CN107479500B - 一种带视觉装置的加工中心运动定位数控***及方法 - Google Patents
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Abstract
实施例公开了一种带视觉装置的加工中心运动定位数控***及方法，包括加工中心数控子***、伺服驱动和位置检测子***、视觉检测子***。本发明实施例还公开了一种带视觉装置的加工中心运动定位方法。采用本发明，引入视觉检测装置，并在原有工作流程中加入图像处理、走刀前碰撞预判、安全/危险连锁等工作流程，达到预判并防止碰撞的效果，极大提高了加工中心的安全性、稳定性，同时也提升了加工中心的智能化。
Description
技术领域
本发明涉及一种加工中心的数控***，尤其涉及一种带视觉装置的加工中心运动定位方法及数控***及方法。
背景技术
加工中心是一种由程序控制的自动化机床，其控制***能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，通过计算机将其译码，从而使机床动作并加工零件。加工中心的零件加工程序，是从零件图纸到生成刀具轨迹的数控加工全过程，可通过手工编程或计算机自动编程来获得。然而，人工手动编程存在需要专业的编程技术人员、编程效率相对低下、程序可靠性受编程技术人员的经验限制等缺点，实际生产中偶尔刀具碰撞的情况；而采用计算机自动编程，虽然可以提高编程效率，但受算法局限、复杂零件程度、刀具种类多形状复查、机台夹具形状多变的因素影响，加工过程还是存在刀具碰撞的可能。
总之，目前不管通过手工编程或计算机自动编程，均不能杜绝刀具碰撞，而一旦发生碰撞，轻则损坏刀具、零件，重则损坏机台，是需要避免发生的。因此，为了避免现有技术中存在的缺点，提高装备的可靠性，有必要对现有技术做出改进。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种带视觉装置的加工中心运动定位数控***及方法,可预测且防止刀具产生碰撞。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种带视觉装置的加工中心运动定位数控***，包括加工中心数控子***、伺服驱动和位置检测子***、视觉检测子***，所述加工中心数控子***用于输入或生成刀具的加工程序，所述伺服驱动和位置检测子***为所述刀具提供动力并反馈所述刀具的各轴位置，所述视觉检测子***包括分别安装于所述刀具两侧的进行刀具周边环境图像采集的第一相机与第二相机，识别所述刀具末端的位置情况，并根据零件实时加工外形重构三维零件图，根据所述加工程序分析下一目标位置，计算出所述刀具的运行轨迹， 分析走刀轨迹与零件之间是否存在重叠区，再结合所述刀具的走刀方向是否为加工方向，进而预测下一步走刀是否安全。
进一步地，所述视觉检测子***还包括图像采集卡、第二通信模块、第二处理器、第二存储器，所述图像采集卡用于采集所述第一相机与第二相机的图像，所述第二处理器用于计算所述刀具的运行轨迹，并根据所述刀具的一下目标位置计算重叠部分，所述第二通信模块用于与所述加工中心数控子***、伺服驱动和位置检测子***进行数据通信。
更进一步地，所述伺服驱动和位置检测子***包括第三通信模块、伺服电机、位置检测反馈装置，所述第三通信模块用于与所述加工中心数控子***与视觉检测子***数据通信，所述伺服电机用于控制刀具运行，所述位置检测反馈装置用于反馈所述刀具各轴的位置信息。
更进一步地，所述加工中心数控子***包括第一显示器、第一通信模块、第一处理器以及第一存储器，所述第一显示器用于工人编程、监控运行状态，所述第一通信模块负责与所述伺服驱动和位置检测子***、视觉检测子***数据的传送与接收，所述第一处理器用于实时处理数据，所述第一存储器用于存储人工编写或者计算机自动编写的零件加工程序。
更进一步地，所述第一通信模块、第二通信模块、第三通信模块均为TCP/IP 通信模块、WIFI 通信模块、RFID 通信模块、蓝牙通信模块和GSM 通信模块中的任意一种或几种的组合。
本发明实施例还提供了一种带视觉装置的加工中心运动定位方法，包括以下步骤：
S1：获取零件加工程序；
S2：读取刀具路径代码，并进行运动分解；
S3：当第一相机图像中刀头被零件遮挡，采用第二相机的图像继续处理；否则采用第一相机的图像继续处理；
S4：以图像中刀具治具结合部为参考点，根据投影定理算出刀具当前坐标；
S5：计算出刀具目标坐标以及走刀轨迹；
S6：结合刀具的类型、零件实时形状，判断走刀轨迹是否存在碰撞危险，走刀轨迹在刀具加工方向时，刀头轨迹与零件形状重叠为正常加工状态，预判为安全；走刀轨迹在非刀具加工方向时，刀头轨迹与零件形状重叠为碰撞，预判为危险。
进一步地，还包括以下步骤：
加工中心数控子***走刀前安全判断，安全发出各轴运动控制信号至伺服驱动和位置检测子***，驱动各伺服轴运动，执行单行走刀；否则暂停走刀，并发出报警信号。
更进一步地，所述步骤S2还包括根据所述路径代码获得刀具种类、目标位置、加工速度的信息。
更进一步地，还包括分别设置于刀具两侧通过所述第一相机与第二相机对刀具加工过程进行拍照成像。
更进一步地，还包括以下步骤：
判断如果是初始刀具或者刚更换刀具，采用进刀前的图像，以刀具治具结合部为参考点，算出刀具的长度、末端直径；否则进行滤除图像中的粒状、条形金属屑的图像处理。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：通过引入视觉检测装置，并在原有工作流程中加入图像处理、走刀前碰撞预判、安全/危险连锁等工作流程，达到预判并防止碰撞的效果，极大提高了加工中心的安全性、稳定性，同时也提升了加工中心的智能化。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的***结构框图；
图3为加工中心数控子***的工作流程图；
图4为视觉检测子***的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参照图1所示的结构示意图。
本发明实施例的一种带视觉装置的加工中心运动定位数控***及方法，包括加工中心数控子***1、伺服驱动和位置检测子***2、机床3、视觉检测子***4，参照图1，所述加工中心数控子***1分别与伺服驱动和位置检测子***2、视觉检测子***4相连，所述伺服驱动和位置检测子***2与机床3相连，所述机床3的输出与视觉检测子***4的输入相连。
数控加工中心子***中，第一处理器5分别与第一显示器7、第一存储器6、第一通信模块8相连，第一处理器5为数控加工中心子***的控制核心，用于实时处理数据；第一显示器7用于工人编程、监控数控加工中心运行状态；第一存储器6用于存储人工编写或者计算机自动编写的零件加工程序；第一通信模块8负责数据的传送与接收，它通过第三通信模块9进而与伺服驱动与位置检测子***相连，所述第一通信模块8通过第二通信模块18进而与视觉检测子***4相连。
伺服驱动与位置检测子***中，伺服电机10为电气传动单元，负责提供动力；位置检测反馈装置11负责实时反馈各轴位置，是形成闭环定位的重要环节；第三通信模块9的输出通过伺服电机10进而与机床3的输入相连，所述机床3的输出通过位置检测反馈装置11进而与第三通信模块9的输入相连，由此形成位置闭环控制回路。
视觉检测子***4中，第一相机13、第二相机12倾斜安装于刀具旁边两侧，用于对刀具、加工过程的实时拍照成像，加工过程当一侧成像发现刀头被零件遮挡时，另一侧成像中刀头便不会被零件遮挡，由此可选择刀头不被零件遮挡的成像，进行图像处理；第一相机13、第二相机12相连分别与图像采集卡14相连，图像采集卡14用于采集图像；第二处理器15分别与图像采集卡14、第二显示器16、第二存储器17、第二通信模块18相连，第二处理器15负责图像的解析、运算、视觉检测子流程的处理，是视觉检测子***4的控制核心；第二显示器16用于调试、实时图像显示；第二存储器17负责存储图形、图像处理子程序、运算数据。
第一通信模块、第二通信模块、第三通信模块均为TCP/IP 通信模块、WIFI 通信模块、RFID 通信模块、蓝牙通信模块和GSM 通信模块中的任意一种或几种的组合。
相对应的，本发明实施例提供了一种带视觉装置的加工中心运动定位方法，包括以下步骤：
(1)开始加工零件时，从程序库读取零件加工程序；
(2)逐行读取刀具路径代码，同时开启视觉检测自流程；
(3)读取刀具路径代码，获得刀具种类、目标位置、加工速度的信息；
(4)运动分解；
(5)PWM脉冲调制，算出各轴进给量及速度；
(6)从视觉检测子***4获取安全/危险的预判信号；
(7)加工中心数控子***1走刀前安全判断，安全发出各轴运动控制信号至伺服驱动和位置检测子***2，驱动各伺服轴运动，执行单行走刀；否则暂停走刀，并发出报警信号；
(8)重复步骤(2)~(7)，至零件加工程序最后一行；
(9)完成零件加工后停车。
视觉检测子***4的工作流程如图4所示，包括以下步骤：
(10)第一相机13、第二相机12实时拍照，采集图像；
(11)读取刀具路径代码，获得刀具种类、目标位置、加工速度的信息；
(12)如果是初始刀具或者刚更换刀具，采用进刀前的图像，以刀具治具结合部为参考点，算出刀具的长度、末端直径；否则进行滤除图像中的粒状、条形金属屑的图像处理；
(13)如果第一相机13图像中刀头不被零件遮挡，采用第一相机13的图像继续处理；否则采用第二相机12的图像继续处理；
(14)以图像中刀具治具结合部为参考点，根据投影定理算出刀具当前坐标（Xn,Yn,Zn）；
(15)算出刀具目标位坐标（Xn+1,Yn+1,Zn+1）、走刀轨迹；
(16)结合刀具类型、走刀轨迹、零件实时形状，判断走刀轨迹上是否存在碰撞危险：走刀轨迹在刀具加工方向时，刀头轨迹与零件形状重叠为正常加工状态，预判为安全；走刀轨迹在非刀具加工方向时，刀头轨迹与零件形状重叠为碰撞，预判为危险。
(17)视觉检测子***4发出安全/危险的预判信号至加工中心数控子***1。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种带视觉装置的加工中心运动定位数控***，其特征在于，包括加工中心数控子***、伺服驱动和位置检测子***、视觉检测子***，所述加工中心数控子***用于输入或生成刀具的加工程序，所述伺服驱动和位置检测子***为所述刀具提供动力并反馈所述刀具的各轴位置，所述视觉检测子***包括分别安装于所述刀具两侧的进行刀具周边环境图像采集的第一相机与第二相机，识别所述刀具末端的位置情况，并根据零件实时加工外形重构三维零件图，根据所述加工程序分析下一目标位置，计算出所述刀具的运行轨迹，分析走刀轨迹与零件之间是否存在重叠区，再结合所述刀具的走刀方向是否为加工方向，进而预测下一步走刀是否安全。
2.根据权利要求1所述的带视觉装置的加工中心运动定位数控***，其特征在于，所述视觉检测子***还包括图像采集卡、第二通信模块、第二处理器、第二存储器，所述图像采集卡用于采集所述第一相机与第二相机的图像，所述第二处理器用于计算所述刀具的运行轨迹，并根据所述刀具的一下目标位置计算重叠部分，所述第二通信模块用于与所述加工中心数控子***、伺服驱动和位置检测子***进行数据通信。
3.根据权利要求2所述的带视觉装置的加工中心运动定位数控***，其特征在于，所述伺服驱动和位置检测子***包括第三通信模块、伺服电机、位置检测反馈装置，所述第三通信模块用于与所述加工中心数控子***与视觉检测子***数据通信，所述伺服电机用于控制刀具运行，所述位置检测反馈装置用于反馈所述刀具各轴的位置信息。
4.根据权利要求3所述的带视觉装置的加工中心运动定位数控***，其特征在于，所述加工中心数控子***包括第一显示器、第一通信模块、第一处理器以及第一存储器，所述第一显示器用于工人编程、监控运行状态，所述第一通信模块负责与所述伺服驱动和位置检测子***、视觉检测子***进行数据的传送与接收，所述第一处理器用于实时处理数据，所述第一存储器用于存储人工编写或者计算机自动编写的零件加工程序。
5.根据权利要求4所述的带视觉装置的加工中心运动定位数控***，其特征在于，所述第一通信模块、第二通信模块、第三通信模块均为TCP/IP通信模块、WIFI通信模块、RFID通信模块、蓝牙通信模块和GSM通信模块中的任意一种或几种的组合。
6.一种带视觉装置的加工中心运动定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取零件加工程序；
S2：读取刀具路径代码，并进行运动分解；
S3：当第一相机图像中刀头被零件遮挡，采用第二相机的图像继续处理；否则采用第一相机的图像继续处理；
S4：以图像中刀具治具结合部为参考点，根据投影定理算出刀具当前坐标；
S5：计算出刀具目标坐标以及走刀轨迹；
S6：结合刀具的类型、零件实时形状，判断走刀轨迹是否存在碰撞危险，走刀轨迹在刀具加工方向时，刀头轨迹与零件形状重叠为正常加工状态，预判为安全；走刀轨迹在非刀具加工方向时，刀头轨迹与零件形状重叠为碰撞，预判为危险。
7.根据权利要求6所述的带视觉装置的加工中心运动定位方法，其特征在于，还包括以下步骤：
加工中心数控子***走刀前安全判断，安全发出各轴运动控制信号至伺服驱动和位置检测子***，驱动各伺服轴运动，执行单行走刀；否则暂停走刀，并发出报警信号。
8.根据权利要求7所述的带视觉装置的加工中心运动定位方法，其特征在于，所述步骤S2还包括根据所述路径代码获得刀具种类、目标位置、加工速度的信息。
9.根据权利要求8所述的带视觉装置的加工中心运动定位方法，其特征在于，还包括分别设置于刀具两侧通过所述第一相机与第二相机对刀具加工过程进行拍照成像。
10.根据权利要求9所述的带视觉装置的加工中心运动定位方法，其特征在于，还包括以下步骤：判断如果是初始刀具或者刚更换刀具，采用进刀前的图像，以刀具治具结合部为参考点，算出刀具的长度、末端直径；否则进行滤除图像中的粒状、条形金属屑的图像处理。
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