采用視覺技術(shù)的智能機器視窗

現(xiàn)如今的機床幾乎無一例外地配備了一個或多個視窗，此類視窗可以給操作人員提供窺探到設(shè)備內(nèi)部并對加工流程進行觀察和視覺監(jiān)視的機會。

由于此類視窗是一種介于操作人員與設(shè)備作業(yè)空間之間的分離式獨立裝置，并可阻止操作人員從外部向設(shè)備內(nèi)危險部位的觸摸，因此視窗必須要滿足各種安全技術(shù)要求，并被用作安全防護設(shè)施和安全部件。正是基于這些要求，用于激光機床和其他切削加工設(shè)備上的視窗裝置都差不多一樣昂貴。

新型智能設(shè)備視窗的功能被分成三個信息層次：設(shè)備內(nèi)部空間、增值服務(wù)點和操作層面

功能整合可以更充分地挖掘出應(yīng)用潛力

在工件的加工過程中，盡管加工設(shè)備上配有視窗，但往往仍無法對刀具和部件進行視覺觀察，這是因為設(shè)備內(nèi)部的視覺狀況會受到冷卻潤滑劑汽霧(KSS汽霧)、加工粉塵和切屑等因素的影響。

在機床的調(diào)試、操作和維護過程中，除了通過視窗對設(shè)備狀態(tài)進行目檢之外，還可以采用輔助系統(tǒng)和操作工具(例如HMI、智能裝置和模擬系統(tǒng)等)來進行觀察。由于輔助功能和操作系統(tǒng)都被分開設(shè)置在不同的硬件里并在不同的時間點上運行，此類工具的潛力無法得到充分地挖掘和利用，對這些系統(tǒng)的融合可以顯著提高其使用價值。

德國聯(lián)邦教育和研究部(BMBF)所資助的研究項目iWindow的目的在于通過新的智能設(shè)備視窗對機床上現(xiàn)有的常規(guī)視窗進行替換。有了此類新的智能視窗，即使出現(xiàn)了諸如很臟的加工流程的話，也能夠?qū)C床的內(nèi)部狀況進行觀察。

圖1 Engine游戲為研發(fā)電腦游戲而被設(shè)計出來的軟件架構(gòu)。在部件加工過程中，它把現(xiàn)實情況與虛擬顯示進行對比

通過三種信息層次來劃分功能

為了能夠獲得更好的操作支持，應(yīng)該同時對視窗進行升級，即把HMI、模擬系統(tǒng)和加工流程更緊密地銜接起來，并實施用戶直覺導(dǎo)向方案。此類新式的設(shè)備視窗可以對設(shè)備內(nèi)部空間信息進行擴展，即在利用虛擬現(xiàn)實(VR)和增強現(xiàn)實(AR)的技術(shù)條件下通過增值服務(wù)來獲取計算機所生成的綜合信息。智能設(shè)備視窗的功能可以分為三個信息層面，即設(shè)備內(nèi)部空間、增值服務(wù)點和操作。

設(shè)備內(nèi)部空間既可以通過一個透明的顯示器來直接顯示，也可以借助于攝像機圖片，抑或通過常規(guī)顯示器上接近現(xiàn)實的可視化措施來顯示。如果選擇后兩種可視化方法的話，則需要把設(shè)備系統(tǒng)改造成實時可視化，以便在整個加工過程中實現(xiàn)可視化。通過采用頭部跟蹤系統(tǒng)，即可達到一種不受觀察者所處位置影響的顯示和觀察。

即使對設(shè)備內(nèi)部空間的視角受到了干擾，也可以應(yīng)用設(shè)備內(nèi)部空間的計算機實時模型來進行彌補，而不會受到顯示技術(shù)的制約。該模型是建立在設(shè)備內(nèi)部空間的CAD幾何外形數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上的，并在設(shè)備軸的實時數(shù)據(jù)運行過程中被激活。

通過軸數(shù)據(jù)的激活，計算機模型在任意時間節(jié)點上可以準(zhǔn)確給出設(shè)備內(nèi)部空間實際狀況的圖像。為了使各不同的設(shè)備控制系統(tǒng)實現(xiàn)相互耦合，采用了針對CNC系統(tǒng)的OPC UA協(xié)同規(guī)范作為不受制造廠影響的統(tǒng)一設(shè)備接口。

圖2 板材激光加工過程中的切割質(zhì)量的可視化結(jié)果，生產(chǎn)結(jié)果可以以這種圖形方式接受測評

采用電腦游戲方面的技術(shù)訣竅可以實現(xiàn)現(xiàn)實狀況顯示

這種信息模型是在OPC UA Foundation，即德國機床制造協(xié)會(VDW)和控制系統(tǒng)制造廠商及研究機構(gòu)之間開發(fā)出來的。為了使電腦模型達到盡可能真實的顯示，可以采用Engine游戲的效果。

Engine游戲最初是為研發(fā)電腦游戲而設(shè)計的一種軟件架構(gòu)。除了上述的應(yīng)用場合之外，它還可以被應(yīng)用于其他許多虛擬環(huán)境的使用場合。實際設(shè)備內(nèi)部空間和引擎的統(tǒng)一及虛幻引擎游戲里的可視化之間的對比情況見圖1里的DMG MORI DMU 50 ecomill例子。

在運行時間里，設(shè)備內(nèi)部空間接受由增值服務(wù)點生成的相關(guān)動態(tài)信息。每個增值服務(wù)點也可提供一些附加的功能，達到特殊的效用目的，增值服務(wù)點之間互不依存。為了使智能設(shè)備視窗與設(shè)備及實時加工流程相互匹配，增值服務(wù)點被放置在插件(plug-in)系統(tǒng)里運行。通過這種方式，增值服務(wù)點方可被更換、補充、更新和清除。有益的增值服務(wù)內(nèi)容為：刀具軌跡的可視化;在激光切割時，工件在剩余材料上輪廓線的可視化;對生產(chǎn)流程結(jié)果的圖形評價。

為了能夠直接在設(shè)備視窗上實現(xiàn)互動，設(shè)備視窗應(yīng)配備一種觸摸式操作界面。通過各種手勢(例如用戶在使用智能裝置時都會了解此類手勢)，即可進行各種直覺操作。由于在立式設(shè)備視窗上進行較長輸入操作并不舒適，因此應(yīng)附加一些智能裝置，來作為其所謂的第二視頻供操作人員使用。

智能設(shè)備視窗仍處于考核和評價階段

第二視頻的概念最初是用來描述第二個視頻的效用性，通常是指一部智能手機或平板電腦，它們可與電視節(jié)目并列運行。通過采用第二視頻屏幕，電視觀眾可以查找輔助信息或與其他觀眾進行互動。通過把平板電腦與設(shè)備視窗進行同步化耦合設(shè)置，平板電腦即可被用作輔助的顯示和輸入儀器。