[发明专利]基于机器视觉状态监控与误差补偿的开放式数控系统

摘要

本发明公开一种基于机器视觉状态监控与误差补偿的开放式数控系统，包括人机交互单元、运动控制单元、执行驱动单元、图像采集单元和传感反馈单元，人机交互单元包括工控机和操作面板，运动控制单元包括运动控制板及配套通讯模块、I/O端口、总线模块和存储模块，执行驱动单元包括驱动机构、机械执行机构，运动控制单元通过总线模块控制执行驱动单元，上位机数控软件模块采用多线程机制，每个线程对应实现一部分功能，多个线程并行同时处理以提升系统效率；通过引入图像采集单元，利用机器视觉技术实现系统加工过程的实时监测和加工误差的在线补偿，提高系统安全性和效率；通过图像处理技术检测并补偿数控系统加工误差，提高系统加工精度。

主权项

1.一种基于机器视觉状态监控与误差补偿的开放式数控系统，其特征在于，所述系统包括：人机交互单元、运动控制单元、执行驱动单元、图像采集单元和传感反馈单元；其中：/n所述人机交互单元用于提供系统的人机交互操作功能，同时运行上位机数控软件模块；/n所述运动控制单元，包括运动控制板、通讯模块、I/O端口、存储模块和总线模块，其中：运动控制板负责运行下位机数控软件模块，通讯模块用于实现运动控制板与人机交互单元中的工控机的加工参数数据交互，I/O端口用于实现运动控制板与人机交互单元中的操作面板的数字量数据交互以及接收传感反馈单元的模拟量数据，存储模块用于实现上位机传送的文件数据的暂时存储，总线模块用于实现运动控制板与执行驱动单元的加工参数数据交互；/n所述执行驱动单元包括驱动机构、机械执行机构，驱动机构包括驱动器、编码器、伺服电机和变频器，其中：驱动器通过总线模块与运动控制板进行运动参数数据交互，驱动器控制伺服电机运动，同时伺服电机的运动通过编码器反馈给驱动器，以形成伺服电机的半闭环控制回路；伺服电机驱动机械执行机构实现进给运动；同时运动控制单元通过总线模块控制变频器，变频器驱动机械执行机构实现切削主运动，切削主运动和进给运动相互配合，实现对加工对象的加工；/n所述图像采集单元，在系统加工过程中实时拍摄加工对象的图像，并将拍摄到的图像传输至工控机中进行处理分析；/n所述传感反馈单元，用于将执行驱动单元中的机械执行机构的运动信息，通过运动控制单元中的I/O端口反馈至运动控制单元，从而形成闭环控制回路；/n所述上位机数控软件模块采用多线程构架，每条线程实现对应子模块的功能，包括：主线程、文本管理线程、图像处理线程，其中：/n所述主线程用于实现通讯管理子模块、系统参数设置子模块、运动状态监控子模块的功能；/n所述文本管理线程用于实现文本文件管理子模块和语法检查纠错子模块的功能；/n所述图像处理线程用于实现图像处理子模块和在线补偿子模块的功能；/n所述下位机数控软件模块，包括：参数初始化子模块、文本译码子模块、刀补运算子模块、速度前瞻子模块和I/O端口控制子模块，其中：/n参数初始化子模块，为各轴的加工参数进行初始化，避免先前加工的数据冗余的影响；/n文本译码子模块，将下位机通讯模块接收的加工代码翻译为下位机可以处理的数据类型，并存储在下位机的存储模块中；/n刀补运算子模块，基于文本译码子模块的翻译结果，计算考虑刀具半径偏置后的实际加工点位置；/n速度前瞻子模块，基于刀补运算子模块的计算结果，在考虑所有加工轨迹在满足加工精度要求并平滑过渡的条件下，对各轴运动速度进行提前规划；/nI/O端口控制子模块，监控并读写I/O端口，改变下位机相关加工参数，控制输出端口高低电平；/n所述下位机数控软件模块采用多线程构架，每条线程实现对应子模块的功能，包括：I/O端口控制线程、加工代码处理线程，其中：/n所述I/O端口控制线程用于实现I/O端口控制子模块的功能；/n所述加工代码处理线程用于实现参数初始化子模块、文本译码子模块、刀补运算子模块和速度前瞻子模块的功能。/n