CN106112152B - 一种微孔电解加工机器视觉定位导航方法 - Google Patents

一种微孔电解加工机器视觉定位导航方法 Download PDF

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Abstract

一种微孔电解加工机器视觉定位导航方法，先采用视觉装置，将标靶安装在垫块上，然后对视觉装置进行像素当量的标定，再以电极丝为原点，工作台的x,y轴导轨为坐标系的x,y轴，建立电极丝坐标系，对视觉装置进行坐标系标定，然后对视觉装置进行坐标系偏移量的标定，再将待加工工件放置在夹具上，通过视觉装置检测到待加工的微孔，计算机通过图像处理程序计算出其圆心坐标x,y，并计算出位移信息，将位移信息发给控制柜控制工作台，使待加工微孔与电极丝完成对准，电解加工该微孔，然后进行下一个微孔的电解加工，本发明利用视觉检测微孔的圆心，完成其电极丝的对准能够大大提高电解加工精度和效率。

Description

一种微孔电解加工机器视觉定位导航方法
技术领域
本发明涉及先进制造技术领域，特别涉及一种微孔电解加工机器视觉定位导航方法。
背景技术
随着产品逐渐向精密化、高性能化和微型化发展，具有微小尺寸结构的零部件在许多领域中出现了大量应用。对于航天发动机涡轮叶片的微孔加工尤其是群孔加工，采取激光-电解复合加工。激光对微孔进行预加工，然后电解进行二次加工，电解加工主要是为了去除重铸层，提高微孔的加工质量。电解二次加工微孔时，首先需要电极丝与微孔中心对准，将电极丝插入微孔，并且要求电极丝与工件不能接触引起短路，才能完成精确电解。由于这些微孔数量大，直径一般在1mm左右，对电解加工微孔来说，对准难度大，而且侧面间隙的大小直接决定了孔径的大小，是影响微孔电解加工精度的关键因素；同时，侧面间隙也是电解产物的输运和电解液更新的唯一通道。所以，电极丝与微孔轴线的对准显得尤为重要。在激光-电解复合加工中，由于电解加工的工程环境比较复杂，还没有一套适用于激光-电解复合加工微孔的定位导航方法。激光-电解复合加工中，激光-电解复合加工中，如果电极丝与微孔的对准采用人眼对准，然后通过电源短路与否来判断是否造成侧面间隙过小。由于人眼对准识别这种方法精度不高，且对准效率低，不利于提高流水线的自动化检测速度，已经满足不了现代工业对微孔电解加工的效率和精度等方面的要求。
利用机器视觉来辅助电极丝的对准，视觉测量技术是一项以计算机视觉为基础的新型测量技术，原理上具有非接触、信息量丰富、实时性强、精度较高等优点，随着相关硬件、软件性能的飞速进步和成本不断降低，视觉测量的优势逐渐得到充分发挥，被认为是实现现场、在线测量的最有效手段之一。经查阅国内外资料文献，目前还没有发现将视觉测量技术和微孔电解加工相结合的文献发表。
发明内容
为了克服上述技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微孔电解加工的机器视觉定位导航方法，利用视觉检测微孔的圆心，完成其电极丝的对准，能够大大提高电解加工精度和效率。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种微孔电解加工机器视觉定位导航方法，包括以下步骤：
步骤一：采用视觉装置，将标靶7通过第二夹具6安装在垫块8上；
步骤二：开启相机3，将相机3调整到相应位置，进行对焦，确定相机3距离标靶7表面的最佳成像距离；
步骤三：对视觉装置进行像素当量的标定，使用标靶7进行像素当量r的标定：首先，视觉装置采集标靶7图像进行图像处理，获取标靶7上所有标定点的像素坐标值，然后在相机视场内的标靶图像平面的四个区域分别选取I1、I2、I3和I4四个标定点，根据四个标定点的图像像素坐标值分别计算I1和I3之间的相对距离ΔI13，以及I2和I4之间的相对距离ΔI24，在标靶7平面上确定与选取的四个标定点相对应的标定点的P1、P2、P3、P4的实际坐标值，并计算P1和P3的实际距离D13，以及P2和P4的实际距离D24，由D13和ΔI13以及D24和ΔI24分别求得一个像素当量的标定值，为减小误差采用交叉式选点方式选取n组数据分别计算像素当量，然后计算所有像素当量的平均值作为本系统的像素当量r的标定值，
步骤四：以电极丝2-2为原点，工作台1的x,y轴导轨为坐标系的x,y轴，建立电极丝坐标系：对相机坐标系和电极丝坐标系之间的转换关系进行标定，首先进行电极丝坐标系与相机坐标系之间旋转角度θ的标定，在相机视场的标靶图像中随机选取一个特征点p，给视觉装置输入位移信息ΔX和ΔY，ΔX和ΔY要保证特征点p要始终在相机视场中，通过计算机9发给控制柜10控制工作台1移动垫块8，采集多组数据，根据坐标系旋转公式，计算出旋转角度θ，
步骤五：对两个坐标系之间的偏移量进行标定，在相机视场内的标靶图像中随机选取特征点q，并通过图像处理给出该点的圆心坐标x,y，然后通过控制柜10控制工作台1将垫块8移动距离ΔX1和ΔY1，使标靶7上的特征点q与电极丝2-2对准，通过电极丝坐标系与相机坐标系的平移量计算公式，计算得到两坐标系的偏移量Dx与Dy，
步骤六：完成以上标定，将待加工工件放置在第二夹具6上，并安装夹紧，通过视觉装置检测到待加工的微孔，计算机9通过图像处理程序计算出其圆心坐标x,y，并计算出位移信息，将位移信息发给控制柜10控制工作台1，使待加工微孔与电极丝2-2完成对准；
步骤七：完成对准后，电解加工该微孔，然后进行下一个微孔的电解加工。
所述方法采用的视觉装置，包括工作台1，工作台设有底座1-1，底座1-1上连接有立柱1-2，立柱1-2上端连接有横梁1-3，工作台1是一个三轴移动工作台，底座1-1上装有x,y轴导轨，垫块8连接在x,y轴导轨上，标靶7通过第二夹具6固定在垫块8上，立柱1-2上装有z轴导轨，横梁1-3连接在z轴导轨上，电解头2和相机3通过第一夹具4与工作台的横梁1-3连接，电解头2包括电解头外筒2-1和其内设有的电极丝2-2，相机3上连接有环形光源5，相机3的信号输出端和计算机9连接，环形光源5的控制端和计算机9双向连接，计算机9通过控制柜10和工作台1连接。
本发明的有益效果：利用了机器视觉定位代替人眼进行电解头2的对准，减少了人为误差，有效的提高了电解加工的效率；同时也使电解加工微孔更加自动化智能化。
附图说明
图1为本发明所用设备示意图。
图2为电解头2示意图。
图3为工作台1示意图。
图4为标靶7示意图。
图5为像素当量的标定示意图。
图6坐标系标定示意图。
图7坐标系旋转角标定示意图。
图8坐标系偏移量标定示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作详细说明。
一种微孔电解加工机器视觉定位导航方法，包括以下步骤：
步骤一：参照图1、图2、图3和图4，采用视觉装置，将标靶7通过第二夹具6安装在垫块8上；
步骤二：开启相机3，将相机3调整到相应位置，进行对焦，确定相机3距离标靶7表面的最佳成像距离；
步骤三：对视觉装置进行像素当量的标定，使用标靶7进行像素当量r的标定：首先，视觉装置采集标靶7图像进行图像处理，获取标靶7上所有标定点的像素坐标值，如图5所示，在相机视场的标靶图像平面的四个区域分别选取I1、I2、I3和I4四个标定点，根据四个标定点的图像像素坐标值分别计算I1和I3之间的相对距离ΔI13，以及I2和I4之间的相对距离ΔI24，在标靶7平面上确定与四个标定点相对应标定点的P1、P2、P3、P4的实际坐标值，并计算P1和P3的实际距离D13，以及P2和P4的实际距离D24，由D13和ΔI13以及D24和ΔI24分别求得一个像素当量的标定值，为减小误差采用交叉式选点方式选取n组数据分别计算像素当量，然后计算所有像素当量的平均值作为本系统的像素当量r的标定值，
步骤四：对视觉装置进行坐标系标定，如图6所示，首先以电极丝2-2为原点，工作台1的x,y轴导轨为坐标系的x,y轴，建立电极丝坐标系，然后进行电极丝坐标系与相机坐标系之间旋转角度θ的标定，如图7所示，在相机视场的标靶图像中随机选取一个特征点p，给视觉装置输入位移信息ΔX和ΔY，ΔX和ΔY要保证特征点p要始终在相机视场中，通过计算机9发给控制柜10控制工作台1移动垫块8，采集多组数据，根据坐标系旋转公式，计算出旋转角度θ，
步骤五：对视觉装置进行两坐标系偏移量进行标定，如图8所示，在相机视场的标靶图像中随机选取特征点q，并通过图像处理给出该点的圆心坐标x，y，然后通过控制柜10控制工作台1将垫块8移动距离ΔX1和ΔY1，使标靶7上的特征点q与电极丝2-2对准，通过电极丝坐标系与相机坐标系的平移量计算公式，计算得到两坐标系的偏移量Dx与Dy，
步骤六：完成以上标定，将待加工工件放置在第二夹具6上，并安装夹紧，通过视觉装置检测到待加工的微孔，计算机9通过图像处理程序计算出其圆心坐标x,y，并计算出位移信息，将位移信息发给控制柜10控制工作台1，使待加工微孔与电极丝2-2完成对准；
步骤七：完成对准后，电解加工该微孔，然后进行下一个微孔的电解加工。
参照图1、图2、图3和图4，所述方法采用的视觉装置，包括工作台1，工作台设有底座1-1，底座1-1上连接有立柱1-2，立柱1-2上端连接有横梁1-3，工作台1是一个三轴移动工作台，底座1-1上装有x,y轴导轨，垫块8连接在x,y轴导轨上，标靶7通过第二夹具6固定在垫块8上，立柱1-2上装有z轴导轨，横梁1-3连接在z轴导轨上，电解头2和相机3通过第一夹具4与工作台的横梁1-3连接，电解头2包括电解头外筒2-1和其内设有的电极丝2-2，相机3上连接有环形光源5，相机3的信号输出端和计算机9连接，环形光源5的控制端和计算机9双向连接，计算机9通过控制柜10和工作台1连接。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种微孔电解加工机器视觉定位导航方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：采用视觉装置，将标靶(7)通过第二夹具(6)安装在垫块(8)上；
步骤二：开启相机(3)，将相机(3)调整到相应位置，进行对焦，确定相机(3)距离标靶(7)表面的最佳成像距离；
步骤三：对视觉装置进行像素当量的标定，使用标靶(7)进行像素当量r的标定：首先，视觉装置采集标靶(7)图像进行图像处理，获取标靶(7)上所有标定点的像素坐标值，然后在相机视场的标靶图像平面的四个区域分别选取I1、I2、I3和I4四个标定点，根据四个标定点的图像像素坐标值分别计算I1和I3之间的相对距离ΔI13，以及I2和I4之间的相对距离ΔI24，在标靶(7)平面上确定与选取的四个标定点相对应的标定点的P1、P2、P3、P4的实际坐标值，并计算P1和P3的实际距离D13，以及P2和P4的实际距离D24，由D13和ΔI13以及D24和ΔI24分别求得一个像素当量的标定值，为减小误差采用交叉式选点方式选取n组数据分别计算像素当量，然后计算所有像素当量的平均值作为本系统的像素当量r的标定值，
步骤四：以电极丝(2-2)为原点，工作台(1)的x,y轴导轨为坐标系的x,y轴，建立电极丝坐标系：对相机坐标系和电极丝坐标系之间的转换关系进行标定，首先进行电极丝坐标系与相机坐标系之间旋转角度θ的标定，在相机视场的标靶图像中随机选取一个特征点p，给视觉装置输入位移信息ΔX和ΔY，ΔX和ΔY要保证特征点p要始终在相机视场中，通过计算机(9)发给控制柜(10)控制工作台(1)移动垫块(8)，采集多组数据，根据坐标系旋转公式，计算出旋转角度θ，
Δx、Δy为特征点p移动前后在相机坐标系中x、y轴方向的位置偏差；
步骤五：对视觉装置进行两坐标系之间的偏移量进行标定，在相机视场的标靶图像中随机选取特征点q，并通过图像处理给出该点的圆心坐标x,y，然后通过控制柜(10)控制工作台(1)将垫块(8)移动距离ΔX1和ΔY1，使标靶(7)上的特征点q与电极丝(2-2)对准，通过电极丝坐标系与相机坐标系的平移量计算公式，计算得到两坐标系的偏移量Dx与Dy，
步骤六：完成以上标定，将待加工工件放置在第二夹具(6)上，并安装夹紧，通过视觉装置检测到待加工的微孔，计算机(9)通过图像处理程序计算出其圆心坐标x,y，并计算出位移信息，将位移信息发给控制柜(10)控制工作台(1)，使待加工微孔与电极丝(2-2)完成对准；
步骤七：完成对准后，电解加工该微孔，然后进行下一个微孔的电解加工。
2.根据权利要求1所述的一种微孔电解加工机器视觉定位导航方法采用的视觉装置，包括工作台(1)，其特征在于：工作台(1)的底座(1-1)上连接有立柱(1-2)，立柱(1-2)上端连接有横梁(1-3)，工作台(1)是一个三轴移动工作台，底座(1-1)上装有x,y轴导轨，垫块(8)连接在x,y轴导轨上，标靶(7)通过第二夹具(6)固定在垫块(8)上，立柱(1-2)上装有z轴导轨，横梁(1-3)连接在z轴导轨上，电解头(2)和相机(3)通过第一夹具(4)与工作台的横梁(1-3)连接，电解头(2)包括电解头外筒(2-1)和其内设有的电极丝(2-2)，相机(3)上连接有环形光源(5)，相机(3)的信号输出端和计算机(9)连接，环形光源(5)的控制端和计算机(9)双向连接，计算机(9)通过控制柜(10)和工作台(1)连接。
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