一种短电弧数控机床工作介质浇注自动定位控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种短电弧数控机床工作介质浇注自动定位控制装置，包括与数控装置连接的工作介质浇注系统驱动机构以及与工作介质浇注系统驱动机构连接的工作介质浇注系统，自动定位控制单元和云台驱动机构，云台驱动机构连接有CCD运动云台，CCD运动云台连接CCD光学系统，CCD光学系统连接有自动定位数据采集单元，自动定位数据采集单元与自动定位控制单元连接；本实用新型通过CCD方式获取数控机床加工信息，基于FPGA芯片进行图像信息的采集、处理，基于DSP芯片进行运动目标识别，提高了控制装置响应速度及灵活性，自动定位控制单元与数控装置之间通过脉冲方式交换数据，保证了数控装置的通用性，提高了控制装置的适用性。
【专利说明】一种短电弧数控机床工作介质浇注自动定位控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及自动定位控制技术，具体是一种基于CCD的短电弧数控机床工作介质浇注自动定位控制装置。
【背景技术】
[0002]重大技术装备往往在高速、高温、高压等复杂环境下有着特殊性能要求，导致各种各样新材料、新机构以及复杂精密零件的大量需求，传统机械加工手段难于满足上述材料的生产及加工需求,因此特种加工现已成为机械加工技术的重要组成部分。
[0003]短电弧加工是一种非接触式强电流的特种加工，通过刀盘与工件表面间的电弧放电，产生高温、高热使工件表层迅速熔化、气化，并在水气混合工作介质冲压下，熔化金属脱离工件表层，达到尺寸、形位精度的要求。相对于其他加工技术，短电弧加工对于高硬度、高强度、高柔性等难加工材料的去除具有很高效率。该项技术的发展，对于超硬材料的加工具有革命性的突破。
[0004]目前，由于现有短电弧加工机床的数字化程度不高，采用手工方式将工作介质对准加工光斑形心冲洗熔化金属，其具有响应不及时、智能化程度不高等问题。
[0005]因此，对于现有短电弧加工机床进行数控化改造，针对其运行特点，研究一种工作介质浇注的自动定位装置，对于提升加工效率、提高加工质量是极其有必要的。
实用新型内容
[0006]本实用新型针对现有技术的不足，提供一种基于CCD方式采集数据，并基于并行化思想，将数据采集、运动目标识别、步进控制等功能分别设置，提高短电弧数控机床工作介质浇注自动定位的响应速度及布置灵活性的控制装置。
[0007]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种短电弧数控机床工作介质浇注自动定位控制装置，包括与数控装置连接的工作介质浇注系统驱动机构以及与工作介质浇注系统驱动机构连接的工作介质浇注系统，还包括与数控装置连接的自动定位控制单元，自动定位控制单元连接有云台驱动机构，云台驱动机构连接有CCD运动云台，CCD运动云台连接CCD光学系统，CCD光学系统连接有自动定位数据采集单元，自动定位数据采集单元与自动定位控制单元连接。
[0008]所述的一种短电弧数控机床工作介质浇注自动定位控制装置，其云台驱动机构由水平及俯仰两个方向上的步进电机构成，接收所述自动定位控制单元的驱动信号，并带动(XD运动云台两个方向运动。
[0009]本实用新型的有益效果是:自动定位数据采集单元采集CCD传感器的目标图像模拟信息，借助信号预处理电路转化为数字信息，并通过增益自动调整电路改变CCD振荡电路采集频率，自动定位控制单元采用基于差分图像的运动目标检测方法，通过驱动电路控制CCD运动云台在水平旋转及俯仰方向的运动，实现对形心目标的自动跟踪与定位，并通过脉冲实现与数控装置的通信，控制工作介质浇注对形心目标的定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的整体框架结构框图；
[0011]图2是本实用新型自动定位数据采集单元的结构框图；
[0012]图3是本实用新型自动定位控制单元的结构框图。
[0013]各附图标记为:1-CCD光学系统，2-自动定位数据采集单元，3-自动定位控制单元，4一云台驱动机构，5 — CXD运动云台，6—数控装置，7—工作介质浇注系统驱动机构，8—工作介质浇注系统。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0015]参照图1所示，本实用新型公开了一种短电弧数控机床工作介质浇注自动定位控制装置，包括与数控装置6连接的工作介质浇注系统驱动机构7以及与工作介质浇注系统驱动机构7连接的工作介质浇注系统8，还包括与数控装置6连接的自动定位控制单元3，数控装置6与自动定位控制单元3通过脉冲交换信息，由此控制工作介质浇注系统8运动，自动定位控制单元3基于DSP芯片进行采集图像信息处理，完成运动目标识别，并由此生成步进电机驱动信号和脉冲驱动信号，自动定位控制单元3连接有云台驱动机构4，云台驱动机构4连接有CXD运动云台5，CXD运动云台5连接CXD光学系统1，云台驱动机构4由水平及俯仰两个方向上的步进电机构成，接收所述自动定位控制单元3的驱动信号，并带动CCD运动云台5两个方向运动，C⑶光学系统I连接有自动定位数据采集单元2，C⑶光学系统I及自动定位数据采集单元2布置在数控机床的上端，采集数控机床工件加工信息，自动定位数据采集单元2采集CCD传感器的目标图像模拟信息，借助信号预处理电路转化为数字信息，并通过增益自动调整电路改变CCD振荡电路采集频率，自动定位数据采集单元2与自动定位控制单元3连接，自动定位控制单元3采用基于差分图像的运动目标检测方法，通过驱动电路控制CCD运动云台5在水平旋转及俯仰方向的运动，实现对形心目标的自动跟踪与定位，并通过脉冲实现与数控装置的通信，控制工作介质浇注对形心目标的定位。
[0016]由于数控装置6上连接有由C⑶光学系统1、自动定位数据采集单元2、自动定位控制单元3、云台驱动机构4和CXD运动云台5构成的CXD运动闭环控制系统，
[0017]图2所示为自动定位数据采集单元的结构框图，自动定位数据采集单元2中的信号预处理电路对CCD传感器的图像信息进行放大、采样、滤波、模数转换，生成数字信号，增益自动调整电路通过对图像强度分析，利用数字控制电位计控制CCD传感器振荡电路频率，时序驱动电路采用可编程逻辑器件驱动法，生成CCD工作的驱动脉冲及控制电路。
[0018]图3所示为自动定位控制单元的结构框图，自动定位控制单元通过EMIF接口与自动定位数据采集单元2交换数据，采用基于差分图像的运动目标检测方法求解光斑形心的具体位置，并通过步进电机驱动电路控制水平及俯仰两个方向上电机的转动，从而带动CCD运动云台5的运动，同时自动定位控制单元通过脉冲输入的形式与数控装置进行通信，数控装置6根据输入信息指令，控制工作介质浇注系统驱动机构7，从而实现工作介质浇注系统自动定位于工件的光斑形心中心。
[0019]本实施例的工作原理如下:
[0020]正常工作条件下，自动定位数据采集单元2定时触发CCD时序驱动信号，CCD传感器采集数控机床工作的模拟图像信息，信号预处理模块将上述模拟信号放大、采样、滤波，再通过模数转换为数字图像信息；增益自动调整模块根据预先设定值改变CCD传感器振荡频率，调整图像信息强度，时序驱动电路采用VHDL编写，采用MCK时钟6倍频为基本计数时钟，生成水平转移脉冲、电子快门脉冲以及垂直转移脉冲等；自动定位数据采集单元2通过EMIF接口与自动定位控制单元3交换实时数字图像信息；自动定位控制单元3对于接收到的图像信息，采用阈值法进行图像分割，计算机床加工光斑形心的位置。该位置信息与现有信息进行比较，转化为CCD云台的步差及工作介质浇注系统的脉冲数。步进驱动电路将上述补差，分别转化为云台在水平、俯仰方向上步进电机的脉冲数，推动云台机构的运动。数控装置通过脉冲数，控制工作介质浇注系统在机床上的运动轨迹，确保机床工作介质浇注与加工点同步进行。自动定位数据采集单元2、自动定位控制单元3中的编程调试模块可完成相关程序的在线调试及仿真。
[0021]与现有技术相比，本实用新型的优势在于:
[0022]I)通过CCD方式获取数控机床加工信息，为短电弧加工提供了自动化的数据采集方式；
[0023]2)基于FPGA芯片进行图像信息的采集、处理，基于DSP芯片进行运动目标识别，提高了控制装置响应速度及灵活性。
[0024]3 )自动定位控制单元与数控装置之间通过脉冲方式交换数据，保证了数控装置的通用性，提高了控制装置的适用性。
[0025]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种短电弧数控机床工作介质浇注自动定位控制装置，包括与数控装置(6)连接的工作介质浇注系统驱动机构(7)以及与工作介质浇注系统驱动机构(7)连接的工作介质浇注系统(8)，其特征在于:还包括与数控装置(6)连接的自动定位控制单元(3)，自动定位控制单元(3)连接有云台驱动机构(4)，云台驱动机构(4)连接有CXD运动云台(5)，CXD运动云台(5)连接CXD光学系统(I)，CXD光学系统(I)连接有自动定位数据采集单元(2)，自动定位数据采集单元(2 )与自动定位控制单元(3 )连接。
2.根据权利要求1所述的一种短电弧数控机床工作介质浇注自动定位控制装置，其特征在于，所述的云台驱动机构(4)由水平及俯仰两个方向上的步进电机构成，接收所述自动定位控制单元(3)的驱动信号，并带动CXD运动云台(5)两个方向运动。
3.根据权利要求1或2所述的一种短电弧数控机床工作介质浇注自动定位控制装置，其特征在于，所述的自动定位数据采集单元(2)采用FPGA芯片实现CCD数据采集、自动增益调整及时序驱动功能。
4.根据权利要求3所述的一种短电弧数控机床工作介质浇注自动定位控制装置，其特征在于，所述的自动定位控制单元(3)采用DSP芯片实现加工目标的图像处理、步进电机驱动及脉冲生成功能。
【文档编号】B23H1/00GK203972995SQ201420410849
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】李波, 向华, 刘基国, 孙跃武 申请人:湖北文理学院, 襄阳华中科技大学先进制造工程研究院, 湖北江山华科数字设备科技有限公司