一种激光标定模具加工系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种激光标定模具加工系统和方法。将机加工、激光定标和表面改性集中到一个装置上，仅仅需要一个精密电控台就可以实现多个工序的原位处理，加工精度更高，省去了每次加工时需要将模型进行对标定位等操作；使用了经过设计的激光定标方法，定标更加准确且定标的速度更快，进行精密检测时范围选取更加科学，在保证了加工精度的同时提高了加工的速度；设置了双重固定的精密电控台，使用负压和磁力双固定，工件固定更加牢固，可以原位进行车削和铣削，当然还可以根据需要添加其他加工手段和设备，例如五轴联动的加工中心等等。例如五轴联动的加工中心等等。例如五轴联动的加工中心等等。

【技术实现步骤摘要】
一种激光标定模具加工系统和方法


[0001]本专利技术涉及材料加工领域，尤其涉及一种激光标定模具加工系统和方法。

技术介绍

[0002]现有的激光标定方法一般都是基于利用张正友多平面的标定方法求求解出相机的内外参数，然后实现激光的标定，但是目前的方法所需的计算量比较大，而且难以实现高精度的激光标定。要实现高精度的激光标定还是需要使用单点的激光标定，结构光范围较大但是精度不足。而传统的单点激光标定的方式速度太慢。
[0003]公开号CN113145674A公开了一种用于拉制模具加工中激光高精确度标记中心的方法，采用三点定位夹持方法结合两轮三段式激光定位测距，通过电机带动万向滚珠在模具的环侧进行连续不间断的绕设滚动，扩大了适用范围。
[0004]公开号CN109940270A公开了七轴五联动超快激光加工系统，该系统由一个激光光源、一个光束传输系统、一个振镜加工头、一个五轴运动系统、一个结构光三维在线监测系统、一个功率实时在线检测部件和一个光路指正部件等组成。
[0005]上述的方法可以实现加工过程的原位定标检测，但是其定标检测过程复杂，且精度受限。

技术实现思路

[0006]针对上述内容，为解决上述问题，提供一种激光标定模具加工系统，包括控制中枢、精密电控台、激光标定模块、机加工模块、表面改性模块、模型存储模块和坐标计算模块。
[0007]精密电控台用于放置待加工的模具，精密电控台可以进行水平方向的XY二维移动和绕电控台表面任意一点旋转；
[0008]机加工模块用于对模具进行精密机加工，包括车削加工和铣削加工；
[0009]激光定标模块用于对加工过程中的模具进行激光定标，检测加工的尺寸精度；
[0010]表面改性模块用于对模具表面进行表面改性；
[0011]模型存储模块用于存储待加工模具的3D模型，以用于为激光定标模块提供定标基准；
[0012]坐标计算模块用于根据激光标定模块的检测结果计算激光点的偏移，并生成单点偏移图。
[0013]精密电控台、激光标定模块、机加工模块、表面改性模块、模型存储模块和坐标计算模块连接控制中枢；控制中枢控制精密电控台、激光标定模块、机加工模块、表面改性模块、模型存储模块和坐标计算模块的工作。
[0014]激光标定模块包括激光发射器和标定CCD相机，激光发射器和标定CCD相机的位置固定不动，且激光发射器发出激光的激光光斑的方向是固定的；标定CCD相机前设置有滤光片，用于将激光发射器发射波长之外的光进行过滤；
[0015]标定CCD相机成像的像素点进行过标定，即每一个像素点的位置对应一个精密电控台所在平面的空间坐标点；即标定CCD相机拍摄得到的任意一个激光光斑均在标定CCD相机内部直接转换成精密电控台所在平面的空间坐标点并输出至控制中枢。
[0016]机加工模块包括车削刀具和铣削刀具，车削刀具的车削方向平行于精密电控台，铣削刀具的铣削方向垂直于精密电控台；
[0017]精密电控台包括负压吸附孔和强力电磁铁内芯；负压吸附孔用于对精密电控台上的待加工模具进行负压吸附固定，强力电磁铁内芯用于对精密电控台上的待加工模具进行磁力固定；
[0018]负压吸附孔的数量是多个，精密电控台配套有多种形状的密封橡胶环，密封橡胶环用于放置在待加工模具和精密电控台之间，以保证待加工模具和精密电控台之间的密封性，保证负压吸附孔可以将待加工模具和精密电控台牢固固定。
[0019]模型存储模块内存储有待加工模具的3D模型，控制中枢从存储模块中调取3D模型，并将其发送至坐标计算模块；坐标计算模块根据3D模型、精密电控台、激光标定模块的位置关系计算出激光标定模块投射出的激光到达待加工模具表面的光斑在标定CCD相机中的标准坐标点；
[0020]并将激光标定模块测量的实际坐标点与标准坐标点进行比较，计算从标准坐标点到达实际坐标点的偏移向量，并将该偏移向量发送至控制中枢。
[0021]一种利用激光标定模具加工系统进行模具加工的方法，包括如下步骤：
[0022]步骤1：待加工模具底部抛光加工，将待加工模具底部加工出一个光滑的平面，光滑平面的形状与密封橡胶环的形状相同，以保证负压吸附孔可以将待加工模具和精密电控台牢固固定；
[0023]将待加工模具放置于精密电控台表面，中间用密封橡胶环间隔连接，启动负压吸附孔的负压，保证待加工模具和精密电控台牢固固定；之后启动强力电磁铁内芯，利用磁力将待加工模具进行进一步加固；
[0024]步骤2：精密电控台带动待加工模具运动，机加工模块将待加工模具加工成预订的形状；
[0025]步骤3：在待加工模具上选择任意个检测点，进行粗检测；坐标计算模块根据3D模型、精密电控台、激光标定模块的位置关系计算出激光标定模块投射出的激光到达待加工模具表面的光斑在标定CCD相机中的标准坐标点(X0,Y0)；激光标定模块对待加工模具进行激光标定，激光发射器发射一束激光，激光到达待加工模具表面形成一个激光光斑，标定CCD相机拍摄光斑的图像，并且将拍摄得到的激光光斑均在标定CCD相机内部直接转换成精密电控台所在平面的空间坐标点并输出至控制中枢；
[0026]坐标计算模块将激光标定模块测量的实际坐标点与标准坐标点进行比较，计算从标准坐标点到达实际坐标点的偏移向量，并将该偏移向量发送至控制中枢；
[0027]步骤4：控制中枢计算每个偏移向量的模，如果任意偏移向量的模都在允许范围内，则表明待加工模具加工合格，直接进行表面改性；
[0028]如果任一个偏移向量的模超过阈值，则控制激光标定模块对不合格的检测点附近进行精密检测：控制精密电控台将不合格点的标准坐标点(X0,Y0)作为圆心进行旋转一圈，连续检测该点的偏移向量，并将偏移向量A绘制成偏移图，绘制方法为设顺时针旋转的角度
为θ，(Acosθ,Asinθ)为坐标点绘制偏移图，其中0≤θ≤2π，然后以偏移图的划定范围内选择不少于100个点测量其偏移向量；
[0029]精密检测后根据精密检测结果待不合格区域进行再次机加工，直到符合加工要求；
[0030]针对机加工的定标，可能存在“多肉”或“缺肉”的情况，针对多肉的情况，直接进行切削或者铣削的机加工即可，针对缺肉的情况，如果缺肉不多则无需处理，直接进行下一步；如果缺肉很多，则表明工件报废，缺肉的多少的情况根据阈值进行判断。所谓多肉就是该位置的材料剩余多了，需要进一步切削；所谓的缺肉就是材料去除多了。
[0031]步骤5：表面改性模块，带动增材加工头进行增材表面改性；增材加工头进行超高速激光熔覆，将模具表面进行表面改性；并将表面改性后的模具进行二次机加工；
[0032]步骤6：在步骤5后的待加工模具上选择任意个检测点，进行粗检测；坐标计算模块根据改性后的3D模型、精密电控台、激光标定模块的位置关系计算出激光标定模块投射出的激光到达待加工模具表面的光斑在标定CCD相机中的标准坐标点(X1,Y1)；激光标定模块对待加工模具进行激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光标定模具加工系统，包括控制中枢、精密电控台、激光标定模块、机加工模块、表面改性模块、模型存储模块和坐标计算模块；其特征在于：精密电控台用于放置待加工的模具，精密电控台可以进行水平方向的XY二维移动和绕电控台表面任意一点旋转；机加工模块用于对模具进行精密机加工，包括车削加工和铣削加工；激光定标模块用于对加工过程中的模具进行激光定标，检测加工的尺寸精度；表面改性模块用于对模具表面进行表面改性；模型存储模块用于存储待加工模具的3D模型，以用于为激光定标模块提供定标基准；坐标计算模块用于根据激光标定模块的检测结果计算激光点的偏移，并生成单点偏移图；精密电控台、激光标定模块、机加工模块、表面改性模块、模型存储模块和坐标计算模块连接控制中枢；控制中枢控制精密电控台、激光标定模块、机加工模块、表面改性模块、模型存储模块和坐标计算模块的工作。2.根据权利要求1所述的一种激光标定模具加工系统，其特征在于：激光标定模块包括激光发射器和标定CCD相机，激光发射器和标定CCD相机的位置固定不动，且激光发射器发出激光的激光光斑的方向是固定的；标定CCD相机前设置有滤光片，用于将激光发射器发射波长之外的光进行过滤；标定CCD相机成像的像素点进行过标定，即每一个像素点的位置对应一个精密电控台所在平面的空间坐标点；即标定CCD相机拍摄得到的任意一个激光光斑均在标定CCD相机内部直接转换成精密电控台所在平面的空间坐标点并输出至控制中枢。3.根据权利要求1所述的一种激光标定模具加工系统，其特征在于：机加工模块包括车削刀具和铣削刀具，车削刀具的车削方向平行于精密电控台，铣削刀具的铣削方向垂直于精密电控台；精密电控台包括负压吸附孔和强力电磁铁内芯；负压吸附孔用于对精密电控台上的待加工模具进行负压吸附固定，强力电磁铁内芯用于对精密电控台上的待加工模具进行磁力固定；负压吸附孔的数量是多个，精密电控台配套有多种形状的密封橡胶环，密封橡胶环用于放置在待加工模具和精密电控台之间，以保证待加工模具和精密电控台之间的密封性，保证负压吸附孔可以将待加工模具和精密电控台牢固固定。4.根据权利要求2所述的一种激光标定模具加工系统，其特征在于：模型存储模块内存储有待加工模具的3D模型，控制中枢从存储模块中调取3D模型，并将其发送至坐标计算模块；坐标计算模块根据3D模型、精密电控台、激光标定模块的位置关系计算出激光标定模块投射出的激光到达待加工模具表面的光斑在标定CCD相机中的标准坐标点；并将激光标定模块测量的实际坐标点与标准坐标点进行比较，计算从标准坐标点到达实际坐标点的偏移向量，并将该偏移向量发送至控制中枢。5.一种利用权利要求1
‑
4任一项的激光标定模具加工系统进行模具加工的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：待加工模具底部抛光加工，将待加工模具底部加工出一个光滑的平面，光滑平
面的形状与密封橡胶环的形状相同，以保证负压吸附孔可以将待加工模具和精密电控台牢固固定；将待加工模具放置于精密电控台表面，中间用密封橡胶环间隔连接，启动负压吸附孔的负压，保证待加工模具和精密电控台牢固固定；之后启动强力电磁铁内芯，利用磁力将待加工模具进行进一步加固；步骤2：精密电控台带动待加工模具运动，机加工模块将待加工模具加工成预订的形状；步骤3：在待加工模具上选择任意个检测点，进行粗检测；坐标计算模块根据3D模型、精密电控台、激光标定模块的位置关系计算出激光标定模块投射出的激光到达待加工模具表面的光斑在标定CCD相机中的标准坐标点(X0,Y0)；激光标定模块对待加...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅，于一淼，许彩明，
申请(专利权)人：芜湖承启模具工业有限公司，
类型：发明
国别省市：