專利名稱：火花識別對刀方法及磨削加工自動化系統(tǒng)的制作方法
火花識別對刀方法及磨削加工自動化系統(tǒng)
(一) 技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明屬于金屬磨削加工技術(shù)的智能自動化裝置
(二)
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的制造技術(shù)正朝著柔性制造(FMS)、計算機集成制造(CIM)和智能制造(IM) 等方向發(fā)展。其中智能制造(IM)更作為先進制造技術(shù)的重要內(nèi)容而日益成為研究的 熱點。它旨在將智能控制的理論和方法引入制造過程，通過模擬人類專家的思維和 推理活動，取代和延伸制造環(huán)境中的部分腦力，從而使制造系統(tǒng)能自動檢測其運行 狀態(tài)和環(huán)境變化，在收到外界和內(nèi)部激勵時，能作出正確的判斷和決策，以保證系 統(tǒng)獲得穩(wěn)健的加工效果。
目前，磨削加工正朝自動化、智能化方向發(fā)展。但是，眾多的影響因素為數(shù)學(xué) 模型的建立造成了極大的困難，致使依賴于數(shù)學(xué)模型的自動化控制方法無能為力。 我國目前磨床品種雖已達400種左右，但對于數(shù)控生產(chǎn)型及自動化生產(chǎn)型的產(chǎn)品還 感不足，
磨削加工的精度控制包括尺寸精度、形狀與位置精度、表面質(zhì)量等多方面。同 其他的機械加工相比，磨削加工工藝具有獨^^的特點，磨削機理更為復(fù)雜，要求的 精度更高，尤其表現(xiàn)在表面質(zhì)量上。在磨削加工中，砂輪的磨損狀態(tài)是砂輪磨削性 能好壞的重要指標(biāo)之一，它影響著磨削加工效率和加工質(zhì)量。然而，影響磨削過程 的因素較多，如磨削過程中砂輪的磨損、對刀精度等，僅靠操作者來獲得較好的磨 削效果難度較大，迫切需要找到一種對磨削加工進行在線監(jiān)測的方法。在磨削過程 中影響工作表面質(zhì)量的因素非常多而且各個因素之間相互影響，表面質(zhì)量完整性指 標(biāo)的在線測量也非常難，這就為數(shù)學(xué)模型的建立造成了極大的困難。工件表面質(zhì)量 完整性的評價又是靠人為經(jīng)驗來判定的，主觀因素占很大的比重，為加工結(jié)果的評 價造成了很大的困難。
在磨削過程中由于砂輪的不斷磨損會造成磨削精度和效率的下降，傳統(tǒng)的磨削 系統(tǒng)只是對砂輪尺寸的變化進行補償，卻并不修正磨削參數(shù)。目前，大多數(shù)研究都 是采取一定的手段對砂輪的磨損量進行檢測和補償，在砂輪修磨完成后，砂輪將又 回到初始狀態(tài)開始新的一輪循環(huán)。借以修正磨削參數(shù)減低磨削結(jié)果誤差。針對傳統(tǒng) 磨削加工過程精度控制遇到的種種困難，在控制加工工藝參數(shù)方面出現(xiàn)了將傳統(tǒng)的 專家推理機構(gòu)同模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的智能型磨削參數(shù)決策系統(tǒng)。在系統(tǒng)中利用專家系統(tǒng)對磨削參數(shù)初步?jīng)Q策，并在加工間隙及加工結(jié)束時對加工參數(shù)進行調(diào)節(jié)以及 對知識庫進行修正，使系統(tǒng)具有了很強的自適應(yīng)能力和自學(xué)習(xí)能力，提高了磨削的 精度和磨削效率并減小了磨削加工的誤差。當(dāng)機床和環(huán)境發(fā)生改變時能保證始終獲 得理想的加工效果。也有人將聲發(fā)射技術(shù)、變頻調(diào)速裝置的微力矩測量技術(shù)等應(yīng)用 于這一領(lǐng)域。
上述許多控制方法都必須解決砂輪磨損量的測量問題，而砂輪磨損量的準(zhǔn)確在 線測量是不容易實現(xiàn)的， 一般都要在非加工狀態(tài)完成這些工作，至今尚未見在動態(tài) 加工中測量和修正砂輪磨損量的方法。這也就制約了真正意義上的全自動智能化磨 削加工。有些技術(shù)則在抗環(huán)境及供電系統(tǒng)部穩(wěn)定因素的干擾方面存在一定的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是公開火花識別對刀方法及磨削加工自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)磨削加工全 過程智能化自動控制，重點是準(zhǔn)確、可靠的解決自動對刀問題、由砂輪磨損導(dǎo)致的 尺寸補償問題、磨削過程的在線尺寸測量和運動伺服控制問題。將視覺技術(shù)、PLC 技術(shù)和運動控制技術(shù)有機的結(jié)合，提出了利用視覺技術(shù)解決對刀問題；在線尺寸測 量和砂輪磨損補償問題；用PLC技術(shù)、運動控制技術(shù)解決運動伺服控制問題的解決 方案。利用視覺技術(shù)在砂輪向磨削表面進給的動態(tài)下自動識別與工件接近的工況， 并瞬間自動轉(zhuǎn)換至磨削加工狀態(tài)，解決自動對刀問題。在后續(xù)的加工過程中，同樣 利用視覺技術(shù)解決工件尺寸的在線自動測量問題，并結(jié)合多軸控制系統(tǒng)自動完成整 個磨削加工過程。
本發(fā)明方法是利用火花識別法實現(xiàn)自動對刀，利用視覺技術(shù)完善磨削加工的 自動控制?；鸹▽Φ兜募夹g(shù)關(guān)鍵是實時捕捉砂輪與加工表面接觸時瞬間的磨擦火花 信息首先用攝像方法實時采集檢測工件表面狀態(tài)，圖像處理軟件對信息進行實時 閾值甄別， 一旦檢測到砂輪接觸工件表面產(chǎn)生的摩擦火花，圖象最高閾值瞬間躍升 至設(shè)定的門檻閾值，控制軟件便發(fā)出信號，同時停止砂輪運動和啟動相應(yīng)的程序和 伺服執(zhí)行機構(gòu)開始正常磨削過程。
本發(fā)明系統(tǒng)主要包括照明系統(tǒng)、CCD攝像機、圖像采集卡及相關(guān)聯(lián)的處理設(shè) 備。所述的照明系統(tǒng)光源選擇多個LED發(fā)光二極管組合而成的組合光源。被測部分 的特征清楚地與周圍的背景區(qū)分開，使兩者的灰度值的差別盡可能地大，盡量增強 被測部分或特征邊緣的對比度，釆用小角度軸向光照明的方式。所述的CCD攝像機 裝有與光源裝調(diào)裝置攝像頭處在一個密封的裝置中，可作相機方位的微量調(diào)節(jié)。
圖像采集卡接收從CCD攝像頭中輸入的模擬電信號，由AZD轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號，將離散的信號存儲在圖像的一個或者多個存儲單元中，當(dāng)計算機發(fā)出傳送指 令時，經(jīng)過PCI總線將圖像信息傳到計算機內(nèi)存以便于計算機的運算處理，或者直 接送到顯示卡上進行顯示。輸出四路模擬信號，還具有外部觸發(fā)功能，并且可以通 過RTSI (實時系統(tǒng)總線)與運動控制卡連在一起相互觸發(fā)，從而完成視覺系統(tǒng)與運動
控制系統(tǒng)的相互的數(shù)據(jù)信號交換功能。
圖像采集卡輸入的視頻信號經(jīng)數(shù)字解碼器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，比例縮放，裁減，色
空變換等處理，通過PCI總線傳到VGA卡，實時顯示或傳到計算機內(nèi)存實時存儲。 它由三個Scatter-gather DMA控制器，可以不經(jīng)過CPU直接由PCI總線將視頻數(shù)據(jù) 輸入到連續(xù)的或者分開內(nèi)存中。其采集圖像深度為8Bit，可支持的分辨率為 2048Pixel(H) X 1024 Pixel (V)，支持的視頻輸入的制式PAL， NTSC，具有消色濾波 功能，可實現(xiàn)RTSI同步采集。計算機配置滿足圖像處理的速度和畫面質(zhì)量的要求， 包含大量通用指令，增強了PC的處理能力，完全兼容于現(xiàn)存的各類操作系統(tǒng)與應(yīng)用 軟件。對大多數(shù)圖像采集視覺函數(shù)，如濾波、閾值處理、運算、邏輯和形態(tài)學(xué)都有 顯著的性能增益。
本發(fā)明系統(tǒng)的流程為系統(tǒng)啟動后，機械手啟動等待執(zhí)行信息，受到信息后， 自動自原料庫抓取工件并向工作臺遞送，送料到位后釋放工件，同時電磁吸盤啟動 吸住工件，工作臺運動，磨頭啟動砂輪開始下行，同時啟動視覺檢測系統(tǒng)，CCD攝 像機實時采集工件表面環(huán)境圖像，通過圖像采集卡把原始圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信息 并傳入計算機，用圖像處理軟件對數(shù)字圖像進行處理并得到環(huán)境圖像變化的閾值信 號，并隨時與設(shè)定的閾值門檻值進行比較，如閾值低于門檻值則砂輪繼續(xù)下行，一 旦閾值達到門檻值，則砂輪立即停止下行，對刀程序結(jié)束，向磨削加工運控系統(tǒng)發(fā) 出信息開始加工過程。進入加工程序后，工作臺啟動、開始第一次磨削，磨削結(jié)束 給出完成信息，啟動視覺檢測，檢測結(jié)果與預(yù)設(shè)的尺寸指標(biāo)比對，如果未達標(biāo)則砂 輪根據(jù)加工余量與標(biāo)準(zhǔn)值的差值僅給，進行下次磨削加工過程，檢測和加工循環(huán)進 行， 一旦尺寸達標(biāo)則停止加工過程，電磁吸盤釋放，磨頭提起，工作臺復(fù)位，給出 磨削結(jié)束信息，進入下一批工件加工的準(zhǔn)備狀態(tài)。，
本發(fā)明的集成控制系統(tǒng)為將Labview軟件平臺、視覺技術(shù)、圖像處理技術(shù)、 運動控制技術(shù)及PLC技術(shù)有機的結(jié)合，按照檢測與控制的不同要求設(shè)計了協(xié)調(diào)統(tǒng)一 的繼承系統(tǒng)，其中攝像頭、圖像采集卡與圖像處理軟件完成火花識別，結(jié)合運動控 制系統(tǒng)完成自動對刀工作。伺服控制系統(tǒng)負責(zé)走刀、工作臺進給和機械手運轉(zhuǎn)得的 精密控制。采取多線程方式實現(xiàn)運動控制與火花檢測的并行運行，程序啟動后，一
6方面，由move模塊前9個相關(guān)模塊組成的運動控制程序控制砂輪下行，同時，由圖 像灰度值獲取模塊前的8個模塊組成的視覺檢測程序完成對工件表面環(huán)境圖像的監(jiān) 測和處理，給出工件表面的動態(tài)環(huán)境狀態(tài)，并與預(yù)設(shè)的火花灰度門檻值進行比對， 一旦出現(xiàn)火花，且火花閾值達到設(shè)定的檢測門檻值，便產(chǎn)生一個信號，傳至st叩模 塊，停止砂輪下行運動，結(jié)束自動對刀過程。
(四)


圖1為本發(fā)明視覺對刀及平面磨削控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明自動對刀磨削加工工藝流程及控制關(guān)系圖； 圖3為本發(fā)明集成控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖4為本發(fā)明自動對刀及磨削加工圖形化程序圖。
(五)
具體實施例方式
視覺對刀及磨削控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖.l所示。在對刀時，運動控制系統(tǒng)以 適當(dāng)?shù)倪\動程序驅(qū)動砂輪向磨削面靠近，視覺火花監(jiān)視系統(tǒng)適時啟動，當(dāng)砂輪與加 工面接觸并產(chǎn)生微小的火花，敏感的視覺系統(tǒng)會立即發(fā)現(xiàn)這一信息，向運控系統(tǒng)發(fā) 出停止進給的指令，結(jié)束對刀過程。由于判斷對刀情況的信息是磨擦火花，整個對 刀過程與砂輪的實際尺寸和進給的行程無關(guān)，因而完全避免了砂輪磨損補償?shù)碾y題。 對刀結(jié)束既確定了磨削運動控制基點(零點)，運控系統(tǒng)立即機進入磨削加工程序， 利用確定的初始加工量完成第一次磨削。然后，視覺尺寸檢測程序啟動，測量工件 的尺寸，將尺寸測量結(jié)果與目標(biāo)尺寸進行比較，得出兩者的差值，作為下次加工的 進給量?？傮w控制程序按照預(yù)先設(shè)計的加工方案確定加工程序，自動完成整個加工 過程。視覺檢測系統(tǒng)的硬件由光源、CCD攝像機、圖像采集卡、計算機組成；運動 控制硬件由運動控制卡、PLC可編程控制器及伺服執(zhí)行系統(tǒng)組成。軟件由圖形化編 程語言LabVIEW及圖像工具軟件包IMAQ Vision、 NI-Motion運動函數(shù)庫及Motion Assistant組成。系統(tǒng)的工作時首先由CCD攝像機攝取圖像信息，圖像釆集卡把CCD 攝像機上的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，即把原始圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，然后對數(shù)字圖像 進行處理，繼而顯示出測量結(jié)果與判斷信息，并通過接口將信息與運控交換，運動 控制系統(tǒng)根據(jù)判斷信息進行運動控制。
系統(tǒng)控制及流程如圖.2所示照明系統(tǒng)的光源選擇，光源設(shè)備的選擇必須符合 所需的幾何形狀、照明亮度、均勻度、發(fā)光的光譜特性，同時還要考慮光源的發(fā)光 效率和使用壽命。常見的可見光源有白熾燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈、LED等。 相對來說，LED光源的壽命更長，光源穩(wěn)定工作壽命達到6000h~10000h; LED光源是由許多單個LED發(fā)光二極管組合而成的，因而比其他光源更加容易做成更多的形 狀，更容易針對實際應(yīng)用需要來設(shè)計光源的形狀和尺寸，而且LED光源具有多種顏 色可供選擇，具有功耗小、響應(yīng)快等優(yōu)點，因此，本視覺系統(tǒng)中采用LED光源。 照明方案照明系統(tǒng)的設(shè)計一般遵循以下原則
(1) 確定被測部分或特征，使被測部分或特征清楚地與周圍的背景區(qū)分開來。 例如，使兩者的灰度值的差別盡可能地大，盡量增強被測部分或特征邊緣的對比度 等。視覺檢測系統(tǒng)必須使用預(yù)先定義好的程序，例如濾波、圖像減運算、邊緣增強 等技術(shù)從圖像中找到所需的信息，如果可以把待檢測的物體和背景清楚地分開，那 么就可以大大減少圖像處理算法的復(fù)雜性，從而減少圖像處理的運算時間，也可以 減少軟件開發(fā)的時間和難度。
(2) 減少反射，這樣可以減少由于光照而給圖像帶來的額外的噪聲，使客觀景
物盡量以不失真的面貌成像，減少圖像處理算法的步驟。盡量屏蔽環(huán)境光線的影響
在實驗室中周圍環(huán)境光線是基本恒定的，而在工業(yè)現(xiàn)場則是一個時變的噪聲，白天 和晚上環(huán)境光線就會發(fā)生很大的變化。采用封閉的照明方案或者增強光照強度就可 以屏蔽周圍環(huán)境光線的影響。
本發(fā)明四種照明的方案，分別為小角度軸向光照明、前向光照明、低角度照 明和背光照明。前向光對零件表面的劃痕有突出作用；低角度照明雖然能突出邊緣， 但是對比度不明顯，且對豎直劃痕有明顯的放大作用；背景光照明存在明顯的衍射 光，容易錯判試樣的邊緣，而且當(dāng)背景光照明時，需要把光源安置在待檢測沖擊試 樣的背面，該處正是刀具活動的區(qū)域，所以不能采用背景光照明方案；軸向小角度 照明能使被測部分的特征與周圍的背景區(qū)分開來，且能夠突出沖擊式樣的邊緣特征， 所以本發(fā)明采用的是小角度軸向光照明的方式?？梢姴捎眯〗嵌容S向光照明比較適 合試樣的尺寸檢測，對比度明顯且能夠突出沖擊試樣的邊緣，能夠提高檢測精度。 CCD原理及選擇CCD是電荷耦合器(Charge Coupled Device)的簡稱，是一種利用 光電效應(yīng)原理來實現(xiàn)圖像攝取的專門用途芯片。CCD器件的結(jié)構(gòu)就是將許多基本獨 立的光電轉(zhuǎn)換單元排列在一個平面上，這些縱橫排列的單元集成有幾十萬、幾百萬 甚至幾千萬個光電二極管及譯碼尋址電路。這些基本微小單元稱之為像素，像素的 數(shù)目越多則成像的清晰度越高，成像的質(zhì)量就越好。
為了避免攝像頭污染，應(yīng)該保證攝像頭處在一個密封的裝置中，當(dāng)運動控制系 統(tǒng)給出采集圖像的信號時，攝像頭前方的保護屏打開，進行圖像的采集。同時將光 源也放置在此裝置中。為使每次檢測焦距相同，裝置中設(shè)計了可保持焦距為定值的機構(gòu)，該裝置也可作相機方位的微量調(diào)節(jié)。
圖像采集卡接收從CCD攝像頭中輸入的模擬電信號，由A/D轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字 信號，將離散的信號存儲在圖像的一個或者多個存儲單元中，當(dāng)計算機發(fā)出傳送指 令時，經(jīng)過PCI總線將圖像信息傳到計算機內(nèi)存以便于計算機的運算處理，或者直 接送到顯示卡上進行顯示。
考慮到兼容性和系統(tǒng)的要求，本發(fā)明使用NI公司的IMAQ-PCI-1409圖像采集卡。 此采集卡支持多種視頻制式PAL， NTSC等。它不但能夠輸出四路模擬信號，還具 有外部觸發(fā)功能，并且可以通過RTSI (實時系統(tǒng)總線)與運動控制卡連在一起相互觸 發(fā)，從而完成視覺系統(tǒng)與運動控制系統(tǒng)的相互的數(shù)據(jù)信號交換功能。
IMAQ-PCI-1409圖像采集卡輸入的視頻信號經(jīng)數(shù)字解碼器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，比例 縮放，裁減，色空變換等處理，通過PCI總線傳到VGA卡，實時顯示或傳到計算機 內(nèi)存實時存儲。它由三個Scatter-gather DMA控制器，可以不經(jīng)過CPU直接由PCI 總線將視頻數(shù)據(jù)輸入到連續(xù)的或者分開內(nèi)存中。其采集圖像深度為8Bit，可支持的 分辨率為2048Pixel(H) X 1024 Pixel (V)，支持的視頻輸入的制式PAL， NTSC，具有 消色濾波功能，可實現(xiàn)RTSI同步采集。
另外系統(tǒng)還用到了 NI公司的IMAQ-A6804，它作為擴展的視頻輸入線，可以連 接多個攝像頭。它可以連接到圖像采集卡MAQ-PCI-1409的多路視頻輸入通道68針 的連接口上。采用兩個攝像頭，檢測尺寸的攝像頭C1，與檢測V槽參數(shù)的攝像頭C2， 這兩個攝像頭與采集卡的連接形式為IMAQ-A6804，它有四個外接端口，分別為V1， V2， V3， TO，選擇通道V2， V3分別連接兩個攝像頭。
為了滿足圖像處理的速度和畫面質(zhì)量的要求，計算機系統(tǒng)的配置為選用CPU為 Pml.8G以上，內(nèi)存256MB以上的兼容機或品牌機，硬盤在20G以上，32M以上的 VGA顯卡，選擇奔騰系列，因為在奔騰系列的PC機采用了最新的MMX技術(shù)，它 不僅包含大量通用指令，增強了 PC的處理能力，而且MMX技術(shù)也完全兼容于現(xiàn) 存的各類操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件。利用MMX技術(shù)對于^C多數(shù)圖像采集視覺函數(shù)，如 濾波、閾值處理、運算、邏輯和形態(tài)學(xué)都有顯著的性能增益。
圖像采集的參數(shù)設(shè)置
NI系統(tǒng)配置采用了簡單易用的MAX (Measurement and Automation)進行底部通 道及采集參數(shù)的相關(guān)設(shè)置。首先打開MAX,在安裝好1409卡之后，會在其中出現(xiàn) PCI-1409的選項，新建之后會在IMAQ data文件夾中產(chǎn)生一個.icd文件，相關(guān)設(shè)置 在會保存此文件之下。新建.icd文件并給以合適的命名之后，可以在Pr叩erties中進行采集設(shè)置。在其中配置查找表(Look-Up Table,縮寫為LUT)，設(shè)置LUT為常 規(guī)模式(即線性模式)。選擇采集的通道及相應(yīng)的采集模式為Standard,啟動采集 (grab),調(diào)整其中的參數(shù)，包括上下左右邊界的尺寸，合適的白平衡電壓及合適的 快門速度，使采集的圖像達到良好的圖像效果。 本發(fā)明對圖像卡的統(tǒng)一參數(shù)設(shè)置如下
(1) 設(shè)置輸入信號模式為PAL制式
(2) 設(shè)置采集窗口的最大范圍768X576
(3) 設(shè)置圖像顯示方式按幀顯示
(4) 設(shè)置圖像保存格式BMP格式
(5) 縮放的比例為1: 1
(6) 圖像深度為8Bit
采集尺寸時對圖像采集卡的設(shè)置如下-
(1) 輸入信號源為Channel2
(2) 設(shè)置輸入信道觸發(fā)模式為外部觸發(fā)
(3) 參考電壓為白0.68，黑O. 10
(4) 設(shè)置采集圖像的偏移位置(150,30) 圖像預(yù)處理
獲取和傳輸圖像的過程往往會發(fā)生圖像失真，所得到圖像和原始圖像有某種程 度的差別。這些都是因為有外界的噪聲加入到圖像中，因此在對采集到的圖像進行 處理前，需要先對圖像進行預(yù)處理，就是要對噪聲圖像進行濾波，平滑噪聲圖像。 根據(jù)不同的要求，濾波的方法有很多種，每一種都有各自的優(yōu)點和不足之處。采用 適合的濾波方法去除噪聲是本檢測系統(tǒng)不可忽視的重要因素。有兩種對空間域內(nèi)模 板操進行濾波的方法——均值濾波和中值濾波。中值濾波的輸出與輸入噪聲的密度 分布有關(guān)。而均值濾波的輸出與輸入分布無關(guān)。對隨機噪聲的抑制能力方面來看， 中值濾波性能要比均值濾波差一些。而對脈沖干擾來講，中值濾波是很有效的。在 去噪濾波方法中，中值濾波和均值濾波各有特點，都是常用的濾波算法。其中均值 平滑法很好實現(xiàn)，而中值濾波法需要較長的運算時間。若中值濾波采用方型窗口， 在傳統(tǒng)的中值濾波算法中，需要對窗口中的所有像素進行排序操作。經(jīng)過比較采用 3X3， 5X5， 7X7模板時的均值濾波和中值濾波的平均耗時如表1所示?？梢婋S著 模板的增大，濾波時間會明顯地增加，特別是在中值濾波中，會隨著模板成幾何技 術(shù)增長。圖像分割
圖像分割是將一幅圖像分成互不交疊的區(qū)域，通過分割把目標(biāo)從背景中提取出 來。圖像分割是由圖像處理進到圖像分析的關(guān)鍵步驟，也是一種基本的計算機視覺 技術(shù)。它利用了圖像中要提取的目標(biāo)物與其背景在灰度特性上的差異，把圖像視為 具有不同灰度級的兩類區(qū)域(目標(biāo)和背景)的組合，選取一個合適的閾值，以確定圖 像中每一個象素點應(yīng)該屬于目標(biāo)還是背景區(qū)域，從而分割成相應(yīng)的二值圖像。閾值
分割不僅可以大量壓縮數(shù)據(jù)，減少存儲容量，而且大大簡化在其后的分析和處理步 驟。
對于對刀和尺寸檢測都要求從復(fù)雜的背景中分辨出信號或目標(biāo)，因此，閾值的 選擇是關(guān)鍵，閾值選擇的過高，過多的背景被當(dāng)作目標(biāo)，如果閾值選擇的過低，過 多的目標(biāo)被當(dāng)作是背景。 二值化
閾值選取方法很多，利用直方圖進行闡值分割一種簡便的圖像分割方法。在圖 像內(nèi)容不太復(fù)雜、灰度分布較集中的情況下，利用這種方法可獲得很好的分割效果。 圖.7(a)所示為采集的零件原圖經(jīng)過中值濾波后的灰度直方圖，其中橫坐標(biāo)為灰度級 別，縱坐標(biāo)表示某一灰度級對應(yīng)的像素點個數(shù)。可以看出，物體和背景的灰度差別 較大，灰度直方圖呈現(xiàn)明顯的雙峰。
上述閾值選取方法只有在事先確定了灰度直方圖的情況下才能應(yīng)用，而在線的檢測 系統(tǒng)中，隨著外界條件的變化，閾值確定不可能靠手動選擇，本發(fā)明對常用的兩種 閾值選取方法——直方圖波谷法和最大類間方差法，進行比較最終選擇了比較適合 于本發(fā)明的最大類間方差法。
本發(fā)明軟件采用先進的圖形化編程軟件LabVIEW7.0編制，在Windows系統(tǒng)下 運行，Windows具有清晰、直觀的圖形界面特點、設(shè)備無關(guān)性和多任務(wù)性等優(yōu)點， 而LabVIEW是一個32位的編譯環(huán)境，其數(shù)據(jù)流的編程機制為人們提供了一種全新 的能更自然、更直接、更充分表達顯示世界的方法。采用Windows編程機制，使系 統(tǒng)具有Windows功能特點，完全脫離傳統(tǒng)順序執(zhí)行程序的設(shè)計思想，通過消息驅(qū)動 的方式控制系統(tǒng)的動作，使程序再運行期間充分接受用戶的控制，具有良好的人機 交互功能。軟件設(shè)計釆用模塊式設(shè)計思路，各功能模塊都以主程序界面為初始啟動 界面，并通過主程序界面相聯(lián)系。
系統(tǒng)軟件的設(shè)計思想及流程
軟件系統(tǒng)為兩個串行的程序流，它們分別是火花識別和測量零件尺寸的程序。
11程序運行后，等待運動控制系統(tǒng)給圖像采集卡的觸發(fā)信號，如果沒有觸發(fā)信號，則 執(zhí)行等待檢測模塊，系統(tǒng)提示處于等待檢測狀態(tài)并回到初始等待信號狀態(tài)。如果收 到了觸發(fā)信號，系統(tǒng)開始采集信號，并且將信號數(shù)字化后，進行處理、分析、最后 顯示出測量值，根據(jù)測量值與要求值進行判斷，顯示出判斷結(jié)果，此結(jié)果將傳遞給 運動控制系統(tǒng)進行刀具進給，這樣就完成了一個工作循環(huán)，重新回到了等待運動控 制系統(tǒng)觸發(fā)信號的狀態(tài)。
本發(fā)明充分利用了 LabVIEW模塊化的先進的設(shè)計思想，化整為零，將各個流 程用相應(yīng)的模塊來設(shè)計。整個系統(tǒng)由多個功能模塊集成在一起而成:聚焦子模塊，標(biāo) 定子模塊，檢測顯示子模塊(自動與手動檢測)，傳輸通訊子模塊，由一個主界面來 實現(xiàn)各個模塊的協(xié)調(diào)與調(diào)用。每個子模塊又由更小的模塊構(gòu)成，將每個子模塊都做 成子VI。每一級的模塊都可以圖表的形式放置在程序流程圖中，這樣不但增加了程 序的可讀性，也增加了程序的可維護性，使流程圖更加清晰明了，同時避免了大量 的重復(fù)編程工作。
系統(tǒng)的各個功能模塊 (1)圖像采集模塊
系統(tǒng)中首先對圖像采集卡初始化，配置Buffer菜單，然后是抽出一小塊內(nèi)存， 并且為Buffer命名相應(yīng)的不重復(fù)的名稱，因為系統(tǒng)檢測時需要用到相應(yīng)的觸發(fā) (Trigger)信號，接收到觸發(fā)信號時，才開始采集圖像到相應(yīng)的寄存器地址，所以要為 圖像采集配置相應(yīng)動作的觸發(fā)信號。比如當(dāng)每一幀圖像采集且信號來臨，才能將此 幀圖像采集到內(nèi)存中，并對圖像進行下一步的動作。配置Buffer是很有技巧的，本 發(fā)明為每個通道配置的5個Buffer為循環(huán)的Ring Buffer,當(dāng)分別命名為0、 1、 2、 3、 4,只要抽走其中的一個Buffer,就會有相應(yīng)的位置的Buffer來填滿，如圖所示當(dāng) 采集圖像的命令開始后，圖像就會源源不斷地送到指定的寄存器，只有當(dāng)程序發(fā)出 Copy或者Extract命令時，圖像才能送到指定的內(nèi)存段并顯示。
圖像聚焦模塊
為了提高測量精度，系統(tǒng)應(yīng)準(zhǔn)確調(diào)焦?？紤]到調(diào)焦誤差相對于系統(tǒng)的要求精度較 小，我們提出一種用圖像清晰度評價函數(shù)一灰度差分函數(shù)，判定調(diào)焦位置的手動調(diào) 焦方法，經(jīng)過粗調(diào)和微調(diào)的過程完成。
(a)粗調(diào)過程首先將攝像機盒在導(dǎo)軌上移動到固定的視野位置，然后前后拉 動鏡頭，使圖像經(jīng)歷模糊一清晰一模糊，即調(diào)焦不足一齊焦一調(diào)焦過度的過程。對 評價函數(shù)值F(/)經(jīng)歷由大到小，再由小到大的過程，粗調(diào)只能保證聚焦在合適的范圍內(nèi)。
(b)微調(diào)過程采取微調(diào)方法，即轉(zhuǎn)動鏡頭的微調(diào)機構(gòu)，采集連續(xù)圖像，比較圖像清晰度評價函數(shù)值F(/)，逐漸找到評價函數(shù)最大值所對應(yīng)的位置。此時的位置即為系統(tǒng)齊焦位置。然后用鎖緊螺母將鏡頭的鎖緊。
本發(fā)明編寫了完整的聚焦程序，分別采用了兩個評價函數(shù)來確定調(diào)焦的正確位置邊緣梯度函數(shù)法，F(xiàn)FT函數(shù)法。聚焦模塊的程序框圖見附錄。(3)檢測顯示模塊
檢測顯示模塊是本發(fā)明的重點模塊，它是由區(qū)域定位模塊圖像處理模塊、圖像測量模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、誤差修正模塊等一系列的子模塊組成。同時檢測顯示模塊可以分為自動檢測和離線檢測互不干擾的兩部分。 一般零件的檢測是靠自動檢測來完成的，通過自動檢測部分可以完成自動化的在線檢測。離線檢測說明本檢測系統(tǒng)也可以采用人工手動的檢測，拓展了檢測系統(tǒng)的功能。同時離線檢測的參數(shù)設(shè)定的改變可以通過動態(tài)節(jié)點的方式傳到自動檢測過程，不會影響到再次啟動自動檢測時的參數(shù)設(shè)置。
本發(fā)明針對模板匹配和坐標(biāo)變換分別編寫了程序并定位區(qū)域參考點的坐標(biāo)值進行測量，比較了他們的定位誤差，并進行了時間比較。
通過驗證可以看出，在定位精度方面，坐標(biāo)變換和模式匹配的定位精度差不多，但是在耗時方面，坐標(biāo)變換所需的時間遠遠比模板匹配少。坐標(biāo)變換的區(qū)域定位方法達到了較高的定位精度，且節(jié)省了圖像定位的時間。
(4)圖像處理與測量子模塊圖像處理測量包括下列功能子模塊中值濾波，閾
值分割，二值圖像的閉運算，邊界提取，邊緣檢側(cè)，尺寸測量。為了進行邊緣檢測，首先在圖像中設(shè)定出搜索區(qū)域，可以根據(jù)要檢測的邊緣形狀來選擇搜索區(qū)域。用一定數(shù)量的搜索線組成的區(qū)域來覆蓋待檢測的區(qū)域，然后設(shè)置搜
索線的距離(Distance),搜索線強度對比值(Contrast)，平均值(Smoothing)，陡峭度(Ste印ness)。設(shè)定這些值之后可以檢測出希望得到的邊緣。
數(shù)據(jù)存儲模塊和誤差修正模塊當(dāng)需要對檢測到的數(shù)據(jù)進行人工查看和分析的時候，可以調(diào)用已經(jīng)存儲檢測數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)的存儲方式為文本格式，并且?guī)в屑o(jì)錄的時間。為防止存儲的數(shù)據(jù)量過大導(dǎo)致文件打開困難，設(shè)定了按照存儲時間保存數(shù)據(jù)的方法。程序框圖見附錄。
通過對誤差事先檢定，用多項式插值法得出誤差公式，在測量時調(diào)出誤差結(jié)果，代入公式進行補償。火花識別及磨削控制程序
火花識別流程是系統(tǒng)啟動后視覺裝置同時進入等待狀態(tài)，實時檢測檢測區(qū)域,火花識別程序啟動，當(dāng)砂輪與工件表面接觸并產(chǎn)生摩擦火花后，圖像區(qū)域內(nèi)的亮度突然增高，直方圖出現(xiàn)突發(fā)高峰，瞬間就會達到設(shè)定的對刀判定閾值，程序會立即發(fā)出對刀完結(jié)的信號，該信號立即停止砂輪的繼續(xù)下行，并進入正常磨削程序。
對刀轉(zhuǎn)至磨削加工以及伺服控制的流程對刀結(jié)束后，系統(tǒng)自動進入磨削加工階段。砂輪主軸精確快速地運行到設(shè)定的位置，到位后，工作臺按正常磨削參數(shù)運動，開始磨削工作。 一個磨削過程結(jié)束后，視覺系統(tǒng)進入尺寸測量程序，對磨削后的工件進行檢測并與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)比較，程序會自動判別工件是否達到了預(yù)設(shè)指標(biāo)，是則系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)，完成加工程序，否則自動計算出實際尺寸與預(yù)設(shè)指標(biāo)的差值，并送給運動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)根據(jù)差值進行刀具進給，斯福機構(gòu)按預(yù)定的進給量完成砂輪的一次進給，繼續(xù)磨削加工。以上過程會自己動循環(huán)進行，直至加工達標(biāo)。加工結(jié)束信號傳給運控系統(tǒng)，啟動機械手移走工件。
自動對刀系統(tǒng)的集成控制系統(tǒng)包括運動控制系統(tǒng)和視覺檢測系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)需要對加工過程中的各個動作進行控制，而視覺檢測系統(tǒng)則負責(zé)對試樣尺寸及形狀進行檢測，它們之間需要同步協(xié)調(diào)工作。
運動控制系統(tǒng)要對包括各種電機、電磁閥、液壓泵在內(nèi)的多種控制對象進行控制，負責(zé)的控制任務(wù)如下主要為試樣的輸送、夾緊機構(gòu)的控制、機械手動作控制、刀具精確進給控制、冷卻液控制、工作臺變速控制等。運動控制系統(tǒng)的大部分控制環(huán)節(jié)是順序控制，運動精度要求不高，通過常規(guī)的手段就可以實現(xiàn)，比如工件輸送和翻轉(zhuǎn)等，只要利用PLC控制普通直流電機的正反轉(zhuǎn)就能實現(xiàn)；但是試樣的尺寸有較高的精度要求，刀具進給精度必須達到要求，故采用高精度的伺服系統(tǒng)來控制。因此，可將運動控制系統(tǒng)分為兩個部分 一部分為PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工件輸送、裝夾定位等加工流程的順序控制；另一部分為伺服控制系統(tǒng)，負責(zé)砂輪進給精度的控制以及工作臺的變速控制。在磨削加工過程中，運動控制系統(tǒng)在某個動作結(jié)束時實時觸發(fā)視覺檢測系統(tǒng)；視覺檢測系統(tǒng)也要及時發(fā)覺對刀狀態(tài)，實時檢測試樣尺寸及形狀，并及時把信息反饋給運動控制系統(tǒng)，它們之間必須能實時通訊、協(xié)調(diào)工作。因此，采用NI虛擬儀器技術(shù)來無縫地集成運動控制系統(tǒng)和視覺檢測系統(tǒng)。
可編程控制器(Programmable Logic Controller)是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它的定義如下PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝200810173182.7
說明書第12/14
置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設(shè)計。
PLC的通信包括PLC之間、PLC與上位計算機之間以及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。PLC與計算機可以直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)接器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)信息的交換。在本發(fā)明中，松下F'POPLC利用專用電纜通過RS-232串口連接計算機，根據(jù)松下電工的通信協(xié)議(MEWT0C0L)在FP沐INGR的通信模板上配置串口通信參數(shù)，基于LabVIEW軟件及VISA函數(shù)庫開發(fā)PLC的通信程序。
在圖形化編程語言LabVIEW環(huán)境下，利用高效的測試控制直觀性圖形開發(fā)功能輔以NI-Motion運動函數(shù)庫及Motion Assistant,極大的簡化了伺服系統(tǒng)軟件的編寫，縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期。
(1) NI-Motion函數(shù)庫簡介NI-Motion是NI公司733x、 734x、 735x系列運動控制器的驅(qū)動軟件包，它支持多種開發(fā)工具，對NI運動控制產(chǎn)品提供了近乎完美的軟件支持。NI-Motion模塊中封裝了大量子VI，包含了所有針對運動控制卡的諸如數(shù)據(jù)傳輸、運動控制等基本控制功能，以及用于與NI運動控制器通信的高級軟件命令集，能方便實現(xiàn)軌跡生成、樣條插值、位置/速度PID控制等。利用NI-Motion自帶的子VI，配合LabVIEW軟件環(huán)境，我們可以很容易地設(shè)計出伺服電機的控制程序。
(2) Motion Assistant Motion Assistant (運動助手)是解決運動控制應(yīng)用難題的一個交互式原型化環(huán)境。它是一個靈活的、簡單易用的開發(fā)工具，可用來建立和構(gòu)造控制應(yīng)用，具有快速解決運動控制應(yīng)用的重要特性，包括LabVIEW代碼生成和預(yù)覽窗口，該預(yù)覽窗口可以在實際運行之前幫助您理解運動是如何進行的。在Motion Assistant工作環(huán)境下，根據(jù)控制需要一步一步添加運動過程，再設(shè)置相應(yīng)的運動參數(shù)，就可以在預(yù)覽窗口看到運行效果；要生成LabVIEW程序代碼，只要通過以下幾個簡單步驟Motion Assistant/Tools/Generate Code/LabVIEW Diagram。伺服系統(tǒng)軟件伺服系統(tǒng)主要負責(zé)工作臺的變速控制與砂輪直線進給位置精度的控制，伺服程序只是作為控制集成系統(tǒng)的子程序而存在。故伺服程序可分為以下幾個主要子模塊控制卡初始化程序、平面磨削程序(包括砂輪對刀子程序、砂輪Z向與Y向進給子程序)、伺服系統(tǒng)運動參數(shù)設(shè)置程序、砂輪修磨程序、控制狀態(tài)顯示程序、伺服系統(tǒng)報警程序等。
系統(tǒng)集成是整個系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)分為幾個功能子模塊，先采用具體的物理模塊來實現(xiàn)集成系統(tǒng)中的功能子模塊要求，然后在信息層面上由應(yīng)用軟件來實現(xiàn)子模塊 間的相互通信，從而達到系統(tǒng)的有機集成。
對刀及運動集成控制系統(tǒng)由運動控制系統(tǒng)(包括PLC子系統(tǒng)與伺服子系統(tǒng))及視覺 檢測系統(tǒng)構(gòu)成。要實現(xiàn)高效率、高精度的實時控制，就必須把運動控制系統(tǒng)與視覺 檢測系統(tǒng)有機集成，它們之間必須能夠?qū)崟r通訊、同步協(xié)調(diào)運行，故利用虛擬儀器 軟件開發(fā)平臺LabVIEW及RTSI技術(shù)來無縫地集成系統(tǒng)。
作為一個集送料、加工、檢測為一體的全自動化多工序加工設(shè)備，它的控制軟 件必須能夠滿足實時采集外部信號、控制指令實時輸出、系統(tǒng)報警、加工過程監(jiān)視 等要求。本發(fā)明根據(jù)Windows系統(tǒng)及LabVIEW軟件的多線程機制，建立磨削加工中心 集成系統(tǒng)控制軟件的多線程模型,將系統(tǒng)中管理、控制功能實現(xiàn)分作若干個模塊,分 別置于獨立的線程中。根據(jù)實際生產(chǎn)的要求，將系統(tǒng)控制軟件分成以下模塊硬件 初始化模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、外部信號采集模塊、系統(tǒng)控制模塊、故障診斷模塊、 數(shù)據(jù)保存模塊、系統(tǒng)動態(tài)顯示模塊。
系統(tǒng)控制模塊是軟件系統(tǒng)的調(diào)度核心，該模塊每循環(huán)一次就對外部輸入數(shù)據(jù)進 行處理，根據(jù)處理結(jié)果調(diào)用對應(yīng)的子任務(wù)；而不受它控制的任務(wù)則作為并行的子任 務(wù)運行。系統(tǒng)工作過程中的許多子任務(wù)都不是簡單的順序控制，而是多任務(wù)并行的 控制過程，故必須在軟件系統(tǒng)中進行多任務(wù)調(diào)度研究、設(shè)計合理的多任務(wù)調(diào)度策略， 保證系統(tǒng)的實時性、可靠性。
如果需要，尺寸測量可在加工過程的任意環(huán)節(jié)進行在線測量并反饋給運控系統(tǒng)。
整個監(jiān)測、控制系統(tǒng)都建立在Labview虛擬儀器軟件平臺上，在PC機上以人 機對話方式。進行控制操作，需要操作者要完成的僅是在圖形化的界面上設(shè)定和調(diào) 整必要的參數(shù)。 技術(shù)效果
本發(fā)明的新特在于首次提出了火花識別對刀方法并開發(fā)了適于實際應(yīng)用的軟硬 件系統(tǒng)。正確的確定一種能夠準(zhǔn)確表征磨削砂輪與工件表面接觸狀態(tài)的可靠鑒別信 息、對該信息的識別方法，得到理想的結(jié)果，就可以將許多成熟的相關(guān)技術(shù)有機的 結(jié)合，構(gòu)建一個集檢測與運動控制與一體的自動化系統(tǒng)。
本發(fā)明采用多線程信息傳遞模式，使加工過程中任意時刻的火花信息和運控系 統(tǒng)得到了良好的同步運行和無縫連接，從而提高了測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
本發(fā)明突破了以往的研究思路，采取了一種全新的方法。回避了砂輪磨損量的 測量，砂輪的瞬時尺寸不再作為對刀過程的控制參數(shù)，無論砂輪有多大的磨損，都可實現(xiàn)準(zhǔn)確的自動對刀，徹底解決了砂輪磨損測量及補償問題，為磨削過程的全自 動智能化控制開辟了新路。發(fā)明實現(xiàn)了對刀過程和后續(xù)磨削加工過程的平穩(wěn)過渡。 在線非接觸測量為全過程自動加工創(chuàng)造了條件。機械手的應(yīng)用使磨削加工全程自動 化成為可能。
權(quán)利要求
1. 火花識別對刀方法及磨削加工自動化系統(tǒng)，利用基于視覺技術(shù)的火花識別法實現(xiàn)自動對刀和磨削加工的自動化。該技術(shù)中對刀部分的關(guān)鍵是實時捕捉砂輪與加工表面接觸時瞬間的磨擦火花信息，并將其作為對刀信息首先用攝像方法實時采集檢測工件表面環(huán)境狀態(tài)，圖像處理軟件對信息進行實時閾值甄別，一旦檢測到砂輪接觸工件表面產(chǎn)生的摩擦火花，圖象最高閾值瞬間躍升至設(shè)定的門檻閾值，控制軟件便發(fā)出信號，同時停止砂輪運動和啟動相應(yīng)的程序和伺服執(zhí)行機構(gòu)開始正常磨削過程。
2. 如權(quán)利要求1所述的火花識別對刀方法及磨削加工自動化系統(tǒng),包括:照明系統(tǒng)、 CCD攝像機、圖像采集卡、多軸運動控制卡及相關(guān)的處理設(shè)備。所述的照明系統(tǒng)用于 尺寸測量，光源選擇由多個LED發(fā)光二極管組合而成的組合光源；被測部分或特征 清楚地與周圍的背景區(qū)分開，使兩者的灰度值的差別盡可能地大，盡量增強被測部分 或特征邊緣的對比度，采用小角度軸向光照明的方式；所述的CCD攝像機裝有與光 源裝調(diào)裝置攝像頭處在一個密封的裝置中，可作相機方位的微量調(diào)節(jié)；圖像采集卡接 收從CCD攝像頭中輸入的模擬電信號，由A/D轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號，將離散的信 號存儲在圖像的一個或者多個存儲單元中，當(dāng)計算機發(fā)出傳送指令時，經(jīng)過PCI總線 將圖像信息傳到計算機內(nèi)存以便于計算機的運算處理，或者直接送到顯示卡上進行顯 示；輸出四路模擬信號，還具有外部觸發(fā)功能，并且可以通過RTSI(實時系統(tǒng)總線) 與運動控制卡連在一起相互觸發(fā)，完成視覺系統(tǒng)與運動控制系統(tǒng)的相互的數(shù)據(jù)信號交 換；圖像采集卡輸入的視頻信號經(jīng)數(shù)字解碼器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，比例縮放，裁減，色空 變換處理，通過PCI總線傳到VGA卡，實時顯示或傳到計算機內(nèi)存實時存儲；它由 三個Scatter-gather DMA控制器，可以不經(jīng)過CPU直接由PCI總線將視頻數(shù)據(jù)輸入到 連續(xù)的或者分開內(nèi)存中；其采集圖像深度為8Bit，可支持的分辨率為2048Pixel(H)X 1024Pixel(V)，支持的視頻輸入的制式PAL， NTSC，具有消色濾波功能，可實現(xiàn)RTSI 同步采集；計算機配置滿足圖像處理的速度和畫面質(zhì)量的要求，包含大量通用指令， 增強了PC的處理能力，完全兼容于現(xiàn)存的各類操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件；對大多數(shù)圖像 采集視覺函數(shù)，如濾波、閾值處理、運算、邏輯和形態(tài)學(xué)都有顯著的性能增益。
3. 如權(quán)利要求1所述的火花識別對刀方法及磨削加工自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)的流程為 啟動后，機械手啟動等待執(zhí)行信息，受到信息后，自動自原料庫抓取工件并向工作臺 遞送，送料到位后釋放工件，同時電磁吸盤啟動吸住工件，工作臺運動，磨頭啟動砂 輪開始下行，同時啟動視覺檢測系統(tǒng)，CCD攝像機實時采集工件表面環(huán)境圖像，通過圖像采集卡把原始圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信息并傳入計算機，用圖像處理軟件對數(shù)字圖 像進行處理并得到環(huán)境圖像變化的閾值信號，并隨時與設(shè)定的閾值門檻值進行比較， 如閾值低于門檻值則砂輪繼續(xù)下行， 一旦閾值達到門檻值，則砂輪立即停止下行，對 刀程序結(jié)束，向磨削加工運控系統(tǒng)發(fā)出信息開始加工過程；進入加工程序后，工作臺 啟動、開始第一次磨削，磨削結(jié)束給出完成信息，啟動視覺檢測，檢測結(jié)果與預(yù)設(shè)的 尺寸指標(biāo)比對，如果未達標(biāo)則砂輪根據(jù)加工余量與標(biāo)準(zhǔn)值的差值僅給，進行下次磨削 加工過程，檢測和加工循環(huán)進行， 一旦尺寸達標(biāo)則停止加工過程，電磁吸盤釋放，磨 頭提起，工作臺復(fù)位，給出磨削結(jié)束信息，進入下一批工件加工的準(zhǔn)備狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求2所述的火花識別對刀方法及磨削加工自動化系統(tǒng)，集成控制系統(tǒng) 為將Labview軟件平臺、視覺技術(shù)、圖像處理技術(shù)、運動控制技術(shù)及PLC技術(shù)有機 的結(jié)合，按照檢測與控制的不同要求設(shè)計了協(xié)調(diào)統(tǒng)一的繼承系統(tǒng)，其中攝像頭、圖像 采集卡與圖像處理軟件完成火花識別，結(jié)合運動控制系統(tǒng)完成自動對刀工作；伺服控 制系統(tǒng)負責(zé)走刀、工作臺進給和機械手運轉(zhuǎn)得的精密控制；采取多線程方式實現(xiàn)運動 控制與火花檢測的并行運行，程序啟動后， 一方面，由move模塊前9個相關(guān)模塊組 成的運動控制程序控制砂輪下行，同時，由圖像灰度值獲取模塊前的8個模塊組成的 視覺檢測程序完成對工件表面環(huán)境圖像的監(jiān)測和處理，給出工件表面的動態(tài)環(huán)境狀 態(tài)，并與預(yù)設(shè)的火花灰度門檻值進行比對， 一旦出現(xiàn)火花，且火花閾值達到設(shè)定的檢 測門檻值，便產(chǎn)生一個信號，傳至stop模塊，停止砂輪下行運動，結(jié)束自動對刀過 程。
全文摘要
本發(fā)明公開火花識別對刀方法及磨削加工自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)磨削加工全過程智能化自動控制，準(zhǔn)確、可靠的解決自動對刀問題、由砂輪磨損導(dǎo)致的尺寸補償問題、磨削過程的在線尺寸測量和運動伺服控制問題。將視覺技術(shù)、PLC技術(shù)和運動控制技術(shù)有機的結(jié)合，提出了利用視覺技術(shù)解決對刀問題；在線尺寸測量和砂輪磨損補償問題；用PLC技術(shù)、運動控制技術(shù)解決運動伺服控制問題的解決方案。利用視覺技術(shù)自動識別與工件接觸的工況，并瞬間自動轉(zhuǎn)換至磨削加工狀態(tài)，解決自動對刀問題，就可以將許多成熟的相關(guān)技術(shù)有機的結(jié)合，構(gòu)建一個集檢測與運動控制與一體的自動化系統(tǒng)。實現(xiàn)準(zhǔn)確的自動對刀，解決了砂輪磨損測量及補償問題，為磨削過程全自動智能化控制開辟了新路。
文檔編號B24B49/12GK101456159SQ20081017318
公開日2009年6月17日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者劉祥峰, 周立富, 周立民, 林寅彬, 王長利, 壯 范, 俊 黃 申請人:齊齊哈爾華工機床制造有限公司;哈爾濱工業(yè)大學(xué)