基于機(jī)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(guò)程都會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，因此需要人工進(jìn)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(wú)法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)加工的問(wèn)題，獲得這方面的技術(shù)突破。 隨著計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別與處理技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺成為人們研究的熱點(diǎn)。而將機(jī)器視覺引入機(jī)械加工領(lǐng)域，面向各異性成形加工構(gòu)造一個(gè)視覺型系統(tǒng)，越來(lái)越多地得到人們認(rèn)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(guò)程都會(huì)

2、出現(xiàn)不同的情況，對(duì)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(zhǔn)確地彎曲到預(yù)期位置，需要人工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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(wèn)題有兩個(gè)方面，精度低和生產(chǎn)效率低。機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展使上述問(wèn)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(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器。加工過(guò)程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過(guò)CAD

3、/CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM和CNC裝置之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個(gè)制造過(guò)程中CNC裝置只是一個(gè)封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多邊條件下，加工過(guò)程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長(zhǎng)、加工余量等加工參數(shù)，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)整，更無(wú)法通過(guò)反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)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(guò)程，因此，對(duì)數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢(shì)在必行。 因此開發(fā)了基于機(jī)器視覺的卷板數(shù)控系統(tǒng)。本文介紹了基于機(jī)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(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)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(jī)器視覺技術(shù)取代人工干預(yù)?；跈C(jī)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(shí)現(xiàn)卷板加工的自動(dòng)化和智能化。 論文綜合分析了國(guó)內(nèi)外機(jī)器視覺和數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，并針對(duì)卷板加工的特點(diǎn)，進(jìn)行了基于機(jī)器視覺的卷板數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，包括硬件以及軟件構(gòu)成。在研發(fā)過(guò)程中，本文展開的工作主要包括以下幾方面： 1) 針對(duì)原基于PLC的卷板機(jī)進(jìn)行數(shù)控改造，設(shè)計(jì)了視覺卷板數(shù)控系統(tǒng)的整體方案。 2) 對(duì)卷板加工過(guò)程進(jìn)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(duì)位置的關(guān)系。 3) 將

6、機(jī)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(wèn)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(cè)原理，制定了整個(gè)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(guò)VC++開發(fā)了圖像特征提取系統(tǒng)軟件，具有人機(jī)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(jī)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(jī)為IP

7、C運(yùn)行用VC++開發(fā)的后臺(tái)管理軟件，下位機(jī)為PAMC運(yùn)動(dòng)控制卡完成插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制和PLC等實(shí)時(shí)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(guò)調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)之間的通訊方法。 5) 搭建機(jī)器視覺控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成系統(tǒng)的安裝調(diào)試工作。調(diào)試時(shí)，采用PEWIN調(diào)試軟件，對(duì)PLC程序進(jìn)行調(diào)試，以及對(duì)系統(tǒng)PID伺服控制的參數(shù)進(jìn)行調(diào)試。 本課題的研究?jī)?nèi)容在機(jī)器視覺領(lǐng)域?qū)⒂兄鴱V闊的前景和發(fā)展空