CN106054831A - 基于形状多变工件的自适应自动化加工方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于形状多变工件的自适应自动化加工方法，包括：将待加工工件搬运至作业流水线上；对待加工工件进行标识，并把生成的工件序号发送至中央数据处理装置；根据待加工工件生成并发送3D激光扫描点云数据文件至中央数据处理装置；关联待加工工件的3D激光扫描点云数据文件及工件序号，生成加工数据文件；识别目标待加工工件，把相应的工件序号发送至中央数据处理装置；根据目标待加工工件的工件序号提取并发送相应的加工数据文件至加工设备；根据加工数据文件对目标待加工工件进行加工操作。本发明还公开了一种基于形状多变工件的自适应自动化加工系统。采用本发明，可针对待加工工件的实际情况，自动调整加工数据文件，提高加工质量。
Description
技术领域
本发明涉及自动化技术领域，尤其涉及一种基于形状多变工件的自适应自动化加工方法及一种基于形状多变工件的自适应自动化加工系统。
背景技术
柔性制造系统由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，是能适应加工对象变换的自动化机械制造系统（FMS，Flexible ManufacturingSystem）。
FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产（即具有“柔性”），并能及时地改变产品以满足市场需求。采用FMS能按装配作业配套需要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量及相应的流动资金占用量，缩短生产周期；提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积；减少直接劳动力，在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产”；提高产品质量的一致性。
但是，现有的加工系统是基于成组工件的标准化生产，即具有重复性和一致性。工件的加工要求由操作人员通过计算机输入并设定，且待加工材料的形状尺寸要求是一致的。当存在每一个工件的形状尺寸有改变，每个都不完全一致时，加工设备对当前工件的信息是无法感知的，从而无法自动实施针对当前工件的加工动作调整，只是按照人为设定的加工动作执行。这样当前工件的生产质量并不是最优的，尤其是软性待加工工件的情形，例如塑胶工件，硅胶工件、发泡材质工件等。由于软性待加工工件的形状多变形，采用统一的设定加工动作进行加工是不现实的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于形状多变工件的自适应自动化加工方法及系统，可针对待加工工件的实际情况，自动调整加工数据文件，提高加工质量。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于形状多变工件的自适应自动化加工方法，包括：
搬运设备将待加工工件依次搬运至作业流水线上；
标识装置对待加工工件进行标识，并把生成的工件序号发送至中央数据处理装置；
数据采集装置根据待加工工件生成3D激光扫描点云数据文件，并把所述3D激光扫描点云数据文件发送至中央数据处理装置；
中央数据处理装置关联待加工工件的3D激光扫描点云数据文件及工件序号，并生成针对待加工工件的加工数据文件；
工件识别装置识别目标待加工工件，并把目标待加工工件的工件序号发送至中央数据处理装置；
中央数据处理装置根据目标待加工工件的工件序号提取并发送目标待加工工件的加工数据文件至加工设备；
加工设备根据目标待加工工件的加工数据文件对目标待加工工件进行加工操作。
作为上述方案的改进，所述生成针对待加工工件的加工数据文件的方法为：根据标准加工要求文件及3D激光扫描点云数据文件生成针对待加工工件的加工数据文件。
作为上述方案的改进，所述根据标准加工要求文件及3D激光扫描点云数据文件生成针对待加工工件的加工数据文件的方法包括：提取标准加工要求文件中预设的待加工工件的要求加工后的空间坐标（X’，Y’，Z’）；提取3D激光扫描点云数据文件中待加工工件的实际空间坐标（x，y，z）；根据实际空间坐标及要求加工后的空间坐标，计算加工刀具的实际移动量（dx，dy，dz），其中，dx=x-X’,dy=y-Y’,dz=z-Z’，所述加工刀具的实际移动量存储于待加工工件的加工数据文件中。
相应地，本发明还提供了一种基于形状多变工件的自适应自动化加工系统，包括：搬运设备，用于将待加工工件依次搬运至作业流水线上；标识装置，用于对待加工工件进行标识，并把生成的工件序号发送至中央数据处理装置；数据采集装置，用于根据待加工工件生成3D激光扫描点云数据文件，并把所述3D激光扫描点云数据文件发送至中央数据处理装置；工件识别装置，用于识别目标待加工工件，并把目标待加工工件的工件序号发送至中央数据处理装置；中央数据处理装置，用于关联待加工工件的3D激光扫描点云数据文件及工件序号，并生成针对待加工工件的加工数据文件，根据目标待加工工件的工件序号提取并发送目标待加工工件的加工数据文件至加工设备；加工设备，用于根据目标待加工工件的加工数据文件对目标待加工工件进行加工操作。
作为上述方案的改进，所述中央数据处理装置包括：关联模块，用于关联待加工工件的3D激光扫描点云数据文件及工件序号；计算模块，用于生成针对待加工工件的加工数据文件；提取模块，用于根据目标待加工工件的工件序号提取并发送目标待加工工件的加工数据文件至加工设备。
作为上述方案的改进，所述计算模块内预设有标准加工要求文件，所述计算模块用于根据标准加工要求文件及3D激光扫描点云数据文件生成针对待加工工件的加工数据文件。
作为上述方案的改进，所述计算模块包括：第一提取单元，用于提取标准加工要求文件中预设的待加工工件的要求加工后的空间坐标（X’，Y’，Z’）；第二提取单元，用于提取3D激光扫描点云数据文件中待加工工件的实际空间坐标（x，y，z）；计算单元，用于根据实际空间坐标及要求加工后的空间坐标，计算加工刀具的实际移动量（dx，dy，dz），其中，dx=x-X’,dy=y-Y’,dz=z-Z’，所述加工刀具的实际移动量存储于待加工工件的加工数据文件中。
作为上述方案的改进，所述一个工件识别装置与一个加工设备相互组合形成一个加工组，所述一个加工组对应一个加工工位。
作为上述方案的改进，所述基于形状多变工件的自适应自动化加工系统中设有多个加工工位。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明基于形状多变工件的自适应自动化加工方法由工件上线、工件标识、数据采集、数据处理、工件识别、获取加工数据及加工工件等7大工艺流程组成。具体地：
本发明通过“数据采集环节”对每个软性待加工工件进行实时检测，并通过“数据处理环节”将标准加工要求文件及3D激光扫描点云数据文件相结合，生成针对待加工工件的加工数据文件，实现加工数据文件的自动调整，使得加工质量更高。
同时，通过“工件识别环节”实现目标待加工工件的有效识别，保证信息提取的准确性。
另外，通过中央数据处理装置使得各工件数据与工件加工过程数据得以保留，可以方便地进行加工质量追溯和加工工艺分析改进。
附图说明
图1是本发明基于形状多变工件的自适应自动化加工方法的流程图；
图2是本发明基于形状多变工件的自适应自动化加工系统的结构示意图；
图3是图2中中央数据处理装置的结构示意图；
图4是图3中计算模块的结构示意图。
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。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
图1是本发明基于形状多变工件的自适应自动化加工方法的流程图，包括：
S1，工件上线：搬运设备将待加工工件从存放位置依次搬运至作业流水线上，所述搬运设备优选为机器手。
S2，工件标识：标识装置对待加工工件进行标识，并把生成的工件序号发送至中央数据处理装置。
需要说明的是，标识装置可采用粘贴一维或二维条形码、射频识别标签等方式对每个待加工工件进行标识，并生成相应的工件序号，然后把工件序号发送到中央数据处理装置。
S3，数据采集：数据采集装置根据待加工工件生成3D激光扫描点云数据文件，并把所述3D激光扫描点云数据文件发送至中央数据处理装置。
具体地，所述数据采集装置对待加工工件的形状、尺寸进行测量，测量完成后，把待加工工件的3D激光扫描点云数据文件发送到中央数据处理装置。所述数据采集装置优选为3D激光扫描设备或二次元、投影测量仪。
S4，数据处理：中央数据处理装置关联待加工工件的3D激光扫描点云数据文件及工件序号，并生成针对待加工工件的加工数据文件。
进一步，中央数据处理装置根据标准加工要求文件及3D激光扫描点云数据文件生成针对待加工工件的加工数据文件，具体方法如下：
A1，提取标准加工要求文件中预设的待加工工件的要求加工后的空间坐标（X’，Y’，Z’）。
A2，提取3D激光扫描点云数据文件中待加工工件的实际空间坐标（x，y，z）。
A3，根据实际空间坐标及要求加工后的空间坐标，计算加工刀具的实际移动量（dx，dy，dz），其中，dx=x-X’,dy=y-Y’,dz=z-Z’，所述加工刀具的实际移动量存储于待加工工件的加工数据文件中。
例如，标准加工要求文件中记录了的某个待加工工件的空间坐标为(X，Y，Z)，要求加工后的空间坐标为（X’，Y’，Z’），加工刀具移动量为（DX，DY，DZ），其中DX=X-X’，DY=Y-Y’，DZ=Z-Z’。经过数据采集装置测量得出的待加工工件的实际空间坐标为（x，y，z），则加工刀具的实际移动量为（dx，dy，dz），其中dx=x-X’，dy=y-Y’，dz=z-Z’，从而避免了加工刀具移动量过大或不足导致的加工质量缺陷。
需要说明的是，上述例子仅做简单空间坐标换算，实际工作上需要对整个加工面/加工体进行同样的处理。
S5，工件识别：工件识别装置识别目标待加工工件，并把目标待加工工件的工件序号发送至中央数据处理装置。
具体地，工件识别装置识别和读取作业流水线上目标待加工工件的标识（“目标待加工工件”即“马上需要加工的待加工工件”），并把识别到的工件序号发送到中央数据处理装置。
S6，获取加工数据：中央数据处理装置根据目标待加工工件的工件序号提取并发送目标待加工工件的加工数据文件至加工设备。
S7，加工工件：加工设备根据目标待加工工件的加工数据文件对目标待加工工件进行加工操作。
需要说明的是，工件识别装置与加工设备应是配对作为一个加工工位使用的，本发明中可以设置多个配对的加工工位，但是应从安装上保证各工位的工件识别装置和加工设备的一一对应关系。
因此，本发明针对每个软性待加工工件的实际情况，自动调整加工数据文件，使得加工质量更高。同时，通过中央数据处理装置使得各工件数据与工件加工过程数据得以保留，可以方便地进行加工质量追溯和加工工艺分析改进。
参见图2，图2显示了本发明一种基于形状多变工件的自适应自动化加工系统的具体结构，其包括搬运设备1、标识装置2、数据采集装置3、工件识别装置4、中央数据处理装置5及加工设备6，其中：
搬运设备1，用于将待加工工件依次搬运至作业流水线上，所述搬运设备1优选为机器手。
标识装置2，用于对待加工工件进行标识，并把生成的工件序号发送至中央数据处理装置5。具体地，标识装置2可采用粘贴一维或二维条形码、射频识别标签等方式对每个待加工工件进行标识，并生成相应的工件序号，然后把工件序号发送到中央数据处理装置5。
数据采集装置3，用于根据待加工工件生成3D激光扫描点云数据文件，并把所述3D激光扫描点云数据文件发送至中央数据处理装置5。具体地，所述数据采集装置3对待加工工件的形状、尺寸进行测量，测量完成后，把待加工工件的3D激光扫描点云数据文件发送到中央数据处理装置5。所述数据采集装置3优选为3D激光扫描设备或二次元、投影测量仪。
工件识别装置4，用于识别目标待加工工件，并把目标待加工工件的工件序号发送至中央数据处理装置5。具体地，工件识别装置4识别和读取作业流水线上目标待加工工件的标识（“目标待加工工件”即“马上需要加工的待加工工件”），并把识别到的工件序号发送到中央数据处理装置5。
加工设备6，用于根据目标待加工工件的加工数据文件对目标待加工工件进行加工操作。需要说明的是，所述一个工件识别装置6与一个加工设备4相互组合形成一个加工组，所述一个加工组对应一个加工工位。所述基于形状多变工件的自适应自动化加工系统中设有多个加工工位。
中央数据处理装置5，用于关联待加工工件的3D激光扫描点云数据文件及工件序号，并生成针对待加工工件的加工数据文件，根据目标待加工工件的工件序号提取并发送目标待加工工件的加工数据文件至加工设备6。
工作时，搬运设备1将待加工工件依次搬运至作业流水线上；标识装置2对待加工工件进行标识，并把生成的工件序号发送至中央数据处理装置5；数据采集装置3根据待加工工件生成3D激光扫描点云数据文件，并把所述3D激光扫描点云数据文件发送至中央数据处理装置5；中央数据处理装置5关联待加工工件的3D激光扫描点云数据文件及工件序号，并生成针对待加工工件的加工数据文件；工件识别装置4识别目标待加工工件，并把目标待加工工件的工件序号发送至中央数据处理装置5；中央数据处理装置5根据目标待加工工件的工件序号提取并发送目标待加工工件的加工数据文件至加工设备6；加工设备6根据目标待加工工件的加工数据文件对目标待加工工件进行加工操作。
如图3所示，所述中央数据处理装置5包括：
关联模块51，用于关联待加工工件的3D激光扫描点云数据文件及工件序号。
计算模块52，用于生成针对待加工工件的加工数据文件。
提取模块53，用于根据目标待加工工件的工件序号提取并发送目标待加工工件的加工数据文件至加工设备6。
需要说明的是，所述计算模块52内预设有标准加工要求文件，所述计算模块52用于根据标准加工要求文件及3D激光扫描点云数据文件生成针对待加工工件的加工数据文件。
如图4所示，所述计算模块52包括：
第一提取单元521，用于提取标准加工要求文件中预设的待加工工件的要求加工后的空间坐标（X’，Y’，Z’）。
第二提取单元522，用于提取3D激光扫描点云数据文件中待加工工件的实际空间坐标（x，y，z）。
计算单元523，用于根据实际空间坐标及要求加工后的空间坐标，计算加工刀具的实际移动量（dx，dy，dz），其中，dx=x-X’,dy=y-Y’,dz=z-Z’，所述加工刀具的实际移动量存储于待加工工件的加工数据文件中。
例如，标准加工要求文件中记录了的某个待加工工件的空间坐标为(X，Y，Z)，要求加工后的空间坐标为（X’，Y’，Z’），加工刀具移动量为（DX，DY，DZ），其中DX=X-X’，DY=Y-Y’，DZ=Z-Z’。经过数据采集装置3测量得出的待加工工件的实际空间坐标为（x，y，z），则计算单元523可计算出加工刀具的实际移动量为（dx，dy，dz），其中dx=x-X’，dy=y-Y’，dz=z-Z’，从而避免了加工刀具移动量过大或不足导致的加工质量缺陷。
需要说明的是，上述例子仅做简单空间坐标换算，实际工作上需要对整个加工面/加工体进行同样的处理。
由上可知，本发明通过设置数据采集装置3对每个软性待加工工件进行实时检测，并通过中央数据处理装置5的计算模块52将标准加工要求文件及3D激光扫描点云数据文件相结合，生成针对待加工工件的加工数据文件，实现加工数据文件的自动调整，使得加工质量更高。同时，通过工件识别装置4实现目标待加工工件的有效识别，保证信息提取的准确性。另外，通过中央数据处理装置使得各工件数据与工件加工过程数据得以保留，可以方便地进行加工质量追溯和加工工艺分析改进。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于形状多变工件的自适应自动化加工方法，其特征在于，包括：
搬运设备将待加工工件依次搬运至作业流水线上；
标识装置对待加工工件进行标识，并把生成的工件序号发送至中央数据处理装置；
数据采集装置根据待加工工件生成3D激光扫描点云数据文件，并把所述3D激光扫描点云数据文件发送至中央数据处理装置；
中央数据处理装置关联待加工工件的3D激光扫描点云数据文件及工件序号，并生成针对待加工工件的加工数据文件；
工件识别装置识别目标待加工工件，并把目标待加工工件的工件序号发送至中央数据处理装置；
中央数据处理装置根据目标待加工工件的工件序号提取并发送目标待加工工件的加工数据文件至加工设备；
加工设备根据目标待加工工件的加工数据文件对目标待加工工件进行加工操作。
2.如权利要求1所述的基于形状多变工件的自适应自动化加工方法，其特征在于，所述生成针对待加工工件的加工数据文件的方法为：根据标准加工要求文件及3D激光扫描点云数据文件生成针对待加工工件的加工数据文件。
3.如权利要求2所述的基于形状多变工件的自适应自动化加工方法，其特征在于，所述根据标准加工要求文件及3D激光扫描点云数据文件生成针对待加工工件的加工数据文件的方法包括：
提取标准加工要求文件中预设的待加工工件的要求加工后的空间坐标（X’，Y’，Z’）；
提取3D激光扫描点云数据文件中待加工工件的实际空间坐标（x，y，z）；
根据实际空间坐标及要求加工后的空间坐标，计算加工刀具的实际移动量（dx，dy，dz），其中，dx=x-X’,dy=y-Y’,dz=z-Z’，所述加工刀具的实际移动量存储于待加工工件的加工数据文件中。
4.一种基于形状多变工件的自适应自动化加工系统，其特征在于，包括：
搬运设备，用于将待加工工件依次搬运至作业流水线上；
标识装置，用于对待加工工件进行标识，并把生成的工件序号发送至中央数据处理装置；
数据采集装置，用于根据待加工工件生成3D激光扫描点云数据文件，并把所述3D激光扫描点云数据文件发送至中央数据处理装置；
工件识别装置，用于识别目标待加工工件，并把目标待加工工件的工件序号发送至中央数据处理装置；
中央数据处理装置，用于关联待加工工件的3D激光扫描点云数据文件及工件序号，并生成针对待加工工件的加工数据文件，根据目标待加工工件的工件序号提取并发送目标待加工工件的加工数据文件至加工设备；
加工设备，用于根据目标待加工工件的加工数据文件对目标待加工工件进行加工操作。
5.如权利要求4所述的基于形状多变工件的自适应自动化加工系统，其特征在于，所述中央数据处理装置包括：
关联模块，用于关联待加工工件的3D激光扫描点云数据文件及工件序号；
计算模块，用于生成针对待加工工件的加工数据文件；
提取模块，用于根据目标待加工工件的工件序号提取并发送目标待加工工件的加工数据文件至加工设备。
6.如权利要求5所述的基于形状多变工件的自适应自动化加工系统，其特征在于，所述计算模块内预设有标准加工要求文件，所述计算模块用于根据标准加工要求文件及3D激光扫描点云数据文件生成针对待加工工件的加工数据文件。
7.如权利要求6所述的基于形状多变工件的自适应自动化加工系统，其特征在于，所述计算模块包括：
第一提取单元，用于提取标准加工要求文件中预设的待加工工件的要求加工后的空间坐标（X’，Y’，Z’）；
第二提取单元，用于提取3D激光扫描点云数据文件中待加工工件的实际空间坐标（x，y，z）；
计算单元，用于根据实际空间坐标及要求加工后的空间坐标，计算加工刀具的实际移动量（dx，dy，dz），其中，dx=x-X’,dy=y-Y’,dz=z-Z’，所述加工刀具的实际移动量存储于待加工工件的加工数据文件中。
8.如权利要求4所述的基于形状多变工件的自适应自动化加工系统，其特征在于，所述一个工件识别装置与一个加工设备相互组合形成一个加工组，所述一个加工组对应一个加工工位。
9.如权利要求8所述的基于形状多变工件的自适应自动化加工系统，其特征在于，所述基于形状多变工件的自适应自动化加工系统中设有多个加工工位。
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