智能加工与机器视觉检测技术

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：机器视觉检测技术在检测加工零件时，把图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用，其目的是从图像中提取有用的信号。

智能加工借助先进的检测、加工设备及仿真手段，实现对加工过程的建模、仿真、预测和对加工系统的监测与控制；同时集成现有加工知识，使加工系统能够根据实时工况自动优选加工参数，调整自身状态，获得最优的加工性能与最佳的加工质效。

智能加工的关键技术包括以下几方面：

1.加工过程仿真与智能优化

针对不同零件的加工工艺、切削参数、进给速度等加工过程中影响零件加工质量的各种参数，通过基于加工过程模型的仿真，进行参数的预测和优化选取，生成优化的加工过程控制指令。加工过程的仿真与优化涉及数控系统伺服特性的分析、机床结构及其特性分析、动态切削过程的分析，以及在此基础上进行的切削参数优化和加工质量预测等。

（1）机床系统建模通过机床主轴系统和刀具结构的建模与优化设计，可提高机床的运行精度，降低定位与运行误差，同时可进行误差的预测与补偿。

（2）切削过程仿真借助各种先进的仿真手段，对加工过程中的切削形成机理、力热分布、表面形貌及刀具磨损进行仿真和研究。通过仿真选择优化的切削参数，提高表面的加工质量。

（3）加工过程优化借助预先建立的仿真模型与优化方法，或者已有的经验知识，对复杂加工工况及加工过程中的切削参数、机床运动进行优化。

（4）加工质量预测采用可视化方法对切削加工过程中形成的表面纹理及加工质量进行预测，为切削参数的优化选取提供支持，从而进一步提高工件表面的加工质量。

从目前的研究发展来看，仿真正在朝着基于时变和物理模型的方向发展，通过仿真可以得到理论意义上的最优结果。由于加工过程中出现的材料、机床、系统状态等方面的突发性情况，必须对加工过程进行实时监控，并进行误差补偿和现场控制。

2.制造过程智能监控与误差补偿

利用各种传感器、远程监控与故障诊断技术，对加工过程中的振动、切削温度、刀具磨损、加工变形及设备的运行状态与健康状况等进行监测；根据预先建立的系统控制模型，实时调整加工参数，将监测数据反馈给控制系统进行数据的分析与误差补偿，如图1-5所示。

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图1-5　过程监控与误差补偿实现流程

在加工过程中，可借助各种传感器、声音和视频系统对加工过程中的力、振动、噪声、温度、工件表面质量等进行实时监测，根据监测信号和预先建立的多个模型判定加工状态、刀具磨损情况、机床工作状态与加工质量，进而进行切削参数的自动优化与误差补偿。同时，可将设备的健康状态信息通过通信系统传送至车间管理层（维护部门、采购部门等），根据健康状态进行及时维护，保障加工质量，减少停工时间。

3.基于机器视觉的加工质量智能检测

机器视觉检测技术是基于机器视觉技术、光学测量原理形成的一种新型检测技术，它以光学为基础，融合电子学、计算机技术、激光技术、图像处理技术、信息处理等现代科学技术为一体，组成光、电、计算机综合的加工质量智能检测技术。机器视觉检测技术在检测加工零件时，把图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用，其目的是从图像中提取有用的信号。利用光电成像系统采集被控目标的图像，如可见光图像、射线图像和红外图像等，然后经计算机或专用的图像处理模块进行数字化处理，提取图像的像素分布、亮度和颜色等信息，通过智能算法来进行加工质量的判断。

智能加工与机器视觉检测技术

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