【Sodick 篇】沙迪克高精机床机内视觉测量_马波斯 VTS实战

前言

前面发了个投标，有关SODICK 、FAGOR和SELCA 系统的，虽然效果不是太好，但还是觉定都整理并写出来。

日本 SODICK以其高精度放电加工机和线切割机闻名。马波斯 MIDA VTS影像式对刀仪在 SODICK CNC 系统上有完整的 VTS 软件方案，实现非接触式高精度刀具测量和完整性检测。

本文基于马波斯官方手册 D310W9AG00（VTS Software – Tool Measure on Machining Center – SODICK CNC），由宁波匠测科技有限公司整理发布。
SODICK VTS 与马扎克 MAZAK VTS 具有同源性——均基于马波斯标准 VTS 软件体系（D310A9AG05 / D310ABAG01），宏程序接口和系统架构完全一致，仅在 CNC 侧通信协议及参数配置方式存在差异。

一、系统概述

1.1 VTS 系统组成

马波斯 VTS 影像对刀系统包含以下核心硬件组件：

1.2 系统架构

SODICK CNC
│
├── VTS 软件宏程序（安装于 CNC 用户宏区）
│ ├── O9700 (VTS_PRES) 标准测量循环
│ ├── O9701 (VTS_CALIBRATION) 自动标定
│ ├── O9730 (VTS_SINGLEC_PRES) 静态模式测量
│ ├── O9731 (VTS_SINGLEC_INTCHECK) 静态完整性检查
│ └── O9702~O9728 辅助循环
│
├── 以太网 ──► VTS Bridge PC
│ │
│ ├── 以太网 ──► VTS-EU ──► VTS-SU
│ │
│ └── config.ini（通信变量配置）
│
└── E32U 接口（触发信号）

1.3 测量原理

VTS 系统通过光学成像实现非接触测量：

二、测量功能

2.1 刀具长度测量

通过 VTS 相机采集刀具尖端至基准平面的距离，自动计算刀长补偿值。

2.2 刀具半径测量

分析刀具旋转时的最大径向投影，精确测量刀尖半径。

2.3 切削刃完整性检测

高分辨率成像技术检测每个切削刃的轮廓完整性，包括：

• 刀齿是否完整（无崩刃）
• 刀刃磨损量是否在公差范围内
• 刀具对称性检查

2.4 数字化刀具指纹

系统为每把刀具建立独特的数字指纹——基于刀具几何特征（长度、半径、轮廓形状、刀刃角度等）的复合特征向量。在后续检测中实时比对该指纹，快速判断刀具是否异常。指纹特征包括：

三、软件安装

3.1 安装步骤

3.2 安装配置要求

四、系统配置参数

4.1 VTS Bridge 配置

VTS Bridge 桥接软件通过 config.ini 文件配置：

4.2 CNC 系统配置参数表

VTS 软件安装在 SODICK CNC 后，需在用户宏程序中配置以下系统参数。这些参数直接影响 VTS 系统的测量行为和安全保护逻辑。

配置示例：

; 通过宏程序写入系统参数
#140 = 149 ; Bridge 索引变量编号
#112 = 1 ; 刀具补偿表使用半径值
#103 = 20.0 ; 最小刀长 20mm
#104 = 150.0 ; 最大刀长 150mm
#109 = 30.0 ; 最大刀径半径 30mm
#114 = 0 ; 使用 G0 快速移动

参数设置说明：

• #140 同步规则：CNC 中 #140 的值必须与 VTS Bridge 配置文件 config.ini 中的 BRIDGE_INDEX 值完全一致。CNC 与 Bridge 之间通过 #140 起始的连续 51 个宏变量（#140~#190 或更高编号）进行数据交换，#140 本身是索引编号，并非 IP 地址
• #103/#104 安全区间：建议最小刀长设为短刀具长度减去 5mm 余量，最大刀长设为最长刀具加上 10mm 余量
• #109 刀径限制：应考虑 VTS-SU 光学传感器单元的物理视野范围，过大的 #109 值可能导致测量结果不准确
• #114 速度选择：精密测量建议设置固定进给速度（如 F500~F2000），避免 G0 快速移动带来的振动影响

五、VTS 循环调用参数表

SODICK CNC 系统通过 G65 调用 VTS 宏程序。以下四个主循环（O9700/O9701/O9730/O9731）是日常使用最频繁的测量循环。

5.1 O9700 (VTS_PRES) — 标准测量循环（旋转刀具）

功能：对旋转状态下的刀具进行长度和半径测量，结果自动写入刀具补偿表。

调用示例：

G65 P9700 H3. K10. F2000 C1.

5.2 O9701 (VTS_CALIBRATION) — 自动标定循环

功能：使用已知尺寸的基准刀具对 VTS 系统进行位置标定和光学标定。

调用示例：

G65 P9701 H1. K25. F1500 C1.

5.3 O9730 (VTS_SINGLEC_PRES) — 静态模式测量

功能：对非旋转状态下的刀具进行长度和半径测量，适用于特殊形状刀具或不允许旋转的刀具。

调用示例：

G65 P9730 H5. K8. F1500 C1.

5.4 O9731 (VTS_SINGLEC_INTCHECK) — 静态完整性检查

功能：在非旋转状态下检测刀具轮廓完整性，检查崩刃、磨损等异常。

调用示例：

G65 P9731 H3. K5. F1000 C1.

除四个主循环外，VTS 软件包还包含以下辅助循环程序：

5.6 测量结果变量

每次 VTS 测量完成后，系统通过以下全局变量返回测量状态：

六、VTS 完整标定流程

VTS 系统标定分为三步：光学标定 → 位置标定 → 验证标定。首次安装或更换 VTS 硬件后必须完成全部三步。

6.1 光学标定（Pixel Calibration）

光学标定的目的是确定相机像素尺寸与实际物理尺寸的转换比例（μm/pixel），这是所有后续测量的基础。

所需工具：

• 标准校准件（高精度校准圆棒，已知直径，通常为 Ø10mm 或 Ø20mm，精度 ±1μm）
• 校准件需已安装在刀柄上，并在刀具表中正确登记尺寸

操作步骤：

推荐参数：

• K（测量深度）：25~35mm（覆盖校准件有效测量段）
• F（进给速度）：1000~1500mm/min（低速保证图像稳定）
• 校准件转速：500~1000 rpm（低速旋转）

标定质量判定：

6.2 位置标定（Position Calibration）

位置标定的目的是确定 VTS 光学传感器在机床坐标系中的精确坐标位置。

所需工具：

• 基准刀具（长度和半径精确已知的参考刀具）

操作步骤：

推荐参数：

• 基准刀具：建议使用 Ø10mm 硬质合金铣刀，长度 80~100mm
• K（标定深度）：20~30mm
• F（进给速度）：1500mm/min

标定结果验证：

执行位置标定后，建议立即运行一次标准测量循环验证标定准确性：

G65 P9700 H[基准刀号] K20. F2000 C1.
IF [#970 NE 0] GOTO 900 ; 检查是否成功
IF [ABS[#972 – #109]] GT 0.005] GOTO 910 ; 半径偏差 > 5μm 需重新标定

6.3 验证标定（Verification Calibration）

验证标定是用第三把已知尺寸的标准刀具验证整个测量系统的综合精度。

操作步骤：

精度标准：

6.4 标定周期建议

七、VTS 误差码表

VTS 系统通过 #970 变量返回执行状态。以下为 SODICK VTS 系统中常见的错误码，按错误类型分为三类，总计 21 条。

7.1 通信错误类（CNC ↔ Bridge ↔ VTS-EU）

7.2 图像/测量错误类（VTS-EU 图像处理单元）

7.3 硬件系统错误类（传感器/运动/气动/温度）

7.4 故障排查流程图

测量失败（#970 ≠ 0）
│
├── 错误码 1~7 → 通信问题
│ ├── 检查网络物理连接
│ ├── 检查 config.ini 配置
│ ├── 检查 #140 与 BRIDGE_INDEX 一致性
│ └── 重启 Bridge 服务
│
├── 错误码 10~17 → 图像/测量问题
│ ├── 清洁 VTS 光学窗口
│ ├── 检查照明和焦距
│ ├── 清洁刀具表面
│ └── 重新执行光学标定
│
└── 错误码 20~26 → 硬件系统问题
├── 检查气源压力和气路
├── 检查温度和散热
├── 检查电源稳定性
└── 断电重启顺序：VTS-EU → Bridge → CNC

八、VTS 系统维护周期表

为确保 VTS 系统长期稳定运行，建议按照以下维护周期执行维护作业。

8.1 日常维护（每班次 / 每日）

8.2 每周维护

8.3 每月维护

8.4 维护记录表格式

建议按以下格式记录每次维护情况：

日期：2026-05-30 维护人员：______
维护类型：□ 日常 □ 每周 □ 每月

条目编号 | 项目 | 结果（正常/异常） | 备注
———|——|——————|——
1 | 光学窗口清洁 | ______ | ______
2 | 气幕检查 | ______ | ______
… | … | ______ | ______

异常处理记录：____________

下次维护日期：2026-____-____

九、G65 调用完整示例

以下是在 SODICK CNC 系统上的完整调用示例。

O1000
(=================================)
( VTS 影像对刀 — SODICK CNC )
(=================================)

; —– 第1步：系统参数初始化 —–
#140 = 149 ; Bridge 索引变量，与 config.ini 的 BRIDGE_INDEX 一致
#112 = 1 ; 刀具补偿使用半径值
#103 = 20.0 ; 最小刀具长度：20mm
#104 = 150.0 ; 最大刀具长度：150mm
#109 = 30.0 ; 最大刀具半径：30mm
#114 = 0 ; 轴移动速度：G0 快速移动

; —– 第2步：VTS 标定（使用基准刀具）—–
; 将已知尺寸的基准刀具装在主轴上
; H1 = 基准刀具补偿号
G65 P9701 H1. K25. F1500 C1. ; 自动标定循环

; 检查标定是否成功
IF [#970 NE 0] GOTO 900

; —– 第3步：刀具预设 —— 旋转刀具 —–
M06 T3 ; 换刀 T3（直径 12mm 立铣刀）
G65 P9700 H3. K10. F2000 C1. ; 测量深度 K=10mm, 进给 F=2000, 探头1

M06 T5 ; 换刀 T5（直径 8mm 球头刀）
G65 P9700 H5. K8. F1500

M06 T7 ; 换刀 T7（直径 6mm 钻头）
G65 P9700 H7. K15. F2000

; —– 第4步：静态模式测量（非旋转刀具）—–
M06 T12
G65 P9730 H12. K5. F1000 C1. ; 静态测量

; —– 第5步：完整性检查 —–
G65 P9731 H3. ; 检查 T3 刀具完整性
IF [#970 EQ 4] GOTO 910 ; 错误码4 = 刀具已损坏

; —– 正常结束 —–
M30

; —– 错误处理 —–
N900
#3000 = 100 (VTS CALIBRATION FAILED)
N910
#3000 = 101 (TOOL DAMAGE DETECTED)

十、注意事项

参考文档