一种零件表面加工缺陷的定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数控加工技术领域，更具体地，涉及一种零件表面加工缺陷的定位方 法。
【背景技术】
[0002] 在控制过程中，数控系统中有大量的中间数据通过控制算法处理，由刀具轨迹和 切削工艺参数生成而来，同时也有大量的采样信号从机床、电机上的传感器上反馈而来。
[0003] 这些加工过程中的实时数据信号包含有指令信号、反馈信号和衍生信号三种。指 令信号，也称指令数据，是数控系统在控制过程中输出的周期指令，包括数控插补后的指令 位置数据。反馈信号是数控系统在控制过程中，从电机和机床上的传感器反馈回来的信号， 如编码器反馈回的电机实际位置数据、跟随误差、霍尔元件反馈的采样电流数据等。衍生信 号是从指令信号和反馈信号上述两种信号中通过差分、变换及统计等计算方法得到的值， 如插补段的合成速度、加速度及捷度。这些数据信号，是当前网络制造环境下的大数据应用 和服务所亟需的珍贵数据源，它们能为零件表面加工缺陷定位提供重要依据。
[0004] 目前，对于复杂曲面零件加工，检测其表面是否有缺陷及对缺陷进行定位都是沿 用的一般常规方法，即在零件加工完成后通过工件表面缺陷检测装置、坐标测量机或粗糙 度测量仪来检测。申请号201410292616. 0的中国专利《一种用于曲面工件表面缺陷的检测 装置》中，通过微型变焦显微系统、光源系统、载物套等组成的检测装置，将加工后的零件进 行拍照、图像采集，检测曲面零件表面缺陷。
[0005] 然而，在如今注重生产效率的加工车间环境下，这些检测方法及过程比较耗时且 不方便，进而不便定位零件表面加工缺陷。虽然现有的刀位轨迹仿真软件在加工准备阶段 可满足检查过切、欠切的基本需求，可实现几何模型上的切削仿真与几何刀路的缺陷定位， 但无法对实际加工的零件表面缺陷进行预测，进而不能对零件实际加工是否有缺陷进行快 速评估与缺陷定位。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种零件表面加工缺陷的定 位方法，其根据指令信号或者衍生信号获得三维色谱图，能直观地发现三维色谱图中横向 或纵向颜色的不连续性，即可快速定位加工零件的缺陷处，尤其适用复杂曲面零件，可在不 需切削或单件只试切一次的情况下快速、直观地定位缺陷，由此解决曲面零件表面加工质 量测量、定位缺陷不方便的技术问题。
[0007] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种零件表面加工缺陷的定位 方法，其特征在于，其包括如下步骤：
[0008] S1 :采集零件加工刀路的插补数据及机床运行状态数据，提取每个刀路插补段的 指令信号，或
[0009] 提取每个刀路插补段的指令信号和反馈信号，并根据所述指令信号和反馈信号计 算获得衍生?目号；
[0010] S2 :划分出η个渐进颜色区间，根据所述指令信号或者所述衍生信号计算获得每 个刀路插补段对应的颜色值；
[0011] S3 :根据步骤S2计算获得的颜色值，给每个三维刀路插补线段附上颜色，形成三 维色谱图；
[0012] S4 :观察步骤S3中所述三维色谱图，在该三维色谱图中颜色的横向或纵向不连续 性处对应为零件的缺陷位置处。
[0013] 以上发明构思中，三维色谱图可以是灰度值不一样的灰色的三维色谱图或者是彩 色的三维色谱图。根据指令信号或者衍生信号获得三维色谱图，能直观地发现三维色谱图 中横向或纵向颜色的不连续性，三维色谱图中颜色的不连续处对应为加工零件的缺陷处。
[0014] 进一步的，步骤S2中，计算获得每个刀路插补段对应的颜色值的方法包括如下步 骤：
[0015] (1)确定刀路插补段中指令信号或者衍生信号的最大值F_和最小值F_;
[0016] (2)将刀路插补段的指令信号值或者衍生信号值划分成η个信号区间，则每个信 号区间大小如下：
[0017]
[0018] 其中，η为刀路插补段的指令信号值或者衍生信号值划分的信号区间数，AF为刀 路插补段的指令信号值或者衍生信号值划分区间的大小；
[0019] (3)若第j个刀路插补段的信号值F,满足如下判断条件：
[0020] (Fnin+(i-l) ·AF) (Fnin+i·ΔF)
[0021] 其中，i= 1，2, 3...，η，η颜色区间的个数，j= 1，2, 3，...，M，Μ为刀路插补段的 个数，
[0022] 则第j个刀路插补段的信号值匕就落在第i个颜色区间内，将刀路插补段第j个 信号值附上的颜色值Q，Q为第i个颜色区间内的颜色值，i= 1，2, 3. ..，η;
[0023] 若第j个刀路插补段的信号值匕>F_或者FfF_，则将第j个刀路插补段单 独附上一个颜色值，该颜色值不同于所述η个渐进颜色区间的颜色值。
[0024] 进一步的，步骤S1中，提取每个刀路插补段的指令信号和反馈信号，并根据所述 指令信号和反馈信号采用差分、变换及统计方法计算出衍生信号。
[0025] 进一步的，所述衍生信号包括捷度、跟随误差以及合成速度。
[0026] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0027] 本发明中，根据数控机床的指令信号或者衍生信号，计算形成三维色谱图，将信号 数据转变为颜色值，直接通过观察色谱图的颜色不连续性，能非常直观、快速地定位到加工 零件缺陷位置，为用户快速方便确定零件表面是否有缺陷提供了便利，进而给用户提供参 数优化对策节省了时间。该方法可实现加工复杂曲面零件（如航空件、叶片等材料昂贵的 零件）不需切削或只需试切一次（当通过指令信号形成三维色谱图时无需切削，当通过衍 生信号形成三维色谱图时，需要试切一次），即能让用户快速定位加工表面缺陷的位置，减 少因多次试切产生的工件浪费。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明实施例中零件表面加工缺陷的定位方法的流程图；
[0029] 图2是本发明实施例中刀路插补段中计算获得衍生信号的示意图；
[0030] 图3是本发明实施例中刀位插补段中合成速度分成n(n= 5)个区间时对应η个 颜色区间的的示意图；
[0031] 图4(a)是本发明实施例中合成速度的三维色谱图；图4(b)是对应图4(a)中合成 速度三维色谱图的加工零件的照片。
【具体实施方式】
[0032] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0033] 图1是本发明实施例中零件表面加工缺陷的定位方法的流程图，由图可知，本发 明方法主要包括四大步骤：
[0034] S1 :采集零件加工刀路的插补数据及机床运行状态数据，提取每个刀路插补段的 指令信号，或
[0035] 提取每个刀路插补段的指令信号和反馈信号，并根据所述指令信号和反馈信号计 算获得衍生信号（对应为：采集加工实时信号数据）；
[0036] S2 :划分出η个渐进颜色区间，根据所述指令信号或者所述衍生信号计算获得每 个刀路插补段对应的颜色值（对应为：根据信号大小计算每个刀路插补段的颜色值）；
[0037] S3 :根据步骤S2计算获得的颜色值，给每个三维刀路插补线段附上颜色，形成三 维色谱图（对应为：给每个刀路插补段着上颜色，形成三维色谱图）；
[0038] S4 :观察步骤S3中所述三维色谱图，在该三维色谱图中颜色的横向或纵向不连续 性处对应为零件的缺陷位置处（观察色谱图颜色的不连续性特征，定位到缺陷位置）。
[0039] 为了更为详细的说明本发明方法，下面结合具体的实施例再更进一步阐述如下：
[0040] S1 :从机床采集一个加工过程数据文本文件，形成刀位插补段信号数据，加工过程 数据包括指令信号和反馈信号两种数据类型。指令信号是数控系统插补后运动轴Χ、Υ、Ζ轴 指令位置；反馈信号是数控系统插补后运动轴X、Υ、Ζ轴反馈位置、主轴电流和运动进给轴 Χ、Υ、Ζ轴电流。
[0041] 运用差分方法，通过指令信号和反馈信息还可以计算出衍生信号，可用如下计算 公式分别计算每一个刀位插补段的合成速度、加速度、捷度。图2是本发明实施例中刀路插 补段中计算获得衍生信号的示意图，具体的：
[0042] 当前刀路插补段Ρ^1+1的合成速度V