CN112427487A - 一种利用光学影像和显示网格测量热态自由锻件尺寸的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在锻造设备工作状态下测量锻件尺寸的装置，主要用于快速测量和估算锻件锻造过程中法兰轴、台阶轴、块体等自由锻件尺寸。其原理是通过在光学相机或摄像机镜头前加装滤镜，并根据锻件温度自动调整曝光量，从而获得清晰的锻件影像并传入显示屏。显示屏上有坐标网格与锻件影像叠加，该坐标网格尺寸可表示锻件实际尺寸；光学相机可通过算法测量出锻件实际尺寸。在显示屏上，可根据网格数值直接估算锻件尺寸；也可直接测量锻件边缘线或实体两点间尺寸。利用本方法可方便、快捷地测量、估算1300℃以下的自由锻件尺寸，对提升生产效率，安全生产具有重要意义。

Description

一种利用光学影像和显示网格测量热态自由锻件尺寸的装置

技术领域

本发明涉及锻造过程中对热锻件尺寸的测量，以及根据测量结果控制压机进行自动化锻造，适用的技术领域为自由锻造领域。

背景技术

自由锻造是利用压力机的冲击力或压力使金属在上、下砧面间各个方向不受任何限制自由变形，而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。一般采用液压机或快锻机针对铸造钢锭进行，将钢锭锻造成轴、块体、盘柱体等，在锻造过程中需不断测量和估算锻件尺寸，以保证锻件变形过程既有合适的锻造比，又不致使锻件产生裂纹或影响内在性能。目前，自由锻压力机砧座间锻件变形部位的形状和尺寸，一般都是人工使用大卡钳或者量杆靠近锻件测量，自由锻件锻造时温度在几百度到1300度之间，温度高时，锻件红亮；温度低时，锻件暗黑。由于锻件亮度变化大，周围温度高，热辐射严重，人工测量尺寸，观察和接近锻件都困难，不能全面测量、测量数据不够准确、误差大、且不能够边锻造边测量，同时也有较大不安全性等问题。操作人员往往依据自己经验估算尺寸和形状，比如长轴直线度、法兰盘倾斜度等，造成不同操作者、不同班次生产的产品质量不同。

目前为解决上述测量锻件尺寸问题的现有技术方案及存在的缺陷如下：

1)在压力机滑块上安装滑块位移行程传感器，根据行程传感器的数值反推出锻件变形后尺寸，这种间接测量因为锻造时机身、滑块、模具都会变形，锻造完成后变形件反弹，所以测量结果误差太大，远远不能满足生产需求。另外，这种方法只能间接测量锻件厚度。

2)也有采用激光测量锻件长度方向尺寸，即用移动的激光线扫过锻件，获得其长度尺寸。由于扫描和数据处理需要较多时间，且移动激光线需要长的导轨，无法满足操作和测量同时进行的要求，且激光受热锻件亮度、热辐射等因素影响，可靠性不高。

3)采用双目光学镜头测量，激光网格辅助测量方法，可以获得锻件三维尺寸，但由于锻件在锻造过程中随时变形，温度、亮度也不断变化，这种方法一是测量速度慢，二是激光受锻件温度、热辐射影响，难以保证测量准确性。

本发明通过拍摄获得锻造过程中的锻件清晰影像及尺寸，实时将其变化影像通过显示器显示在锻造机组操作人员面前，操作者可以通过显示屏上的锻件图像与坐标网格叠加，清楚地观察锻件局部状态及通过网格测量尺寸，实现了测量尺寸和锻打操作同时进行的生产过程，使测量的锻件尺寸精度大大提高，这不仅提高了生产效率，还给操作工提供安全生产保障，对大型自由锻件的高效生产具有重大指导意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够让自由锻造设备操作者直观、快速、准确、安全地观察锻件并获得锻造过程中锻件尺寸的装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

利用照相机或摄像机，在其镜头前加装滤镜并自动调整曝光，获得1300℃度(或更高温度)以下热态自由锻件清晰图像，根据该清晰图像，借助下文所述的显示屏上的网格，可以快速估算锻件外形尺寸，判断锻件直线度、垂直度；或结合光学测量方法及相关算法获得锻件二维或三维尺寸的方法。

通过光学相机或摄像机拍摄锻造过程中的高温锻件获得其清晰影像，并将该影像传入操作者面前的显示屏，该显示屏上可显示锻件局部或整体的清晰图像，操作者可在屏幕上直观清晰观察锻件；通过光学相机或摄像机拍摄锻造过程时，拍摄镜头安放的位置应使屏幕上显示的锻件影像和操作者目视观察的效果相接近；为在显示屏上清晰显示锻件影像，本发明采用照相机或摄像机镜头前需安装滤镜，照相机或摄像机可自动根据锻件温度变化调整曝光量以保证锻件实体影像或边缘影像清晰。

本发明在显示屏上显示坐标网格并使之覆盖在锻件影像上(与锻件影像叠加)，通过网格数量及网格单位以及网格上的纵横线，可以快速估算锻件外形尺寸，判断锻件直线度、垂直度；在显示屏上显示的坐标网格，其网格单位可通过镜头与锻件位置的关系，按照一定算法与锻件实际尺寸关联，这意味着按照网格单位估算的尺寸可以表示锻件实际尺寸。

本发明镜头是固定安装在适当位置的，即镜头与锻造设备中心线距离和位置是固定的。在锻造设备锻造时，镜头与锻件位置的关系，可以根据操作机夹钳位置，或锻件定位位置相对于锻造设备位置确定，由此推定镜头与锻件间位置。

显示屏上显示的坐标网格的单元格为正方形，显示屏坐标网格在X-Y方向的疏密可分别调整，也可做成一样疏密；网格线粗细及颜色、对比度也可进行调整设定，以便有利于观察及估算锻件尺寸。显示屏网格线坐标方格可以隐藏，这时显示屏只显示锻件影像。

本发明X轴与锻件水平轴线重合，Y轴为垂直直于锻件水平轴线方向。坐标网格中心与获得的锻件影像中心可以根据需要设置成重合的，也可以不重合；隐藏或不隐藏显示屏网格时，可以根据照相机或摄像机光学测量的相应算法，直接在锻件影像上使用鼠标点击测量两点之间二维或三维距离，并显示在屏幕上；显示屏上都有一条Y方向可自由拖动的垂直测量线，一条X方向可自由拖动的水平测量线，采用光学测量时会得到锻件影像边缘的尺寸，拖动测量线时，其与锻件边缘线相交的两点之间二维距离就会直接显示在屏幕上；光学测量一般使用双镜头或四镜头相机，采用辅助激光或照明辅助光以获得锻件二维或三维尺寸。

与现有测量手段相比，本发明有如下有益效果：

采用本发明，可以使锻造机组操作人员边操作边观察锻件的形状、尺寸的变化，能够更好地把握锻造力度和调整工艺，提升锻造效率。通过网格可以边锻造边估计锻件尺寸；同时，显示屏上通过鼠标拉直线测量，可以避免人工测量的不安全和测量结果不够全面、误差大等问题。本发明测量速度快、估算锻件尺寸准确方便，对提升自由锻件质量、提高生产效率、保证安全生产具有重要意义。

附图说明

图1为本装置实施方案示意图。

图2为本发明的显示屏显示网格隐藏后界面影像原图；

图3为在显示界面中点击“观察”按钮后，原图基础上出现具有尺寸意义的网格的示意图；

图4为在显示界面中点击“测量”按钮后，测得两点之间距离的示意图；

图5为在显示界面中点击“历史数据”按钮后，弹出对话框中的历史数据信息示意图。

图6为在显示界面中点击“网格设定”按钮后，弹出对话框中的对网格尺寸大小、线条颜色、线条粗细的设定示意图；

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在图1中，锻造机组操作人员7与测量相机3在同一视角方向，方便操作人员7观察和操作。测量相机3固定拍摄压力机2中心区域，通过线缆4与操作室8内的工控机5连接，并将锻造现场热态高温锻件1的形状和尺寸实时地传输到显示屏6上。其中，测量相机3镜头前加装滤镜，可以过滤其他低温物体影像，从而得到清晰的、无干扰的高温锻件影像。

在图2的显示屏显示界面中，图像即是带滤镜的测量相机传来的清晰、无干扰的高温锻件影像原图。

在图3的显示屏显示界面中，通过鼠标点击右上角的“观察”31按钮，在实时变动的锻件影像中，覆盖上与锻件尺寸相匹配的真实尺寸横纵坐标网格。该网格可以通过调节单位网格的长度，来改变网格疏密程度，以适应观察不同锻件产品的需求。具体操作为，通过鼠标点击“网格设定”34按钮，内有单位网格长度、网格线条粗细、网格线条颜色等内容可选。在选定好网格样式后，锻造机组操作人员即可一边观察显示界面中变化的锻件尺寸和形状，一边配合操作锻造设备，将锻件尺寸和形状锻造出产品要求。如图3中的锻件A，法兰盘11或轴22出现倾斜，或不同心，操作人员根据网格观察的倾斜程度和偏移部位，操纵锻造机组将其校正；又如锻件A轴径过大，操作人员根据观察到的网格数量，判断其值过大，可以再进行拔长工艺操作；还如，锻件局部在横格比较下有突出部，操作人员可以对局部实施压平，使锻件尽量平整，等等工艺操作。在锻造过程中，需要精确把握的尺寸或者不易人眼观察到的尺寸，可以用鼠标点击图3中“测量”按钮32，然后再用鼠标点击屏幕上两点，两点对应的距离为图4中的标号35。如果需要了解过往测量数据，可以点击“历史数据”33按钮，内有按时间排列的过往测量数据。

图4即为在图3中，用鼠标点击“测量”2按钮，再用鼠标点击锻件两点，就得到标号为5的两点间的距离，如显示屏出现的界面示意图4。

图5即为在图3中，用鼠标点击“历史数据”33按钮，显示屏弹出对话框的示意图。该对话框不仅有测量位置的记录，还有所对应测量尺寸的数据、测量时间的记录，方便用户查看。

图6即为在图3中，用鼠标点击“网格设定”34按钮，显示屏弹出对话框的示意图。该对话框可以对网格尺寸、网格线条颜色、网格线条粗细进行调整，以满足用户多样需求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是依本发明权利要求所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种利用照相机或摄像机，在其镜头前加装滤镜并自动调整曝光，获得1300℃度(或更高温度)以下热态自由锻件清晰图像，根据该清晰图像与显示屏上的网格叠加，通过网格快速估算锻件外形尺寸，判断锻件直线度、垂直度；或结合光学测量方法及相关算法获得锻件二维或三维尺寸的方法。

2.权利要求1中，其特征在于通过光学相机或摄像机拍摄锻造过程中的高温锻件获得其清晰影像，并将该影像传入操作者面前的显示屏，该显示屏上可显示锻件局部或整体的清晰图像，操作者可在屏幕上直观清晰观察锻件。

3.权利要求1中，其特征在于为在显示屏上清晰显示锻件影像，照相机或摄像机镜头前需安装滤镜，照相机或摄像机可自动根据锻件温度变化调整曝光量以保证锻件实体影像或边缘影像清晰。

4.权利要求1中，其特征在于在显示屏上显示坐标网格并使之覆盖在锻件影像上(与锻件影像叠加)，通过网格数量及网格单位以及网格上的纵横线，可以快速估算锻件外形尺寸，判断锻件直线度、垂直度。

5.权利要求1中，其特征在于在显示屏上显示的坐标网格，其网格单位可通过镜头与锻件位置的关系，按照一定算法与锻件实际尺寸关联，从而根据网格单位尺寸来表示锻件实际尺寸。

6.权利要求6中，其特征在于本方法镜头是固定安装在适当位置的，即镜头与锻造设备中心线距离和位置是固定的。在锻造设备锻造时，镜头与锻件位置的关系，可以根据操作机夹钳位置，或锻件定位位置相对于锻造设备位置确定，由此推定镜头与锻件间位置。

7.权利要求1中，其特征在于显示屏上显示的坐标网格的单元格为正方形，显示屏坐标网格在X-Y方向的疏密可分别调整，也可做成一样疏密；网格线粗细及颜色、对比度也可进行调整设定，以便有利于观察及估算锻件尺寸。

8.权利要求1中，其特征在于X轴与锻件水平轴线重合，Y轴为垂直于锻件水平轴线方向。坐标网格中心与获得的锻件影像中心可以根据需要设置成重合的，也可以不重合。

9.权利要求1中，其特征在于隐藏或不隐藏显示屏网格时，可以根据照相机或摄像机光学测量的相应算法，直接在锻件影像上使用鼠标点击测量两点之间二维或三维距离，并显示在屏幕上。

10.权利要求1中，其特征在于隐藏或不隐藏显示屏网格时，显示屏上都有一条Y方向可自由拖动的垂直测量线，一条X方向可自由拖动的水平测量线，采用光学测量时会得到锻件影像边缘的尺寸，拖动测量线时，其与锻件边缘线相交的两点之间二维距离就会直接显示在屏幕上。

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