CN102179726A - 基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪及方法 - Google Patents

Abstract

基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪及方法。大型汽车覆盖模具在实际加工中，通常需要进行热处理，热处理时夹具与工件不分离，这样再次将夹具及工件安装在机床工作台上时在X、Y轴上会产生定位偏差。本发明的测量仪分两部分：第一部分由摄像头和数字信号处理器DSP组成，第二部分为拍摄对象，拍摄对象采用专门制作的专用测量标靶，其中专用测量标靶的基座材料为45钢，上表面安装有红色发光二极管LED灯管；刻线层为透明钢化玻璃，上表面涂有黑色遮光涂层，并将涂层刻掉一个精确的刻线用于拍摄、测量，红色矩形框尺寸为10.00mm×10.00mm；刻线层上安装有X、Y向水平尺各一个。本发明用于数控加工二次装夹偏差测量。

Description

基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪及方法

技术领域：

本发明涉及一种数控加工二次装夹偏差测量的装置，具体涉及一种基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪及安装和测量方法。

背景技术：

大型汽车覆盖模具在实际加工中，通常需要进行热处理，热处理时夹具与工件不分离，这样再次将夹具及工件安装在机床工作台上时在X、Y轴上会产生定位偏差，所以消除工件二次装夹产生的偏差是提高模具质量的重点问题。目前，国内主要采用人工测量消除定位偏差的方法，有寻边器对刀法和千分表对刀法等。寻边器对刀法是一种有效的方法，但要求工件必须为良导体，且换刀后需重新对零，若零点被加工掉则需要进行间接对刀，效率和精度就会随之大幅下降；千分表对刀法是对定位销进行分别取点测量，并通过测量出的数据来计算并调整起刀点的位置，来完成对刀、并加工，现有这种方法估测的偏差值误差很大，且工作量较大、耗费工时较多，工作效率偏低，对操作者技术水平要求也很高，比较落后。

发明内容：

本发明的目的是提供一种消除了大型模具、航空航天典型零件叶轮及复杂形面零件加工中二次装夹偏差对模具加工精度影响，利用图像处理的方法，提出更为快速、精确的对刀方法，设计出二次装夹偏差测量仪，从而提高零件的加工精度和加工效率。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪的安装方法，测量仪分两部分：第一部分由摄像头和数字信号处理器DSP组成，第二部分为拍摄对象，拍摄对象采用专门制作的专用测量标靶，其中专用测量标靶的基座材料为45钢，上表面安装有红色发光二极管LED灯管；刻线层为透明钢化玻璃，上表面涂有黑色遮光涂层，并将涂层刻掉一个精确的刻线用于拍摄、测量，红色矩形框尺寸为10.00mm×10.00mm；刻线层上安装有X、Y向水平尺各一个。

一种基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪的测量方法，具体测量方法如下：

第一次安装夹具、工件后，将摄像头通过与机床主轴相配的工具系统安装在主轴上，保证摄像头与刀杆有较高的同轴度；操作机床将摄像头移动到加工程序原点，即专用测量标靶的正上方，调整Z轴坐标为H，记录X、Y轴坐标，进行拍摄；运用下文所述图像处理方法处理所拍摄的图像，同时进行系统标定，测量计算出十字中心距图像中心的实际偏差值，将偏差值输入机床系统，调整主轴上摄像头的位置；第一次安装夹具、工件后，根据第一次拍摄时记录的坐标值调整摄像头至指定位置，继续进行拍摄。

运用数字信号处理器DSP对所拍摄图像进行处理；采用线性滤波去除图像中的噪声干扰，对图像进行阈值分割，将其转化为二值图像；采用哈夫Hough变化法对图像进行边缘检测，经过边缘检测和二值化处理后的图像边缘相对较厚，因此还需对边缘进行细化处理，这里采用坎尼Canny细化算法，分别提取十字记号中心点在X、Y轴上的坐标值，记录显示的坐标值(a,b)，设拍摄图像尺寸为C×D，单位为像素，经过计算得出偏差像素值为（a-C,b-D）；通过标定的计算公式

，

计算出实际距离偏差值为（

）；

将测量值通过无线信号传给接收装置，由接收装置将测量出的二次装夹偏差传输给机床系统，并修正加工程序，再更换成刀具继续加工工件。

一种基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪，其组成包括：床体，所述的床体上装有固定柄，所述的固定柄连接摄像头和图像处理器DSP，所述的床体具有工作台，所述的工作台上安装有工件夹具体，所述的工件夹具体上放置专用测量销，所述的专用测量标靶上表面安装有X、Y向水平尺各一个。

所述的基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪，所述的专用测量标靶包括基座，所述的基座上表面装有红色发光二极管LED灯管和刻线层，所述的刻线层表面涂有遮光涂层。

有益效果：

1.本发明消除了大型模具、航空航天典型零件叶轮及复杂形面零件加工中二次装夹偏差对零件加工精度影响，利用图像处理的方法，提出更为快速、精确的对刀方法，设计出二次装夹偏差测量仪，从而提高零件的加工精度和加工效率。

本发明采用哈夫Hough变化法对图像进行边缘检测，此方法优点是受共线点的间隙和噪声影响较小，可以推广到曲线检测。

本发明采用坎尼Canny细化算法，它的优点可以较好地保持边缘的连贯性，避免了同一边缘细化后产生多条边缘的现象，保证了边缘拟合的精度。

本发明测量仪操作简单，测量速度快、精度高，能有效地提高零件加工的精度和效率。

本发明测量数据自动返回机床，并修正加工，智能化程度高。

本发明采用数字图像处理技术进行二次装夹偏差测量，与同类产品比较，技术先进、测量方法快速准确。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是附图1中的摄像头与图像处理器的结构图。

附图3是本发明的专用测量销与水平尺的结构图。

附图4是附图3中专用测量销的结构图。

附图5是附图4中刻线层俯视图。

附图6是附图3中水平尺的结构图。

附图7是本发明的测量流程框图。

具体实施方式：

实施例1：

一种基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪的安装方法，测量仪分两部分：第一部分由摄像头和数字信号处理器DSP组成，第二部分为拍摄对象，拍摄对象采用专门制作的专用测量标靶，其中专用测量标靶的基座材料为45钢，上表面安装有红色发光二极管LED灯管；刻线层为透明钢化玻璃，上表面涂有黑色遮光涂层，并将涂层刻掉一个精确的刻线用于拍摄、测量，红色矩形框尺寸为10.00mm×10.00mm；刻线层上安装有X、Y向水平尺各一个。

实施例2：

一种基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪的测量方法，具体测量方法如下：

第一次安装夹具、工件后，将摄像头通过与机床主轴相配的工具系统安装在主轴上，保证摄像头与刀杆有较高的同轴度；操作机床将摄像头移动到加工程序原点，即专用测量标靶的正上方，调整Z轴坐标为H，记录X、Y轴坐标，进行拍摄；运用下文所述图像处理方法处理所拍摄的图像，同时进行系统标定，测量计算出十字中心距图像中心的实际偏差值，将偏差值输入机床系统，调整主轴上摄像头的位置；第一次安装夹具、工件后，根据第一次拍摄时记录的坐标值调整摄像头至指定位置，继续进行拍摄。

运用数字信号处理器DSP对所拍摄图像进行处理；采用线性滤波去除图像中的噪声干扰，对图像进行阈值分割，将其转化为二值图像；采用哈夫Hough变化法对图像进行边缘检测，经过边缘检测和二值化处理后的图像边缘相对较厚，因此还需对边缘进行细化处理，这里采用坎尼Canny细化算法，分别提取十字记号中心点在X、Y轴上的坐标值，记录显示的坐标值(a,b)，设拍摄图像尺寸为C×D，单位为像素，经过计算得出偏差像素值

为（a-C,b-D）；通过标定的计算公式计算出实际距离偏差值为（

）；

将测量值通过无线信号传给接收装置，由接收装置将测量出的二次装夹偏差传输给机床系统，并修正加工程序，安装刀具继续加工工件。

实施例3：

一种基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪，其组成包括：床体1，所述的床体1上装有固定柄2，所述的固定柄2连接摄像头3和图像处理器DSP4，所述的床体1具有工作台5，所述的工作台5上放置工件夹具体6，所述的工件夹具体上放置专用测量标靶7，所述的专用测量标靶7上面连接水平尺8。

实施例4：

实施例3所述的基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪，所述的用专用测量标靶7包括基座9，所述的基座9上表面装有红色发光二极管LED灯管10和刻线层11，所述的刻线层11上涂有遮光涂层12。

Claims (4)

1.一种基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪的安装方法，其特征是: 测量仪分两部分：第一部分由摄像头和数字信号处理器DSP组成，第二部分为拍摄对象，拍摄对象采用专门制作的专用测量标靶，其中专用测量标靶的基座材料为45钢，上表面安装有红色发光二极管LED灯管；刻线层为透明钢化玻璃，上表面涂有黑色遮光涂层，并将涂层刻掉一个精确的刻线用于拍摄、测量，红色矩形框尺寸为10.00mm×10.00mm；刻线层上安装有X、Y向水平尺各一个。

2.一种基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪的测量方法，其特征是: 具体测量方法如下：

第一次安装夹具、工件后，将摄像头通过与机床主轴相配的工具系统安装在主轴上，保证摄像头与刀杆有较高的同轴度；操作机床将摄像头移动到加工程序原点，即专用测量标靶的正上方，调整Z轴坐标为H，记录X、Y轴坐标，进行拍摄；运用下文所述图像处理方法处理所拍摄的图像，同时进行系统标定，测量计算出十字中心距图像中心的实际偏差值，将偏差值输入机床系统，调整主轴上摄像头的位置；第一次安装夹具、工件后，根据第一次拍摄时记录的坐标值调整摄像头至指定位置，继续进行拍摄；

运用数字信号处理器DSP对所拍摄图像进行处理；采用线性滤波去除图像中的噪声干扰，对图像进行阈值分割，将其转化为二值图像；采用哈夫Hough变化法对图像进行边缘检测，经过边缘检测和二值化处理后的图像边缘相对较厚，因此还需对边缘进行细化处理，这里采用坎尼Canny细化算法，分别提取十字记号中心点在X、Y轴上的坐标值，记录显示的坐标值(a,b)，设拍摄图像尺寸为C×D，单位为像素，经过计算得出偏差像素值                                                

为（a-C,b-D）；通过标定的计算公式，

计算出实际距离偏差值为（

）；

将测量值通过无线信号传给接收装置，由接收装置将测量出的二次装夹偏差传输给机床系统，并修正加工程序，再更换成刀具继续加工工件。

3.一种基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪，其组成包括：床体，其特征是: 所述的床体上装有固定柄，所述的固定柄连接摄像头和图像处理器DSP，所述的床体具有工作台，所述的工作台上安装有工件夹具体，所述的工件夹具体上放置专用测量销，所述的专用测量标靶上表面安装有X、Y向水平尺各一个。

4.根据权利要求3所述的基于图像技术的数控加工二次装夹偏差测量仪，其特征是: 所述的专用测量标靶包括基座，所述的基座上表面装有红色发光二极管LED灯管和刻线层，所述的刻线层表面涂有遮光涂层。

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