开放式数控系统中钻头视觉定位的研究
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摘要
本文通过对现有数控钻尖磨床的特点进行分析,设计了用基于PC的开放式结构体系对原有系统进行重构的整体方案,采用PC加电机控制卡的体系构建了用于钻尖磨床的数控系统硬件部分,提出了针对钻尖磨床的开放式数控软件的设计思想,分析了软件的总体结构。
另外,针对钻头刃磨中传统定位方式的不足,本文论证了采用计算机视觉技术实现钻头视觉定位的可行性,分析了钻头视觉定位的基本原理,提出了钻头视觉定位的实现方法,同时对钻沟螺旋角的视觉检测方法进行了分析,提出了基于计算机视觉的螺旋角的计算方法。在此基础上,本文对钻头视觉定位中的图像处理技术进行了研究,对图像增强,边缘提取和线细化中的各种算法进行了分析比较,尤其对与定位精度密切相关的边缘提取算法进行了重点分析,并从中总结出了适用于钻头视觉定位的一整套图像处理方法,最后对摄像头的部分参数进行了标定,对影响视觉定位精度的因素进行了分析,提出了相关解决方法。
根据钻头视觉定位原理和图像处理算法,本文开发了基于计算机视觉技术的钻头视觉定位软件模块,并将其集成在数控系统软件之中,完成了钻头图像采集,分析处理和定位策略控制等功能。
Based on the analysis of NC drill grinder in existence,the project that restructure t he primary NC system by open NC structure,which based on the PC is designed,the str ucturethat the hardware of the-NC system is used -for drill grinderis adopted,the design t hinking of the software of the open NC system aiming at the drill grinder is advanced,t he whole stmcture of the software isanalysed.
In addition,aimed at the deficiency of the traditional drill orientation method in dri 11 grinder,this article demonstrates the feasibilitythat realize the drill orienta-tion by co mputer vision technology,analyses the primary principle of drill vision orientation,put f orward the measure of vision orientation in drill grinder,meanwhile,analyses the vision detection measure for helix angle,bring forward the calculational methods of helix angle based on computer vision based on the above,image processing technology used in drill vision orientation is researched,imagepro-cessing technology used in drill vision orient ation is re-searched,image enhancement,edge detection and line thinning are analysed,es pecially,the edge detection arithmeticwhich works on the orientation precision is analys ed emphasily is concluded finally,the part paramteters of vidicon are demar-cated,the fa ctors that effect the drill orientation preci-sion are analysed,the correlative measures are advanced.
According to the principles of drill vision orientation and image processing anithm etic,this article develops thesoftware module for drill orientation based on the computer vision which is integrated in the software of NC system,in which the functions of drill i mage,processing of and strate-gy of drill orientation are realized.
另外,针对钻头刃磨中传统定位方式的不足,本文论证了采用计算机视觉技术实现钻头视觉定位的可行性,分析了钻头视觉定位的基本原理,提出了钻头视觉定位的实现方法,同时对钻沟螺旋角的视觉检测方法进行了分析,提出了基于计算机视觉的螺旋角的计算方法。在此基础上,本文对钻头视觉定位中的图像处理技术进行了研究,对图像增强,边缘提取和线细化中的各种算法进行了分析比较,尤其对与定位精度密切相关的边缘提取算法进行了重点分析,并从中总结出了适用于钻头视觉定位的一整套图像处理方法,最后对摄像头的部分参数进行了标定,对影响视觉定位精度的因素进行了分析,提出了相关解决方法。
根据钻头视觉定位原理和图像处理算法,本文开发了基于计算机视觉技术的钻头视觉定位软件模块,并将其集成在数控系统软件之中,完成了钻头图像采集,分析处理和定位策略控制等功能。
Based on the analysis of NC drill grinder in existence,the project that restructure t he primary NC system by open NC structure,which based on the PC is designed,the str ucturethat the hardware of the-NC system is used -for drill grinderis adopted,the design t hinking of the software of the open NC system aiming at the drill grinder is advanced,t he whole stmcture of the software isanalysed.
In addition,aimed at the deficiency of the traditional drill orientation method in dri 11 grinder,this article demonstrates the feasibilitythat realize the drill orienta-tion by co mputer vision technology,analyses the primary principle of drill vision orientation,put f orward the measure of vision orientation in drill grinder,meanwhile,analyses the vision detection measure for helix angle,bring forward the calculational methods of helix angle based on computer vision based on the above,image processing technology used in drill vision orientation is researched,imagepro-cessing technology used in drill vision orient ation is re-searched,image enhancement,edge detection and line thinning are analysed,es pecially,the edge detection arithmeticwhich works on the orientation precision is analys ed emphasily is concluded finally,the part paramteters of vidicon are demar-cated,the fa ctors that effect the drill orientation preci-sion are analysed,the correlative measures are advanced.
According to the principles of drill vision orientation and image processing anithm etic,this article develops thesoftware module for drill orientation based on the computer vision which is integrated in the software of NC system,in which the functions of drill i mage,processing of and strate-gy of drill orientation are realized.
引文
[1]曹正铨.钻头的数学模型与钻削试验研究.北京:北京理工大学出版社,1993,126-134
[2]周祖德,魏仁选,陈幼平.开放式控制系统的现状、趋势与对策.中国机械工程,1999,1(10):1090-1093
[3]魏仁选,陈幼平,周祖德.开放式数控软件的面向对象建模及其重用研究.高技术通讯,1998,(12):30-34
[4]张正勇,熊清平,李作清.Windows平台下开放式CNC系统研究.中国机械工程,1999,(8):878-881
[5]林奕鸿,李小力.开放式数控系统的构造、界面与协议.中国机械工程,1998,9(5):22-24
[6]戴晓华,王文,王威等.开放式数控系统研究综述.组合机床与自动化加工技术,2000,(11):5-7
[7]Open system Arcthitecture for controls within Automation Systems E P6369
[19]Hideo Matsuka.Japanese Pc-based Open Control Systems for Manufact uring Equipment.Int.J.Papan Soc.Prec.Eng,1996,30(3)
[20]马俊涛,刘积仁.面向复用过程的自描述模块接口模型.东北大学学报,1999,20(3):32-35
[21]刘爱林,肖跃加.基于W I N95/N T的开放式数控系统.机械与电子,1999(4):32-34
[22]郇极,尹旭峰.基于数字伺服现场总线技术的开放式数控系统.中国机械工程,1999,10(10):1132-1134
[23]王振华,朱国力.基于现场总线的新型开放式数控系统研究.中国机械工程,2001,12(4):395-397
[24]王恒奎,边耐欣,王文等.Windows环境下开放式数控系统伺服控制的研究.中国机械工程,12(11):1259-1263
[25]秦旭达,王太勇,夏长亮.基于开放式数控系统的车削加工过程监控技术研究.仪器仪表学报,2001,22(3):274-275
[26]冯勇,霍勇进.现代计算机数控系统.北京:机械工业出版社,1996,274-297
[27]刘燕军,宋大华,卢晓刚。开放式PC-NC结构体系的探讨.制造技术与机床,1999,(3),11-13
[28]刘利.当前NC的热点-开放化与PC化.机电一体化,1998,(1),18-20
[29]李爱平,张建国.NC嵌入PC型开放式数控系统的研究.组合机床与自动化加工技术,2001,(3):31-33
[30]王天珍.计算机视觉研究进展.武汉汽车工业大学学报,1998,20(1):23-27
[31]L.G.Robers.Machine Percetion of Three-Dimensional Solids in J.T.T ippett,Optical and Electro-Optical Information Processing,Cambrid ge:MIT Press,1965,159-197
[32]H.C.ANDREWS.Digital Image Processing,IEEE Press,1978
[33]E.R.DOUGHERTY.Digital Image Processing Methods,Marcel Dekker,1994
[34]马颂德.计算机视觉-计算理论与算法基础.北京:科学出版社,1998
[35]D.MARR.Vision.San Francisco:Freeman,1982
[36]JAHNE.Digital Image Processing:Concepts,Algorithms,and Scienticif Applications.New York:Springer-Verla,1993
[37]孙即祥.模式识别中的特征提取与计算视觉不变量.北京:国防工业出版社,2001
[38]章毓晋.图像理解与计算机视觉.北京:清华大学出版社.2000
[39]徐彦欣.图像处理在机械工程领域中的应用与前景展望.机械,1999,26(5):48-50
[40]傅德胜,寿益禾.图形图像处理学.南京:东南大学出版社,2002
[41]Kenneth R.Castleman.数字图像处理.朱志刚译.北京:电子工业出版社,2002
[42]夏良正著.数字图像处理.南京:东南大学出版社,1999
[43]N.Winner.Extrapolation,interpolation,and Smoothing of Stationary Time Series,NewYork:John Wiley & Sons,1949
[44]G,h.Turin.An Introduction to Matched Filters.IRE Transactions on Information Theory,1960
[45]J.K.AGGARWAL,R.O.DUDA,AND A.POSENFELD.Computer Methods in Image An alysis,New York:IEEE Press,1977
[46]李介谷.计算机视觉的理论和实践.上海:上海交通大学出版社,1991
[47]张文景,张文渊,苏键锋.计算机视觉检测技术及其在机械零件检测中的应用.上海交通大学学报,1999,33(5):635-638
[48]杨益军,赵荣椿.复杂航空图像中的大边缘提取方法.西安电子科技大学学报,2000,27(1):101-104
[49]马大国.原木表面节子的计算机视觉检测技术的研究:[东北林业大学硕士学位论文].沈阳:东北林业大学,2001
[50]徐海波.计算机视觉的应用研究:[西安交通大学硕士学位论文].西安:西安交通大学,2000
[51]王润孝,秦现生.机床数控原理与系统.西安:西北工业大学出版社,1997
[52]白恩远.现代数控机床伺服及检测技术.北京:国防工业出版社,2002
[53]刘跃南.机床计算机数控及其应用.北京:机械工业出版社,1997
[54]任玉田,焦振学,王宏甫.机床计算机数控技术.北京:北京理工大学出版社,1996
[55]胡建中,周云飞,李左章.数控系统软件任务划分与调度.机械与电子,1999,(2):25-27
[56]黄晓勇.开放体系结构CNC系统研究及研制:[上海大学硕士学位论文].上海:上海大学,2000
[57]王文,王威,陈子辰.基于软件复用与软件构件技术的可重构数控系统研究.见:第一阶国际机械工程会议,1999
[58]丁仕燕,韩江,朱方洲等.开放式数控软件平台研究.机械与电子,2002,(2):35-38
[59]David J.Kruglinski.Visual c++6.0技术内幕.北京:北京希望电子出版社,1999
[60]杨玲,陈文家,房立金等.基于windows平台的开放式并联机床数控系统.制造业自动化,2002,24(1):15-17
[61]梁建刚,陆志强,吴祖育.基于工业PC机的开放式数控系统.机电一体化,1997,(4):13-15
[62]王宇晗,康亮,吴祖育.面向用户的可配置开放式数控系统的研究.机床与液压,2000,(5):24-26
[63]张凯,张晓辉.三维型模CAM中数控指令的模拟检验.林业机械与木工设备,1998,26(8):16-17
[64]罗福源.基于Windows平台的开放式三轴联动数控系统开发研究:[广西大学硕士学位论文].南宁:广西大学,2002
[65]周道炳,朱卫纲.几种边缘检测算子的评估.指挥技术学院学报,2000,(11):59-63
[66]付忠良.一些新的图像阀值选取方法.计算机应用,2000,20(10):13-15
[67]D.C.Marr and E.Hildreth.Theory of Edge Detection.London:Proc.Roy,1980,187-217
[68]J.Prewitt.Object Enhancement and Extraction Picture Process.New York:Psychopict,1970,75-149
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[72]崔凤奎,王晓强,张丰收等.二值图像细化算法的比较与改进.洛阳工学院学报,1997,18(4):48-51
[73]谭兆信,丁国芳,张仁礼.一种图像细化算法及其在医学图像中的应用.中山大学学报(自然科学版),2000,39(5):23-25.
[74]吴晓芸,张太怡,刘平.一种快速的一次扫描细化算法(OSSTA).重庆大学学报,1994,17(3):13-16
[75]张文景,张文渊,苏键锋等.计算机视觉检测技术及其在机械零件检测中的应用.上海交通大学学报,1999,33(5):635-638
[76]高满屯.计算机视觉研究中的投影理论和方法.西安:西北工业大学出版社,1998
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[78]Davis Chapman.学用Visual C++6.0.骆长乐译.北京:清华大学出版社,1999
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