一种机柜钣金件表面缺陷定向拉丝修复设备控制系统及方法与流程

本发明涉及钣金件表面处理及自动化控制，具体是一种机柜钣金件表面缺陷定向拉丝修复设备控制系统及方法。

背景技术：

1、机柜钣金件通常用于服务器机柜、通信机柜、电气控制柜及工业设备外壳，其外观面除需要满足装配强度和尺寸精度外，还需要保持较为一致的拉丝纹理。机柜门板、侧板、安装板等钣金件在冲压、折弯、搬运、装配及焊后处理过程中，容易产生浅划伤、横向擦伤、局部压痕、毛刺以及局部磨花等表面缺陷。对于允许进行拉丝处理的机柜钣金件，现有生产中通常采用砂带、百洁布轮、刷轮或打磨盘对缺陷部位进行局部去除和纹理恢复，使缺陷痕迹被消除或减弱，并尽量使修复区域与周边原有拉丝纹理保持一致。

2、现有技术中，cn102528618b公开了一种sus430薄板材料拉丝表面修复工艺，其主要通过除丝、补丝和整丝步骤对薄板拉丝表面进行修复，并提出除丝方向与损伤表面的拉丝方向一致。该类方案能够说明薄板拉丝表面修复中需要考虑原有拉丝方向，但其更偏向人工或工艺经验型修复流程，修复区域的起止位置、补丝范围、整丝范围及收尾方式仍主要依赖操作者对损伤状况和丝纹状态的判断。当机柜钣金件的缺陷延伸方向与原有拉丝纹理主方向不一致时，例如横向擦伤切断原有拉丝纹理，若仅按照缺陷本体进行局部处理，容易在缺陷端部形成明显的纹理截断；若简单扩大整片打磨范围，又容易造成局部发亮、发暗或形成补丁状外观差异。尤其在机柜钣金件存在门锁孔、装配孔、百叶孔、折弯边和加强筋等结构边界时，仅凭人工经验确定修复范围和换向位置，难以稳定兼顾缺陷去除、纹理连续和边界避让。

3、cn216913294u公开了一种钣金表面修复打磨机，其通过工作台、夹持机构、横向电动滑轨、纵向电动滑轨、打磨电机及打磨盘等结构实现对钣金件的旋转打磨和往复打磨，以降低人工打磨劳动量并提高打磨效率。该类设备能够实现钣金件的夹持定位和机械化打磨，但其控制重点在于打磨机构的往复运动和打磨效率提升，并未针对机柜钣金件原有拉丝纹理方向、缺陷延伸方向、缺陷深度以及结构边界位置之间的关系生成渐变式修复轨迹。对于具有方向性拉丝纹理的外观面而言，普通往复打磨虽然能够去除毛刺或浅表划痕，却容易使修复区域的纹理方向、纹路密度和反光状态与周边原表面不一致；当打磨盘靠近孔边、折弯边或板件边缘时，还可能因换向位置和接触范围控制不足而产生局部过磨、边缘倒亮或纹理中断。

4、cn112476178a公开了一种机器人打磨浮动恒力砂带机构，其通过比例调节阀、压力传感器、浮动气缸和编程控制器调节打磨压力，使砂带机构能够按照预设压力进行打磨。该类恒力或柔顺打磨方案能够改善传统人工凭感觉调节压力的问题，但其主要解决的是打磨力能否按照预设值保持稳定，并未进一步区分缺陷主体去除、周边纹理重建和修复边缘过渡，也未将缺陷深度、缺陷延伸方向与原有拉丝纹理主方向之间的夹角、以及薄板在孔位或折弯附近的局部柔顺状态共同用于确定修复路径和接触作用量。在机柜钣金件局部修复场景中，单纯维持恒定压力并不必然获得一致的拉丝外观：对于较深缺陷，恒定低压力可能导致缺陷残留；对于孔边、折弯边或局部支撑较弱的薄板区域，恒定高压力又可能导致局部塌陷、振纹或过磨；对于横向划伤，恒定压力打磨还难以解决新旧纹理在缺陷两端的过渡问题。

5、由此可见，现有技术虽然分别公开了沿原拉丝方向进行表面修复、通过机械滑轨和打磨电机实现钣金表面打磨，以及通过浮动恒力机构改善打磨压力控制等技术内容，但上述技术仍未能针对机柜钣金件局部缺陷修复中的特定工况形成有效控制：即在缺陷延伸方向与原有拉丝纹理主方向不一致，且缺陷区域附近存在孔位、折弯边、加强筋或板件边缘等结构边界的情况下，如何在不明显扩大去除范围的前提下去除缺陷主体，并使修复区域沿原有拉丝纹理方向连续过渡，同时避免结构边界附近发生过磨、振纹或局部塌陷。该问题直接影响机柜钣金件外观面的修复一致性和批量返工率，是现有固定路径打磨、人工经验补丝以及单一恒力打磨方式难以稳定解决的具体技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种机柜钣金件表面缺陷定向拉丝修复设备控制系统及方法，以解决上述背景技术中提出的技术问题。

2、基于上述思路，本发明提供如下技术方案：

3、一种机柜钣金件表面缺陷定向拉丝修复设备控制方法，包括：

4、s1、将待修复的机柜钣金件固定于修复工位，并建立所述机柜钣金件的工件坐标系与所述拉丝执行机构的运动坐标系之间的对应关系；

5、s2、在所述机柜钣金件的待修复表面上获取缺陷区域的表面图像和表面起伏数据，所述表面图像至少包括低角度条形光图像和正向补光图像，所述表面起伏数据用于表征缺陷区域相对于周边未损伤表面的高度变化；

6、s3、根据所述表面图像识别机柜钣金件原有拉丝纹理的主方向，并根据所述表面图像和表面起伏数据确定缺陷轮廓、缺陷深度、缺陷延伸方向以及缺陷区域附近的结构边界位置；

7、s4、根据所述原有拉丝纹理的主方向、缺陷轮廓、缺陷深度、缺陷延伸方向以及结构边界位置，将待修复区域划分为核心去除区、纹理重建区和边缘过渡区，并生成与所述原有拉丝纹理的主方向一致的渐变式修复轨迹；

8、s5、根据所述缺陷深度、缺陷延伸方向与原有拉丝纹理的主方向之间的夹角以及机柜钣金件在缺陷区域附近的局部柔顺状态，确定所述核心去除区、纹理重建区和边缘过渡区分别对应的接触作用量，并据此生成拉丝执行机构的接触压力、进给速度、工具表面速度和加工次数；

9、s6、根据所述渐变式修复轨迹和所述接触作用量，对拉丝执行机构的路径覆盖范围、路径间距、换向位置、接触压力和加工次数进行联合优化，得到最终修复控制集合，并控制所述拉丝执行机构按照所述最终修复控制集合对机柜钣金件进行定向拉丝修复。

10、优选的，所述s4包括：

11、以缺陷轮廓中高于预设缺陷深度等级的区域作为核心去除区，使所述核心去除区用于去除划伤、擦伤、压痕或磨花的主体痕迹；

12、沿所述原有拉丝纹理的主方向，将所述核心去除区的两端向外延伸形成纹理重建区，使所述纹理重建区覆盖缺陷区域前后两侧的原有拉丝纹理；

13、在所述纹理重建区的外周形成边缘过渡区，使所述边缘过渡区围绕所述纹理重建区形成由强至弱的拉丝过渡范围；

14、当所述边缘过渡区与折弯边、门锁孔、百叶孔、装配孔、加强筋或板件边缘发生重叠时，根据所述结构边界位置对所述边缘过渡区进行裁切，并将拉丝执行机构的换向位置设置在所述结构边界位置之前；

15、所述核心去除区的路径覆盖密度大于所述纹理重建区的路径覆盖密度，所述纹理重建区的路径覆盖密度大于所述边缘过渡区的路径覆盖密度，并且所述边缘过渡区内的路径覆盖密度沿远离所述核心去除区的方向逐渐降低。

16、优选的，所述s4中纹理过渡尺度根据以下方式确定：

17、获取缺陷轮廓在垂直于原有拉丝纹理主方向上的等效宽度，并以所述等效宽度作为纹理过渡尺度的基础值；

18、获取缺陷区域相对于周边未损伤表面的等效缺陷深度，并将所述等效缺陷深度与当前板材、磨料和拉丝头组合对应的单次安全去除深度进行比较，得到缺陷去除难度；

19、获取缺陷延伸方向与原有拉丝纹理主方向之间的夹角，并根据所述夹角确定缺陷方向对原有拉丝纹理连续性的破坏程度，其中，所述夹角越大，表示缺陷方向与原有拉丝纹理主方向偏离越明显，纹理过渡尺度相应增大；

20、获取缺陷区域周边未损伤表面中拉丝纹理方向的集中程度，并根据所述集中程度确定周边原有拉丝纹理的一致性，其中，周边原有拉丝纹理越集中，纹理过渡尺度对缺陷深度和夹角变化的响应越明显；

21、根据所述等效宽度、缺陷去除难度、缺陷方向对原有拉丝纹理连续性的破坏程度以及周边原有拉丝纹理的一致性，确定所述纹理过渡尺度；

22、所述纹理过渡尺度用于确定纹理重建区相对于核心去除区沿原有拉丝纹理主方向的延伸量，以及边缘过渡区相对于纹理重建区的外扩量。

23、优选的，所述s5包括：

24、在缺陷区域附近选择至少一个检测点，使拉丝执行机构或独立测距压头以预设检测载荷接触所述检测点，并根据检测点的法向位移量确定机柜钣金件在缺陷区域附近的局部柔顺状态；

25、根据缺陷深度确定去除缺陷所需的基础修复强度，根据缺陷延伸方向与原有拉丝纹理主方向之间的夹角确定纹理恢复修正量，根据所述局部柔顺状态确定薄板变形抑制修正量；

26、基于所述基础修复强度、纹理恢复修正量和薄板变形抑制修正量，分别生成核心去除区、纹理重建区和边缘过渡区的接触压力、进给速度、工具表面速度和加工次数；

27、其中，核心去除区的接触压力和加工次数大于纹理重建区，纹理重建区的接触压力和加工次数大于边缘过渡区；在同一边缘过渡区内，接触压力和加工次数沿远离核心去除区的方向逐渐降低，进给速度沿远离核心去除区的方向逐渐提高。

28、优选的，所述s5中安全接触作用量根据以下方式确定：

29、获取缺陷区域相对于周边未损伤表面的等效缺陷深度，并根据所述等效缺陷深度确定缺陷去除所需的接触作用基础需求；

30、获取缺陷延伸方向与原有拉丝纹理主方向之间的夹角，并根据所述夹角确定纹理恢复修正需求，其中，所述夹角越大，表示缺陷越容易切断或干扰原有拉丝纹理，所述纹理恢复修正需求相应增大；

31、获取当前板材、磨料和拉丝头组合对应的材料去除能力，所述材料去除能力由板材材质、磨料粒度、拉丝头结构以及工具表面速度共同确定；

32、获取机柜钣金件在缺陷区域附近的局部柔顺系数，并将所述局部柔顺系数与当前机柜钣金件板厚、折弯结构和夹持方式对应的基准柔顺系数进行比较，得到薄板变形风险；

33、根据所述接触作用基础需求、纹理恢复修正需求、材料去除能力以及薄板变形风险，确定安全接触作用量；

34、其中，当缺陷深度增大或缺陷延伸方向与原有拉丝纹理主方向的夹角增大时，所述安全接触作用量对应的修复需求增强；当材料去除能力增强或薄板变形风险增大时，单次拉丝动作允许分配的接触压力和等效接触时间降低；

35、所述安全接触作用量用于在核心去除区、纹理重建区和边缘过渡区之间分配接触压力、进给速度、工具表面速度和加工次数。

36、优选的，所述s6包括：

37、根据所述纹理过渡尺度确定核心去除区、纹理重建区和边缘过渡区共同构成的候选修复范围；

38、在所述候选修复范围内生成多组候选修复控制集合，每组候选修复控制集合均包括路径覆盖范围、路径间距、路径换向位置、接触压力、进给速度、工具表面速度和加工次数；

39、对每组候选修复控制集合计算其在核心去除区、纹理重建区和边缘过渡区内的预测去除分布，并使所述预测去除分布在核心去除区内满足缺陷去除要求，在纹理重建区内满足纹理连续要求，在边缘过渡区内满足逐渐衰减要求；

40、从多组候选修复控制集合中选择使预测去除分布与安全接触作用量匹配、且接触压力变化连续的候选修复控制集合，作为最终修复控制集合；

41、在执行最终修复控制集合后，再次获取修复区域的表面图像和表面起伏数据，当修复区域与周边未损伤表面的纹理方向偏差、亮度偏差或高度残差超过对应阈值时，控制器仅针对边缘过渡区和纹理重建区生成补偿拉丝动作。

42、优选的，所述s6中最终修复控制集合根据以下方式确定：

43、根据纹理过渡尺度限定候选修复范围和候选修复控制集合，使候选修复控制集合的路径覆盖范围不超出由核心去除区、纹理重建区和边缘过渡区共同限定的修复范围；

44、在候选修复范围内，分别计算每一候选修复控制集合对应的预测材料去除分布，所述预测材料去除分布根据修复位置处的接触压力、等效接触面积、工具表面速度、等效接触时间以及当前板材、磨料和拉丝头组合对应的材料去除能力确定；

45、根据纹理过渡尺度确定渐变衰减规则，使所述渐变衰减规则在核心去除区内对应较高的去除目标，在纹理重建区内沿远离核心去除区的方向逐渐降低去除目标，在边缘过渡区内继续降低去除目标；

46、将每一候选修复控制集合对应的预测材料去除分布与由安全接触作用量和渐变衰减规则共同确定的目标去除分布进行比较，得到该候选修复控制集合的去除匹配程度；

47、计算每一候选修复控制集合在垂直于原有拉丝纹理主方向上的去除变化程度，并将所述去除变化程度作为修复边界平顺性的评价依据；

48、在多组候选修复控制集合中，选择同时满足缺陷去除要求、安全接触要求和结构边界避让要求，并且去除匹配程度最高、修复边界平顺性最好的候选修复控制集合，作为最终修复控制集合；

49、所述最终修复控制集合至少包括核心去除区、纹理重建区和边缘过渡区分别对应的路径覆盖范围、路径间距、换向位置、接触压力、进给速度、工具表面速度和加工次数。

50、一种机柜钣金件表面缺陷定向拉丝修复设备控制系统，应用于所述的机柜钣金件表面缺陷定向拉丝修复设备控制方法，包括：

51、工件定位模块，用于驱动夹具对机柜钣金件进行定位夹持，并建立工件坐标系与运动坐标系之间的对应关系；

52、缺陷采集模块，用于通过低角度条形光源、正向补光光源和图像采集单元获取缺陷区域的表面图像；

53、起伏采集模块，用于通过线激光测距单元、点激光测距单元或短行程位移检测单元获取缺陷区域的表面起伏数据；

54、纹理识别模块，用于识别机柜钣金件原有拉丝纹理的主方向，并输出缺陷延伸方向与原有拉丝纹理主方向之间的夹角；

55、区域生成模块，用于根据缺陷轮廓、原有拉丝纹理的主方向、缺陷深度和结构边界位置生成核心去除区、纹理重建区和边缘过渡区；

56、接触作用量生成模块，用于根据缺陷深度、缺陷延伸方向与原有拉丝纹理主方向之间的夹角以及局部柔顺状态生成安全接触作用量；

57、修复优化模块，用于根据纹理过渡尺度和安全接触作用量生成最终修复控制集合；

58、执行控制模块，用于根据最终修复控制集合控制拉丝执行机构的路径覆盖范围、路径间距、换向位置、接触压力、进给速度、工具表面速度和加工次数；

59、复检补偿模块，用于在定向拉丝修复后再次获取修复区域的表面图像和表面起伏数据，并在修复区域与周边未损伤表面之间存在超出阈值的纹理方向偏差、亮度偏差或高度残差时生成补偿拉丝动作。

60、本发明的技术方案可以包括以下有益效果：

61、本发明通过在机柜钣金件固定并建立坐标对应关系后，结合低角度条形光图像、正向补光图像和表面起伏数据，对原有拉丝纹理主方向、缺陷轮廓、缺陷深度、缺陷延伸方向以及结构边界位置进行识别，使修复控制不再仅依赖人工经验或固定往复路径。由此，设备能够在修复前同时获得缺陷表观特征、深度起伏特征和周边结构边界特征，为后续修复区域划分、轨迹生成和工艺参数确定提供统一的坐标基础和数据基础，减少因反光、油污、正常纹理或孔边结构造成的误判，提高机柜钣金件局部缺陷识别和定向拉丝修复的稳定性。

62、本发明根据原有拉丝纹理主方向、缺陷轮廓、缺陷深度、缺陷延伸方向和结构边界位置，将待修复区域划分为核心去除区、纹理重建区和边缘过渡区，并进一步通过纹理过渡尺度、安全接触作用量和最终修复控制集合之间的关联计算，使修复范围、路径密度、接触压力、进给速度、工具表面速度和加工次数受到缺陷形态、原纹理连续性、材料去除能力以及薄板局部柔顺状态的共同约束。由此，核心去除区能够针对缺陷主体进行有效去除，纹理重建区能够沿原有拉丝纹理主方向恢复连续纹路，边缘过渡区能够以逐渐减弱的方式消除修复边界的亮度突变和纹路密度突变；同时，在孔位、折弯边、加强筋或板件边缘附近，系统能够通过结构边界裁切、换向位置修正和接触作用量限制，降低过磨、振纹、局部塌陷及纹理中断的风险。上述各处理环节之间具有数据传递和约束关系，能够形成面向机柜钣金件拉丝表面缺陷修复的连续控制链条，而非彼此独立的检测、路径规划或恒力打磨步骤的简单并列。

63、本发明在执行定向拉丝修复后，还可以再次获取修复区域的表面图像和表面起伏数据，并根据修复区域与周边未损伤表面之间的纹理方向偏差、亮度偏差和高度残差判断是否需要补偿拉丝，使修复过程具有复检反馈能力。通过该方式，能够针对边缘过渡区和纹理重建区进行低压力、轻接触的补偿处理，避免因一次性强去除导致修复区域发亮、发暗或产生明显补丁感。对于允许拉丝处理的机柜门板、侧板、安装板及具有通风孔、装配孔、折弯边的外观钣金件，本发明能够在保证缺陷主体去除的同时提高新旧拉丝纹理的连续性和外观一致性，降低人工判断修复起点、终点、路径方向和收尾方式的依赖程度，并减少批量修复过程中因磨料状态、板件局部刚度和结构边界差异导致的返工风险。