基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法，其中，对位平台放置于双轴数控机床的工作平台上，工作平台上放置第一工件，对位平台上放置第二工件，该方法包括：采集第一工件的第一实际位置和第二工件的第二实际位置；双轴数控机床的处理器计算得到第二工件相对于第一工件的旋转偏移量；对位平台根据旋转偏移量进行移动和旋转，本发明还涉及一种基于对位平台的双轴数控机床校正定位系统，该系统包括图像采集模块、处理模块和对位平台。采用本发明的基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法及系统，简化了两个工件一起校正的难度，提高了加工效率和加工精度，工作性能稳定，可靠性高，具有更广泛的应用范围。
【专利说明】基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及数控机床控制系统领域，尤其涉及双轴数控机床加工【技术领域】，具体是指一种基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着科技不断发展，数控机床控制系统在数控技术上得到广泛应用。数控机床自1952年在美国成功研制以来先后经历了五个发展阶段。随着微电子和计算机技术的日益成熟，推动了我国数控技术的发展，国产数控系统相继开发成功，使我国数控机床在品质上、性能上得到了保障。由于数控机床有着对工件改型的适应性强、加工精度高、提高生产率等特点，因此数控技术在现代机械加工系统中的广泛推广应用。随着数控机床应用的兴起，机床操作员对机床的加工效率和加工精度的要求也逐渐提高，例如在数控机床上采用CCD(Charge-coupled Device,电荷稱合元件,可作为图像传感器)校正，对于某些精密的工件，比如说已经印好电路的玻璃，此时人为手工地加工定位精度不够，引入CCD视觉系统来更准确地加工。
[0003]此外，数控机床中的双Z轴机床出于成本和效率的考虑，共用XY轴，2个Z轴上安装的2个主轴用于同时加工2个一模一样的工件。目前国内的双Z轴数控机床控制系统，已经实现了双Z轴轮动加工和双Z轴联动加工，双Z轴系统常用的联动加工方式是，同时加工一组两个工件，这组工件的间距为双Z轴的间距，该组工件加工结束后，再加工第二组，……，以此类推，直到所以工件加工结束，停止机床。双Z轴系统加工多个工件的效率比单Z轴系统加工相同个数工件的效率高，但加工精度不理想，由于同时加工多个工件，对于工件位置的定位精确度要求更高，定位校准难度更大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种通过CXD图像采集传感器采集工件实际位置，利用对位平台先自动校正其中一个工件的定位，再通过双轴数控机床的运动同时校正两个工件的定位，实现多个工件精确校正定位，提高校正速率和加工效率的基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法及系统。
[0005]为了实现上述目的，本发明的基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法及系统具有如下构成:
[0006]该基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法，其主要特点是，对位平台放置于双轴数控机床的工作平台上，所述的工作平台上放置第一工件，所述的对位平台上放置第二工件，所述的方法包括以下步骤:
[0007](I)图像传感器采集所述的工作平台上的第一工件的第一实际位置和所述的对位平台上的第二工件的第二实际位置；
[0008](2)所述的双轴数控机床的处理器比较所述的第一实际位置和第二实际位置，并得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量；
[0009](3)所述的对位平台根据所述的旋转偏移量进行移动和旋转。
[0010]进一步地，所述的双轴数控机床的处理器比较所述的第一实际位置和第二实际位置并得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量，包括以下步骤:
[0011](2.1)所述的处理器建立所述的第一工件对应的第一虚拟坐标系和所述的第二工件对应的第二虚拟坐标系；
[0012](2.2)所述的处理器计算得到所述的第一实际位置在所述的第一虚拟坐标系中的第一虚拟坐标，和所述的第二实际位置在所述的第二虚拟坐标系中的第二虚拟坐标；
[0013](2.3)所述的处理器根据所述的第一虚拟坐标和第二虚拟坐标计算得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量。
[0014]进一步地，所述的步骤(3)之后，还包括以下步骤:
[0015](4)所述的图像传感器再次采集所述的第二工件的第二实际位置；
[0016](5)所述的处理器判断所述的第一实际位置和再次采集得到的第二实际位置之间的距离是否超出误差允许范围；
[0017](6)如果判断结果为所述的第一实际位置和再次采集得到的第二实际位置之间的距离超出误差允许范围，则返回上述步骤(2)，否则继续步骤(7)；
[0018](7)所述的数控机床开始加工所述的第一工件和第二工件。
[0019]更进一步地，所述的步骤(6)和(7)之间，还包括以下步骤:
[0020](6.1)所述的处理器比较所述的第一实际位置和所述的第一工件的理论位置，得到所述的工作平台的二次旋转偏移量；
[0021](6.2)所述的工作平台根据所述的二次旋转偏移量进行移动和旋转，且在所述的工作平台移动和旋转过程中，所述的对位平台与所述的工作平台相对静止。
[0022]此外，本发明还提供一种基于对位平台的双轴数控机床校正定位系统，其用于实现上述的方法，其主要特点是，所述的系统包括:
[0023]图像采集模块，用以采集所述的第一工件的第一实际位置和所述的第二工件的第二实际位置；
[0024]处理模块，用以比较所述的第一实际位置和第二实际位置，并得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量；
[0025]对位平台，用以根据所述的旋转偏移量进行移动和旋转，且所述的对位平台放置于所述的双轴数控机床的工作平台上。
[0026]进一步地，所述的处理模块包括判断比较模块，所述的判断模块用以判断所述的第一实际位置和校正后再次采集得到的第二实际位置之间的距离是否超出误差允许范围，和比较所述的第一实际位置和所述的第一工件的理论位置，并将判断结果和比较数据反馈至所述的处理模块。
[0027]更进一步地，所述的处理模块包括偏移量计算单元，所述的偏移量计算单元用以建立所述的第一工件对应的第一虚拟坐标系和所述的第二工件对应的第二虚拟坐标系，并根据所述的第一虚拟坐标系和第二虚拟坐标系计算得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量，和根据所述的比较数据计算得到所述的工作平台的二次旋转偏移量。
[0028]采用了本发明的基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法及系统，利用对位平台先自动校正其中一个工件的定位，使对位平台上的工件和双轴数控机床的工作平台上的工件处于相对一致的位置，再通过双轴数控机床的运动同时校正两个工件的定位，既具有双Z轴系统的联动功能，也具有视觉系统的图像识别功能，同时，对位平台对其中一个工件预先校正定位，简化了两个工件一起校正的难度，一定程度地提高了加工效率，且大幅度地提高了加工精度，工作性能稳定，可靠性高。
[0029]此外，本发明的对位平台是轻量级的机械，负重低，只需要负重自重和一块玻璃的重量，配的丝杠和驱动器都是低速的，低行程的，低功耗的，相比较配2台需要让常规机床运动的校正设备的成本更低，机械结构更为稳定。
[0030]因此，该方法和系统在现代机械加工系统的应用中可以得到广泛推广，例如在玻璃磨边行业中是不可或缺的一部分，具有更广泛的应用范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明的基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法的流程图。
[0032]图2为本发明的一种【具体实施方式】的工件位置示意图。
[0033]图3为本发明的一种【具体实施方式】的对位平台校正后的工件位置示意图。
【具体实施方式】
[0034]为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0035]请参阅图1，在一种实施方式中，对位平台放置于双轴数控机床的工作平台上，所述的工作平台上放置第一工件，所述的对位平台上放置第二工件，本发明的基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法包括以下步骤:
[0036](I)图像传感器采集所述的工作平台上的第一工件的第一实际位置和所述的对位平台上的第二工件的第二实际位置；
[0037](2)所述的双轴数控机床的处理器比较所述的第一实际位置和第二实际位置，并得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量；
[0038](3)所述的对位平台根据所述的旋转偏移量进行移动和旋转。
[0039]其中，第一实际位置定义为第一工件相对于机床的位置，第二实际位置定义为第二工件相对于机床的位置，对位平台基于对位平台的中心进行运动。
[0040]在一种优选的实施方式中，所述的双轴数控机床的处理器比较所述的第一实际位置和第二实际位置并得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量，包括以下步骤:
[0041](2.1)所述的处理器建立所述的第一工件对应的第一虚拟坐标系和所述的第二工件对应的第二虚拟坐标系；
[0042](2.2)所述的处理器计算得到所述的第一实际位置在所述的第一虚拟坐标系中的第一虚拟坐标，和所述的第二实际位置在所述的第二虚拟坐标系中的第二虚拟坐标；
[0043](2.3)所述的处理器根据所述的第一虚拟坐标和第二虚拟坐标计算得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量。
[0044]其中，已知基于机床坐标系的第一实际位置和第二实际位置，已知第一工件和第二工件之间的固定偏移量，则排除第一二工件之间的固定偏移，并基于各工件对应的主轴，设第一工件的位置为A，第二工件的位置为B。
[0045]其次，已知对位平台中心相对于主轴2 (第二工件对应的主轴)的位置为0，由于对位平台在工作平台相对运动，所以我们以对位平台的中心建立坐标系计算，即(B-O)相对于(A-O)的旋转平移量，具体为:
[0046]以对位平台中心为原点建立坐标系(即第二虚拟坐标)，得到第二工件相对于对位平台中心的位置。并为第一工件建立一个虚拟平台的中心坐标系(即第一虚拟坐标)，虚拟平台相对于中心坐标轴的位置与对位平台相对于主轴2的位置O相同，得到第一工件相对于对位平台中心的位置，比较这两个位置计算得到旋转平移量。
[0047]在一种优选的实施方式中，所述的步骤(3)之后，还包括以下步骤:
[0048](4)所述的图像传感器再次采集所述的第二工件的第二实际位置；
[0049](5)所述的处理器判断所述的第一实际位置和再次采集得到的第二实际位置之间的距离是否超出误差允许范围；
[0050](6)如果判断结果为所述的第一实际位置和再次采集得到的第二实际位置之间的距离超出误差允许范围，则返回上述步骤(2)，否则继续步骤(7)；
[0051](7)所述的数控机床开始加工所述的第一工件和第二工件。
[0052]在一种更优选的实施方式中，所述的步骤(6)和(7)之间，还包括以下步骤:
[0053](6.1)所述的处理器比较所述的第一实际位置和所述的第一工件的理论位置，得到所述的工作平台的二次旋转偏移量；
[0054](6.2)所述的工作平台根据所述的二次旋转偏移量进行移动和旋转，且在所述的工作平台移动和旋转过程中，所述的对位平台与所述的工作平台相对静止。
[0055]此外，本发明还提供一种基于对位平台的双轴数控机床校正定位系统，其用于实现上述的方法，其主要特点是，所述的系统包括:
[0056]图像采集模块，用以采集所述的第一工件的第一实际位置和所述的第二工件的第二实际位置；
[0057]处理模块，用以比较所述的第一实际位置和第二实际位置，并得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量；
[0058]对位平台，用以根据所述的旋转偏移量进行移动和旋转，且所述的对位平台放置于所述的双轴数控机床的工作平台上。
[0059]在一种优选的实施方式中，所述的处理模块包括判断比较模块，所述的判断模块用以判断所述的第一实际位置和校正后再次采集得到的第二实际位置之间的距离是否超出误差允许范围，和比较所述的第一实际位置和所述的第一工件的理论位置，并将判断结果和比较数据反馈至所述的处理模块。
[0060]在一种更优选的实施方式中，所述的处理模块包括偏移量计算单元，所述的偏移量计算单元用以建立所述的第一工件对应的第一虚拟坐标系和所述的第二工件对应的第二虚拟坐标系，并根据所述的第一虚拟坐标系和第二虚拟坐标系计算得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量，和根据所述的比较数据计算得到所述的工作平台的二次旋转偏移量。
[0061]在一种具体的实施方式中，使用双Z轴机床，双CCD，引入对位平台作为调整其中一个工件的位置，使得2个工件的状态一致，然后应用CCD确认是否开始双Z轴机床的定位加工，实现方式如下所述:
[0062]1、双Z轴同时运动到工件上方，CXD同时拍照，此时可以看到2个工件的实际位置如图2所示，很显然，工件I和工件2的相对位置需要调整。
[0063]2、以工件I的位置作为基准，计算放置工件2的对位平台相对于工件I的需要运动的旋转偏移量，这种计算方法有一定的要求:
[0064]I)由于双Z轴的2个主轴之间的间距是固定的，所以调整后的2个工件的间距与双Z轴之间的间距必须一致。
[0065]2)采取建立虚拟坐标系的方法，以主轴偏距差分别建立2个虚拟坐标系，计算出工件I在虚拟坐标系I中的位置、工件2在虚拟坐标系2中的位置，此时这2个位置才具有对比性，以这2个位置计算工件2相对于工件I的旋转偏移量，也就是对位平台需要运动的旋转偏移量。
[0066]3、对位平台根据旋转偏移量运动，运动完成后可以看出，工件2和工件I的位置已符合要求，如图3所示。
[0067]4、根据工件I的实际位置和标准工件的理想位置得到机床应如何加工的信息，相当于具有CCD系统的机床数控机床的一般加工，故过程略去。
[0068]5、双Z轴同时加工完成。
[0069]在另一种具体的实施方式中，上述的结构不变，称对位平台为副工作台，数控机床的工作平台为主工作台，实现方式如下所述:
[0070]A)需要修改源加工文件，根据加载的源加工文件生成一个新待加工文件，该新待加工文件中，含有拍照信息、源加工文件中的刀路信息，其中，一个新待加工文件的基本格式为:
[0071 ] 副工作台回工件原点；
[0072]切换到拍照模式；
[0073]主副工作台第一个工件的拍照；
[0074]主副工作台第二个工件的拍照；
[0075]拍照结束通知；
[0076]副工作台校正第一个工件的位置；
[0077]验证副工作台的校正结果(即对一个工件拍照，检测理论位置与实际位置的差值是否在设置的误差范围内，若该差值超出误差范围，则命令数控机床停止加工，否则继续加工)；
[0078]切换到加工模式；
[0079]源加工文件中的刀路；
[0080]B)对新待加工文件进行解析和执行，详细步骤如下:
[0081](a)副工作台回工件原点,确保副工作台随主工作台同时拍照时记录的工件理论位置精确；
[0082](b)切换到拍照模式，两个主轴运动到准焦高度(准焦高度，即从相机中看到的图像最清晰时的Z轴位置)；
[0083](c)对主工作台上放置的工件I和副工作台上放置的工件2进行拍照:
[0084]两个Z轴同时走到第一拍照点位置，对主工作台上放置的工件I进行拍照，拍照时记录拍照点对应的工件I的理论位置，拍照结束后，利用图像识别功能，计算出工件I的实际位置，并记录该实际位置，然后，两个主轴同时走到第二拍照点位置，对副工作台上放置的工件2进行拍照，同样记录理论位置和实际位置。
[0085](d)有了两组理论位置和实际位置，就可以计算主副工作台上的工件相对工件原点的旋转偏移量，详细计算过程如下:
[0086]a.计算副工作台的旋转偏移量:以主工作台记录的两个实际位置为参考，和副工作台记录的两个实际位置计算出一个旋转角度和偏移，记该旋转角度和偏移的矩阵为A，使得副工作台经过此角度旋转和偏移，能够达到与主工作台工件实际位置的工件坐标一样。
[0087]b.计算主工作台的旋转偏移量:以主工作台记录的两个实际位置为参考，和主工作台记录的两个理论位置计算出一个旋转角度和偏移，记该旋转角度和偏移的矩阵为B，使得副工作台相对主工作台静止后，随着主工作台经过此角度旋转和偏移，能够实现主副工作台工件都校正的目的。
[0088](e)如果还有其它工件，再对主副工作台的其它工件进行拍照，拍照过程同上述步骤，以此类推，直到所有工件都拍完照后，发出拍照结束通知。
[0089]C)加工工件I和工件2:
[0090]副工作台移动，使用矩阵A，校正副工作台上的工件2与主工作台上工件I的工件坐标相同，数控机床的处理器命令CXD图像传感器再次对工件I拍照并验证理论位置与实际位置的差值是否超出误差范围，若超出，则命令数控机床停止加工，否则切换到加工模式，副工作台相对主工作台静止，副工作台随着主工作台使用矩阵B，一起校正并加工工件I和2。
[0091]D)工件I和2加工结束后，将后面需要加工的工件按照上述步骤A)至C)执行，直到所有的工件都高效率、高精度的加工结束。
[0092]采用了本发明的基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法及系统，利用对位平台先自动校正其中一个工件的定位，使对位平台上的工件和双轴数控机床的工作平台上的工件处于相对一致的位置，再通过双轴数控机床的运动同时校正两个工件的定位，既具有双Z轴系统的联动功能，也具有视觉系统的图像识别功能，同时，对位平台对其中一个工件预先校正定位，简化了两个工件一起校正的难度，一定程度地提高了加工效率，且大幅度地提高了加工精度，工作性能稳定，可靠性高。
[0093]此外，本发明的对位平台是轻量级的机械，负重低，只需要负重自重和一块玻璃的重量，配的丝杠和驱动器都是低速的，低行程的，低功耗的，相比较配2台需要让常规机床运动的校正设备的成本更低，机械结构更为稳定。
[0094]因此，该方法和系统在现代机械加工系统的应用中可以得到广泛推广，例如在玻璃磨边行业中是不可或缺的一部分，具有更广泛的应用范围。
[0095]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。
【权利要求】
1.一种基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法，其特征在于，对位平台放置于双轴数控机床的工作平台上，所述的工作平台上放置第一工件，所述的对位平台上放置第二工件，所述的方法包括以下步骤: (1)图像传感器采集所述的工作平台上的第一工件的第一实际位置和所述的对位平台上的第二工件的第二实际位置； (2)所述的双轴数控机床的处理器比较所述的第一实际位置和第二实际位置，并得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量； (3)所述的对位平台根据所述的旋转偏移量进行移动和旋转。
2.根据权利要求1所述的基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法，其特征在于，所述的双轴数控机床的处理器比较所述的第一实际位置和第二实际位置并得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量，包括以下步骤: (2.1)所述的处理器建立所述的第一工件对应的第一虚拟坐标系和所述的第二工件对应的第二虚拟坐标系； (2.2)所述的处理器计算得到所述的第一实际位置在所述的第一虚拟坐标系中的第一虚拟坐标，和所述的第二实际位置在所述的第二虚拟坐标系中的第二虚拟坐标； (2.3)所述的处理器根据所述的第一虚拟坐标和第二虚拟坐标计算得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量。
3.根据权利要求1所述的基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法，其特征在于，所述的步骤(3)之后，还包括以下步骤: (4)所述的图像传感器再次采集所述的第二工件的第二实际位置； (5)所述的处理器判断所述的第一实际位置和再次采集得到的第二实际位置之间的距离是否超出误差允许范围； (6)如果判断结果为所述的第一实际位置和再次采集得到的第二实际位置之间的距离超出误差允许范围，则返回上述步骤(2)，否则继续步骤(7)； (7)所述的数控机床开始加工所述的第一工件和第二工件。
4.根据权利要求3所述的基于对位平台实现双轴数控机床校正定位的方法，其特征在于，所述的步骤(6)和(7)之间，还包括以下步骤: (6.1)所述的处理器比较所述的第一实际位置和所述的第一工件的理论位置，得到所述的工作平台的二次旋转偏移量； (6.2)所述的工作平台根据所述的二次旋转偏移量进行移动和旋转，且在所述的工作平台移动和旋转过程中，所述的对位平台与所述的工作平台相对静止。
5.一种基于对位平台的双轴数控机床校正定位系统，其实现权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述的系统包括: 图像采集模块，用以采集所述的第一工件的第一实际位置和所述的第二工件的第二实际位置； 处理模块，用以比较所述的第一实际位置和第二实际位置，并得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量； 对位平台，用以根据所述的旋转偏移量进行移动和旋转，且所述的对位平台放置于所述的双轴数控机床的工作平台上。
6.根据权利要求5所述的基于对位平台的双轴数控机床校正定位系统，其特征在于，所述的处理模块包括判断比较模块，所述的判断模块用以判断所述的第一实际位置和校正后再次采集得到的第二实际位置之间的距离是否超出误差允许范围，和比较所述的第一实际位置和所述的第一工件的理论位置，并将判断结果和比较数据反馈至所述的处理模块。
7.根据权利要求6所述的基于对位平台的双轴数控机床校正定位系统，其特征在于，所述的处理模块包括偏移量计算单元，所述的偏移量计算单元用以建立所述的第一工件对应的第一虚拟坐标系和所述的第二工件对应的第二虚拟坐标系，并根据所述的第一虚拟坐标系和第二虚拟坐标系计算得到所述的第二工件相对于所述的第一工件的旋转偏移量，和根据所述的比较数据计算得到所述的工作平台的二次旋转偏移量。
【文档编号】G05B19/19GK104181861SQ201410441130
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】方敏, 孙彦春, 齐伟, 汤同奎, 郑之开 申请人:上海维宏电子科技股份有限公司