CN104772656B - 一种用于车床的回转体零件在线测量系统及方法 - Google Patents

一种用于车床的回转体零件在线测量系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于车床的回转体零件在线测量系统及方法，包括数据采集与处理器、用于获取加工过程中待测车床中刀具的位置图像信息的光学传感器、用于标定待加工零件轴线位置的激光发射器、用于定位车床刀架的标定球；所述光学传感器固定于待测量车床的待测机床的正上方，激光发射器固定于待测车床的车床尾座上，测量时，激光发射器发射的激光与待加工零件的轴线及待测机床中卡盘的轴线在同一条直线上，标定球固定于待测机床中刀架的回转轴线上；所述光学传感器的输出端与数据采集与处理器的输入端相连接。本发明可以实现车床的回转体零件在线测量，并且能降低废品率，保证加工安全。

Description

一种用于车床的回转体零件在线测量系统及方法
技术领域
本发明属于机械加工领域，涉及一种在线测量系统及方法，具体涉及一种用于车床的回转体零件在线测量系统及方法。
背景技术
目前，工件的测量技术大多数局限在离线测量领域，均不能有效地实时在线测量。而离线测量技术存在测量过程复杂、测量速度慢、自动化程度不高等缺点。有的工厂甚至仍然选择采用传统的手工测量方法。随着竞争程度的不断加剧，企业对产品的生产成本和生产周期都提出较高的要求，目前的测量技术将越来越难以满足企业的生产需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于车床的回转体零件在线测量系统及方法，该系统及方法可以实现车床的回转体零件在线测量。
为达到上述目的，本发明所述的用于车床的回转体零件在线测量系统包括数据采集与处理器、用于获取加工过程中待测车床中刀具的位置图像信息的光学传感器、用于标定待加工零件轴线位置的激光发射器、用于定位车床刀架的标定球；
所述光学传感器固定于待测量车床的正上方，激光发射器固定于待测车床的车床尾座上，测量时，激光发射器发射的激光与待加工零件的轴线及待测机床中卡盘的轴线在同一条直线上，标定球固定于待测机床中刀架的回转轴线上；
所述光学传感器的输出端与数据采集与处理器的输入端相连接。
还包括警报灯，警报灯的控制端与数据采集与处理器的输出端相连接。
还包括用于对待加工零件起照明作用的照明灯。
所述光学传感器为CCD光学传感器。
所述标定球的直径为10mm。
本发明所述的用于车床的回转体零件在线测量方法包括以下步骤：
1)标定光学传感器，再通过车床对待加工零件进行加工，光学传感器实时测量刀具的位置图像信息，并将所述刀具的位置图像信息转发至数据采集与处理器中；
2)数据采集与处理器获取刀具的位置图像信息，并从所述刀具的位置图像信息中提取出标定球球心的像素坐标，然后根据光学传感器标定的结果将标定球球心的像素坐标转换为刀具刀尖处的物理坐标，并利用插值算法获取刀具的连续运动路径，然后根据刀具的连续运动路径恢复出加工过程中待加工零件的尺寸，并显示待加工零件当前的图形。
步骤2)还包括：加工完成后，数据采集与处理器判断待加工零件的尺寸相对于预设尺寸的误差是否在预设的范围内，当待加工零件的尺寸相对于预设尺寸的误差不在预设的范围内时，则控制警报灯变亮。
步骤1)中标定光学传感器的具体步骤为：
21)将刀具的刀尖移动至工作坐标系原点，所述工作坐标系原点是指待加工件的端面与其轴线的交点；
22)以待加工零件的坐标系原点为起点，按逆时针方向将待加工零件分别移动至边长为200mm的正方形框上的12个点处，所述12个点在工件坐标系中坐标为(Xw(i),Yw(i))，i＝1,2,3…，11,12，其中，所述12个点包括正方形框中4条边上的8个三等分点和4个角点；
23)光学传感器采集刀具移动到步骤22)中的12点处的位置图像信息，并将所述12个点处的位置图像信息的数据转发至数据采集与处理器中；
24)数据采集与处理器从所述12个点处的位置图像信息中提取出标定球球心在图像坐标系中的像素坐标(Xc(i),Yc(i))；
25)根据12个点处标定球球心在工件坐标系中坐标(Xw(i),Yw(i))与标定球球心在图像坐标系中的像素坐标(Xc(i),Yc(i))的对应关系计算得到光学传感器的标定参数、以及图像像素点与物理空间点的坐标转换关系。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的用于车床的回转体零件在线测量系统及方法在检测时，先对光学传感器进行标定，再通过光学传感器实时检测零件加工过程中刀具的位置图像信息，数据采集与处理器根据刀具的位置图像信息及光学传感器的标定结果就可以得到待加工零件当前的尺寸，从而解决回转体零件加工过程中工件转速高、难以测量的问题，并且本发明独立于车床的传动系统，可以有效的避免由机床传动误差造成的测量结果误差，精准度高。
进一步，在测量时，当待加工零件的尺寸相对于预设尺寸的误差不在预设范围内时，通过警报灯进行警报，从而可以根据待加工零件的预设尺寸来对机床进行误切预警，有效减少废品率，保证加工安全。
附图说明
图1为本发明中光学传感器标定过程中刀具移动路径的示意图；
图2为本发明的结构示意图。
其中，1为卡盘、2为刀架、3标定球、4为光学传感器、5为激光发射器、6为车床尾座、7为数据采集与处理器、8为照明灯、9为警报灯。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1及图2，本发明所述的用于车床的回转体零件在线测量系统包括数据采集与处理器7、用于获取加工过程中待测车床中刀具的位置图像信息的光学传感器4、用于标定待加工零件轴线位置的激光发射器5、用于定位车床刀架2的标定球3；光学传感器4固定于待测量车床的待测机床的正上方，激光发射器5固定于待测车床的车床尾座6上，测量时，激光发射器5发射的激光与待加工零件的轴线及待测机床中卡盘1的轴线在同一条直线上，标定球3固定于待测机床中刀架2的回转轴线上；光学传感器4的输出端与数据采集与处理器7的输入端相连接。
需要说明的是，本发明还包括警报灯9及用于对待加工零件起照明作用的照明灯8，警报灯9的控制端与数据采集与处理器7的输出端相连接；光学传感器4为CCD光学传感器；标定球3的直径为10mm。
本发明所述的用于车床的回转体零件在线测量方法包括以下步骤：
1)标定光学传感器4，再通过车床对待加工零件进行加工，光学传感器4实时测量刀具的位置图像信息，并将所述刀具的位置图像信息转发至数据采集与处理器7中；
2)数据采集与处理器7获取刀具的位置图像信息，并从所述刀具的位置图像信息中提取出标定球3球心的像素坐标，然后根据光学传感器4标定的结果将标定球3球心的像素坐标转换为刀具刀尖处的物理坐标，并利用插值算法获取刀具的连续运动路径，然后根据刀具的连续运动路径恢复出加工过程中待加工零件的尺寸，并显示待加工零件当前的图形。
步骤2)还包括：加工完成后，数据采集与处理器7判断待加工零件的尺寸相对于预设尺寸的误差是否在预设的范围内，当待加工零件的尺寸相对于预设尺寸的误差不在预设的范围内时，则控制警报灯9变亮。
步骤1)中标定光学传感器4的具体步骤为：
21)将刀具的刀尖移动至工作坐标系原点，所述工作坐标系原点是指待加工件的端面与其轴线的交点；
22)以待加工零件的坐标系原点为起点，按逆时针方向将待加工零件分别移动至边长为200mm的正方形框上的12个点处，所述12个点在工件坐标系中坐标为(Xw(i),Yw(i))，i＝1,2,3…，11,12，其中，所述12个点包括正方形框中4条边上的8个三等分点和4个角点；
23)光学传感器4采集刀具移动到步骤22)中的12点处的位置图像信息，并将所述12个点处的位置图像信息的数据转发至数据采集与处理器7中；
24)数据采集与处理器7从所述12个点处的位置图像信息中提取出标定球3球心在图像坐标系中的像素坐标(Xc(i),Yc(i))；
25)根据12个点处标定球3球心在工件坐标系中坐标(Xw(i),Yw(i))与标定球3球心在图像坐标系中的像素坐标(Xc(i),Yc(i))的对应关系计算得到光学传感器4的标定参数、以及图像像素点与物理空间点的坐标转换关系。
需要说明的是，光学传感器4在相同加工环境下只需标定一次，当加工环境改变后需重新标定，相同加工环境是指光学传感器4的位置和角度未改变且加工刀具未更换。

Claims (5)

1.一种用于车床的回转体零件在线测量方法，其特征在于，基于用于车床的回转体零件在线测量系统，所述用于车床的回转体零件在线测量系统包括数据采集与处理器(7)、用于获取加工过程中待测车床中刀具的位置图像信息的光学传感器(4)、用于标定待加工零件轴线位置的激光发射器(5)、用于定位车床上的刀架(2)的标定球(3)；
所述光学传感器(4)固定于待测机床的正上方，激光发射器(5)固定于待测车床的车床尾座(6)上，测量时，激光发射器(5)发射的激光与待加工零件的轴线及待测机床中卡盘(1)的轴线在同一条直线上，标定球(3)固定于待测机床中刀架(2)的回转轴线上；
所述光学传感器(4)的输出端与数据采集与处理器(7)的输入端相连接；
还包括警报灯(9)，警报灯(9)的控制端与数据采集与处理器(7)的输出端相连接；
包括以下步骤：
1)标定光学传感器(4)，再通过车床对待加工零件进行加工，光学传感器(4)实时获取刀具的位置图像信息，并将所述刀具的位置图像信息转发至数据采集与处理器(7)中；
2)数据采集与处理器(7)获取刀具的位置图像信息，并从所述刀具的位置图像信息中提取出标定球(3)球心的像素坐标，然后根据光学传感器(4)标定的结果将标定球(3)球心的像素坐标转换为刀具刀尖处的物理坐标，并利用插值算法获取刀具的连续运动路径，然后根据刀具的连续运动路径恢复出加工过程中待加工零件的尺寸，并显示待加工零件当前的图形；
步骤1)中标定光学传感器(4)的具体步骤为：
21)将刀具的刀尖移动至工作坐标系原点，所述工作坐标系原点是指待加工件的端面与其轴线的交点；
22)以待加工零件的坐标系原点为起点，按逆时针方向将待加工零件分别移动至边长为200mm的正方形框上的12个点处，所述12个点在工件坐标系中坐标为(Xw(i),Yw(i))，i＝1,2,3…，11,12，其中，所述12个点包括正方形框中4条边上的8个三等分点和4个角点；
23)光学传感器(4)采集刀具移动到步骤22)中的12点处的位置图像信息，并将所述12个点处的位置图像信息的数据转发至数据采集与处理器(7)中；
24)数据采集与处理器(7)从所述12个点处的位置图像信息中提取出标定球(3)球心在图像坐标系中的像素坐标(Xc(i),Yc(i))；
25)根据12个点处标定球(3)球心在工件坐标系中的坐标(Xw(i),Yw(i))与标定球(3)球心在图像坐标系中的像素坐标(Xc(i),Yc(i))的对应关系计算得到光学传感器(4)的标定参数、以及图像像素点与物理空间点的坐标转换关系。
2.根据权利要求1所述的用于车床的回转体零件在线测量方法，其特征在于，步骤2)还包括：加工完成后，数据采集与处理器(7)判断待加工零件的尺寸相对于预设尺寸的误差是否在预设的范围内，当待加工零件的尺寸相对于预设尺寸的误差不在预设的范围内时，则控制警报灯(9)变亮。
3.根据权利要求1所述的用于车床的回转体零件在线测量方法，其特征在于，还包括用于对待加工零件起照明作用的照明灯(8)。
4.根据权利要求1所述的用于车床的回转体零件在线测量方法，其特征在于，所述光学传感器(4)为CCD光学传感器。
5.根据权利要求1所述的用于车床的回转体零件在线测量方法，其特征在于，所述标定球(3)的直径为10mm。
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