基於圖像識別精密曲線磨削在線檢測方法
2023-05-27 04:24:36
專利名稱：基於圖像識別精密曲線磨削在線檢測方法
技術領域：
本發明涉及的是一種在線檢測方法，具體是一種基於圖像識別精密曲線磨削在線檢測方法。用於測量技術領域。
背景技術：
隨著汽車、微電子器件和家電製造業等的高速發展，各種精密複雜的模具和刀具的需求量越來越大；曲線磨削是精密模具和刀具的最終加工工序，並直接影響到產品的最終質量和性能。實現曲線磨削加工的在線檢測技術是提供磨削精度的一個重要手段，目前用於磨削監控的方法主要有聲發射檢測法及其信息融合技術。但這些檢測方法大多只是做了一些理論上的探討，由於聲發射信號是各種聲發射源合成的結果，含有豐富的信息，監測信號源的信號特徵的獲取及相應信號的處理方法仍是在線監測砂輪磨削工況的難點。
經對現有技術文獻的檢索發現，上海第三工具機廠生產的MK9025數控型光學曲線磨床，其採用的檢測方法是光學投影判讀測量，就是利用光學投影的方法來觀察工件的磨削狀況，這種通過人工判讀的方法無法採集和處理這些圖像信息，檢測精度不高、效率低下，無法滿足複雜曲線精密磨削的在線檢測和實時誤差補償的要求。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種基於圖像識別精密曲線磨削在線檢測方法。使其利用光學系統進行成像，結合觸發電路與圖像採集技術，並採用圓形公差帶判別技術，來實現大尺寸工件、複雜曲線的精密磨削在線檢測。
本發明是通過以下技術方案來實現的，本發明首先在設定位置處進行工件和砂輪瞬態圖像的捕捉和存儲為了防止火花對圖像採集質量的影響，必須對工件和砂輪進行定點採樣，具體當砂輪運動到設定點位置時，PLC(可編程控制器)發出脈衝觸發圖像採集卡凍結瞬態圖像，從而實現圖像的動態捕捉；其次是採用工件尺寸的圓形公差帶判別方法在CCD(電荷耦合器件)攝像機解析度一定的情況下，為了提高測量系統的解析度，把變化的工件公差帶曲線轉化為固定的圓形公差帶，採用小視野、局部圖像採集的工件尺寸圓形公差帶判別方法。
以下對本發明作進一步的詳細說明，具體內容如下1、設定位置處工件和砂輪瞬態圖像的捕捉和存儲在曲線磨削加工過程中，直線電機驅動砂輪在豎直平面內往復運動(沿Z軸)並作高速旋轉，磨削工件在水平面內作三軸(沿X、Y軸水平運動，繞C軸旋轉)聯動，砂輪與工件之間的磨削為幹磨；CCD攝像機及光學鏡頭的光軸中心與C軸重合。
為了防止火花對圖像採集質量的影響，必須對工件和砂輪進行定點採樣；在磨削加工之前，根據砂輪的工作行程、往復運動速度和工件的厚度，在用戶界面計算並設定採樣位置；當砂輪運動到最高點時對工件和砂輪圖像進行瞬態捕捉；當砂輪運動到設定點位置時，PLC發出脈衝通過觸發電路觸發圖像採集卡凍結瞬態圖像，瞬態圖像存入計算機而實現圖像的動態捕捉。
2、工件尺寸的圓形公差帶判別方法基於圖像識別的CCD在線檢測方法要求測量目標全部處在CCD測量視野範圍內，這樣就可以利用圖像處理技術通過邊緣提取得到測量目標的輪廓尺寸；但是在CCD攝像機解析度一定的情況下，測量目標的尺寸越大，測量系統的精度也就隨之降低。
考慮到整個工件和砂輪的尺寸比較大，在CCD攝像機解析度一定的情況下，如果採用全視場來採集工件和砂輪圖像，那麼CCD採集到的是一個縮小倍率很大的像，這將引入較大的測量誤差，達不到精密磨削的測量要求。由於只是關心砂輪的磨損程度和工件的加工精度，可以通過調節光學鏡頭的焦距縮小測量視野，這種局部測量的方法有利於提高機器視覺測量系統的解析度和檢測精度。
這種通過對工件和砂輪進行局部圖像採集的方法雖然能夠提高測量系統的解析度，但是給工件的實際加工輪廓和理論輪廓的對比帶來了困難，無法保證實際輪廓曲線上任意一點的坐標與理論輪廓曲線上相應點的坐標對應，為此，本發明提出一種基於圓形公差帶的判別測量方法。
在磨削加工之前，砂輪刀尖處被修整成圓弧狀。由於工件在水平面內作三軸聯動(X軸、Y軸和C軸)，所以工件的理論加工輪廓、公差帶曲線以及實際的加工輪廓曲線是時刻變化的，而砂輪的理論輪廓曲線是固定不變的，這樣就可以把變化的工件公差帶曲線轉化為砂輪的圓形公差帶。由於砂輪理論曲線和圓形公差帶是不變的，如果工件的實際加工輪廓曲線落在圓形公差帶中，說明工件是合格的；如果工件的實際加工輪廓曲線落在圓形公差帶的內偏差的外部，說明砂輪已經被磨損，需要進行誤差補償；如果工件輪廓曲線落在圓形公差帶的外偏差的外部，說明初始時工件的對刀存在誤差。
本發明把CCD圖像採集和數字圖像處理技術應用於磨削過程的砂輪在線檢測，有效解決了傳統光學投影判讀測量的缺點。該方法採用外觸發電路和同步控制急速哈對工件和砂輪圖像進行瞬態捕捉，並利用一種基於圓形公差帶的判別技術檢測工件的磨削質量，並間接的反映砂輪的磨損狀況。這種非接觸式在線檢測方法不僅具有較高的檢測精度，而且效率遠高於其他方法。本發明具有非接觸、高速度、動態範圍大、信息量豐富、成本相對低廉等諸多優點，它廣泛應用於幾何量的尺寸測量、精密複雜零件的微尺寸測量和外觀檢測等技術領域中，尤其非常適合於複雜零件幾何參數的在線檢測。
具體實施例方式
結合本發明方法的內容提供以下實施例本實施例在上海交通大學和上海第三工具機廠聯合研製的MD9040數位化曲線磨床上進行，具體實施過程如下(1)檢測前的初始化設置。根據工件的厚度為10mm，砂輪往復運動頻率240次/min，砂輪主軸的行程60mm，在用戶界面設定砂輪主軸的最高點80mm，最低點20mm，圖像採樣點75mm。
(2)砂輪在豎直平面內運動(沿Z軸)並作高速旋轉，磨削工件在水平面內作(沿X、Y軸水平運動，繞C軸旋轉)三軸聯動從而實現曲面磨削。當砂輪運動到採樣點位置時，PLC發出脈衝通過觸發電路觸發圖像採集卡凍結瞬態圖像。採集到的砂輪瞬態圖像經過計算機軟體進行處理，實現了曲線磨削的圖像在線檢測。
(4)應用圓形公差帶判別方法，並利用圖像的邊緣檢測技術，當工件實際加工輪廓曲線落在公差帶ε內部就認為加工的零件是合格的，其中ε為規定的圓形公差帶；當工件輪廓曲線落在圓形公差帶的內偏差的外部，說明砂輪已經被磨損；當工件輪廓曲線落在圓形公差帶的外偏差的外部，說明初始時工件的對刀存在誤差。
(5)利用雙頻雷射幹涉儀檢測磨削工件加工前後的尺寸變化，發現檢測結果和CCD圖像識別的結果非常吻合，檢測精度小於5um。這表明基於CCD圖像識別的曲線磨削在線檢測方法具有較高的檢測精度，滿足了精密曲線磨削的檢測要求。
權利要求
1.一種基於圖像識別精密曲線磨削在線檢測方法，其特徵在於，首先在設定位置處進行工件和砂輪瞬態圖像的捕捉和存儲，為了防止火花對圖像採集質量的影響，必須對工件和砂輪進行定點採樣，具體當砂輪運動到設定點位置時，PLC發出脈衝觸發圖像採集卡凍結瞬態圖像，從而實現圖像的動態捕捉；其次是採用工件尺寸的圓形公差帶判別方法，在CCD攝像機解析度一定的情況下，為了提高測量系統的解析度，把變化的工件公差帶曲線轉化為固定的圓形公差帶，採用小視野、局部圖像採集的工件尺寸圓形公差帶判別方法。
2.根據權利要求1所述的基於圖像識別精密曲線磨削在線檢測方法，其特徵是，所述的在設定位置處進行工件和砂輪瞬態圖像的捕捉和存儲，其方法是在曲線磨削加工過程中，直線電機驅動砂輪在豎直平面內往復運動並作高速旋轉，磨削工件在水平面內作三軸聯動，砂輪與工件之間的磨削為幹磨。
3.根據權利要求1或2所述的基於圖像識別精密曲線磨削在線檢測方法，其特徵是，所述的在設定位置處進行工件和砂輪瞬態圖像的捕捉和存儲，其方法是CCD攝像機及光學鏡頭的光軸中心與C軸重合。
4.根據權利要求1所述的基於圖像識別精密曲線磨削在線檢測方法，其特徵是，所述的對工件和砂輪進行定點採樣，其方法是在磨削加工之前，根據砂輪的工作行程、往復運動速度和工件的厚度，在用戶界面計算並設定採樣位置。
5.根據權利要求1或4所述的基於圖像識別精密曲線磨削在線檢測方法，其特徵是，所述的對工件和砂輪進行定點採樣，其方法是當砂輪運動到最高點時對工件和砂輪圖像進行瞬態捕捉；當砂輪運動到設定點位置時，PLC發出脈衝通過觸發電路觸發圖像採集卡凍結瞬態圖像，瞬態圖像存入計算機而實現圖像的動態捕捉。
6.根據權利要求1所述的基於圖像識別精密曲線磨削在線檢測方法，其特徵是，所述的工件尺寸的圓形公差帶判別方法，是指在磨削加工之前，砂輪刀尖處被修整成圓弧狀，由於工件在水平面內作三軸聯動，所以工件的理論加工輪廓、公差帶曲線以及實際的加工輪廓曲線是時刻變化的，而砂輪的理論輪廓曲線是固定不變的，這樣就把變化的工件公差帶曲線轉化為砂輪的圓形公差帶。
7.根據權利要求1或6所述的基於圖像識別精密曲線磨削在線檢測方法，其特徵是，所述的工件尺寸的圓形公差帶判別方法，是指由於砂輪理論曲線和圓形公差帶是不變的，如果工件的實際加工輪廓曲線落在圓形公差帶中，說明工件是合格的；如果工件的實際加工輪廓曲線落在圓形公差帶的內偏差的外部，說明砂輪已經被磨損，需要進行誤差補償；如果工件輪廓曲線落在圓形公差帶的外偏差的外部，說明初始時工件的對刀存在誤差。
全文摘要
一種用於測量技術領域的基於圖像識別的曲線磨削高精度在線檢測方法，本發明首先在設定位置處進行工件和砂輪瞬態圖像的捕捉和存儲為了防止火花對圖像採集質量的影響，必須對工件和砂輪進行定點採樣，具體當砂輪運動到設定點位置時，PLC發出脈衝觸發圖像採集卡凍結瞬態圖像，從而實現圖像的動態捕捉；其次是採用工件尺寸的圓形公差帶判別方法在CCD攝像機解析度一定的情況下，為了提高測量系統的解析度，把變化的工件公差帶曲線轉化為固定的圓形公差帶。本發明利用光學系統進行成像，結合觸發電路與圖像採集技術，並採用圓形公差帶判別技術，來實現大尺寸工件、複雜曲線的精密磨削在線檢測。
文檔編號B24B49/00GK1724217SQ20051002680
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月16日 優先權日2005年6月16日
發明者張永宏, 胡德金, 卜泉林, 範浩, 許黎明, 裴景玉 申請人:上海交通大學