一种基于视觉图像的盲孔加工方法与流程

本发明涉及激光旋切钻孔以及盲孔反面对位制微孔和异型孔领域，更具体地说，它涉及一种基于视觉图像的盲孔加工方法。

背景技术：

1、精密微孔加工涉及工艺过程及其复杂，不断挑战制造工具技术的极限。几毫米直径预制孔，且孔底部不平，在孔底部要钻一个几微米至几十微米的圆孔或异型孔，传统工艺方法无法做到。加工微孔过程中容易断刀，传统工艺采用人工钻微孔。圆微孔我们传统工艺通过人工手动钻孔，效率低，人工成本高。复杂异型孔传统电火花根本无法加工。

2、针对金属或非金属零件预制盲孔的穿微孔加工，目前市面上常用的盲孔加工方法包括人工手动钻孔，数控机床钻孔，电火花加工和超快激光加工，人工手动钻孔、电火花加工效率低，且电火花反面无法对中加工，数控机床钻孔易断刀深孔底部加工盲孔加长刀柄，加长刀柄稳定性差，超快激光加工反面无法对中以及正面加工远距离无法实现精密聚焦微细加工，非旋切加工形成不了可控锥度；微孔加工传统工艺效率低，人工成本高，异型孔难加工；电火花对小于50微米异型孔，加工工艺很难突破。

3、因此发明一种基于视觉图像的盲孔中穿微孔的加工方法，配合上激光旋切钻孔的超高效率，降低对中加工难度，进一步提升盲孔加工的效率，同时可开发出丰富的异型孔。解决了传统工艺效率低，人员培训难，复杂孔型难加工等一系列问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种基于视觉图像的盲孔背面激光快速穿孔的加工方法。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于视觉图像的盲孔加工方法，包括以下步骤：

3、s1、建立盲孔加工操作台，所述加工操作台包括激光器和加工头、加工平台、xy轴二维移动平台、工件以及相机，所述激光器与加工头可拆卸连接，所述加工头可上下移动，所述xy轴二维移动平台包括x轴滑台和y轴滑台，所述工件一侧设有盲孔，所述相机嵌设于加工平台内部，所述相机可上下移动，所述加工平台、x轴滑台和y轴滑台一侧均设有通孔，所述通孔位于相机上方；

4、s2、针对所述相机的视野中心建立平面坐标系，所述相机的视野中心点坐标为(0,0)；

5、s3、将所述工件放置于xy轴二维移动平台上方，所述盲孔位于通孔上方出现在相机的视野范围内，但工件盲孔中心并不在相机视野中心，使用相机采集工件图像，并通过相机轮廓识别并捕捉工件盲孔圆心，确定工件盲孔圆心坐标a(xa,ya)，同时计算出加工头中心坐标与相机视野中心坐标偏差值(δxb,δyb)；

6、s4、通过工件盲孔圆心坐标a(xa,ya)，计算出工件盲孔圆心距离相机视野中心偏差值δxa，δya，并将计算出的偏差值(δxa，δya)和偏差值(δxb,δyb)传输到xy轴二维移动平台，通过xy平台微调工件位置，可以准确的将工件移动到加工头下方实现对中加工。

7、本发明进一步设置为：所述激光器采用超快激光器，所述加工头采用激光旋切加工头。

8、本发明进一步设置为：所述步骤s3中加工头中心坐标与相机视野中心坐标偏差值(δxb,δyb)计算方法，包括以下步骤：

9、l1、将所述工件放置于xy轴二维移动平台上方，使用激光器发射激光束在工件预穿孔m；

10、l2、若孔m在相机视野范围内，使用相机采集并记录孔m当前坐标点b(xm,ym)，根据b点(xm,ym)至相机视野中心点(0,0)的距离计算出相机视野中心与旋切加工头的中心位偏差值(δxb,δyb)；

11、l3、若孔m不在相机视野范围内，使用xy轴二维移动平台将孔m移至相机视野范围内c点(xc,yc),根据c点(xc,yc)至相机视野中心点(0,0)的距离，再加上xy轴二维移动平台移动的距离计算出相机视野中心与旋切加工头的中心位偏差值(δxb,δyb)。

12、本发明进一步设置为：步骤s3中，所述圆心坐标a(xa,ya)获取采用的算法步骤如下：

13、m1、通过相机提供的api函数抓取图像。图像为bmp格式的位图文件；

14、m2、采用高斯模糊算法对图像进行降噪处理，滤除图像中本身存在的高频噪声，防止后续边缘提取算法计算得到错误的边缘；

15、m3、利用canny边缘检测算法提取钻头刀痕曲线，所述canny边缘检测的计算步骤如下：

16、1)用一阶偏导的有限差分来计算图像梯度的幅值和方向；

17、2)对梯度进行非极大值抑制；

18、3)用双阈值算法检测和连接边缘

19、m4、获取初步的边缘信息，设定边缘长度阀值，采用遍历计算法，筛选边缘长度大于阀值且形状为圆弧状的边缘曲线；

20、m5、筛选保留的边缘信息，采用最小二乘法对每个边缘采用圆弧进行拟合，并根据拟合的圆弧计算出该圆弧的圆心和半径；

21、m6、对计算出的每个圆弧的圆心求平均值，求得平均值后再剔除掉偏离平均值较大的圆弧，减小误差，然后再计算一次剩下的圆弧的圆心平均值，得到最终的圆心坐标值a(xa,ya)，其坐标以图片像素坐标系来表达。

22、综上所述，本发明具有以下有益效果：

23、本发明基于视觉图像的盲孔加工方法解决了激光加工盲孔过程中深小孔和异性孔对位问题，以及旋切加工锥度可控，可高效率定位对中从工件反面进行微孔或异型孔加工，可加工零锥度，正负锥度异型孔，可加工小至1微米孔，且能够无视盲孔底孔的位置误差，大大提升提升精准度。

技术特征：

1.一种基于视觉图像的盲孔加工方法，其特征是：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉图像的盲孔加工方法，其特征是：所述激光器(1)采用超快激光器，所述激光加工头采用激光旋切加工头。

3.根据权利要求2所述的一种基于视觉图像的盲孔加工方法，其特征是：所述步骤s3中加工头中心坐标与相机(7)视野中心坐标偏差值(δxb,δyb)计算方法，包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种基于视觉图像的盲孔加工方法，其特征是：步骤s3中，所述圆心坐标a(xa,ya)获取采用的算法步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种基于视觉图像的盲孔加工方法，涉及激光旋切钻孔以及盲孔反面对位穿孔加工领域，其技术方案要点是：通过相机识别技术，识别圆孔特征，结合XY轴二维移动平台，将盲孔特征准确定位到加工头下方要穿孔位置，进行激光穿孔。本发明解决了预制好的盲孔,激光反面穿孔过程中深小孔和异性孔对位问题，旋切加工孔的锥度可控问题，可在预制孔基础上高效率定位利用旋切激光束从工件反面进行微孔或异型孔加工，可加工零锥度，正负锥度异型孔，可加工小至1微米孔，且能够无视盲孔底孔的位置误差，提升了盲孔反面穿孔的精准度，简化了传统工艺流程，提升工作效率和产品质量，同时激光突破传统工艺，可加工高硬度和脆性材料。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：大辽激光科技（宁波）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14