CN101488017B - 基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，包括读取和解析加工文件的指令拍照信息、进行拍照点定位标识扫描纠正、读取和解析加工文件的刀具路径检查信息、进行刀具路径实时控制检查、读取和解析加工文件的刀具路径信息、进行机床刀具运动控制。采用了该种基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，能够在较高精度范围内加工出符合当前实际情况的零件，实现了对刀具路径的实时纠正，能灵活选择相应的加工方式、定义路径单元的数目及设定加工状态，在保证加工精度的前提下提高了加工的效率，简化了操作控制的步骤，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为数控机床刀路控制技术的进一步发展奠定了坚实的基础。

Description

基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法

技术领域

本发明涉及数控机床领域，特别涉及数控机床加工刀具控制技术领域，具体是指一种基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法。

背景技术

制造业是国民经济的基础产业，制造业的水平高低是衡量一个国家工业发达程度的重要标志。数控机床质量水平的高低，关系着国家制造业水平的高低。

在使用数控机床进行机械加工的过程中，有一类零件，比如手机面板，其轮廓已经丝印在工件板上了，因此必须严格按照丝印板上的轮廓走刀，才能加工出合乎要求的零件。但是由于工件的安装误差，以及轮廓的丝印误差的存在，使得实际轮廓位置与理论刀具加工路径不可能完全重合。因此需要根据工件的安装情况及轮廓的丝印情况实时调整刀具加工路径。

现有技术中，是由定位销来实现轮廓定位的。加工不同的工件就需要在不同的位置安装定位销。显然这种方式有悖于数控技术柔性化的特点。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够有效根据加工零件的安装位置对刀具路径实时纠正的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法。

为了实现上述的目的，本发明的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法如下：

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)数控机床系统对加工文件进行指令拍照信息读取和解析操作处理；

(2)数控机床系统根据解析结果进行拍照点定位标识扫描纠正处理；

(3)如果加工文件中的指令拍照信息未解析完毕，则重复上述步骤(1)；

(4)如果加工文件中的指令拍照信息解析完毕，则数控机床系统对加工文件进行刀具路径检查信息读取和解析操作处理；

(5)数控机床系统根据解析结果进行刀具路径实时控制检查处理；

(6)如果加工文件中的刀具路径检查信息未解析完毕，则数控机床系统继续对加工文件进行刀具路径检查信息读取和解析操作处理，并重复上述步骤(5)；

(7)如果加工文件中的刀具路径检查信息解析完毕，则数控机床对加工文件进行刀具路径信息读取和解析操作处理；

(8)数控机床系统根据解析结果进行机床刀具运动控制处理；

(9)如果加工文件中的刀具路径信息未解析完毕，则数控机床系统继续对加工文件进行刀具路径信息读取和解析操作处理，并重复上述步骤(8)；

(10)如果加工文件中的刀具路径检查信息解析完毕，则结束。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的加工文件可以为双拍照点方式加工文件，其中包括以下部分：

(1)初始加工指令拍照点部分；

(2)后续加工指令拍照点部分；

(3)刀具路径检查点部分；

(4)刀具路径部分。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的初始加工指令拍照点部分包括数个拍照组，每个拍照组中包括两个指令拍照点和一个位置计算通知命令消息。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的后续加工指令拍照点部分包括一个拍照组，该拍照组中包括两个彼此空间距离最大的指令拍照点和一个位置计算通知命令消息。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的指令拍照点具有位置属性和用途属性。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的用途属性可以为初始加工类型、后续加工类型或者刀具路径检查类型，初始加工指令拍照点部分中的每个指令拍照点的用途属性均为初始加工类型属性，且初始加工指令拍照点部分中两个彼此空间距离最大的指令拍照点的用途属性还同时为后续加工类型属性，该初始加工指令拍照点部分中两个彼此空间距离最大的指令拍照点与所述的后续加工指令拍照点部分中的两个指令拍照点相对应。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的位置计算通知命令消息中记录有本组中的两个指令拍照点的ID信息、被纠正对象ID信息和用途信息。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的刀具路径检查点部分包括数个拍照组，每个拍照组中包括两个检查拍照点。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的检查拍照点具有位置属性和路径检查属性。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的刀具路径部分包括数个刀具路径单元。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的对加工文件进行指令拍照信息读取和解析操作处理，包括以下步骤：

(11)数控机床系统判断系统当前加工状态；

(12)如果当前加工状态为初始加工状态，则读取并解析该加工文件中的初始加工指令拍照点部分；

(13)当解析到指令拍照点时，则产生拍照指令；当解析到位置计算通知命令消息时，则产生位置计算通知命令；

(14)如果当前加工状态为后续加工状态，则读取并解析该加工文件中的后续加工指令拍照点部分；

(15)当解析到指令拍照点时，则产生拍照指令；当解析到位置计算通知命令消息时，则产生位置计算通知命令。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的步骤(11)前还包括以下步骤：

(10)数控机床系统根据操作人员的输入信息设定系统当前加工状态为初始加工状态或者后续加工状态。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的进行拍照点定位标识扫描纠正处理，包括以下步骤：

(21)数控机床系统根据所接收到的拍照指令，驱动运动执行机构运动到相应的指令拍照点所指定的位置并进行拍照操作；

(22)数控机床系统对拍照得到的图像进行匹配，并计算出图像中的定位标识的位置偏移以及该定位标识的实际坐标位置；

(23)数控机床系统以指令拍照点ID信息为索引记录下该定位标识的理论位置和实际位置；

(24)数控机床系统判断系统当前加工状态；

(25)如果当前加工状态为初始加工状态，则数控机床系统还记录下具有后续加工类型属性的指令拍照点ID信息；

(26)数控机床系统根据所接收到的位置计算通知命令，以该命令中的两个指令拍照点ID信息为索引取出所记录的所述的定位标识的理论位置和实际位置；

(27)根据所述的理论位置和实际位置计算出第一变换矩阵，并将该第一变换矩阵作用于相应的被纠正对象，将该被纠正对象从理论位置纠正到实际位置；

(28)数控机床系统以所述的被纠正的对象ID信息为索引记录下所述的第一变换矩阵；

(29)如果当前加工状态为后续加工状态，则数控机床系统以所述的具有后续加工类型属性的指令拍照点ID为索引取出初始加工状态下所记录的所述的定位标识的第一实际位置，并根据所接收到的位置计算通知命令，以该命令中的两个指令拍照点ID信息为索引取出所记录的所述的定位标识的第二实际位置；

(30)根据所述的第一实际位置和第二实际位置计算出第二变换矩阵，并将该第二变换矩阵和所述的第一变换矩阵同时作用于相应的被纠正对象，将该被纠正对象从理论位置纠正到当前加工的第二实际位置。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的对加工文件进行刀具路径检查信息读取和解析操作处理，包括以下步骤：

(41)数控机床系统读取并解析该加工文件中的刀具路径检查点部分；

(42)当解析到检查拍照点时，则产生刀具路径检查指令。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的进行刀具路径实时控制检查处理，具体为：

数控机床系统根据所接收到的刀具路径检查指令，驱动运动执行机构运动到相应的检查拍照点所指定的位置。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的加工文件也可以为单拍照点方式加工文件，其中包括以下部分：

(1)指令拍照点部分；

(2)刀具路径检查点部分；

(3)刀具路径部分。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的指令拍照点部分包括数个指令拍照点和位置计算通知命令消息。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的指令拍照点具有位置属性、用途属性和被纠正对象ID信息。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的用途属性为初始加工类型、后续加工类型或者刀具路径检查类型，每个指令拍照点的用途属性均为初始加工类型属性，两个彼此空间距离最大的指令拍照点的用途属性还同时为后续加工类型属性。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的位置计算通知命令消息中记录有全局指令拍照点的ID信息、被纠正对象ID信息和用途信息。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的刀具路径检查点部分包括数个检查拍照点。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的检查拍照点具有位置属性和路径检查属性。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的刀具路径部分包括数个刀具路径单元。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的对加工文件进行指令拍照信息读取和解析操作处理，包括以下步骤：

(11)数控机床系统读取并解析该加工文件中的指令拍照点部分；

(12)当解析到指令拍照点时，判断系统当前加工状态和该指令拍照点的用途属性；

(13)如果当前加工状态为初始加工状态，且该指令拍照点的用途属性为初始加工类型属性，则产生拍照指令；

(14)如果当前加工状态为后续加工状态，且该指令拍照点的用途属性为后续加工类型属性，则产生拍照指令；

(15)当解析到位置计算通知命令消息时，则产生位置计算通知命令。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的步骤(11)前还包括以下步骤：

(10)数控机床系统根据操作人员的输入信息设定系统当前加工状态为初始加工状态或者后续加工状态。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的进行拍照点定位标识扫描纠正处理，包括以下步骤：

(21)数控机床系统根据所接收到的拍照指令，驱动运动执行机构运动到相应的指令拍照点所指定的位置并进行拍照操作；

(22)数控机床系统对拍照得到的图像进行匹配，并计算出图像中的定位标识的位置偏移以及该定位标识的实际坐标位置；

(23)数控机床系统以指令拍照点ID信息为索引记录下该定位标识的实际位置；

(24)数控机床系统判断系统当前加工状态；

(25)如果当前加工状态为初始加工状态，则数控机床系统以指令拍照点ID信息为索引记录下该定位标识的理论位置、实际位置以及具有后续加工类型属性的指令拍照点ID信息；

(26)数控机床系统根据所接收到的位置计算通知命令，以两个具有后续加工类型属性的指令拍照点ID信息为索引取出所记录的所述的定位标识的理论位置和实际位置；

(27)根据所述的理论位置和实际位置计算出第一变换矩阵，并将该第一变换矩阵作用于相应的被纠正对象，将该被纠正对象从理论位置纠正到实际位置；

(28)数控机床系统以所述的被纠正的对象ID信息为索引记录下所述的第一变换矩阵；

(29)如果当前加工状态为后续加工状态，则数控机床系统以所述的具有后续加工类型属性的指令拍照点ID为索引取出初始加工状态下所记录的所述的定位标识的第一实际位置，并根据所接收到的位置计算通知命令，以该命令中的指令拍照点ID信息为索引取出所记录的所述的定位标识的第二实际位置；

(30)根据所述的第一实际位置和第二实际位置计算出第二变换矩阵，并将该第二变换矩阵和所述的第一变换矩阵同时作用于相应的被纠正对象，将该被纠正对象从理论位置纠正到当前加工的第二实际位置。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的对加工文件进行刀具路径检查信息读取和解析操作处理，包括以下步骤：

(41)数控机床系统读取并解析该加工文件中的刀具路径检查点部分；

(42)当解析到检查拍照点时，则产生刀具路径检查指令。

该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中的进行刀具路径实时控制检查处理，具体为：

数控机床系统根据所接收到的刀具路径检查指令，驱动运动执行机构运动到相应的检查拍照点所指定的位置。

采用了该发明的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，由于其在进行工件加工过程中首先通过机械视觉扫描定位标识确定轮廓的实际位置，然后纠正理论刀具加工路径，最后按照纠正后的刀具加工路径进行走刀加工，从而确保能够在较高精度范围内加工出符合当前实际情况的零件，并通过文件结构与控制系统的密切结合，实现了对刀具路径的实时纠正，而且操作人员可以根据丝印的实际情况灵活选择不同的加工方式、定义路径单元及设定加工状态，从而在保证加工精度的前提下提高了加工的效率，简化了操作控制的步骤，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为数控机床刀路控制技术的进一步发展奠定了坚实的基础。

附图说明

图1为数控机床上加工的实际工件示意图。

图2为本发明的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中双拍照点方式加工文件结构示意图。

图3为本发明的采用双拍照点方式的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法的流程示意图。

图4为本发明的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法中单拍照点方式加工文件结构示意图。

图5为本发明的采用单拍照点方式的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法的流程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1至图3所示，在采用双拍照点方式的情况下，该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其中包括以下步骤：

(1)数控机床系统对加工文件进行指令拍照信息读取和解析操作处理；该加工文件为单拍照点方式加工文件，其中包括以下部分：

(a)初始加工指令拍照点部分，该初始加工指令拍照点部分包括数个拍照组，每个拍照组中包括两个指令拍照点和一个位置计算通知命令消息；

(b)后续加工指令拍照点部分，该后续加工指令拍照点部分包括一个拍照组，该拍照组中包括两个彼此空间距离最大的指令拍照点和一个位置计算通知命令消息；其中，该指令拍照点具有位置属性和用途属性，所述的用途属性可以为初始加工类型、后续加工类型或者刀具路径检查类型；初始加工指令拍照点部分中的每个指令拍照点的用途属性均为初始加工类型属性，且初始加工指令拍照点部分中两个彼此空间距离最大的指令拍照点的用途属性还同时为后续加工类型属性，该初始加工指令拍照点部分中两个彼此空间距离最大的指令拍照点与所述的后续加工指令拍照点部分中的两个指令拍照点相对应；该位置计算通知命令消息中记录有被纠正对象ID信息、本组中的两个指令拍照点的ID信息和用途信息；

(c)刀具路径检查点部分，该刀具路径检查点部分包括数个拍照组，每个拍照组中包括两个检查拍照点；所述的检查拍照点具有位置属性和路径检查属性；

(d)刀具路径部分，该刀具路径部分包括数个刀具路径单元；所述的对加工文件进行指令拍照信息读取和解析操作处理，包括以下步骤：

(a)数控机床系统可以根据操作人员的输入信息设定系统当前加工状态为初始加工状态或者后续加工状态；

(b)数控机床系统判断系统当前加工状态；

(c)如果当前加工状态为初始加工状态，则读取并解析该加工文件中的初始加工指令拍照点部分；

(d)当解析到指令拍照点时，则产生拍照指令；当解析到位置计算通知命令消息时，则产生位置计算通知命令；

(e)如果当前加工状态为后续加工状态，则读取并解析该加工文件中的后续加工指令拍照点部分；

(f)当解析到指令拍照点时，则产生拍照指令；当解析到位置计算通知命令消息时，则产生位置计算通知命令；

(2)数控机床系统根据解析结果进行拍照点定位标识扫描纠正处理，包括以下步骤：

(a)数控机床系统根据所接收到的拍照指令，驱动运动执行机构运动到相应的指令拍照点所指定的位置并进行拍照操作；

(b)数控机床系统对拍照得到的图像进行匹配，并计算出图像中的定位标识的位置偏移以及该定位标识的实际坐标位置；

(c)数控机床系统以指令拍照点ID信息为索引记录下该定位标识的理论位置和实际位置；

(d)数控机床系统判断系统当前加工状态；

(e)如果当前加工状态为初始加工状态，则数控机床系统还记录下具有后续加工类型属性的指令拍照点ID信息；

(f)数控机床系统根据所接收到的位置计算通知命令，以该命令中的两个指令拍照点ID信息为索引取出所记录的所述的定位标识的理论位置和实际位置；

(g)根据所述的理论位置和实际位置计算出第一变换矩阵，并将该第一变换矩阵作用于相应的被纠正对象，将该被纠正对象从理论位置纠正到实际位置；

(h)数控机床系统以所述的被纠正的对象ID信息为索引记录下所述的第一变换矩阵；

(i)如果当前加工状态为后续加工状态，则数控机床系统以所述的具有后续加工类型属性的指令拍照点ID为索引取出初始加工状态下所记录的所述的定位标识的第一实际位置，并根据所接收到的位置计算通知命令，以该命令中的两个指令拍照点ID信息为索引取出所记录的所述的定位标识的第二实际位置；

(j)根据所述的第一实际位置和第二实际位置计算出第二变换矩阵，并将该第二变换矩阵和所述的第一变换矩阵同时作用于相应的被纠正对象，将该被纠正对象从理论位置纠正到当前加工的第二实际位置；

(3)如果加工文件中的指令拍照信息未解析完毕，则重复上述步骤(1)；

(4)如果加工文件中的指令拍照信息解析完毕，则数控机床系统对加工文件进行刀具路径检查信息读取和解析操作处理，包括以下步骤：

(a)数控机床系统读取并解析该加工文件中的刀具路径检查点部分；

(b)当解析到检查拍照点时，则产生刀具路径检查指令；

(5)数控机床系统根据解析结果进行刀具路径实时控制检查处理，具体为：

数控机床系统根据所接收到的刀具路径检查指令，驱动运动执行机构运动到相应的检查拍照点所指定的位置；

(6)如果加工文件中的刀具路径检查信息未解析完毕，则数控机床系统继续对加工文件进行刀具路径检查信息读取和解析操作处理，并重复上述步骤(5)；

(7)如果加工文件中的刀具路径检查信息解析完毕，则数控机床对加工文件进行刀具路径信息读取和解析操作处理；

(8)数控机床系统根据解析结果进行机床刀具运动控制处理；

(9)如果加工文件中的刀具路径信息未解析完毕，则数控机床系统继续对加工文件进行刀具路径信息读取和解析操作处理，并重复上述步骤(8)；

(10)如果加工文件中的刀具路径检查信息解析完毕，则结束。

再请参阅图4和图5所示，在采用单拍照点方式的情况下，该基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其中包括以下步骤：

(1)数控机床系统对加工文件进行指令拍照信息读取和解析操作处理；该加工文件为单拍照点方式加工文件，其中包括以下部分：

(a)指令拍照点部分，该指令拍照点部分包括数个指令拍照点和位置计算通知命令消息；

其中，所述的指令拍照点具有位置属性、用途属性和被纠正对象ID信息，该用途属性可以为初始加工类型、后续加工类型或者刀具路径检查类型，每个指令拍照点的用途属性均为初始加工类型属性，两个彼此空间距离最大的指令拍照点的用途属性还同时为后续加工类型属性；该位置计算通知命令消息中记录有全局指令拍照点的ID信息、被纠正对象ID信息和用途信息。

(b)刀具路径检查点部分，该刀具路径检查点部分包括数个检查拍照点，与指令拍照点部分相对应；所述的检查拍照点具有位置属性和路径检查属性；

(c)刀具路径部分，该刀具路径部分包括数个刀具路径单元；

所述的对加工文件进行指令拍照信息读取和解析操作处理，包括以下步骤：

(a)数控机床系统根据操作人员的输入信息设定系统当前加工状态为初始加工状态或者后续加工状态；

(b)数控机床系统读取并解析该加工文件中的指令拍照点部分；

(c)当解析到指令拍照点时，判断系统当前加工状态和该指令拍照点的用途属性；

(d)如果当前加工状态为初始加工状态，且该指令拍照点的用途属性为初始加工类型属性，则产生拍照指令；

(e)如果当前加工状态为后续加工状态，且该指令拍照点的用途属性为后续加工类型属性，则产生拍照指令；

(f)当解析到位置计算通知命令消息时，则产生位置计算通知命令；

(2)数控机床系统根据解析结果进行拍照点定位标识扫描纠正处理，包括以下步骤：

(a)数控机床系统根据所接收到的拍照指令，驱动运动执行机构运动到相应的指令拍照点所指定的位置并进行拍照操作；

(b)数控机床系统对拍照得到的图像进行匹配，并计算出图像中的定位标识的位置偏移以及该定位标识的实际坐标位置；

(c)数控机床系统以指令拍照点ID信息为索引记录下该定位标识的实际位置；

(d)数控机床系统判断系统当前加工状态；

(e)如果当前加工状态为初始加工状态，则数控机床系统以指令拍照点ID信息为索引记录下该定位标识的理论位置以及具有后续加工类型属性的指令拍照点ID信息；

(f)数控机床系统根据所接收到的位置计算通知命令，以两个具有后续加工类型属性的指令拍照点ID信息为索引取出所记录的所述的定位标识的理论位置和实际位置；

(g)根据所述的理论位置和实际位置计算出第一变换矩阵，并将该第一变换矩阵作用于相应的被纠正对象，将该被纠正对象从理论位置纠正到实际位置；

(h)数控机床系统以所述的被纠正的对象ID信息为索引记录下所述的第一变换矩阵；

(i)如果当前加工状态为后续加工状态，则数控机床系统以所述的具有后续加工类型属性的指令拍照点ID为索引取出初始加工状态下所记录的所述的定位标识的第一实际位置，并根据所接收到的位置计算通知命令，以该命令中的指令拍照点ID信息为索引取出所记录的所述的定位标识的第二实际位置；

(j)根据所述的第一实际位置和第二实际位置计算出第二变换矩阵，并将该第二变换矩阵和所述的第一变换矩阵同时作用于相应的被纠正对象，将该被纠正对象从理论位置纠正到当前加工的第二实际位置；

(3)如果加工文件中的指令拍照信息未解析完毕，则重复上述步骤(1)；

(4)如果加工文件中的指令拍照信息解析完毕，则数控机床系统对加工文件进行刀具路径检查信息读取和解析操作处理，包括以下步骤：

(a)数控机床系统读取并解析该加工文件中的刀具路径检查点部分；

(b)当解析到检查拍照点时，则产生刀具路径检查指令；

(5)数控机床系统根据解析结果进行刀具路径实时控制检查处理，具体为：

数控机床系统根据所接收到的刀具路径检查指令，驱动运动执行机构运动到相应的检查拍照点所指定的位置；

(6)如果加工文件中的刀具路径检查信息未解析完毕，则数控机床系统继续对加工文件进行刀具路径检查信息读取和解析操作处理，并重复上述步骤(5)；

(7)如果加工文件中的刀具路径检查信息解析完毕，则数控机床对加工文件进行刀具路径信息读取和解析操作处理；

(8)数控机床系统根据解析结果进行机床刀具运动控制处理；

(9)如果加工文件中的刀具路径信息未解析完毕，则数控机床系统继续对加工文件进行刀具路径信息读取和解析操作处理，并重复上述步骤(8)；

(10)如果加工文件中的刀具路径检查信息解析完毕，则结束。

在实际使用当中，本发明的方法中，主要提出了两种基于机器视觉的实现加工刀具路径实时纠正的方法，分别称作双拍照点方式的方法和单拍照点方式的方法。

在双拍照点方式下，一个轮廓路径单元对应两个拍照点；单拍照点方式下，一个轮廓路径单元对应一个拍照点，拍照点对应于丝印板上的定位标识。这两种方式的加工过程相同，都执行拍照点扫描纠正、路径检查和路径加工三个过程。

双拍照点方式时，在扫描过程中，每扫描两个拍照点，就计算出一个位置变换矩阵，用这个矩阵纠正对应拍照点的位置及理论刀具加工路径得到实际刀具路径。在正式加工前做路径检查，确认路径纠正的正确性。在路径纠正正确的情况下，按照纠正后的刀具加工路径加工工件。

单拍照点方式扫描纠正的方法与双拍照点方式不同，单拍照点方式先扫描所有拍照点，在扫描完成后，根据具有全局属性的两个拍照点计算出一个变换矩阵，这个变换矩阵代表了工件安装的误差及轮廓丝印的总体旋转误差。去掉变换矩阵中的平移分量使其成为旋转矩阵，用旋转矩阵作用每个拍照点，得到拍照点经旋转作用的位置，实际位置与这个位置求差的平移量与旋转量组合得到针对每个轮廓的变换矩阵。

这两种方式都能够纠正工件的安装误差，包括平移误差和旋转误差。双拍照点方式还能纠正丝印误差。与双拍照点方式不同的是，单拍照点方式只能纠正丝印的平移误差，不能纠正单个工件丝印的旋转误差。但与双拍照点方式相比，单拍照点方式有更高的效率。

以下对这两种方法中的加工文件结构定义进行说明：

为区别组成文件的每个元素对象，给所有元素对象都赋予一个唯一的标识ID。

(1)双拍照点方式文件结构

双拍照点方式的加工文件由四个部分组成：分别为初始加工指令拍照点、后续加工指令拍照点、路径检查点以及刀具路径。

初始加工是指成批加工中的第一次加工；后续加工是指成批加工中除第一次以外的加工。当一批丝印工件的一致性较好时，在后续加工时就可以忽略工件内部的丝印误差，因而只需考虑工件安装的误差，以提高加工效率。一条路径及其对应的两个拍照点称作一个拍照组。初始加工指令拍照点包含图形中的所有有效拍照组中的拍照点，并且同一个拍照组中的两个拍照点存储为一个组。指令拍照点指示系统执行拍照动作。指令拍照点具有位置属性，同时还具有用途属性。用途属性有三种类型：初始加工、后续加工及路径检查，分别表示用于初始加工中的拍照点，用于后续加工中的拍照点和用于路径检查的拍照点。

后续加工属性也称作全局属性。选择空间距离最大的两个拍照点，同时作全局属性标记。组中除了包含两个拍照点外，还包含一个位置计算通知命令消息，用于在两个拍照执行完成后，通知系统执行位置计算。位置计算通知命令记录了本组中两个拍照点的ID及需要纠正的对象ID。

加工文件第二个部分仅由一个拍照组组成，组中包含两个拍照点，与文件第一部分具有全局属性的两个拍照点对应，具有位置属性和全局用途属性。同样，组中还包含一个位置计算通知命令消息，记录了组中两个拍照点的ID及全部需要纠正位置的对象ID。

文件第三个部分与第一个部分相似，每个组中的拍照点有位置属性和路径检查属性，但组中没有位置计算通知命令消息。

第四个部分为实际加工刀具路径。

(2)单拍照点方式文件结构

单拍照点方式的加工文件由三个部分组成：分别为指令拍照点、路径检查点及刀具路径。

指令拍照点包含图形中所有有效的拍照点，其指示控制系统执行拍照动作。指令拍照点具有位置属性，同时还具有用途属性。文件第一部分的所有指令拍照点都具有初始加工属性。根据拍照点的位置布局情况，选择空间距离最大的两个拍照点作后续加工标记，使其既有初始加工属性，又有后续加工属性。另外拍照点还记录了需要通过该拍照点作位置纠正的所有对象ID，对应文件第二部分和第三部分的相应对象。在文件第一部分的最后包含一个位置计算通知命令消息，用于在执行完所有拍照命令后通知系统执行位置计算动作。这个通知消息记录了用于后续加工的两个拍照点(即具有全局属性标记的拍照点)的ID及所有需要作位置纠正的对象ID。

文件第二部分为路径检查点，与第一部分对应，包含了所有有效拍照点，具有位置属性，作路径检查标记。

第三个部分为加工刀具路径。

接下来是数控机床控制系统对加工文件的解析：

加工时，系统解析程序按照文件的组成分部分对加工文件作解析，这样可以保证在读取路径检查和刀具路径数据时，修改写入工作已经完成。

(1)双拍照点文件解析

双拍照点方式文件第一部分的初始加工指令拍照点与第二部分的后续加工指令拍照点是相斥的两个部分，在一次加工中只使用其中的一个，这是由当前加工状态决定的。操作人员可以根据实际需要设定本次加工的状态为初始加工或后续加工。

对于双拍照点文件，根据系统记录的当前加工状态，如果是初始加工，解析程序解析文件第一部分的初始加工指令拍照点，忽略第二部分的后续加工指令拍照点。相反，如果是后续加工，解析程序忽略文件第一部分的初始加工指令拍照点，解析文件第二部分的后续加工指令拍照点。每解析得到一个拍照指令，解析程序就向控制系统发出一个拍照命令。每解析得到一个位置计算通知命令消息，解析程序就向控制系统发出一个位置计算命令。

解析到文件第三部分路径检查拍照点时，解析程序向控制系统发出路径检查命令。

最后解析文件第四部分的刀具路径，供系统加工使用。

(2)单拍照点文件解析

单拍照点方式下用于初始加工和后续加工的拍照点共同存放在文件第一部分，但拍照点的取舍也是由当前加工状态决定的，操作人员可以根据实际需要设定本次加工的状态为初始加工或后续加工。

在解析单拍照点文件时，首先解析文件第一部分的指令拍照点。根据系统记录的当前加工状态，如果是初始加工，由于全部拍照点都具有初始加工属性，执行所有拍照点的动作。相反，如果是后续加工，忽略所有不具有全局属性的拍照点。每解析到一个拍照指令，解析程序就向系统发出一个拍照命令。第一部分的最后是一个位置计算通知命令消息，解析到这个命令消息时解析程序就向控制系统发出一个位置计算命令。

解析文件第二部分路径检查点和第三部分刀具路径的情况与双拍照点方式基本相同。

数控机床系统读取并解析加工文件后，进行以下操作的执行：

在系统加工前，采集一个图像模板，用以定位丝印板上的定位标识。

(1)双拍照点方式的系统执行

系统接收到一个拍照命令，就驱动运动执行机构运动到拍照点指定的位置并执行拍照动作。系统对采集的图像做匹配计算出丝印板上对应定位标识的位置偏移，从而得出定位标识的实际坐标位置。

系统以拍照点ID为索引记录下定位标识的理论位置和实际位置，并且这样的记录是成对的。同时，在初始加工时还单独记录下具有全局属性的拍照点ID，这样的拍照点有且只有两个。

系统接收到一个位置计算通知命令消息时，根据系统记录的当前加工状态，如果是初始加工，系统以命令消息的两个拍照点ID为索引取出先前记录的理论位置和实际位置，并计算出变换矩阵，然后用这个变换矩阵作用于相应的对象，从而将其从理论位置纠正到实际位置。系统以被纠正的对象ID为索引记录下初始加工时的所有变换矩阵，以供后续加工使用。

如果是后续加工，系统以初始加工记录的全局拍照点ID为索引取出对应定位标识的实际位置，以命令消息的两个拍照点ID为索引取出本次加工相应定位标识的实际位置，计算出一个变换矩阵，用这个矩阵及初始加工时系统记录下的相应变换矩阵同时作用到相应的每个对象，从而实现将被纠正对象从理论位置纠正到初始加工的实际位置，再从初始加工的实际位置纠正到当前加工的实际位置，也就是后续加工时符合当前工件实际安装及丝印情况的位置。

当系统接收到一个路径检查命令，就驱动运动执行机构运动到拍照点指定的位置，但不执行拍照动作而立即返回。因为这个位置是经过前面纠正了的，所以理论上定位标识不再有偏移，从而表明路径已经被纠正过来了。

对于路径的执行，同一般的控制系统。

(2)单拍照点方式的系统执行

对于单拍照点方式，系统接收到拍照命令后执行拍照动作，并以拍照点ID为索引记录下对应定位标识的理论位置和实际位置。

初始加工时，这样的记录是独立的多个；而后续加时，这样的记录只有两个。同样，如果是初始加工，系统记录下具有全局属性的拍照点ID。当系统接收到一个位置计算通知命令消息时，根据系统记录的当前加工状态，如果是初始加工，系统以两个全局拍照点ID为索引取出对应定位标识的理论位置和实际位置，计算出一个从理论位置变换到实际位置的变换矩阵。这个变换矩阵既包含了当前工件的平移误差，还包含了当前工件的旋转误差。去除平移分量，得到仅包含旋转分量的旋转矩阵。以命令消息的拍照点ID为索引依次取出每个定位标识的理论位置和实际位置，并将理论位置与旋转矩阵做矩阵乘法得到经旋转作用的位置，实际位置与这个位置做坐标减法得到实际位置相对理论位置的平移分量，最后用这个平移分量与旋转矩阵组合，就得到针对每个定位标识的变换矩阵，并用这个变换矩阵分别作用于需要纠正的相应对象，得到符合工件当前安装及丝印情况的拍照点位置和刀具路径。

其它处理方法与双拍照点方式基本相同。

采用了上述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，由于其在进行工件加工过程中首先通过机械视觉扫描定位标识确定轮廓的实际位置，然后纠正理论刀具加工路径，最后按照纠正后的刀具加工路径进行走刀加工，从而加工出符合当前实际情况的零件，并通过文件结构与控制系统的密切结合，实现了对刀具路径的实时纠正，而且操作人员可以根据丝印的实际情况灵活选择相应的加工方式、定义路径单元的数目及设定加工状态，从而在保证加工精度的前提下提高了加工的效率，简化了操作控制的步骤，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为数控机床刀路控制技术的进一步发展奠定了坚实的基础。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (23)

1.一种基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)数控机床系统对加工文件进行指令拍照信息读取和解析操作处理，包括以下步骤：

(11)数控机床系统判断系统当前加工状态；

(12)如果当前加工状态为初始加工状态，则读取并解析该加工文件中的初始加工指令拍照点部分；

(13)当解析到指令拍照点时，则产生拍照指令；当解析到位置计算通知命令消息时，则产生位置计算通知命令；所述的位置计算通知命令消息中记录有本组中的两个指令拍照点的ID信息、被纠正对象ID信息和用途信息；

(14)如果当前加工状态为后续加工状态，则读取并解析该加工文件中的后续加工指令拍照点部分；

(15)当解析到指令拍照点时，则产生拍照指令；当解析到位置计算通知命令消息时，则产生位置计算通知命令；

(2)数控机床系统根据解析结果进行拍照点定位标识扫描纠正处理，包括以下步骤：

(21)数控机床系统根据所接收到的拍照指令，驱动运动执行机构运动到相应的指令拍照点所指定的位置并进行拍照操作；

(22)数控机床系统对拍照得到的图像进行匹配，并计算出图像中的定位标识的位置偏移以及该定位标识的实际坐标位置；

(23)数控机床系统以指令拍照点ID信息为索引记录下该定位标识的理论位置和实际位置；

(24)数控机床系统判断系统当前加工状态；

(25)如果当前加工状态为初始加工状态，则数控机床系统记录下具有后续加工类型属性的指令拍照点ID信息；

(26)数控机床系统根据所接收到的位置计算通知命令，以该命令中的两个指令拍照点ID信息为索引取出所记录的所述的定位标识的理论位置和实际位置；

(27)根据所述的理论位置和实际位置计算出第一变换矩阵，并将该第一变换矩阵作用于相应的被纠正对象，将该被纠正对象从理论位置纠正到实际位置；

(28)数控机床系统以所述的被纠正的对象ID信息为索引记录下所述的第一变换矩阵；

(29)如果当前加工状态为后续加工状态，则数控机床系统以所述的具有后续加工类型属性的指令拍照点ID为索引取出初始加工状态下所记录的所述的定位标识的第一实际位置，并根据所接收到的位置计算通知命令，以该命令中的两个指令拍照点ID信息为索引取出所记录的所述的定位标识的第二实际位置；

(30)根据所述的第一实际位置和第二实际位置计算出第二变换矩阵，并将该第二变换矩阵和所述的第一变换矩阵同时作用于相应的被纠正对象，将该被纠正对象从理论位置纠正到当前加工的第二实际位置；

(3)如果加工文件中的指令拍照信息未解析完毕，则重复上述步骤(1)；

(4)如果加工文件中的指令拍照信息解析完毕，则数控机床系统对加工文件进行刀具路径检查信息读取和解析操作处理，包括以下步骤：

(41)数控机床系统读取并解析该加工文件中的刀具路径检查点部分；

(42)当解析到检查拍照点时，则产生刀具路径检查指令；

(5)数控机床系统根据解析结果进行刀具路径实时控制检查处理，具体为：

数控机床系统根据所接收到的刀具路径检查指令，驱动运动执行机构运动到相应的检查拍照点所指定的位置；

(6)如果加工文件中的刀具路径检查信息未解析完毕，则数控机床系统继续对加工文件进行刀具路径检查信息读取和解析操作处理，并重复上述步骤(5)；

(7)如果加工文件中的刀具路径检查信息解析完毕，则数控机床对加工文件进行刀具路径信息读取和解析操作处理；

(8)数控机床系统根据解析结果进行机床刀具运动控制处理；

(9)如果加工文件中的刀具路径信息未解析完毕，则数控机床系统继续对加工文件进行刀具路径信息读取和解析操作处理，并重复上述步骤(8)；

(10)如果加工文件中的刀具路径检查信息解析完毕，则结束。

2.根据权利要求1所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的加工文件为双拍照点方式加工文件，其中包括以下部分：

(1)初始加工指令拍照点部分；

(2)后续加工指令拍照点部分；

(3)刀具路径检查点部分；

(4)刀具路径部分。

3.根据权利要求2所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的初始加工指令拍照点部分包括数个拍照组，每个拍照组中包括两个指令拍照点和一个所述的位置计算通知命令消息。

4.根据权利要求3所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的后续加工指令拍照点部分包括一个拍照组，该拍照组中包括两个彼此空间距离最大的指令拍照点和一个所述的位置计算通知命令消息。

5.根据权利要求4所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的指令拍照点具有位置属性和用途属性。

6.根据权利要求5所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的用途属性为初始加工类型、后续加工类型或者刀具路径检查类型，初始加工指令拍照点部分中的每个指令拍照点的用途属性均为初始加工类型属性，且初始加工指令拍照点部分中两个彼此空间距离最大的指令拍照点的用途属性还同时为后续加工类型属性，该初始加工指令拍照点部分中两个彼此空间距离最大的指令拍照点与所述的后续加工指令拍照点部分中的两个指令拍照点相对应。

7.根据权利要求2所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的刀具路径检查点部分包括数个拍照组，每个拍照组中包括两个检查拍照点。

8.根据权利要求7所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的检查拍照点具有位置属性和路径检查属性。

9.根据权利要求2所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的刀具路径部分包括数个刀具路径单元。

10.根据权利要求1所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的步骤(11)前还包括以下步骤：

(101)数控机床系统根据操作人员的输入信息设定系统当前加工状态为初始加工状态或者后续加工状态。

11.根据权利要求1所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的加工文件为单拍照点方式加工文件，其中包括以下部分：

(1)指令拍照点部分；

(2)刀具路径检查点部分；

(3)刀具路径部分。

12.根据权利要求11所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的指令拍照点部分包括数个指令拍照点和所述的位置计算通知命令消息。

13.根据权利要求12所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的指令拍照点具有位置属性、用途属性和被纠正对象ID信息。

14.根据权利要求13所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的用途属性为初始加工类型、后续加工类型或者刀具路径检查类型，每个指令拍照点的用途属性均为初始加工类型属性，两个彼此空间距离最大的指令拍照点的用途属性还同时为后续加工类型属性。

15.根据权利要求14所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的位置计算通知命令消息中记录有全局指令拍照点的ID信息、被纠正对象ID信息和用途信息。

16.根据权利要求11所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的刀具路径检查点部分包括数个检查拍照点。

17.根据权利要求16所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的检查拍照点具有位置属性和路径检查属性。

18.根据权利要求11所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的刀具路径部分包括数个刀具路径单元。

19.根据权利要求15所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的对加工文件进行指令拍照信息读取和解析操作处理，包括以下步骤：

(11′)数控机床系统读取并解析该加工文件中的指令拍照点部分；

(12′)当解析到指令拍照点时，判断系统当前加工状态和该指令拍照点的用途属性；

(13′)如果当前加工状态为初始加工状态，且该指令拍照点的用途属性为初始加工类型属性，则产生拍照指令；

(14′)如果当前加工状态为后续加工状态，且该指令拍照点的用途属性为后续加工类型属性，则产生拍照指令；

(15′)当解析到位置计算通知命令消息时，则产生位置计算通知命令。

20.根据权利要求19所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的步骤(11)前还包括以下步骤：

(102)数控机床系统根据操作人员的输入信息设定系统当前加工状态为初始加工状态或者后续加工状态。

21.根据权利要求19所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的进行拍照点定位标识扫描纠正处理，包括以下步骤：

(21′)数控机床系统根据所接收到的拍照指令，驱动运动执行机构运动到相应的指令拍照点所指定的位置并进行拍照操作；

(22′)数控机床系统对拍照得到的图像进行匹配，并计算出图像中的定位标识的位置偏移以及该定位标识的实际坐标位置；

(23′)数控机床系统以指令拍照点ID信息为索引记录下该定位标识的实际位置；

(24′)数控机床系统判断系统当前加工状态；

(25′)如果当前加工状态为初始加工状态，则数控机床系统以指令拍照点ID信息为索引记录下该定位标识的理论位置、实际位置以及具有后续加工类型属性的指令拍照点ID信息；

(26′)数控机床系统根据所接收到的位置计算通知命令，以两个具有后续加工类型属性的指令拍照点ID信息为索引取出所记录的所述的定位标识的理论位置和实际位置；

(27′)根据所述的理论位置和实际位置计算出第一变换矩阵，并将该第一变换矩阵作用于相应的被纠正对象，将该被纠正对象从理论位置纠正到实际位置；

(28′)数控机床系统以所述的被纠正的对象ID信息为索引记录下所述的第一变换矩阵；

(29′)如果当前加工状态为后续加工状态，则数控机床系统以所述的具有后续加工类型属性的指令拍照点ID为索引取出初始加工状态下所记录的所述的定位标识的第一实际位置，并根据所接收到的位置计算通知命令，以该命令中的指令拍照点ID信息为索引取出所记录的所述的定位标识的第二实际位置；

(30′)根据所述的第一实际位置和第二实际位置计算出第二变换矩阵，并将该第二变换矩阵和所述的第一变换矩阵同时作用于相应的被纠正对象，将该被纠正对象从理论位置纠正到当前加工的第二实际位置。

22.根据权利要求16所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的对加工文件进行刀具路径检查信息读取和解析操作处理，包括以下步骤：

(41′)数控机床系统读取并解析该加工文件中的刀具路径检查点部分；

(42′)当解析到检查拍照点时，则产生刀具路径检查指令。

23.根据权利要求22所述的基于机械视觉的数控机床加工刀具路径实时控制的方法，其特征在于，所述的进行刀具路径实时控制检查处理，具体为：

数控机床系统根据所接收到的刀具路径检查指令，驱动运动执行机构运动到相应的检查拍照点所指定的位置。

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