的指针读数一（即识别百分表2指针对应的测量值），此时指针读数一对应的相对高度为h₀，即百分表测头顶端位于初始状态时相对于基准点9的高度；

S2，当第三折弯压头15下移至极限位置时，通过摄像终端1获取百分表2的第二张图像，然后获取第二张图像上的指针读数二，此时指针读数二对应的相对高度为h，即百分表测头顶端位于折弯槽低点7时相对于基准点9的高度；

步骤4，根据所得下移高度Δh和式（Ⅱ）计算工件的实际折弯角度A，

tan（A*1/2） = a/(b-Δh)……………… （Ⅱ）

式中，A表示工件被折弯且回弹后的实际折弯角度，如图2所示，a表示折弯模具3的折弯槽中心距其顶点6（即折弯模具3顶点，该顶点会与工件4下壁贴合）的水平距离，b表示折弯模具3的顶点距折弯槽中心的垂直距离；

步骤5，将所得实际折弯角度A与预设阀值A′进行比较，根据比较结果判定折弯缺陷；

其中，预设阀值A′对应的角度为折弯槽角度；当所得实际折弯角度A= A′＋0~2°时，定义为三类折弯缺陷；当所得实际折弯角度A= A′＋2~5°时，定义为二类折弯缺陷；当所得实际折弯角度A= A′＋5~20°时，定义为一类折弯缺陷；

步骤6，将所得折弯缺陷标定在数字虚拟空间中工件模型上的对应部位；

步骤7：当监测到工件模型上被标定有非一类折弯缺陷时，将其对应的实际折弯部位进行矫正处理，矫正处理工序包括：

S11，控制第三折弯压头15下压至极限位置，保持3-5秒后复位；

S12，再次通过摄像终端1获取百分表2的第三张图像，然后获取第三张图像上的指针读数三，若此时指针读数三对应的相对高度h₁等于h时，表示矫正合格；

S13，反之，再次标定相应的折弯缺陷并再次按照步骤S11-S12进行矫正；若经三次矫正仍未合格，则剔除该工件。

接下来以实际加工过程中出现折弯缺陷作进一步说明，结合图2和图3所示。

加工过程中，图2中工件4上最右侧折弯部出现明显回弹，将该折弯部置于第三折弯槽14内且将第二折弯压头10下压至极限位置时，工件4上最右侧折弯部会下压百分表2测头，使得百分表2测头顶端从基准点9下移至图中编号8所示位置，表示百分表2测头顶端位于初始状态，此时，百分表2的表盘对应一个测量值，该测量值对应百分表2测头顶端位于初始状态时相对于基准点9的高度h₀=5mm；而在工件4上最右侧折弯部放入第三折弯槽14之前，百分表2测头顶端位于基准点9处，此时，百分表2的表盘对应零位。随后，控制第三折弯压头15下移至极限位置，其状态参照图3所示，此时的百分表2测头被继续下压，百分表2的表盘对应另一个测量值，该测量值对应百分表2测头顶端位于折弯槽低点7时相对于基准点9的高度h=10mm。

结合式（Ⅰ）计算出百分表2测头顶端受压后自初始状态下移的高度Δh，即

Δh=h-h₀=10mm-5mm=5mm；所用的折弯模具3上个折弯槽规格相同，其中，折弯模具3的折弯槽中心距其顶点6的水平距离a=15mm，折弯模具3的顶点距折弯槽中心的垂直距离b=22mm。

根据所得下移高度Δh和式（Ⅱ）计算出工件4的实际折弯角度A，即

tan（A*1/2） = a/(b-Δh)=15mm/（22mm-5mm），A=82.82°

根据折弯模具3上个折弯槽规格可知，预设阀值A′（即折弯槽角度）依据公式tan（α）=15mm/22mm可计算得到,折弯槽角度2α=2*arctan15/22=68.27°。由此可知，折弯部的角度偏差为A-2α=82.82°-68.27°=14.55°，属于一类折弯缺陷。相应的，将所得折弯缺陷（一类折弯缺陷，折弯偏差14.55°）标定在数字虚拟空间中工件模型上的对应部位。

由于在标定折弯缺陷时通过第三折弯压头15下压过工件4一次（此过程相当于对工件4进行了一次矫正），因此，可以在第三折弯压头15复位后再次获取百分表2的读数，并参照步骤3和步骤4再次计算出其折弯角度偏差。通过这种每检测并标定一次折弯角度偏差就实施了一次矫正的方式，从而能够大幅提高矫正效率和矫正效果。

采用实施例的方案，能够准确、快速且实时标定高精密折弯工件的折弯缺陷，在加工过程中就对折弯缺陷进行标定并及时进行矫正，从而大幅提高了高精密折弯工件的加工效率和产品合格率，省去了后续的检具和手动标定工序；采用本发明的方案，不仅能够避免折弯缺陷标定错误，而且能够供质检人员/操作人员一目了然的知晓缺陷部位。

Claims (7)

1.利用数字虚拟空间在生产过程中标记工件缺陷的方法，其特征在于，步骤包括：

步骤1，在数字虚拟空间中构建加工工具模型和工件模型；

步骤2，将工件的实际加工过程同步到数字虚拟空间中；

步骤3，利用机器视觉***获取实际加工过程中百分表的指针读数，根据所得指针读数对应的百分表测头顶端相对高度及式（Ⅰ）计算出百分表测头顶端受压后自初始状态下移的高度Δh；

Δh=h-h₀……………… （Ⅰ）

式中，h₀表示百分表测头顶端位于初始状态时相对于基准点的高度，h表示百分表测头顶端位于折弯槽低点时相对于基准点的高度，基准点是指百分表指针读数为零时对应的百分表测头顶端所处位置；

步骤4，根据所得下移高度Δh和式（Ⅱ）计算工件的实际折弯角度A，

tan（A*1/2） = a/(b-Δh)……………… （Ⅱ）

式中，A表示工件被折弯且回弹后的实际折弯角度，a表示折弯模具的折弯槽中心距其顶点的水平距离，b表示折弯模具的顶点距折弯槽中心的垂直距离；

步骤5，将所得实际折弯角度A与预设阀值A′进行比较，根据比较结果判定折弯缺陷；

步骤6，将所得折弯缺陷标定在数字虚拟空间中工件模型上的对应部位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：实际加工过程所用的加工工具包括折弯模具（3），折弯模具（3）上具有同规格且自左往右布置的第一折弯槽（12）、第二折弯槽（13）、第三折弯槽（14），第一折弯槽（12）正上方设置有第一折弯压头（11），第二折弯槽（13）正上方设置有第二折弯压头（10），第三折弯槽（14）正上方设置有第三折弯压头（15），第一折弯压头（11）、第二折弯压头（10）、第三折弯压头（15）相互独立且紧挨排列；在第三折弯槽（14）下方设置有竖向布置的通孔，在通孔中固定安装有百分表（2），百分表（2）测头向上伸至第三折弯槽（14）内，且当百分表（2）指针读数为零时，百分表（2）测头顶端与第三折弯槽（14）低点之间的高差为h。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的预设阀值A′对应的角度为折弯槽角度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，按照下述方式确定折弯缺陷等级：

当所得实际折弯角度A= A′＋（0~2°）时，定义为三类折弯缺陷；当所得实际折弯角度A=A′＋（2~5°）时，定义为二类折弯缺陷；当所得实际折弯角度A= A′＋（5~20°）时，定义为一类折弯缺陷。

5.根据权利要求2-4任一项所述的方法，其特征在于，所用的机器视觉***包括位于百分表（2）正侧方的摄像终端（1）；步骤3中利用机器视觉***获取实际加工过程中百分表指针读数的过程为：

S1，当工件（4）的折弯部底端在第三折弯槽（14）内且刚好与百分表（2）测头顶端接触时，通过摄像终端（1）获取百分表（2）的第一张图像，然后获取第一张图像上的指针读数一，此时指针读数一对应的相对高度为h₀，即百分表测头顶端位于初始状态时相对于基准点的高度；

S2，当第三折弯压头（15）下移至极限位置时，通过摄像终端（1）获取百分表（2）的第二张图像，然后获取第二张图像上的指针读数二，此时指针读数二对应的相对高度为h，即百分表测头顶端位于折弯槽低点时相对于基准点的高度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括步骤7：当监测工件模型上被标定有非一类折弯缺陷时，将其对应的实际折弯部位进行矫正处理。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，矫正处理工序包括：

S11，控制第三折弯压头（15）下压至极限位置，保持3-5秒后复位；

S12，再次通过摄像终端（1）获取百分表（2）的第三张图像，然后获取第三张图像上的指针读数三，若此时指针读数三对应的相对高度h₁等于h时，表示矫正合格；

S13，反之，再次标定相应的折弯缺陷并再次按照步骤S11-S12进行矫正；若经三次矫正仍未合格，则剔除该工件。

Images