一种电火花线切割机的控制方法和一种电火花线切割机

申请号 CN201711295755.9 申请日 2017-12-08 公开(公告)号 CN107999910B 公开(公告)日 2019-10-29
申请人 广东工业大学; 发明人 刘长红; 张永俊; 杨兴鑫; 刘桂贤; 张波; 黎毅锋; 张传运; 彭绍湖; 张淙源;
摘要 本 发明 公开了一种电火花线切割机床的控制方法,依据火花放电的图像特征调整电火花线切割机床加工参数。由于每一次电火花线切割加工场景,如电参数、运动参数、材料等都对应一特定的火花放电形态,如火花数、火花强度、火花 密度 等,因此可以直接通过火花放电形态,也就是光 信号 来判断加工状态是过进给、欠进给还是正常进给,相比于传统控制方式通过 电信号 来间接判断加工状态而言,通过火花信号来判断加工状态更为直接,因此,应用本控制方法能够进一步提高电火花线切割机的切割 精度 。同时,应用本控制方法也能够实现 短路 预判,有效减少 电极 丝因短路而断裂的情况发生。此外,本发明还公开了一种电火花线切割机,效果如上。
权利要求

1.一种电火花线切割机的控制方法,其特征在于,包括:
周期性地采集所述电火花线切割机的火花放电图像;
提取所述火花放电图像的当前特征信息,并依据预设的特征信息与加工状态的映射关系确定当前加工状态;
基于所述当前加工状态产生当前调整信号以调整所述电火花线切割机的当前加工参数;
所述提取所述火花放电图像的当前特征信息具体包括:
基于标准件参照物计算出所述火花放电图像与实际火花放电图像的比例因子;
利用Canny边缘检测算子识别所述火花放电图像中的火花形状,并确定所述火花放电图像中的火花亮度
通过遍历像素点计算所述火花形状的闭合连通区域内的像素点数量;
识别所述火花放电图像中工件的厚度,并依据所述比例因子计算所述工件的实际厚度;
则对应的,所述依据预设的特征信息与加工状态的映射关系确定当前加工状态具体为:基于所述映射关系,确定与所述比例因子和所述火花形状、所述火花亮度、所述像素点数量及所述实际厚度均对应的加工状态为所述当前加工状态。
2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,在所述基于所述当前加工状态产生当前调整信号以调整所述电火花线切割机的当前加工参数之前,还包括:
采集所述电火花线切割机的电极丝和工件之间的瞬时电压
则对应的,所述依据预设的特征信息与加工状态的映射关系确定当前加工状态具体包括:
依据所述映射关系判断与所述当前特征信息对应的加工状态是否为异常加工状态;
若是,则继续判断所述瞬时电压是否小于预设阈值
若所述瞬时电压小于预设阈值,则确定短路加工状态为所述当前加工状态,若所述瞬时电压大于或等于预设阈值,则确定开路加工状态为所述当前加工状态;
其中,所述异常加工状态是指所述电火花线切割机无放电火花的加工状态;所述短路加工状态是指由短路造成的所述异常加工状态;所述开路加工状态是指由开路造成的所述异常加工状态。
3.根据权利要求1或2所述的控制方法,其特征在于,所述周期性地采集所述电火花线切割机的火花放电图像具体为:
当无法采集可见光形成的可见光火花放电图像,或所述可见光火花放电图像的峰值信噪比大于预设峰值信噪比,或连续采集到的两个所述可见光火花放电图像的结构相似性小于预设结构相似性时,周期性地采集不可见光形成的不可见光火花放电图像;
其中,所述火花放电图像具体包括所述可见光火花放电图像和所述不可见光火花放电图像。
4.根据权利要求1或2所述的控制方法,其特征在于,所述周期性地采集所述电火花线切割机的火花放电图像具体为:
依据当前所述火花放电图像的图像品质估算采集所述火花放电图像的采集周期;
按照所述采集周期周期性地采集所述火花放电图像。
5.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,在所述利用Canny边缘检测算子识别所述火花放电图像中的火花形状之前,还包括:
提取所述火花放电图像中的有效像素点以生成有效火花放电图像,并利用所述有效火花放电图像替换所述火花放电图像;
基于所述图像品质滤除所述有效火花放电图像中的噪声点;
则对应的,所述利用Canny边缘检测算子识别所述火花放电图像中的火花形状,并确定所述火花放电图像中的火花亮度具体为:
利用Canny边缘检测算子识别所述有效火花放电图像中的火花形状,并确定所述有效火花放电图像中的火花亮度。
6.根据权利要求1或2所述的控制方法,其特征在于,所述基于所述当前加工状态产生当前调整信号具体为:
确定所述当前加工状态与预设目标加工状态的偏差,并依据所述偏差产生调整走丝速度、和/或电极的进给速度、和/或加工液的流量,和/或脉冲电源的参数的调整信号;
其中,所述参数包括频率、和/或电压、和/或电流

说明书全文

一种电火花线切割机的控制方法和一种电火花线切割机

技术领域

[0001] 本发明涉及图像检测领域和机器视觉领域,特别涉及一种电火花线切割机的控制方法和一种电火花线切割机。

背景技术

[0002] 随着科技的发展,高精密工业型产品对零件的精度要求越来越苛刻,电火花线切割机脱颖而出,因其应用时不受宏观作用,可以在保证较好的加工精度与表面质量的情况下,对绝大多数的导电金属材料进行加工的优点,被广泛地应用于工业生产领域。
[0003] 但是,目前的电火花线切割机均采用基于电学物理量检测的负反馈闭环控制系统,如基于电压检测的负反馈控制系统的电火花线切割机,很容易受到工作环境(温湿度)和加工材料(电导率、杂质等)干扰,导致被测电学物理量变动较大,甚至超过预设阈值,不仅增加了依据被测电学物理量确定加工状态的难度,还很可能产生错误的反馈信号,从而严重影响整个系统的鲁棒性,甚至出现电极丝断裂的情况,降低加工效率和切割精度。而且,由于被测电学物理量与加工状态之间的联系本身就较为疏远,导致被测电学物理量和加工状态的映射量精度也较低,进一步影响了电火花线切割机的切割精度。
[0004] 因此,如何提高电火花线切割机的切割精度是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种电火花线切割机的控制方法和一种电火花线切割机,能够提高电火花线切割机的切割精度。
[0006] 为了解决上述技术问题,本发明提供的一种电火花线切割机的控制方法,包括:
[0007] 周期性地采集所述电火花线切割机的火花放电图像;
[0008] 提取所述火花放电图像的当前特征信息,并依据预设的特征信息与加工状态的映射关系确定当前加工状态;
[0009] 基于所述当前加工状态产生当前调整信号以调整所述电火花线切割机的当前加工参数。
[0010] 优选地,在所述基于所述当前加工状态产生当前调整信号以调整所述电火花线切割机的当前加工参数之前,所述控制方法还包括:
[0011] 采集所述电火花线切割机的电极丝和工件之间的瞬时电压;
[0012] 则对应的,所述依据预设的特征信息与加工状态的映射关系确定当前加工状态具体包括:
[0013] 依据所述映射关系判断与所述当前特征信息对应的加工状态是否为异常加工状态;
[0014] 若是,则继续判断所述瞬时电压是否小于预设阈值;
[0015] 若所述瞬时电压小于预设阈值,则确定短路加工状态为所述当前加工状态,若所述瞬时电压大于或等于预设阈值,则确定开路加工状态为所述当前加工状态;
[0016] 其中,所述异常加工状态是指所述电火花线切割机无放电火花的加工状态;所述短路加工状态是指由短路造成的所述异常加工状态;所述开路加工状态是指由开路造成的所述异常加工状态。
[0017] 优选地,所述周期性地采集所述电火花线切割机的火花放电图像具体为:
[0018] 当无法采集可见光形成的可见光火花放电图像,或所述可见光火花放电图像的峰值信噪比大于预设峰值信噪比,或连续采集到的两个所述可见光火花放电图像的结构相似性小于预设结构相似性时,周期性地采集不可见光形成的不可见光火花放电图像;
[0019] 其中,所述火花放电图像具体包括所述可见光火花放电图像和所述不可见光火花放电图像。
[0020] 优选地,所述周期性地采集所述电火花线切割机的火花放电图像具体为:
[0021] 依据当前所述火花放电图像的图像品质,估算采集所述火花放电图像的采集周期;
[0022] 按照所述采集周期周期性地采集所述火花放电图像。
[0023] 优选地,所述提取所述火花放电图像的当前特征信息具体包括:
[0024] 基于标准件参照物计算出所述火花放电图像与实际火花放电图像的比例因子;
[0025] 利用Canny边缘检测算子识别所述火花放电图像中的火花形状,并确定所述火花放电图像中的火花亮度
[0026] 通过遍历像素点计算所述火花形状的闭合连通区域内的像素点数量;
[0027] 识别所述火花放电图像中所述工件的厚度,并依据所述比例因子计算所述工件的实际厚度;
[0028] 则对应的,所述依据预设的特征信息与加工状态的映射关系确定当前加工状态具体为:基于所述映射关系,确定与所述比例因子和所述火花形状、所述火花亮度、所述像素点数量及所述实际厚度均对应的加工状态为所述当前加工状态。
[0029] 优选地,在所述利用Canny边缘检测算子识别所述火花放电图像中的火花形状之前,所述控制方法还包括:
[0030] 提取所述火花放电图像中的有效像素点以生成有效火花放电图像,并利用所述有效火花放电图像替换所述火花放电图像;
[0031] 基于所述图像品质滤除所述有效火花放电图像中的噪声点;
[0032] 则对应的,所述利用Canny边缘检测算子识别所述火花放电图像中的火花形状,并确定所述火花放电图像中的火花亮度具体为:
[0033] 利用Canny边缘检测算子识别所述有效火花放电图像中的火花形状,并确定所述有效火花放电图像中的火花亮度。
[0034] 优选地,所述基于所述当前加工状态产生当前调整信号具体为:
[0035] 确定所述当前加工状态与预设目标加工状态的偏差,并依据所述偏差产生调整走丝速度、和/或电极的进给速度、和/或加工液的流量,和/或脉冲电源的参数的调整信号;
[0036] 其中,所述参数包括频率、和/或电压、和/或电流
[0037] 为了解决上述技术问题,本发明提供的一种电火花线切割机,包括电火花线切割机本体,所述电火花线切割机本体包括机床工作台单片机系统,所述电火花线切割机还包括用于采集火花放电图像的图像传感器、用于获取所述图像传感器采集到的图像数据的图像数据采集卡和用于处理所述图像数据以产生调整信号的计算机;
[0038] 所述图像传感器安装于所述机床工作台非接触的一侧以使火花放电图像处于所述图像传感器的采集范围内;
[0039] 所述图像数据采集卡的采集端与所述图像传感器连接,所述图像数据采集卡的输出端与所述计算机连接以将所述图像数据传输至所述计算机进行处理;
[0040] 所述计算机与所述单片机系统连接以将所述调整信号传输至所述单片机系统。
[0041] 优选地,所述电火花线切割机还包括用于采集所述电火花线切割机的电极丝和工件之间的瞬时电压信号的电压检测装置;
[0042] 所述电压检测装置包括电压采集电路和模/数转换电路,所述电压采集电路的第一采集端与所述电极丝连接,所述电压采集电路的第二采集端与所述工件连接,所述电压采集电路的输出端与所述模/数转换电路的输入端连接,所述模/数转换电路的输出端与所述计算机连接。
[0043] 优选地,所述图像传感器具体为电荷耦合元件。
[0044] 相对于现有技术而言,本发明提供的电火花线切割机的控制方法,包括:周期性地采集电火花线切割机的火花放电图像;提取火花放电图像的当前特征信息,并依据预设的特征信息与加工状态的映射关系确定当前加工状态;基于当前加工状态产生当前调整信号以调整电火花线切割机的当前加工参数。由于火花放电的具体形态由实际的加工状态直接决定,即每一次电火花线切割加工场景,如电参数、运动参数、材料等都对应一特定的火花放电形态,如火花数、火花强度、火花密度等,且电火花放电形态并不会因工作环境中温湿度的变化或加工材料的不同而受到干扰,所以,计算机通过火花放电图像的当前特征信息确定出的当前加工状态也不会因工作环境中温湿度的变化或加工材料的不同而与实际加工状态产生偏差,依据当前加工状态产生的调整信号自然也与实际加工状态相匹配,可以避免现有技术中被测电学物理量受工作环境和加工材料影响而产生错误反馈信号的情况发生。因此,本控制方法能够提高电火花线切割机的切割精度。同时,当提取出的当前特征信息与预设的特征信息与加工状态的映射关系中的短路预判条件对应时,也可以通过及时调节当前加工参数,有效减少电极丝因短路而断裂的情况发生。而且,由于电火花线切割机的加工状态与火花放电的具体形态联系紧密,所以,通过火花信号来判断加工状态更为直接,火花放电图像的特征信息和加工状态的映射量精度也较高,能够进一步提高电火花线切割机的切割精度。此外,本发明还提供了一种电火花线切割机,具有如上效果。附图说明
[0045] 为了更清楚地说明本发明实施例,下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它附图。
[0046] 图1为本发明实施例提供的一种电火花线切割机的控制方法的流程图
[0047] 图2为本发明实施例提供的另一种电火花线切割机的控制方法的流程图;
[0048] 图3为本发明实施例提供的一种电火花线切割机的结构示意图;
[0049] 图4为本发明实施例提供的另一种电火花线切割机的结构示意图;
[0050] 图5(a)为本发明实施例提供的CCD检测效果、检测稳定性和采集周期的关系图;
[0051] 图5(b)为本发明实施例提供的电火花线切割机的切割精度与CCD检测效果的关系图。

具体实施方式

[0052] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下,所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护范围。
[0053] 本发明的目的是提供一种电火花线切割机的控制方法和一种电火花线切割机,能够提高电火花线切割机的切割精度。
[0054] 为了使本领域的技术人员更好的理解本发明技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0055] 图1为本发明实施例提供的一种电火花线切割机的控制方法的流程图。如图1所示,本控制方法包括步骤:
[0056] S10:周期性地采集电火花线切割机的火花放电图像。
[0057] 电火花线切割机的火花放电图像与电火花线切割机的实际加工状态直接关联,当电火花线切割机处于异常加工状态时,电火花线切割机无火花放电,也就没有火花放电图像;当电火花线切割机处于粗加工状态时,电火花线切割机的加工腐蚀速度快,加工面粗糙,火花放电图像具有面积大、形状呈椭圆形、能量高等特征;当电火花线切割机处于精密加工状态时,电火花线切割机的加工腐蚀速度慢,加工面光滑,火花放电图像具有面积小、形状呈星形、能量低等特征;当电火花线切割机处于一般加工状态时,电火花线切割机的加工腐蚀速度和加工面光滑程度均介于粗加工状态的加工腐蚀速度与精密加工状态的加工腐蚀速度之间,火花放电图像具有尖刺多、面积及能量一般等特征。
[0058] 原则上,采集电火花线切割机的火花放电图像的采集周期越短越好,采集周期越短,则采集到的火花放电图像的实时性越高,确定出的当前加工状态与实际加工状态越接近。但是,在实际应用中,采集周期又不宜太短,如果采集周期太短,采集速度严重超出了采集火花放电图像的设备的最高采集速度,则采集到的火花放电图像质量较差,无法作为确定电火花线切割机的当前加工状态的依据。当然,采集周期也不宜太长,如果采集周期太长,采集速度严重落后于电火花线切割机的加工状态的更新速度,采集到火花放电图像实时性很差,则采集到的火花放电图像没有实际意义。因此,在设定采集周期时,需要综合考虑采集火花放电图像的设备的稳定性、电火花线切割机的加工状态的更新速度及切割精度要求等因素。而且,对于步骤S10来说,可以依据实际需要将采集周期设定为固定不变的,或随着采集到的火花放电图像的图像品质动态变化的,本发明不做限定。
[0059] S11:提取火花放电图像的当前特征信息,并依据预设的特征信息与加工状态的映射关系确定当前加工状态。
[0060] 当前特征信息是指当前采集到的火花放电图像的图像品质和/或电火花线切割机的放电火花形状、大小及能量高低等特征信息。特征信息与加工状态的映射关系是预先设置的,在提取出火花放电图像的当前特征信息之后,可依据映射关系确定出与当前特征信息对应的当前加工状态。而且,值得注意的是,特征信息与加工状态的映射关系可以是依据人工的实际加工经验得到的,也可以是通过机器学习得到的。并且,为了使电火花线切割机的切割精度更为准确,优选通过机器学习得到特征信息与加工状态的映射关系,即通过为电火花线切割机搭建具有学习能力的模型,并利用大量的实际加工数据对模型进行训练,最终得到一个更为精确的特征信息与加工状态的映射关系。
[0061] 而且,由于仅根据电火花线切割机的放电火花形状、大小及能量高低三个特征信息就可以将电火花线切割机的正常加工状态分为三种(粗加工状态、精密加工状态和一般加工状态),因此,相比于现有技术中仅能根据电学物理量识别出电火花线切割机的加工状态是否为正常加工状态,且正常加工状态不可再细分而言,火花放电图像的特征信息和加工状态的映射量精度显著高于电学物理量与加工状态的映射量精度,更加有利于提高电火花线切割机的切割精度。
[0062] S12:基于当前加工状态产生当前调整信号以调整电火花线切割机的当前加工参数。
[0063] 在确定出当前加工状态之后,对于步骤S12来说,可以基于当前加工状态实时产生对应的调整信号,以调整电火花线切割机的当前加工参数,将电火花线切割机的当前加工状态改变为目标加工状态。其中,目标加工状态可以是默认加工状态,也可以根据实际切割精度要求预先设置的加工状态,本发明不做限定。
[0064] 当电火花线切割机在对工件进行加工时,如果电火花的数量大于一定阈值,火花放电图像中火花的能量也高于正常加工状态时的火花放电图像中的火花能量时,则说明即将发生短路,电极丝很可能因短路而断裂,造成损失。因此,可以理解的是,当提取出的当前特征信息与预设的特征信息与加工状态的映射关系中的短路预判条件对应时,也可以通过及时调节当前加工参数以达到退丝的目的,防止电极丝因短路而断裂的情况发生,进而减少损失。
[0065] 由此可见,由于火花放电的具体形态由实际的加工状态直接决定,即每一次电火花线切割加工场景,如电参数、运动参数、材料等都对应一特定的火花放电形态,如火花数、火花强度、火花密度等,且电火花放电形态并不会因工作环境中温湿度的变化或加工材料的不同而受到干扰,所以,计算机通过火花放电图像的当前特征信息确定出的当前加工状态也不会因工作环境中温湿度的变化或加工材料的不同而与实际加工状态产生偏差,依据当前加工状态产生的调整信号自然也与实际加工状态相匹配,可以避免现有技术中被测电学物理量受工作环境和加工材料影响而产生错误反馈信号的情况发生。因此,本发明实施例提供的控制方法能够提高电火花线切割机的切割精度。同时,当提取出的当前特征信息与预设的特征信息与加工状态的映射关系中的短路预判条件对应时,也可以通过及时调节当前加工参数,有效减少电极丝因短路而断裂的情况发生。而且,由于电火花线切割机的加工状态与火花放电的具体形态联系紧密,所以,通过火花信号来判断加工状态更为直接,火花放电图像的特征信息和加工状态的映射量精度也较高,能够进一步提高电火花线切割机的切割精度。
[0066] 图2为本发明实施例提供的另一种电火花线切割机的控制方法的流程图。为了进一步提高电火花线切割机的切割精度,在第一个实施例的基础上,本发明的第二个实施例提供了另一种电火花线切割机的控制方法。如图2所示,作为一种优选地实施方式,本实施例提供的控制方法包括步骤:
[0067] S10:周期性地采集电火花线切割机的火花放电图像。
[0068] 本实施例中的步骤S10与第一个实施例中的步骤S10相同,本发明不再赘述。
[0069] S20:采集电火花线切割机的电极丝和工件之间的瞬时电压。
[0070] 步骤S20与本实施例中的其它步骤无严格的顺序之分,只要是在执行步骤S23之前执行即可。另外,对于步骤S20来说,也可以周期性地采集瞬时电压,但是采集周期应短于或等于脉冲周期。
[0071] S21:提取火花放电图像的当前特征信息。
[0072] 步骤S21与第一个实施例中的步骤S11中的“提取火花放电图像的当前特征信息”相同,本发明不再赘述。
[0073] S22:依据预设特征信息与加工状态的映射关系判断与当前特征信息对应的加工状态是否为异常加工状态,如果是,则进入步骤S23,如果否,则将与当前特征信息对应的加工状态确定为当前加工状态,进入步骤S12。
[0074] S23:继续判断瞬时电压是否小于预设阈值,如果是,则进入步骤S24,如果否,则进入步骤S25。
[0075] 其中,预设阈值是预先设定的,如根据实际操作经验设定。当瞬时电压小于预设阈值时则认为瞬时电压接近零,当瞬时电压小于或等于预设阈值时则认为瞬时电压接近脉冲峰值电压。当然,为了提升瞬时电压的判断精度,还可以设置两个预设阈值,分别为第一预设阈值和第二预设阈值,且第一预设阈值小于第二预设阈值,则对应的,当瞬时电压小于第一预设阈值时则认为瞬时电压接近零,当瞬时电压大于或等于第二预设阈值时则认为瞬时电压接近脉冲峰值电压。
[0076] 具体地,如果电火花线切割机的电极丝和工件之间的瞬时电压几乎为零,则说明电火花线切割机的电极丝和工件之间有电气连接,异常加工状态是由短路造成的;而如果电火花线切割机的电极丝和工件之间的瞬时电压接近于脉冲峰值电压,则说明电火花线切割机的电极丝和工件之间无电气连接,异常加工状态是由开路造成的。其中,异常加工状态是指电火花线切割机无放电火花的加工状态。
[0077] S24:确定短路加工状态为当前加工状态,进入步骤S12。
[0078] 其中,短路加工状态是指由短路造成的异常加工状态。并且,当当前加工状态为短路加工状态时,可以通过对应的调整信号控制电火花线切割机执行后退指令。
[0079] S25:确定开路加工状态为当前加工状态,进入步骤S12。
[0080] 其中,开路加工状态是指由开路造成的异常加工状态。并且,当当前加工状态为开路加工状态时,可以通过对应的调整信号控制电火花线切割机执行前进指令。
[0081] S12:基于当前加工状态产生当前调整信号以调整电火花线切割机的当前加工参数。
[0082] 本实施例中的步骤S12与第一个实施例中的步骤S12相同,本发明不再赘述。
[0083] 可见,本实施例提供的控制方法,通过采集电火花线切割机的电极丝和工件之间的瞬时电压,和在当与当前特征信息对应的加工状态为异常加工状态时,判断瞬时电压的具体值,能够将异常加工状态细化为短路加工状态和开路加工状态,进一步提升检测量和加工状态的映射量精度,从而提高电火花线切割机的切割精度。
[0084] 为了使依据当前特征信息确定出的当前加工状态更加准确,作为一种优选地实施方式,周期性地采集电火花线切割机的火花放电图像具体为:当无法采集可见光形成的可见光火花放电图像,或可见光火花放电图像的峰值信噪比(PSNR)大于预设峰值信噪比,或连续采集到的两个可见光火花放电图像的结构相似性(SSIM)小于预设结构相似性时,周期性地采集不可见光形成的不可见光火花放电图像;其中,火花放电图像具体包括可见光火花放电图像和不可见光火花放电图像,预设峰值信噪比和预设结构相似性均为预先设置的,当图像的PSNR大于预设峰值信噪比或图像的SSIM小于预设结构相似性时,则认为图像的品质较差。应用本优选方式可以在可见光火花放电图像的图像品质较差时,采集不可见光火花放电图像,以依据不可见光火花放电图像的特征信息确定当前加工状态,以避免由于无法采集到可见光火花放电图像而无法确定出的当前加工状态,进而影响电火花线切割机的切割精度。
[0085] 为了在依据火花放电图像能够准确确定电火花线切割机的当前加工状态的前提下,也同时可以保证确定出的当前加工状态具有较好的实时性,在上述任一实施例的基础上,作为一种优选地实施方式,在本发明第三个实施例提供的另一种电火花线切割机的控制方法中,周期性地采集电火花线切割机的火花放电图像具体为:依据当前火花放电图像的图像品质估算采集火花放电图像的采集周期;按照采集周期周期性地采集火花放电图像。可见,本实施例提供的控制方法能够根据采集到的火花放电图像的图像品质动态调整采集火花放电图像的采集周期,使检测效果和采集火花放电图像的设备的稳定性均达到相对较高的平衡状态,在既保证了能够依据采集到的火花放电图像准确确定当前加工状态的条件下,还保证了确定出的当前加工状态具有较好的实时性,进而能够进一步提升电火花线切割机的切割精度。
[0086] 为了提升依据当前特征信息确定当前加工状态的准确性,在上述任一实施例的基础上,作为一种优选地实施方式,在本发明第四个实施例提供的另一种电火花线切割机的控制方法中,提取火花放电图像的当前特征信息具体包括:基于标准件参照物计算出火花放电图像与实际火花放电图像的比例因子;利用Canny边缘检测算子识别火花放电图像中的火花形状,并确定火花放电图像中的火花亮度;通过遍历像素点计算火花形状的闭合连通区域内的像素点数量;识别火花放电图像中工件的厚度,并依据比例因子计算工件的实际厚度;则对应的,依据预设的特征信息与加工状态的映射关系确定当前加工状态具体为:基于映射关系,确定与比例因子和火花形状、火花亮度、像素点数量及实际厚度均对应的加工状态为当前加工状态。可见,本实施例提供的控制方法可以计算比例因子和实际厚度及同时提取火花形状、像素点数量和火花亮度,并且由于实际的火花形状与提取的火花形状相同、实际火花面积通过比例因子和像素点数量计算,和实际火花能量可以根据实际火花面积和提取的火花亮度获得,因此,应用本控制方法能够同时得到实际厚度、实际的火花形状、实际的火花面积和实际的火花能量,并在映射关系中确定出同时与这四个特征信息匹配的当前加工状态,从而进一步提升依据当前特征信息确定当前加工状态的准确性,进而提高电火花线切割机的切割精度。
[0087] 当然,还可以提取火花放电图像中的其它特征信息或只提取上述火花形状、像素点数量和火花亮度这三个特征信息中的任一个或任两个特征信息和/或工件的厚度,本发明不做限定。但是,值得注意的是,原则上,提取的特征信息越多,最后确定出的当前加工状态与实际当前加工状态越匹配,即准确性越高,但是提取特征信息花费的时间也就越多,实时性就越差。因此,在实际应用中,到底提取哪些特征信息应根据实际需求设定。
[0088] 另外,对于基于标准件参照物计算出火花放电图像与实际火花放电图像的比例因子的具体过程可以是:计算标准件参照物的Y向长度变化量与X向长度变化量的比值作为比例因子。在计算出比例因子后,依据比例因子对需要标定的线扫描图像的Y向像素点灰度值进行双线性插值,即可以得到以X向的像素点间距为基准的标定图像。对于利用Canny边缘检测算子识别火花放电图像中的火花形状的具体过程可以是:利用Canny边缘检测算子实现火花放电图像的边缘检测,然后依据边缘的特征,匹配出特定的轮廓,进而判断火花放电图像显示的形状,完成形状识别。而且,值得注意的是,可以在利用Canny边缘检测算子识别火花放电图像中的火花形状之前,可以先结合纹理特征和特征点确定出放电的具体位置,以具体位置为中心确定出目标区域,再利用Canny边缘检测算子识别火花放电图像中目标区域内的火花形状、确定目标区域内的火花亮度及像素点等,可以避免火花放电图像中目标区域外的其它图像的干扰,能够进一步提升准确性,进而提高电火花线切割机的切割精度。其中,目标区域是指火花放电图像中的火花较为集中的区域。上述过程可使用开源opencv库实现,具体的程序代码本发明不再赘述。
[0089] 在得知像素点数量后,结合比例因子则可以求出火花面积。在得到火花面积后,可以再结合采集到的火花亮度判断火花能量。具体地,由于放电程度越高火花能量就越大,而放电程度越高,火花面积就越大,火花亮度就越亮,所以火花面积越大、亮度越亮,则说明火花能量越大;同理,火花面积越小、亮度越暗,则说明火花能量越小。
[0090] 为了进一步提高确定当前加工状态的实时性和准确性以提升电火花线切割机的切割精度,在第四个实施例的基础上,作为一种优选地实施方式,在本发明第五个实施例提供的另一种电火花线切割机的控制方法中,在利用Canny边缘检测算子识别火花放电图像中的火花形状之前,还包括:提取火花放电图像中的有效像素点以生成有效火花放电图像,并利用有效火花放电图像替换火花放电图像;基于图像品质滤除有效火花放电图像中的噪声点;则对应的,利用Canny边缘检测算子识别火花放电图像中的火花形状,并确定火花放电图像中的火花亮度具体为:利用Canny边缘检测算子识别有效火花放电图像中的火花形状,并确定有效火花放电图像中的火花亮度。可见,本实施例提供的控制方法,通过利用提取的有效像素点生成的有效火花放电图像替换火花放电图像,可以有效减少火花放电图像的数据量,从而降低后续步骤的计算量,提高计算速度,节省计算时间,能够更快的确定出当前加工状态,提升其实时性,从而提高电火花线切割机的切割精度。提取有效像素点的具体方法可以是亚采样法,即根据一定的规则每隔几个像素点提取一个像素点作为有效像素点保存,从而缩小原图像的数据量。而且,本控制方法还通过滤除有效火花放电图像中的噪声点减少了在做后续计算时的干扰量,从而能够依据后续计算得出的特征信息确定出更加准确的当前加工状态,提升其准确性进而提高电火花线切割机的切割精度。
[0091] 为了使电火花线切割机能够根据调整信号迅速而准确的将自身的加工状态调整为预设目标加工状态,在上述任一实施例的基础上,作为一种优选地实施方式,在本发明第六个实施例提供的另一种电火花线切割机的控制方法中,基于当前加工状态产生当前调整信号具体为:确定当前加工状态与预设目标加工状态的偏差,并依据偏差产生调整走丝速度、和/或电极的进给速度、和/或加工液的流量,和/或脉冲电源的参数的调整信号;其中,参数包括频率、和/或电压、和/或电流。可见,本实施例提供的控制方法,可以先确定出当前加工状态与预设目标加工状态的偏差,然后根据偏差产生对应的调整信号以将电火花线切割机的加工状态实时调整为预设目标加工状态,从而使得电火花线切割机的加工状态能实时满足用户需求,切割精度也实时可调,进而使得加工出的工件也尽可能的满足用户需要,用户的体验感也能够得到有效提升。其中,预设目标加工状态是指用户预先设置的期望电火花线切割机处于的加工状态。
[0092] 为了提升电火花线切割机的可控性,在上述任一实施例的基础上,作为一种优选地实施方式,当接收到结束指令时,控制电火花线切割机停止工作。可以理解的是,如果写入电火花线切割机的编码指令已经全部执行完成,则在控制电火花线切割机停止工作的同时,也退出机床工作台。
[0093] 另外,需要说明的是,本发明提供的控制方法优先应用于单槽线切割机,当应用于其它类型的切割机时,应搭配其它的兼容技术手段,本发明不再赘述。
[0094] 上文对于本发明提供的一种电火花线切割机的控制方法的实施例进行了详细的描述,本发明还提供了一种与该控制方法对应的电火花线切割机,由于电火花线切割机的实施例与控制方法部分的实施例相互照应,因此电火花线切割机部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述,对于相同的部分下文暂不赘述。
[0095] 图3为本发明实施例提供的一种电火花线切割机的结构示意图。如图3所示,本实施例提供的电火花线切割机包括电火花线切割机本体,电火花线切割机本体包括机床工作台301和单片机系统302,电火花线切割机还包括用于采集火花放电图像的图像传感器31、用于获取图像传感器31采集到的图像数据的图像数据采集卡32和用于处理图像数据的计算机33;
[0096] 图像传感器31安装于机床工作台301非接触的一侧以使火花放电图像处于图像传感器31的采集范围内;
[0097] 图像数据采集卡32的采集端与图像传感器31连接,图像数据采集卡32的输出端与计算机33连接以将图像数据传输至计算机33进行处理;
[0098] 计算机33与单片机系统302连接以将调整信号传输至单片机系统302。
[0099] 其中,需要说明的是,为了保证电火花线切割机的切割精度,计算机33应具有高速处理图像能力,具体可以为具有高速处理图像能力的微型计算机;图像传感器31应为高速图像传感器,如可以是工业级摄像机,且采集火花放电图像的采集周期应依据图像传感器31性能和加工时效综合设置;由于图像数据采集卡32具有高速的图像采集性能,可以将软件硬件之间的延时误差降得很低,所以,利用图像数据采集卡32将图像数据从图像传感器31传输到计算机33,可以较好的保证图像数据传输的实时性。
[0100] 本实施例提供的电火花线切割机在准备加工前,需要将待切割的设计方案由程序转换为数控代码,并进行加载;将工件34安装在机床工作台301上,在电极丝35和工件34之间加上脉冲电源36。电火花线切割机在加工时,电极丝35一方面相对工件34不断做上(或下)单向移动,由储丝筒351经导向轮352卷入收丝筒353。数控装置37控制数控伺服X轴电动机371、Y轴电动机372的驱动机床工作台301,在X、Y轴实现切割进给,使电极丝35沿加工图形的轨迹进行加工。在电极丝35与工件34之间浇注去离子工作液,这时会不断产生火花放电,使工件34不断被电腐蚀,以完成工件34的尺寸加工。而在整个加工过程中,图像传感器31均周期性地采集火花放电图像,并经数据采集卡32将与实时采集到的火花放电图对应的图像数据传输至计算机33处理,最后计算机33将产生的与实时的图像数据对应的调整信号输出至单片机系统302以控制电火花线切割机及时调整自身的加工参数,如走丝速度、和/或电极的进给速度、和/或加工液的流量,和/或脉冲电源的参数的调整信号;其中,参数包括频率、和/或电压、和/或电流,实现对电火花线切割机的加工状态的调整。
[0101] 由此可见,本实施例提供的电火花线切割机,可以通过图像传感器采集火花放电图像,并经数据采集卡将图像数据传输至计算机处理,最后将计算机产生的调整信号输出至单片机系统以控制电火花线切割机及时调整自身的加工状态。也就是说,本电火花线切割机是以火花放电图像为依据产生调整信号的,而火花放电的具体形态又由实际的加工状态直接决定,即每一次电火花线切割加工场景,如电参数、运动参数、材料等都对应一特定的火花放电形态,如火花数、火花强度、火花密度等,且电火花放电形态并不会因工作环境中温湿度的变化或加工材料的不同而受到干扰,所以,计算机通过火花放电图像的当前特征信息确定出的当前加工状态也不会因工作环境中温湿度的变化或加工材料的不同而与实际加工状态产生偏差,依据当前加工状态产生的调整信号自然也与实际加工状态相匹配,可以避免现有技术中被测电学物理量受工作环境和加工材料影响而产生错误反馈信号的情况发生。因此,本发明实施例提供的控制方法能够提高电火花线切割机的切割精度。同时,当提取出的当前特征信息与预设的特征信息与加工状态的映射关系中的短路预判条件对应时,也可以通过及时调节当前加工参数,有效减少电极丝因短路而断裂的情况发生。而且,由于电火花线切割机的加工状态与火花放电的具体形态联系紧密,所以,通过火花信号来判断加工状态更为直接,火花放电图像的特征信息和加工状态的映射量精度也较高,能够进一步提高电火花线切割机的切割精度。
[0102] 图4为本发明实施例提供的另一种电火花线切割机的结构示意图。如图4所示,为了进一步提高电火花线切割机的切割精度,作为一种优选地实施方式,在上述电火花线切割机的实施例的基础上,本实施例提供的电火花线切割机还包括用于采集电火花线切割机的电极丝35和工件34之间的瞬时电压信号的电压检测装置40;
[0103] 电压检测装置40包括电压采集电路401和模/数转换电路402,电压采集电路401的第一采集端与电极丝35连接,电压采集电路401的第二采集端与工件34连接,电压采集电路401的输出端与模/数转换电路402的输入端连接,模/数转换电路402的输出端与计算机33连接。
[0104] 可见,本实施例提供的电火花线切割机,可以通过电压检测装置采集电火花线切割机的电极丝和工件之间的瞬时电压,和在当与当前特征信息对应的加工状态为异常加工状态时,判断瞬时电压的具体值,能够将异常加工状态细化为短路加工状态和开路加工状态,能够进一步提升检测了和加工状态的映射量精度,从而提高电火花线切割机的切割精度。
[0105] 为了保证采集火花放电图像的实时性和准确性,作为一种优选地实施方式,在上述任一电火花线切割机的实施例的基础上,图像传感器31具体为电荷耦合元件(Charge-coupled Device,CCD)。CCD的分类有很多,如可见光CCD、红外CCD、微光CCD、紫外CCD和X射线CCD等,优选地,在本发明提供的电火花线切割机选用可见光CCD和紫外CCD,以采集可见光形成的可见光火花放电图像和紫外光形成的紫外光火花放电图像。当然,可以理解的是,图像传感器31除了选用CCD外,还可以是其它类型的高速图像传感器,如CMOS图像传感器,本发明不做限定。在本优选实施方式中,图像传感器31选用CCD仅为一种优选地实施方式,但并不代表只有这一种实施方式。
[0106] CCD是一种高感光度的特殊半导体材料,由大量独立的光敏原件按矩阵排列而成,通常以百万像素为单位,而像素多少也就意味着CCD上有多少感光组件。在进行采集时,景物反射的光线通过相机的镜头透射到CCD上,被转换成电荷(每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度),再由控制芯片利用感光元件中的控制信号线路对光电二极管产生的电流进行控制,将一次成像产生的电信号收集起来,统一输出到放大器,经过放大和滤波后的电信号被送到A/D(模/数转换器),经其处理后变成数字信号,最终压缩后存入缓存内,形成最终的照片。
[0107] 目前普遍的CCD率可达上千帧每秒,进口高速相机Evercam4000-8-C,在保证1280*800的像素下能进行每秒4000帧的视频拍摄,在相对低一些的像素下帧数可达每秒
140000帧。按照100000帧计算,换算得到拍摄一张照片所需的时间为10us,当脉冲电路放电周期为3Mhz,得到一次放电时间是0.33us,因此在本实施例中可选择30个放电脉冲的时间作为采集周期,也可以是其整数倍。并且,实际应用中,还可以根据切割效果自动调节采集周期。该自动调节周期机制可以是基于图像品质判断,当处理后的图像的品质因素(噪点,色调对比度,纹理细节等)达到设定阈值之后,当前采集周期为合适周期。此外,适当调节曝光时间(在一次放电周期以内),可以增加图像的输入信息(图像能量)。综上,检测周期、检测效果、检测稳定性、切割精度四者是一个相互制约的关系。
[0108] 图5(a)为本发明实施例提供的CCD检测效果、检测稳定性和采集周期的关系图,图5(b)为本发明实施例提供的电火花线切割机的切割精度与CCD检测效果的关系图。如图5(a)所示,采集周期在一个放电脉冲周期之内(A点),达到的检测效果最高,但是此时检测稳定性较低,主要原因是受CCD性能的约束。在数个放电脉冲周期之后检测一次切割放电火花,会达到一个检测效果和切割稳定性相对较高的平衡状态(B点)。如图5(b)所示,电火花线切割机的切割精度与CCD检测效果正相关。因此,在实际应用中,应把采集周期参数设定在B点附近。
[0109] 以上对本发明所提供的一种电火花线切割机的控制方法和一种电火花线切割机进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明都是与其它实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0110] 应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0111] 还需要说明的是,在本说明书中,诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列的要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其它要素,或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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