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基于机器视觉的卷板数控系统的研究与开发

发表时间:2015-07-02 10:26 来源:http://www.zbpxjx.com

卷板加工属于各异性成形加工,即由于材质的不同每一次加工过程都会产生不同的结果,因此需要人工进行监视与调整。本课题研究目的就是解决卷板加工中由于各异性而无法实现全自动加工的问题,获得这方面的技术突破。 随着计算机图像识别与处理技术的发展,机器视觉成为人们研究的热点。而将机器视觉引入机械加工领域,面向各异性成形加工构造一个视觉型系统,越来越多地得到人们认可。其中各异性成形加工是指在弯管、弯板、挤压等成形加工中,每一次新的加工过程都会出现不同的情况,对于同样的加工参数和环境条件,由于材质类别、形状等差异,使得工件不能准确地弯曲到预期位置,需要人工进行现场的监视与修正,它不同于具有同一性的模具成形加工。在各异性成形加工中存在的问题有两个方面,精度低和生产效率低。机器视觉技术的发展使上述问题得以解决。 传统的数控系统多为封闭式体系结构,CNC装置只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定,加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC装置之间没有反馈控制环节,整个制造过程中CNC装置只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多边条件下,加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数,无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实施动态调整,更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量,因而影响CNC装置的工作效率和产品加工质量。由此可见,传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构,限制了CNC系统向多变量智能化控制发展,已不适应日益复杂的制造过程,因此,对数控技术实行变革势在必行。 因此开发了基于机器视觉的卷板数控系统。本文介绍了基于机器视觉的卷板数控系统的硬件和软件研究开发情况。该系统是在水平下调式三辊卷板机基础上进行数控改造,构造了基于IPC+PMAC卡的双CPU数控结构,并引入机器视觉技术取代人工干预。基于机器视觉的卷板数控系统能够模仿人工视觉监控功能,边加工边修正,实现卷板加工的自动化和智能化。 论文综合分析了国内外机器视觉和数控系统的发展现状,并针对卷板加工的特点,进行了基于机器视觉的卷板数控系统的总体设计,包括硬件以及软件构成。在研发过程中,本文展开的工作主要包括以下几方面: 1) 针对原基于PLC的卷板机进行数控改造,设计了视觉卷板数控系统的整体方案。 2) 对卷板加工过程进行建模,分析卷板曲率半径的影响因素,得出卷板曲率半径与上辊相对位置的关系。 3) 将机器视觉引入卷板数控加工中,以解决卷板加工需人工干预的问题。我们利用图像处理技术得出了卷板曲率半径特征参数,并结合视觉检测原理,制定了整个视觉卷板数控系统的控制策略。并在WINDOWS操作系统下,通过VC++开发了图像特征提取系统软件,具有人机界面多样、丰富、直观的优越性,并最终得到了需提取的特征参数,即卷板曲率半径。 4) 介绍了卷板机数控系统的开发。数控系统采用了基于PMAC+IPC的双CPU开放式数控系统结构。上位机为IPC运行用VC++开发的后台管理软件,下位机为PAMC运动控制卡完成插补运算、位置控制和PLC等实时任务。文中具体介绍了数控系统硬件、系统软件、PLC程序的开发和通过调用动态连接库实现上位机和下位机之间的通讯方法。 5) 搭建机器视觉控制系统实验平台,完成系统的安装调试工作。调试时,采用PEWIN调试软件,对PLC程序进行调试,以及对系统PID伺服控制的参数进行调试。 本课题的研究内容在机器视觉领域将有着广阔的前景和发展空间。它为解决替代人工值守等加工问题打下了基础,并对开发带视觉的通用数控系统起着十分重要的意义。

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