CN113093650B - 一种数控机床工件视觉定位的数据通讯方法 - Google Patents
一种数控机床工件视觉定位的数据通讯方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种数控机床工件视觉定位的数据通讯方法，通过该方法实现了工件随意摆放在数控机床工作台上，吸盘自动吸紧，相机自动拍照确定该工件的工件坐标系原点坐标和偏移角度，发送到数控系统中，加工中心自动加工。本发明可以实现数控机床的高效加工和智能加工，极大地提升了数控设备的数字化服务水平。
Description
技术领域
本发明属于数控机床领域，具体涉及一种数控机床工件视觉定位的数据通讯方法。
背景技术
目前我国正处于工业化中期，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，从脱贫向致富转变，煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲，构成了对数控机床的巨大需求。据毕马威会计事务所分析，中国已经超过德国，成为世界第一大数控机床市场，2020年数控机床市场销售额已达到200亿美元。数控机床已成为机电设备消费的主流，台数超过40万台。目前，我国数控机床保有量已达400多万台。虽说在数控机床的数量上我国已是绝对领先，但是，在数控机床的高效加工和智能加工等方面我国与国外先进国家还有着很大的差距。随着工业以太网等信息技术快速发展和企业自身发展的需要，数控机床的网络化和智能化已是大势所趋。对于面临激烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在高清相机和工业机器人等智能设备与数控机床间畅通无阻是非常重要的。既可以实现数据共享，又能实现数控机床的高效加工和智能加工，还可实现数控装备的数字化服务(数控机床故障的在线诊断、维护等)。
现在国内外的市场出现的基于工业以太网的数控机床联网软件主要是监控系统，监控数控机床的进给轴状态、主轴状态、报警状态、加工程序状态、PMC状态和参数状态等信息，都没有实现工件视觉定位的数据通讯，因为工件视觉定位的数据通讯技术一直是国内外数控机床智能化的技术难题。
创建于1991年的美国CIMCO 公司是世界的数控机床联网解决方案的领导者，该公司的数控机床监控软件MDC-Max仅提供了最强大的机床数据采集与分析功能，只是自动从数控机床控制系统采集数控机床的各种信息，让管理者可通过网络直接得知所有数控机床的信息，比如数控机床的实时状态、运行时间、加工工件数量等，并可依据各种详细的分析报告做出决策。MDC-Max软件没有工件视觉定位的数据通讯功能。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种数控机床工件视觉定位的数据通讯方法。
为实现上述目的，本发明所采用如下技术方案：工件放在数控机床安装有强力吸盘的工作台上，工件上固定标有定位码点1和定位码点2，定位码点1和定位码点2固定标记在工件的对角，相机固定在数控机床主轴箱的一侧，触控一体机电脑装在数控机床的前钣金上，联网通讯软件和相机软件安装在同一台触控一体机电脑中。该方法包括如下步骤：
S1、数控机床加工程序执行前执行相机自动拍照子程序；
S2、相机移动到工件定位码点1上方；
S3、数控系统向联网通讯软件发送“启动拍照定位码点1信号”；
S4、联网通讯软件向相机软件发送“启动拍照定位码点1信号”；
S5、相机软件收到之后启动相机拍照定位码点1；
S6、拍照之后相机软件向联网通讯软件发送“定位码点1的机床坐标”和“拍照定位码点1完成信号”；
S7、联网通讯软件收到之后向数控系统发送“定位码点1的机床坐标”和“拍照定位码点1完成信号”；
S8、数控系统将收到的“定位码点1的机床坐标”写入“G55第二坐标系宏变量”；
S9、然后相机移动到工件定位码点2上方；
S10、数控系统向联网通讯软件发送“启动拍照定位码点2信号”；
S11、联网通讯软件向相机软件发送“启动拍照定位码点2信号”；
S12、相机软件收到之后启动相机拍照定位码点2；
S13、拍照之后相机软件经过计算向联网通讯软件发送“工件偏移角度”和“拍照定位码点2完成信号”；
S14、联网通讯软件收到之后向数控系统发送“工件偏移角度”和“拍照定位码点2完成信号”；
S15、数控系统将收到“工件偏移角度”写入指定“工件偏移角度宏变量”；
S16、数控系统根据G55第二坐标系和“工件角度偏移宏变量”开始执行加工程序。
进一步，所述步骤S3中数控系统向联网通讯软件发送“启动拍照定位码点1信号”或所述步骤S10中数控系统向联网通讯软件发送“启动拍照定位码点2信号”时，利用了FOCAS的函数库中读数控系统用户宏变量的函数cnc_rdmacro，先在数控系统中定义某一用户宏变量为某一数据，再在数控系统用户宏程序中设置该宏变量，然后在联网通讯软件中通过读用户宏变量的函数cnc_rdmacro读取该宏变量的值。这些数据包括：“启动拍照定位码点1信号”和“启动拍照定位码点2信号”等。
进一步，所述步骤S7中联网通讯软件收到之后向数控系统发送“定位码点1的机床坐标”和“拍照定位码点1完成信号”或所述步骤S14中联网通讯软件收到之后向数控系统发送“工件偏移角度”和“拍照定位码点2完成信号”时，利用了FOCAS的函数库中写数控系统用户宏变量的函数cnc_wrmacro，先在数控系统中定义某一用户宏变量为某一数据，再在数控系统用户宏程序中设置该宏变量，然后在联网通讯软件中通过写数控系统用户宏变量的函数cnc_wrmacro设置该宏变量的值。这些数据包括：“定位码点1的机床坐标”、“拍照定位码点1完成信号”、“工件偏移角度”和“拍照定位码点2完成信号”等。
进一步，所述步骤S4中联网通讯软件向相机软件发送“启动拍照定位码点1信号”，或所述步骤S11中联网通讯软件向相机软件发送“启动拍照定位码点2信号”时，利用了虚拟的以太网TCP/IP协议。
进一步，所述步骤S6中拍照之后相机软件向联网通讯软件发送“定位码点1的机床坐标”和“拍照定位码点1完成信号”，或所述步骤S12中拍照之后相机软件经过计算向联网通讯软件发送“工件偏移角度”和“拍照定位码点2完成信号”时，利用了虚拟的以太网TCP/IP协议。
进一步，所述数控机床是数控立式铣床或立式加工中心。
进一步，所述工件放在数控机床安装有强力吸盘的工作台上，工件上固定标有定位码点1和定位码点2。
进一步，所述定位码点1和定位码点2固定标记在工件的对角。
进一步，所述相机固定在数控机床主轴箱的一侧。
进一步，所述触控一体机电脑装在数控机床的前钣金上。
进一步，所述联网通讯软件和相机软件安装在同一台触控一体机电脑中。
进一步，所述触控一体机电脑通过网络线与数控系统的网络接口连接。
本发明采用以上技术方案，实现了工件随意摆放在数控机床工作台上，吸盘自动吸紧，相机自动拍照确定该工件的工件坐标系原点坐标和偏移角度，发送到数控系统中，加工中心自动加工。本发明可以实现数控机床的高效加工和智能加工，极大地提升了数控设备的数字化服务水平。
本发明实施例首先数控系统通过执行M10指令启动相机自动拍照子程序，然后采用用户宏变量使相机自动移动到工件定位码点1上方，联网通讯软件通过读入宏变量的方式接收“启动拍照定位码点1信号”，联网通讯软件向相机软件发送“启动拍照定位码点1信号”，相机软件收到之后启动相机拍照定位码点1，拍照之后相机软件向联网通讯软件发送“定位码点1的机床坐标”和“拍照定位码点1完成信号，联网通讯软件收到之后通过写入宏变量的方式向数控系统发送“定位码点1的机床坐标”和“拍照定位码点1完成信号”，数控系统将收到的 “定位码点1的机床坐标”，即工件偏移量值，写入“G55第二坐标系宏变量”。由此可见，采用上述算法步骤以及简洁的通讯技术达到了自动校正工件的线性偏移量的技术效果。
然后采用同样的方式相机自动拍照得到定位码点2的机床坐标，结合定位码点1的坐标，相机软件经过算法计算向联网通讯软件发送“工件偏移角度”和“拍照定位码点2完成信号”，联网通讯软件收到之后向数控系统发送“工件偏移角度”和“拍照定位码点2完成信号”，数控系统将收到“工件偏移角度”写入指定“工件偏移角度宏变量”。 由此可见，采用上述算法步骤以及简洁的通讯技术达到了自动校正工件的角度偏移量的技术效果。
最终，数控系统通过上述方法能够对任意位置的工件进行精确的定位，可以保证加工精度的一致性，从而实现了自动化的加工生产。
附图说明
图1是数控机床工件定位码点1和定位码点2位置示意图；
图2是数控机床工件视觉定位的流程图；
图3是数控机床工件视觉定位码点1的数据通讯示意图；
图4是数控机床工件视觉定位码点2的数据通讯示意图。
具体实施方式
工件放在安装有强力吸盘的工作台上，工件上标有定位码点1和定位码点2，相机固定在数控机床主轴箱的一侧，触控一体机电脑装在数控机床的前钣金上，联网通讯软件和相机软件安装在触控一体机电脑中。数控机床工件视觉定位的主要流程是：
1.数控机床加工程序执行前执行相机自动拍照子程序；
2.相机移动到工件定位码点1上方；
3.数控系统向联网通讯软件发送“启动拍照定位码点1信号”；
4.联网通讯软件向相机软件发送“启动拍照定位码点1信号”；
5.相机软件收到之后启动相机拍照定位码点1；
6.拍照之后相机软件向联网通讯软件发送“定位码点1的机床坐标”和“拍照定位码点1完成信号”；
7.联网通讯软件收到之后向数控系统发送“定位码点1的机床坐标”和“拍照定位码点1完成信号”；
8.数控系统将收到的“定位码点1的机床坐标”写入“G55第二坐标系宏变量”；
9.然后相机移动到工件定位码点2上方；
10.数控系统向联网通讯软件发送“启动拍照定位码点2信号”；
11.联网通讯软件向相机软件发送“启动拍照定位码点2信号”；
12.相机软件收到之后启动相机拍照定位码点2；
13.拍照之后相机软件经过计算向联网通讯软件发送“工件偏移角度”和“拍照定位码点2完成信号”；
14.联网通讯软件收到之后向数控系统发送“工件偏移角度”和“拍照定位码点2完成信号”；
15.数控系统将收到“工件偏移角度”写入指定“工件偏移角度宏变量”；
16.数控系统根据G55第二坐标系和“工件角度偏移宏变量”开始执行加工程序。
图1是数控机床工件定位码点1和定位码点2位置示意图；图2是数控机床工件视觉定位的流程图；图3是数控机床工件视觉定位码点1的数据通讯示意图；图4是数控机床工件视觉定位码点2的数据通讯示意图。
数控系统向联网通讯软件发送数据利用了FOCAS的函数库中读数控系统用户宏变量的函数cnc_rdmacro，先在数控系统中定义某一用户宏变量为某一数据，再在数控系统用户宏程序中设置该宏变量，然后在联网通讯软件中通过读用户宏变量的函数cnc_rdmacro读取该宏变量的值。这些数据包括：“启动拍照定位码点1信号”和“启动拍照定位码点2信号”等。
联网通讯软件向数控系统发送数据利用了FOCAS的函数库中写数控系统用户宏变量的函数cnc_wrmacro，先在数控系统中定义某一用户宏变量为某一数据，再在数控系统用户宏程序中设置该宏变量，然后在联网通讯软件中通过写数控系统用户宏变量的函数cnc_wrmacro设置该宏变量的值。这些数据包括：“定位码点1的机床坐标”、“拍照定位码点1完成信号”、“工件偏移角度”和“拍照定位码点2完成信号”等。
联网通讯软件向相机软件发送数据利用了虚拟的以太网TCP/IP协议。
相机软件向联网通讯软件发送数据也利用了虚拟的以太网TCP/IP协议。
为了详细说明如何实现数据通讯，见如下实施例。
实施例一：
以配置有FANUC 0i Mate-MD数控系统的三轴立式加工中心的工件视觉定位为例。工件放在加工中心安装有强力吸盘的工作台上，工件上标有定位码点1和定位码点2，相机固定在加工中心主轴箱的一侧，触控一体机电脑装在加工中心的前钣金上，联网通讯软件和相机软件安装在触控一体机电脑中。其控制要求是：工件随意摆放在工作台上，吸盘自动吸紧，相机自动拍照确定该工件的工件坐标系原点坐标和偏移角度，发送到数控系统中，加工中心自动加工。
该加工中心工件视觉定位的程序包括主程序，相机自动拍照子程序和工件加工子程序。
主程序名定义为O6002，相机自动拍照子程序名定义为宏程序O9005，工件加工子程序名定义为O7002。
相机自动拍照子程序和工件加工子程序程序中主要相关用户宏变量定义包括：
#501：启动工件定位码点1拍照信号，=0不启动，=1启动；
#502：启动工件定位码点2拍照信号，=0不启动，=1启动；
#591：拍照定位码点1完成信号，=0未完成，=1完成；
#592：拍照定位码点2完成信号，=0未完成，=1完成；
#511：工件定位码点1拍照点X工件坐标；
#512；工件定位码点1拍照点Y工件坐标；
#513；工件定位码点1拍照点Z工件坐标；
#521：工件定位码点2拍照点X工件坐标；
#522；工件定位码点2拍照点Y工件坐标；
#741：G55第二工件坐标系原点的X机械坐标；
#742：G55第二工件坐标系原点的Y机械坐标；
#785：G55旋转角度；
程序中主要相关系统宏变量定义包括：
#5221：G54第一工件坐标系原点的X机械坐标；
#5222：G54第一工件坐标系原点的Y机械坐标；
#5223：G54第一工件坐标系原点的Z机械坐标；
#5041：刀具当前位置的X工件坐标；
#5042：刀具当前位置的Y工件坐标；
#5043：刀具当前位置的Z工件坐标；
#5241：G55第二工件坐标系原点的X机械坐标；
#5242：G55第二工件坐标系原点的Y机械坐标；
#5243：G55第二工件坐标系原点的Z机械坐标；
加工中心工件视觉定位的主程序为O6002，程序内容如下：
%
O6002
N10 G54G17G40G49G69G90；
N20 M10；
N30 G55；
N40 G68X0Y0R#785；
N50 M98P7002；
N60 G69；
N70 M30；
%
O6002的N10行是主程序初始化，具体是执行G54指令选择第一工件坐标系；G17指令选择XY坐标平面；G40指令取消刀具半径补偿；G49指令取消刀具长度补偿；G69指令取消工件坐标系旋转；G90指令绝对坐标编程。
O6002的N20行是执行M10指令，调用O9005宏程序。
O6002的N30行是执行G55指令，选择第二工件坐标系。
O6002的N40行是执行G68X0Y0R#785指令，以第二工件坐标系原点为中心把第二工件坐标系旋转#785度。
O6002的N50行是执行M98P7002指令，调用O7002工件加工子程序。
O6002的N50行是执行G69指令，取消工件坐标系旋转。
O6002的N60行是执行M30指令，结束主程序。
加工中心工件视觉定位的相机自动拍照子程序为宏程序O9005，程序内容如下：
%
O9005
N10 G54G17G40G49G69G90；
N20 #5221=0；
N30 #5222=0；
N40 #5223=0；
N50 G01X#511Y#512Z#513F4000；
N60 WHILE[[#5041NE#511]OR[#5042NE#512]OR[#5043NE#513]]DO1；
N70 END1；
N80 #501=1；
N90 #591=0；
N100 WHILE[#591NE1]DO1；
N110 END1；
N120 #501=0；
N130 #591=0；
N140 #5241=#741；
N150 #5242=#742；
N160 G01X#521Y#522；
N170 WHILE[[#5041NE#521]OR[#5042NE#522]]DO1；
N180 END1；
N190 #502=1；
N200 #592=0；
N210 WHILE[#592NE1]DO1；
N220 END1；
N230 #502=0；
N240 #592=0；
N250 G01X0Y0Z0；
N260 M99；
%
O9005的N10行是主程序初始化，具体是执行G54指令选择第一工件坐标系；G17指令选择XY坐标平面；G40指令取消刀具半径补偿；G49指令取消刀具长度补偿；G69指令取消工件坐标系旋转；G90指令绝对坐标编程。
O9005的N20行是执行#5221=0指令，将G54第一工件坐标系原点的X机械坐标值置0。
O9005的N30行是执行#5222=0指令，将G54第一工件坐标系原点的Y机械坐标值置0。
O9005的N40行是执行#5223=0指令，将G54第一工件坐标系原点的Z机械坐标值置0。
O9005的N50行是执行G01X#511Y#512Z#513F4000指令，以每分钟4000mm的速度直线移动到工件定位码点1拍照点位置。
O9005的N60行是执行WHILE[[#5041NE#511]OR[#5042NE#512]OR[#5043NE#513]]DO1循环指令，判断当前刀具当前位置的工件坐标是不是工件定位码点1拍照点位置的工件坐标，若不是继续等待，若是继续向下执行程序。
O9005的N70行是执行END1指令，结束循环指令。
O9005的N80行是执行#501=1指令，将启动工件定位码点1拍照信号置1。
O9005的N90行是执行#591=0指令，将工件定位码点1拍照完成信号置0。
O9005的N100行是执行WHILE[#591NE1]DO1循环指令，判断工件定位码点1拍照完成信号是不是1，若不是继续等待，若是继续向下执行程序。
O9005的N110行是执行END1指令，结束循环指令。
O9005的N120行是执行#501=0指令，将启动工件定位码点1拍照信号置0。
O9005的N130行是执行#591=0指令，将工件定位码点1拍照完成信号置0。
O9005的N140行是执行#5241=#741指令，将用户宏变量G55第二工件坐标系原点的X机械坐标置为系统宏变量。
O9005的N150行是执行#5242=#742指令，将用户宏变量G55第二工件坐标系原点的Y机械坐标置为系统宏变量。
O9005的N160行是执行G01X#521Y#522指令，以每分钟4000mm的速度直线移动到工件定位码点2拍照点位置。
O9005的N170行是执行WHILE[[#5041NE#521]OR[#5042NE#522]]DO1循环指令，判断当前刀具当前位置的工件坐标是不是工件定位码点2拍照点位置的工件坐标，若不是继续等待，若是继续向下执行程序。
O9005的N180行是执行END1指令，结束循环指令。
O9005的N190行是执行#502=1指令，将启动工件定位码点2拍照信号置1。
O9005的N200行是执行#592=0指令，将工件定位码点2拍照完成信号置0。
O9005的N210行是执行WHILE[#592NE1]DO1循环指令，判断工件定位码点2拍照完成信号是不是1，若不是继续等待，若是继续向下执行程序。
O9005的N220行是执行END1指令，结束循环指令。
O9005的N230行是执行#502=0指令，将启动工件定位码点1拍照信号置0。
O9005的N240行是执行#592=0指令，将工件定位码点2拍照完成信号置0。
O9005的N250行是执行G01X0Y0Z0指令，以每分钟4000mm的速度直线移动到工件坐标系原点位置。
O9005的N260行是执行M99指令，结束宏程序。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种数控机床工件视觉定位的数据通讯方法，其特征在于：工件放在数控机床安装有强力吸盘的工作台上，所述数控机床是数控立式铣床或立式加工中心，工件上固定标有定位码点1和定位码点2，定位码点1和定位码点2固定标记在工件的对角，相机固定在数控机床主轴箱的一侧，触控一体机电脑装在数控机床的前钣金上，联网通讯软件和相机软件安装在同一台触控一体机电脑中，触控一体机电脑通过网络线与数控系统的网络接口连接，联网通讯软件和相机软件通过虚拟的以太网TCP/IP协议进行通讯，该方法包括如下步骤；
S1、在所述数控机床执行加工程序执行前，所述数控机床执行相机自动拍照子程序；
S2、所述相机移动到工件定位码点1上方；
S3、数控系统向联网通讯软件发送“启动拍照定位码点1信号”；
S4、所述联网通讯软件向所述相机软件发送所述“启动拍照定位码点1信号”；
S5、所述相机软件收到所述“启动拍照定位码点1信号”之后启动所述相机拍照所述定位码点1；
S6、拍照之后所述相机软件向所述联网通讯软件发送“定位码点1的机床坐标”和“拍照定位码点1完成信号”；
S7、所述联网通讯软件收到所述“定位码点1的机床坐标”和“拍照定位码点1完成信号”之后向所述数控系统发送所述“定位码点1的机床坐标”和所述“拍照定位码点1完成信号”；
S8、所述数控系统将收到的所述“定位码点1的机床坐标”写入“G55第二坐标系宏变量”；
S9、然后所述相机移动到工件定位码点2上方；
S10、所述数控系统向联网通讯软件发送“启动拍照定位码点2信号”；
S11、所述联网通讯软件向所述相机软件发送所述“启动拍照定位码点2信号”；
S12、所述相机软件收到所述“启动拍照定位码点2信号”之后启动相机拍照定位码点2；
S13、拍照之后所述相机软件经过计算向所述联网通讯软件发送“工件偏移角度”和“拍照定位码点2完成信号”；
S14、所述联网通讯软件收到所述“工件偏移角度”和“拍照定位码点2完成信号”之后向所述数控系统发送所述“工件偏移角度”和所述“拍照定位码点2完成信号”；
S15、所述数控系统将收到所述“工件偏移角度”写入指定“工件偏移角度宏变量”；
S16、所述数控系统根据“G55第二坐标系宏变量”和“工件角度偏移宏变量”开始执行加工程序。
2.根据权利要求1所述的数控机床工件视觉定位的数据通讯方法，其特征在于：所述步骤S3中所述数控系统向所述联网通讯软件发送所述“启动拍照定位码点1信号”或所述步骤S10中数控系统向联网通讯软件发送所述“启动拍照定位码点2信号”时，利用了FOCAS的函数库中读数控系统用户宏变量的函数cnc_rdmacro，先在数控系统中定义某一用户宏变量为某一数据，再在数控系统用户宏程序中设置该宏变量，然后在联网通讯软件中通过读用户宏变量的所述函数cnc_rdmacro读取该宏变量的值。
3.根据权利要求2所述的数控机床工件视觉定位的数据通讯方法，其特征在于：所述步骤S7中所述联网通讯软件收到所述“定位码点1的机床坐标”和“拍照定位码点1完成信号”之后向所述数控系统发送所述“定位码点1的机床坐标”和所述“拍照定位码点1完成信号”或所述步骤S14中所述联网通讯软件收到所述“工件偏移角度”和“拍照定位码点2完成信号”之后向所述数控系统发送所述“工件偏移角度”和所述“拍照定位码点2完成信号”时，利用了FOCAS的函数库中写所述数控系统用户宏变量的所述函数cnc_wrmacro，先在所述数控系统中定义某一用户宏变量为某一数据，再在所述数控系统用户宏程序中设置该宏变量，然后在所述联网通讯软件中通过写数控系统用户宏变量的所述函数cnc_wrmacro设置该宏变量的值。
4.根据权利要求1所述的数控机床工件视觉定位的数据通讯方法，其特征在于：所述步骤S4中所述联网通讯软件向所述相机软件发送所述“启动拍照定位码点1信号”，或所述步骤S11中所述联网通讯软件向所述相机软件发送所述“启动拍照定位码点2信号”时，利用了所述的虚拟的以太网TCP/IP协议。
5.根据权利要求1所述的数控机床工件视觉定位的数据通讯方法，其特征在于：所述步骤S6中拍照之后所述相机软件向所述联网通讯软件发送所述“定位码点1的机床坐标”和所述“拍照定位码点1完成信号”，或所述步骤S12中拍照之后所述相机软件经过计算向所述联网通讯软件发送所述“工件偏移角度”和所述“拍照定位码点2完成信号”时，利用了所述的虚拟的以太网TCP/IP协议。
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