CN116117184B - 一种车床控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车床自动化控制技术领域，具体涉及一种车床控制方法和系统，方法包括设定机械手上特定点位的运动轨迹；在运动轨迹上选取控制点，且明确机械手上特定点位经过控制点的第一参考时间点，第一参考时间点作为第一控制依据；建立固定设置的第一感应处，在机械手上建立第二感应处，在机械手运动的过程中，第一感应处和第二感应处具有相互的感应时间点，为第二控制依据；依据于第一控制依据和第二控制依据进行卡盘的运动控制。本发明中使得预定的依据和随机的依据同步参与到卡盘的运动控制中，充分建立起卡盘和机械手二者之间的关联性，当控制依据发生变化，则可直接决定卡盘的运动控制结果，从而使得操作的准确性和安全性均得到提升。

Description

一种车床控制方法和系统

技术领域

本发明涉及车床自动化控制技术领域，具体涉及一种车床控制方法和系统。

背景技术

目前，由于自动化生产线在工业生产中的逐渐普及，使得数控车床在配置自动化生产线时的控制逻辑得到越来越多的思考；为了更好的使得数控车床更加方便的服务于自动化生产线的生产制造过程，需要对卡盘的夹紧和松开动作、上料和下料动作等均进行精准的控制。

在现有的自动化生产线中，上料和下料的动作通过机械手来执行，多以时间的控制来实现机械手和卡盘之间动作的切换，即，按照设定的时间来分别进行卡盘和机械手的动作控制，在设定的时间点执行设定的独立动作，此种控制方式使得卡盘和机械手二者之间控制的关联性较差，相互之间并不产生任何的控制反馈，一旦一方产生问题，难以及时有效的做出反应，从而来保证操作的准确性和安全性。

发明内容

本发明中提供了一种车床控制方法和系统，从而有效解决背景技术中所指出的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种车床控制方法，所述车床采用机械手上料及下料，所述车床的控制包括以下步骤：

设定所述机械手上特定点位的运动轨迹；

在所述运动轨迹上选取控制点，且明确所述机械手上特定点位经过所述控制点的第一参考时间点，所述第一参考时间点作为车床卡盘的第一控制依据；

建立固定设置的第一感应处，以及，在所述机械手上建立第二感应处，所述第二感应处随所述机械手同步运动；其中，在所述机械手运动的过程中，所述第一感应处和第二感应处具有相互的感应时间点，所述感应时间点作为所述卡盘的第二控制依据；

依据于所述第一控制依据和第二控制依据进行所述卡盘的运动控制。

进一步地，依据于所述第一控制依据和第二控制依据进行所述卡盘的运动控制，具体为：

确立所述第一参考时间点和所述感应时间点的一一对应关系，以及二者所允许的时间差阈值范围；

判断一一对应的所述第一参考时间点和感应时间点之间的时间差是否在所述时间差阈值范围内；若是，则执行所述卡盘的预设动作；若否，则保持所述卡盘静止，且执行报警操作。

进一步地，所述第一参考时间点和感应时间点设定重合，所述时间差阈值范围为±t1秒。

进一步地，所述第一参考时间点和感应时间点之间设定的时间差为t2秒，所述时间差阈值范围为（t2±t1）秒。

进一步地，所述t1的计算公式为：

t1=A*t0;

其中，t0为偏差标准值，为设定值；

A为修订参数，与机械手的运动速度负相关。

进一步地，在一一对应的所述第一参考时间点和感应时间点之间的时间差在所述时间差阈值范围内的过程判断完成后，经过设定时间段t3秒，执行所述卡盘的预设动作。

进一步地，所述运动轨迹中至少包括一条直线段。

进一步地，所述控制点选择在任一所述直线段的中间。

一种车床控制系统，所述车床采用机械手上料及下料，所述控制系统包括：

控制模块，对所述机械手上特定点位的运动轨迹进行设定，且在所述运动轨迹上选取控制点，并明确所述机械手上特定点位经过所述控制点的第一参考时间点；

感应模块，包括固定设置的第一感应单元，以及随所述机械手同步运动的第二感应单元，在所述机械手运动的过程中，所述第一感应单元和第二感应单元具有相互的感应时间点；

所述控制模块还用于将所述第一参考时间点作为第一控制依据，以及将所述感应时间点作为第二控制依据，进行车床卡盘的运动控制；

进一步地，所述控制模块包括判断单元、计算单元和控制单元；

所述判断单元判断对应的所述第一参考时间点和所述感应时间点的一一对应关系；

所述计算单元对一一对应的所述第一参考时间点和感应时间点进行时间差的计算，将所述时间差与时间差阈值进行比较；

当比较结果为时间差是否在所述时间差阈值范围内时，所述控制单元执行所述卡盘的预设动作控制；否则，所述控制单元控制所述卡盘保持静止，且输出报警信息。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

在本发明中，综合采用第一控制依据和第二控制依据，使得预定的依据和随机的依据同步参与到卡盘的运动控制中，充分建立起卡盘和机械手二者之间的关联性，当任意一个控制依据发生变化，则可直接决定卡盘的运动控制结果，从而使得操作的准确性和安全性均得到提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为车床控制方法的流程图；

图2为三维坐标系内机械手的运动轨迹图；

图3为三维坐标系内机械手沿运动轨迹正向运动的示意图；

图4为三维坐标系内机械手沿运动轨迹反向运动的示意图；

图5为机械手上特定点位从运动开始的运动位移随时间的变化曲线图；

图6为依据于第一控制依据和第二控制依据进行卡盘运动控制的流程图；

图7为车床控制系统的框架图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

如图1所示，一种车床控制方法，车床采用机械手上料及下料，车床的控制包括以下步骤：

S1：设定机械手上特定点位的运动轨迹；参见图2，本实施例中，假设图中三维坐标系内的轨迹A-B-C-D-E为机械手上特定点位的运动轨迹，当然，在工作的过程中，机械手的运动是往复性的，从而完成重复性的上料和下料动作；图2中的运动轨迹仅仅用于对本发明的理解，而并不作为实际工作过程中机械手上特定点位的运动轨迹的限制；本实施例中，运动点A和B分为位于X轴上，运动点C位于X轴和Y轴组成的平面内，运动点D在X轴和Z轴、Y轴和Z轴，X轴和Y轴两两组成的三个平面内的投影点分别为d1、d2和d3；运动点E在X轴和Z轴、Y轴和Z轴，X轴和Y轴两两组成的三个平面内的投影点分别为e1、e2和e3；其中，图3通过箭头展示了运动方向为从A-E的情况，而图4中通过箭头展示了运动方向从E-A的情况；

S2:在运动轨迹上选取控制点，且明确机械手上特定点位经过控制点的第一参考时间点，第一参考时间点作为车床卡盘的第一控制依据；如图3和4所示，控制点为P1点，在机械手上特定点位往复的工作过程中，会往复性的经过该控制点，从而如图5所示，获得多个第一参考时间点，分别为图中横坐标上的点t1、t2、t3和t4；图5中展示了机械手上特定点位从运动开始的运动位移随时间的变化曲线，其中， EE’段和AA’段为静止时间，其余时间为匀速运动阶段，本实施例中，机械手上特定点位进行的运动为直线运动的叠加，即，运动轨迹包括多条直线段，在上述位移时间曲线确定后，机械手上特定点位经过控制点P1的各个第一参考时间点即明确，本实施例中，可理解为第一参考时间点为预定的控制依据；其中，针对控制点的选择优选在其中一条直线段的中间，如图5所示，本实施例中，控制点P1在线段CD的中间，这对于第一感应处和第二感应处的稳定感应是有利的。

S3：建立固定设置的第一感应处，以及，在机械手上建立第二感应处，第二感应处随机械手同步运动；其中，在机械手运动的过程中，第一感应处和第二感应处具有相互的感应时间点，感应时间点作为卡盘的第二控制依据；相对于步骤S2中预定发生的第一参考时间点而言，在本步骤中的感应时间点是相对随机的，即并不需要进行预先的设定，而只需保证的是二者可实现相互的感应，何时第一感应处和第二感应处产生相对的感应，则何时产生所指的感应时间点；

S4：依据于第一控制依据和第二控制依据进行卡盘的运动控制。在本发明中，综合采用第一控制依据和第二控制依据，使得预定的依据和随机的依据同步参与到卡盘的运动控制中，充分建立起卡盘和机械手二者之间的关联性，当任意一个控制依据发生变化，则可直接决定卡盘的运动控制结果，从而使得操作的准确性和安全性均得到提升。

例如，在实际的工作过程中，当机械手上特定点位的运动轨迹产生错误时，必然会使得第一感应处和第二感应处难以实现准确的相互感应，从而至少可通过第二控制依据的异常而识别此情况；此处所指的错误可能是轨迹的方向偏差，轨迹的运动速度偏差，或者二者均产生偏差，上述偏差会产生以下情况之一：

（1）第一感应处和第二感应处始终难以相互识别，从而使得感应时间点缺失；

（2）第一感应处和第二感应处相互识别的时间发生偏差，从而使得感应时间点和第一参考时间点之间的时间差发生变化；

上述情况的发生需要通过预警的方式来实现问题的及时处理，在上述情况下，卡盘的转动是不被允许的，而至于其夹紧和松开动作，可视情况而定。

或者，在实际的工作过程中，当机械手上特定点位的运动轨迹正确，而第一感应处和/或第二感应处产生异常时，会造成感应时间点的缺失或偏差，因此会产生与上述同样的效果。

作为上述实施例的优选，依据于第一控制依据和第二控制依据进行卡盘的运动控制，具体为如下过程，如图6所示：

S41：确立第一参考时间点和感应时间点的一一对应关系，以及二者所允许的时间差阈值范围；在实施的过程中，第一参考时间点是预设的，而感应时间点是实际采集到的，二者均会伴随机械手的往复运动而重复性的出现，一一对应关系可明确建立；

S42：判断一一对应的第一参考时间点和感应时间点之间的时间差是否在时间差阈值范围内；若是，则执行步骤S43，执行卡盘的预设动作；若否，则执行步骤S44，保持卡盘静止，且执行报警操作。

在实施的过程中，第一感应处和第二感应处之间的相互感应可通过多种元器件实现，例如接近开关和感应片的组合使用、激光发射器和反射板的组合使用、阅读器与RFID电子标签的组合使用等等，通过上述结构的选择和安装位置的选取，可有效的实现相对位置关系的识别，从而获得第一感应处和第二感应处相互的感应时间点；在具体实施过程中，可通过安装位置的具体选择而实现第一参考时间点和感应时间点的时间差标准值的设定。

作为上述实施例的优选，第一参考时间点和感应时间点设定重合，时间差阈值范围为±t1秒。此种方式下，当机械手上设定点位运动至运动轨迹的控制点P1点时，恰好第一感应处和第二感应处实现相互的感应，从而使得第一参考时间点和感应时间点重合，此时，可控制时间差阈值范围为±t1秒，而t1的选择则决定了控制的精度。正常情况下，时间差产生偏差的原因可能如下：

（1）第一感应处和第二感应处的安装位置产生轻微偏差，从而使得设计的相互的感应时间点发生略微的提前或滞后；

（2）机械手没有按照设定的运动轨迹运动，可能因其运动方向的轻微偏差，或者因其运动速度的偏差，而使得设计的第一感应处和第二感应处的相互的感应时间点发生略微的偏差。

当然上述所指的偏差是可保证卡盘正常工作的，当偏差导致第一参考依据或第二参考依据无法获取时，或时间差过大时，则需进行报警。

或者，作为另一种方式，为了降低第一感应处和第二感应处的选择及相应元器件的安装难度，第一参考时间点和感应时间点之间设定的时间差为t2秒，时间差阈值范围为（t2±t1）秒。

在本实施例中，需要说明的是，第一感应处是固定设置的，可建立在卡盘并不进行运动的位置处，或者建立在车床本体上的设定位置。

在实施的过程中，由于机械手的运动速度不同，以及机械手的运动距离不同等，均可能对控制产生影响，而为了减低上述影响的程度，作为优选地， t1的计算公式为：

t1=A*t0;

其中，t0为偏差标准值，为设定值；A为修订参数，与机械手的运动速度负相关。

在工作的过程中，当机械手的运动速度较低时，例如，当第一感应处和第二感应处的安装位置产生偏差，但该偏差下二者仍能有效感应时，为通过安装位置偏差的距离而实现感应的运动时间会因运动速度低而相对延长，从而可能造成极限的偏差距离内，仅仅因时间的延长而被认定为异常的情况，因此此种情况下，可适当延长t1的时间，从而使得异常情况的识别可满足所需的精度；相反地，当机械手的运动速度较高时，基于同样的情况，为通过安装位置偏差的距离而实现感应的运动时间会因运动速度高而相对缩短，从而可能造成极限的偏差距离以外，仅仅因时间的缩短而被认定为正常的情况，因此此种情况下，可适当缩短t1的时间，从而使得异常情况的识别可满足所需的精度。

作为上述实施例优选，在一一对应的第一参考时间点和感应时间点之间的时间差在时间差阈值范围内的过程判断完成后，经过设定时间段t3秒，执行卡盘的预设动作。在实际的控制过程中，在一一对应的关系里，感应时间点可能发生在第一参考时间点之前，也可能发生在第一参考时间点之后，而为了保证控制的安全性，卡盘的运动控制在第一感应处和第二感应处的感应完成后进行是更为安全的，在本实施例中，在确定可进行卡盘的运动控制，且感应完成后的设定时间段后，进行卡盘的运动控制，是安全且控制难度较低的方式。

实施例二

如图7所示，一种车床控制系统，车床采用机械手上料及下料，控制系统包括：

控制模块，对机械手上特定点位的运动轨迹进行设定，且在运动轨迹上选取控制点，并明确机械手上特定点位经过控制点的第一参考时间点；

感应模块，包括固定设置的第一感应单元，以及随机械手同步运动的第二感应单元，在机械手运动的过程中，第一感应单元和第二感应单元具有相互的感应时间点；

控制模块还用于将第一参考时间点作为第一控制依据，以及将感应时间点作为第二控制依据，进行卡盘的运动控制。

作为本实施例的优选，控制模块包括判断单元、计算单元和控制单元；

判断单元判断对应的第一参考时间点和感应时间点的一一对应关系；

计算单元对一一对应的第一参考时间点和感应时间点进行时间差的计算，将时间差与时间差阈值进行比较；

当比较结果为时间差在时间差阈值范围内时，控制单元执行卡盘的预设动作控制；否则，控制单元控制卡盘保持静止，且输出报警信息。

本实施例中，能够实现的技术目的与上述实施例中相同，此处不再赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种车床控制方法，其特征在于，所述车床采用机械手上料及下料，所述车床的控制包括以下步骤：

设定所述机械手上特定点位的运动轨迹；

在所述运动轨迹上选取控制点，且明确所述机械手上特定点位经过所述控制点的第一参考时间点，所述第一参考时间点作为车床卡盘的第一控制依据；

建立固定设置的第一感应处，以及，在所述机械手上建立第二感应处，所述第二感应处随所述机械手同步运动；其中，在所述机械手运动的过程中，所述第一感应处和第二感应处具有相互的感应时间点，所述感应时间点作为所述卡盘的第二控制依据；

依据于所述第一控制依据和第二控制依据进行所述卡盘的运动控制，具体为：

确立所述第一参考时间点和所述感应时间点的一一对应关系，以及二者所允许的时间差阈值范围；

判断一一对应的所述第一参考时间点和感应时间点之间的时间差是否在所述时间差阈值范围内；若是，则执行所述卡盘的预设动作；若否，则保持所述卡盘静止，且执行报警操作。

2.根据权利要求1所述的车床控制方法，其特征在于，所述第一参考时间点和感应时间点设定重合，所述时间差阈值范围为±t1秒。

3.根据权利要求1所述的车床控制方法，其特征在于，所述第一参考时间点和感应时间点之间设定的时间差为t2秒，所述时间差阈值范围为（t2±t1）秒。

4.根据权利要求2或3所述的车床控制方法，其特征在于，所述t1的计算公式为：

t1=A*t0;

其中，t0为偏差标准值，为设定值；

A为修订参数，与机械手的运动速度负相关。

5.根据权利要求1所述的车床控制方法，其特征在于，在一一对应的所述第一参考时间点和感应时间点之间的时间差在所述时间差阈值范围内的过程判断完成后，经过设定时间段t3秒，执行所述卡盘的预设动作。

6.根据权利要求1所述的车床控制方法，其特征在于，所述运动轨迹中至少包括一条直线段。

7.根据权利要求6所述的车床控制方法，其特征在于，所述控制点选择在任一所述直线段的中间。

8.一种车床控制系统，其特征在于，所述车床采用机械手上料及下料，所述控制系统包括：

控制模块，对所述机械手上特定点位的运动轨迹进行设定，且在所述运动轨迹上选取控制点，并明确所述机械手上特定点位经过所述控制点的第一参考时间点；

感应模块，包括固定设置的第一感应单元，以及随所述机械手同步运动的第二感应单元，在所述机械手运动的过程中，所述第一感应单元和第二感应单元具有相互的感应时间点；

所述控制模块还用于将所述第一参考时间点作为第一控制依据，以及将所述感应时间点作为第二控制依据，进行车床卡盘的运动控制；

所述控制模块包括判断单元、计算单元和控制单元；

所述判断单元判断对应的所述第一参考时间点和所述感应时间点的一一对应关系；

所述计算单元对一一对应的所述第一参考时间点和感应时间点进行时间差的计算，将所述时间差与时间差阈值进行比较；

当比较结果为时间差在所述时间差阈值范围内时，所述控制单元执行所述卡盘的预设动作控制；否则，所述控制单元控制所述卡盘保持静止，且输出报警信息。

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