CN109365877B - 一种数控机床零件加工自动定位方法 - Google Patents

一种数控机床零件加工自动定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数控机床零件加工自动定位方法，步骤一：在机器正面钻孔完毕之后，自动启动摄像机拍摄，拍下正面图。步骤二：在进行人工翻转铁饼之后，手动启动摄像机拍摄，拍下反面图。步骤三：计算机对2副图片处理之后，分别对正反面图片中的加工孔进行定位，计算出偏移角度，输出给机床计算机，机床计算机根据偏移角度调整设备位置，进行反面钻孔。本发明通过摄像机进行拍照，通过对照片进行处理，得到零件反面的钻孔的位置，进而进行反面钻孔。本发明由计算机计算得出的旋转角度精度高，效率快，取代了人工在此处的操作，节约成本，方便推广。

Description

一种数控机床零件加工自动定位方法
技术领域
本发明属于数控机床技术领域，具体涉及本发明涉及一种数控机床对零件进行双面加工的的位置校正方法。
背景技术
数控机床对铁饼进行双面加工时，需要对反面二次加工位置进行精确定位。
目前自动定位技术多应用于单面一次打孔，主要定位算法有透视变换、亚像素中心定位和圆心定位(坐标变换)三类。透视变换主要是对摄像机拍摄的图像进行处理，将拍摄图像矫正为鸟瞰图，主要运用是去除因摄像机造成的图像畸变。亚像素中心定位是通过对边缘点进行亚像素级定位，并用最小二乘拟合获取精确的标志点的中心目标。圆心定位是通过图像处理技术，利用三点定圆原理获取圆心点，再计算出钻头与圆心的偏差值，移动钻头进行精确打孔。以上三种技术虽然都能找到圆心进行打孔，但是仅局限于单面一次打孔，只能对铁饼的正面进行一次作业。当对同一零件(铁饼)的反面进行二次加工时，只能人工校准钻机，精确度低，误差大,且人工对准耗时高，效率低。
发明内容
针对目前现有技术在零件双面二次加工上存在的不足和缺陷。本发明的目的在于实现零件反面二次加工时，提供了一种数控机床零件加工自动定位方法，本方法通过计算机自动计算校正角度，控制打孔机精确定位打孔。
本发明采用了以下技术方案达到上述发明目的：
一种数控机床零件加工自动定位方法，包括以下步骤：
步骤一：通过数控机床进行零件正面钻孔之后，启动摄像机拍摄，拍下零件正面图；
步骤二：将零件进行翻转后，启动摄像机拍摄，拍下零件反面图；
步骤三：对正反面图片预处理之后，分别对正反面图片中的钻孔进行定位，计算出偏移角度，输出给机床计算机，机床计算机根据偏移角度调整设备位置，进行反面钻孔。
作为本发明的进一步改进，步骤三中，钻孔进行定位的步骤具体为：
使用canny边缘检测算法对拍摄的进行处理，先通过灰度图像获取边缘图像正面图和反面图，再霍夫变换检测圆，根据直径范围获取目标零件的位置，进行裁剪，保留主区域，将剩余部分剔除，获得正面图和反面图；
对零件主区域进行再次霍夫变换圆检测，进行膨胀腐蚀操作后，检测到零件内每个钻孔的位置，得到各个钻孔的极径ρi以及极角θi，获得正面图和反面图的坐标；通过各个钻孔正反面坐标的变化，计算出零件圆饼在翻转过程中产生的偏移角度。
作为本发明的进一步改进，步骤三中，计算出偏移角度的步骤具体为：
将正面图和反面图进行比较，选取正面图和反面图距离圆心最近的几个圆孔，根据这几个圆，继而确定正面图每个圆Ci在反面图所对应的位置以及各个圆Ci在反面位置与正面位置所产生的偏移角度Si，进而采用等间距牛顿插值法求出多个数据的平均偏移角度。
作为本发明的进一步改进，所述的等间距牛顿插值法具体步骤如下：
设函数f(x),将Ci(Ci的值为i)和上面所计算出的多个圆的偏移角度数据Si分别当作插值点(xi,f(xi))i＝0,1,…,n
已知其n+1个插值点为(xi,f(xi)),i＝0,1,…,n定义：
f(x)在xi零阶差商为f(xi)；
f(x)在点x0与点x1一阶差商为f(x0，x1)＝f(x1)-f(x0)/x1-x0；
f(x)在点x0,x1,x2的二阶差商：
f(x0，x1，x2)＝f(x1，x2)-f(x0，x1)/x2-x0
f(x)在点x0,x1,…,xk的k阶差商为：
f(x0，x1，…，xk)＝f(x1，x2，…，xk)-f(x0，x1，…，xk-1)/xk-x0
将k阶差商f(x0，x1，…，xk)表示为函数值f(x0)，f(x1)，…,f(xk)的组合，得到：
Figure BDA0001914201220000031
得出经过K阶差商之后得到的偏移角度作为最终计算的平均偏移角度。
作为本发明的进一步改进，还包括误差计算步骤：
采用插值存在的误差：
Figure BDA0001914201220000032
公式中的参数解释：
f(n+1)(ξ)为f(x)在ξ处的n+1阶导数(ξ∈(0,n))；
(n+1)！为n+1的阶乘((n+1)×n×…..×1)。
采用数字图像处理存在的误差：
通过对霍夫变换检测圆算法进行检测圆优化，通过调整各个参数，设置好降噪参数，梯度方向以及累加器分辨率,经过查阅资料测试，将半径确认的误差精确到以15个像素点为半径的范围。
作为本发明的进一步改进，所述的零件为金属圆饼，正面钻孔为倒锥孔，反面钻孔为圆柱孔。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过摄像机进行拍照，通过对照片进行处理，得到零件反面的钻孔的位置，进而进行反面钻孔。本发明由计算机计算得出的旋转角度精度高，效率快，取代了人工在此处的操作，节约成本，方便推广。
附图说明
图1是本发明一种数控机床零件加工自动定位方法的流程图；
图2是待加工零件示意图，(a)为正面示意图，(b)为横截面示意图；
图3是摄像机实际拍摄零件正面图；
图4是图片二值去噪预处理后的零件图；
图5是对零件进行Canny边缘检测后图片；
图6是Hough变换检测到圆后的圆心标记图；
图7是零件正面圆孔所处位置极坐标示意图。
图8是零件反转后反面圆孔所处位置极坐标示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施情况做进一步的说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1至图7所示，本发明一种数控机床零件加工自动定位方法，通过图像处理技术计算角度控制打孔机自动旋转校正。该方法按照以下步骤进行：
步骤一：在机器正面钻孔完毕之后，自动启动摄像机拍摄，拍下正面图。
步骤二：在进行人工翻转铁饼之后，手动启动摄像机拍摄，拍下反面图。
步骤三：计算机对两幅图片处理之后，分别对正反面图片中的钻孔进行定位，计算出偏移角度，输出给机床计算机，机床计算机根据偏移角度调整设备位置，进行反面钻孔。
需说明的是本方法是实现对铁饼正反面同一位置进行定位加工，铁饼正面打孔后，人工翻转，反面圆孔定位由计算机完成。
遵从上述技术方案，首先固定摄像机位置，拍摄正面图和反面图，对正反面图片进行透视变换，去除摄像机拍摄造成的畸变。
使用canny边缘检测算法对此灰度图像获取边缘图像正面图和反面图，变换检测圆，确定直径范围获取目标铁饼的圆区域，进行裁剪，保留此区域，将剩余部分剔除，获得正面图和反面图。
对铁饼区域进行再次霍夫变换圆检测，进行膨胀腐蚀操作后，检测到零件内每个钻孔的位置，得到各个钻孔的极径ρi以及极角θi，获得正面图和反面图的坐标。
将上述正面图和反面图进行比较，选取距离圆心最近的几个圆孔(本方法采用7个)，根据这几个圆孔，继而确定正面图每个圆Ci在反面图所对应的位置以及各个圆Ci在反面位置与正面位置所产生的偏移角度Si，进而采用等间距牛顿插值法求出多个数据的平均偏移角度。
等间距牛顿插值法具体步骤如下：
设函数f(x),将Ci(Ci的值为i)和上面所计算出的多个圆的偏移角度数据Si分别当作插值点(xi,f(xi))i＝0,1,…,n
已知其n+1个插值点为(xi,f(xi)),i＝0,1,…,n定义：
f(x)在xi零阶差商为f(xi)；
f(x)在点x0与点x1一阶差商为f(x0，x1)＝f(x1)-f(x0)/x1-x0；
f(x)在点x0,x1,x2的二阶差商：
f(x0，x1，x2)＝f(x1，x2)-f(x0，x1)/x2-x0
f(x)在点x0,x1,…,xk的k阶差商为：
f(x0，x1，…，xk)＝f(x1，x2，…，xk)-f(x0，x1，…，xk-1)/xk-x0
将k阶差商f(x0，x1，…，xk)表示为函数值f(x0)，f(x1)，…,f(xk)的组合，得到：
Figure BDA0001914201220000061
得出经过K阶差商之后得到的偏移角度作为最终计算的正反面偏移角度S。
误差计算：
采用插值存在的误差：
Figure BDA0001914201220000062
采用数字图像处理存在的误差：
通过对霍夫变换检测圆算法进行检测圆优化，通过调整各个参数，设置好降噪参数，梯度方向以及CV_HOUGH_GRADIENT(累加器分辨率)，经过查阅资料测试，可以将半径确认的误差精确到以15个像素点为半径的范围。
以上所述，仅是对本发明的举例说明。本发明所属的技术领域的技术人员可以对所描述的举例做各种修改或补充，只要不脱离本发明的精神本质，就属于本发明的权利要求书所限定的范围。
尽管以上结合附图对本发明的具体实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的、而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明的权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (4)

1.一种数控机床零件加工自动定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：通过数控机床进行零件正面钻孔之后，启动摄像机拍摄，拍下零件正面图；
步骤二：将零件进行翻转后，启动摄像机拍摄，拍下零件反面图；
步骤三：对正反面图片预处理之后，对正面图片中的钻孔进行定位，计算出反面预钻孔的偏移角度，输出给机床计算机，机床计算机根据偏移角度调整设备位置，进行反面钻孔；
步骤三中，钻孔进行定位的步骤具体为：
使用canny边缘检测算法对拍摄的图片进行处理，先通过灰度图像获取边缘图像正面图和反面图，再霍夫变换检测圆，根据直径范围获取目标零件的位置，进行裁剪，保留主区域，将剩余部分剔除，获得正面图和反面图；
对零件主区域进行再次霍夫变换圆检测，进行膨胀腐蚀操作后，检测到零件内每个钻孔的位置，得到各个钻孔的极径ρi以及极角θi，获得正面图和反面图的坐标；通过各个钻孔正反面坐标的变化，计算出零件在翻转过程中产生的偏移角度；
步骤三中，计算出偏移角度的步骤具体为：
将正面图和反面图进行比较，选取正面图和反面图距离中心最近的几个圆孔，根据这几个圆，继而确定正面图每个圆Ci在反面图所对应的位置以及各个圆Ci在反面位置与正面位置所产生的偏移角度Si，进而采用等间距牛顿插值法求出多个偏移角度的平均偏移角度。
2.根据权利要求1所述的数控机床零件加工自动定位方法，其特征在于：所述的等间距牛顿插值法具体步骤如下：
设函数f(x),将Ci和上面所计算出的多个圆的偏移角度数据Si分别当作插值点(xi,f(xi))i＝0,1,…,n，Ci的值为i；
已知其n+1个插值点为(xi,f(xi)),i＝0,1,…,n定义：
f(x)在xi零阶差商为f(xi)；
f(x)在点x0与点x1一阶差商为f(x0，x1)＝f(x1)-f(x0)/x1-x0；
f(x)在点x0,x1,x2的二阶差商：
f(x0，x1，x2)＝f(x1，x2)-f(x0，x1)/x2-x0
f(x)在点x0,x1,…,xk的k阶差商为：
f(x0，x1，…，xk)＝f(x1，x2，…，xk)-f(x0，x1，…，xk-1)/xk-x0
将k阶差商f(x0，x1，…，xk)表示为函数值f(x0)，f(x1)，…,f(xk)的组合，得到：
得出经过K阶差商之后得到的偏移角度作为最终计算的平均偏移角度。
3.根据权利要求2所述的数控机床零件加工自动定位方法，其特征在于：还包括误差计算步骤：
采用等间距牛顿插值法存在的误差：
公式中：
f(n+1)(ξ)为f(x)在ξ处的n+1阶导数(ξ∈(0,n))；
(n+1)！为n+1的阶乘((n+1)×n×…..×1)。
4.根据权利要求1所述的数控机床零件加工自动定位方法，其特征在于：所述的零件为金属圆饼，正面钻孔为倒锥孔，反面钻孔为圆柱孔。
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