CN107498387B - 一种精密立式加工中心智能化调控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密立式加工中心智能化调控系统，包括：底座、鞍座、立柱；工作台用于放置待加工工件；加工机头根据控制单元的指令动作对待加工工件进行加工；第一采集单元用于采集工作台在鞍座上沿X轴方向运动的第一图像信息；第二采集单元用于采集鞍座在底座上沿Y轴方向运动的第二图像信息；第三采集单元用于采集加工机头在立柱上沿Z轴方向运动的第三图像信息；控制单元对第一图像信息、第二图像信息、第三图像信息进行分析且根据分析结果指令控制加工机头动作。本发明在X、Y、Z轴上的不同部件均运动至指定位置时启动加工机头对待加工工件进行加工，有利于减小X、Y、Z轴三个方向上的位置误差，保证待加工工件的加工精度。

Description

一种精密立式加工中心智能化调控系统

技术领域

本发明涉及立式加工中心调控系统技术领域，尤其涉及一种精密立式加工中心智能化调控系统。

背景技术

加工中心是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。立式加工中心是指轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具以及小型壳体类复杂零件。立式加工中心能完成铣、镗削、钻削、攻螺纹和用切削螺纹等工序，与相应的卧式加工中心相比，立式加工中心结构简单，占地面积较小，价格较低，因此被广泛使用。

在加工过程中，工作台在鞍座上沿X轴方向运动，鞍座在底座上沿Y轴方向运动，加工机头在立柱上沿Z轴方向运动，通过上述三个方向的运动情况使得放置在工作台上的待加工工件到达加工工位，再利用加工机头对其进行加工，因此，上述三个运动过程中每一个部件的运动位置的精度对加工精度有直接的影响，因此需要提高上述三个运动过程中部件的运动精度，以提高待加工工件的加工精度。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种精密立式加工中心智能化调控系统。

本发明提出的精密立式加工中心智能化调控系统，包括：

底座、鞍座、立柱；

工作台，用于放置待加工工件；

加工机头，与控制单元通信连接，用于根据控制单元的指令动作对待加工工件进行加工；

第一采集单元，用于采集工作台在鞍座上沿X轴方向运动的第一图像信息；

第二采集单元，用于采集鞍座在底座上沿Y轴方向运动的第二图像信息；

第三采集单元，用于采集加工机头在立柱上沿Z轴方向运动的第三图像信息；

控制单元，与第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元通信连接；

控制单元通过第一采集单元获取工作台在鞍座上沿X轴方向运动的第一图像信息、第二采集单元获取鞍座在底座上沿Y轴方向运动的第二图像信息、第三采集单元获取加工机头在立柱上沿Z轴方向运动的第三图像信息，并对第一图像信息、第二图像信息、第三图像信息进行分析且根据分析结果指令控制加工机头动作。

优选地，控制单元内存储有第一预设图像信息、第二预设图像信息、第三预设图像信息；

控制单元通过第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元获取第一图像信息、第二图像信息、第三图像信息后，对第一图像信息、第二图像信息、第三图像信息进行灰度处理得到第一处理图像信息、第二处理图像信息、第三处理图像信息，并分别将第一处理图像信息与第一预设图像信息、第二处理图像信息与第二预设图像信息、第三处理图像信息与第三预设图像信息进行相似度对比得到第一对比结果M₁、第二对比结果M₂、第三对比结果M₃，当M₁≥M₁₀、M₂≥M₂₀、M₃≥M₃₀时，控制单元指令控制加工机头动作对待加工工件进行加工；

其中，M₁₀、M₂₀、M₃₀为预设值。

优选地，还包括第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置，第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置均与控制单元通信连接；

第一驱动装置用于根据控制单元的指令驱动工作台在鞍座上沿X轴方向运动，第二驱动装置用于根据控制单元的指令驱动鞍座在底座上沿Y轴方向运动，第三驱动装置用于根据控制单元的指令驱动加工机头在立柱上沿Z轴方向运动；

控制单元内存储有预设对比结果M₁₁、M₂₂、M₃₃；

当M₁≤M₁₁时，控制单元指令控制第一驱动装置保持第一工作状态，当M₁>M₁₁时，控制单元指令控制第一驱动装置保持第二工作状态，当M₁≥M₁₀时，控制单元指令控制第一驱动装置停止动作；

当M₂≤M₂₂时，控制单元指令控制第二驱动装置保持第一工作状态，当M₂>M₂₂时，控制单元指令控制第二驱动装置保持第二工作状态，当M₂≥M₂₀时，控制单元指令控制第二驱动装置停止动作；

当M₃≤M₃₃时，控制单元指令控制第三驱动装置保持第一工作状态，当M₃>M₃₃时，控制单元指令控制第三驱动装置保持第二工作状态，当M₃≥M₃₀时，控制单元指令控制第三驱动装置停止动作；

其中，在第一工作状态下，第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置的工作功率保持为P₁，在第二工作状态下，第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置的工作功率保持为P₂，P₁>P₂。

优选地，所述第一采集单元包括多个第一采集模块，多个第一采集模块分别设于不同位置，任一个第一采集模块至少包括一个高清摄像仪。

优选地，所述第二采集单元包括多个第二采集模块，多个第二采集模块分别设于不同位置，任一个第二采集模块至少包括一个高清摄像仪。

优选地，所述第三采集单元包括多个第三采集模块，多个第三采集模块分别设于不同位置，任一个第三采集模块至少包括一个高清摄像仪。

本发明首先采集不同部件在X、Y、Z轴上的运动图像信息，然后对上述三种图像信息进行灰度处理，再将处理后的三种灰度图像分别与预设图像进行相似度对比，且当三种对比结果均满足预设条件时，表明X、Y、Z轴上的不同部件均运动至指定位置，此时启动加工机头对待加工工件进行加工，在所有部件均位于指定位置时才启动加工动作有利于减小X、Y、Z轴三个方向上的位置误差，保证待加工工件的加工精度。进一步地，为提高X、Y、Z轴上部件能够更加精确的运动至指定位置，本发明设有三个驱动机构，分别用于驱动X、Y、Z轴上的部件在三个方向上运动；更进一步地，在驱动过程中，实时将三个方向上的运动图像与预设图像进行相似度对比，当相似度较低，驱动装置采用较高功率工作，以快速使部件运动至指定位置，当相似度到达一定界限时，驱动装置采用较低的工作功率，减小各部件的运动速度，避免过快速度带来的抖动，提高对不同部件位置调整的准确性和有效性，从而提高待加工工件的加工精度和加工效果。

附图说明

图1为一种精密立式加工中心智能化调控系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，图1为本发明提出的一种精密立式加工中心智能化调控系统。

参照图1，本发明提出的精密立式加工中心智能化调控系统，包括：

底座、鞍座、立柱；

工作台，用于放置待加工工件；

加工机头，与控制单元通信连接，用于根据控制单元的指令动作对待加工工件进行加工；

第一采集单元，用于采集工作台在鞍座上沿X轴方向运动的第一图像信息；

所述第一采集单元包括多个第一采集模块，多个第一采集模块分别设于不同位置，以从不同位置不同角度对工作台在鞍座上沿X轴方向运动的第一图像信息进行采集，保证了第一图像信息采集的全面性；任一个第一采集模块至少包括一个高清摄像仪，利用至少一个高清摄像仪，不仅保证了第一图像信息采集的清晰度，而且进一步保证了第一图像信息采集的全面性。

第二采集单元，用于采集鞍座在底座上沿Y轴方向运动的第二图像信息；

所述第二采集单元包括多个第二采集模块，多个第二采集模块分别设于不同位置，以从不同位置不同角度对鞍座在底座上沿Y轴方向运动的第二图像信息进行采集，保证了第二图像信息采集的全面性；任一个第二采集模块至少包括一个高清摄像仪，利用至少一个高清摄像仪，不仅保证了第二图像信息采集的清晰度，而且进一步保证了第二图像信息采集的全面性。

第三采集单元，用于采集加工机头在立柱上沿Z轴方向运动的第三图像信息；

所述第三采集单元包括多个第三采集模块，多个第三采集模块分别设于不同位置，以从不同位置不同角度对加工机头在立柱上沿Z轴方向运动的第三图像信息进行采集，保证了第三图像信息采集的全面性；任一个第三采集模块至少包括一个高清摄像仪，利用至少一个高清摄像仪，不仅保证了第三图像信息采集的清晰度，而且进一步保证了第三图像信息采集的全面性。

控制单元，与第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元通信连接；

控制单元通过第一采集单元获取工作台在鞍座上沿X轴方向运动的第一图像信息、第二采集单元获取鞍座在底座上沿Y轴方向运动的第二图像信息、第三采集单元获取加工机头在立柱上沿Z轴方向运动的第三图像信息，并对第一图像信息、第二图像信息、第三图像信息进行分析且根据分析结果指令控制加工机头动作。

具体地：

本实施方式中，控制单元内存储有第一预设图像信息、第二预设图像信息、第三预设图像信息；

控制单元通过第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元获取第一图像信息、第二图像信息、第三图像信息后，对第一图像信息、第二图像信息、第三图像信息进行灰度处理得到第一处理图像信息、第二处理图像信息、第三处理图像信息，并分别将第一处理图像信息与第一预设图像信息、第二处理图像信息与第二预设图像信息、第三处理图像信息与第三预设图像信息进行相似度对比得到第一对比结果M₁、第二对比结果M₂、第三对比结果M₃，当M₁≥M₁₀、M₂≥M₂₀、M₃≥M₃₀时，表明工作台已到达鞍座上的指定位置、鞍座已到达底座上的指定位置、加工机头已到达立柱上的指定位置，此时工作台、鞍座、加工机头均位于加工的最佳位置，此时控制单元指令控制加工机头动作对待加工工件进行加工，通过提高参与加工的部件位置精确性来提高代加工工件的加工精度和加工效果；

其中，M₁₀、M₂₀、M₃₀为预设值。

本实施方式中，还包括第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置，第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置均与控制单元通信连接；

第一驱动装置用于根据控制单元的指令驱动工作台在鞍座上沿X轴方向运动，第二驱动装置用于根据控制单元的指令驱动鞍座在底座上沿Y轴方向运动，第三驱动装置用于根据控制单元的指令驱动加工机头在立柱上沿Z轴方向运动；

控制单元内存储有预设对比结果M₁₁、M₂₂、M₃₃；

当M₁≤M₁₁时，表明工作台在鞍座上的实际位置偏离最佳位置较远，此时控制单元指令控制第一驱动装置保持第一工作状态，在第一工作状态下，第一驱动装置的工作功率保持为P₁，使第一驱动装置保持较大功率工作有利于快速使工作台靠近最佳位置，当M₁>M₁₁时，表明工作台在鞍座上的实际位置靠近最佳位置，此时控制单元指令控制第一驱动装置保持第二工作状态，在第二工作状态下，第一驱动装置的工作功率保持为P₂，通过降低第一驱动装置的工作功率来降低工作台在鞍座上的运动速度，有利于提高工作台停留位置的精确性，当M₁≥M₁₀时，表明工作台已到达鞍座上的最佳位置，此时控制单元指令控制第一驱动装置停止动作，使工作台停留在最佳位置，有利于提高后续加工过程的加工精度；

当M₂≤M₂₂时，表明鞍座在底座上的实际位置偏离最佳位置较远，此时控制单元指令控制第二驱动装置保持第一工作状态，在第一工作状态下，第二驱动装置的工作功率保持为P₁，使第二驱动装置保持较大功率工作有利于快速使鞍座靠近最佳位置，当M₂>M₂₂时，表明鞍座在底座上的实际位置靠近最佳位置，此时控制单元指令控制第二驱动装置保持第二工作状态，在第二工作状态下，第二驱动装置的工作功率保持为P₂，通过降低第二驱动装置的工作功率来降低鞍座在底座上的运动速度，有利于提高鞍座停留位置的精确性，当M₂≥M₂₀时，表明鞍座已到达底座上的最佳位置，此时控制单元指令控制第二驱动装置停止动作，使鞍座停留在最佳位置，有利于提高后续加工过程的加工精度；

当M₃≤M₃₃时，表明加工机头在立柱上的实际位置偏离最佳位置较远，此时控制单元指令控制第三驱动装置保持第一工作状态，在第一工作状态下，第三驱动装置的工作功率保持为P₁，使第三驱动装置保持较大功率工作有利于快速使加工机头靠近最佳位置，当M₃>M₃₃时，表明加工机头在立柱上的实际位置靠近最佳位置，此时控制单元指令控制第三驱动装置保持第二工作状态，在第二工作状态下，第三驱动装置的工作功率保持为P₂，通过降低第三驱动装置的工作功率来降低加工机头在立柱上的运动速度，有利于提高加工机头停留位置的精确性，当M₃≥M₃₀时，表明加工机头已到达立柱上的最佳位置，此时控制单元指令控制第三驱动装置停止动作，使加工机头停留在最佳位置，有利于提高后续加工过程的加工精度。

本实施方式首先采集不同部件在X、Y、Z轴上的运动图像信息，然后对上述三种图像信息进行灰度处理，再将处理后的三种灰度图像分别与预设图像进行相似度对比，且当三种对比结果均满足预设条件时，表明X、Y、Z轴上的不同部件均运动至指定位置，此时启动加工机头对待加工工件进行加工，在所有部件均位于指定位置时才启动加工动作有利于减小X、Y、Z轴三个方向上的位置误差，保证待加工工件的加工精度。进一步地，为提高X、Y、Z轴上部件能够更加精确的运动至指定位置，本实施方式设有三个驱动机构，分别用于驱动X、Y、Z轴上的部件在三个方向上运动；更进一步地，在驱动过程中，实时将三个方向上的运动图像与预设图像进行相似度对比，当相似度较低，驱动装置采用较高功率工作，以快速使部件运动至指定位置，当相似度到达一定界限时，驱动装置采用较低的工作功率，减小各部件的运动速度，避免过快速度带来的抖动，提高对不同部件位置调整的准确性和有效性，从而提高待加工工件的加工精度和加工效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种精密立式加工中心智能化调控系统，其特征在于，包括：

底座、鞍座、立柱；

工作台，用于放置待加工工件；

加工机头，与控制单元通信连接，用于根据控制单元的指令动作对待加工工件进行加工；

第一采集单元，用于采集工作台在鞍座上沿X轴方向运动的第一图像信息；

第二采集单元，用于采集鞍座在底座上沿Y轴方向运动的第二图像信息；

第三采集单元，用于采集加工机头在立柱上沿Z轴方向运动的第三图像信息；

控制单元，与第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元通信连接；

控制单元通过第一采集单元获取工作台在鞍座上沿X轴方向运动的第一图像信息、第二采集单元获取鞍座在底座上沿Y轴方向运动的第二图像信息、第三采集单元获取加工机头在立柱上沿Z轴方向运动的第三图像信息，并对第一图像信息、第二图像信息、第三图像信息进行分析且根据分析结果指令控制加工机头动作；

控制单元内存储有第一预设图像信息、第二预设图像信息、第三预设图像信息；

控制单元通过第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元获取第一图像信息、第二图像信息、第三图像信息后，对第一图像信息、第二图像信息、第三图像信息进行灰度处理得到第一处理图像信息、第二处理图像信息、第三处理图像信息，并分别将第一处理图像信息与第一预设图像信息、第二处理图像信息与第二预设图像信息、第三处理图像信息与第三预设图像信息进行相似度对比得到第一对比结果M₁、第二对比结果M₂、第三对比结果M₃，当M₁≥M₁₀、M₂≥M₂₀、M₃≥M₃₀时，控制单元指令控制加工机头动作对待加工工件进行加工；

其中，M₁₀、M₂₀、M₃₀为预设值；

还包括第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置，第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置均与控制单元通信连接；

第一驱动装置用于根据控制单元的指令驱动工作台在鞍座上沿X轴方向运动，第二驱动装置用于根据控制单元的指令驱动鞍座在底座上沿Y轴方向运动，第三驱动装置用于根据控制单元的指令驱动加工机头在立柱上沿Z轴方向运动；

控制单元内存储有预设对比结果M₁₁、M₂₂、M₃₃；

当M₁≤M₁₁时，控制单元指令控制第一驱动装置保持第一工作状态，当M₁>M₁₁时，控制单元指令控制第一驱动装置保持第二工作状态，当M₁≥M₁₀时，控制单元指令控制第一驱动装置停止动作；

当M₂≤M₂₂时，控制单元指令控制第二驱动装置保持第一工作状态，当M₂>M₂₂时，控制单元指令控制第二驱动装置保持第二工作状态，当M₂≥M₂₀时，控制单元指令控制第二驱动装置停止动作；

当M₃≤M₃₃时，控制单元指令控制第三驱动装置保持第一工作状态，当M₃>M₃₃时，控制单元指令控制第三驱动装置保持第二工作状态，当M₃≥M₃₀时，控制单元指令控制第三驱动装置停止动作；

其中，在第一工作状态下，第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置的工作功率保持为P₁，在第二工作状态下，第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置的工作功率保持为P₂，P₁>P₂。

2.根据权利要求1所述的精密立式加工中心智能化调控系统，其特征在于，所述第一采集单元包括多个第一采集模块，多个第一采集模块分别设于不同位置，任一个第一采集模块至少包括一个高清摄像仪。

3.根据权利要求1所述的精密立式加工中心智能化调控系统，其特征在于，所述第二采集单元包括多个第二采集模块，多个第二采集模块分别设于不同位置，任一个第二采集模块至少包括一个高清摄像仪。

4.根据权利要求1所述的精密立式加工中心智能化调控系统，其特征在于，所述第三采集单元包括多个第三采集模块，多个第三采集模块分别设于不同位置，任一个第三采集模块至少包括一个高清摄像仪。

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