CN211827005U - 一种基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，包括：设置在工作台四个角的支持架，在每个支持架上安装有用于拍摄工作台上转动轴和平动轴位置图像信息的相机，所述主轴箱设置在工作台的正上方。本申请提供的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，检测精度高，便于安装，适用范围广泛。

Description

一种基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置

技术领域

本申请涉及数控机床技术领域，尤其涉及一种基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置。

背景技术

五轴数控机床X、Y、Z、A或B、C等，由于增加两个旋转轴(或摆转轴)，五轴数控机床能够加工更复杂的曲面零件，能够适应现代高精加工的需求，工件的表面质量以及加工效率得到了极大的提高。五轴数控机床能够减少工件的装夹次数，减少因装夹问题引入的安装误差等，从而缩短加工时间。然而，五轴数控机床却因装配精度、安装误差，长时间的加工过程中磨损不断提高导致的缺陷，使机机床的加工误差直接导致工件加工精度的降低。因此，为了提高和稳定五轴数控机床的加工精度和工件表面质量作为目标，保证产品的合格率，重复精度的补偿研究不断发展。

目前国内，对于机床旋转轴误差检测方向已经作了大量的研究，但是旋转轴误差测量还没有直接、统一的方法，常用的检测方法主要采用的测量设备包括球杆仪、激光跟踪仪、R-test、正12面或24面多棱镜以及自准直仪等，具有一定的局限性。对于三平动轴的误差测量主要采用激光干涉仪、位移传感器以及热误差检测综合测量。其中，球杆仪价格便宜，使用广泛，但其测量时需要安装、调试，测量的效率较低，对于操作人员相关技术要求高。激光跟踪仪，其测量方便快捷，但价格较为昂贵。R-test装置为接触式测量，对于测试条件要求较高，其测量效率有限。正12面或24面多棱镜以及自准直仪，需特殊工装，其测试过程复杂。激光干涉仪测量快捷方便，但对于机床环境有较高的测量条件要求。位移传感器作为非接触式测量，其装置价格适中，对主轴测量较为方便，但其测量其它平动轴较为复杂。平动轴的定位精度以及重复精度的测量，需和旋转轴分开测量，综合测量耗费时间长。

综上所述，这些测量方式测量效率不高，实验成本高。接触式与非接触式测量方式，都需对操作人员进行培训或操作人员本身具备该方面的操作经验，对于测量的结果依赖操作人员的熟练度，测量精度有限。

实用新型内容

本申请的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置。

一种基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，包括：设置在工作台四个角的支持架、以及设置在工作台正上方的主轴箱，在每个支持架上、以及所述主轴箱上均安装有相机，所述相机用于拍摄工作台上转动轴和平动轴位置图像信息。

进一步地，如上所述的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，在每个支持架上安装有滑轨，所述相机固定在安装架上，安装架能够沿着所述滑轨上下滑动。

进一步地，如上所述的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，所述工作台安装在转台上。

进一步地，如上所述的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，每个相机连接有一个能够将其数据发送出去的无线传输模块。

进一步地，如上所述的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，所述无线传输模块与计算机信号连接。

进一步地，如上所述的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，所述相机采用的是CMOS相机。

有益效果：

本申请提供的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，不但测量效率高，而且检测精度高，结构简单，便于安装，成本低廉，适用范围广泛。

附图说明

图1为本申请基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置结构示意图一；

图2为本申请基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置结构示意图二；

图3为本申请检测预处理流程图；

图4为本申请加工过程控制流程图；

图5为本申请产品分级流程图；

附图标记：

1-计算机，2-安装架，3-无线传输模块，4-主轴箱，5-滑轨，6-相机，7-支持架，8-工作台，9-转台。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图对本申请做进一步说明。

本申请提供的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置包括：包括支持架7、安装架2、相机6、计算机1和无线传输模块3；所述相机1通过与安装架2连接，使相机6镜头瞄准加工区域；通过相机6采集得到的图像信号通过无线传输模块3传输至数据接收计算机1，利用HALCON软件完成数字图像的处理、存储和显示。

如图1、图2所示，本申请提供的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，包括：设置在工作台8四个角的支持架7、以及设置在工作台8正上方的主轴箱4，在每个支持架7上、以及所述主轴箱4上均安装有相机6，所述相机6用于拍摄工作台8上转动轴和平动轴位置图像信息。

本申请采用双转台五轴数控机床，不止是该类型，其它类型的五轴机床也较多为立式五轴机床，立式指的是刀具的摆放方式。所述主轴箱的作用就是带动夹持刀具进行旋转运动(以双转台五轴数控机床为例)并且可在Z向移动。主轴箱通过滑枕主轴箱移动式该方式与床身连接，且达到Z向移动。

进一步地，由于机床的尺寸大小不一，为了适应更多的机床类型，提高相机获取图像的包容度，本申请在每个支持架7上安装有滑轨5，所述相机6固定在安装架2上，安装架2能够沿着所述滑轨5上下滑动。

进一步地，所述工作台8安装在转台9上。

所述转台其功能是体现在该类机床本身的，实现复杂的切削运动。在本申请中，可在检测视场为达到要求时，转动一定角度，将被检物被检区域暴露在视场中，该方式可不用重复装卸被检物，在一定程度上，减少了引入安装定位误差的影响。

进一步地，每个相机6连接有一个能够将其数据发送出去的无线传输模块3。所述无线传输模块3与计算机1信号连接。

为了提高图像的精确度，进而提高检测的精度和效率，所述相机6采用的是CMOS相机。

具体地，本申请所述一种基于多目视觉的数控机床多功能检测方法，综合检测系统，包括高分辨率CMOS相机、数据传输模块、计算机、限位模块和补偿模块，四台CMOS相机通过相机安装架保证离工作台有一定高度，两两相隔90°布置，相机瞄准加工区域，加工过程采集数字图像，通过数据传输模块将数据传输至计算机，Halcon软件处理数据后与限位模块以及补偿模块进行数据交换，将更新数据通过数据传输模块传输至机床数控系统；主轴箱侧安装一台CMOS相机，相机瞄准加工区域，加工结束后该相机采集工件数字图像，通过Halcon软件处理数据与模板库比对后进行误差判断，并对其进行产品分级。

为获得清晰准确的数字图像，在加工区域和相机之间的光源采用相机自带高亮度Hi-R照明光源，对整体视野照射明亮均匀的光，且相机具备自动对焦功能。

为获得清晰准确的数字图像，相机通过使用高性能HP-Quad透镜拍摄明亮且清晰的图像。

为消除拍摄图像存在的光晕问题，相机安装能够去除光晕的附件。

如图3-5所示，本申请提供的装置其检测方法包括检测预处理流程、加工过程控制流程、以及产品分级流程三个部分。

其中，所述检测预处理流程如图3所示，包括：

(1)相机精度标定：基于Halcon软件标定功能自带标定板具有标定点易于提取、标定精度高等特点，通过Halcon标定板完成相机内外参数的标定；

(2)加工区域标定：基于Halcon算子的标定，首先在不同角度对标定板拍照，在加工区域画网格，采用提取网格角点确定坐标，机器坐标与图像坐标一一对应；

(3)初始图像采集：通过相机标定和回归机床原点操作，根据机床各轴初始位置拍照采集数字图像；

(4)图像处理：将相机采集的数字图像导入计算机，基于Halcon软件处理数据，并导入模板库。

所述加工过程控制流程如图4所示，包括以下步骤：

(5)检测启动：将机床按照预定程序进行加工测试；

(6)数字图像采集：通过相机采集各轴热平衡后的数字图像位置信息，以及采集加工过程各轴运动数字图像位置信息；

具体地，在各种误差源中，机床误差占总比重的45％-65％，其中机床热误差占总比重的25％-35％，机床热平衡指的是机床启动后，达到一个温度动态平衡，其中温升对机床各部件的影响达到平衡值，以此数据作为后续加工的基准，继而加工过程中各轴运动数据的误差较之于不采用热平衡数据作为基准的情况更准确，否则每次测量都需要校准、分离热误差，故需要采集两类数据。进而也可作为得到各轴热误差测量方法。

(7)图像畸变处理和数据处理：将采集数字图像数据传输至计算机后，基于Halcon软件图像处理和数据分析，与模板库数据进行对比；

(8)补偿计算：采集后的数据与模板库数据进行对比后，进行误差计算、限位计算和补偿计算；

(9)导入反馈数据：根据计算机计算后的补偿数据导入机床数控系统；

(10)加工匹配：根据导入的数据对工件进行匹配加工。

所述产品分级流程如图5所示，包括以下步骤：

(11)加工精度检测：产品加工结束后对其进行外观轮廓的检测，随后进行加工精度的检测，以达到误差范围内为合格品；

(12)产品分类：对加工误差范围进行分级处理，根据i个产品处于A等级的情况将数据传输至计算机后对A级产品生产数目进行修改。

以上检测方法中，相机在加工过程中对加工区域拍照，采集10～15张图像导入数据处理软件进行计算。

以上检测方法中，在机床启动过后进行2小时～3小时的热车，以达到机床热平衡状态。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，其特征在于，包括：设置在工作台(8)四个角的支持架(7)、以及设置在工作台(8)正上方的主轴箱(4)，在每个支持架(7)上、以及所述主轴箱(4)上均安装有相机(6)，所述相机(6)用于拍摄工作台(8)上转动轴和平动轴位置图像信息。

2.根据权利要求1所述的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，其特征在于，在每个支持架(7)上安装有滑轨(5)，所述相机(6)固定在安装架(2)上，安装架(2)能够沿着所述滑轨(5)上下滑动。

3.根据权利要求1所述的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，其特征在于，所述工作台(8)安装在转台(9)上。

4.根据权利要求1所述的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，其特征在于，每个相机(6)连接有一个能够将其数据发送出去的无线传输模块(3)。

5.根据权利要求4所述的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，其特征在于，所述无线传输模块(3)与计算机(1)信号连接。

6.根据权利要求4所述的基于多目视觉的五轴数控机床多功能检测装置，其特征在于，所述相机(6)采用的是CMOS相机。

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