搜索計(jì)算機(jī)圖形處理在UG生產(chǎn)加工中的應(yīng)用
2013-05-25 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線
隨著現(xiàn)代制造業(yè)要求生產(chǎn)加工過(guò)程向高度自動(dòng)化、精度化方向發(fā)展,計(jì)算機(jī)輔助工程在制造業(yè)中運(yùn)用也越來(lái)越重要.應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)對(duì)零件進(jìn)行自動(dòng)提取已知外形曲線,并自動(dòng)生成數(shù)控機(jī)床所能識(shí)別的G代碼,應(yīng)用于生產(chǎn)加工,為傳統(tǒng)加工手段與數(shù)控加工方法之間尋找一條合理有利的途徑.
方林宏 樊軍 來(lái)源:萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:G代碼 圖像處理 數(shù)控加工
0引言
現(xiàn)代制造業(yè)要求生產(chǎn)加工過(guò)程向高度自動(dòng)化、精度化方向發(fā)展。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)具有非接觸、在線實(shí)時(shí)、速度快、精度合適、現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),能實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品零廢品生產(chǎn)的目標(biāo),適應(yīng)發(fā)展的要求,在實(shí)際中顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。
本文針對(duì)計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)在數(shù)控焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用試驗(yàn),主要應(yīng)用電荷藕合器件(CCD)成像,結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù),對(duì)實(shí)際工件需要加工的輪廓圖像進(jìn)行采集,并對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)、處理和提取邊緣輪廓,轉(zhuǎn)化為矢量圖數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),最終在三維設(shè)計(jì)軟件UG環(huán)境中模擬加工環(huán)境生成G代碼,導(dǎo)人數(shù)控氨弧焊機(jī)進(jìn)行加工。具體流程如圖1所示。
1.工件圖像的預(yù)處理
采用C ++ build軟件二次開發(fā)的圖像處理軟件處理圖像,開發(fā)設(shè)計(jì)采用當(dāng)前流行的算法。圖片采集工具為佳能IXUS70數(shù)碼相機(jī)。采集工件圖片如圖2所示。
采用軟件處理工件圖像的流程為:圖像的增強(qiáng),灰度直方圖均衡化,圖像平滑處理及銳化處理,圖像的分割,邊界檢測(cè)和工件輪廓的提取。在該流程中前幾項(xiàng)在普通的圖形處理軟件中都已十分成熟,故不再贅述。邊界檢測(cè)和輪廓的提取則是能否將圖形處理與UG搭建成功的兩個(gè)關(guān)鍵因素。為了得到UG能夠處理的理想圖形,在此邊緣檢測(cè)中采取的算法是Sobel算子。如圖3所示的兩個(gè)卷積核形成了Sobel邊緣算子。圖像中每一個(gè)點(diǎn)都用這個(gè)核算子做卷積。一個(gè)核對(duì)通常的垂直邊緣響應(yīng)最大。而另一個(gè)對(duì)水平邊緣響應(yīng)最大。兩個(gè)卷積的最大值作為該點(diǎn)的輸出值,運(yùn)算結(jié)果是一幅邊緣圖像。該算法能夠保證較為精確的邊緣方向信息和邊緣定位精度。
輪廓提取的算法是掏空內(nèi)部點(diǎn):如果原圖中有一點(diǎn)為黑,且它的8個(gè)相鄰點(diǎn)都是黑色時(shí)(此時(shí)該點(diǎn)是內(nèi)部點(diǎn)),則將該點(diǎn)刪除。以此得到精準(zhǔn)的圖形輪廓。該算法的部分程序代碼如下
軟件處理的圖片主要過(guò)程為軟件載人工件真彩圖(見(jiàn)圖4);將圖像平滑及銳化處理(見(jiàn)圖5);將圖像輪廓提取(見(jiàn)圖6)。
2工位圖轉(zhuǎn)換為矢量圖
工件圖經(jīng)上述軟件處理后,由于圖片圖形是點(diǎn)陣位圖,而在機(jī)械加工中,為了更適合機(jī)械加工,需要將位圖轉(zhuǎn)化為矢量圖。在UG環(huán)境下,運(yùn)用CAD的柵格可以十分方便地實(shí)現(xiàn)位圖與矢量圖的轉(zhuǎn)化。如圖7所示曲線,是將經(jīng)過(guò)處理的輪廓曲線(見(jiàn)圖6)導(dǎo)人AutoCAD里面,運(yùn)用柵格將輪廓曲線轉(zhuǎn)化成如圖8所示的樣式,目的是最終利用網(wǎng)格將輪廓曲線包容起來(lái),將輪廓曲線離散化,再利用直線段或者圓弧段將上面得到的特定點(diǎn)運(yùn)用直線段或者圓弧擬合起來(lái),便可得到如圖9所示的矢量圖。
3工件目標(biāo)位置確定
由于圖形與機(jī)床的坐標(biāo)系不相稱,機(jī)床不能識(shí)別工件上的起刀點(diǎn),所以必須找到圖形上的一個(gè)點(diǎn)作為起刀點(diǎn),實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明橢圓長(zhǎng)軸與橢圓的交點(diǎn)是最好的起刀點(diǎn)。但是,前提是必須找到橢圓的長(zhǎng)軸。在這里采用的算法是試射法,就是設(shè)二階微分方程第一邊值問(wèn)題為:
上式的解滿足另一個(gè)邊值條件y(b)=β,即從初值問(wèn)題的經(jīng)過(guò)點(diǎn)(a,a),而且有不同斜率的積分曲線中,去尋找一條通過(guò)點(diǎn)(b , β)的曲線。
首先憑經(jīng)驗(yàn)或按照實(shí)際存在的運(yùn)動(dòng)規(guī)律選取m的兩個(gè)預(yù)測(cè)值m1,m2,再分別按照兩個(gè)斜率求解相應(yīng)的初值問(wèn)題,可以得到y(tǒng)(b)的兩個(gè)結(jié)果β1, β2。如果β1. β2:都不滿足給定的精度,就用線性插值的方法校正m1,m2,得到新的斜率值m3為:
然后再按斜率值m3計(jì)算初值,又得新的結(jié)果y(b)= β3。繼續(xù)這一過(guò)程,直到計(jì)算結(jié)果y(b)與β相當(dāng)接近為止。值得注意的是,用線性插值的依據(jù)不足。如果有更好的插值公式,則可能使測(cè)試的次數(shù)有效地減少。假設(shè)從橢圓中心發(fā)射出無(wú)數(shù)條射線,如圖10所示,這些射線與橢圓相交之后產(chǎn)生諸多直線段,這些直線段有長(zhǎng)有短,但一定會(huì)有一條最長(zhǎng)的,那么這個(gè)最長(zhǎng)的直線段便是橢圓的長(zhǎng)軸。
在獲取橢圓的長(zhǎng)軸之后,也就獲得了工件的坐標(biāo)原點(diǎn)。工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)即為橢圓長(zhǎng)軸與橢圓的一個(gè)交點(diǎn),由于長(zhǎng)軸與機(jī)床坐標(biāo)軸沒(méi)有平行,這樣的圖形加工起來(lái)依然比較困難,于是需要將橢圓旋轉(zhuǎn),使長(zhǎng)軸與機(jī)床坐標(biāo)軸平行或者重合,達(dá)到加工方便的目的。
4在UG環(huán)境中G代碼的生成
將圖10導(dǎo)人UG環(huán)境。根據(jù)加工要求,把已經(jīng)生成的刀具軌跡轉(zhuǎn)化生成G代碼數(shù)據(jù)文件,即CNC數(shù)控程序。部分G代碼如下。
然后,對(duì)G代碼進(jìn)行校核確保無(wú)誤后,輸人數(shù)控氨弧焊機(jī)進(jìn)行加工,最終加工成件。成品圖如圖11所示。
5結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)未知加工零件廓形曲線提取方法及將輪廓曲線向UG加工代碼的轉(zhuǎn)化方法的研究,為傳統(tǒng)加工手段與數(shù)控加工方法之間找到一條合理有效的途徑,應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)能夠自動(dòng)提取零件廓形曲線并轉(zhuǎn)而自動(dòng)生成數(shù)控機(jī)床所能識(shí)別的G代碼,應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的加工。
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