基于機器視覺的卷板數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、卷板加工屬于各異性成形加工，即由于材質(zhì)的不同每一次加工過程都會產(chǎn)生不同的結(jié)果，因此需要人工進行監(jiān)視與調(diào)整。本課題研究目的就是解決卷板加工中由于各異性而無法實現(xiàn)全自動加工的問題，獲得這方面的技術(shù)突破。 隨著計算機圖像識別與處理技術(shù)的發(fā)展，機器視覺成為人們研究的熱點。而將機器視覺引入機械加工領(lǐng)域，面向各異性成形加工構(gòu)造一個視覺型系統(tǒng)，越來越多地得到人們認可。其中各異性成形加工是指在彎管、彎板、擠壓等成形加工中,每一次新的加工過程都會

2、出現(xiàn)不同的情況，對于同樣的加工參數(shù)和環(huán)境條件，由于材質(zhì)類別、形狀等差異，使得工件不能準確地彎曲到預(yù)期位置，需要人工進行現(xiàn)場的監(jiān)視與修正，它不同于具有同一性的模具成形加工。在各異性成形加工中存在的問題有兩個方面，精度低和生產(chǎn)效率低。機器視覺技術(shù)的發(fā)展使上述問題得以解決。 傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)多為封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC裝置只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD

3、/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC裝置之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC裝置只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多邊條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實施動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設(shè)定量，因而影響CNC裝置的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種

4、固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC系統(tǒng)向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行。 因此開發(fā)了基于機器視覺的卷板數(shù)控系統(tǒng)。本文介紹了基于機器視覺的卷板數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件研究開發(fā)情況。該系統(tǒng)是在水平下調(diào)式三輥卷板機基礎(chǔ)上進行數(shù)控改造，構(gòu)造了基于IPC+PMAC卡的雙CPU數(shù)控結(jié)構(gòu)，并引入機器視覺技術(shù)取代人工干預(yù)?；跈C器視覺的卷板數(shù)控系統(tǒng)能夠模仿人工視覺監(jiān)控功能，邊加工邊修正

5、，實現(xiàn)卷板加工的自動化和智能化。 論文綜合分析了國內(nèi)外機器視覺和數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，并針對卷板加工的特點，進行了基于機器視覺的卷板數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計，包括硬件以及軟件構(gòu)成。在研發(fā)過程中，本文展開的工作主要包括以下幾方面： 1) 針對原基于PLC的卷板機進行數(shù)控改造，設(shè)計了視覺卷板數(shù)控系統(tǒng)的整體方案。 2) 對卷板加工過程進行建模，分析卷板曲率半徑的影響因素，得出卷板曲率半徑與上輥相對位置的關(guān)系。 3) 將

6、機器視覺引入卷板數(shù)控加工中，以解決卷板加工需人工干預(yù)的問題。我們利用圖像處理技術(shù)得出了卷板曲率半徑特征參數(shù)，并結(jié)合視覺檢測原理，制定了整個視覺卷板數(shù)控系統(tǒng)的控制策略。并在WINDOWS操作系統(tǒng)下，通過VC++開發(fā)了圖像特征提取系統(tǒng)軟件，具有人機界面多樣、豐富、直觀的優(yōu)越性，并最終得到了需提取的特征參數(shù)，即卷板曲率半徑。 4) 介紹了卷板機數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)。數(shù)控系統(tǒng)采用了基于PMAC+IPC的雙CPU開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。上位機為IP

7、C運行用VC++開發(fā)的后臺管理軟件，下位機為PAMC運動控制卡完成插補運算、位置控制和PLC等實時任務(wù)。文中具體介紹了數(shù)控系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件、PLC程序的開發(fā)和通過調(diào)用動態(tài)連接庫實現(xiàn)上位機和下位機之間的通訊方法。 5) 搭建機器視覺控制系統(tǒng)實驗平臺，完成系統(tǒng)的安裝調(diào)試工作。調(diào)試時，采用PEWIN調(diào)試軟件，對PLC程序進行調(diào)試，以及對系統(tǒng)PID伺服控制的參數(shù)進行調(diào)試。 本課題的研究內(nèi)容在機器視覺領(lǐng)域?qū)⒂兄鴱V闊的前景和發(fā)展空