[发明专利]一种基于机器视觉刀臂定位的伺服刀库及其换刀控制方法

说明书

本发明涉及一种伺服刀库及其换刀控制方法，其特征在于：伺服刀库包括：刀库本体、凸轮机构、刀臂结构、ATC护罩、ATC换刀机构、ATC减速机、ATC伺服电机、凸轮定位传感器、刀库减速机固定座、刀库减速机、刀库伺服电机、控制盒、刀库后护罩、圆盘式刀盘单元、原点传感器、刀库前护罩、倒刀气缸组、倒刀微动开关、刀盘芯轴、刀套结构、倒刀定位座、伺服驱动器，所述ATC护罩后方安装有高清针孔摄像机以及X光针孔相机，用于对所述抓手部进行光学图像以及X光图像拍摄。通过多个位置检测装置的光学图像与X光图像与标准图像比较的机器视觉技术精确地检测，保证了刀具更换精度。同时建立了神经网络模型，通过图像的识别而实时控制ATC伺服电机运转，使得刀臂位置控制更加智能精准。

技术领域

本发明涉及一种刀库结构及其控制方法，具体涉及一种基于机器视觉刀臂定位的伺服刀库及其换刀控制方法。

背景技术

在现有的精密机械成型工艺过程中，单一零件的加工过程往往会涉及到镗、铣、切、削、钻等多种加工工艺，单一种类的刀具往往不能满足多种加工类型工艺的使用需求，因而在单一零件的加工过程中往往需要对加工的刀具做出及时的更换调整，现有技术中一般包括人工更换方式及机械更换方式两种，对于人工更换方式而言，虽然更换效果精准，导致的加工误差小，但是更换耗时耗力，且每次更换都需要人工进行位置检测，个体人工差异大，且对不熟练的操作人员构成的安全威胁较大，而对于机械更换方式而言，虽然省时省力，更换后实现的精度更高，但是适用性较差，并不能针对每一款刀具都能进行相同的换刀及定位操作，适用范围窄；同时对于现有的圆盘刀库而言，ATC换刀结构及圆盘式刀盘单元都缺乏相对稳定的控制模组实现其工作过程。

在此工作过程中尤其关注的两点问题会影响换刀的顺利操作：一个是马达的驱动,另一个是马达控制程序问题.由于马达旋转的惯性,即便在接收到控制命令而做出相应启停的操作,仍然不能避免继续旋转微小的角度；刀臂在更换刀具时有三个固定位置,分别为：抓住刀具的刀柄（扣刀位置），完成刀具交换并放刀（插刀位置）及刀臂旋转回原始位置（原点位置），在这些位置点，由于马达旋转的惯性所导致刀臂在抓取刀柄及刀具交换放刀时，可能产生打刀的后果。而问题归结为ATC换刀机构的三个旋转动作，一个是刀臂从原始位置旋转特定的一个角度到扣刀点位置扣住刀具，一个是拔刀后旋转180°交换刀具并放刀，一个是放刀后刀臂反向旋转回归原点位置。这三个旋转动作都要求刀臂最终能够精准的停止在一个正确的位置，如果停止的位置不准确会使抓刀位置不准确,从而产生打刀现象。

中国专利文献CN204913424U考虑了五个角度信号，都由一个感应伺服驱动器来控制对于马达的输出电流，从而控制旋转速度，以期望马达旋转分段式的精准定位到五个位置。由于使用的是传感部件，仍然脱离不了人工的多区段电流输出的参数设置，是非实时的。由于刀臂实际旋转时，考虑到操作的流程不同，会产生可预知的情况，因而人工设定参数和实际的刀臂运动对参数的实际需求之间往往有差异，从而导致刀臂位置控制仍然存在一定的不确定性。

最好的方案是,如人类视觉一样,在换刀过程中只要发现刀臂位置不正确就实时地进行调节。CN102785126A使用两个PSD相机实时检测该刀臂上点光源的运动轨迹，从而计算出光源三维坐标，最终制定出刀臂的空间运动轨迹。并还需要通过工业相机对刀柄、刀槽部分标定和图像提取，然而仅仅提供了一种精确反映刀库和刀臂实时的精确定位手段，但没有具体说明如何通过曲线和刀柄、刀槽来保证抓刀，取刀交换和归位原点位置的精确定位，并且运动曲线计算复杂，给系统带来不小的负荷。

在申请人的在先专利申请CN201910341735.3中记载了一种伺服刀库及其换刀控制系统，通过控制盒驱动机械结构进而实现一次旋转即能实现待使用刀具从刀库中移出的同时实现使用完毕刀具从外部重新移入刀库中，既避免了人工更换方式的更换误差、耗时耗力、安全威胁、又能避免机械更换方式存在的适用性范围窄的缺陷，通过多个位置检测装置的精确检测保证换刀位置精度。

发明内容