一種貴金屬數控加工定位方法及系統與流程

本發明涉及貴金屬加工領域，尤其是指一種貴金屬數控加工定位方法及系統。

背景技術：

目前專用的貴金屬數控加工中心對工件的定位和分中環節都是人工操作完成，由于人工操作具有很大的隨意性，導致產品的品質很難控制，且效率低下。這種人工定位和分中的方法需要工人的熟練操作，對工人的培訓需要較長時間，特別是對需要重復裝夾的工件定位，不能滿足生產工藝需求。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是要提供一種使數控機床能實現自動分中定位的方法及系統。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一種貴金屬數控加工定位方法，該方法包括圖像采集步驟，利用CCD相機采集到裝夾在機床上的工件的位置圖像信息；

圖像處理與分析步驟，將CCD相機獲取的圖像信息傳送給工控機，工控機中圖像處理程序根據事先設定的工件產品標準模板進行對比，并測算出工件的偏移值；

數據輸出步驟，將圖像處理程序處理所得的偏移值反饋給數控系統并控制機床移動到起刀點進行加工。

進一步的，所述標準模板為工件在編程原點狀態時定位系統獲取的圖像模板。

進一步的，所述圖像處理與分析步驟中，通過編制圖像處理程序對獲取的圖像進行分析處理，包括對工件圖像邊緣的提取、工件中心位置的確定、工件在不同坐標下的相對坐標變化的計算及起刀點的確定。

進一步的，所述數據輸出步驟中，輸出工件起刀點偏移坐標給數控系統，數控系統根據自身的宏程序對數據進行處理，矯正貴金屬數控加工機床的加工坐標系，并控制機床相應的運動軸動作。

進一步的，所述圖像處理與分析步驟中，所述工件圖像邊緣的提取是對獲取的圖像的邊緣進行檢測，檢測一維輪廓的每個像素的邊緣強度，當邊緣強度大于最小強度時，檢測到一個邊緣，其中，可使用圖像處理程序中的最小邊緣強度或閾值電平參數來指定最小強度。

進一步的，所述圖像處理與分析步驟中，所述工件圖像邊緣的提取是利用一維的邊緣檢測函數檢測工件輪廓上的邊緣位置，檢測一個視窗范圍內工件最佳的邊緣，通過一個指定的角度范圍，檢測到工件特征，以確定工件的位置和角度。

進一步，所述數據輸出步驟中，還包括根據所采集的圖像判斷其所對應的工件是否符合計劃加工工件的類型、規格，當不符合時，發出警報、處理異常，更換工件并重新進入圖像采集步驟；當符合時，將偏移值反饋給數控系統并控制機床移動到起刀點進行加工。

進一步的，所述偏移值反饋給數控系統后，數控系統進行調整加工坐標、校準工件，并對校準后的工件進行狀態檢測，當工件狀態不滿足加工條件時，發出報警、處理異常，并重新進入圖像采集步驟；當工件狀態滿足加工條件時，數控系統啟動刀具加工。

在上述定位方法的基礎之上，本發明還公開了一種貴金屬數控加工系統，該系統包括機械組件、CCD模組、工控機和數控系統，所述CCD模組安裝于機械組件上，CCD模組與工控機間數據相連，由工控機接收CCD模組采集到的圖像信號，通過所述圖像處理程序對圖像信號處理和分析，并找出工件起刀點位置后傳送到數控系統，并控制機床運動。

進一步的，所述CCD模組由CCD相機和活動光源組成，所述機械組件形成一密封殼體，所述CCD模組位于密封殼體內，所述密封殼體的底部設有旋轉密封門，當該旋轉密封門打開時，工件可進入所述密閉殼體內，所述光源移動至工件處，CCD相機再進行拍照并獲取定位圖像。

本發明方案采用非接觸式測量，對于觀測者與被觀測者都不會產生任何損傷，從而提高系統的可靠性。長時間穩定工作，人類難以長時間對同一對象進行觀察，而機器視覺則可以長時間地作測量、分析和識別任務。檢測原理與過程簡單，通過編制圖像處理程序對獲取的圖像進行處理分析便可獲得機床轉角定位值和直線軸定位值，檢測效率高且易于實現模塊化集成。本發明的機械裝置采用模塊式設計，結構緊湊，安裝方便，控制簡單，IP65級別的防水設計。

附圖說明

下面結合附圖詳述本發明的具體結構

圖1為本發明貴金屬數控加工定位系統運行的邏輯圖；

圖2為本發明貴金屬數控加工定位系統機械組件與CCD模組結構示意圖。

圖中，圖中，包括下擋板1、50R紅色環形光源2、光源安裝鈑金3、左封板4、CCD相機5、鏡頭固定輔件6、上封板8、氣立可雙軸氣缸9、底板10、右封板11、氣缸固定鈑金12、回轉氣缸13、氣缸連接塊14、密封門15。

具體實施方式

為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。

結合圖1，當需要對一戒指工件進行加工時，啟動各個設備，運行相應的系統，首先需要對工件進行定位，確定加工的起刀點，可先利用CCD相機采集到裝夾在機床上的戒指工件的位置圖像信息；

然后將CCD相機獲取的戒指圖像信息傳送給工控機，工控機中圖像處理程序根據事先設定的戒指工件產品標準模板進行對比，并測算出戒指工件的偏移值。其中，標準模板為戒指工件在編程原點狀態時定位系統獲取的圖像模板；

最后，將圖像處理程序處理所得的戒指工件的偏移值反饋給數控系統并控制機床移動到起刀點進行加工。

優選的，所述戒指工件圖像處理與分析步驟中，通過編制圖像處理程序對獲取的戒指圖像進行分析處理，包括對戒指工件圖像邊緣的提取、戒指工件中心位置的確定、戒指工件在不同坐標下的相對坐標變化的計算及起刀點的確定。

優選的，所述圖像處理與分析步驟中，所述戒指工件圖像邊緣的提取是對獲取的圖像的邊緣進行檢測，檢測一維輪廓的每個像素的邊緣強度，當邊緣強度大于最小強度時，檢測到一個邊緣，其中，可使用圖像處理程序中的最小邊緣強度或閾值電平參數來指定最小強度。

優選的，所述圖像處理與分析步驟中，所述戒指工件圖像邊緣的提取是利用一維的邊緣檢測函數檢測戒指工件輪廓上的邊緣位置，檢測一個視窗范圍內戒指工件最佳的邊緣，通過一個指定的角度范圍，檢測到戒指工件特征，以確定戒指工件的位置和角度。

在所述數據輸出步驟中，還包括根據所采集的戒指工件圖像判斷其所對應的戒指工件是否符合計劃加工中戒指工件的類型、規格，當進行對比計算發現不符合時，則系統會發出警報，進入處理異常程序，同時更換戒指工件并重新進入圖像采集步驟、圖像處理與分析步驟、數據輸出步驟等，即更換戒指工件并重復戒指工件的定位。當所采集的戒指工件圖像符合計劃加工中戒指工件的類型和規格時，系統便將處理分析所得到的偏移值反饋給數控系統并進行后續的處理。

在后續的處理中，數控系統結合自身的宏程序對戒指工件偏移值進行處理，并矯正貴金屬數控加工機床的加工坐標系，校準夾裝在機床上的戒指工件。校準完戒指工件后，還需對戒指工件校準后的情況進行一個檢測，即再次利用CCD相機對校準后的戒指工件進行圖像采集、圖像處理與分析，并得到校準后戒指工件的新的偏移值，如果該偏移值在某一規定的范圍內，即判定校準后的戒指工件滿足加工條件，CNC數控系統啟動并控制刀具進行戒指的加工及后續步驟。如果該偏移值超出所述規定范圍，則判定校準后的戒指工件不滿足加工條件，CNC數控系統便不啟動戒指工件的切削加工，而是發出警報，并進入處理異常程序，最后再重新回到圖像采集步驟，并按照先前的定位方法重新對戒指工件進行定位。

在上述定位方法的基礎之上，本發明還公開了一種實現上述方法的貴金屬數控加工系統，該系統包括機械組件、CCD模組、工控機和數控系統。CCD模組包括CCD相機和光源，相機布局在機床的加工區，采用明場LED漫反射正面照明方式采集圖像。由于加工區在加工過程中會產生大量的油霧，專門設計了隔離油霧，保護相機和光源的機械組件防護外罩。采用數控系統作為上位機通過RS232通訊接口與PC機鏈接，PC機與相機之間采用千兆以太網GigE Vision標準連接，驅動采用UPD/IP協議，采用完全的DMA控制。由工控機接收CCD采集到的圖像信號，通過所述圖像處理程序對圖像信號處理和分析，并找出工件起刀點位置后傳送到數控系統，并控制機床運動加工。

結合圖2所示，機械組件為一可密閉的殼體，CCD模組包括CCD相機5和光源，殼體內部可形成一腔體，CCD相機5固定連接于所述腔體中，光源也位于所述腔體中，同時該光源位于CCD相機5的下方，為CCD相機拍照采集圖像信息提供足夠的關照亮度。殼體的底端包括一開口，開口處設有一可將所述腔體密閉的密封組件。密封組件包括一密封門15，該密封門15位于殼體的底端，亦即位于所述開口之下并可將該開口封住并與所述殼體形成一完整的密封腔體。此設計目地在于為殼體內的部件提供一個安全的密閉空間，從而達到防油、防塵、防水的保護目的。密封組件還包括一驅動機構，驅動機構包括回轉氣缸13，該回轉氣缸13通過氣缸固定鈑金12固定于殼體的外側，同時該回轉氣缸13與一氣缸連接塊14相連，該氣缸連接塊14又與所述密封門15相連，進而控制密封門旋轉開合。所述CCD相機5的鏡頭對準豎直方向，且豎直向下，同時通過鏡頭固定輔件6將CCD相機5固定于所述殼體內。所述光源沿豎直方向可升降設置。同時該光源可優選為50R紅色環形光源2。環形的光源，可使光照下被加工件處無暗點、無死角，各處都獲得相同的光亮度，提高所采集的定位圖像的質量。所述殼體內沿豎直方向固定設置有氣缸，所述氣缸可優選為氣立可雙軸氣缸9，所述50R紅色環形光源2通過光源安裝鈑金3固定于所述氣缸的底端，所述50R紅色環形光源2可隨活塞桿的運動沿豎直方向做升降運動。所述殼體包括一限制所述50R紅色環形光源2運動范圍的下擋板1，該下擋板1位于所述殼體的底端，所述下擋板1上設有開口，該開口可供被采集定位信息工件進入所述腔體內。所述殼體整體由上封板8、所述下擋板1、左封板4、右封板11、前封板、底板10圍繞組合而成，從而在所述殼體內形成一腔體，所述下擋板1處設有開口，所述密封門15位于該殼體的底端并可將殼體密封。

本發明是由控制軟件和機械執行元件組成，由軟件控制機械動作引導CCD相機進行非接觸式檢測，軟件將CCD采集的圖像進行處理和計算，引導機床定位工件加工原點的方法。本方案對于觀測者與被觀測者都不會產生任何損傷，從而提高系統的可靠性。長時間穩定工作，人類難以長時間對同一對象進行觀察，而機器視覺則可以長時間地作測量、分析和識別任務。檢測原理與過程簡單，通過編制圖像處理程序對獲取的圖像進行處理分析便可獲得機床轉角定位值和直線軸定位值，檢測效率高且易于實現模塊化集成。本發明的機械裝置采用模塊式設計，結構緊湊，安裝方便，控制簡單，IP65級別的防水設計。同時本發明控制程序算法獨特，操作簡潔，運行穩定，具有誤判預警機制。

此處，上、下、左、右、前、后只代表其相對位置而不表示其絕對位置。以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。