智能尋位加工技術(shù)作為一種新型加工技術(shù)，大幅度縮短企業(yè)生產(chǎn)準備周期，加速產(chǎn)品上市速度，大大提高制造企業(yè)的敏捷性。為使該技術(shù)廣泛應(yīng)用于制造企業(yè)，以進一步提高企業(yè)的市場動態(tài)響應(yīng)能力，需要從設(shè)備及系統(tǒng)層次予以支持。本文詳細介紹其底層的數(shù)控系統(tǒng)。
一、基本功能需求
智能尋位加工技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)的主要區(qū)別在于兩點：①以主動尋位代替被動定位；②以順應(yīng)現(xiàn)實靈活加工代替按既定關(guān)系強制加工。
這就要求數(shù)控系統(tǒng)完全有別于傳統(tǒng)的方式，這也是本文所介紹的新型智能尋位數(shù)控系統(tǒng)的重要獨特功能。
根據(jù)實際需求，本文介紹的新型數(shù)控系統(tǒng)除應(yīng)具有傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的功能之外，至少應(yīng)該具有如下一些基本功能：
① 能夠進行主動尋位控制，對主動尋位設(shè)備進行尋位運動控制，包括觸覺及視覺測量系統(tǒng)的運動控制。
② 能夠根據(jù)尋位信息自動生成數(shù)控加工指令，根據(jù)信息流中工件的實際狀態(tài)信息，通過實時規(guī)劃生成工件本次入線加工的刀具運動路徑控制指令，控制加工設(shè)備進行順應(yīng)現(xiàn)實加工。
③ 網(wǎng)絡(luò)通訊功能，由于智能數(shù)控系統(tǒng)只是智能尋位加工系統(tǒng)的一個組成部分，各組成部分或各系統(tǒng)之間的信息流的傳遞需要具有網(wǎng)絡(luò)通訊的基本功能，這也就要求該數(shù)控系統(tǒng)必須留有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口。
二、體系結(jié)構(gòu)
以CAN總線作為網(wǎng)絡(luò)通訊基礎(chǔ)的智能尋位數(shù)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括驅(qū)動控制模塊(順應(yīng)工件現(xiàn)實生成驅(qū)動控制指令)、信息獲取模塊(視覺結(jié)合觸覺主動信息獲取控制)、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(CAN總線網(wǎng)絡(luò)通訊)、信息處理模塊(多傳感器融合信息處理)等幾個部分。
圖1 總體體系結(jié)構(gòu)
三、關(guān)鍵環(huán)節(jié)
信息獲取
主動信息獲取是智能尋位加工技術(shù)中最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。主要以宏、微觀結(jié)合(視覺結(jié)合觸覺)測量，實現(xiàn)快速準確的信息獲取。其框圖如圖2所示。
圖2 信息獲取框圖
對于視覺系統(tǒng)而言，數(shù)控系統(tǒng)需要簡單的點位操作，對視覺系統(tǒng)測取的結(jié)果進行分析，求取與預(yù)定目標位移差值，自動生成控制指令，調(diào)整視覺系統(tǒng)的相關(guān)變量，并控制工作臺移動到新的位置，重復(fù)進行視覺測量及控制移動過程，直到使得工件位置滿足視覺測量的基本要求，而后進行最終的工件位姿視覺測取。
對于觸覺測量而言，在得知視覺宏觀位姿信息以后，在測點及路徑規(guī)劃指導(dǎo)下，驅(qū)動工作臺相對于測頭作多坐標運動。在運動過程中連續(xù)檢測環(huán)節(jié)不斷獲取測頭的實際位置信息。當(dāng)測頭觸碰到工件表面使其開關(guān)動作發(fā)出采樣脈沖信號的瞬間，計算機對光柵系統(tǒng)反饋的連續(xù)運動信息進行采樣，求得測頭與工件接觸點的準確坐標信息。
信息處理
信息處理系統(tǒng)的作用是對視覺和觸覺系統(tǒng)獲取的工件信息進行處理，并據(jù)此實時求解出工件的現(xiàn)時狀態(tài)，進而指導(dǎo)驅(qū)動系統(tǒng)針對工件的現(xiàn)實情況，自動生成加工控制指令。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
圖3 信息處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
工作過程如下：首先，對來自視覺系統(tǒng)的工件宏觀圖像信息進行處理，并通過圖像識別和模糊匹配等算法求解出工件的宏觀狀態(tài)(工件在
機床坐標系中的大致位置和姿態(tài))。然后，以工件宏觀狀態(tài)信息為引導(dǎo)進行微觀測量規(guī)劃并生成相應(yīng)的測量控制指令。第三，由計算機中的運動控制軟件根據(jù)控制指令，控制觸覺系統(tǒng)運行，對工件上關(guān)鍵點的坐標進行精確測量，并將測量結(jié)果反饋給系統(tǒng)中的觸覺信息處理模塊。該信息經(jīng)處理后由微觀狀態(tài)求解模塊以精確尋位算法求解出工件微觀狀態(tài)。最后，由工件狀態(tài)計算模塊綜合宏觀和微觀兩方面信息精確求解出工件在機床坐標系中的實際狀態(tài)。
驅(qū)動控制
常規(guī)數(shù)控系統(tǒng)需經(jīng)過離線編程，按工件既定狀態(tài)預(yù)先生成刀具運動路徑，無法滿足智能尋位加工技術(shù)需按工件實際狀態(tài)實時生成刀具路徑與控制軌跡的要求。智能尋位數(shù)控系統(tǒng)則采用實時修正法實現(xiàn)該基本功能要求，其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。
圖4 驅(qū)動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
該環(huán)節(jié)首先對上級計算機通過CAN總線傳來的零件幾何信息和加工工藝信息進行預(yù)處理，并根據(jù)工件實際狀態(tài)信息(來自信息處理系統(tǒng))將工件上的待加工元素從設(shè)計空間映射到實際加工空間；然后由切削路徑生成
