CN102566504B - 一种利用数控机床通用诊断修复工具进行加工修复的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种数控机床通用诊断修复工具，其特征在于该诊断修复工具主要包括图像传感器、图像采集信息处理单元、两个无线收发模块和光源，图像传感器通过第一类总线与图像采集信息处理单元连接，一个无线收发模块通过RS232总线与图像采集信息处理单元连接，光源通过电缆与图像采集信息处理单元连接，另一个无线收发模块通过第二类总线与数控系统连接；图像传感器采用面阵CCD摄像机或者CMOS摄像机，图像采集信息处理单元由嵌入式ARM机或小型PC机构成，内部配置图像采集软件和图像处理软件。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床、图像信息处理和工业控制技术，具体为一种数控机床通用诊断修复工具。
背景技术
数控机床是一种集机、电、液于一身的现代机电设备，是现代制造加工中的重要装备。普通数控机床加工的精度可以达到微米级。数控机床进行一段时间加工过程后，由于刀具加工磨损、机床部件间磨损等原因，需要人工定时检查刀具，或者检测工件加工尺寸精度，用来确定刀具或者机床加工部件是否出现磨损，需要定时更换刀具或者需要进行机床精度的检测，否则将出现工件加工超差，造成废件或者刀具断裂等事故。
定时更换刀具能较好的防止工件报废。但是出现机床部件间的故障等则无法修复，并且对未磨损刀具的废弃也是一种较为浪费的现象；人工干预刀具磨损情况和机床磨损情况判断，往往需要停机，拆装刀具，或者进行加工件的尺寸测量，停止机床的运转，将耗费大量的机床加工工时，降低机床的加工效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种数控机床通用诊断修复工具，该工具可及时发现并排除刀具磨损等问题，提高数控机床的加工精度和产品质量。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种数控机床通用诊断修复工具，其特征在于该诊断修复工具主要包括图像传感器、图像采集信息处理单元、两个无线收发模块和光源，图像传感器通过第一类总线与图像采集信息处理单元连接，一个无线收发模块通过RS232总线与图像采集信息处理单元连接，光源通过电缆与图像采集信息处理单连接，另一个无线收发模块通过第二类总线与数控系统连接；图像传感器采用面阵CCD摄像机或者CMOS摄像机，图像采集信息处理单元由嵌入式ARM机或小型PC机构成，内部配置图像采集软件和图像处理软件。
同现有技术相比，本发明数控机床通用诊断修复工具将图像传感器、图像采集处理单元和光源集成为一体，因而具有了独立进行图像采集处理分析的特点，形成了一个完整独立的测量工具，利用一个无线收发模块，可以将补偿变量送入数控系统中，实现机床加工过程中的工件诊断修复功能；同时本发明诊断修复工具设计为一把刀具的形式，可固定在刀柄上，装夹方便，调用快捷，通用性好。
附图说明
图1为本发明数控机床通用诊断修复工具一种实施例的结构组成示意图；
图2为本发明数控机床通用诊断修复工具一种实施例的连接原理图；
图3为本发明数控机床通用诊断修复工具一种实施例的软件检测流程框图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步详细描述本发明。实施例仅用于详细说明本发明，并不限制本申请权利要求保护范围。
本发明设计的数控机床通用诊断修复工具(简称诊断修复工具，参见图1-3)，其特征在于该诊断修复工具主要包括图像传感器1、图像采集信息处理单元2、一个无线收发模块3和另一个无线收发模块5以及光源4；图像传感器1通过第一类总线与图像采集信息处理单元2连接，一个无线收发模块3通过RS232总线与图像采集信息处理单元2连接，光源4通过电缆与图像采集信息处理单元2连接，另一个无线收发模块5通过第二类总线与数控系统连接；图像传感器1采用面阵CCD摄像机或者CMOS摄像机；图像采集信息处理单元2由嵌入式ARM机或者小型PC机构成，内部配置图像采集软件和图像处理软件。
本发明诊断修复工具的光源4为面阵CCD摄像机摄像提供照明，面阵CCD摄像机通过第一类总线与图像采集信息处理单元2相连，用来拍摄工件等的图像；图像采集处理单元2用于图像数据的采集，并根据拍摄的图像类型，对故障进行识别和判断，选择不同的图像处理算法对故障进行诊断，对图像进行分析处理；然后将处理结果送至一个无线收发模块3；对于磨损故障检测，需要拍摄磨损纹理时，将更换镜头，以清晰拍摄到纹理图像。图像采集信息处理单元2内部配置图像采集软件和图像处理软件可以接收外部指令，进行图像采集的软触发，或者由硬件对相机进行图像采集硬触发；采集到的图像由图像处理模块进行图像预处理，特征提取，模式识别等处理。处理结果通过一个无线收发模块3及时发送给与数控系统连接的另一个无线收发模块5，并通过通信模块的现场总线传入数控系统的刀补变量中。一个无线收发模块3与图像采集信息处理单元2通过RS232总线连接，另一个无线收发模块5通过第二类总线与数控系统连接，用于信息的传递或交换，即与数控系统连接的另一个无线收发模块5接收与图像采集处理单元2连接的一个无线收发模块3发送来的数据，并传给数控系统，或者相反，将数控系统中发出的指令发送给图像采集处理单元2。所述的第一类总线根据不同图像传感器接口采用同轴电缆、USB、工业以太网、1394火线或者camlink总线。所述第二类总线根据不同数控系统类型采用现场总线、profibus-dp、profinet或工业以太网的通信形式；对于未提供第三方通信接口的数控系统，采用PLC I/O点模拟通信并行总线的通信方式。
本发明诊断修复工具的进一步特征是，所述的图像传感器1、图像采集信息处理单元2、一个无线收发模块3以及光源4装配为一体结构的刀具形式。这种刀具形式的诊断修复工具可像普通刀具一样固定在刀柄上，可根据需要随时从刀库中调入工作刀位上，或者固定在刀塔上随时调用转换到工作刀位上。
本发明诊断修复工具可以被用于多种数控加工机床上，实施例用于数控车床上(参见图1)，其他数控机床也可以类似使用。本实施例诊断修复工具应用的数控车床具体为西门子840D数控系统车床，或者说数控系统为西门子840D开放式数控系统。所述图像传感器1采用面阵CCD摄像机，面阵CCD摄像机通过USB总线与所述的一个无线收发模块3通过RS232总线与嵌入式ARM机连接，图像采集信息处理单元2(嵌入式ARM机)由外部供电，或者由电池供电。另一个无线收发模块5通过profile-dp总线与数控系统的PLC连接，实现数控系统与图像采集信息处理单元2之间的数据传递，包括控制指令的收发和处理结果的收发。
本发明诊断修复工具的基本原理是，针对于数控机床加工中因刀具、机床磨损等原因造成的加工误差，通过图像传感器1采集加工工件表面的纹理、加工工件、加工基准和数控机床运动部件等的图像，由图像采集信息处理单元2内的分析软件模块对采集的图像进行模式识别，几何元素评定等处理，判断刀具的磨损程度、工件尺寸是否存在偏差、机床运动部件是否存在故障异常等，并将故障按等级值传递给数控系统，由数控系统专家库来确定加工的刀具补偿增量、进行换刀和停机报警等，提高加工安全性、加工精度，避免加工废件的产生。显然，通过调整图像传感器1拍摄范围和分析软件，本发明工具可以用来检测数控机床的其他故障信息。
与数控机床接口相连接的另一个无线收发模块5接收到信号后，将数据转发到数控机床接口PLC端，根据不同数控系统类型采用多种通信形式，包括现场总线、profibus-dp、profinet或工业以太网；对于未提供第三方通信接口的数控系统，采用PLC I/O点模拟通信并行总线的通信方式，将接收到的图像采集信息处理单元2的处理结果数据传送到CNC的PLC中，CNC的PLC部分根据所使用的通信方式编写数据接收的梯形图程序，将图像处理结果接收入PLC并通过CNC内部总线完成NC-PLC数据通信功能，将数据写入NC变量中，普适性的实现为写入用户R变量中以供数控程序使用，也可以根据具体要求写入刀补变量等系统变量，从而完成使用图像传感器实现集成刀补修复功能。
本发明诊断修复工具的补偿信号通过数控机床的接口PLC端进入数控系统，利用修改数控系统内部的R变量或者刀补变量等方式来实现机床的加工偏差补偿。在使用中，不需要修改加工程序和数控机床本身的运行指令，只需要对数控机床的PLC(可编程控制器)的原有梯形图添加相应的数据输入输出程序即可实现偏差修复功能。因此本发明对原有数控系统和加工程序不发生影响，只需要增加一些小型附件，降低了修复装置成本，提高了加工精度，并具有很强通用性。
本发明诊断修复工具使用时，程序软件具体包括下列步骤(参见图3)：
1.先把诊断修复工具安装在刀柄上，然后放置于刀库或者刀塔中；
2.停止当前数控加工程序，调用换刀指令，将工具调装到工作刀位；
3.下达数控程序运行状态检测指令，通过一个无线收发模块3和另一个无线收发模块5将控制指令传送到图像采集信息处理单元2；
4.诊断修复工具进入工作位置后，图像采集信息处理单元2开启图像采集功能和图像对焦程序；未对焦，则通过无线收发模块3发出驱动数控系统工作的指令；
5.数控系统收到工作指令后，驱动诊断修复工具移动到工件上方，并驱动面阵CCD摄像机1逐渐接近工件，直至对焦完成；否则回到上一步；
6.图像采集信息处理单元2采集清晰图像，并进行图像处理分析，得到刀具磨损程度，转换成磨损当量值，再通过一个无线收发模块3和另一个无线收发模块5传送到840D数控系统的刀补变量中；
7.完成刀具磨损检测程序后，启动数控修复程序，对检测工件表面进行修复操作，进行换刀，利用当前修改的刀补值，进行零进给切削加工，或者下一步加工，直至完成工件加工修复任务。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (4)
1.一种利用数控机床通用诊断修复工具进行加工修复的方法，其特征在于该诊断修复工具主要包括图像传感器、图像采集信息处理单元、两个无线收发模块和光源，图像传感器通过第一类总线与图像采集信息处理单元连接，第一无线收发模块（3）通过RS232 总线与图像采集信息处理单元连接，光源通过电缆与图像采集信息处理单元连接，第二无线收发模块通过第二类总线与数控系统连接；图像传感器采用面阵CCD 摄像机或者CMOS 摄像机，图像采集信息处理单元由嵌入式ARM机或小型PC 机构成，内部配置图像采集模块和图像处理模块，所述诊断修复工具使用时，具体包括下列步骤：
1）先把诊断修复工具安装在刀柄上，然后放置于刀库或者刀塔中；
2）停止当前数控加工步骤，调用换刀指令，将诊断修复工具调装到工作刀位；
3）下达数控系统运行状态检测指令，通过第一无线收发模块和第二无线收发模块将控制指令传送到图像采集信息处理单元；
4）诊断修复工具进入工作位置后，图像采集信息处理单元开启图像采集功能和图像对焦功能；未对焦，则通过第一无线收发模块（3）发出驱动数控系统工作的指令；
5）数控系统收到工作指令后，驱动诊断修复工具移动到工件上方，并驱动摄像机逐渐接近工件，直至对焦完成；否则回到上一步；
6）图像采集信息处理单元采集清晰图像，并进行图像处理分析，得到刀具磨损程度，转换成磨损当量值，再通过第一无线收发模块（3）和第二无线收发模块（5）传送到数控系统的刀补变量中；
7）完成刀具磨损检测步骤后，启动数控修复步骤，对检测工件表面进行修复操作，进行换刀，利用当前修改的刀补值，进行零进给切削加工，或者下一步加工，直至完成工件加工修复任务。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一类总线根据不同图像传感器接口采用同轴电缆、USB、工业以太网、1394火线或者camlink总线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第二类总线根据不同数控系统类型采用现场总线、profibus-dp、profinet或工业以太网的通信形式；对于未提供第三方通信接口的数控系统，采用PLC I/O点模拟通信并行总线的通信方式。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的图像传感器、图像采集信息处理单元、第一无线收发模块（3）以及光源装配为一体结构的刀具形式。
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