火花识别对刀方法及磨削加工自动化系统技术方案

本发明专利技术公开火花识别对刀方法及磨削加工自动化系统，实现磨削加工全过程智能化自动控制，准确、可靠的解决自动对刀问题、由砂轮磨损导致的尺寸补偿问题、磨削过程的在线尺寸测量和运动伺服控制问题。将视觉技术、ＰＬＣ技术和运动控制技术有机的结合，提出了利用视觉技术解决对刀问题；在线尺寸测量和砂轮磨损补偿问题；用ＰＬＣ技术、运动控制技术解决运动伺服控制问题的解决方案。利用视觉技术自动识别与工件接触的工况，并瞬间自动转换至磨削加工状态，解决自动对刀问题，就可以将许多成熟的相关技术有机的结合，构建一个集检测与运动控制与一体的自动化系统。实现准确的自动对刀，解决了砂轮磨损测量及补偿问题，为磨削过程全自动智能化控制开辟了新路。

【技术实现步骤摘要】
火花识别对刀方法及磨削加工自动化系统(一)
本专利技术属于金属磨削加工技术的智能自动化装置(二)
技术介绍
现代的制造技术正朝着柔性制造(FMS)、计算机集成制造(CIM)和智能制造(IM) 等方向发展。其中智能制造(IM)更作为先进制造技术的重要内容而日益成为研究的 热点。它旨在将智能控制的理论和方法引入制造过程，通过模拟人类专家的思维和 推理活动，取代和延伸制造环境中的部分脑力，从而使制造系统能自动检测其运行 状态和环境变化，在收到外界和内部激励时，能作出正确的判断和决策，以保证系 统获得稳健的加工效果。目前，磨削加工正朝自动化、智能化方向发展。但是，众多的影响因素为数学 模型的建立造成了极大的困难，致使依赖于数学模型的自动化控制方法无能为力。 我国目前磨床品种虽已达400种左右，但对于数控生产型及自动化生产型的产品还 感不足，磨削加工的精度控制包括尺寸精度、形状与位置精度、表面质量等多方面。同 其他的机械加工相比，磨削加工工艺具有独^^的特点，磨削机理更为复杂，要求的 精度更高，尤其表现在表面质量上。在磨削加工中，砂轮的磨损状态是砂轮磨削性 能好坏的重要指标之一，它影响着磨削加工效率和加工质量。然而，影响磨削过程 的因素较多，如磨削过程中砂轮的磨损、对刀精度等，仅靠操作者来获得较好的磨 削效果难度较大，迫切需要找到一种对磨削加工进行在线监测的方法。在磨削过程 中影响工作表面质量的因素非常多而且各个因素之间相互影响，表面质量完整性指 标的在线测量也非常难，这就为数学模型的建立造成了极大的困难。工件表面质量 完整性的评价又是靠人为经验来判定的，主观因素占很大的比重，为加工结果的评 价造成了很大的困难。在磨削过程中由于砂轮的不断磨损会造成磨削精度和效率的下降，传统的磨削 系统只是对砂轮尺寸的变化进行补偿，却并不修正磨削参数。目前，大多数研究都 是采取一定的手段对砂轮的磨损量进行检测和补偿，在砂轮修磨完成后，砂轮将又 回到初始状态开始新的一轮循环。借以修正磨削参数减低磨削结果误差。针对传统 磨削加工过程精度控制遇到的种种困难，在控制加工工艺参数方面出现了将传统的 专家推理机构同模糊神经网络相结合的智能型磨削参数决策系统。在系统中利用专家系统对磨削参数初步决策，并在加工间隙及加工结束时对加工参数进行调节以及 对知识库进行修正，使系统具有了很强的自适应能力和自学习能力，提高了磨削的 精度和磨削效率并减小了磨削加工的误差。当机床和环境发生改变时能保证始终获 得理想的加工效果。也有人将声发射技术、变频调速装置的微力矩测量技术等应用 于这一领域。上述许多控制方法都必须解决砂轮磨损量的测量问题，而砂轮磨损量的准确在 线测量是不容易实现的， 一般都要在非加工状态完成这些工作，至今尚未见在动态 加工中测量和修正砂轮磨损量的方法。这也就制约了真正意义上的全自动智能化磨 削加工。有些技术则在抗环境及供电系统部稳定因素的干扰方面存在一定的问题。
技术实现思路
本专利技术目的是公开火花识别对刀方法及磨削加工自动化系统，实现磨削加工全 过程智能化自动控制，重点是准确、可靠的解决自动对刀问题、由砂轮磨损导致的 尺寸补偿问题、磨削过程的在线尺寸测量和运动伺服控制问题。将视觉技术、PLC 技术和运动控制技术有机的结合，提出了利用视觉技术解决对刀问题；在线尺寸测 量和砂轮磨损补偿问题；用PLC技术、运动控制技术解决运动伺服控制问题的解决 方案。利用视觉技术在砂轮向磨削表面进给的动态下自动识别与工件接近的工况， 并瞬间自动转换至磨削加工状态，解决自动对刀问题。在后续的加工过程中，同样 利用视觉技术解决工件尺寸的在线自动测量问题，并结合多轴控制系统自动完成整 个磨削加工过程。本专利技术方法是利用火花识别法实现自动对刀，利用视觉技术完善磨削加工的 自动控制。火花对刀的技术关键是实时捕捉砂轮与加工表面接触时瞬间的磨擦火花 信息首先用摄像方法实时采集检测工件表面状态，图像处理软件对信息进行实时 阈值甄别， 一旦检测到砂轮接触工件表面产生的摩擦火花，图象最高阈值瞬间跃升 至设定的门槛阈值，控制软件便发出信号，同时停止砂轮运动和启动相应的程序和 伺服执行机构开始正常磨削过程。本专利技术系统主要包括照明系统、CCD摄像机、图像采集卡及相关联的处理设 备。所述的照明系统光源选择多个LED发光二极管组合而成的组合光源。被测部分 的特征清楚地与周围的背景区分开，使两者的灰度值的差别尽可能地大，尽量增强 被测部分或特征边缘的对比度，釆用小角度轴向光照明的方式。所述的CCD摄像机 装有与光源装调装置摄像头处在一个密封的装置中，可作相机方位的微量调节。图像采集卡接收从CCD摄像头中输入的模拟电信号，由AZD转换为离散的数字信号，将离散的信号存储在图像的一个或者多个存储单元中，当计算机发出传送指 令时，经过PCI总线将图像信息传到计算机内存以便于计算机的运算处理，或者直 接送到显示卡上进行显示。输出四路模拟信号，还具有外部触发功能，并且可以通 过RTSI (实时系统总线)与运动控制卡连在一起相互触发，从而完成视觉系统与运动控制系统的相互的数据信号交换功能。图像采集卡输入的视频信号经数字解码器，模数转换器，比例縮放，裁减，色空变换等处理，通过PCI总线传到VGA卡，实时显示或传到计算机内存实时存储。 它由三个Scatter-gather DMA控制器，可以不经过CPU直接由PCI总线将视频数据 输入到连续的或者分开内存中。其采集图像深度为8Bit，可支持的分辨率为 2048Pixel(H) X 1024 Pixel (V)，支持的视频输入的制式PAL， NTSC，具有消色滤波 功能，可实现RTSI同步采集。计算机配置满足图像处理的速度和画面质量的要求， 包含大量通用指令，增强了PC的处理能力，完全兼容于现存的各类操作系统与应用 软件。对大多数图像采集视觉函数，如滤波、阈值处理、运算、逻辑和形态学都有 显著的性能增益。本专利技术系统的流程为系统启动后，机械手启动等待执行信息，受到信息后， 自动自原料库抓取工件并向工作台递送，送料到位后释放工件，同时电磁吸盘启动 吸住工件，工作台运动，磨头启动砂轮开始下行，同时启动视觉检测系统，CCD摄 像机实时采集工件表面环境图像，通过图像采集卡把原始图像转化为数字图像信息 并传入计算机，用图像处理软件对数字图像进行处理并得到环境图像变化的阈值信 号，并随时与设定的阈值门槛值进行比较，如阈值低于门槛值则砂轮继续下行，一 旦阈值达到门槛值，则砂轮立即停止下行，对刀程序结束，向磨削加工运控系统发 出信息开始加工过程。进入加工程序后，工作台启动、开始第一次磨削，磨削结束 给出完成信息，启动视觉检测，检测结果与预设的尺寸指标比对，如果未达标则砂 轮根据加工余量与标准值的差值仅给，进行下次磨削加工过程，检测和加工循环进 行， 一旦尺寸达标则停止加工过程，电磁吸盘释放，磨头提起，工作台复位，给出 磨削结束信息，进入下一批工件加工的准备状态。，本专利技术的集成控制系统为将Labview软件平台、视觉技术、图像处理技术、 运动控制技术及PLC技术有机的结合，按照检测与控制的不同要求设计了协调统一 的继承系统，其中摄像头、图像采集卡与图像处理软件完成火花识别本文档来自技高网...

【技术保护点】
火花识别对刀方法及磨削加工自动化系统，利用基于视觉技术的火花识别法实现自动对刀和磨削加工的自动化。该技术中对刀部分的关键是实时捕捉砂轮与加工表面接触时瞬间的磨擦火花信息，并将其作为对刀信息：首先用摄像方法实时采集检测工件表面环境状态，图像处理软件对信息进行实时阈值甄别，一旦检测到砂轮接触工件表面产生的摩擦火花，图象最高阈值瞬间跃升至设定的门槛阈值，控制软件便发出信号，同时停止砂轮运动和启动相应的程序和伺服执行机构开始正常磨削过程。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王长利，周立富，周立民，刘祥峰，黄俊，范壮，林寅彬，
申请(专利权)人：齐齐哈尔华工机床制造有限公司，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：23[中国|黑龙江]