金属板材数控渐进成形技术及加工轨迹坐标对位研究

!" "# 年 第 $ 期 !" #$ 锻 压 装 备 与 制 造 技 术 %" &$ 锻 压 装 备 与 制 造 技 术 ’() 胡运发*数据与知识工程导论+")*北京：清华大学出版社，,--.* +/) 0121345 6745，!891:;147 <*%834*=>;?@3;7A B3:7 574793;1?4 C9?@ A3;3D3:7: >:145 :1@1E391;F D3:7A 9?>58 3GG9?H1@3;1?4 +IJ，0K=L， ,--,：.MMN.,-* OP) 许勇顺*基于 !QR的辅助注塑模设计决策专家系统的研究与实 现+S)*上海：上海交通大学出版社，MTTP* +T) 张 颖，刘艳秋*软计算方法+")*北京：科学出版社，,--,* !"#$%&’"( ’) *+% ,-*%../0%-* 1"’2%33 4.5--/-0 6 78*/$/95*/’- )’" :/%6;’.< =>;52+/-/-0 UVK6 W13?，IL=K6 X3Y>4，Z[=K6 W14@145，\L] I134Y17，%]L Z874:834，%[#K I>4 （K3;1?43E ^17 _ "?EA %=^ &4514779145 R7:739B8 %74;79 ‘8345831 I13? $?45 ]41a79:1;F，‘8345831 ,---.-，%8143） ?@3*"#2*A$87 C93@7b?9c C?9 14;7EE1574; A17 _ @?EA K% @3B814145 G9?B7:: GE344145 34A ?G;1@1d3;1?4 83: D774 G>; C?9b39A 34A ;87 1@GE7@74;3;1?4 ;7B8412>7: 83a7 D774 A1:B>::7A*L;e: GE3447A ;? >:7 9>E7ND3:7 973:?4145 34A B3:7 ND3:7A 973:?4145 14 ;87 14;7EE1574; :F:;7@，b81B8 b1EE 3::1:; A7:15479: ;? 3>;?@3;1B3EEF C>EC1EE @?:; ?C ;87 :7E7B;1?4: A>9145 G9?B7:: GE344145，34A 5>1A7 ;87 G9?B7:: ?G;1@1d3;1?4 C?9 97A>B145 ;87 B?@GE7H1;F ?C ?G;1@1d3;1?4 3E5?91;8@:*%?4:1A79145 ;87 >4B79;314;F ?C G9?B7:: c4?bE7A57，144?a3;1a7 9>E7: 34A B3:7: b1EE D7 7H;93B;7A C9?@ ;87 @3B814145 A3;3D3:7 >:145 R?>58 ‘7; 34A f>ddF ‘7;* B%C&’"<3AK% @3B814145；^ 17 _ @?EA；L4;7EE1574; A7:154；^ 7:154 ?G;1@1d3;1?4 金属板材数控渐进成形技术是根据工件形状所 生成的几何信息，用三轴数控设备控制成形工具头 沿其运动轨迹对板材进行局部的塑性加工，使板材 逐步成形为所需工件的柔性加工技术。该技术不需 要专用模具便可加工任意形状复杂的工件，省去了 设计产品过程中模具设计、制造、实验修改等复杂过 程，极大降低了新产品开发的周期和成本，对于飞机 等多品种小批量的产品、家用电器等新产品的开发 以及汽车新型样车试制等具有较大的经济价值。 本文探讨了金属板材数控渐进成形技术的过 程、原理以及加工轨迹坐标对位等方面的内容。 D 金属板材数控渐进成形原理及过程 金属板材数控渐进成形系统主要由成形工具 头、支撑模型、导向装置、压边装置及机床本体组成。 成形工具头在数控系统的控制下运动；支撑模型用 来支撑板料，对于形状复杂的工件，可把支撑模型做 成工件的形状以利于成形；压边装置用来固定板材， 并且可沿导向装置上下移动。 基金项目：国家自然科学基金项目资助（g-M/g-.h） 收稿日期：,--gN-.N-P 作者简介：王全义（MTP-N），男，硕士在读，主攻机器视觉、金属板材 数字化渐近成形等 文章编号：Mi/,N-M,M（,--g）-.N-M-iN-. 金属板材数控渐进成形技术及加工轨迹坐标对位研究 王全义，莫健华，毛 锋，黄树槐 （华中科技大学 塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室，湖北 武汉 h.--/h） 摘要：金属板材数控渐进成形技术，是一种通过三轴数控成形机对金属板材进行逐层辗压而成形工件 的柔性加工技术。本文探讨了金属板材数控渐进成形技术的过程、原理，同时，为了有效地排除成形过程中 坐标对位对零件上出现的拉裂、 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 堆积、材料硬化等现象的影响，本文提出了一种基于机器视觉的非接触 式加工轨迹坐标对位方法，完成了金属板料数字化渐进成形中支撑模型的非接触式高精度快速定位。 关键词：机械制造；板材数控渐进成形；机器视觉；加工轨迹坐标对位 中图分类号：$6.Pi*hT 文献标识码：Q !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 新技术新工艺 !"# $"%&!’()" * $"%&!+,+-. !"# !" "# 年 第 $ 期 !" #$ 锻 压 装 备 与 制 造 技 术 %" &$ 锻 压 装 备 与 制 造 技 术 新技术新工艺!"# $"%&!’()" * $"%&!+,+-. 金属板材数控渐进成形技术引入快速原型制造 “分层制造”的思想，将复杂的三维模型沿 ’轴方向 切成一系列二维断面，并沿这些断面轮廓生成加工 轨迹。成形工具头在 %(%系统的控制下以走等高线 的方式从最高层轨迹沿模型轮廓线运动、一圈一圈 向下对金属板材进行逐层辗压，使板材成形为与模 型相同的形状)*+。 如图 ,所示，加工前，首先将板材放置于支撑模 型之上，用压边装置 将板材固定。加工时， 成形工具头从指定位 置开始对板材的最高 层（即第一层）进行单 点渐进塑性加工，形 成第一层截面轮廓 后，成形工具头沿 ’ 轴下移到设定的高度 后，按截面轮廓运动 而形成第二层轮廓， 如此循环直至加工成 所需零件)-.。 ! 成形轨迹坐标对位 使用 /0的 !1"模块后处理工具生成了成形 工具头的加工轨迹，一圈圈的加工轨迹对支撑模型 形成一个包络面（图 -），如果这个包络面与支撑模 型间发生错位，将严 重影响成形精度，并 撞坏模型和工具。因 此，加工轨迹坐标 （以机床坐标系为基 准）与支撑模型坐标 （称造型支撑模型时 所采用的坐标系为 支撑模型坐标系）的准确对位至关重要。 为了有效地排除成形过程中坐标对位对零件上 出现的拉裂、材料堆积、材料硬化等现象的影响，使 进行更准确的工艺分析成为可能，必须完成成形轨 迹坐标的准确对位。然而用人工对位的方法效率低、 精度差。为此，本文提出了一种基于机器视觉的非接 触式加工轨迹坐标对位方法。 !"# 系统原理及实现 如图 2所示，基于机器视觉的坐标对位系统由 光源、%%3摄像机、数据采集卡、工业控制计算机、 图像处理与机床坐标自适应软件、%(%系统和运动 驱动单元组成。 对位过程是：首先通过图像采集系统对定位孔 进行图像捕捉与处理，根据两定位孔的参数（两个定 位孔中心的连线平行于支撑模型坐标系的 4轴或 5轴）获得支撑模型的坐标系，然后在数控系统中对 机床坐标系进行变换，使两种坐标系吻合，实现底支 撑模型的智能寻位。如图 6所示，475为通过定位 孔坐标检测得到的支 撑模型坐标系，4858 ’8为机床坐标系，已 知两者之间的相对位 置关系（坐标原点之 间在 4、5 方向上的 距离，坐标轴之间的 夹角），通过坐标变换 即可实现机床坐标系 到支撑模型坐标系的适应，从而将成形轨迹坐标系 适应于任意布置的支撑模型，完成数字模型坐标对 位。系统的整体 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 如图 9所示。 !"! 定位孔参数的确定 定位孔中心点坐标的检测精度直接影响了系统 的定位精度，为了准确地确定定位孔的参数，要经过 边缘检测 中值滤波 视频捕获 设备就绪 阈值分割 坐标变换 开始加工 运行 %%3 到定位孔 ,上方 运行 %%3 到定位孔 -上方 据两定位孔 参数确定坐 标系夹角 已捕获定 位孔图像 的个数 确定定位 孔圆参数 记录定位 孔信息 一 个 两个 图 9 系统流程图 图像采集卡 运动执行单元 运动执行单元 导轨 结构化光源%%3摄像机 定位孔 %(% 图 2 基于机器视觉的设备自寻位系统 定位孔 , 成形轨迹 定位孔 - % &’ ( ) & )’ ! " !’ 图 6 成形轨迹与支撑模型坐标系 图 , 金属板材渐进成形原理图 （:）板材成形前 （;）板材成形途中 导柱 夹板 工具头板材 支承 模型 支架 托板 板材 托 板 自 由 下 降 " （;） （:） 定位孔 , 支撑模型 成形轨迹 定位孔 - 图 - 支撑模型及加工轨迹 !"# !" "# 年 第 $ 期 !" #$ 锻 压 装 备 与 制 造 技 术 %" &$ 锻 压 装 备 与 制 造 技 术 以下步骤对捕获的图像进行处理：!中值滤波去除 噪声；"’()*+,梯度边缘检测；#迭代求图像最佳阈 值并对图像进行二值化处理；$最小二乘法求定位 孔参数-./。由于定位孔在拍摄的图像中所占的比例是 有限的，为了减小后续的运算量并降低图像周围边 缘无用信息对定位孔参数的影响，处理图像时可以 从既定的行和列开始到既定的行和列结束。 !"# 加工轨迹坐标对位 根据计算出的两个定位孔的参数可以求得支撑 模型的坐标系，进而得到支撑模型坐标系和机床坐 标系之间的夹角关系，然后对机床坐标系进行变换， 使两种坐标系吻合，实现加工轨迹坐标对位。 本系统运动控制器采用的是美国 0*1,2 $23公 司的 4"5%674!，它可以将一个或者多个运动执行 单元按照一定的工程单位赋予同一个坐标系的同一 个坐标轴，对于右手直角坐标系，根据机床坐标系和 支撑模型坐标系之间的夹角，通过向 4"5!发送在 线指令的形式，首先使用 4"5!提供的 "变量定义 旋转、平移向量，然后通过坐标轴定义语句实现坐标 轴的平移与旋转。例如，上位机发送如下在线指令以 完成图 8中 9:;:<:坐标系到 9=;的变换>?/： %@A&BC(D% %EA7&BDFG% %6A7&B（C(D% B’(DFG% B)） %.A&BDFG% %8A&BC(D% ! !%HA7&B（DFG% B’(C(D% B)） IE!%@B*J%EB+(%6 I6!%.B*J%8B+(%H 图 ?给出了通过变换成形轨迹坐标系完成支撑 模型的实际寻位过程。 上述 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是一种离线处理的方式，也可以根据 支撑模型的实际状态信息将待成形加工元素从设计 空间直接映 射到实际加 工空间，然 后由切削路 径生成模块 根据实际空 间状态实时 生成被加工 元素的切削路径，进一步由刀具轨迹计算模块根据 刀具信息对切削路径进行刀补计算和轨迹插补计 算，最后根据所求出的刀具目标轨迹和各坐标反馈 信息对坐标运动进行控制，完成板料的成形加工。 # 结论 金属板材数控渐进成形技术是一种由 %5K模 型直接驱动，通过三轴数控成形机对金属板材进行 逐层辗压而形成所需工件的柔性加工技术。为了减 小成形过程中坐标对位对成形质量的影响而提出了 一种基于机器视觉的非接触式加工轨迹坐标对位方 法。基于机器视觉的坐标对位系统利用图像采集系 统对定位孔进行图像捕捉与处理，获得支撑模型的 坐标系，然后在数控系统中对机床坐标系进行离线 变换，使机床坐标系与支撑模型坐标系相一致，完成 了金属板料数字化渐进成形中支撑模型的非接触式 快速定位。 【参考文献】 >E/ 莫健华，叶春生，黄树槐，等L金属板料数控渐进成形技术L 航空 制造技术，6@@6，E6M6H76NL >6/ 莫健华，刘 杰，黄树槐L汽车大型覆盖件的数字化成形技术L塑 性工程学报，6@@E，6L >./ 孔 兵，王 昭，谭玉山L基于圆拟合的激光光斑中心检测算法L 红外与激光工程，6@@6，.E（.）：6NH76NOL >8/ K*1,2 $23 K2,2 PQD,*RD SGCL4"5% TD*+:D "2G321，EOOU7@.L $%& ’()*+),-& .*/ $%& 0&-1 23+.4)3* 0564&7 8.6&/ 3* 9.+%)*& :)63* 31 0%&&4 9&4.- ;*+(&7&*4.- <3(7)*= V5WX Y32GQF，"= ZF2G[32，"5= \*G]，^ T5WX P[3[32F （P,2,* _*Q ‘2)(+2,(+Q (a 412D,FC \(+RFG] 2Gb "(31b c KF* $*C[G(1(]Q，^ 32d[(G] TGFe*+DF,Q (a PCF*GC* 2Gb $*C[G(1(]Qf V3[2G 8.@@N8f ^3)*F %[FG2） >864(.+4?W% D[**, R*,21 FGC+*R*G,21 a(+RFG] ,*C[G(1(]Q FD 2 a1*gF)1* a(+RFG] R*,[(b，F, a(+RD ,[* D[**, R*,21 12Q*+ )Q 12Q*+ )Q 2 ,[+**72gFD a(+RFG] a2CF1F,QL$[* h+FGCFh1* 2Gb h+(C*DD (a ,[FD ,*C[G(1(]Q [2D )**G h+*D*G,*bL5, ,[* D2R* ,FR*，FG (+b*+ ,( b*C+*2D* ,[* bFD2be2G,2]*(3D FGa*C,F(G R2gFR211Q a+(R ,[* C((+bFG2,* 2b2h,2,F(G )*,i**G a(+Rj FG] ,+2k*C,(+Q C((+bFG2,*D 2Gb )(1D,*+ R(b*1 C((+bFG2,*D，2 G(G7,(3C[ (+F*G,2,F(G R*,[(b [2D )**G h+(eFb*b，lQ ,[FD G(G7,(3C[ R*,[(b，+2hFb 2Gb h+*CFD* D*1a 1(C2,F(G (a ,[* D[**, R*,21 FGC+*R*G,21 a(+RFG] a2CF1F,Q [2D )**G 2C[F*e*bL @&5A3(/6?P[**, R*,21 FGC+*R*G,21 a(+RFG]；"2C[FG* eFDF(G；P*1a 1(C2,F(G 支撑模型 变换坐标完成支撑 模型自寻位 图 ? 加工轨迹坐标对位 新技术新工艺 !"# $"%&!’()" * $"%&!+,+-. !"#