一、基本功能需求
 图1 总体体系结构 |
二、体系结构
三、关键环节
- 信息获取
- 主动信息获取是智能寻位加工技术中最为关键的一个环节。主要以宏、微观结合(视觉结合触觉)测量，实现快速准确的信息获取。其框图如图2所示。
- 对于视觉系统而言，数控系统需要简单的点位操作，对视觉系统测取的结果进行分析，求取与预定目标位移差值，自动生成控制指令，调整视觉系统的相关变量，并控制工作台移动到新的位置，重复进行视觉测量及控制移动过程，直到使得工件位置满足视觉测量的基本要求，而后进行最终的工件位姿视觉测取。
图2 信息获取框图
图3 信息处理系统结构框图- 对于触觉测量而言，在得知视觉宏观位姿信息以后，在测点及路径规划指导下，驱动工作台相对于测头作多坐标运动。在运动过程中连续检测环节不断获取测头的实际位置信息。当测头触碰到工件表面使其开关动作发出采样脉冲信号的瞬间，计算机对光栅系统反馈的连续运动信息进行采样，求得测头与工件接触点的准确坐标信息。
- 信息处理
- 信息处理系统的作用是对视觉和触觉系统获取的工件信息进行处理，并据此实时求解出工件的现时状态，进而指导驱动系统针对工件的现实情况，自动生成加工控制指令。其结构框图如图3所示。
- 工作过程如下：首先，对来自视觉系统的工件宏观图像信息进行处理，并通过图像识别和模糊匹配等算法求解出工件的宏观状态(工件在机床坐标系中的大致位置和姿态)。然后，以工件宏观状态信息为引导进行微观测量规划并生成相应的测量控制指令。第三，由计算机中的运动控制软件根据控制指令，控制触觉系统运行，对工件上关键点的坐标进行精确测量，并将测量结果反馈给系统中的触觉信息处理模块。该信息经处理后由微观状态求解模块以精确寻位算法求解出工件微观状态。最后，由工件状态计算模块综合宏观和微观两方面信息精确求解出工件在机床坐标系中的实际状态。
- 驱动控制
- 常规数控系统需经过离线编程，按工件既定状态预先生成刀具运动路径，无法满足智能寻位加工技术需按工件实际状态实时生成刀具路径与控制轨迹的要求。智能寻位数控系统则采用实时修正法实现该基本功能要求，其基本结构框图如图4所示。
图4 驱动控制系统的基本结构- 该环节首先对上级计算机通过CAN总线传来的零件几何信息和加工工艺信息进行预处理，并根据工件实际状态信息(来自信息处理系统)将工件上的待加工元素从设计空间映射到实际加工空间；然后由切削路径生成模块根据工件的实际状态实时生成工件被加工元素上的切削路径；进一步由刀具轨迹计算模块根据刀具信息对切削路径进行刀补计算和轨迹插补计算；最后，根据所求出的刀具希望轨迹和各坐标反馈信息对坐标运动进行位置伺服控制，并通过伺服系统驱动机床各坐标运动，完成对工件的加工。
- 网络通讯
- 在该数控系统中，由于要进行多设备的大数据量的信息交换，需要各设备或多数控系统之间具有网络通讯功能。目前国内市场上已有的数控系统大多数都不具有联网功能，即使少数的产品可以联网，也更多地局限于以太网、MAP网和BITBUS。
- CAN总线由于在可靠性、实时性、传输速度、传输距离等方面具有极强的性能优势，使其在20世纪90年代开始，在网络数控方面开始得以应用。在国内，我校较早采用了CAN总线进行网络通讯，并开发了基于CAN总线的新型网络数控，并与企业合作进行了实际应用。其功能模块结构如图5所示。
图5 CAN总线通讯模块结构- 该模块通讯功能由处理器80C188(嵌入式微处理器，12MHz)和SJA1000CAN控制器完成。80C188和SJA1000共同完成CAN节点与PC机之间的数据通讯和协调管理，极大地减轻主机PC的通讯负担。同时该模块上有2kB高速双口RAM，采用内存映像的方式直接映射到主机内存空间，实现通讯模块与主机PC的高速数据交换。双口RAM能减少大量数据交换的次数，另外它不但能满足少量数据，而且能满足大量数据的存贮，增强了通讯模块的通用性。
- 对于视觉系统而言，数控系统需要简单的点位操作，对视觉系统测取的结果进行分析，求取与预定目标位移差值，自动生成控制指令，调整视觉系统的相关变量，并控制工作台移动到新的位置，重复进行视觉测量及控制移动过程，直到使得工件位置满足视觉测量的基本要求，而后进行最终的工件位姿视觉测取。
