[发明专利]基于图像的工件加工精确定位方法

说明书

一种基于图像的工件加工精确定位方法，通过建立增材制造的零件毛坯安装于数控机床之上的工件坐标系，以相机透镜中心和主光轴为基准建立成像坐标系，拍摄同时包含零件基准参照物和工件坐标系参照物的图像，识别图像中零件基准参照物和工件坐标系参照物之间的相对位置信息，经坐标变换得到零件基准参照物在工件坐标系内的位置，从而确定零件毛坯的初始加工位置。本发明能够将同一坐标系内图片的有效特征之间的关系来求得实际中的位置关系，从而进行找正定位。该方法确保在无接触的情况下，利用机床的自由度实现工件毛坯找正基准。

技术领域

本发明涉及的是一种金属加工领域的技术，具体是一种通过视觉识别提取近净成形毛坯特征从而找正定位基准的方法。

背景技术

在传统加工过程中，一般采用“去除材料”的方式来获得零件的最终形状。在这种情况下，闭式整体叶盘类零件的毛坯一般采用能够包络最终形面的锻件实体为毛坯，致使后续加工的材料去除量非常大，经常会遇到需要去除毛坯上50％以上材料的情况。这样一来，一方面完整尺寸的锻件毛坯会使得毛坯成本居高不下，尤其是闭式整体叶盘类零件的材料采用高温合金或者钛合金的等比较昂贵的材料，且加工时这些材料都被去除，会产生很大浪费；而另一方面，大余量材料去除需要大量的工时，设备的占用率也会相应很大，同时加工还需要消耗大量的刀具以及人力资源，在这些效果综合作用下，零件的加工成本也会非常高昂。针对高温合金等难切削材料，这个影响会更大。

如果能够减少闭式整体叶盘类零件的加工余量，将会大大减少制造成本。而增材制造恰好提供了这样一种可能。随着技术的发展，增材制造正在逐渐改变加工的过程。尤其是在制造具有复杂结构零件的过程中，增材制造拥有巨大的优势。近些年来，增材制造技术已经获得了越来越多的应用。增材制造技术是指基于离散‐堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件。这样可以生产出来贴近最终形面的近净成形毛坯，甚至在零件精度要求不高的情况下可以用来直接完成最终形面的制造，大大减少后续工序的材料去除量。从而缩短零件的生产周期，并降低生产成本，同时也可以减少材料的浪费。增材制造有着非常广泛的应用前景，随着越来越多的材料可以用作增材制造，制造业将会迎来颠覆性的发展。

增材制造给加工带来的便利不只是在减少了材料去除量，由于此时闭式整体叶盘类零件已经拥有预成形轮廓，很多型腔已经贯通，加工过程中的排屑和冲液可以更好。这对传统的切削加工和特种加工都可以带来积极的影响。在切削加工过程中，由于切屑可以非常方便地被带走，冲液可以直达加工区域，带走大量的加工产生的热，可以提高刀具寿命，并减小因加工引起的热应力。对特种加工而言，贯通的型腔可以获得较好的冲液流场，也可以改善加工状态。在闭式叶盘类零件的生产过程中，这两种手段都是常用的。因此，将增材制造技术应用于复杂零件的制备，则可以极大地改善加工过程。

但是，增材制造的闭式整体叶盘类零件拥有预成形轮廓，在后续加工中需要解决加工基准转移的问题。通过增材制造获得的叶盘类零件已经拥有贴近最终形面的轮廓，在增材制造的过程中零件已经拥有一个基准，后续加工需要在此基准之上进行。而后续加工的时候如果不能正确地找到这个基准，则很可能会损伤已有的轮廓，最终导致零件报废。为了获取这些基准，一般采用机械找正的方式，通过获取零件上一些特征形面相对机床的位置建立工件坐标系，从而进行后续加工。这种方式对零件上的特征形面要求比较高，一般只适合平面和圆柱面等比较规则的形面。而一旦零件上出现自由曲面，基准获取将难以实现。同时，机械式找正所采集数据有限，不能很好的从统计角度上获得基准，这样获得的基准精度也比较低。现有的增材制造的精度并不是很高，尤其是金属材料，零件的表面粗糙度也比较大。机械找正多采用接触式方法，零件的表面粗糙度会给机械找正精度带来不小的影响。为了确保后续加工，减少因增材制造本身精度和找正操作精度的影响，一般需要在增材制造的毛坯上为后续加工留有足够的余量。如果余量设置的过大，则会一定程度上削弱增材制造的优势。