引言
机器视觉检测技术基于计算机视觉和图像处理技术,通过摄像机或其他图像采集设备获取目标物体的图像,经过图像处理算法对图像进行分析和处理,提取出所需的特征信息,如颜色、形状、纹理、轮廓等,最后根据特征信息进行识别、分类、检测或测量,实现对目标物体的自动化处理和控制。
1航空零件机械加工精度影响因素分析
1.1机械加工设备精度
在航空零件的机械加工领域，设备本身的精度是决定最终加工产品精度的关键因素之一。当涉及高精度加工时，机械加工设备的精度必须满足严格标准，包括但不限于轴向运动精度、旋转精度、定位精度和重复定位精度。以数控铣床为例，在进行高速铣削时若存在0.01mm的轴向误差，可能导致工件尺寸偏差或几何形状的非预期变化。同样，旋转精度是指机床主轴或回转工作台在旋转过程中的稳定性，该项精度的微小波动，如达到0.005mm，也足以影响零件公差范围的严格符合性。
1.2加工过程控制
在航空零件的机械加工过程中，细微的控制漏洞可能会导致加工精度的显著偏差。此类精度偏差可以来源于切削参数选择不恰当、刀具磨损被忽略以及机床状态未校准等问题，每一环节的小差错累积起来可能导致成品尺寸偏离规定公差。切削参数（如切削速度、进给率和切削深度）的选择对加工精度有深远影响。例如，若进给率过快，可能导致振动增大，从而使得表面精度下降。部分文献报道显示，材料去除率不当提升或降低一个百分点，可能导致结果出现0.001mm的尺寸误差。其次，刀具的磨耗也是一个需要严格控制的要素。随着加工时间积累，刀片边缘的微观退化会造成加工尺寸逐渐偏离目标值。在航空零件加工中，刀具正常磨损可达到0.1mm，但在精加工阶段，刀具磨耗超过0.02mm即可能影响加工精度。
1.3刀具精度影响
在航空零件的机械加工中，刀具精度是影响成品质量的重要因素。刀具的几何参数，包括刀尖半径、刃倾角、后刀面角等，若存在微小偏差，都会导致加工表面精度与预期值存在出入。以刀尖半径为例，理想状态下应恰好符合设计值。然而，在实际生产中，由于制造和磨损问题，刀尖半径往往会出现偏差；即便是0.002mm的刀尖半径偏差，在航空发动机叶片加工中，也可能引起0.005mm的轮廓误差，这远超过一般的公差范围。
2基于视觉检测技术下机械零件尺寸精度控制系统研究
2.1平台搭建
视觉检测技术主要是通过工业相机内数字传感器和光学原件等采集机械产品的高质量图像,在机械制造过程中实时捕捉细微的细节和快速运动的物体,采集到的图像传输到计算机或嵌入式系统,然后通过图像处理算法对图像进行分析和处理,实现对目标物体的检测、识别和测量。视觉检测技术具有非接触检测、检测精度高等应用优势,能够持续保持相同的工作状态,实现连续、高效的工作。
PLC与工业相机通过ModbusTCP/IP实现信息传输,在连接建立后,PLC发送控制指令给工业相机,例如,开始图像采集、停止图像采集等命令,工业相机接收到PLC发送的指令后,开始采集目标物体的图像,提取出目标物体的特征信息,PLC接收到来自工业相机的图像数据后,进行进一步的处理和判断,根据预设的逻辑条件,判定目标物体是否符合要求,如检测是否存在缺陷、是否达到精度标准等。根据PLC的判断结果,PLC可以发送反馈控制信号给其他设备,如自动化机械臂、传送带等,实现对目标物体的自动处理和控制。
2.2工业相机
工业相机通过光、电和数字信号进行转换,对被测机械零件进行图像信息采集，工业相机的镜头和光学系统用于将被测机械零件的光信号收集和聚焦在图像传感器上,当光线通过镜头进入相机时,光信号会在图像传感器上形成图像,然后,图像传感器接收到光信号后,会将其转换为相应的电信号。电信号经过模拟-数字转换器(ADC)转换为数字信号。最后图像信息就以数字形式存储在相机的内存中,以便进一步处理和传输。
2.3在线测量技术
在航空零件加工领域，在线测量技术是实现加工精度高效监控的关键工具，它使得加工误差能够即时被检测并校正，以确保零件的尺寸精度和形状精度。这一技术的核心在于将测量设备直接集成到生产环境中，以便在零件的加工过程中进行实时测量。这种集成采用了多种传感器（如接触式探针传感器、激光扫描器等），并配合数控机床系统实现自动化的测量流程。在线测量技术中，常用的设备是触发探头，其可以达到±2µm的测量精度。例如，在航空发动机涡轮叶片的加工中，利用探头可以实现切削前、中、后的尺寸测量[2]。通过分析测得的数据，可以实时调整机床参数，从而保证最终零件的尺寸精度在特定公差范围内。
此外，非接触式的激光传感器在三维坐标测量方面同样表现出众，实现了无需停机的在线尺寸测量。非接触式传感器的测量精度能达到微米级别（通常为±5µm），同时对材料的适应性强，可测量金属和非金属等多种工件表面。为实现更高的测量精度和速度，还有些生产线采用了基于图像处理的光学测量方法。该方法综合利用了摄影测量原理、数字图像处理技术和计算机视觉等高端技术，实现对加工部件的实时检测。
2.4离线测量与反馈调整
离线测量是航空零件加工中不可或缺的组成部分，它指的是在加工流程暂停或加工完成后，将零件取出、放在专设的测量室内，使用精密的测量设备进行尺寸和形状的精确测定。这种方法虽然不如在线测量那样可以实时调整，但其在测量精度上通常优于在线测量，因为它不受机床振动和加工噪声的影响。常见的离线测量设备是三维坐标测量机（CMM），测量精度可达到0.5μm；其通过探针触碰零件表面的特定点，收集坐标数据，从而创建几何模型。CMM经常用于对精度要求极高的关键部件的最终检验，确保加工尺寸完全符合设计规范。例如，在测量航空零件的配合面时，采用CMM获得精确的平面度、位置度和圆度等几何参数。
反馈调整的核心是在离线测量基础上调整机床参数或更换耗损工具，以消除偏差，并预防同类误差的再次发生。在加工下一批次零件前，需要将校准数据输入到机床的数控系统中，或手动调整机床。比如，如果测量数据表明切削深度普遍偏小，可能需要调整机床的Z轴数据或更换磨损的刀具。通过这种反馈调整机制，即便是批量生产的零件也能保持一致的高精度，而不会随加工批次的增加而出现质量波动。此外，为支持复杂的离线测量任务，还可采用计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD/CAM）技术，通过数字化模拟来优化刀具路径、刀具选择和加工参数设置。通过这种方式，可以在零件加工前，预见并优化潜在的加工问题，减少物理加工过程中的试错次数。
结束语
随着科技的进步，在线测量技术和工艺的进一步迭代优化有助于实现高精度要求。通过综合考虑这些因素并利用高效的测量与校正技术，可以显著提高航空零件加工的精度，满足航空工业对高性能、高可靠性零件的迫切需求。未来的研究应该更加侧重于加工过程中多参数的动态优化与智能控制，为航空零件加工精度的提升开辟新的途径。
参考文献
[1]谭维馥.零件加工中汽车机械加工工艺对精度的影响[J].汽车测试报告,2023(05):76-78.
[2]储胜国.探析零件加工中机械加工工艺对精度的影响[J].内燃机与配件,2021(21):109-110.
[3]谢迎侠,李建娜.分析零件加工中汽车机械加工工艺对精度的影响[J].内燃机与配件,2020(20):70-71.
