CN108856790A - 多孔位自动钻孔机及其钻孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的多孔位自动钻孔机及其钻孔方法，涉及自动钻孔技术领域。该多孔位自动钻孔机包括移动工装、视觉定位系统、控制器、数据处理系统和运动模块。通过视觉定位系统拍摄待加工工件的图片，经过图像处理器识别特征点坐标，将该特征点坐标转换至机械坐标轴坐标位置，从而通过运动模块将钻头移动至特定位置，对待加工工件进行钻孔。该多孔位自动钻孔机结构简单，操控方便，智能化和自动化程度高，钻孔效率高。

Description

多孔位自动钻孔机及其钻孔方法

技术领域

本发明涉及自动钻孔技术领域，具体而言，涉及一种多孔位自动钻孔机及其钻孔方法。

背景技术

传统的钻孔加工需要先测量待加工工件，并标识钻孔位置，较为耗时。对于异性结构的待加工工件，当位置精度有较高要求时难以保证位置准确性，从而导致产品合格率较低，严重影响产品质量和生产效率。

有鉴于此，设计制造出一种多孔位自动钻孔机，能够准确、高效地计算钻孔位置，提高钻孔效率和精度，是目前自动钻孔技术领域中急需改善的技术问题。

发明内容

本发明的目的包括提供一种多孔位自动钻孔机，通过视觉定位系统自动拍摄待加工工件的图片，经过图像处理器识别特征点坐标，将该特征点坐标转换至机械坐标轴坐标位置，从而通过运动模块将钻头移动至特定位置，对待加工工件进行钻孔。该多孔位自动钻孔机结构简单，操控方便，智能化和自动化程度高，钻孔效率高，精度高。

本发明的目的还包括提供一种钻孔方法，能精确测量计算待加工工件的钻孔位置，自动化程度高，钻孔效率高，精度高，大大提高了生产效率和产品质量。

本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供的一种多孔位自动钻孔机，包括移动工装、视觉定位系统、控制器、数据处理系统和运动模块。

所述数据处理系统包括图像处理器和计算单元，所述图像处理器和所述视觉定位系统连接，所述计算单元与所述图像处理器连接；所述计算单元与所述控制器连接，所述控制器和所述运动模块连接。

所述运动模块包括主轴、第一运动台、第二运动台、第三运动台和旋转轴。所述主轴上安装有钻头，所述第一运动台、所述第二运动台、所述第三运动台和所述旋转轴在所述控制器的控制下移动，以实现所述主轴在空间范围内的移动和转动，以控制所述钻头的位置。

进一步地，所述视觉定位系统包括工业相机，所述工业相机用于对待加工工件拍照，并将拍摄的图片传递至所述图像处理器中。

进一步地，所述工业相机的数量为两个，两个所述工业相机设于所述待加工工件的同一侧，其中一个所述工业相机所在的平面的高度高于另一个所述工业相机所在的平面的高度。

进一步地，所述视觉定位系统还包括相机光源，所述相机光源用于对所述工业相机补光。

进一步地，还包括工作台，所述第一运动台安装在所述工作台上，所述第二运动台安装在所述第一运动台上，所述第三运动台安装在所述第二运动台上，所述旋转轴安装在所述第三运动台上，所述主轴安装在所述旋转轴上。

进一步地，所述第一运动台连接有第一驱动器，所述第二运动台连接有第二驱动器，所述第三运动台连接有第三驱动器，所述旋转轴连接有第四驱动器，所述第一驱动器、所述第二驱动器、所述第三驱动器、所述第四驱动器分别与所述控制器连接。

进一步地，所述旋转轴上设有转盘，所述第四驱动器用于驱动所述转盘转动；所述转盘上设有刻度，便于观察所述主轴的旋转角度。

进一步地，所述工作台上设有第一导轨，所述移动工装安装在所述第一导轨上，并且能够沿所述第一导轨移动。

进一步地，所述移动工装与第五驱动器连接，所述第五驱动器带动所述移动工装沿所述第一导轨移动。

本发明提供的一种钻孔方法，包括以下步骤：

标定第一工业相机和第二工业相机的位置关系。

移动待加工工件至预设位置并固定。

移动所述第一工业相机和所述第二工业相机，对所述待加工工件拍照，并将图片传递至图像处理器中。

所述图像处理器识别所述图片中的特征点坐标，并与预设的基准坐标进行对比，通过计算单元获取所述待加工工件相对于基准样品的旋转角度和平移量。

控制钻头转动所述旋转角度并移动所述平移量，主轴启动，对所述待加工工件进行钻孔。

本发明提供的多孔位自动钻孔机及其钻孔方法具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的多孔位自动钻孔机，包括移动工装、视觉定位系统、控制器、数据处理系统和运动模块。通过视觉定位系统拍摄待加工工件的图片，经过图像处理器识别特征点坐标，将该特征点坐标转换至机械坐标轴坐标位置，从而通过运动模块将钻头移动至特定位置，对待加工工件进行钻孔。该多孔位自动钻孔机结构简单，操控方便，智能化和自动化程度高，钻孔效率高。

本发明提供的钻孔方法，通过第一工业相机和第二工业相机代拍摄替了人工测量的步骤，利用图像处理器的识别功能获取待加工工件的特征点坐标，通过和预设的基准坐标对比，计算待加工工件相对于基准样品的旋转角度和平移量，从而控制主轴移动和转动，精确控制钻头的位置，对待加工工件进行钻孔。该钻孔方法自动化程度高，钻孔精度高，钻孔效率快。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明具体实施例提供的多孔位自动钻孔机的第一种视角的结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的多孔位自动钻孔机的第二种视角的结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的多孔位自动钻孔机的第三种视角的结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的多孔位自动钻孔机的一种应用场景结构示意图；

图5为本发明具体实施例提供的多孔位自动钻孔机的剖面结构示意图。

图标：100-多孔位自动钻孔机；101-待加工工件；110-工作台；111-丝杆螺母组件；113-第一导轨；120-第一运动台；130-第二运动台；131-第二驱动器；133-导向槽；140-第三运动台；141-第三驱动器；150-视觉定位系统；160-旋转轴；161-第四驱动器；163-转盘；170-主轴；171-安装部；173-钻头；180-移动工装。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明具体实施例提供的多孔位自动钻孔机100的第一种视角的结构示意图，图2为本发明具体实施例提供的多孔位自动钻孔机100的第二种视角的结构示意图，图3为本发明具体实施例提供的多孔位自动钻孔机100的第三种视角的结构示意图，请参照图1至图3。

本实施例提供的一种多孔位自动钻孔机100，包括移动工装180、视觉定位系统150、控制器、数据处理系统、运动模块和工作台110。

数据处理系统包括图像处理器和计算单元，图像处理器和视觉定位系统150连接，计算单元与图像处理器连接。计算单元与控制器连接，控制器和运动模块连接。运动模块包括主轴170、第一运动台120、第二运动台130、第三运动台140和旋转轴160。主轴170上安装有钻头173，第一运动台120、第二运动台130、第三运动台140和旋转轴160在控制器的控制下协同移动，以实现主轴170在空间范围内的移动和转动，以控制钻头173的位置，主轴170开启，对待加工工件101进行自动钻孔。

具体地，视觉定位系统150包括工业相机，工业相机用于对待加工工件101拍照，并将拍摄的图片传递至图像处理器中。图像处理器再对图片进行识别，获取图片的特征点，并将特征点坐标信号传递至计算单元中，计算单元根据特征点坐标信号和处理程序中预设的基准坐标进行比对，获得当前待加工工件101需要移动的距离以及转动角度。

需要说明的是，计算单元可以是集成在图像处理器中，与图像处理器合为一体，也可以是单独的运算模块，比如，图像处理器可以采用TCS230芯片、CMOS芯片或STM32单片机，或者其他型号的图像处理器，用于识别待加工工件101的特征点。计算单元可以采用具有数据运算能力的计算机，计算机内预存有相应的计算处理程序，并且预设有基准样品的基准坐标，接收到图像处理器识别的特征点坐标后，与基准坐标进行比对，求得当前待加工件相对于基准样品的旋转角度和中心平移向量，利用这些数据，通过内置算法计算得到当前待加工件相对于基准样品分别在X轴、Z轴、U轴上需要补偿的距离，从而得到该待加工件的机械加工坐标。

优选地，工业相机的数量为两个，两个工业相机设于待加工工件101的同一侧，其中一个工业相机所在的平面的高度高于另一个工业相机所在的平面的高度。即，两个工业相机呈一上一下的位置关系设置。在本实施例中，为了增强工业相机的拍摄效果，还设置了相机光源，相机光源用于对工业相机补光，使得拍出的图片效果更好。

第一运动台120安装在工作台110上，第一运动台120可以沿X轴方向移动。第二运动台130安装在第一运动台120上，第二运动台130可以沿Y轴方向移动。第三运动台140安装在第二运动台130上，第三运动台140可以沿Z轴方向移动。旋转轴160安装在第三运动台140上，主轴170安装在旋转轴160上，主轴170上安装有多个钻头173。具体的，主轴170的端部设有安装部171，安装部171上设有多个安装工位，每个安装工位用于安装一个钻头173。钻头173可以通过卡接、粘接、螺纹连接或真空吸附连接的方式固定在安装部171上。图中仅示出了三个钻头173，但并不仅限于此，可以根据实际情况增加或减少钻头173的数量。

通过第一运动台120、第二运动台130、第三运动台140、旋转轴160协调运动，可以实现主轴170在空间范围内的任意平移运动及转动，进而实现钻头173在空间范围内的精准移动。

具体的，第一运动台120连接有第一驱动器，第二运动台130连接有第二驱动器131，第三运动台140连接有第三驱动器141，旋转轴160连接有第四驱动器161，第一驱动器、第二驱动器131、第三驱动器141、第四驱动器161分别与控制器连接。通过控制器统一操控，实现钻头173的精确移动。

作为优选，旋转轴160上设有转盘163，第四驱动器161用于驱动转盘163转动。转盘163上设有刻度，便于观察主轴170的旋转角度。

图4为本发明具体实施例提供的多孔位自动钻孔机100的一种应用场景结构示意图，图5为本发明具体实施例提供的多孔位自动钻孔机100的剖面结构示意图，请参照图4和图5。

工作台110上设有第一导轨113，移动工装180安装在第一导轨113上，并且能够沿第一导轨113移动。可选地，移动工装180与第五驱动器连接，第五驱动器带动移动工装180沿第一导轨113移动。

容易理解的是，第一运动台120、第二运动台130和第三运动台140均采用丝杆螺母组件111的传动方式，实现大行程的精确直线运动。每个运动台上均设有导向槽133，在运动过程中，沿导向槽133直线运动，以保证移动位置的精确性。

本实施例提供的一种钻孔方法，包括以下步骤：

标定第一工业相机和第二工业相机的位置关系。确定第一工业相机和第二工业相机的参考位置。

移动待加工工件101至预设位置并固定。第一导轨113上设有止动件，移动工装180安装在第一导轨113上，待加工工件101安装在移动工装180上，移动工装180沿第一导轨113移动，将待加工工件101移动至预设位置，止动件动作，固定移动工装180的位置，从而固定待加工工件101的位置。

移动第一工业相机和第二工业相机至合适位置，对待加工工件101拍照，并将图片传递至图像处理器中。图像处理器识别图片中的特征点坐标，并与预设的基准坐标进行对比，通过计算单元获取待加工工件101相对于基准样品的旋转角度和平移量。

计算单元与控制器电连接，控制器控制钻头173转动计算出的旋转角度，并移动计算出的平移量，主轴170启动，钻头173转动对待加工工件101进行钻孔。

本发明提供的多孔位自动钻孔机100及其钻孔方法，其工作原理如下：

首先，标定第一工业相机和第二工业相机的位置关系，第五驱动器启动，移动工装180移动，通过移动工装180将待加工工件101移动至预设位置并固定。第一驱动器启动，第一工业相机和第二工业相机沿X轴移动，移动到可以清晰拍摄到待加工工件101的位置，第一工业相机和第二工业相机对待加工工件101拍照，并将拍摄的图片传递至图像处理器中。图像处理器识别图片中的特征点坐标，即寻找到待加工工件101上需要加工孔的位置，图像处理器将该特征点坐标信号传递至计算机中。计算机内预存有相应的计算处理程序，并且预设有基准样品的基准坐标，接收到图像处理器识别的特征点坐标后，与基准坐标进行比对，求得当前待加工件相对于基准样品的旋转角度和中心平移向量，利用这些数据，通过内置算法计算得到当前待加工件相对于基准样品分别在X、Z、U轴上需要补偿的距离，从而得到该待加工件的机械加工坐标。第一运动台120、第三运动台140、旋转轴160依据计算得出的加工坐标分别带动主轴170移动至加工位置，主轴170开启，第二运动台130向前移动，钻头173进行钻孔加工。

综上所述，本发明提供的多孔位自动钻孔机100及其钻孔方法具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的多孔位自动钻孔机100及其钻孔方法，通过工业相机拍照以及图像处理器识别出待加工工件101的特征点坐标，通过以特征点坐标为参考基准，和基准样品的基准坐标进行比对，计算出待钻孔位置坐标，将该坐标转换至机械坐标轴坐标位置，通过X轴、Y轴、Z轴、U轴四轴精确运动，从而引导主轴170至加工位置进行钻孔加工。该多孔位自动钻孔机100结构简单，操控方便，智能化和自动化程度高，定位精准，钻孔效率高，精度高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多孔位自动钻孔机，其特征在于，包括移动工装、视觉定位系统、控制器、数据处理系统和运动模块；

所述数据处理系统包括图像处理器和计算单元，所述图像处理器和所述视觉定位系统连接，所述计算单元与所述图像处理器连接；所述计算单元与所述控制器连接，所述控制器和所述运动模块连接；

所述运动模块包括主轴、第一运动台、第二运动台、第三运动台和旋转轴；所述主轴上安装有钻头，所述第一运动台、所述第二运动台、所述第三运动台和所述旋转轴在所述控制器的控制下移动，以实现所述主轴在空间范围内的移动和转动，以控制所述钻头的位置。

2.根据权利要求1所述的多孔位自动钻孔机，其特征在于，所述视觉定位系统包括工业相机，所述工业相机用于对待加工工件拍照，并将拍摄的图片传递至所述图像处理器中。

3.根据权利要求2所述的多孔位自动钻孔机，其特征在于，所述工业相机的数量为两个，两个所述工业相机设于所述待加工工件的同一侧，其中一个所述工业相机所在的平面的高度高于另一个所述工业相机所在的平面的高度。

4.根据权利要求2所述的多孔位自动钻孔机，其特征在于，所述视觉定位系统还包括相机光源，所述相机光源用于对所述工业相机补光。

5.根据权利要求1所述的多孔位自动钻孔机，其特征在于，还包括工作台，所述第一运动台安装在所述工作台上，所述第二运动台安装在所述第一运动台上，所述第三运动台安装在所述第二运动台上，所述旋转轴安装在所述第三运动台上，所述主轴安装在所述旋转轴上。

6.根据权利要求1所述的多孔位自动钻孔机，其特征在于，所述第一运动台连接有第一驱动器，所述第二运动台连接有第二驱动器，所述第三运动台连接有第三驱动器，所述旋转轴连接有第四驱动器，所述第一驱动器、所述第二驱动器、所述第三驱动器、所述第四驱动器分别与所述控制器连接。

7.根据权利要求6所述的多孔位自动钻孔机，其特征在于，所述旋转轴上设有转盘，所述第四驱动器用于驱动所述转盘转动；所述转盘上设有刻度，便于观察所述主轴的旋转角度。

8.根据权利要求5所述的多孔位自动钻孔机，其特征在于，所述工作台上设有第一导轨，所述移动工装安装在所述第一导轨上，并且能够沿所述第一导轨移动。

9.根据权利要求8所述的多孔位自动钻孔机，其特征在于，所述移动工装与第五驱动器连接，所述第五驱动器带动所述移动工装沿所述第一导轨移动。

10.一种钻孔方法，其特征在于，包括以下步骤：

标定第一工业相机和第二工业相机的位置关系；

移动待加工工件至预设位置，并固定；

移动所述第一工业相机和所述第二工业相机，对所述待加工工件拍照，并将图片传递至图像处理器中；

所述图像处理器识别所述图片中的特征点坐标，并与预设的基准坐标进行对比，通过计算单元获取所述待加工工件相对于基准样品的旋转角度和平移量；

控制钻头转动所述旋转角度并移动所述平移量，主轴启动，对所述待加工工件进行钻孔。