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技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉刀臂定位的伺服刀库，其特征在于：所述伺服刀库包括：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；/n其中，所述凸轮机构设置于所述刀库本体的后部，所述凸轮定位传感器设置于所述刀库本体的后部且位于所述凸轮机构的上方，所述刀库本体通过所述凸轮机构与所述圆盘式刀盘单元传动连接；/n所述刀臂结构具有外套在所述驱动芯轴的驱动轴心套，以及位于两个端部的抓手部，...

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉刀臂定位的伺服刀库，其特征在于：所述伺服刀库包括：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；
其中，所述凸轮机构设置于所述刀库本体的后部，所述凸轮定位传感器设置于所述刀库本体的后部且位于所述凸轮机构的上方，所述刀库本体通过所述凸轮机构与所述圆盘式刀盘单元传动连接；
所述刀臂结构具有外套在所述驱动芯轴的驱动轴心套，以及位于两个端部的抓手部，并且所述刀臂结构关于所述驱动芯轴套的中轴成360°旋转对称，并且还具有成轴对称的矩形刀臂身，对称轴与所述驱动芯轴套的中轴相交于旋转对称点；所述刀臂结构设置于所述圆盘式刀盘单元的下方，所述驱动芯轴使得所述刀臂结构能够绕所述驱动芯轴旋转；
所述ATC伺服电机设置于所述ATC换刀机构的上方且与所述ATC减速机传动连接，所述ATC护罩设置于所述ATC换刀机构的外周，所述刀库减速机固定座设置于所述刀库本体的上侧，所述刀库减速机安装于所述刀库减速机固定座的上方，所述刀库减速机的上方设置有刀库伺服电机，
所述控制盒设置于所述刀库减速机固定座及所述刀库减速机的一侧，在所述伺服刀库的外部的客户机床的电器柜上还设置有伺服驱动器，所述伺服驱动器分别与ATC伺服电机及刀库伺服电机连接；
所述圆盘式刀盘单元通过所述刀库后护罩的刀盘芯轴安装于所述刀库本体上，所述圆盘式刀盘单元前侧还设置有刀库前护罩，在所述圆盘式刀盘单元与所述刀库前护罩之间还设置有倒刀气缸组及倒刀微动开关，在所述倒刀气缸组与所述倒刀微动开关之间还设置有原点传感器，在所述圆盘式刀盘单元的刀盘周向上均匀设置有若干个刀套结构及倒刀定位座；所述ATC伺服电机中设置有刀臂预设角度监测编码器，所述ATC换刀机构的一侧设置有刀臂实际角度监测编码器；
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，所述高清针孔摄像机安装在X光针孔相机的相机筒上，所述X光针孔相机还包括了X射线发射以及反射射线信号探测及传输装置，并且所述反射射线信号探测及传输装置安装在所述ATC护罩后方；以及，
所述控制盒连接机床计算机系统，所述机床还包括具有图像采集模块，用于采集所述高清针孔摄像机以及X光针孔相机的图像数据。


2.根据权利要求1所述的一种伺服刀库，其特征在于：所述刀库减速机（8）设置于所述
刀库后护罩（10）与所述ATC护罩（4）之间围成的空间中；所述刀库前护罩（13）的直径小于所述刀库后护罩（10）的直径。


3.根据权利要求1所述的一种伺服刀库，其特征在于：所述刀库后护罩（10）的下方设置
有缺口（101）。


4.根据权利要求1所述的一种伺服刀库，其特征在于：所述刀库本体（1）的内部设置有
容纳所述凸轮机构（2）的安装槽（1a）。


5.根据权利要求1所述的一种伺服刀库，其特征在于：所述ATC护罩（4）上还开设有仪表
窗（41）。


6.一种伺服刀库的换刀控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）标定刀臂结构原点位置：设定所述抓手部上的一点为参考点，连接参考点与所述旋转对称点，过所述参考点作所述对称轴的垂线，获得垂足与参考点之间的参考垂线段；以额定转速启动ATC伺服电机带动刀臂结构旋转，当原点传感器检测到刀臂结构回到初始位置后，ATC伺服电机以最低速1r/min继续驱动刀臂结构旋转运动一段时间后，停止ATC伺服电机,接着再以最低速反转ATC伺服电机，直到原点传感器再次检测到刀臂结构回到初始位置后再次停止ATC伺服电机，此时刀臂结构原点位置校正完毕；使用所述高清针孔摄像机以及X光针孔相机（空间分辨率为数微米）的拍摄标准光学图像和标准X光图像作为标准图像；
（2）刀盘选刀：确认刀套结构处于水平状态后，通过伺服驱动器启动刀库伺服电机，刀
库伺服电机驱动凸轮机构，并通过凸轮机构带动圆盘式刀盘单元中的刀盘进行旋转选刀，
凸轮机构中的凸轮每转动一圈，刀盘旋转一個刀位；
（3）倒刀：
（3.1）控制盒下达换刀指令，执行倒刀动作，倒刀微动开关开启并控制倒刀气缸组驱动
刀套结构从与所述刀盘平面平行的位置旋转90°至与所述刀盘平面垂直的位置；
（3.2）待刀套结构与倒刀定位座实现抵接定位时，确认倒刀完成，倒刀微动开关关闭，
倒刀气缸组停止动作；
（4）驱动芯轴定位：驱动芯轴上升至换刀位置，且完成驱动芯轴的方向定位；
（5）刀臂换刀：伺服驱动器控制ATC伺服电机驱动ATC换刀机构致使刀臂结构的刀臂转动，直至当凸轮定位传感器检测到凸轮运动到预设位置时，ATC伺服电机在伺服驱动器的控制下停转制动，等待控制盒的进一步指令；
（5.1）扣刀：ATC伺服电机驱动ATC换刀机构下方的刀臂旋转至扣刀位置，当确认到达扣刀位置后ATC伺服电机制动；
（5.2）拔刀及换刀：执行机床主轴的松...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亮，朱建国，
申请(专利权)人：冈田精机丹阳有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32