專利名稱：一種數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床、圖像信息處理和工業(yè)控制技術(shù)，具體為一種數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具。
背景技術(shù)：
數(shù)控機(jī)床是一種集機(jī)、電、液于一身的現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備，是現(xiàn)代制造加工中的重要裝備。普通數(shù)控機(jī)床加工的精度可以達(dá)到微米級(jí)。數(shù)控機(jī)床進(jìn)行一段時(shí)間加工過程后，由于刀具加工磨損、機(jī)床部件間磨損等原因，需要人工定時(shí)檢查刀具，或者檢測(cè)工件加工尺寸精度，用來確定刀具或者機(jī)床加工部件是否出現(xiàn)磨損，需要定時(shí)更換刀具或者需要進(jìn)行機(jī)床精度的檢測(cè)，否則將出現(xiàn)工件加工超差，造成廢件或者刀具斷裂等事故。定時(shí)更換刀具能較好的防止工件報(bào)廢。但是出現(xiàn)機(jī)床部件間的故障等則無法修復(fù)，并且對(duì)未磨損刀具的廢棄也是一種較為浪費(fèi)的現(xiàn)象；人工干預(yù)刀具磨損情況和機(jī)床磨損情況判斷，往往需要停機(jī)，拆裝刀具，或者進(jìn)行加工件的尺寸測(cè)量，停止機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)，將耗費(fèi)大量的機(jī)床加工工時(shí)，降低機(jī)床的加工效率。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具，該工具可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除刀具磨損等問題，提高數(shù)控機(jī)床的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具， 其特征在于該診斷修復(fù)工具主要包括圖像傳感器、圖像采集信息處理單元、兩個(gè)無線收發(fā)模塊和光源，圖像傳感器通過第一類總線與圖像采集信息處理單元連接，一個(gè)無線收發(fā)模塊通過RS232總線與圖像采集信息處理單元連接，光源通過電纜與圖像采集信息處理單連接，另一個(gè)無線收發(fā)模塊通過第二類總線與數(shù)控系統(tǒng)連接；圖像傳感器采用面陣CCD攝像機(jī)或者CMOS攝像機(jī)，圖像采集信息處理單元由嵌入式ARM機(jī)或小型PC機(jī)構(gòu)成，內(nèi)部配置圖像采集軟件和圖像處理軟件。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具將圖像傳感器、圖像采集處理單元和光源集成為一體，因而具有了獨(dú)立進(jìn)行圖像采集處理分析的特點(diǎn)，形成了一個(gè)完整獨(dú)立的測(cè)量工具，利用一個(gè)無線收發(fā)模塊，可以將補(bǔ)償變量送入數(shù)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工過程中的工件診斷修復(fù)功能；同時(shí)本發(fā)明診斷修復(fù)工具設(shè)計(jì)為一把刀具的形式，可固定在刀柄上，裝夾方便，調(diào)用快捷，通用性好。


圖1為本發(fā)明數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2為本發(fā)明數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具一種實(shí)施例的連接原理圖；圖3為本發(fā)明數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具一種實(shí)施例的軟件檢測(cè)流程框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。實(shí)施例僅用于詳細(xì)說明本發(fā)明，并不限制本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍。本發(fā)明設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具(簡(jiǎn)稱診斷修復(fù)工具，參見圖1-3)，其特征在于該診斷修復(fù)工具主要包括圖像傳感器1、圖像采集信息處理單元2、一個(gè)無線收發(fā)模塊3和另一個(gè)無線收發(fā)模塊5以及光源4 ；圖像傳感器1通過第一類總線與圖像采集信息處理單元2連接，一個(gè)無線收發(fā)模塊3通過RS232總線與圖像采集信息處理單元2連接， 光源4通過電纜與圖像采集信息處理單元2連接，另一個(gè)無線收發(fā)模塊5通過第二類總線與數(shù)控系統(tǒng)連接；圖像傳感器1采用面陣CCD攝像機(jī)或者CMOS攝像機(jī)；圖像采集信息處理單元2由嵌入式ARM機(jī)或者小型PC機(jī)構(gòu)成，內(nèi)部配置圖像采集軟件和圖像處理軟件。本發(fā)明診斷修復(fù)工具的光源4為面陣CXD攝像機(jī)攝像提供照明，面陣CXD攝像機(jī)通過第一類總線與圖像采集信息處理單元2相連，用來拍攝工件等的圖像；圖像采集處理單元2用于圖像數(shù)據(jù)的采集，并根據(jù)拍攝的圖像類型，對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別和判斷，選擇不同的圖像處理算法對(duì)故障進(jìn)行診斷，對(duì)圖像進(jìn)行分析處理；然后將處理結(jié)果送至一個(gè)無線收發(fā)模塊3 ；對(duì)于磨損故障檢測(cè)，需要拍攝磨損紋理時(shí)，將更換鏡頭，以清晰拍攝到紋理圖像。圖像采集信息處理單元2內(nèi)部配置圖像采集軟件和圖像處理軟件可以接收外部指令，進(jìn)行圖像采集的軟觸發(fā)，或者由硬件對(duì)相機(jī)進(jìn)行圖像采集硬觸發(fā)；采集到的圖像由圖像處理模塊進(jìn)行圖像預(yù)處理，特征提取，模式識(shí)別等處理。處理結(jié)果通過一個(gè)無線收發(fā)模塊3及時(shí)發(fā)送給與數(shù)控系統(tǒng)連接的另一個(gè)無線收發(fā)模塊5，并通過通信模塊的現(xiàn)場(chǎng)總線傳入數(shù)控系統(tǒng)的刀補(bǔ)變量中。一個(gè)無線收發(fā)模塊3與圖像采集信息處理單元2通過RS232總線連接，另一個(gè)無線收發(fā)模塊5通過第二類總線與數(shù)控系統(tǒng)連接，用于信息的傳遞或交換，即與數(shù)控系統(tǒng)連接的另一個(gè)無線收發(fā)模塊5接收與圖像采集處理單元2連接的一個(gè)無線收發(fā)模塊3發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并傳給數(shù)控系統(tǒng)，或者相反，將數(shù)控系統(tǒng)中發(fā)出的指令發(fā)送給圖像采集處理單元 2。所述的第一類總線根據(jù)不同圖像傳感器接口采用同軸電纜、USB、工業(yè)以太網(wǎng)、1394火線或者camlink總線。所述第二類總線根據(jù)不同數(shù)控系統(tǒng)類型采用現(xiàn)場(chǎng)總線、profibus-dp, profinet或工業(yè)以太網(wǎng)的通信形式；對(duì)于未提供第三方通信接口的數(shù)控系統(tǒng)，采用PLC I/ 0點(diǎn)模擬通信并行總線的通信方式。本發(fā)明診斷修復(fù)工具的進(jìn)一步特征是，所述的圖像傳感器1、圖像采集信息處理單元2、一個(gè)無線收發(fā)模塊3以及光源4裝配為一體結(jié)構(gòu)的刀具形式。這種刀具形式的診斷修復(fù)工具可像普通刀具一樣固定在刀柄上，可根據(jù)需要隨時(shí)從刀庫中調(diào)入工作刀位上，或者固定在刀塔上隨時(shí)調(diào)用轉(zhuǎn)換到工作刀位上。本發(fā)明診斷修復(fù)工具可以被用于多種數(shù)控加工機(jī)床上，實(shí)施例用于數(shù)控車床上 (參見圖1)，其他數(shù)控機(jī)床也可以類似使用。本實(shí)施例診斷修復(fù)工具應(yīng)用的數(shù)控車床具體為西門子840D數(shù)控系統(tǒng)車床，或者說數(shù)控系統(tǒng)為西門子840D開放式數(shù)控系統(tǒng)。所述圖像傳感器1采用面陣CXD攝像機(jī)，面陣CXD攝像機(jī)通過USB總線與所述的一個(gè)無線收發(fā)模塊 3通過RS232總線與嵌入式ARM機(jī)連接，圖像采集信息處理單元2 (嵌入式ARM機(jī))由外部供電，或者由電池供電。另一個(gè)無線收發(fā)模塊5通過profile-dp總線與數(shù)控系統(tǒng)的PLC連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)與圖像采集信息處理單元2之間的數(shù)據(jù)傳遞，包括控制指令的收發(fā)和處理結(jié)果的收發(fā)。本發(fā)明診斷修復(fù)工具的基本原理是，針對(duì)于數(shù)控機(jī)床加工中因刀具、機(jī)床磨損等原因造成的加工誤差，通過圖像傳感器1采集加工工件表面的紋理、加工工件、加工基準(zhǔn)和數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件等的圖像，由圖像采集信息處理單元2內(nèi)的分析軟件模塊對(duì)采集的圖像進(jìn)行模式識(shí)別，幾何元素評(píng)定等處理，判斷刀具的磨損程度、工件尺寸是否存在偏差、機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件是否存在故障異常等，并將故障按等級(jí)值傳遞給數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)專家?guī)靵泶_定加工的刀具補(bǔ)償增量、進(jìn)行換刀和停機(jī)報(bào)警等，提高加工安全性、加工精度，避免加工廢件的產(chǎn)生。顯然，通過調(diào)整圖像傳感器1拍攝范圍和分析軟件，本發(fā)明工具可以用來檢測(cè)數(shù)控機(jī)床的其他故障信息。與數(shù)控機(jī)床接口相連接的另一個(gè)無線收發(fā)模塊5接收到信號(hào)后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)控機(jī)床接口 PLC端，根據(jù)不同數(shù)控系統(tǒng)類型采用多種通信形式，包括現(xiàn)場(chǎng)總線、 profibus-dp、profinet或工業(yè)以太網(wǎng)；對(duì)于未提供第三方通信接口的數(shù)控系統(tǒng)，采用PLC I/O點(diǎn)模擬通信并行總線的通信方式，將接收到的圖像采集信息處理單元2的處理結(jié)果數(shù)據(jù)傳送到CNC的PLC中，CNC的PLC部分根據(jù)所使用的通信方式編寫數(shù)據(jù)接收的梯形圖程序，將圖像處理結(jié)果接收入PLC并通過CNC內(nèi)部總線完成NC-PLC數(shù)據(jù)通信功能，將數(shù)據(jù)寫入NC變量中，普適性的實(shí)現(xiàn)為寫入用戶R變量中以供數(shù)控程序使用，也可以根據(jù)具體要求寫入刀補(bǔ)變量等系統(tǒng)變量，從而完成使用圖像傳感器實(shí)現(xiàn)集成刀補(bǔ)修復(fù)功能。本發(fā)明診斷修復(fù)工具的補(bǔ)償信號(hào)通過數(shù)控機(jī)床的接口 PLC端進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)，利用修改數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的R變量或者刀補(bǔ)變量等方式來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的加工偏差補(bǔ)償。在使用中， 不需要修改加工程序和數(shù)控機(jī)床本身的運(yùn)行指令，只需要對(duì)數(shù)控機(jī)床的PLC(可編程控制器)的原有梯形圖添加相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入輸出程序即可實(shí)現(xiàn)偏差修復(fù)功能。因此本發(fā)明對(duì)原有數(shù)控系統(tǒng)和加工程序不發(fā)生影響，只需要增加一些小型附件，降低了修復(fù)裝置成本，提高了加工精度，并具有很強(qiáng)通用性。本發(fā)明診斷修復(fù)工具使用時(shí)，程序軟件具體包括下列步驟(參見圖3)1.先把診斷修復(fù)工具安裝在刀柄上，然后放置于刀庫或者刀塔中；2.停止當(dāng)前數(shù)控加工程序，調(diào)用換刀指令，將工具調(diào)裝到工作刀位；3.下達(dá)數(shù)控程序運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)指令，通過一個(gè)無線收發(fā)模塊3和另一個(gè)無線收發(fā)模塊5將控制指令傳送到圖像采集信息處理單元2 ；4.診斷修復(fù)工具進(jìn)入工作位置后，圖像采集信息處理單元2開啟圖像采集功能和圖像對(duì)焦程序；未對(duì)焦，則通過無線收發(fā)模塊3發(fā)出驅(qū)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)工作的指令；5.數(shù)控系統(tǒng)收到工作指令后，驅(qū)動(dòng)診斷修復(fù)工具移動(dòng)到工件上方，并驅(qū)動(dòng)面陣 CXD攝像機(jī)1逐漸接近工件，直至對(duì)焦完成；否則回到上一步；6.圖像采集信息處理單元2采集清晰圖像，并進(jìn)行圖像處理分析，得到刀具磨損程度，轉(zhuǎn)換成磨損當(dāng)量值，再通過一個(gè)無線收發(fā)模塊3和另一個(gè)無線收發(fā)模塊5傳送到840D 數(shù)控系統(tǒng)的刀補(bǔ)變量中；7.完成刀具磨損檢測(cè)程序后，啟動(dòng)數(shù)控修復(fù)程序，對(duì)檢測(cè)工件表面進(jìn)行修復(fù)操作， 進(jìn)行換刀，利用當(dāng)前修改的刀補(bǔ)值，進(jìn)行零進(jìn)給切削加工，或者下一步加工，直至完成工件加工修復(fù)任務(wù)。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具，其特征在于該診斷修復(fù)工具主要包括圖像傳感器、圖像采集信息處理單元、兩個(gè)無線收發(fā)模塊和光源，圖像傳感器通過第一類總線與圖像采集信息處理單元連接，一個(gè)無線收發(fā)模塊通過RS232總線與圖像采集信息處理單元連接，光源通過電纜與圖像采集信息處理單連接，另一個(gè)無線收發(fā)模塊通過第二類總線與數(shù)控系統(tǒng)連接；圖像傳感器采用面陣CCD攝像機(jī)或者CMOS攝像機(jī)，圖像采集信息處理單元由嵌入式ARM機(jī)或小型PC機(jī)構(gòu)成，內(nèi)部配置圖像采集軟件和圖像處理軟件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具，其特征在于所述第一類總線根據(jù)不同圖像傳感器接口采用同軸電纜、USB、工業(yè)以太網(wǎng)、1394火線或者camlink總線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具，其特征在于所述第二類總線根據(jù)不同數(shù)控系統(tǒng)類型采用現(xiàn)場(chǎng)總線、profibus-dp、profinet或工業(yè)以太網(wǎng)的通信形式；對(duì)于未提供第三方通信接口的數(shù)控系統(tǒng)，采用PLC I/O點(diǎn)模擬通信并行總線的通信方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具，其特征在于所述的圖像傳感器、圖像采集信息處理單元、一個(gè)無線收發(fā)模塊以及光源裝配為一體結(jié)構(gòu)的刀具形式。
全文摘要
本發(fā)明公開一種數(shù)控機(jī)床通用診斷修復(fù)工具，其特征在于該診斷修復(fù)工具主要包括圖像傳感器、圖像采集信息處理單元、兩個(gè)無線收發(fā)模塊和光源，圖像傳感器通過第一類總線與圖像采集信息處理單元連接，一個(gè)無線收發(fā)模塊通過RS232總線與圖像采集信息處理單元連接，光源通過電纜與圖像采集信息處理單元連接，另一個(gè)無線收發(fā)模塊通過第二類總線與數(shù)控系統(tǒng)連接；圖像傳感器采用面陣CCD攝像機(jī)或者CMOS攝像機(jī)，圖像采集信息處理單元由嵌入式ARM機(jī)或小型PC機(jī)構(gòu)成，內(nèi)部配置圖像采集軟件和圖像處理軟件。
文檔編號(hào)B23Q17/09GK102566504SQ20121001737
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者劉麗冰, 張宇, 彭凱, 楊偉東, 楊澤青, 陳英姝 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)