数控加工中的图像监控技术
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第１２期
２００７年１２月 机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ —．１７３—．
文章编号：１００１—３９９７（２００７）１２—０１７３—０１
数控加工中的图像监控技术
曹登攀卢道华（江苏科技大学机械与动力工程学院。镇江２１２００３）
Ｉｍａｇｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ＮＣ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ
ＣＡＯ Ｄｅｎｇ—ｐａｎ，ＬＵ Ｄａｏ—ｈｕａ（Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２００３，Ｃｈｉｎａ）
【摘要】介绍了应用数字图像处理的新型图像监控技术。该技术将图像技术和制造技术以及计算
机控制技术结合起来，从而实现对机床等被控制对象的状态进行实时监控。
关键词：图像处理；监控系统；数控加工
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａ １＂１￣１３ ｋｉｎｄ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｉｓ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｓ ｏ ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｉｓ ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ＮＣ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ
中图分类号：ＴＨ１６。ＴＰ３９１．４１ 文献标识码：Ａ
图像监控技术是将图像技术和制造技术以及计算机控制技 术结合起来，从而实现对机床等被控制对象的状态进行实时监 控，同时还可以通过网络进行远程监控。图像监控技术在数控机 床上的应用，可以使机床具有更好的可控性，这种技术被集成于 机床控制系统过程中，对于制造业的发展将具有重要的意义。 卷板是用数控卷板机对板料进行连续三点弯曲的过程。其 卷板工艺过程为：预弯、对中、卷圆、矫圆。在预弯时，剩余直边是 影响卷板质量的敏感因素，剩余直边是指，在卷板时由于接触不 到上辊而不发生弯曲的平板两端的一部分【ＪＪ。 提出了应用数字图像处理技术，对卷板加工进行实时监控， 减少剩余直边的新方法。 并以Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ为开发平台，开发出了图像监控系统，实 现实时监控功能。 １系统框架
１．１系统硬件结构
系统主要由光源、镜头、ＣＣＤ摄像机、图像采集卡、工控机、 后台图像处理程序等组成。该系统的硬件结构如图１所示。ＣＣＤ 摄像机安装在卷板机的前后下辊端部，以更好地对加工情况进 行监视。图像采集卡插在工控机的主板上，可以实时处理ＣＣＤ 摄像机采集的信号。ＣＣＤ摄像机与图像采集卡通过电缆相连 接。工控机负责控制图像的采集和图像的处理。
计算机 图１监控系统硬件结构 相对来说，目前ＬＥＤ光源最常用。主要在于它的使用寿命 长，（１００００—３００００）ｈ。并且由于ＬＥＤ光源是采用多颗ＬＥＤ排列 而成，可以设计成复杂的结构，实现不同的光源照射角度。有多 种颜色可选，包括红、绿、蓝、白，还有红外、紫外。针对不同检测 物体的表面特征和材质，选用不同颜色，也就是不同波长的光 源。达到理想效果闭。
士来稿日期：２００７—０１—２０ ＣＣＤ摄像机是一种半导体成像器件，具有灵敏度高、抗强 光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。它使用一种高感光 度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯 片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存 储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算 机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。 ＣＣＤ由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当ＣＣＤ表面 受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的 感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面 。 图像采集卡可安装在工控机的ＰＣＩ扩展槽上，采集传输图 像数据基本不占用 ＣＰＵ时间，并可将 图像直接传送到计 算机内存或显存， 具有使用灵活、集 成度高、功耗低、速 度快等特点。图像 的输入由摄像机输 入，卡上的视频输 入端可输入信号。 输出图像能在显示 器上显示。选择采 集卡时，一方面要考 虑经其处理的图像 信号显示分辨率能 达到多高；一方面要 考虑不要占用过多 的显示卡内存，因为 显示卡内存主要支 持运动坐标及有关 参数的显示。 系统初始化
ＣＣＤ采集图像
图像预处理
选定监控区域
与原始图像差 影运算
＞ 兰 三
否
墨 ｌ 竺 ｌ １．．．．．． ．．．．．
图２软件流程图 维普资讯 http://www.cqvip.com —．１７４－ 机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 第１２期
２００７年１２月
文章编号：１００１—３９９７（２００７）１２—０１７４—０３
连续分度弧面凸轮的三维实体造型方法研究六
罗仁芝１，２ 胡自化
（ 湘潭职业技术学院，湘潭４１１ｌＯ２）（ 湘潭大学机械工程学院，湘潭４１１ｌＯ５）
Ｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ３Ｄ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｌｏｂｏｉｄａｌ Ｉ ｎｄｅｘｉｎｇ ｃａｍｓ
ＬＵＯ Ｒｅｎ—ｚｈｉ 一．ＨＵ Ｚｉ—ｈｕａ。
（ Ｘｉａｎｇｔａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉａｎｇｔａｎ ４１１１０２，Ｃｈｉｎａ）
（２Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉａｎｇｔａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ ４１ １ １０５，Ｃｈｉｎａ）
【摘要】通过分析连续分度弧面凸轮的形成机理，基于范成法和曲面方程法原理建立了连续分 度弧面凸轮的三维实体造型方法。基于ＵＧ平台实现了三维实体造型系统二次开发，同时对这两种 造型方法进行了深入分析比较。该方法的研究为连续分度弧面凸轮机构虚拟设计制造的几何精确
建模提供了可靠理论依据。
关键词：连续分度弧面凸轮：三维实体造型；ＵＧ平台；ＧＲＩＰ语言 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ｈ ｆｉｍ ｐｒｏｆｉｌｅ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｄｅｆｉｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｌｏｂｏｉｄａｌ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｃ ａｒｅ ｄｅｄｕｃｅｄ
ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｐａｔｉａｌ ｔｏｏｔｈ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｔｈｕｓ ３Ｄ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｌｏｂｏｉｄａｌ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｃｏｌｎ￣ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｂｏｔｈ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ＳＵ￣ｅＯＣ，ｅ ｅｑｕａｔｍｎｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＵＧ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ａ ３Ｄ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ ｉｎ ＧＲＩＰ ｌａｎｇｕａｇｅ ｉｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ａｌｓｏ ａ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｓ ｔｈｏｒｏｕｇｈｌｙ ｍａｄｅ
ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｔｈｅｏｒｙｆｏｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｔｏｂｏｉｄａｌ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｃｎ ｆｏｒ ｖｉｒｔｕａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｌｏｂｏｉｄａｌ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｃａｍｓ；３Ｄ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ＵＧ ｐｌａｔｆｏｒｍ；ＧＲＩＰ
ｌａｎｇｕａｇｅ
中图分类号：ＴＨ１ １２．２文献标识码：Ａ
１连续分度弧面凸轮的形成机理
连续分度弧面凸轮机构是弧面分度凸轮机构停歇段为零的
★来稿日期：２００７一Ｏ１—１５－ｋ基金项目：湖南省教育厅资助（０６Ｂ０９４） 特例。其结构由主动件弧面凸轮即连续分度弧面凸轮和从动件 滚子分度盘组成，如图１所示。当弧面凸轮匀速转动，推动滚子 从动盘以相应速度转动，它们之间的关系可通过空间啮合原理 予以描述 。
１．２系统软件设计
系统软件分为两部分。一部分为对图像采集卡的操作，如图 像获取、图像预处理等，主要通过调用图像采集卡自带的动态连 接库来实现。另一部分是图像监控，包括：预处理，取定监控区 域，与原始图像进行差影运算等 。其流程图如图２所示。
图３监控画面 ２实验示例
图３为监控画面，如果板材超出监控区域，则通过运动控制 器调整各运动部件不致使板材脱离。
３结束语
介绍了采用图像处理监控技术对卷板过程中的剩余直边进 行监控的新方法，这类研究的成果，提高了加工自动化与智能 化。接下来需要解决的是，一方面如何高效地获取图像使其自动 化程度更高，另一方面还要研究运行效率更高的图像处理算法。 参考文献
１李佳，王国栋，阎祥安等．大型卷板设备数控系统设计．重型机械，２００１ （６）：３７～４ｏ． ２刘焕军，王耀南，段峰．机器视觉中的图像采集技术．电脑与信息技术， ２００３（１）：ｌ８～２１． ３段蜂，王耀南，雷晓蜂等．机器视觉技术及其应用综述．自动化博览， ２００２（３）：５９～６１． ４何东健．数字图像处理．西安：西安电子科技大学出版社，２００３．
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