專利名稱：基于圖像識(shí)別精密曲線磨削在線檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種在線檢測(cè)方法，具體是一種基于圖像識(shí)別精密曲線磨削在線檢測(cè)方法。用于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著汽車、微電子器件和家電制造業(yè)等的高速發(fā)展，各種精密復(fù)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，并直接影響到產(chǎn)品的最終質(zhì)量和性能。實(shí)現(xiàn)曲線磨削加工的在線檢測(cè)技術(shù)是提供磨削精度的一個(gè)重要手段，目前用于磨削監(jiān)控的方法主要有聲發(fā)射檢測(cè)法及其信息融合技術(shù)。但這些檢測(cè)方法大多只是做了一些理論上的探討，由于聲發(fā)射信號(hào)是各種聲發(fā)射源合成的結(jié)果，含有豐富的信息，監(jiān)測(cè)信號(hào)源的信號(hào)特征的獲取及相應(yīng)信號(hào)的處理方法仍是在線監(jiān)測(cè)砂輪磨削工況的難點(diǎn)。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，上海第三機(jī)床廠生產(chǎn)的MK9025數(shù)控型光學(xué)曲線磨床，其采用的檢測(cè)方法是光學(xué)投影判讀測(cè)量，就是利用光學(xué)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采集和處理這些圖像信息，檢測(cè)精度不高、效率低下，無法滿足復(fù)雜曲線精密磨削的在線檢測(cè)和實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償?shù)囊蟆?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于圖像識(shí)別精密曲線磨削在線檢測(cè)方法。使其利用光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行成像，結(jié)合觸發(fā)電路與圖像采集技術(shù)，并采用圓形公差帶判別技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)大尺寸工件、復(fù)雜曲線的精密磨削在線檢測(cè)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明首先在設(shè)定位置處進(jìn)行工件和砂輪瞬態(tài)圖像的捕捉和存儲(chǔ)為了防止火花對(duì)圖像采集質(zhì)量的影響，必須對(duì)工件和砂輪進(jìn)行定點(diǎn)采樣，具體當(dāng)砂輪運(yùn)動(dòng)到設(shè)定點(diǎn)位置時(shí)，PLC(可編程控制器)發(fā)出脈沖觸發(fā)圖像采集卡凍結(jié)瞬態(tài)圖像，從而實(shí)現(xiàn)圖像的動(dòng)態(tài)捕捉；其次是采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(jī)分辨率一定的情況下，為了提高測(cè)量系統(tǒng)的分辨率，把變化的工件公差帶曲線轉(zhuǎn)化為固定的圓形公差帶，采用小視野、局部圖像采集的工件尺寸圓形公差帶判別方法。
以下對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，具體內(nèi)容如下1、設(shè)定位置處工件和砂輪瞬態(tài)圖像的捕捉和存儲(chǔ)在曲線磨削加工過程中，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)砂輪在豎直平面內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)(沿Z軸)并作高速旋轉(zhuǎn)，磨削工件在水平面內(nèi)作三軸(沿X、Y軸水平運(yùn)動(dòng)，繞C軸旋轉(zhuǎn))聯(lián)動(dòng)，砂輪與工件之間的磨削為干磨；CCD攝像機(jī)及光學(xué)鏡頭的光軸中心與C軸重合。
為了防止火花對(duì)圖像采集質(zhì)量的影響，必須對(duì)工件和砂輪進(jìn)行定點(diǎn)采樣；在磨削加工之前，根據(jù)砂輪的工作行程、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度和工件的厚度，在用戶界面計(jì)算并設(shè)定采樣位置；當(dāng)砂輪運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)對(duì)工件和砂輪圖像進(jìn)行瞬態(tài)捕捉；當(dāng)砂輪運(yùn)動(dòng)到設(shè)定點(diǎn)位置時(shí)，PLC發(fā)出脈沖通過觸發(fā)電路觸發(fā)圖像采集卡凍結(jié)瞬態(tài)圖像，瞬態(tài)圖像存入計(jì)算機(jī)而實(shí)現(xiàn)圖像的動(dòng)態(tài)捕捉。
2、工件尺寸的圓形公差帶判別方法基于圖像識(shí)別的CCD在線檢測(cè)方法要求測(cè)量目標(biāo)全部處在CCD測(cè)量視野范圍內(nèi)，這樣就可以利用圖像處理技術(shù)通過邊緣提取得到測(cè)量目標(biāo)的輪廓尺寸；但是在CCD攝像機(jī)分辨率一定的情況下，測(cè)量目標(biāo)的尺寸越大，測(cè)量系統(tǒng)的精度也就隨之降低。
考慮到整個(gè)工件和砂輪的尺寸比較大，在CCD攝像機(jī)分辨率一定的情況下，如果采用全視場(chǎng)來采集工件和砂輪圖像，那么CCD采集到的是一個(gè)縮小倍率很大的像，這將引入較大的測(cè)量誤差，達(dá)不到精密磨削的測(cè)量要求。由于只是關(guān)心砂輪的磨損程度和工件的加工精度，可以通過調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭的焦距縮小測(cè)量視野，這種局部測(cè)量的方法有利于提高機(jī)器視覺測(cè)量系統(tǒng)的分辨率和檢測(cè)精度。
這種通過對(duì)工件和砂輪進(jìn)行局部圖像采集的方法雖然能夠提高測(cè)量系統(tǒng)的分辨率，但是給工件的實(shí)際加工輪廓和理論輪廓的對(duì)比帶來了困難，無法保證實(shí)際輪廓曲線上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)與理論輪廓曲線上相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)，為此，本發(fā)明提出一種基于圓形公差帶的判別測(cè)量方法。
在磨削加工之前，砂輪刀尖處被修整成圓弧狀。由于工件在水平面內(nèi)作三軸聯(lián)動(dòng)(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(shí)際的加工輪廓曲線是時(shí)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(zhuǎn)化為砂輪的圓形公差帶。由于砂輪理論曲線和圓形公差帶是不變的，如果工件的實(shí)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(shí)際加工輪廓曲線落在圓形公差帶的內(nèi)偏差的外部，說明砂輪已經(jīng)被磨損，需要進(jìn)行誤差補(bǔ)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(shí)工件的對(duì)刀存在誤差。
本發(fā)明把CCD圖像采集和數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用于磨削過程的砂輪在線檢測(cè)，有效解決了傳統(tǒng)光學(xué)投影判讀測(cè)量的缺點(diǎn)。該方法采用外觸發(fā)電路和同步控制急速哈對(duì)工件和砂輪圖像進(jìn)行瞬態(tài)捕捉，并利用一種基于圓形公差帶的判別技術(shù)檢測(cè)工件的磨削質(zhì)量，并間接的反映砂輪的磨損狀況。這種非接觸式在線檢測(cè)方法不僅具有較高的檢測(cè)精度，而且效率遠(yuǎn)高于其他方法。本發(fā)明具有非接觸、高速度、動(dòng)態(tài)范圍大、信息量豐富、成本相對(duì)低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用于幾何量的尺寸測(cè)量、精密復(fù)雜零件的微尺寸測(cè)量和外觀檢測(cè)等技術(shù)領(lǐng)域中，尤其非常適合于復(fù)雜零件幾何參數(shù)的在線檢測(cè)。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合本發(fā)明方法的內(nèi)容提供以下實(shí)施例本實(shí)施例在上海交通大學(xué)和上海第三機(jī)床廠聯(lián)合研制的MD9040數(shù)字化曲線磨床上進(jìn)行，具體實(shí)施過程如下(1)檢測(cè)前的初始化設(shè)置。根據(jù)工件的厚度為10mm，砂輪往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率240次/min，砂輪主軸的行程60mm，在用戶界面設(shè)定砂輪主軸的最高點(diǎn)80mm，最低點(diǎn)20mm，圖像采樣點(diǎn)75mm。
(2)砂輪在豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)(沿Z軸)并作高速旋轉(zhuǎn)，磨削工件在水平面內(nèi)作(沿X、Y軸水平運(yùn)動(dòng)，繞C軸旋轉(zhuǎn))三軸聯(lián)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)曲面磨削。當(dāng)砂輪運(yùn)動(dòng)到采樣點(diǎn)位置時(shí)，PLC發(fā)出脈沖通過觸發(fā)電路觸發(fā)圖像采集卡凍結(jié)瞬態(tài)圖像。采集到的砂輪瞬態(tài)圖像經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了曲線磨削的圖像在線檢測(cè)。
(4)應(yīng)用圓形公差帶判別方法，并利用圖像的邊緣檢測(cè)技術(shù)，當(dāng)工件實(shí)際加工輪廓曲線落在公差帶ε內(nèi)部就認(rèn)為加工的零件是合格的，其中ε為規(guī)定的圓形公差帶；當(dāng)工件輪廓曲線落在圓形公差帶的內(nèi)偏差的外部，說明砂輪已經(jīng)被磨損；當(dāng)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(shí)工件的對(duì)刀存在誤差。
(5)利用雙頻激光干涉儀檢測(cè)磨削工件加工前后的尺寸變化，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果和CCD圖像識(shí)別的結(jié)果非常吻合，檢測(cè)精度小于5um。這表明基于CCD圖像識(shí)別的曲線磨削在線檢測(cè)方法具有較高的檢測(cè)精度，滿足了精密曲線磨削的檢測(cè)要求。
權(quán)利要求
1.一種基于圖像識(shí)別精密曲線磨削在線檢測(cè)方法，其特征在于，首先在設(shè)定位置處進(jìn)行工件和砂輪瞬態(tài)圖像的捕捉和存儲(chǔ)，為了防止火花對(duì)圖像采集質(zhì)量的影響，必須對(duì)工件和砂輪進(jìn)行定點(diǎn)采樣，具體當(dāng)砂輪運(yùn)動(dòng)到設(shè)定點(diǎn)位置時(shí)，PLC發(fā)出脈沖觸發(fā)圖像采集卡凍結(jié)瞬態(tài)圖像，從而實(shí)現(xiàn)圖像的動(dòng)態(tài)捕捉；其次是采用工件尺寸的圓形公差帶判別方法，在CCD攝像機(jī)分辨率一定的情況下，為了提高測(cè)量系統(tǒng)的分辨率，把變化的工件公差帶曲線轉(zhuǎn)化為固定的圓形公差帶，采用小視野、局部圖像采集的工件尺寸圓形公差帶判別方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像識(shí)別精密曲線磨削在線檢測(cè)方法，其特征是，所述的在設(shè)定位置處進(jìn)行工件和砂輪瞬態(tài)圖像的捕捉和存儲(chǔ)，其方法是在曲線磨削加工過程中，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)砂輪在豎直平面內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)并作高速旋轉(zhuǎn)，磨削工件在水平面內(nèi)作三軸聯(lián)動(dòng)，砂輪與工件之間的磨削為干磨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于圖像識(shí)別精密曲線磨削在線檢測(cè)方法，其特征是，所述的在設(shè)定位置處進(jìn)行工件和砂輪瞬態(tài)圖像的捕捉和存儲(chǔ)，其方法是CCD攝像機(jī)及光學(xué)鏡頭的光軸中心與C軸重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像識(shí)別精密曲線磨削在線檢測(cè)方法，其特征是，所述的對(duì)工件和砂輪進(jìn)行定點(diǎn)采樣，其方法是在磨削加工之前，根據(jù)砂輪的工作行程、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度和工件的厚度，在用戶界面計(jì)算并設(shè)定采樣位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于圖像識(shí)別精密曲線磨削在線檢測(cè)方法，其特征是，所述的對(duì)工件和砂輪進(jìn)行定點(diǎn)采樣，其方法是當(dāng)砂輪運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)對(duì)工件和砂輪圖像進(jìn)行瞬態(tài)捕捉；當(dāng)砂輪運(yùn)動(dòng)到設(shè)定點(diǎn)位置時(shí)，PLC發(fā)出脈沖通過觸發(fā)電路觸發(fā)圖像采集卡凍結(jié)瞬態(tài)圖像，瞬態(tài)圖像存入計(jì)算機(jī)而實(shí)現(xiàn)圖像的動(dòng)態(tài)捕捉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像識(shí)別精密曲線磨削在線檢測(cè)方法，其特征是，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，由于工件在水平面內(nèi)作三軸聯(lián)動(dòng)，所以工件的理論加工輪廓、公差帶曲線以及實(shí)際的加工輪廓曲線是時(shí)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(zhuǎn)化為砂輪的圓形公差帶。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的基于圖像識(shí)別精密曲線磨削在線檢測(cè)方法，其特征是，所述的工件尺寸的圓形公差帶判別方法，是指由于砂輪理論曲線和圓形公差帶是不變的，如果工件的實(shí)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(shí)際加工輪廓曲線落在圓形公差帶的內(nèi)偏差的外部，說明砂輪已經(jīng)被磨損，需要進(jìn)行誤差補(bǔ)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(shí)工件的對(duì)刀存在誤差。
全文摘要
一種用于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的基于圖像識(shí)別的曲線磨削高精度在線檢測(cè)方法，本發(fā)明首先在設(shè)定位置處進(jìn)行工件和砂輪瞬態(tài)圖像的捕捉和存儲(chǔ)為了防止火花對(duì)圖像采集質(zhì)量的影響，必須對(duì)工件和砂輪進(jìn)行定點(diǎn)采樣，具體當(dāng)砂輪運(yùn)動(dòng)到設(shè)定點(diǎn)位置時(shí)，PLC發(fā)出脈沖觸發(fā)圖像采集卡凍結(jié)瞬態(tài)圖像，從而實(shí)現(xiàn)圖像的動(dòng)態(tài)捕捉；其次是采用工件尺寸的圓形公差帶判別方法在CCD攝像機(jī)分辨率一定的情況下，為了提高測(cè)量系統(tǒng)的分辨率，把變化的工件公差帶曲線轉(zhuǎn)化為固定的圓形公差帶。本發(fā)明利用光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行成像，結(jié)合觸發(fā)電路與圖像采集技術(shù)，并采用圓形公差帶判別技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)大尺寸工件、復(fù)雜曲線的精密磨削在線檢測(cè)。
文檔編號(hào)B24B49/00GK1724217SQ20051002680
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者張永宏, 胡德金, 卜泉林, 范浩, 許黎明, 裴景玉 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)