本發(fā)明涉及機(jī)械加工，具體為一種基于伺服驅(qū)動(dòng)和氣動(dòng)定心的長(zhǎng)石墨管端部加工控制方法。

背景技術(shù)：

1、石墨材料以其優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐高溫性能,廣泛應(yīng)用于電子電器、冶金、化工等領(lǐng)域。其中,大尺寸高端石墨制品需要進(jìn)行精密的機(jī)械加工,尤其是直徑較大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)的石墨管類產(chǎn)品,對(duì)加工工藝和設(shè)備的要求很高。

2、傳統(tǒng)的石墨管加工方法主要采用手工裝夾和經(jīng)驗(yàn)參數(shù),存在定心困難、尺寸精度低、效率低等問題。目前,石墨管加工技術(shù)仍然存在以下不足：一是對(duì)于長(zhǎng)徑比例較大的長(zhǎng)石墨管,現(xiàn)有的裝夾和定心方式難以有效避免加工過程中石墨管的晃動(dòng)和偏移,影響加工精度；二是加工參數(shù)的選取主要依靠經(jīng)驗(yàn),缺乏智能優(yōu)化手段,難以獲得最佳工藝參數(shù)組合；三是缺乏有效的在線檢測(cè)手段監(jiān)控加工狀態(tài),無法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋控制和自適應(yīng)調(diào)整。

3、公開號(hào)為cn110000480a的專利公開了一種高精度石墨激光切割機(jī)及其加工高精度石墨管材的方法，包括l型架體、大理石臺(tái)面、左夾持件、右夾持件、激光頭、壓縮空氣噴頭、x軸直線電機(jī)導(dǎo)軌系統(tǒng)、z軸直線電機(jī)導(dǎo)軌系統(tǒng)、y軸直線電機(jī)導(dǎo)軌系統(tǒng)、水平滑塊、豎直滑塊和控制器專門針對(duì)脆性管材如石墨管材等的加工，同時(shí)使用于高緊密管材的加工，該發(fā)明的石墨激光切割機(jī)，其根據(jù)激光頭加工位置，具有將裝夾支撐根據(jù)加工位置而自適應(yīng)變?yōu)槿嵝灾蔚墓δ?，同時(shí)，通過簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)使得激光頭可以動(dòng)態(tài)的跟隨待加工石墨管件的位移，進(jìn)一步提高了激光切割的精度，該切割機(jī)自動(dòng)化程度高，精度較高。

4、但是現(xiàn)有技術(shù)并沒有解決石墨管在加工時(shí)的如何進(jìn)行定位和定位精度問題，以及沒有解決石墨管加工參數(shù)問題和質(zhì)量檢測(cè)問題。

5、為了克服上述不足,本發(fā)明提出一種基于伺服驅(qū)動(dòng)和氣動(dòng)定心的長(zhǎng)石墨管端部加工控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在通過創(chuàng)新性地融合機(jī)器視覺引導(dǎo)氣動(dòng)定心技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)精密控制技術(shù)、深度學(xué)習(xí)加工參數(shù)優(yōu)化技術(shù)，以及在線視覺檢測(cè)技術(shù)，攻克上述石墨管加工技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)加工過程的智能調(diào)控和質(zhì)量的可靠保障，促進(jìn)石墨管加工技術(shù)的升級(jí)換代。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供基于伺服驅(qū)動(dòng)和氣動(dòng)定心的長(zhǎng)石墨管端部加工控制方法，具體技術(shù)方案如下：

3、獲取石墨管的圖像數(shù)據(jù)，構(gòu)建邊緣檢測(cè)算法對(duì)石墨管圖像進(jìn)行檢測(cè)，獲取石墨管位置；

4、根據(jù)石墨管位置，通過調(diào)整三爪卡盤的橡膠內(nèi)撐進(jìn)行氣動(dòng)定心，并通過伺服電機(jī)對(duì)石墨管位置進(jìn)行調(diào)整；

5、基于石墨管的歷史加工參數(shù)，構(gòu)建并訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)算法作為石墨管加工參數(shù)計(jì)算模型；訓(xùn)練完成的石墨管加工參數(shù)計(jì)算模型結(jié)合當(dāng)前石墨管信息，輸出石墨管的加工參數(shù)；

6、基于石墨管加工參數(shù)計(jì)算模型輸出的石墨管加工參數(shù)，伺服電機(jī)控制石墨管進(jìn)行車削加工，實(shí)時(shí)調(diào)整進(jìn)給速度和切削深度，三爪卡盤實(shí)時(shí)根據(jù)視覺反饋，動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)撐壓力，維持石墨管穩(wěn)定；

7、在石墨管加工完成后，構(gòu)建視覺檢測(cè)模型對(duì)石墨管進(jìn)行表面質(zhì)量和尺寸檢測(cè)，判斷加工后的石墨管是否合格。

8、優(yōu)選的，采用工業(yè)相機(jī)對(duì)石墨管進(jìn)行掃描，通過邊緣檢測(cè)算法獲取石墨管的尺寸和石墨管的空間位置信息；

9、用工業(yè)相機(jī)掃描石墨管,獲取原始圖像，將原始圖像轉(zhuǎn)為灰度圖；用高斯濾波器平滑圖像,去除噪聲干擾:,其中表示卷積操作，是高斯濾波后的圖像；

10、高斯濾波器,其中是標(biāo)準(zhǔn)差；用sobel算子計(jì)算石墨管圖像在x軸和y軸方向的梯度和；計(jì)算梯度幅值和方向:

11、

12、對(duì)梯度幅值進(jìn)行非極大值抑制,得到細(xì)化邊緣；

13、用雙閾值算法檢測(cè)和連接邊緣，定義高閾值和低閾值，若的像素點(diǎn)為強(qiáng)邊緣,的為非邊緣,的為弱邊緣；

14、石墨管圖像的像素點(diǎn)鄰域內(nèi)有強(qiáng)邊緣的弱邊緣視為真邊緣,剩余弱邊緣視為非邊緣,得到石墨管的最終邊緣圖像；提取中的輪廓,其中,表示輪廓編號(hào)，表示邊緣輪廓數(shù)量；對(duì)石墨管輪廓擬合橢圓,擬合公式為:

15、

16、其中是石墨管橢圓中心坐標(biāo),是長(zhǎng)短軸半長(zhǎng),是旋轉(zhuǎn)角度；

17、若橢圓的長(zhǎng)短軸中的,其中為橢圓近似閾值,將石墨管截面視為圓；圓心坐標(biāo)為,石墨管半徑；輸出圓心坐標(biāo)和石墨管半徑；

18、對(duì)石墨管進(jìn)行空間定位，根據(jù)相機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣，將圓心的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為歸一化坐標(biāo)；

19、由相機(jī)到石墨管的距離和角度的外參數(shù),其中，是俯仰角，是偏航角，是滾轉(zhuǎn)角；構(gòu)建相機(jī)坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的變換矩陣，其中是旋轉(zhuǎn)矩陣,是零向量的轉(zhuǎn)置，是平移向量；

20、將圓心的相機(jī)歸一化坐標(biāo)乘以,得到石墨管圓心的空間坐標(biāo)。

21、優(yōu)選的，基于石墨管位置信息，對(duì)三爪卡盤進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)待加工石墨管的氣動(dòng)定心；

22、獲取三爪卡盤的中心坐標(biāo)；計(jì)算石墨管圓心與三爪卡盤中心的偏差：，；

23、根據(jù)石墨管圓心與三爪卡盤中心的偏差，計(jì)算三爪卡盤的氣缸行程調(diào)整量：

24、

25、其中，為第個(gè)氣缸的行程調(diào)整量，為第個(gè)氣缸與x軸的夾角，為偏差與氣缸行程的比例系數(shù)；

26、控制三爪卡盤氣缸伸縮來調(diào)整三爪卡盤的爪子位置：；其中，為第個(gè)氣缸的目標(biāo)行程，為氣缸的初始行程；

27、控制三爪卡盤夾緊力，根據(jù)石墨管的半徑計(jì)算所需的夾緊力：；其中，為目標(biāo)夾緊力，為初始夾緊力，為半徑與夾緊力增量的比例系數(shù)；

28、將目標(biāo)夾緊力轉(zhuǎn)換為三爪卡盤氣缸的氣壓值：；其中，為三爪卡盤的有效受壓面積；

29、在調(diào)整三爪卡盤實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)定心后，通過工業(yè)相機(jī)獲取石墨管圓心的三維空間坐標(biāo)。

30、優(yōu)選的，采用三軸伺服驅(qū)動(dòng)，控制石墨管的移動(dòng)，三軸伺服驅(qū)動(dòng)包括軸向伺服電機(jī)、徑向伺服電機(jī)和旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)；

31、所述軸向伺服電機(jī)用于石墨管的水平方向的軸向移動(dòng)；所述徑向伺服電機(jī)用于石墨管的豎直方向的徑向移動(dòng)；所述旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)用于石墨管的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)；

32、根據(jù)工業(yè)相機(jī)獲取的石墨管圓心的水平面二維坐標(biāo)，計(jì)算石墨管在水平方向的軸向的調(diào)整量：；其中，為石墨管的軸向初始位置；

33、將軸向調(diào)整量轉(zhuǎn)換為石墨管端點(diǎn)的目標(biāo)位置：；；控制軸向伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)石墨管移動(dòng)到目標(biāo)位置；

34、通過工業(yè)相機(jī)獲取三爪卡盤夾取石墨管后，石墨管圓心的三維空間坐標(biāo)為，計(jì)算石墨管在豎直方向的徑向調(diào)整量：；其中，為石墨管的徑向初始位置；控制徑向伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)石墨管移動(dòng)到目標(biāo)位置：；

35、控制旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，將電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給石墨管，使石墨管進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

36、優(yōu)選的，獲取多規(guī)格石墨管的歷史加工參數(shù)，所述歷史加工參數(shù)包括主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、切削深度和車刀圓角半徑；

37、構(gòu)建基于長(zhǎng)短時(shí)記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)lstm模型的石墨管加工參數(shù)計(jì)算模型；

38、定義lstm模型輸入為歷史加工參數(shù)和石墨管尺寸，表示為；其中，為主軸轉(zhuǎn)速，為進(jìn)給速度，為切削深度，為車刀圓角半徑，為石墨管半徑，為石墨管加工長(zhǎng)度；

39、定義lstm模型輸出為石墨管的加工參數(shù)，表示為；

40、為主軸轉(zhuǎn)速指令，進(jìn)給速度指令，為切削深度指令；

41、構(gòu)建lstm模型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述lstm模型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括輸入層、隱藏層和全連接輸出層，使用adam優(yōu)化算法訓(xùn)練模型；

42、采用均方誤差mse作為損失函數(shù)，使用訓(xùn)練完成的lstm模型，結(jié)合當(dāng)前石墨管的尺寸參數(shù)，生成石墨管的加工參數(shù)。

43、優(yōu)選的，根據(jù)訓(xùn)練完成的石墨管加工參數(shù)計(jì)算模型，結(jié)合當(dāng)前石墨管的尺寸信息，輸出石墨管的加工參數(shù)，包括伺服電機(jī)主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和切削深度；

44、根據(jù)切削深度指令，控制刀架伺服電機(jī)的位置，調(diào)整車刀的切削深度；在加工過程中，通過工業(yè)相機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)石墨管的位置和振動(dòng)情況，并將視覺反饋信息傳遞給三爪卡盤氣缸，實(shí)時(shí)進(jìn)行氣動(dòng)中心調(diào)整。

45、優(yōu)選的，在石墨管加工完成后，利用工業(yè)相機(jī)對(duì)加工后的石墨管進(jìn)行圖像采集，構(gòu)建石墨管表面缺陷檢測(cè)模型和尺寸測(cè)量模型，對(duì)加工后石墨管進(jìn)行表面缺陷檢測(cè)和尺寸檢測(cè)；

46、對(duì)于表面缺陷檢測(cè)，采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)cnn模型，將石墨管表面圖像作為輸入，通過卷積層提取石墨管表面的紋理和色彩特征，再經(jīng)過全連接層進(jìn)行分類，判斷石墨管表面是否存在劃痕、裂紋和凹坑的缺陷；

47、對(duì)尺寸檢測(cè)，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)cnn模型通過對(duì)石墨管輪廓圖像進(jìn)行邊緣提取和橢圓擬合，得到石墨管的直徑和圓度的尺寸參數(shù)，并與設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算尺寸誤差是否在允許的公差范圍內(nèi)；

48、當(dāng)加工后石墨管不存在表面缺陷以及尺寸合格時(shí)，將加工后的石墨管標(biāo)記為合格品；當(dāng)加工后石墨管存在表面缺陷以及尺寸不合格的任一缺陷時(shí)，將加工后的石墨管標(biāo)記為不合格品。

49、基于伺服驅(qū)動(dòng)和氣動(dòng)定心的長(zhǎng)石墨管端部加工控制系統(tǒng)，其用于實(shí)現(xiàn)所述的基于伺服驅(qū)動(dòng)和氣動(dòng)定心的長(zhǎng)石墨管端部加工控制方法，數(shù)據(jù)獲取模塊、加工控制模塊、加工參數(shù)計(jì)算模塊、加工控制模塊以及質(zhì)量檢測(cè)模塊；

50、所述數(shù)據(jù)獲取模塊，獲取石墨管的圖像數(shù)據(jù)，構(gòu)建邊緣檢測(cè)算法對(duì)石墨管圖像進(jìn)行檢測(cè)，獲取石墨管位置；

51、所述加工控制模塊，根據(jù)石墨管位置，通過調(diào)整三爪卡盤的橡膠內(nèi)撐進(jìn)行氣動(dòng)定心，通過伺服電機(jī)調(diào)整石墨管位置；

52、所述加工參數(shù)計(jì)算模塊，基于石墨管的歷史加工參數(shù)，構(gòu)建并訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)算法作為石墨管加工參數(shù)計(jì)算模型；訓(xùn)練完成的石墨管加工參數(shù)計(jì)算模型結(jié)合當(dāng)前石墨管信息，輸出石墨管的加工參數(shù)；

53、所述加工控制模塊，基于石墨管加工參數(shù)計(jì)算模型輸出的石墨管加工參數(shù)，伺服電機(jī)控制石墨管進(jìn)行車削加工，實(shí)時(shí)調(diào)整進(jìn)給速度和切削深度，三爪卡盤實(shí)時(shí)根據(jù)視覺反饋，動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)撐壓力，維持石墨管穩(wěn)定；

54、所述質(zhì)量檢測(cè)模塊，在石墨管加工完成后，構(gòu)建視覺檢測(cè)模型對(duì)石墨管進(jìn)行表面質(zhì)量和尺寸檢測(cè)，判斷加工后的石墨管是否合格。

55、一種電子設(shè)備，包括：處理器和存儲(chǔ)器，其中，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有可供處理器調(diào)用的計(jì)算機(jī)程序；所述處理器通過調(diào)用所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序，執(zhí)行所述的基于伺服驅(qū)動(dòng)和氣動(dòng)定心的長(zhǎng)石墨管端部加工控制方法。

56、一種存儲(chǔ)介質(zhì)，儲(chǔ)存有指令，當(dāng)所述指令在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述的基于伺服驅(qū)動(dòng)和氣動(dòng)定心的長(zhǎng)石墨管端部加工控制方法。

57、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提高了石墨管加工的定心精度，引入機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)石墨管進(jìn)行掃描，獲取精確的尺寸、形狀和位置信息，結(jié)合氣動(dòng)定心技術(shù)，通過橡膠內(nèi)撐自適應(yīng)調(diào)整，能夠?qū)Σ煌叽缙畹氖軐?shí)現(xiàn)精確定心，避免了傳統(tǒng)機(jī)械定心方式的局限性，從而保證了后續(xù)加工的同軸度和加工質(zhì)量。

58、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了石墨管加工參數(shù)的智能優(yōu)化，通過深度學(xué)習(xí)算法，學(xué)習(xí)歷史加工參數(shù)數(shù)據(jù)，建立起石墨管加工參數(shù)計(jì)算模型。該模型能夠根據(jù)當(dāng)前石墨管的特性，自適應(yīng)地生成最優(yōu)加工參數(shù)，取代了傳統(tǒng)依賴工人經(jīng)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)定方式，提高了加工參數(shù)選擇的科學(xué)性和可靠性，為實(shí)現(xiàn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化和最優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

59、本發(fā)明增強(qiáng)加工過程的實(shí)時(shí)控制能力，在加工過程中，伺服電機(jī)根據(jù)優(yōu)化后的加工參數(shù)，精確控制進(jìn)給速度和切削深度；同時(shí)，通過機(jī)器視覺實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)石墨管狀態(tài)，并將視覺反饋信息傳遞給氣動(dòng)控制系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)調(diào)整三爪卡盤的內(nèi)撐壓力；該閉環(huán)控制方式能夠及時(shí)響應(yīng)加工狀態(tài)變化，確保加工全程石墨管的穩(wěn)定性，提高了加工的可靠性和一致性。

60、本發(fā)明提升了石墨管加工的質(zhì)量檢測(cè)水平；在加工完成后，采用視覺檢測(cè)模型對(duì)石墨管表面質(zhì)量和尺寸進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)缺陷的自動(dòng)識(shí)別和關(guān)鍵尺寸的精確測(cè)量；相比人工抽檢，該智能檢測(cè)方法效率更高、精度更好，能夠全面評(píng)估加工質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，降低不良品率。