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数控机床视觉自动对刀技术的研究

李秀芹  
【摘要】:随着机床加工制造业的飞速发展,产品生产对机床加工精度的要求越来越高。对刀操作是机床零件加工的第一步,其精度与效率将直接影响后续产品的加工质量。由于传统的手工对刀受人为因素的影响,误差大、效率低,而高精度的自动对刀装置主要依靠进口,价格比较昂贵,为了解决这些问题,本文在传统机床对刀技术研究的基础上,将机器视觉定位技术应用到数控机床对刀领域,实现机床的视觉自动对刀。首先,根据数控机床的对刀原理,对系统进行整体的结构设计,对硬件设备进行参数的计算与选型,搭建了视觉自动对刀的三自由度移动的数控平台。机床的运动控制方面采用DMC-2143运动控制器、磁栅传感器,对交流伺服电机、机床的移动部件构成全闭环的数控伺服位置控制系统,提高了数控机床运动控制的精度。其次,对系统中的两个方向上的相机借助LabVIEW的视觉开发模块中Calibration Training工具以及Matlab脚本节点,在建立的相机成像的非线性模型的基础上,分别采用不同的方法对两个方向上的相机进行标定,并求解相机的内外参数矩阵,同时对获取的工件图像进行数字图像处理以及对刀点坐标提取与对刀距离的计算,并对图像处理中的算法进行比较与改进,通过实验验证选择最优的处理方案,从而提高对刀系统定位的精度与稳定性。为了改善工件边缘检测的效果,本文在Canny算子的基础上加以改进,融合图像的形态学处理对工件轮廓进行边缘检测,在对刀点坐标提取的算法中采用改进的Hough变换算法分别对矩形工件和圆形工件的中心进行坐标的提取,降低了算法的复杂度,在刀尖到对刀点距离计算的算法中采用到点直线的距离的寻优原理,来判断刀具的刀尖,进而确定对刀中刀具下降的距离,完成对刀点三维机床坐标的提取。最后,以LabVIEW为软件开发平台,开发了数控机床自动对刀的视觉定位软件,在相机标定的基础上,利用视觉定位软件算法,提取出工件对刀点的机床坐标,以及刀具的下降距离,经上位机发送运动信息指令给运动控制器,由运动控制器控制执行机构的动作,调整机床三轴的移动距离,完成数控机床工件的自动对刀,提高了数控机床对刀技术的智能化和自动化程度。经过对系统的调试与自动对刀实验,该系统运行稳定可靠,采用开发的自动对刀系统进行对刀实验,自动对刀调整的时间只是手动对刀时间的1/3左右,视觉自动对刀的误差在0.02mm之内,满足实际机床加工的要求。


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