基于細(xì)粒度并行計(jì)算模型的折彎角度動態(tài)實(shí)時(shí)測量技術(shù)與系統(tǒng)研究.pdf

1、高精度板料折彎機(jī)數(shù)控系統(tǒng)需要在折彎加工過程中動態(tài)實(shí)時(shí)測量折彎件的折彎角度，利用測量出的角度值計(jì)算并控制滑塊的運(yùn)動，組成一套全閉環(huán)折彎角度控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)高精度的折彎角度加工。其中折彎角度動態(tài)實(shí)時(shí)測量技術(shù)是全閉環(huán)折彎角度控制系統(tǒng)中最核心的關(guān)鍵技術(shù)。
　　本文針對全閉環(huán)角度控制折彎機(jī)數(shù)控系統(tǒng)所需要解決的折彎角度動態(tài)測量問題，開發(fā)了一套基于細(xì)粒度并行計(jì)算模型的動態(tài)實(shí)時(shí)折彎角度測量系統(tǒng)，利用 GPU細(xì)粒度并行計(jì)算模型解決了折彎角度動態(tài)實(shí)時(shí)

2、測量中的計(jì)算效率問題，獲得了很大的加速比提升。以下是主要解決的技術(shù)問題。
　　在結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)中，需要提取光條中心點(diǎn)位置，提取的精度對測量系統(tǒng)的測量精度有非常大的影響。通常為了提高提取的精度，會采用亞像素?cái)M合的方式來找到亞像素精度下的光條中心點(diǎn)位置。通常的CPU串行化計(jì)算方法，在進(jìn)行亞像素?cái)M合的時(shí)候會因?yàn)橛?jì)算量巨大而消耗很多時(shí)間，難以滿足實(shí)時(shí)性測量系統(tǒng)對于計(jì)算效率的要求。所以，開發(fā)了基于細(xì)粒度并行計(jì)算模型的光條中心點(diǎn)識別方法，提出

3、并實(shí)現(xiàn)了并行計(jì)算局部極值和并行計(jì)算單點(diǎn)亞像素?cái)M合的兩步并行化計(jì)算方案，最終實(shí)現(xiàn)了15倍的加速比效率，能夠在6毫秒內(nèi)對一幅圖片進(jìn)行處理，能夠滿足動態(tài)實(shí)時(shí)測量的需要。
　　在實(shí)際的折彎機(jī)加工現(xiàn)場中，環(huán)境光和金屬模具上面的鏡面反射光會對光條中心點(diǎn)提取產(chǎn)生干擾，在光條中心點(diǎn)提取的時(shí)候會存在多個(gè)干擾的中心點(diǎn)，這樣會對最終的光條中心線的擬合產(chǎn)生影響。為了解決這個(gè)問題，提出了基于霍夫變換的光條中心線識別方法，并且為了滿足動態(tài)實(shí)時(shí)測量對于計(jì)算效率

4、的要求，實(shí)現(xiàn)了基于細(xì)粒度并行計(jì)算模型的霍夫變換光條中心線擬合方法，實(shí)現(xiàn)了 GPU線程間的負(fù)載均衡，最終計(jì)算的加速比達(dá)到了20倍，能夠在3毫秒內(nèi)完成計(jì)算，滿足了動態(tài)實(shí)時(shí)測量的要求。
　　提出并實(shí)現(xiàn)了一套折彎角度測量模型，能夠通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算出折彎角度。針對計(jì)算過程中需大量求解小型矩陣方程的問題，提出并實(shí)現(xiàn)了一種細(xì)粒度并行計(jì)算方法，采用單個(gè)線程對多個(gè)小型矩陣進(jìn)行計(jì)算，不再采用傳統(tǒng)的單個(gè)矩陣使用多個(gè)線程計(jì)算的方法，并且特別設(shè)計(jì)了線程塊的

5、組織方式，每個(gè)線程塊對應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的頂點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，線程塊間沒有數(shù)據(jù)交互，使得并行計(jì)算過程中不再存在跨線程塊的數(shù)據(jù)訪問，大幅提升了存儲器訪問效率。最終獲得了17倍的加速比，可以在6毫秒內(nèi)完成一次折彎角的計(jì)算，能夠滿足動態(tài)實(shí)時(shí)測量的要求。
　　針對角度全閉環(huán)控制問題，提出了兩種角度全閉環(huán)控制策略。第一種是基于自由折彎幾何模型的角度全閉環(huán)控制策略，通過計(jì)算滑塊下降量進(jìn)行第一次折彎，充分回彈后測量當(dāng)前的折彎角度，然后再進(jìn)行二次折彎。第二種策