本發(fā)明涉及數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)器視覺領(lǐng)域，具體地是一種用于精密加工，基于機(jī)器視覺實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控與誤差補(bǔ)償?shù)拈_放式數(shù)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

為了解決傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的封閉性問題，目前很多國(guó)家制定了針對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)的專項(xiàng)研究計(jì)劃，例如歐盟的osaca、日本的osec、美國(guó)的ngc和中國(guó)的onc等。開放式數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)未來發(fā)展的重要方向。所謂的開放式數(shù)控系統(tǒng)是指面對(duì)機(jī)床生產(chǎn)廠商和客戶的、運(yùn)行在同一平臺(tái)上的功能可定制化數(shù)控系統(tǒng)。生產(chǎn)廠商與客戶可根據(jù)自身的需求，刪除、增加或者修改數(shù)控系統(tǒng)的功能模塊，便捷的將用戶的特殊應(yīng)用集成到數(shù)控系統(tǒng)中，快速的形成不同檔次、不同類型的數(shù)控系統(tǒng)，與傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)相比極大地縮小了開發(fā)時(shí)間。

已有的開放式數(shù)控系統(tǒng)尚無標(biāo)準(zhǔn)化的硬件結(jié)構(gòu)，開發(fā)平臺(tái)繁多。總體來說，大部分產(chǎn)品都不能同時(shí)滿足處理速度快、接口豐富、擴(kuò)展性強(qiáng)以及加工精度高等要求，針對(duì)高性能、高精度加工的開放式數(shù)控系統(tǒng)研究迫在眉睫。而近些年逐漸成熟的機(jī)器視覺技術(shù)逐漸開始與數(shù)控機(jī)床相結(jié)合，成為了加工在線監(jiān)測(cè)與誤差補(bǔ)償?shù)闹匾侄?，但目前?guó)內(nèi)外市場(chǎng)也尚無市場(chǎng)化的、成熟的在線視覺補(bǔ)償?shù)拈_放式數(shù)控系統(tǒng)的先例，該方面空白亟待有關(guān)研究人員解決。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)zl200510025061.4，記錄了一種數(shù)字化精密曲線磨削的控制方法，在精密曲線磨削加工中，基于圖像在線識(shí)別技術(shù)，利用ccd代替?zhèn)鹘y(tǒng)幾何光學(xué)成像觀察裝置，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化精密檢測(cè)、補(bǔ)償和控制。該發(fā)明的缺點(diǎn)是專用性較強(qiáng)，主要針對(duì)曲線磨削加工方法，較難推廣至其他數(shù)控系統(tǒng)。

檢索中還發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)cn103034171b，記錄了一種開放式柔性數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括顯示計(jì)算機(jī)單元、機(jī)床面板模塊、鍵盤輸入模塊、數(shù)控主機(jī)單元，控制方法包括預(yù)裝軟件、編寫程序、轉(zhuǎn)換g代碼、輸入模塊，提供了一個(gè)完全開放的數(shù)控應(yīng)用程序開放平臺(tái)。該發(fā)明的缺點(diǎn)是沒有集成反饋模塊，沒有提供誤差檢測(cè)和補(bǔ)償功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于機(jī)器視覺狀態(tài)監(jiān)控與誤差補(bǔ)償?shù)拈_放式數(shù)控系統(tǒng)，本發(fā)明在傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用總線通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，引入機(jī)器視覺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)加工狀態(tài)監(jiān)控與誤差在線補(bǔ)償，從而有效提高數(shù)控系統(tǒng)的開放性、效率和加工精度。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于機(jī)器視覺狀態(tài)監(jiān)控與誤差補(bǔ)償?shù)拈_放式數(shù)控系統(tǒng)，包括：人機(jī)交互單元、運(yùn)動(dòng)控制單元、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元、圖像采集單元和傳感反饋單元；

所述人機(jī)交互單元用于提供系統(tǒng)的人機(jī)交互操作功能，同時(shí)運(yùn)行上位機(jī)數(shù)控模塊；

所述運(yùn)動(dòng)控制單元為嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器，包括運(yùn)動(dòng)控制板、通信模塊、i/o模塊、存儲(chǔ)模塊和總線模塊，其中：運(yùn)動(dòng)控制板負(fù)責(zé)運(yùn)行下位機(jī)數(shù)控模塊，通信模塊用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制板與人機(jī)交互單元中的工控機(jī)的加工參數(shù)數(shù)據(jù)交互，i/o模塊用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制板與人機(jī)交互單元中的操作面板的數(shù)字量數(shù)據(jù)交互以及接收傳感反饋單元的模擬量數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)模塊用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)傳送的文件數(shù)據(jù)的暫時(shí)存儲(chǔ)，總線模塊用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制板與執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元的加工參數(shù)數(shù)據(jù)交互；

所述執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)械執(zhí)行結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)器、編碼器、伺服電機(jī)和變頻器，其中：驅(qū)動(dòng)器通過總線模塊與運(yùn)動(dòng)控制板進(jìn)行運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)交互，驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)通過編碼器反饋給驅(qū)動(dòng)器，以形成伺服電機(jī)的半閉環(huán)控制回路；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；同時(shí)運(yùn)動(dòng)控制單元通過總線模塊控制變頻器，變頻器驅(qū)動(dòng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)切削主運(yùn)動(dòng)，切削主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)相互配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工對(duì)象的加工；

所述圖像采集單元，在系統(tǒng)加工過程中實(shí)時(shí)拍攝加工對(duì)象的圖像，并將拍攝到的圖像傳輸至工控機(jī)中進(jìn)行處理分析；

所述傳感反饋單元，用于將執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元中的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)信息，通過運(yùn)動(dòng)控制單元中的i/o模塊反饋至運(yùn)動(dòng)控制單元，從而形成閉環(huán)控制回路。

優(yōu)選地，所述人機(jī)交互單元包括工控機(jī)和操作面板，其中：

所述工控機(jī)負(fù)責(zé)運(yùn)行上位機(jī)數(shù)控模塊，工控機(jī)通過運(yùn)動(dòng)控制單元中的通信模塊與運(yùn)動(dòng)控制板進(jìn)行加工參數(shù)數(shù)據(jù)交互；所述工控機(jī)通過網(wǎng)線接收?qǐng)D像采集單元采集到的圖像數(shù)據(jù)；

所述操作面板用于對(duì)所述系統(tǒng)進(jìn)行操控，工控機(jī)通過總線通訊獲取操作面板的操作。

優(yōu)選地，所述上位機(jī)數(shù)控模塊，包括：文本文件管理子模塊、通訊管理子模塊、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置子模塊、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控子模塊、語法檢查糾錯(cuò)子模塊、圖像處理子模塊和在線補(bǔ)償子模塊，其中：

文本文件管理子模塊，用于加工代碼文件的編輯與讀寫，同時(shí)兼有運(yùn)動(dòng)軌跡仿真功能；

通訊管理子模塊，用于選擇上位機(jī)、下位機(jī)間通訊方式，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)、下位機(jī)間各類加工參數(shù)的傳遞，包含文本文件管理子模塊所讀入的文本文件在上下位機(jī)之間的傳遞；

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置子模塊，用于上位機(jī)設(shè)置下位機(jī)中的各軸運(yùn)動(dòng)的距離、速度與加速度等加工參數(shù)，給通訊管理子模塊傳遞給下位機(jī)的加工代碼文件提供必要運(yùn)動(dòng)參數(shù)；

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控子模塊，讀取加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，具體包括運(yùn)行通訊管理子模塊傳遞給下位機(jī)的加工代碼文件時(shí)，各軸實(shí)際運(yùn)動(dòng)的距離、速度、加速度、刀具補(bǔ)償半徑等參數(shù)，并在參數(shù)異常時(shí)予以保護(hù)；

語法檢查糾錯(cuò)子模塊，對(duì)文本文件管理子模塊讀入的加工代碼，進(jìn)行語法檢查與刀具干涉檢查，確保傳入下位機(jī)的加工代碼的正確性；

圖像處理子模塊，捕獲并處理數(shù)字化圖像，通過與文本文件管理子模塊中讀取的加工代碼對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行圖像比對(duì)，計(jì)算加工時(shí)補(bǔ)償?shù)姆较蚝痛笮。?/p>

在線補(bǔ)償子模塊，利用通訊管理子模塊與從圖像處理子模塊中得到的補(bǔ)償參數(shù)，直接控制下位機(jī)進(jìn)行在線補(bǔ)償。

進(jìn)一步地，所述上位機(jī)數(shù)控模塊采用多線程構(gòu)架，包括：主線程、文本管理線程、圖像處理線程，其中：

所述主線程用于實(shí)現(xiàn)通訊管理子模塊、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置子模塊、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控子模塊的功能；

所述文本管理線程用于實(shí)現(xiàn)文本文件管理子模塊和語法檢查糾錯(cuò)子模塊的功能；

所述圖像處理線程用于實(shí)現(xiàn)圖像處理子模塊和在線補(bǔ)償子模塊的功能。

優(yōu)選地，所述下位機(jī)數(shù)控模塊，包括：參數(shù)初始化子模塊、文本譯碼子模塊、刀補(bǔ)運(yùn)算子模塊、速度前瞻子模塊和i/o端口控制子模塊，其中：

參數(shù)初始化子模塊，為各軸的加工參數(shù)進(jìn)行初始化，避免先前加工的數(shù)據(jù)冗余的影響；

文本譯碼子模塊，將下位機(jī)通訊模塊接收的加工代碼翻譯為下位機(jī)可以處理的數(shù)據(jù)類型，并存儲(chǔ)在下位機(jī)的存儲(chǔ)模塊中；

刀補(bǔ)運(yùn)算子模塊，基于文本譯碼子模塊的翻譯結(jié)果，計(jì)算考慮刀具半徑偏置后的實(shí)際加工點(diǎn)位置；

速度前瞻子模塊，基于刀補(bǔ)運(yùn)算子模塊的計(jì)算結(jié)果，在考慮所有加工軌跡在滿足加工精度要求并平滑過渡的條件下，對(duì)各軸運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行提前規(guī)劃；

i/o端口控制子模塊，監(jiān)控并讀寫i/o端口，改變下位機(jī)相關(guān)加工參數(shù)，控制輸出端口高低電平。

優(yōu)選地，所述下位機(jī)數(shù)控模塊采用多線程構(gòu)架，包括：i/o端口控制線程、加工代碼處理線程，其中：

所述i/o端口控制線程用于實(shí)現(xiàn)i/o端口控制子模塊的功能；

所述加工代碼處理線程用于實(shí)現(xiàn)參數(shù)初始化子模塊、文本譯碼子模塊、刀補(bǔ)運(yùn)算子模塊和速度前瞻子模塊的功能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的開放式數(shù)控系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)傳輸方式上選擇總線通信的方式，總線通信具有數(shù)據(jù)傳輸種類多、速度快、效率高的優(yōu)點(diǎn)，可以提高數(shù)控系統(tǒng)的兼容性和效率；

2、進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的開放式數(shù)控系統(tǒng)，在控制軟件模塊的設(shè)計(jì)中采用多線程的機(jī)制，每個(gè)線程對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)控制軟件的一部分功能，多個(gè)線程并行，同時(shí)處理，可以顯著提升數(shù)控系統(tǒng)的效率；

3、進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的開放式數(shù)控系統(tǒng)，在傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入機(jī)器視覺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)加工過程誤差的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和在線補(bǔ)償，提高數(shù)控系統(tǒng)的安全性和效率；

4、進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的開放式數(shù)控系統(tǒng)，在上位機(jī)數(shù)控模塊中，應(yīng)用圖像處理技術(shù)，檢測(cè)并補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)的加工誤差，可以有效提高數(shù)控系統(tǒng)的加工精度。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的上位機(jī)數(shù)控模塊示意圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的下位機(jī)數(shù)控模塊示意圖；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的上、下位機(jī)數(shù)控模塊多線程構(gòu)架示意圖；

圖中：

人機(jī)交互單元1-1、工控機(jī)1-2、操作面板1-3、運(yùn)動(dòng)控制單元1-4、通訊模塊1-5、存儲(chǔ)模塊1-6、運(yùn)動(dòng)控制板1-7、i/o端口1-8、總線模塊1-9、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元1-10、驅(qū)動(dòng)器1-11、編碼器1-12、伺服電機(jī)1-13、變頻器1-14、加工對(duì)象1-15、執(zhí)行機(jī)構(gòu)1-16、圖像采集單元1-17、數(shù)字式ccd1-18、傳感反饋單元1-19、其他傳感器1-20；

上位機(jī)數(shù)控模塊2-1、文本文件管理子模塊2-2、通訊管理子模塊2-3、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置子模塊2-4、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控子模塊2-5、語法檢查糾錯(cuò)子模塊2-6、圖像處理子模塊2-7、在線補(bǔ)償子模塊2-8；

下位機(jī)數(shù)控模塊3-1、參數(shù)初始化子模塊3-2、文本譯碼子模塊3-3、刀補(bǔ)運(yùn)子模塊算3-4、速度前瞻子模塊3-5、i/o端口控制子模塊3-6；

上位機(jī)數(shù)控模塊構(gòu)架4-1、連接層4-2、下位機(jī)數(shù)控模塊構(gòu)架4-3、主線程4-4、文本管理線程4-5、圖像處理線程4-6、i/o端口控制線程4-7、加工代碼處理線程4-8、以太網(wǎng)4-9、通訊控件4-10。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1-4所示，一種基于機(jī)器視覺狀態(tài)監(jiān)控與誤差補(bǔ)償?shù)拈_放式數(shù)控系統(tǒng)，所述數(shù)控系統(tǒng)包括：人機(jī)交互單元1-1、運(yùn)動(dòng)控制單元1-4、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元1-10、圖像采集單元1-17和傳感反饋單元1-19；

所述人機(jī)交互單元1-1用于提供系統(tǒng)的人機(jī)交互操作功能，同時(shí)運(yùn)行上位機(jī)數(shù)控模塊；

所述運(yùn)動(dòng)控制單元1-4，包括：運(yùn)動(dòng)控制板1-7以及配套的通信模塊1-5、i/o模塊1-8、存儲(chǔ)模塊1-6和總線模塊1-9，其中：所述運(yùn)動(dòng)控制板1-7負(fù)責(zé)運(yùn)行寫入的下位機(jī)數(shù)控模塊3-1，所述通信模塊1-5實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制板1-7與工控機(jī)1-2的數(shù)據(jù)交互，所述i/o模塊1-8實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制板1-7與操作面板1-3的數(shù)據(jù)交互以及接收傳感反饋單元1-19的數(shù)據(jù)，所述存儲(chǔ)模塊1-6實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的暫時(shí)存儲(chǔ)功能，所述總線模塊1-9實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制板1-7與執(zhí)行控制單元1-10的數(shù)據(jù)交互；所述運(yùn)動(dòng)控制單元1-4可以優(yōu)選采用嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器；

所述執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元1-10，包括：由驅(qū)動(dòng)器1-11、編碼器1-12、伺服電機(jī)1-13、變頻器1-14組成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，執(zhí)行結(jié)構(gòu)1-16；驅(qū)動(dòng)器1-11通過總線模塊1-9與運(yùn)動(dòng)控制板1-7進(jìn)行運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)交互，驅(qū)動(dòng)器1-11控制伺服電機(jī)1-13運(yùn)動(dòng)，同時(shí)伺服電機(jī)1-13的運(yùn)動(dòng)通過編碼器1-12反饋給驅(qū)動(dòng)器1-11，以形成伺服電機(jī)1-13的半閉環(huán)控制回路；伺服電機(jī)1-13驅(qū)動(dòng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)1-16實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；同時(shí)運(yùn)動(dòng)控制單元1-4通過總線模塊1-9控制變頻器1-14，變頻器1-14驅(qū)動(dòng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)1-16實(shí)現(xiàn)切削主運(yùn)動(dòng)，切削主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)相互配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工對(duì)象1-15的加工；

所述圖像采集單元1-17，在系統(tǒng)加工過程中實(shí)時(shí)拍攝加工對(duì)象的圖像，并將拍攝到的圖像傳輸至工控機(jī)中進(jìn)行處理分析；

所述傳感反饋單元1-19，用于將執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元1-10中的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)信息，通過運(yùn)動(dòng)控制單元1-4中的i/o模塊反饋至運(yùn)動(dòng)控制單元1-4，從而形成閉環(huán)控制回路。

進(jìn)一步的，在部分優(yōu)選實(shí)施例中，所述人機(jī)交互單元1-1，包括：工控機(jī)1-2和操作面板1-3，其中：所述工控機(jī)1-2負(fù)責(zé)運(yùn)行上位機(jī)數(shù)控模塊2-1，工控機(jī)1-2通過運(yùn)動(dòng)控制單元1-4的通信模塊1-5與運(yùn)動(dòng)控制板1-7進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，工控機(jī)1-2通過網(wǎng)線接收?qǐng)D像采集單元1-17采集到的圖像數(shù)據(jù)；所述操作面板1-3通過運(yùn)動(dòng)控制單元1-4的i/o模塊1-8與運(yùn)動(dòng)控制板1-7進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過操作面板1-3上的按鈕控制實(shí)現(xiàn)所述數(shù)控系統(tǒng)的基本功能。

進(jìn)一步的，在部分優(yōu)選實(shí)施例中，所述圖像采集單元1-17，包括：數(shù)字式ccd1-18，所述數(shù)字式ccd1-18在所述數(shù)控系統(tǒng)加工過程中實(shí)時(shí)拍攝加工對(duì)象1-15的圖像，并將圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線傳輸至工控機(jī)1-2中進(jìn)行處理分析。

進(jìn)一步的，在部分優(yōu)選實(shí)施例中，所述傳感反饋單元1-19，包括：多種傳感器1-20，具體包括紅外傳感器、溫度傳感器、應(yīng)變片等，這些傳感器的模擬量數(shù)據(jù)通過i/o端口采集后，通過運(yùn)動(dòng)控制板1-7傳輸?shù)焦た貦C(jī)，工控機(jī)中的上位機(jī)數(shù)控模塊對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過處理結(jié)果進(jìn)行誤差補(bǔ)償。具體的，用于將執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元1-10中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)1-16的運(yùn)動(dòng)信息，通過運(yùn)動(dòng)控制單元1-4中的i/o模塊1-8反饋至運(yùn)動(dòng)控制板1-7，從而形成閉環(huán)控制回路。

進(jìn)一步的，在部分優(yōu)選實(shí)施例中，如圖2所示，所述工控機(jī)1-2運(yùn)行的上位機(jī)數(shù)控模塊2-1，主要功能包括：文本文件管理子模塊2-2、通訊管理子模塊2-3、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置子模塊2-4、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控子模塊2-5、語法檢查糾錯(cuò)子模塊2-6、圖像處理子模塊2-7和在線補(bǔ)償子模塊2-8，其中：

文本文件管理子模塊2-2，用于加工代碼文件的編輯與讀寫，同時(shí)兼有運(yùn)動(dòng)軌跡仿真功能；

通訊管理子模塊2-3，用于選擇上下位機(jī)間通訊方式，實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)間各類加工參數(shù)的傳遞，包含文本文件管理子模塊2-2所讀入的文本文件在上下位機(jī)之間的傳遞；

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置子模塊2-4，用于上位機(jī)設(shè)置下位機(jī)中的各軸運(yùn)動(dòng)的距離、速度與加速度等加工參數(shù)，用于給通訊管理子模塊2-3傳遞給下位機(jī)的加工代碼文件提供必要運(yùn)動(dòng)參數(shù)；

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控子模塊2-5，用于讀取加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，具體包括運(yùn)行通訊管理子模塊2-3傳遞給下位機(jī)的加工代碼文件時(shí)，各軸實(shí)際運(yùn)動(dòng)的距離、速度、加速度、刀具補(bǔ)償半徑等參數(shù)，并在參數(shù)異常時(shí)予以保護(hù)；

語法檢查糾錯(cuò)子模塊2-6，對(duì)文本文件管理子模塊2-2讀入的加工代碼，進(jìn)行語法檢查與刀具干涉檢查，確保傳入下位機(jī)的加工代碼的正確性；

圖像處理子模塊2-7，用于捕獲并處理數(shù)字化圖像，通過與文本文件管理子模塊2-2中讀取的加工代碼對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行圖像比對(duì)，計(jì)算加工時(shí)補(bǔ)償?shù)姆较蚝痛笮。?/p>

在線補(bǔ)償子模塊2-8，利用通訊管理子模塊2-2與從圖像處理子模塊2-7中得到的補(bǔ)償參數(shù)，直接控制下位機(jī)進(jìn)行在線補(bǔ)償；

進(jìn)一步的，在部分優(yōu)選實(shí)施例中，如圖4所示，所述上位機(jī)數(shù)控模塊2-1采用多線程構(gòu)架，上位機(jī)數(shù)控模塊構(gòu)架4-1，包括：主線程4-4、文本管理線程4-5、圖像處理線程4-6，其中：

所述主線程4-4用于實(shí)現(xiàn)通訊管理子模塊2-3、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置子模塊2-4、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控子模塊2-5的功能；

所述文本管理線程4-5用于實(shí)現(xiàn)文本文件管理子模塊2-2和語法檢查糾錯(cuò)子模塊2-6的功能；

所述圖像處理線程4-6用于實(shí)現(xiàn)圖像處理子模塊2-7和在線補(bǔ)償子模塊2-8的功能。

進(jìn)一步的，在部分優(yōu)選實(shí)施例中，如圖3所示，所述運(yùn)動(dòng)控制單元1-4中：

所述運(yùn)動(dòng)控制板1-7運(yùn)行的下位機(jī)數(shù)控模塊3-1的功能包括：參數(shù)初始化子模塊3-2、文本譯碼子模塊3-3、刀補(bǔ)運(yùn)算子模塊3-4、速度前瞻子模塊3-5和i/o端口控制子模塊3-6，其中：

參數(shù)初始化子模塊3-2，用于各軸的加工參數(shù)進(jìn)行初始化，避免先前加工的數(shù)據(jù)冗余的影響；

文本譯碼子模塊3-3，將下位機(jī)通訊模塊1-5接收的加工代碼翻譯為下位機(jī)可以處理的數(shù)據(jù)類型，并存儲(chǔ)在下位機(jī)的存儲(chǔ)模塊1-6中；

刀補(bǔ)運(yùn)算子模塊3-4，基于文本譯碼子模塊3-4的翻譯結(jié)果，計(jì)算考慮刀具半徑偏置后的實(shí)際加工點(diǎn)位置；

速度前瞻子模塊3-5，基于刀補(bǔ)運(yùn)算子模塊3-4的計(jì)算結(jié)果，在考慮所有加工軌跡在滿足加工精度要求并平滑過渡的條件下，對(duì)各軸運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行提前規(guī)劃；

i/o端口控制子模塊3-6，用于監(jiān)控并讀寫i/o模塊1-8的i/o端口，改變下位機(jī)相關(guān)加工參數(shù)，控制輸出端口高低電平；

進(jìn)一步的，在部分優(yōu)選實(shí)施例中，如圖4所示，所述下位機(jī)數(shù)控模塊3-1采用多線程構(gòu)架，下位機(jī)數(shù)控模塊構(gòu)架4-3，包括：i/o端口控制線程4-7，加工代碼處理線程4-8，其中：

所述i/o端口控制線程4-7用于實(shí)現(xiàn)i/o端口控制子模塊3-6的功能；

所述加工代碼處理線程4-8用于實(shí)現(xiàn)參數(shù)初始化子模塊3-2、文本譯碼子模塊3-3、刀補(bǔ)運(yùn)算子模塊3-4和速度前瞻子模塊3-5的功能。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元1-10中：

所述驅(qū)動(dòng)器1-11通過總線模塊1-9與運(yùn)動(dòng)控制板1-7進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，驅(qū)動(dòng)器1-11控制伺服電機(jī)1-13運(yùn)動(dòng)，同時(shí)伺服電機(jī)1-13的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)通過編碼器1-12反饋給驅(qū)動(dòng)器1-11，以形成伺服電機(jī)1-13的半閉環(huán)控制回路，伺服電機(jī)1-13驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)1-16運(yùn)動(dòng)，對(duì)加工對(duì)象1-15進(jìn)行加工；

所述變頻器1-14通過總線模塊1-9與運(yùn)動(dòng)控制板1-7進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，變頻器1-14驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)1-16運(yùn)動(dòng)，對(duì)加工對(duì)象1-15進(jìn)行加工；

上述各優(yōu)選結(jié)構(gòu)，可以獨(dú)立使用，也可以任何組合使用，組合使用能進(jìn)一步提升實(shí)施效果。

基于上述基于機(jī)器視覺狀態(tài)監(jiān)控與誤差補(bǔ)償?shù)拈_放式數(shù)控系統(tǒng)，在其一較優(yōu)實(shí)施例中，各部分的工作方式如下：

操作者通過工控機(jī)1-2運(yùn)行的上位機(jī)數(shù)控模塊2-1，輸入文本文件格式的加工g代碼，上位機(jī)數(shù)控模塊2-1的文本管理線程4-4的文本文件管理子模塊2-2讀寫g代碼文件、語法檢查糾錯(cuò)子模塊2-6進(jìn)行語法檢查，之后通訊管理子模塊2-3將文本文件按照連接層4-2規(guī)定的通信協(xié)議，通過通信模塊1-5將文本文件發(fā)送到運(yùn)動(dòng)控制單元1-4的存儲(chǔ)模塊1-6；運(yùn)動(dòng)控制板1-7運(yùn)行的下位機(jī)數(shù)控模塊3-1的加工代碼處理線程4-8的文本譯碼子模塊3-3、刀補(bǔ)運(yùn)算子模塊3-4和速度前瞻子模塊3-5對(duì)文本文件進(jìn)行處理，得到加工代碼，通過總線模塊1-9控制執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元1-10的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(本實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)器1-11、伺服電機(jī)1-13、編碼器1-12和變頻器1-14構(gòu)成)，帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)1-15，對(duì)加工對(duì)象1-16進(jìn)行加工；

在數(shù)控系統(tǒng)加工的過程中，數(shù)字式ccd1-18實(shí)時(shí)拍攝加工對(duì)象1-15的圖像，并將圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線傳輸至工控機(jī)1-2，上位機(jī)數(shù)控模塊2-1的圖像處理線程4-6的圖像處理子模塊2-7，捕獲并處理數(shù)字化圖像，通過與文本文件管理子模塊2-2中讀取的加工代碼對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行圖像比對(duì)，計(jì)算加工時(shí)補(bǔ)償?shù)姆较蚝痛笮。笤诰€補(bǔ)償子模塊2-8根據(jù)計(jì)算得到的補(bǔ)償參數(shù)，直接控制下位機(jī)進(jìn)行在線補(bǔ)償。

所述上位機(jī)數(shù)控模塊與下位機(jī)數(shù)控模塊，硬件層上采用以太網(wǎng)4-9通訊銜接，軟件層上通過通訊控件4-10銜接。

本發(fā)明所述基于機(jī)器視覺狀態(tài)監(jiān)控與誤差補(bǔ)償?shù)拈_放式數(shù)控系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)控制單元1-4通過總線模塊1-9控制執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元1-10，總線模塊1-9具有數(shù)據(jù)傳輸種類多、速度快、效率高的優(yōu)點(diǎn)，可以提高所述數(shù)控系統(tǒng)的兼容性和效率。

本發(fā)明在數(shù)控模塊的設(shè)計(jì)中采用多線程的機(jī)制，每個(gè)線程對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)模塊的一部分功能，多個(gè)線程并行同時(shí)處理，可以顯著提升所述數(shù)控系統(tǒng)的效率；

本發(fā)明通過引入圖像采集單元1-17，利用機(jī)器視覺技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)所述數(shù)控系統(tǒng)加工過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和加工誤差的在線補(bǔ)償，提高數(shù)控系統(tǒng)的安全性和效率；

本發(fā)明通過圖像處理技術(shù)檢測(cè)并補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)的加工誤差，可以有效提高所述數(shù)控系統(tǒng)的加工精度。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。