CN105631424B - 工件识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工件识别方法，选取预定数量的工件轮廓形状的原始特征点，生成工件与原始特征点的关系表存放于数据库；适配一工件感知器，该工件感知器的工具头具有伸缩和转动的自由度，并配置有对工具头转动和伸缩检测的装置，同时该工件感知器具有刀具柄而配置于刀库；当更换工件时，调用所述工件感知器对所述工件的轮廓进行探测，提取工具头的转动和伸缩变动量，生成工件特征点；匹配所生成的工件特征点与原始特征点，确定工件。依据本发明的工件类型确定准确率高。

Description

工件识别方法

技术领域

本发明涉及一种用于例如加工中心进行加工时检测工件类型的工件识别方法。

背景技术

随着数控技术应用的发展，机械加工的自动化程度越来越高，尤其是无人车间、数字化车间，如果更换工件品种、规格，还是需要人工进行加工程序变换、调试。不但增加了人工劳动，而且降低自动生产线的效率。

在一些实现中，例如中国专利文献CN104778439A公开了一种基于二维码的超声检测夹具类型识别方法，其预先将用于标识工件类型的二维码信息存储到预定的服务器中，并将相应的二维码标签贴在工件上，通过扫描工件上的二维码标签，并与服务器中的预存信息比对得到工件信息。不过由于工件表面，尤其是面向二维码读取器的表面未必有合适的二维码贴置位置，使的该方法的使用受到比较大的限制。

在一些实现中，基于机器人的视觉检测方法实现工件类型的确定，该方法基于视频流的的图像处理算法，得出视频中检测到的工件的位置和姿态。该方法名义上可行，但实质上由于图像处理算法首先要从视频流中提取工件，分割出准确的工件边界，然后进行边界参数的确定，由边界参数再匹配工件类型。由于工件，例如金属材质的工件，其背景基本上也都是例如加工中心的设备轮廓，材质颜色上相差较小，很容易造成工件与背景无法区分的情况出现，现有的视觉检测方法往往无法满足工件轮廓的准确提取。

在一些实现中，采用在工件上预设识别卡的方式，从而可以通过读卡器读取识别卡上的信息，而确定工件类型。然而，对于机加工，将识别卡与工件一一配对会有比较大的投入，并且，识别卡的存在会影响加工的正常进行，如果专门设置识别工件后的识别卡识别回收装置，则需要对加工中心进行改造，得不偿失。

发明内容

本发明的目的在于提出一种工件识别方法，可以提供通过接触工件所产生的直线位移和角位移确定工件类型，准确率高。

本发明采用以下技术方案：

一种工件识别方法，选取预定数量的工件轮廓形状的原始特征点，生成工件与原始特征点的关系表存放于数据库；

适配一工件感知器，该工件感知器的工具头具有伸缩和转动的自由度，并配置有对工具头转动和伸缩检测的装置，同时该工件感知器具有刀具柄而配置于刀库；

当更换工件时，调用所述工件感知器对所述工件的轮廓进行探测，提取工具头的转动和伸缩变动量，生成工件特征点；

匹配所生成的工件特征点与原始特征点，确定工件。

上述工件识别方法，可选地，原始特征点通过所述工件感知器获取：装夹待获取的工件后，调用工件感知器按照预定的轮廓扫描路径扫描工件，获得工具头在扫描过程中的若干转动和伸缩变动量。

可选地，工件感知器在检测工件时的阶段为线性运动。

可选地，工件感知器基于与工件的第一次碰撞而减速，产生第一次碰撞的点为所述线性运动的起点，即为第一编码位置。

可选地，在线性运动的一个中间点选择为第二编码位置，线性运动的末端选择为第三编码位置；

当工件感知器从第一编码位置运动到第二编码位置时，记录当前的工具头转动和伸缩量，得到第一个特征点；依序变换线性运动的运动方向得到多个特征点；

若在采集特征点的过程中，工件感知器越过第二编码位置而到达第三编码位置时，则回退到第二编码位置进行后续预定数量的特征点的采集。

可选地，所述工件感知器的转动自由度通过球铰链装配在刀具柄上的摆动件实现，摆动件上与球铰链相对的一端开有容纳孔，用于导引一探杆形成伸缩自由度。

可选地，在摆动件和探杆上设有黑白条纹，形成条纹编码，通过光电传感器的识别头识别经过其的条纹编码生成检测信号；

其中，摆动件上形成有均匀间隔的以容纳孔轴线为轴线的环形条纹，而探杆朝向相应识别头的一侧形成有沿探杆延伸方向分布的条形条纹。

可选地，工件感知器通过无线通信方式与所应用数控系统的通信。

可选地，工件感知器与数控系统的通信基于无线应答信号而接通；

在刀具柄上设有一具有常开触点的开关，当数控系统的主轴抓取该刀具柄时，常开触点闭合，触发相应的应答信号。

可选地，无线应答基于匹配的联姻算法确定工件感知器。

依据本发明，提供一种基于工件感知器的工件识别方法，适配于刀具库中的刀具，而能够将其作为刀具库中的刀具使用，利用不同工件的外形轮廓不一致的特点，即工件规格和外形均具有其特定性，称为工件特征点，不同于背景技术部分的光学扫描，当工件感知器能够被当作刀具使用时，其中的感知部分可以作为刀具头，而实现机械接触，采样其因接触工件外廓而发生的直线位移和转角，即可提取到工件外形的特征点。相对而言，由机械接触所实现的工件外形特征的提取，抗干扰能力强，准确率高，并且工件感知器当做刀具使用，使用非常方便。

附图说明

图1为依据本发明的一种工件感知器的机械学结构示意图。

图2为直线编码结构配置示意图。

图3为摆动编码结构配置示意图。

图4为依据本发明工件感知系统的电气原理图。

图5为工件识别流程图。

1.探杆，2.编码条纹，3.容纳孔，4.万向球轴，5.球铰链，6.刀具柄，7.外壳，8.摆动光电传感器，9.编码条纹，10.弹簧，11.连接座，12.直线位移编码器，13.探头，14.光电识别头，15.光电识别头。

具体实施方式

随着技术的发展，刀库系统越来越多的应用到自动化加工工艺中，其目的在于，通过将工件加工所需要的刀具储存在刀库中，并根据预先设定的程序调用相关刀具完成加工。

其中，刀库主要是提供储刀位置，并能依程式的控制，正确选择刀具加以定位，以进行刀具交换；换刀机构则是执行刀具交换的动作。刀库必须与换刀机构同时存在，若无刀库则加工所需刀具无法事先储备；若无换刀机构，则加工所需刀具无法自刀库依序更换，而失去降低非切削时间的目的。此二者在功能及运用上相辅相成缺一不可。

一般而言，对于不同的工件，例如加工中心需要为其配备一套加工程序，当工件确定时，可以直接调用相关程序完成对所述工件的加工，在整个加工过程中可以需要换刀数次，甚至更多。

换刀是基于刀库系统的加工工艺的必要程序，因而，当把本发明中的工件感知器作为刀具来用时，实现上并不会存在难度。此时，将工件感知器作为虚设刀具，可以为其虚设一套加工程序，即让其对工件做一次虚加工，由于虚构为刀具头的例如摆动件、探杆等，不是刚性的刀具头，从而，当受到工件轮廓的阻挡时，不会像普通刀具那样将工件轮廓切削掉，而是发生位置变动，表现为直线位移和角位移。

由此可知，只要能够准确的知晓所述直线位移和角位移，就能够根据预先确定的工件外形参数，具体是工件的外形特征，用以确定工件类型。

因而，将工件外形参数预先存放于数据库中，当更换工件时，通过工件感知器采集到工件外形参数后，用于匹配数据库中的外形参数，即可匹配出相应的工件类型。

并且，对于例如加工中心这样的加工设备，不同于批量加工，相似工件存在的概率较小，那么对于工件外形参数数量的匹配并不需要太多，往往只需要几个工件参数就能够区分开不同的工件。

此外，工件外形参数未必是确定的轮廓形状，而是可以直接表现为例如探杆的伸缩量（直线位移）+另外两个转角分量（摆动的两个角位移分量），构成一个三维的数组，因而不必进行过多的计算，仅仅是数组之间的匹配。伸缩量和两者转角分量即工具头的转动和伸缩变动量，变动即位移。

参照说明书附图1，图中可见的一种工件感知器，其基体是与所适配刀库相符的刀具柄6，即应用于什么样的刀库，就适配怎样的刀具柄6，构成虚设刀具的基体。

下面是关于虚设刀具头的部分，应当理解，刀具头是安装在刀具柄6上的工具头，因而随刀具柄6而能够作为刀具库中的一把刀具使用。

一方面，为了避免刚性冲击所产生的损伤，刀具头部分应当避免产生刀具对工件的刚性冲击；另一方面，由于刀具头与工件的接触，干涉所产生的对刀具头的反作用，使刀具头产生位置变动，即产生直线位移或者角位移。

其中，在此技术条件下，关于角位移，并不需要产生周转，而是仅仅产生摆动所适配的角位移。

为此，在刀具柄6上设置一摆动件，如图1所示，在其表面设置第一编码条纹，即编码条纹9。该摆动件，如图1中所示的万向球轴4，其一端通过球铰链5装设于所述刀具柄6的头端，另一端开有一容纳孔3。

应当理解，对于刀具来讲，刀座或者刀具柄所在的一端一般称为尾端，而刀具头所在的一端为头端，以此为参考，关于球铰链5在刀具柄6的头端是能够被准确理解的。

图1中，摆动件构造为一个万向球轴4，属于球形结构，然而，受球铰链5装配结构的约束，摆动件即便是构成球形，仍然能够区分一端和另一端。

依据理论力学及空间自由度约束的理论可知，球铰链5失去了三个移动的自由度，而拥有三个转动的自由度，其中，三个转动的自由度中的水平面内的转动自由度是没有价值的，两个正交的竖直面内的转动自由度是需要被采集的，从而适应两个角位移。从而，当摆动件基于球铰链5发生摆动时，具有空间内的两个角位移分量。

图1中，表示的是刀具柄轴线竖直的状态，称为初始状态，被球铰链5约束的万向球轴4的竖直轴线为基础轴线，该基础轴线所垂直的转动自由度为冗余自由度。在此条件下，编码条纹9在万向球轴4上形成环形条纹，环形的轴线为所述基础轴线。换言之，基础轴线或者说前述的容纳孔3的轴线与编码条纹9垂直。

当万向球轴4绕基础轴线转动时（实际应用中，该转动基本上不可能出现），轴线位基础轴线的环形在光电传感器的识别方面并没有发生任何变化。并且该转动在实际应用中也不会出现，因而可以被忽略。

对编码条纹9的采集使用光电传感器，如图1中所示的摆动光电传感器8，相对于可动的万向球轴4，摆动光电传感器8配置为一对，在刀具柄6的头部的水平面内正交设置，从而，当万向球轴4产生角位移时，能够为摆动光电传感器8所采样两个信号。

编码条纹9的条数决定了采样时所产生的电信号的最大位数，如前所述，由于工件数量相对有限，因而，一定时期内，在预先设定的加工程序数量也是有限的，对于编码条纹9的条数，以2~5条为宜，过多并没有实际意义，若只有一个编码条纹，则无法形成有效的相匹配的工件数量。

关于摆动光电传感器8，在此处只是为了区分下面的直线位移编码器12，而不具有对光电传感器类型的直接约束。

如前所述，摆动光电传感器8配置为一对，且配置为一对时，设置为正交，从而实现两个正交的竖直面内的摆动角度的采样。

应当理解，上述的采样并不必然需要连续的无级的采样，如前所述，可以仅仅是黑白条纹的采样，从而形成具有一定位数的采样信号。

应当理解，在一定区域内设置的黑白条纹或者说编码条纹9的条数阅读，则采样精度就越高，但在大多数的应用中，并无实质意义，在采样位数一定的条件下，可以满足一定时期内存放的对该时期内工件的加工程序的适配。

如图3所示，摆动光电传感器8的光电识别头15朝向摆动件，具体是朝向摆动件上的编码条纹9，用于采用编码条纹9。

在万向球轴4上与球铰链5相对的一端，开有一个容纳孔3，加以匹配的，设置一探杆1，该探杆1的一端通过复位结构容纳并导引于所述容纳孔3，从而，当探杆1的外伸的端部受到工件的反作用力时，会产生在容纳孔3的伸缩，而产生探杆1的直线位移。

进而，在探杆1上设置编码条纹2，对该编码条纹2的采样，即可获得直线位移的粗测。

对编码条纹2的粗测，则采用如图1中所示的直线位移编码器12，相对于探杆1的伸缩，其位置是固定的，因而，将该直线位移编码器12设置在所述摆动件上，即图中所示的万向球轴4。可以想见，通过该直线位移编码器12通过其光电识别头14与编码条纹2的位置适配，就可以对编码条纹2进行采样。

如前所述，所限定的工件感知器，作为一个器件，用于工件外形轮廓的检测，从而获得工件外形的基本特征，匹配预先存放的特征的特征比对，确定工件类型。该种方式抗干扰性强，且能够适配数量一定的工件的加工。

应当理解，即便是不适用本发明中的工件感知器，工件与预存加工程序之间也是存在对应关系，关键在于更换工件后的工件识别，通常是由人工识别，部分采用机器识别，例如背景技术部分述及的几种识别方式。

由此可知，在例如加工中心的存储器中都预先存放了相关工件的加工程序，对该工件的加工，是在识别在工件的基础上直接调用相应的加工程序的加工。

而对于工件感知器的调用，则可以像调用刀具一样调用，到位后的运动，可以设置几个基本的进刀动作，获得零件的外部轮廓。

由此，期初由人工或者自动控制工件感知器通过预定的走位或者说“虚加工程序”，先对工件进行特征点提取，对于不同规格、品种的工件，所使用的工件感知器的走位完全一样，由工件感知器与工件的第一次碰撞触发特征起点提取。

可以理解的，所提取的不同工件的特征点可能存在部分相同的情况，但不能存在不同工件的所有特征点都完全相同的情况，以用于区分工件。被提取的每一个工件的特征点组成该工件的特征点集，从而，建立起了工件与特征点集的对应关系。

由于存在匹配关系，当工件感知器再次按照相同的“虚加工程序”进行“加工”时，所获得的特征点，必然与预先存放的特征点是吻合的，从而能够实现对工件的识别。

该种方式只是对刀具的一次调用，并且所需要的“虚加工程序”并不复杂，从而实现起来相对比较容易。并且不像类似于光学的提取方法那样容易受干扰，也不像例如贴标签那样会影响加工的正常进行。

由于工件规格可能相差比较大，因而，还可以辅助其他的加工方法，比如先确定工件的规格大小，然后在调用相应的“虚加工程序”，以避免工件感知器与工件之间的刚性碰撞。

当更换了工件品种或者规格时，例如加工中心的数控系统发出指令，调用假定是作为零号刀具的工件感知器，移动到工件装夹位置区域，然后启动相应的虚加工程序进行“加工”，通过光电识别头14、光电识别头15产生相应的电信号，通过分析该电信号匹配出相应的工件特征点，匹配获取的工件特征点与预存的工件特征点集，确定工件规格或者品种后，工件感知器回到刀库，调用相应的工件加工程序对工件进行加工。

此外，即便是工件规格不同，或者说尺寸大小不同，但对于工件感知器，当其在移动过程中发生碰撞，会产生例如万向球轴4的摆动或者探杆1的伸缩，从而可以藉此确定工件的基本位置和基本特征。

此外，为了避免发生刚性的碰撞而发生损坏，可以预先设置减速点，减速点可以由软件直接控制，对于数控系统，其刀具通常都是由数控系统控制的，通过例如五轴数控系统中五个轴的步数控制实现加工。在快速的调用相关刀具后，到达工件前要先进行减速，以获得合适的减速距离，因而通过步数控制可以进行软限位。

在一些实施例中，采用硬限位，例如在刀具运行的路径上设置传感器，例如接近开关。

在一些实施例中，在例如前述的零号刀具的运行路径上设置三个编码位置，当收到第一个触碰点信号（第一个编码位置）时，立即减速到设定的慢速度，收到第二个触碰点信号（第二个编码位置）时，记录当前的工件特征点值，并与预存的工件特征点进行比对。类似的，测量多个特征点后，综合得出工件的类型或者规格。

在检测特征点的过程中，如果数控系统的主轴运动超过了预设的第二个编码位置，并到达第三个编码位置时，即完成特征点的采集，工件感知器回退到刀库，调用相关的加工程序对工件进行加工。在检测的特征点不足时，或者说没有达到预定的特征点数量，越程到第三个编码位置时，需要回退到第二编码位置。

关于线性移动，可以参考机械上的线性滑轨，所表示的是一种直线运动，然而可以理解的，关于线性运动并非全程的线性运动，而是主运动是线性运动，可以是多个直线运动的复合。此外，关于线性运动，并非是单向的运动，还可以是例如滑轨上的往复运动。

关于特征点的提取，可以参考说明书附图5。

图1中，万向球轴4构成所述摆动件，球面结构在摆动所产生的特征提取中对转角的响应性比较强，但不排除使用例如杆性的摆动件。杆性的摆动件结构简单，受光电传感器的光电识别头15投射角度的限制，对转角的响应性比较弱。

当采用万向球轴4时，该万向球轴4的基础轴线为球铰链5与容纳孔3轴线所约束的万向球轴4的轴线，即容纳孔3的轴线。

万向球轴4的概念源于球铰链5，球铰链5能够提供如前所述的三个约束和三个自由度，其中的三个自由度全部是转动自由度，因而称为万向。

为了对所包含的元器件形成有效保护，还包括装设在所述刀具柄6头端的外壳7，用于容纳所述万向球轴4、摆动光电传感器8、直线位移编码器12。外壳7还能够限制，或者说约束万向球轴4的最大转角。

在一些实施例中，在外壳7上也设置传感器，以在例如探杆1碰到外壳7前，即产生报警。当然，由于如前所述，工件特征点的提取可以在人工控制的条件下进行提取，因而通常不会涉及到工件感知器在使用过程中直接与工件发生碰撞而被损坏的问题。

关于探杆1，往往是其与工件直接发生碰撞，尤其是对于工件类型、规格未知的条件下，探杆1可以选择为比较长的杆件，在此条件下，如前所述，第一个编码点到来之前，可以保证刀具柄6或者外壳7不首先与工件发生碰撞，而是由探杆1首先发生碰撞，该碰撞无论是探杆1的轴向的碰撞还是径向的碰撞，都因为存在活节，即球铰链5和容纳孔对探杆1的导向，而不致探杆1的损坏。

进一步地，为了提高探杆1的响应性，探杆的探出端设有球形的探头13，球形的探头13对轮廓面具有比较好的响应性，通常不会产生探杆1的端头与轮廓面的直接冲撞。

进一步地，所述探头13的表面设有硬化层，以保护探头13，避免其发生变形而产生误采集。

关于硬化层，如果探杆1直接采用钢制的杆件，对于探头13，可以采用例如渗氮处理，产生渗氮层，以提高耐磨性和表面硬度。在一些应用中，还可以采用渗碳等其他表面处理工艺以产生硬化层。

在一些应用中，如果探杆1采用其他材质制作，当符合热处理或者掺杂其他物质的条件时，可以通过例如热处理提高探头13的表面硬度。

在另一些应用中，为探头13制作表面涂层，例如硬质合金层、宝石（氧化铝）层，产生耐磨的硬化层。

图2中，光电识别头14设置在编码条纹2的一侧，当探杆13由于轴向力或者轴向分力推动而向容纳孔3缩进时，相对固定的光电识别头14就能够识别出经过其投射点的编码条纹数量，从而产生例如0、1序列。其中，采用编码条纹的应用中，黑条纹产生0，白条纹产生1，类同于脉冲信号的信号，处理起来相对比较容易，计算量也比较小，从而响应速度比较快。

关于编码条纹9，如图1和图3所示，编码条纹9的采样由光电识别头15完成，将光电识别头15设置在球铰链5的侧面，或者为了利于检测，而将其设置在外壳7上，环形的编码条纹9在万向球轴4转动的过程中能够被采样，从而产生0、1的脉冲序列。

光电识别头15配置为一对，在水平面内正交的两个方向上设置，恰好适配万向球轴4的运动规律。

基于前述的内容，工件感知器能够读取工件垂直和两个正交的摆动方向的位置信息，相对比较丰富，能够很好的应用于工件的识别。

不同于常规刀具，在所述刀具柄6上设有一具有常开触点的开关，用于在该刀具柄6被从刀库中取出时触发，从而用于开启虚加工程序。

关于数据的传输，即工件感知器与数控系统间的数据传输，由于刀具座通常具有与数控系统连接的线路，因此，在一些实施例中，可以在刀具柄6上设置相应的触点，使用触点进行刀具柄6向数控系统的接入。

在一些实施例中，参见说明书附图4，所述刀具柄6还设有连接所述第一光电传感器、第二光电传感器的无线发送模块，建立工件感知器与数控系统的无线通信。对两个光电传感器采集到的特征点进行整理、打包，通过无线收发应答电路，以无线信号的形式发送出去，数控系统端的无线接收器，接收到相应无线信号后，转送到数控系统。

进而，关于相适配的工件感知器的感知系统，参见说明书附图4，所述工件感知器构成刀库中的一刀具单元，且所述感知系统进一步包括：

控制器，与所述第一光电传感器和第二光电传感器建立通信连接的控制器，以根据采样到的信号运算确定工件特征点；

存储器，连接所述控制器，预先存放工件及相应特征点，以备控制器调用。

此外，加以附配的，电源转换部分，主要实现锂电池充放电管理及保护、将电池电压变换成5V、3.3V，分别通过由所述控制器（例如嵌入式控制器）控制的电子开关给嵌入式控制器、编码识别单元、无线通讯部分供电。

嵌入式控制器部分，主要实现休眠、各部分电源开关控制、编码读取和分析、无线通讯以及协议解读等。

编码识别部分，通过光电读取链接在探头13上的编码，实现对工件的触碰感知，形成2位二进制编码，即未触碰到00、刚触碰到01、已触碰到10,、触碰过深11等状态信号送的嵌入式控制器去分析、解码、识别。

无线通讯部分，首先实现与无线接收分析器配对（通过嵌入式控制器软件中的“联姻”算法，避免多机同时工作相互干扰），寻找和识别相对的无线接收分析器，找到后联手，相互发送和接收数据。

电路工作原理：无线工件感知器的刀柄上带有夹紧开关（具有常开触点），平常处于待机状态，电源断开；当需要检测和识别工件（即需要上电工作）时，数控机床自动换下当前刀具，换上无线工件感知器，刀柄上夹紧开关动作（常开触点闭合），接通电源，首先嵌入式控制器工作，再控制编码识别部分的电源上电，开启无线通讯部分电源，进行各部分自检、诊断和初始化（相关信息通过无线方式发送到数控系统），正常后等待编码识别部分读取编码值。

CPU读到编码值后分析触感探头是否触碰到工件或过界，形成代码数据，将该代码数据加密打包后发送出去，等待无线接收分析器（转发数控系统指令）的回复。

同时根据需要，嵌入式控制器关断或开启相关部分电源，实现既不影响正常工作，又最大程度降低功耗，延长电池使用时间。

由于无线工件感知器随数控系统的主轴在运动，检测到的特征点位置，必须发送到和数控系统连接在一起的无线接收分析器上，再通过通讯或I/O点传送到数控系统。

所以，无线接收分析器是一个无线路由性质的通讯模块，其无线通道、频点、识别码，必须和无线工件感知器相对应。和无线工件感知器一样，内装嵌入式软件程序，进行数据通讯与转换。

关于无线接收器，其和无线工件感知器电路类似，只是将编码识别部分该换成数控接口（提供开关量、串口、网络等多种方式和数控系统链接）

嵌入式控制器通过无线收到信息后，进行解码（解密、拆包），通过数控接口转发到数控系统，等待数控系统指令，并回复无线工件感知器。

适配嵌入式软件，嵌入式软件有三块，一是嵌入到“数控系统”中的工件识别程序，类似宏程序，可以在零件加工程序中调用，或者在数控加工管理程序中调用。

二是嵌入到“无线工件感知器”中，能够读取光电识别头14、光电识别头15检测到的编码信息，分析当前三个方向分别是第几段条码，控制无线通讯电路，和无线接收分析器进行无线通讯。同时，还控制自动休眠电路，当不需要工件识别时，自动进入休眠，最大程度延长电池工作时间。

三是嵌入到“无线接收分析器”中，主要通过无线通讯，处理与“无线工件感知器”配对，接收由已配对“无线工件感知器”发送的信息，变换后送到数控系统中。

参见说明书附图5的识别流程图，对工件识别的原理和基本方法描述如下：

首先根据不同工件，工件的不同阶段，例如毛胚、初加工、粗加工、精加工，形成工件类型、工件规格清单。不同的工件、同一类工件的不同规格，统称为工件。

工件装夹后相对数控机床的位置固定，在工件上找出能够区别每种工件、每道工序的特征点（包括1个或多个预检测点和检测点，多个检测点之间逻辑关系等，在于多个检测点存在顺序虚加工的特点），形成一个特征知识库，预装在“无线接收分析器”或数控系统内，和自动识别工件算法配套使用。

如前所述，这些特征点的获得，一方面针对一个工件的不同系列适配出一个虚加工程序，从而可以自动的获得，也可以人为的先确定相关的特征点，然后人工操作数控系统进行虚加工的采样。

例如，有10种工件需要在该数控机床或加工中心上生产，每种工件会有毛胚、初加工、粗加工、精加工，则必须有30张特征表，每张特征表中可能存在多个特征点及其逻辑关系，最后形成一个包含10种工件的特征知识库。

工件识别原理：当工件装夹好后，数控机床或加工中心启动“自动工件识别”程序，再根据识别结果启动相应的加工程序或停机报警。具体过程如下：

1）更换当前刀具为无线工件感知器，从而所述常开触点闭合。

2）启动无线接收分析器工作，与无线工件感知器相互配对识别，进行自检、诊断、识别和初始化，通过后执行3）及后续工作；否则，发出相关报警并停机，等待人工维护。

3）无线工件感知器“回零”，相当于自动对刀。

4）根据预定义工件类型、已知特征信息和特征知识库，启动决策算法，确定下一个需要探知的特征点（预检测点和检测点），如果存在特征点，转5）；否则，转7）。

5）无线工件感知器将结果发送到无线接收分析器，控制数控系统，配合相关轴运动（快速运动到预检测点，然后以设定方向、设定速度去触碰工件）。根据三方三位光电识别器探知的编码，一旦触碰到工件，停止运动，即：读到00以设定方向、设定速度运动、读到01以设定方向慢速运动、读到10停止并转6）、读到11以慢速反方向运动（触碰过头了）。

6）数控系统将当前坐标值通过数控接口反馈到无线接收分析器。通过内嵌的“特征分析算法”程序进行特征识别，如果能够识别出已知工件，转7）；否则，转4）。

7）将已识别出的工件号+工序号（或唯一识别码），或错误号通过数控接口上送数控系统。

8）更换无线工件感知器为原刀具或指定刀具；完成工件自动识别。

Claims (9)

1.一种工件识别方法，其特征在于，选取预定数量的工件轮廓形状的原始特征点，生成工件与原始特征点的关系表存放于数据库；

适配一工件感知器，该工件感知器的工具头具有伸缩和转动的自由度，并配置有对工具头转动和伸缩检测的装置，同时该工件感知器具有刀具柄而配置于刀库；

当更换工件时，调用所述工件感知器对所述工件的轮廓进行探测，提取工具头的转动和伸缩变动量，生成工件特征点；

匹配所生成的工件特征点与原始特征点，确定工件；

所述工件感知器的转动自由度通过球铰链装配在刀具柄上的摆动件实现，摆动件上与球铰链相对的一端开有容纳孔，用于导引一探杆形成伸缩自由度。

2.根据权利要求1所述的工件识别方法，其特征在于，原始特征点通过所述工件感知器获取：装夹待获取的工件后，调用工件感知器按照预定的轮廓扫描路径扫描工件，获得工具头在扫描过程中的若干转动和伸缩变动量。

3.根据权利要求1或2所述的工件识别方法，其特征在于，工件感知器在检测工件时的阶段为线性运动。

4.根据权利要求3所述的工件识别方法，其特征在于，工件感知器基于与工件的第一次碰撞而减速，产生第一次碰撞的点为所述线性运动的起点，即为第一编码位置。

5.根据权利要求4所述的工件识别方法，其特征在于，在线性运动的一个中间点选择为第二编码位置，线性运动的末端选择为第三编码位置；

当工件感知器从第一编码位置运动到第二编码位置时，记录当前的工具头转动和伸缩量，得到第一个特征点；依序变换线性运动的运动方向得到多个特征点；

若在采集特征点的过程中，工件感知器越过第二编码位置而到达第三编码位置时，则回退到第二编码位置进行后续预定数量的特征点的采集。

6.根据权利要求1所述的工件识别方法，其特征在于，在摆动件和探杆上设有黑白条纹，形成条纹编码，通过光电传感器的识别头识别经过其的条纹编码生成检测信号；

其中，摆动件上形成有均匀间隔的以容纳孔轴线为轴线的环形条纹，而探杆朝向相应识别头的一侧形成有沿探杆延伸方向分布的条形条纹。

7.根据权利要求1或6所述的工件识别方法，其特征在于，工件感知器通过无线通信方式与所应用数控系统的通信。

8.根据权利要求7所述的工件识别方法，其特征在于，工件感知器与数控系统的通信基于无线应答信号而接通；

在刀具柄上设有一具有常开触点的开关，当数控系统的主轴抓取该刀具柄时，常开触点闭合，触发相应的应答信号。

9.根据权利要求8所述的工件识别方法，其特征在于，无线应答基于匹配的联姻算法确定工件感知器。