基于机器视觉的金属板材数控渐进成形加工轨迹坐标对位研究

摘要

金属板材数控渐进成形技术引进快速原型制造“分层制造”的思想，将复杂的三维模型沿Z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，采用三轴数控设备控制成形工具头沿加工轨迹对板材进行局部的塑性加工。加工时，要把和工件形状一样的支撑模型放在板材下面以使板材成形，一圈圈的加工轨迹对支撑模型形成一个包络面，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，并撞坏工具头和支撑模型。因此，以机床坐标系为基准的加工轨迹坐标与支撑模型坐标（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。本文以机器视觉的理论和方法为基础，创造性地将单目视觉和金属板材数控渐进成形技术相结合，构建了非接触式的加工轨迹坐标对位系统。建立了考虑透镜畸变的CCD摄像机标定模型，研究了标定参数的求解方法，从而得到CCD摄像机的高精度畸变系数。本文着眼于协调支撑模型坐标系和机床坐标系的位置关系，通过一系列图像处理步骤，提出了将Hough变换和最小二乘法相结合获取定位孔以及定位架内圆孔参数特征的亚像素级提取方法。根据目标参数信息推导出确定机床坐标系与支撑模型坐标系位置关系的方法步骤，并由PMAC完成机床坐标系的平移和旋转，进而使机床坐标系与支撑模型坐标系准确吻合，从而实现了金属板材数控渐进成形技术中加工轨迹坐标的非接触式快速对位。加工轨迹坐标的准确对位有效地排除了成形过程中坐标对位问题对零件上经常出现地拉裂、材料堆积、材料硬化等现象造成的不利影响，有利于更准确地进行金属板材渐进成形的工艺分析。