对刀操作（精选5篇）
对刀操作 篇1
数控车床加工与传统的普通车床加工相比, 具有可以加工具有复杂型面的零件、加工的精度高、加工的质量稳定、生产效率高、降低劳动强度和改善劳动条件等优点, 目前在机械加工中数控车床已经越来越普遍地取代了传统的普通车床。经过多年来进行数控车床操作的理论和实训教学的经验总结, 我认为数控车床加工零件的过程主要有以下几个步骤:1) 分析零件加工图纸;2) 确定相关的加工工艺;3) 编写和输入加工程序;4) 校验加工程序;5) 对刀操作;6) 进行零件的自动加工。而在这几个步骤中, 对刀操作是至关重要的, 也是学生容易出错和难掌握的。下面我就主要谈谈两种常用刀具在数车加工过程中的对刀操作过程 (华中数控系统) 。
1 外圆车刀 (90°) 的对刀 (试切法)
外圆车刀数控车床加工过程中用得最多的刀具之一, 很多时候也是其他刀具对刀操作的基础。它的对刀操作主要分成两个步骤来完成。
1) 装夹好工件、车刀, 转动主轴, 在手轮方式下 (也可用手动式) , 转动手轮, 慢慢将车刀移动去车削工件的端面 (车削少许) , 过中心, 然后反方向摇动手轮, 让车刀沿X坐标轴退回, 不接触工件为止, 停止主轴转动 (注意此时千万不能让车刀沿Z坐标轴移动) , 然后调出刀偏表, 最好是选择与刀具号相一致的刀偏号, 比如车刀是安装在刀架上1号刀位上的, 就选择刀偏表中刀偏号为“#0001”行, 在该行中与“试切长度”对应处输入“0.0”然后按“回车”键确认即可 (如下图一) 。
2) 在上一步骤完成后, 将车刀移去车削工件的外圆, 车削一小段即可, 然后摇动手轮, 让车刀反方向退离工件 (注意此时千万不能让车刀在X坐标轴上移动, 而只能在Z坐标轴上移动) , 停止主轴转动, 用游标卡尺测量刚车削过处的工件外圆直径。如测量出直径是·24.52mm, 然后调出刀偏表, 在上一步骤中所选的刀偏号为“#0001”行中与“试切直径”相对应处输入所测得的数值“24.52”然后按“回车”键确认即可。
到此时, 用试切法对刀的整个操作过程就算全部完成了 (如下图二) 。
另外, 我们在熟练操作上述对刀过程的情况下, 也可以用一种简便的方法来进行外圆车刀的对刀操作, 如下。
1) 转动主轴;
2) 移动车刀车削工件的端面, 当看到刀尖刚好车过工件端面的圆心时, 停止车刀的移动, 不停止主轴的转动, 此时迅速地在刀偏表中相对应的“试刀长度”处输入“0.0”按回车键;在“试切直径”处也输入“0.0”, 按回车键确认即可。
当然, 也可以在车刀刚好车过工件端面圆心时, 停止车刀在X坐标轴上的移动, 改为让车刀往Z坐标轴的正方向上移动0.5mm, 然后停止主轴的转动, 再在刀偏表中相应的“试切长度”处输入“0.5” (即往Z坐标轴的正方向上移动多少就输入多少) , 按回车键, 在“试切直径”处仍然输入“0.0”, 按“回车”键确认即可。
2 外切槽刀的对刀 (靠对法)
外切槽刀的刀位点 (刀尖) 有两个, 即左刀位点、右刀位点。这样我们即可以用左刀位点来进行对刀, 也可以用右刀位点来进行对刀。现在我们以右刀位点来进行对刀为例来谈谈外切槽刀的对刀操作。
1) 首先用游标卡尺测量出切槽刀的刀宽, 比如测出宽度是“3.98mm”。
2) 转动主轴, 慢慢移动外切槽刀, 让左刀尖去接触工件的端面, 当刚听到刀尖接触工件端面的声音时, 停止移动刀具, 不停止主轴转动, 迅速调出刀偏表, 找到与刀位号相一致的刀偏号行“#0002”, 在与“试切长度”相对应处输入外切槽刀的宽度值“3.98”, 然后按“回车”键确认即可 (如下图三) 。
3) 在上一步骤完成后, 移动外切槽刀去接触用外圆车刀车削过工件的外圆处, 当刚听到外切槽刀接触工件外圆的声音时, 停止移动刀具, 不停止主轴转动, 迅速调出刀偏表, 找到与刀位号相一致的刀偏号行“#0002”, 在与“试切直径”相对应处输入工件的外圆直径值“24.52”, 然后按“回车”键确认即可。当然也可以让刀具在Z坐标轴上移动, 让刀具离开工件, 停止主轴转动, 然后再输入相应的数值 (如下图四) 。
总之, 数控车床在加工时, 很多时候都会同时装夹几把车刀, 我们都可以用上面的对刀方法来完成每把车刀的对刀过程。在熟悉对刀操作步骤和了解了对刀的作用后, 我们还可以灵活快速地完成上面讲的对刀操作过程, 这样就可以大大缩短我们在生产加工过程中的对刀时间, 提高生产效率。
对刀操作 篇2
一、教材及重难点分析
本课程所使用的教材是设备厂家所配置的《GSK928MA数控系统操作说明书》，其操作只是对数控铣床各相关功能的介绍，但数控铣床对刀操作是《操作说明书》中所述相关功能的一个应用环节。在本节课之前，已经学习了数控铣床的基础知识、面板功能、手动操作等，学生已经熟悉了数控铣床，能够进行一些常规操作，但是还不能通过程序来控制机床正确运动，数控操作工的主要目的就是要运用指令代码，正确控制机床运动，要能准确的控制机床的位移，就必须通过对刀操作来完成，所以对刀操作是学习数控专业中非常重要的一个环节，对刀操作直接影响到零件的加工精度，因此本次课的知识点在整个数控铣床编程与操作中占有举足轻重的地位。同时，此内容又是课程后面即将学习习近平面图形加工的基础，因此，本次课也起到了一个承前启后的作用。
考虑到数控铣床对刀在数控铣床操作过程中，是必不可少的环节，结合教学过程中要突出的实用性，故指定以下教学目标：
教学目标：
知识目标：掌握建立工件坐标系的目的。
能力目标：数控铣床对刀方法、工件坐标系的设置及验证方法。
在以往的教学过程中，学生普遍反映存在以下的问题：1.对刀步骤繁琐较多，大多数同学一时半会记不住；2.看到别人操作的时候感觉很容易，一旦自己动手时就不知道从何下手。针对这些情况，指定以下重难点：
教学重点：数控铣床试切法对刀的步骤的演示验证。
教学难点：数控铣床对刀步骤
在教学过程中，将通过板书的方法突出重点，通过实操演示的方法突破难点。
二．学生分析
本课程的教学对象是我校机模专业10级的学生，对铣削加工已经有了一定的认知，作为一名即将实习的机模专业的学生，数控编程及数控铣床操作是其必须掌握的专业技能。能否熟练的操作数控铣床也是企业在选择数控技术工人时的一个最基本的要求。
三、教法阐述
以学生为核心，充分发挥学生自主学习的能力，调动学生的积极性，变被动接受为主动获取，是教学的宗旨，本着这个主导思想同时结合本课内容的特点，本课将采取 “演示教学法”、“任务驱动法”、“实操训练法”等教学方法。
演示教学法：将对刀的操作步骤与实际操作演示相结合，边演示边讲解，运用前面学习过的手动操作方法准确地找出其对刀点在机床坐标系中的坐标，并通过参数设置对工件坐标系G54参数进行设置，并通过验证程序进行验证，使学生完全理解并掌握对刀操作的步骤和操作要领。
任务驱动法：在教学过程中，将本节课的新知识点设计成学生感兴趣的任务，让学生带着任务去学习。例如：在介绍对刀方法时，教师只讲解上表面中心点的对刀方法，而后提要求学生自己完成上表面一个角落点的对刀，加深学生对于对刀的记忆和灵活的运用。
实操训练法：根据数控铣课程需要上机操作，具有实际动手能力的特点，对于数控铣床的对刀操作，单凭老师上机演示操作过程和方法原理讲解是无法达到要求的，还将进行每个学生上机实操的训练。由于设备有限，所以采用分组轮流上机在实训教学中予以训练。
以上教学方法将贯穿于整个教学过程中，以期待能够帮助学生快速、正确的理解教学内容。
三、学法指导
强调以学生的自主学习为核心，变学生为知识的灌输对象尽可能的转为学习活动的主体。本课将通过指导学生在认真观看老师操作演示和听取老师讲解之后，采用自主学习和协作学习等方法，帮助学生在不断探索，不断交流、不断评价中自然达成学习目标，转变学习方式，提高学习能力。自主学习意在于培养学生自主探究的能力，例如：要求学生自行总结对刀的操作要领，便于学生记忆。启发学生自主学习，自主探究。协作学习意在培养学生的合作交流能力以及团队合作的意识，例如：学生一般基本能看懂老师的操作步骤，自己却不太会操作的问题，可以将学生分为若干小组，由一人带头分组讨论操作步骤和操作要领，然后由每组带头人带领本组人员轮流上机将对刀操作过程作出完整的训练。而从中发现的问题一起讨论、一起解决，必要时可向老师请教，从而加深学生的印象，提高学生的操作水平。
四、教学准备
上对刀操作实训课前，需作好以下准备，保证实训的顺利进行：
1.实训设备数控铣床的准备 2.实训材料PVC方板的准备 3.使用铣刀的准备
五、板书设计
一、对刀操作步骤：
1、准备工作
2、回零
3、试切
4、数据计算及参数设置
二、“对刀”校验
输入G54 G00 X0 Y0 Z10;M03 S500 G01 Z0 F100 G00 Z20 M2
六、教学过程
整个教学过程时间安排如下： 新课的引入：2分钟 新知识讲授：3分钟 演示讲解：15分钟 布置任务：3分钟
学生实操：20分钟（只能完成1人）小结：2分钟
这样安排是由于数控课程自身的特殊性，老师一味的讲授，学生接受比较困难，也不利于学生记忆，同时无法将所掌握的知识灵活应用，因此，实训课上安排较多时间给学生进行上机练习，可以达到较好的教学效果。1.新课的引入
首先复习上节课所讲解的数控铣床手动操作和回零操作，接着提出一个问题：在机床坐标系中，工件装夹上工作台时其位置的坐标是不确定的，那我们如何才能
实现铣刀对工件能进行的准确的加工呢？激发学生产生强烈的兴趣，此时引出本次课的内容数控铣床的对刀。2.新知识的讲授
根据本次课的教学目标及重难点的要求，将安排教学如下：
由于工件坐标系我们在专门学习编程的时候已经重点介绍过工件坐标系的选择及作用了，这里就不急于介绍工件坐标系，先直接讲解对刀操作的步骤。再进一步讲解坐标偏值的计算方法。然后在黑板上结合工件坐标系的概念，设置工件坐标系偏置参数，写出对刀的检验的程序。3.演示讲解
在讲解完前面内容后，提出具体该如何对刀进行演示教学，要求学生认真观摹，认真听取讲解，对刀演示后，接着把写好的校验程序进行运行，看看对刀是否正确，增加学生的兴趣。
4.布置任务
A.要求暂未轮到上机操作的学生分组讨论操作步骤和操作要领，并隨时可观摹正在操作的同学。
B.由每组带头人带领本组人员轮流上机将对刀操作过程作出完整的训练。5.学生实操
由每组带头人带领本组人员轮流上机将对刀操作过程作出完整的训练。而从中发现的问题一起讨论、一起解决，必要时可向老师请教，从而加深学生的印象，提高学生的操作水平。老师在一旁隨时辅导。6.小结
利用几分钟时间总结本节课的内容，再次强调本课的重难点，要求学生课后一定要花时间消化，复习，对于需要记忆的一定要记忆。同时留出问题：我们工件坐标系设置在圆形工件中心时该如何对刀呢？要求学生课后思考，为下节课做好铺垫。
说稿人：夏三红
对刀操作 篇3
1.1 三个坐标的基本概念
机床坐标系就是用机床零点作为原点的坐标系。机床原点是机床上的一个固定的点，由制造厂家确定。因此机床坐标系是数控机床安装调试时便设定好的固定坐标系。编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系，其工件原点即为编程原点。编程坐标系是供编程使用的，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际位置。工件坐标系就是以确定工件原点为基准而建立的坐标系，数控机床在加工工件的运行过程中就是在工件坐标系中运行的。
1.2 三个坐标系的关系
一般机床坐标系原点是固定的，而编程坐标系原点可自行设定。编程坐标系中各轴的方向应与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致。一般通过对刀操作来确定编程原点在机床坐标系中的坐标是多少。对刀的过程就是建立编程坐标系与机床坐标系之间的关系的过程。把对刀后设置的坐标系即为工件坐标系。
2 数控加工的三个坐标系的确定方法
2.1 机床坐标系的确定
数控机床上的坐标系是采用右手直角笛卡尔坐标系。机床开机后，一般采用“回零”操作来确定机床坐标系的原点。机床各坐标轴及其正方向的确定原则是：先确定Z轴，以平行于机床主轴的刀具运动坐标为Z轴。再确定X轴，X轴为水平方向且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。在确定了X、Z轴的正方向后，即可按右手定则定出Y轴正方向。上述坐标轴正方向，均是假定工件不动，刀具相对于工件作进给运动而确定的方向，即刀具运动坐标系。
2.2 编程坐标系的确定
工件原点一般按如下原则选取：车床的工件原点一般设在主轴中心线上，多定在工件的左端面或右端面。铣床的工件原点，一般设在工件外轮廓的某一个角上或工件对称中心处，进刀深度方向上的零点，大多取在工件表面。对于形状较复杂的工件，有时为编程方便可根据需要通过相应的程序指令随时改变新的工件坐标原点;对于在一个工作台上装夹加工多个工件的情况，在机床功能允许的条件下，可分别设定编程原点独立地编程。
2.3 工件坐标系的确定
加工原点是零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。工件坐标系的确定在FANUC系统中通常有以下三种方法：
第一种是通过对刀将刀偏值写入参数从而获得工件坐标系。这种方法操作简单，可靠性好，它通过刀偏与机械坐标系紧密的联系在一起，只要不断电、不改变刀偏值，工件坐标系就会存在且不会变，即使断电，重启后回参考点，工件坐标系还在原来的位置。第二种是用G50设定坐标系，对刀后将刀移动到G50设定的位置才能加工。对刀时先对基准刀，其他刀的刀偏都是相对于基准刀的。
第三种方法是MDI参数，运用G54～G59可以设定六个坐标系，这种坐标系是相对于参考点不变的，与刀具无关。这种方法适用于批量生产且工件在卡盘上有固定装夹位置的加工。
3 数控机床的对刀操作方法
在进行零件加工时必须将编程原点转化为加工原点，确定好加工原点的位置后，在数控系统中给予设定。而机械坐标系是机床唯一的基准，所以必须要弄清楚程序原点在机械坐标系中的位置，这通常由对刀过程中完成。对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。对刀的准确性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。本文针对FANUC数控系统介绍几种常用的对刀操作方法：
1）直接用刀具试切对刀
步骤如下：
(1)用外圆车刀先试车一外圆，记住当前X坐标，测量外圆直径后，用X坐标减外圆直径，所的值输入offset界面的几何形状X值里。
(2)用外圆车刀先试车一外圆端面，记住当前Z坐标，输入offset界面的几何形状Z值里。
(3)其它刀具分别尽可能接近试切过的外圆面和端面，把第一把刀的X方向测量值和Z0直接键入到offset工具补正/形状界面里相应刀具对应的刀补号X、Z中，按测量即可。
(4)刀具刀尖半径值可直接进入编辑运行方式输入到offset工具补正/形状界面里相应刀具对应的刀补号R中。
2）用G50设置工件零点
步骤如下：
(1)用外圆车刀先试车一外圆，测量外圆直径后，把刀沿Z轴正方向后退一些，切端面到中心(X轴坐标减去直径值)。
(2)选择MDI方式，输入G50 X0 Z0，启动START键，把当前点设为零点。
(3)选择MDI方式，输入G0 X150 Z150，使刀具离开工件进刀加工。
(4)、(5)步骤同方法1的步骤(4)、(5)。
3）用G54-G59设置工件零点
步骤如下：
(1)用外圆车刀先试车一外圆，测量外圆直径后，把刀沿Z轴正方向退点，切端面到中心。
(2)把当前的X和Z轴坐标直接输入到G54----G59里, 程序直接调用如:G54X50Z50。
(3)、(4)步骤同方法1的步骤(4)、(5)。
4 结论
要弄清楚程序原点在机械坐标系中的位置, 先要清楚对刀操作的过程, 而对刀操作必须搞清楚机床的三个坐标系之间的关系。因此在数控编程和加工中, 只有弄清出基本坐标关系和掌握对刀操作, 才能用数控机床加工出合格的零件。
参考文献
[1]顾京主编.数控加工编程及操作.
[2]楼章华主编.数控编程与加工.
简述车削对刀装置及调整 篇4
1 车削对刀装置
车削加工对刀装置主要解决两个问题:一是保证在安装车刀时, 利用对刀装置使车刀刀尖位于过主轴回转中心的水平面内;二是保证在调整车刀对刀尺寸时, 使车刀刀尖位于过主轴回转中心的垂直面内。这样, 利用横刀架横向回退移动量就是所要调整的车刀对刀尺寸。因此下面介绍一种快速的车削对刀装置, 来调整车削的对刀尺寸, 提高车削加工的生产率。车削加工快速对刀装置如图1。
1、限位定位块2、加力装置3、止动螺钉4、水平对刀块5、对刀指示灯6、直流电源7、立柱8、弹簧9、横向对刀块10、轴套11、底座12、绝缘垫
图1所示的限位定位块 (1) 要求装配好以后始终保持横向对刀块 (9) 的对刀面B位于过主轴回转中心D的垂直面内;加力装置 (2) 是用来保持横向对刀块 (9) 与限位定位块 (1) 的D面之间紧密接触, 即保证横向对刀块 (9) 的对刀面 (B) 在重复使用过程中, 始终位于过主轴回转中心D的垂直面内;止动螺钉 (3) 是用来防止加力装置 (2) 中衬套移动的;水平对刀块 (4) 要求装配好以后, 保证对刀面C;位于过主轴回转中心D的水平面内;对刀指示灯 (5) 是用来指示调整车刀达到对刀尺寸时指示用的。直流电源 (6) 是用来作为对刀指示灯 (5) 的供电电源用;立柱 (7) 是用来保证横向对刀块 (9) 转动及支撑用的, 要求与横向对刀块 (9) 的内孔具有较高的配合精度;弹簧 (8) 是用来保证横向对刀块 (9) 始终与轴套 (10) 紧密接触, 即保证水平对刀块 (4) 的水平对刀面C在重复使用过程中, 始终位于过主轴回转中心D的水平面内;横向对刀块 (9) 要求装配好以后, 保证对刀面B位于过主轴回转中心D的垂直面内;轴套 (10) 是用来支撑横向对刀块 (9) 用的;底座 (11) 是用来安装以上这些零件及与机床床鞍连接用的, 安装位置, 如图2所示, 因此, 对刀装置随床鞍一起移动;绝缘垫 (12) 是用来绝缘底座 (11) 和方刀架之间导通的, 只有对刀面B或对刀面C与车刀刀尖接触时, 对刀指示灯才亮, 表示调整达到要求。
2 调整对刀尺寸
使用该对刀装置调整对刀尺寸主要进行两方面调整:
1) 保证在安装车刀时, 利用对刀装置使车刀刀尖位于过主轴回转中心D的水平面内, 其调整如图1所示。先安装车刀, 把车刀放在方刀架上, 仔细的调整车刀刀尖与水平对刀块的下表面C接触, 使对刀指示灯微微发亮, 表明车刀刀尖已经调整到位于过主轴回转中心D的水平面内;然后用方刀架上锁紧螺钉 (图1中没有画出) , 锁紧车刀使之固定不动, 至此车刀安装完毕。
2) 保证在调整车刀对刀尺寸时, 使车刀刀尖位于过主轴回转中心D的垂直面内, 其调整如图1所示。利用横刀架横向移动, 仔细地使车刀刀尖与横向对刀块 (9) 的对刀面B接触, 使对刀指示灯微微发亮, 表明车刀刀尖已经调整到位于过主轴回转中心D的垂直面内;然后使横刀架横向回退到所要车削的零件尺寸, 即所要调整的车刀对刀尺寸。调整完毕后, 使横向对刀块 (9) 转过一个角度, 以不妨碍车削加工为宜。
3 对刀误差分析
采用该对刀装置调整对刀尺寸的误差, 包括两个方面:一是车刀安装时, 使刀尖没有位于过主轴回转中心D的水平面内所产生的在横向进给方向对刀误差为△1max;二是立柱 (7) 与横向对刀块 (9) 内孔之间的配合间隙, 使横向对刀块 (9) 的对刀面B没有位于过主轴回转中心D的垂直面内, 即车刀刀尖在对刀时没有位于过主轴回转中心的垂直面内所产生的在横向进给方向对刀定位误差为△2max。因此, 总的调整对刀尺寸所产生的对刀误差为△0max等于△。△1max与△2max的代数和, 即:△max=△1max+△2max (1) △1max。设理想直径对刀尺为Φd, 理想半径对刀尺寸为r, cd为实际对刀尺寸的1/2, ob为理想对刀尺寸的1/2, 刀尖偏离过主轴回转中心O水平面的最大距离为δ1max。从图3中可以看出:
因△21-max值很小, 故△1-max≈δ21-max/r (2)
对于△2max, 设立柱 (7) 与横向对刀块 (9) 内空之间的最大间隙为δΔ2max, 因此△2max=δ2max (3)
如果在横向对刀块 (9) 的外表面上采用一个可以移动的V型块, 如图4所示, 沿横向进给方向始终加一个弹簧力, 每次对刀都使立柱 (7) 与横向对刀块 (9) 内孔在A点接触。这样每次对刀定位误差△2max就等于0, 即:△2max=0
所以, △max=δ2Δ1max/r+δΔ2max (4)
因此, △1max=δ2Δ1max/r (5)
图4在横向对刀块 (9) 的外表面加V型块后的△2max
机械视觉自动对刀系统开发 篇5
随着时代的发展进步机械加工已逐步转入自动化科技化, 在机械加工中, 产品的加工质量和生产效率直接受刀具安装的精度和效率的影响, 因此探索一种合适的刀具对刀方法, 可以有效的提高加工精度和节省对刀时间, 使生产更快捷。
目前, 工厂对刀技术中手动对刀占主导地位, 而手动对刀主要是人为进行, 会对工件加工的精确度产生影响, 也会对机床或人员产生伤害。此外零件的加工中, 刀对零件加工时间大约只占总时间的55%, 刀具的装夹和对刀等辅助时间却占45%。一般而言, 在一个平面上的向一个运动方向上找到零件的加工起点较为简单, 只要有简单的加工基准点就可以较快地完成对刀。而在一个平面上的向两个运动方向上找到零件的加工起点就比较麻烦, 需要缓慢细致的调整刀刃的两个运动方向上的位置;由于刀对零件的起始加工点的位置不易检测, 实际生活中的方法是进行试触加工, 再根据加工偏差来调整刀具, 这种过程一般需要重复多次才能完成对刀。可见减少加工辅助时间是能够极大提高工业生产加工效率的必要办法。
本文对利用机器视觉技术对对刀的方法进行了初步研究, 利用视觉对刀来代替手工对刀, 通过Labview控制平台进行对刀控制, 利用CCD摄像机提高对刀加工的精确性、效率性。将运动控制与机器视觉相结合, 基于图像采集、处理, 确定零件的中心坐标并将像素坐标转换为机械坐标从而实现机器视觉对刀。
1 总体设计方案
1.1 硬件平台
系统的硬件平台主要由:三轴运动平台、CCD摄像机、图像采集卡、PC机和运动控制卡等组成, 其结构如图1系统结构图所示。
1.2 系统工作原理
在系统中, 加工零件受到光源照射, CCD摄像机将获取的零件的图像信息转化为模拟电信息, 输送至图像采集卡。图像采集卡将接收到的模拟电信息转变成数字图像信息输送到计算机。再由GalilToos控制系统的程序编写将计算机中的Labview控制平台和运动控制卡联系起来, 实现零件的对刀与加工。系统原理如图2所示。
2 图像获取后的预处理
2.1 灰度化
为方便处理, 以及减小计算机的运算压力, 在对获取到图像进行处理之前, 先将计算机从CCD照相机得到的24位的图像转化为8位的灰度图。最常用的灰度转换公式如式 (1) 所示, 灰度值F为:
(1) 式中:R、G、B分别表示每个像素中绿、蓝、红三分量的值。由于实验使用的是CCD黑白摄像机, 需要转换图像为黑白图像, 我们只需提取R分量的值即可。在24位黑白图像中, R=B=G。
2.2 平滑滤波
本文中的实验工件为白色石蜡, 为使石蜡和背景在拍摄过程中能有较明显的划分, 便于图像中工件信息的采集, 我们用一张黑色的卡纸覆盖在在运动控制平台上。在这些准备工作都完成后, 得到的图像表现为色差区别大的图像, 但在石蜡边缘处存在一部分椒盐噪声。查找相关资料我们找出了对抗椒盐噪声最好的方法就是中值滤波法, 在尝试过多种方法后, 还是中值滤波法效果最明显。
3 边缘检测
边缘检测是图像处理和计算机对刀中的基本问题, 边缘检测的目的是找出图像中亮度变化较大的点。图像亮度变化较大的一些点通常能反映出图像的重要信息, 实质是采用某种算法来提取出图像中对象与背景间的交界线。
3.1 圆形检测
首先利用滤波对图像进行平滑处理, 在3×3的范围窗内, 给定像素T与沿曲线的切线方向上的两个像素进行相比, 假如T的斜度的最大值比这两个像素的斜度最大值都大。则保留原值。否则令p=0。最后用双阈值算法检测和连接边缘。凡大于高阈值的则是边缘, 凡小于低阈值的一定不是边缘, 只要高低阈值数值设置合理就可准确找出轮廓。
圆柱或圆孔形零件的对刀点, 即圆心位置。根据轮廊查找结果, 确定表示圆形的序列, 假设坐标为 (x, y) , 设圆的半径为R圆心坐标为 (a, b) 。如果没有误差, 则根据圆的方程: (X1-a) 2+ (Y1-b) 2=R2, (X2-a) 2+ (Y2-b) 2=R2, (X3-a) 2+ (Y3-b) 2=R2, 可得圆心坐标。
3.2 矩形检测
矩形零件的对刀点, 即矩形零件的顶点。矩形零件对刀点的确定可以依据Harris边缘检测算法检测出矩形零件的具体位置信息, 确定矩形的四个顶点, 选择最合适的对刀点。Harris角点检侧算法是一种基于特征信号的点提取算法其原理是利用微积分的原理, 在工件上取一微元, 以一个像素为其中心在不同的方向上进行移动, 我们可以用一个表达式表示出其变化。
假设以 (X, Y) 为中心在水平方向上移动了u, 在竖直方向上移动了v, 则其灰度值的△量表达式为:
其中, 灰度值△量的函数我们定义为E (x, y) , Wx, y是微元的函数, 一般定义, 灰度函数为I, 将无穷小项省略之后得:
将Ex, y化为二次型有:
M为实对称矩阵:
图像I的Y方向的斜度用Iy表示, 图像I的X方向的斜度用Ix表示。从M中可以得出, 一阶曲率就是M矩阵的特征值, 当两个这两个值都很高的时候, 就可认为这个点是工件的角点。
在上述内容的基础上, 定义出响应函数CRF:
其中det (M) 为矩阵M的行列式;trace (M) 为矩阵M的迹;k为常数, 一般取0.04。CRF的局部极大值所在点即为角点。在检测进行时, 当检测微元在工件内表面和工件轮廓以外移动时, 微元内的灰度值并不会发生改变, 如图3a所示;当微元移动到直线上时, 灰度值在直线上的量是一样的, 不会发生改变, 但是直线左右的灰度值出现了变化, 如图3b所示;当微元移动到工件图像的角点上时, 灰度值会出现多方向的急剧变化, 如图3c所示。Harris角点识别算法就是微元内灰度值是否是多方向、急剧变化来确定出工件的轮廓特征和位置信息。
4 标定
在机器视觉中, 建立相机成像的几何模型可以确定物体关键几何位置与其图像中的对应点的相互关系, 这种比例上的关系称为相机参数。标定即通过实际测量与计算得到这些参数的过程。
摄像机标定和系统标定是常用的两种标定方法。摄像机标定一般应用于机器人视觉、车辆导航等领域。但使用此标定方法精度不高, 在本实验中采用系统标定。系统标定中, 通过实验得到图像尺寸和物体实际尺寸之间的转换系数, 将以像素为单位数据乘上转换系数从而转换为空间中以毫米为单位的尺寸。在商业用的机器视觉开发平台中应用较多。
本实验以摄像头与物体距离H固定、且已知摄像头获取的图像中点机床坐标 (X, Y) 为前提, 对物体加工点机床坐标进行确定。在距离为H时, 可测定工件实际尺寸与图像比例为1/K pix/mm, 即K mm/pix。此数值表示, 每一个像素单位, 实际尺寸为Kmm。
在像素坐标系中, 假设摄像头获取的图像中点像素坐标为原点。通过边缘检测, 可知加工点像素坐标为 (x, y) , 则其机床坐标为 (X+Kx, Y+Ky) 。在此基础上, 可实现视觉对刀。
5 结语
本文在不改变机床基本结构的情况下, 针对传统对刀方法中存在的缺点和不足, 提出基于机器视觉的对刀方法。
通过对工业摄像机采集到的工件图像进行处理、分析。确定工件坐标系和机床坐标系的相对位置, 获取工件对刀点。使对刀点与刀位点重合即可完成对刀操作。该方法能够较准确、快速地获取对刀点优化工作环境, 解决了手动对刀中效率低下、精度不高的问题。使车削加工的自动化得以实现。
摘要：研究基于机器视觉的对刀方法。构建由CCD模拟摄像机和视频采集卡组成的图像采集和处理系统, 利用labview控制平台实现对加工点的获取, 进而实现自动对刀。
关键词：机器视觉,对刀,CCD摄像机
参考文献
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