塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)及其控制方法，該磨拋機(jī)包括工作臺(tái)裝置、磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢測識(shí)別裝置以及控制各裝置或機(jī)構(gòu)動(dòng)作的控制裝置；該工作臺(tái)裝置用以安放石材工件，并用以帶動(dòng)石材工件進(jìn)出工作空間；該磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)用以帶動(dòng)磨輪進(jìn)行空間的移動(dòng)；該檢測識(shí)別裝置用于采集工作空間石材工件的圖像，并傳輸給控制裝置；該控制裝置內(nèi)包含了自動(dòng)化、智能化的各個(gè)所需的軟件模塊，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。本發(fā)明通過機(jī)器視覺對(duì)工件進(jìn)行圖像采集及處理，可以實(shí)現(xiàn)在一次加工過程中自動(dòng)完成不同形狀、不同高度、不同材質(zhì)石材表面的磨拋加工。
【專利說明】塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石材磨削及拋光加工的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種針對(duì)墓碑石等塊狀石材的全自動(dòng)磨拋加工設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]石材制品的美觀除了造型和顏色之外，還反映在產(chǎn)品的光澤度上。石材制品的表面光澤度主要由磨削和拋光兩道工藝決定，是整個(gè)石材制品生產(chǎn)過程中消耗時(shí)間最長、力口工成本最高的工藝部分。
[0003]建筑上常用的板狀和條狀石材制品，如地磚、墻磚及線條等，均屬于系列化規(guī)格化產(chǎn)品，而且生產(chǎn)批量較大，基本采用全自動(dòng)連續(xù)石材磨機(jī)和定厚拋光機(jī)進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)了規(guī)格化板材或線條的流水線生產(chǎn)。針對(duì)塊狀石材制品，如墓碑石等高檔次工藝石材，一般都是按照客戶的需求進(jìn)行定制，大都屬于單件或小批量生產(chǎn)，很難形成流水線式的作業(yè)；同時(shí)，其對(duì)表面光澤度的要求通常高于90度，而且需要對(duì)至少五個(gè)表面進(jìn)行磨拋加工。目前國內(nèi)對(duì)于這類異型石材制品的表面磨拋仍以手工為主，采用搖臂式手扶磨機(jī)等設(shè)備進(jìn)行加工，工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，磨拋壓力難于控制，容易產(chǎn)生磨拋不均勻，表面加工精度、平整度差，嚴(yán)重影響石材制品的質(zhì)量。
[0004]近年來，為適應(yīng)中小石材加工企業(yè)的需求，國內(nèi)外石材機(jī)械企業(yè)相繼開發(fā)出橋式單頭磨機(jī)、橋式多頭磨機(jī)、全自動(dòng)門型研磨機(jī)等自動(dòng)化加工設(shè)備，一定程度上減輕了工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。但是仍然存在以下不足:需要人工進(jìn)行數(shù)控編程；一次加工過程中只能完成單件石材、或多件材質(zhì)及規(guī)格相同的石材的磨拋加工，因此效率較低、成本高、難以形成批量。目前國內(nèi)還沒有專為塊狀異型石材多規(guī)格、多工件自動(dòng)化磨拋加工的設(shè)備，也未見相關(guān)專利產(chǎn)品的報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種通過機(jī)器視覺對(duì)工件進(jìn)行圖像采集及處理，實(shí)現(xiàn)在一次加工過程中自動(dòng)完成不同形狀、不同高度、不同材質(zhì)石材表面的磨拋加工。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)，包括工作臺(tái)裝置、磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢測識(shí)別裝置以及控制各裝置或機(jī)構(gòu)動(dòng)作的控制裝置；該工作臺(tái)裝置包括用以承載石材工件的工作臺(tái)以及可以帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)使工件進(jìn)出磨拋工作空間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；該磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及可帶動(dòng)磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)XYZ三維直線運(yùn)動(dòng)的三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，該磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括可卡固磨輪的磨輪卡盤以及可帶動(dòng)磨輪卡盤旋轉(zhuǎn)的磨輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)；該檢測識(shí)別裝置包括CCD攝像頭，該CCD攝像頭安裝在萬向節(jié)的下方，萬向節(jié)固定安裝在攝像頭支架上。
[0007]所述的檢測識(shí)別裝置安裝在所述三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上。
[0008]所述的檢測識(shí)別裝置采用雙目CXD攝像頭。[0009]進(jìn)一步包括刀庫，該刀庫設(shè)置在所述工作臺(tái)的一端，其包括刀架，該刀架上固定安裝了數(shù)個(gè)用以固定磨輪的磨輪夾具。
[0010]所述的工作臺(tái)上劃分有用以放置不同工件的多個(gè)工作區(qū)域。
[0011]所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、受電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠以及與滾珠絲杠嚙合的螺母，該螺母固定在所述的工作臺(tái)下方；該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括導(dǎo)軌以及可以在該導(dǎo)軌上移動(dòng)的移動(dòng)結(jié)構(gòu)，該移動(dòng)結(jié)構(gòu)固定所述工作臺(tái)的下方。
[0012]所述的移動(dòng)結(jié)構(gòu)為安裝在工作臺(tái)下方的滾輪，該滾輪滾動(dòng)在所述的導(dǎo)軌上。
[0013]所述的三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括兩個(gè)分別設(shè)置在所述工作臺(tái)兩側(cè)的X軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、橫跨在兩個(gè)X軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間的Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以及設(shè)置在該Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的Z軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；該兩個(gè)X軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)分別包括X軸伺服電機(jī)、X軸滾珠絲杠、X軸滑塊以及X軸導(dǎo)軌，且兩個(gè)X軸伺服電機(jī)由一對(duì)具有同步功能的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)；該Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括Y軸伺服電機(jī)、Y軸滾珠絲杠、Y軸滑塊、Y軸導(dǎo)軌以及兩端分別安裝在X軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)兩側(cè)的X軸滑塊上的橫梁；該Z軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括Z軸伺服電機(jī)、Z軸滾珠絲杠、Z軸滑塊以及Z軸導(dǎo)軌；所述的磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定安裝在該Z軸滑塊上。
[0014]所述的控制裝置包括人機(jī)界面模塊、檢測識(shí)別模塊、自動(dòng)編程模塊、參數(shù)自適應(yīng)加工模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊，還包括自動(dòng)換刀模塊以及磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊；所述的檢測識(shí)別裝置與所述檢測識(shí)別模塊相連，所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分別與各電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器相連；所述的磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊可以連接一個(gè)磨輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流檢測裝置。
[0015]上述塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)的控制方法為:安放石材工件并由工作臺(tái)運(yùn)送到工作空間，再通過人機(jī)界面模塊輸入石材材質(zhì)參數(shù)；由CCD攝像頭對(duì)整個(gè)工作空間內(nèi)的石材工件進(jìn)行圖像采集，并傳輸給檢測識(shí)別模塊，通過檢測識(shí)別模塊轉(zhuǎn)換成圖形文件，保存并輸出給自動(dòng)編程模塊；自動(dòng)編程模塊根據(jù)圖形文件以及設(shè)定的各工件材質(zhì)參數(shù)，進(jìn)行磨輪運(yùn)動(dòng)軌跡的自動(dòng)編程，輸出相應(yīng)的程序代碼，并傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊；參數(shù)自適應(yīng)加工模塊根據(jù)人工輸入的石材參數(shù)給出工藝參數(shù)的參考參數(shù)，并傳遞給電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊；根據(jù)參數(shù)自適應(yīng)加工模塊提供的參考參數(shù)啟動(dòng)或者不啟動(dòng)自動(dòng)換刀模塊，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)用磨輪或者使用原有磨輪；電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊根據(jù)提供的工藝參數(shù)以及磨輪軌跡程序代碼帶動(dòng)磨輪開始對(duì)各個(gè)區(qū)域的石材工件進(jìn)行磨削加工；在加工過程中，磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊不斷的對(duì)磨輪的磨損量進(jìn)行檢測，并把相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊，驅(qū)動(dòng)Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償；磨輪加工到不同區(qū)域的工件時(shí)，參數(shù)自適應(yīng)加工模塊會(huì)自動(dòng)調(diào)整工藝參數(shù)適應(yīng)要加工的石材材質(zhì)，判斷啟動(dòng)或者不啟動(dòng)自動(dòng)換刀模塊；在不同的加工階段，使用不同的磨輪，參數(shù)自適應(yīng)加工模塊也會(huì)相應(yīng)調(diào)整工藝參數(shù)，并啟動(dòng)自動(dòng)換刀模塊，直到加工到程序設(shè)定的加工工藝；工作臺(tái)運(yùn)出石材工件，磨拋機(jī)歸零，控制裝置待機(jī)，工作結(jié)束。
[0016]所述的檢測識(shí)別模塊的控制流程為:該檢測識(shí)別模塊對(duì)CCD攝像頭拍攝的圖像，進(jìn)行閥值變換、濾波、銳化、細(xì)化、特征提取、圖像分割及邊緣提取等數(shù)學(xué)算法操作后，得到石材工件的圖形文件。
[0017]所述的自動(dòng)編程模塊的控制流程為:該自動(dòng)編程模塊根據(jù)檢測識(shí)別模塊提供的圖形文件，首先對(duì)磨輪的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行預(yù)編程，然后根據(jù)參數(shù)自適應(yīng)加工模塊提供的工藝參數(shù)進(jìn)行軌跡優(yōu)化；再根據(jù)軌跡的過渡段、交叉段不合理的部分進(jìn)行修整、優(yōu)化，最終得到磨輪的運(yùn)動(dòng)軌跡路線圖，并自動(dòng)生成程序代碼后保存。[0018]所述的自動(dòng)換刀模塊的控制流程為:該自動(dòng)換刀模塊啟動(dòng)時(shí)，所有的其他動(dòng)作都停止；首先判斷現(xiàn)用的磨輪編號(hào)，由磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)磨輪運(yùn)動(dòng)到現(xiàn)用磨輪編號(hào)的位置，進(jìn)行卸刀；然后根據(jù)參數(shù)自適應(yīng)加工模塊提供的參考磨輪編號(hào)，由磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)磨輪卡盤運(yùn)動(dòng)到參考磨輪的空間位置，進(jìn)行裝刀；最后由磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)磨輪運(yùn)動(dòng)的加工原點(diǎn)，為下一步的加工做好準(zhǔn)備。
[0019]所述的磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊的控制流程為:設(shè)置一個(gè)電流檢測裝置，通過該電流檢測裝置實(shí)時(shí)檢測磨輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流，如果電流發(fā)生變化說明磨輪磨損了，并發(fā)送信號(hào)給磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制模塊，由Z軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和在用磨輪共同向下運(yùn)動(dòng)，完成加壓，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值；該磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊在工件加工過程中全程運(yùn)行。
[0020]所述的參數(shù)自適應(yīng)加工模塊中包括石材數(shù)據(jù)包、加工方法數(shù)據(jù)包、刀具數(shù)據(jù)包以及工藝參數(shù)數(shù)據(jù)包。
[0021]采用上述方案后，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)與效果如下:
1、本發(fā)明通過設(shè)置檢測識(shí)別裝置，采用機(jī)器視覺技術(shù)和自動(dòng)圖形編程技術(shù)相結(jié)合，由CXD攝像頭采集圖像，經(jīng)過計(jì)算處理后生成工件的圖形文件，控制裝置再根據(jù)圖形文件及設(shè)定的加工工藝與相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)圖形化數(shù)控編程，省去了大量的手工編程時(shí)間，效率大幅提高，并降低了對(duì)工人操作技能的要求。
[0022]2、本發(fā)明可以通過在工作臺(tái)上劃分多個(gè)區(qū)域，并配合CXD攝像頭，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)具有不同高度、不同形狀、不同材質(zhì)工件的同時(shí)加工，克服了現(xiàn)有自動(dòng)化磨拋加工設(shè)備只能實(shí)現(xiàn)單工件或是多個(gè)相同材質(zhì)及規(guī)格工件的一次連續(xù)加工，非常適合碑石等高檔次塊狀石材的加工。
[0023]3、本發(fā)明的所有直線坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均可以采用絲杠螺母副傳動(dòng)方式，具有更高的精度。其中，橫梁X方向的進(jìn)給可以采用雙邊同步驅(qū)動(dòng)技術(shù)，避免了單邊驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)扭矩造成的一邊驅(qū)動(dòng)落后或振動(dòng)的問題，比傳統(tǒng)石材加工設(shè)備采用的齒輪齒條副具有更高的進(jìn)給精度和進(jìn)給速度。
[0024]4、本發(fā)明能夠根據(jù)加工階段和石材材質(zhì)的不同，自動(dòng)換刀和調(diào)整工藝參數(shù)，同時(shí)還采用了磨輪損耗自動(dòng)檢測及補(bǔ)償技術(shù)，使得石材表面加工質(zhì)量和磨拋效率均得到明顯提聞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的主視圖；
圖3是本發(fā)明所述工作臺(tái)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明所述磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明所述檢測識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本發(fā)明所述刀庫的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明控制裝置的控制框圖；
圖8是本發(fā)明的工作流程圖；
圖9是本發(fā)明自動(dòng)檢測識(shí)別模塊的流程圖； 圖10是本發(fā)明自動(dòng)編程模塊的流程圖；
圖11是本發(fā)明自動(dòng)換刀模塊的流程圖；
圖12是本發(fā)明磨輪磨損檢測及補(bǔ)償模塊的流程圖；
圖13是本發(fā)明參數(shù)自適應(yīng)加工模塊的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0027]本發(fā)明所揭示的是一種塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)，如圖1及圖2所示，為本發(fā)明的較佳實(shí)施例。所述全自動(dòng)磨拋機(jī)包括工作臺(tái)裝置1、磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、檢測識(shí)別裝置3以及控制裝置4，還可以進(jìn)一步包括刀庫5。其中:
所述的工作臺(tái)裝置I包括用以承載石材工件6的工作臺(tái)11以及可以帶動(dòng)工作臺(tái)11移動(dòng)使工件進(jìn)出磨拋工作空間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)12。優(yōu)選地，所述工作臺(tái)11上可以劃分出多個(gè)工作區(qū)域，本實(shí)施例劃分有四個(gè)工作區(qū)域，每個(gè)工作區(qū)域可以放置不同的工件6，劃分區(qū)域的目的是為了便于區(qū)別不同種類的石材，而且在安放工件時(shí)應(yīng)按照不同的區(qū)域分別安放，不能用石材工件壓住區(qū)域分割線。所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)12用以帶動(dòng)工作臺(tái)11移動(dòng)，使工作臺(tái)11上的工件6可以移入工作空間進(jìn)行磨拋加工，或者移出工作空間進(jìn)行更換工件或者翻轉(zhuǎn)工件以進(jìn)行下個(gè)面的加工。該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)12可以采用多種結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)配合圖3所示，本實(shí)施例所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)12包括電機(jī)121、受電機(jī)121驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠122以及與滾珠絲杠122嚙合的螺母123，該螺母123則固定在所述的工作臺(tái)11下方。所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)12還包括導(dǎo)軌124以及可以在該導(dǎo)軌124上移動(dòng)的移動(dòng)結(jié)構(gòu)，該移動(dòng)結(jié)構(gòu)則固定所述工作臺(tái)11下方。由于工作臺(tái)11以及放置在工作臺(tái)上的工件重量較重，為了方便工作臺(tái)11的移動(dòng)，所述的移動(dòng)結(jié)構(gòu)可以為安裝在工作臺(tái)11下方的滾輪125，該滾輪125滾動(dòng)在所述的導(dǎo)軌124上。上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)12，通過電機(jī)121的正反轉(zhuǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)11的進(jìn)出動(dòng)作。具體安放工件的過程如下:將工作臺(tái)11移出工作空間達(dá)到裝卸工位，在裝卸工位將石材工件6安裝在工作臺(tái)11上，由于石材工件體積大重量重，因此通常無需固定工件；之后再由工作臺(tái)11帶動(dòng)石材工件6進(jìn)入到工作空間的磨拋工位。
[0028]所述的磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2包括磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21以及可帶動(dòng)磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21實(shí)現(xiàn)XYZ三維直線運(yùn)動(dòng)的三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。該磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21包括可卡固磨輪7的磨輪卡盤211以及可帶動(dòng)磨輪卡盤211旋轉(zhuǎn)的磨輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)212，通過該磨輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)212可帶動(dòng)磨輪7旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的磨削加工。XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是現(xiàn)有常見機(jī)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)在XYZ三維空間內(nèi)的直線運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明所述的三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可以采用現(xiàn)有機(jī)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行以及提高進(jìn)給精度，本發(fā)明所述的三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可以采用橋式結(jié)構(gòu)以及絲杠螺母副傳動(dòng)方式。具體結(jié)構(gòu)同時(shí)配合圖4所示，所述的三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括兩個(gè)分別設(shè)置在所述工作臺(tái)11兩側(cè)的X軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)22、橫跨在兩個(gè)X軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)22之間的Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)23以及設(shè)置在該Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)23上的Z軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)24。所述的兩個(gè)X軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)22分別包括X軸伺服電機(jī)221、X軸滾珠絲杠222、X軸滑塊223以及X軸導(dǎo)軌224，X方向由雙邊同步X軸伺服電機(jī)211轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)X軸滾珠絲杠222，使X軸滑塊223沿著X軸導(dǎo)軌224完成磨拋運(yùn)動(dòng)的X向的進(jìn)給，而兩側(cè)的X軸伺服電機(jī)221由一對(duì)具有同步功能的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)雙邊的同步驅(qū)動(dòng)，使兩邊的運(yùn)動(dòng)保持高度的一致性。所述的Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)23包括Y軸伺服電機(jī)231、Y軸滾珠絲杠232、Y軸滑塊233、Y軸導(dǎo)軌234以及兩端分別安裝在X軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)22兩側(cè)的X軸滑塊224上的橫梁235，Y方向由Y軸伺服電機(jī)231轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)Y軸滾珠絲杠232，沿著Y軸導(dǎo)軌234完成Y軸滑塊233的Y向運(yùn)動(dòng)。所述的Z軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)24包括Z軸伺服電機(jī)241、Z軸滾珠絲杠242、Z軸滑塊243以及Z軸導(dǎo)軌244，Z方向?yàn)橛蒢軸伺服電機(jī)241，帶動(dòng)Z軸滾珠絲杠242沿著Z軸導(dǎo)軌244完成Z向滑塊243的Z向運(yùn)動(dòng)，所述的磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21固定安裝在該Z軸滑塊243上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所述磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21和在用磨輪7的Z向運(yùn)動(dòng)。
[0029]所述的檢測識(shí)別裝置3用于采集工作空間內(nèi)的工件6的圖像，并傳輸給所述的控制裝置4。同時(shí)配合圖5所示，所述的檢測識(shí)別裝置3包括CXD攝像頭31，該CXD攝像頭31安裝在萬向節(jié)32下方，萬向節(jié)32固定安裝在攝像頭支架33上。這樣萬向節(jié)32可以讓CXD攝像頭31實(shí)現(xiàn)大角度的調(diào)整，可以使得攝像頭的可視范圍變大，更好的俯視整個(gè)加工工作空間，采集更全面的圖像。如果需要，所述的檢測識(shí)別裝置3可以安裝在所述三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上(本實(shí)施例是安裝在所述橫梁235上)，這樣可以在三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的帶動(dòng)下進(jìn)行移動(dòng)檢測工作空間。此外，本發(fā)明可以采用雙目CXD攝像頭31，這樣不但可以檢測石材工件的形狀輪廓，還可以對(duì)石材工件的高度進(jìn)行檢測識(shí)別，從而可以做到不同形狀、不同高度石材的同時(shí)檢測及同時(shí)加工。
[0030]所述的刀庫5用于安放各個(gè)類型的磨輪，包括待用磨輪或者已用磨輪。同時(shí)配合圖6所示，所述的刀庫5設(shè)置在所述工作臺(tái)11的一端，其包括刀架51，該刀架51上固定安裝了數(shù)個(gè)磨輪夾具52，每個(gè)磨輪夾具52可以固定一個(gè)磨輪7。而每個(gè)磨輪夾具52可以設(shè)置相應(yīng)的編號(hào)，每個(gè)編號(hào)對(duì)應(yīng)同一類型的待用磨輪，并且可以將磨輪的XYZ三維的空間位置數(shù)據(jù)、磨輪的類型以及型號(hào)等數(shù)據(jù)都對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的編號(hào)，并預(yù)先輸入到控制裝置中，為自動(dòng)換刀編程提供磨輪的數(shù)字化參數(shù)。
[0031]所述的控制裝置4用以控制各裝置或機(jī)構(gòu)動(dòng)作，其包含了自動(dòng)化、智能化的各個(gè)所需的軟件模塊，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。同時(shí)配合圖7所示，該控制裝置4內(nèi)部的軟件模塊包括人機(jī)界面模塊41、檢測識(shí)別模塊42、自動(dòng)編程模塊43、參數(shù)自適應(yīng)加工模塊44以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊45 (包括YXZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的四個(gè)電機(jī)以及磨輪驅(qū)動(dòng)電機(jī))，還可以進(jìn)一步包括自動(dòng)換刀模塊46以及磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊47。所述的檢測識(shí)別裝置3與所述檢測識(shí)別模塊42相連，所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊45分別與各電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器相連。
[0032]本發(fā)明的控制方法如圖8所示，具體為:
安放石材工件6并由工作臺(tái)11運(yùn)送到工作空間，再通過人機(jī)界面模塊41輸入石材材質(zhì)參數(shù)；由檢測識(shí)別裝置3的CXD攝像頭31對(duì)整個(gè)工作臺(tái)11工作空間內(nèi)的石材工件6進(jìn)行圖像采集，并傳輸給檢測識(shí)別模塊42，通過檢測識(shí)別模塊42計(jì)算處理得到各工件6的分布及其外形，并轉(zhuǎn)換成CAD等圖形文件，保存并輸出給自動(dòng)編程模塊43 ；自動(dòng)編程模塊43根據(jù)圖形文件以及設(shè)定的各工件的材質(zhì)等參數(shù)，進(jìn)行磨輪運(yùn)動(dòng)軌跡的自動(dòng)編程，輸出相應(yīng)的程序代碼，并傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊45 ;參數(shù)自適應(yīng)加工模塊44根據(jù)人工輸入的石材參數(shù)給出工藝參數(shù)的參考參數(shù),并傳遞給電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊45 ;根據(jù)參數(shù)自適應(yīng)加工模塊44提供的參考參數(shù)啟動(dòng)或者不啟動(dòng)自動(dòng)換刀模塊46,進(jìn)行自動(dòng)調(diào)用磨輪或者使用原有磨輪；電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊45根據(jù)提供的工藝參數(shù)以及磨輪軌跡程序代碼帶動(dòng)磨輪開始對(duì)各個(gè)區(qū)域的石材工件6進(jìn)行磨削加工；在加工過程中，磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊47不斷的對(duì)磨輪的磨損量進(jìn)行檢測，并把相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊45，驅(qū)動(dòng)Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)24進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償；磨輪加工到不同區(qū)域的工件時(shí)，參數(shù)自適應(yīng)加工模塊44會(huì)自動(dòng)調(diào)整工藝參數(shù)適應(yīng)要加工的石材材質(zhì)，判斷啟動(dòng)或者不啟動(dòng)自動(dòng)換刀模塊46 ;在不同的加工階段，使用不同的磨輪，參數(shù)自適應(yīng)加工模塊44也會(huì)相應(yīng)調(diào)整工藝參數(shù)，并啟動(dòng)自動(dòng)換刀模塊46，直到加工到程序設(shè)定的加工工藝；工作臺(tái)11運(yùn)出石材工件6，磨拋機(jī)歸零，控制裝置4待機(jī)，工作結(jié)束。
[0033]這樣，磨拋機(jī)就完成了工作臺(tái)11上的所有工件的一個(gè)面的所有加工工序，工作結(jié)束后，工作臺(tái)11已移動(dòng)至裝卸工位，人工或采用機(jī)械方式翻轉(zhuǎn)工件6，然后返回磨拋工位，再循環(huán)上述加工過程，直到加工完所有需要加工的表面為止。
[0034]如圖9所示，是檢測識(shí)別裝置3采集圖像后的相應(yīng)的控制裝置4內(nèi)的檢測識(shí)別模塊42的流程圖。工件加工之前就由檢測識(shí)別模塊42對(duì)石材工件6進(jìn)行檢測，這是工件加工的第一步。檢測識(shí)別模塊42對(duì)雙目CCD攝像頭31拍攝的圖像，進(jìn)行閥值變換、濾波、銳化、細(xì)化、特征提取、圖像分割及邊緣提取等數(shù)學(xué)算法操作后，得到石材工件的CAD 二維圖形文件，由于是雙目攝像頭，根據(jù)兩個(gè)攝像頭之間的距離以及兩個(gè)攝像頭采集的圖像的差別進(jìn)行分析，可得到石材工件的CAD三維圖形文件。
[0035]如圖10所示，為自動(dòng)編程模塊43的流程圖。該自動(dòng)編程模塊43根據(jù)檢測識(shí)別模塊42提供的CAD三維圖形文件，首先對(duì)磨輪的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行預(yù)編程，然后根據(jù)參數(shù)自適應(yīng)加工模塊44提供的工藝參數(shù)(進(jìn)給速度、加工轉(zhuǎn)速、背吃刀量)，進(jìn)行軌跡優(yōu)化；再根據(jù)軌跡的過渡段、交叉段不合理的部分進(jìn)行修整、優(yōu)化，最終得到磨輪的運(yùn)動(dòng)軌跡路線圖，并自動(dòng)生成程序代碼(如G代碼)并保存。
[0036]如圖11所示，是自動(dòng)換刀模塊46的流程圖。自動(dòng)換刀模塊46啟動(dòng)時(shí)，所有的其他動(dòng)作都停止。首先是判斷現(xiàn)用的磨輪的編號(hào)，由磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2帶動(dòng)磨輪運(yùn)動(dòng)到現(xiàn)用磨輪編號(hào)的位置，進(jìn)行卸刀；然后根據(jù)參數(shù)自適應(yīng)加工模塊44提供的參考磨輪編號(hào)，由磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2帶動(dòng)磨輪卡盤211運(yùn)動(dòng)到參考磨輪的空間位置，進(jìn)行裝刀；最后由磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2帶動(dòng)磨輪運(yùn)動(dòng)的加工原點(diǎn)，為下一步的加工做好準(zhǔn)備。整個(gè)過程中自動(dòng)換刀模塊46全自動(dòng)完成，且通過該自動(dòng)換刀模塊46，可根據(jù)磨拋加工的工藝要求自動(dòng)更換具有不同粒度的磨削或拋光工具，以實(shí)現(xiàn)不同工序的加工。
[0037]所述的磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊47的運(yùn)行可以保證加工過程中獲得比較高的加工表面精度，如圖12所示，是磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊47的流程圖。該磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊47在工件加工過程中全程運(yùn)行。由于磨輪的磨損會(huì)相應(yīng)的引起磨輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流變化，因此根據(jù)磨輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流變化可以確定磨輪是否磨損。所以可以設(shè)置一個(gè)電流檢測裝置48，通過該電流檢測裝置48實(shí)時(shí)檢測磨輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流，如果電流發(fā)生變化說明磨輪磨損了，并發(fā)送信號(hào)給磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的控制模塊，由Z軸伺服電機(jī)241，帶動(dòng)Z軸滾珠絲杠242沿著Z軸導(dǎo)軌244帶動(dòng)磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21和在用磨輪7共同向下運(yùn)動(dòng)，完成加壓，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值。
[0038]如圖13所示，是參數(shù)自適應(yīng)加工模塊44的示意圖，該模塊是完成整個(gè)裝置自動(dòng)化、智能化的核心。該模塊中包括石材的數(shù)據(jù)包、加工方法的數(shù)據(jù)包、刀具數(shù)據(jù)包、工藝參數(shù)數(shù)據(jù)包等整個(gè)加工過程中需要的所有數(shù)據(jù)。其中石材的數(shù)據(jù)包包括石材的生產(chǎn)廠家、石材名稱、石材肖氏硬度、體積、密度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等信息；加工方法的數(shù)據(jù)包包括加工方式、工序類型、加工性質(zhì)等信息；刀具數(shù)據(jù)包包括刀具的生產(chǎn)企業(yè)、刀具的型號(hào)、刀具的粒度、刀具的金剛石排列方式、刀具的金剛石密度、刀具的轉(zhuǎn)速范圍等信息；工藝參數(shù)數(shù)據(jù)包包括進(jìn)給速度、加工轉(zhuǎn)速、背吃刀量、磨削壓力、磨料流量等信息。根據(jù)加工前人工設(shè)定的基本信息可以從參數(shù)自適應(yīng)加工模塊44的數(shù)據(jù)庫中選擇最優(yōu)的加工工藝參數(shù)，為整個(gè)加工過程提供智能型的數(shù)據(jù)支持。本發(fā)明的最大特點(diǎn)之一就在于使用了參數(shù)自適應(yīng)加工模塊，其在加工中提供的合理加工工藝參數(shù)，可以使加工中獲得比較好的加工效果，并且可以減少磨輪的磨損。
[0039] 以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本發(fā)明實(shí)施的范圍。故但凡依本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書所做的變化或修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明專利涵蓋的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)，其特征在于:包括工作臺(tái)裝置、磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢測識(shí)別裝置以及控制各裝置或機(jī)構(gòu)動(dòng)作的控制裝置；該工作臺(tái)裝置包括用以承載石材工件的工作臺(tái)以及可以帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)使工件進(jìn)出磨拋工作空間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；該磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及可帶動(dòng)磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)XYZ三維直線運(yùn)動(dòng)的三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，該磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括可卡固磨輪的磨輪卡盤以及可帶動(dòng)磨輪卡盤旋轉(zhuǎn)的磨輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)；該檢測識(shí)別裝置包括CCD攝像頭，該CCD攝像頭安裝在萬向節(jié)的下方，萬向節(jié)固定安裝在攝像頭支架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)，其特征在于:所述的檢測識(shí)別裝置安裝在所述三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，其采用雙目C⑶攝像頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)，其特征在于:進(jìn)一步包括刀庫，該刀庫設(shè)置在所述工作臺(tái)的一端，其包括刀架，該刀架上固定安裝了數(shù)個(gè)用以固定磨輪的磨輪夾具。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)，其特征在于:所述的工作臺(tái)上劃分有用以放置不同工件的多個(gè)工作區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)，其特征在于:所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、受電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠以及與滾珠絲杠嚙合的螺母，該螺母固定在所述的工作臺(tái)下方；該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括導(dǎo)軌以及可以在該導(dǎo)軌上移動(dòng)的移動(dòng)結(jié)構(gòu)，該移動(dòng)結(jié)構(gòu)固定所述工作臺(tái)的下方；所述的移動(dòng)結(jié)構(gòu)可以為安裝在工作臺(tái)下方的滾輪，該滾輪滾動(dòng)在所述的導(dǎo)軌上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)的控制方法，其特征在于:所述的控制裝置包括人機(jī)界面模塊、檢測識(shí)別模塊、自動(dòng)編程模塊、參數(shù)自適應(yīng)加工模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊，還包括自動(dòng)換刀模塊以及磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊；所述的檢測識(shí)別裝置與所述檢測識(shí)別模塊相連，所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分別與各電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器相連；所述的磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊可以連`接一個(gè)磨輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流檢測裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)的控制方法，其特征在于:安放石材工件并由工作臺(tái)運(yùn)送到工作空間，再通過人機(jī)界面模塊輸入石材材質(zhì)參數(shù)；由CCD攝像頭對(duì)整個(gè)工作空間內(nèi)的石材工件進(jìn)行圖像采集，并傳輸給檢測識(shí)別模塊，通過檢測識(shí)別模塊轉(zhuǎn)換成圖形文件，保存并輸出給自動(dòng)編程模塊；自動(dòng)編程模塊根據(jù)圖形文件以及設(shè)定的各工件材質(zhì)參數(shù)，進(jìn)行磨輪運(yùn)動(dòng)軌跡的自動(dòng)編程，輸出相應(yīng)的程序代碼，并傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊；參數(shù)自適應(yīng)加工模塊根據(jù)人工輸入的石材參數(shù)給出工藝參數(shù)的參考參數(shù)，并傳遞給電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊；根據(jù)參數(shù)自適應(yīng)加工模塊提供的參考參數(shù)啟動(dòng)或者不啟動(dòng)自動(dòng)換刀模塊，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)用磨輪或者使用原有磨輪；電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊根據(jù)提供的工藝參數(shù)以及磨輪軌跡程序代碼帶動(dòng)磨輪開始對(duì)各個(gè)區(qū)域的石材工件進(jìn)行磨削加工；在加工過程中，磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊不斷的對(duì)磨輪的磨損量進(jìn)行檢測，并把相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊，驅(qū)動(dòng)Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償；磨輪加工到不同區(qū)域的工件時(shí)，參數(shù)自適應(yīng)加工模塊會(huì)自動(dòng)調(diào)整工藝參數(shù)適應(yīng)要加工的石材材質(zhì)，判斷啟動(dòng)或者不啟動(dòng)自動(dòng)換刀模塊；在不同的加工階段，使用不同的磨輪，參數(shù)自適應(yīng)加工模塊也會(huì)相應(yīng)調(diào)整工藝參數(shù)，并啟動(dòng)自動(dòng)換刀模塊，直到加工到程序設(shè)定的加工工藝；工作臺(tái)運(yùn)出石材工件，磨拋機(jī)歸零，控制裝置待機(jī)，工作結(jié)束。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)的控制方法，其特征在于:所述的自動(dòng)編程模塊的控制流程為:該自動(dòng)編程模塊根據(jù)檢測識(shí)別模塊提供的圖形文件，首先對(duì)磨輪的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行預(yù)編程，然后根據(jù)參數(shù)自適應(yīng)加工模塊提供的工藝參數(shù)進(jìn)行軌跡優(yōu)化；再根據(jù)軌跡的過渡段、交叉段不合理的部分進(jìn)行修整、優(yōu)化，最終得到磨輪的運(yùn)動(dòng)軌跡路線圖，并自動(dòng)生成程序代碼后保存。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)的控制方法，其特征在于:所述的磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊的控制流程為:設(shè)置一個(gè)電流檢測裝置，通過該電流檢測裝置實(shí)時(shí)檢測磨輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流，如果電流發(fā)生變化說明磨輪磨損了，并發(fā)送信號(hào)給磨輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制模塊，由Z軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)磨輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和在用磨輪共同向下運(yùn)動(dòng)，完成加壓，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力值；該磨輪磨損檢測補(bǔ)償模塊在工件加工過程中全程運(yùn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的塊狀石材全自動(dòng)磨拋機(jī)的控制方法，其特征在于:所述的參數(shù)自適應(yīng)加工模塊中包括石材數(shù)據(jù) 包、加工方法數(shù)據(jù)包、刀具數(shù)據(jù)包以及工藝參數(shù)數(shù)據(jù)包。
【文檔編號(hào)】B24B7/22GK103769969SQ201410047484
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月11日
【發(fā)明者】常雪峰, 羅善明, 謝丹, 丁煥琪 申請(qǐng)人:廈門理工學(xué)院