一种基于机器视觉的铸件浇口自适应磨削控制系统的制作方法

本发明涉及铸件加工，尤其涉及一种基于机器视觉的铸件浇口自适应磨削控制系统。

背景技术：

1、铸件浇口通常需要通过机器人、龙门磨削设备或多轴专机去除。由于铸造收缩、浇注波动和前序切割差异，不同铸件的浇口高度、根部轮廓及局部余量存在变化；装夹偏差又会使离线模型与实际工件之间产生位置误差。采用固定轨迹时，局部余量变化容易造成欠磨或过切。

2、现有铸件浇口磨削方案通常利用视觉检测确定待加工区域，或者根据磨削力、主轴电流、表面状态对进给量进行调整。然而，磨削负载同时受材料硬度、接触面积、砂轮锋利度和装夹刚度影响，仅保持磨削力或根据加工后是否达标调整下一轮参数，难以直接获得一个短行程实际去除的材料体积。若将砂轮钝化或装夹松动造成的负载变化直接归入材料去除参数，还会使后续控制参数持续偏离。

3、因此，本领域需要一种能够在加工过程中建立可跨行程比较的剩余材料状态、根据每个短行程的实际去除结果校正局部材料去除能力并据此滚动生成后续轨迹的控制系统，同时对浇口根部过切风险和异常源干扰进行约束。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的铸件浇口自适应磨削控制系统，以解决铸件局部余量和材料去除能力波动时固定轨迹难以兼顾去除效率与本体保护，以及工具或装夹异常可能污染自适应参数的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于机器视觉的铸件浇口自适应磨削控制系统，包括三维视觉采集单元、磨削负载采集单元、磨削执行机构和控制器，所述控制器分别与所述三维视觉采集单元、所述磨削负载采集单元和所述磨削执行机构电性连接；

4、所述三维视觉采集单元用于获取包含浇口区域和铸件稳定基准的三维点云，所述铸件稳定基准为在浇口磨削前后保持可重复定位且不随浇口去除而消失的几何基准；

5、所述磨削负载采集单元用于在所述磨削执行机构执行短磨削行程期间获取磨削负载；

6、所述控制器被配置为：

7、以所述铸件稳定基准建立局部坐标系，在所述局部坐标系中配准第一三维点云，确定目标切除面，并根据所述第一三维点云与所述目标切除面之间的空间关系建立第一剩余体积场；

8、根据所述第一剩余体积场以及与所述第一剩余体积场中的空间区域对应的局部去除系数，生成第一短磨削行程并控制所述磨削执行机构执行所述第一短磨削行程；

9、将所述第一短磨削行程期间获取的磨削负载换算为磨削功率，并对所述磨削功率随时间积分以获得与所述第一短磨削行程对应的磨削能量；

10、在所述第一短磨削行程结束后控制所述三维视觉采集单元获取第二三维点云，基于同一所述铸件稳定基准对所述第二三维点云进行配准，并建立第二剩余体积场；

11、计算所述第一剩余体积场与所述第二剩余体积场在所述第一短磨削行程所覆盖空间区域内的体积差，以所述体积差与所述磨削能量的比值作为局部去除系数观测值，并根据所述局部去除系数观测值更新所述空间区域对应的局部去除系数；

12、根据所述第二剩余体积场和更新后的局部去除系数，确定下一短磨削行程的轨迹长度、进给速度、法向力和终点中的至少一项，使所述下一短磨削行程受所述目标切除面的空间边界约束，并在所述下一短磨削行程结束后重复进行剩余体积场建立、磨削能量获得和局部去除系数更新。

13、作为优选，所述控制器还被配置为：

14、根据所述浇口区域的根部曲率突变、表面法向变化和点云置信度，在所述目标切除面的边缘形成可变宽度的根部保护带；

15、将所述根部保护带中的至少一部分设为禁止磨削工具进入的禁入区，将与所述禁入区相邻的区域设为限制所述磨削工具沿所述目标切除面切向移动的切向扫掠区，并在所述点云置信度降低时增大所述根部保护带的宽度。

16、作为优选，所述控制器根据浇口剩余高度、浇口与所述根部保护带之间的距离、局部去除结果置信度以及累计磨削能量，控制所述磨削执行机构在粗磨阶段与精磨阶段之间切换；当所述浇口剩余高度为0.10～0.30 mm，且连续两次获得的浇口剩余高度之间的差值不大于预设稳定阈值时，所述控制器控制所述磨削执行机构终止磨削。

17、作为优选，所述控制器将所述短磨削行程的轨迹长度设置为10～30 mm，将相邻三维点云的获取时间间隔设置为0.5～3.0 s，并控制所述磨削执行机构在粗磨阶段施加35～80 n的法向力、在精磨阶段施加15～40 n的法向力。

18、作为优选，所述控制器采用指数遗忘方式更新所述局部去除系数，指数遗忘因子为0.80～0.98，并将更新后的局部去除系数相对于更新前的局部去除系数的单周期变化幅度限制为10%～30%。

19、作为优选，该基于机器视觉的铸件浇口自适应磨削控制系统还包括用于获取磨削火花图像的图像采集器，所述控制器还被配置为：

20、提取所述磨削功率的谐波特征和所述磨削火花图像的图像特征，将所述谐波特征和所述图像特征所表征的异常分别映射至工件坐标系、砂轮相位坐标系和夹具坐标系；

21、根据所述异常在所述工件坐标系中的位置重复性、在所述砂轮相位坐标系中的相位重复性以及在所述夹具坐标系中的位置重复性，判定异常源为工件缺陷、砂轮状态异常或装夹异常；并阻止被判定为所述砂轮状态异常或所述装夹异常的短磨削行程所对应的体积差和磨削能量参与所述局部去除系数的更新。

22、作为优选，所述控制器在所述异常源为工件缺陷时，控制所述磨削执行机构对异常位置执行减小切入深度的绕行磨削；在所述异常源为砂轮状态异常时，暂停所述局部去除系数的更新并控制所述磨削执行机构执行砂轮修整；在所述异常源为装夹异常时，控制所述磨削执行机构退刀并锁止。

23、作为优选，所述控制器为所述三维点云、所述磨削负载和所述短磨削行程写入统一时钟的时间戳，以使每次三维点云复测结果与其前一短磨削行程及该短磨削行程的磨削负载相对应；所述三维视觉采集单元为结构光相机、线激光扫描器或多目相机，所述磨削负载采集单元被配置为采集主轴功率、主轴电流或主轴扭矩。

24、作为优选，所述控制器在所述磨削能量低于有效接触所需的能量门限、所述体积差为负、三维点云配准无效、所述第一短磨削行程所覆盖空间区域被遮挡或磨削负载记录不完整时，保持更新前的局部去除系数，并控制所述磨削执行机构抬刀后重新获取三维点云。

25、作为优选，所述控制器包括处理器和存储器，所述存储器存储有用于使所述处理器执行三维点云配准、剩余体积场建立、磨削能量计算、局部去除系数更新以及短磨削行程生成的程序指令；所述磨削执行机构为工业机器人、龙门三轴磨削设备或五轴磨削专机。

26、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

27、本发明的一种基于机器视觉的铸件浇口自适应磨削控制系统，利用不随浇口去除而消失的铸件稳定基准配准相邻点云，使体积变化主要对应局部材料去除，减少工件整体位姿变化对体积计算的干扰；将同一短磨削行程的磨削能量与该行程前后剩余体积差配对，形成具有空间归属的局部去除系数观测值，使材料、接触及工具状态对去除能力的综合影响能够通过加工结果得到在线校正；利用当前剩余体积场和更新后的局部去除系数共同生成下一短行程，并把单次加工限制在两次复测之间，使参数偏差的影响局限在较短的空间和时间范围内。