基于單片機控制異形曲面智能在線檢測系統(tǒng)的研究

本文介紹一種基于單片機控制的異形曲面檢測智能在線實時控制系統(tǒng)，利用光學(xué)元件在線攝影構(gòu)建一個表現(xiàn)復(fù)雜的三維模型，且模型在該系統(tǒng)控制系統(tǒng)中具有保值性好、數(shù)據(jù)能實時處理以及存儲、能采用非對稱平滑平均法來進(jìn)行邊緣閾值數(shù)據(jù)的有效修正以及對圖像邊緣像素灰度的在線處理。其目的是針對在線加工時檢測異型曲面的對準(zhǔn)準(zhǔn)確度問題，實現(xiàn)對異形曲面零件邊緣加工的準(zhǔn)確度，有效地提高了在線實時檢測效率，對異形曲面的加工獲得行之有效的方法。

0 引言

隨著三維設(shè)計軟件常利用對系統(tǒng)模擬優(yōu)化分析、路況的反饋和理論的計算，能夠設(shè)計出高水平曲面異形線和截面，以及工藝的問題。加之機床的性能越來越高，使得異形曲面的機械在線加工得到廣泛的運用與實現(xiàn)，因此，對異形曲面的在線檢測顯得越來越重要。由于測量設(shè)備及檢測的手段不同，可以設(shè)計出各種不同的測量方案，但是哪種設(shè)計方案能最經(jīng)濟地保證測量精度要求，從而達(dá)到設(shè)計的目的，是測量設(shè)計必須研究的問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計思想及基本算法

1.1 三維異面設(shè)計思想

基于對異形面加工精度高，且要解決在微機上通過攝影構(gòu)造一個表現(xiàn)復(fù)雜的三維圖模型問題，該模型應(yīng)該滿足以下條件：保值性好，以保證表現(xiàn)出的攝影的直觀效果圖符合客觀實際情況;模型應(yīng)得到龐大的數(shù)據(jù)量能在主控芯片上處理;能處理不規(guī)則的異面曲面的邊緣像素問題;處理好因攝像頭位置的放置產(chǎn)生的消隱問題。

為滿足上述問題，本設(shè)計采用電荷耦合器件與光學(xué)器件對異面進(jìn)行攝像測量，并將光電測量的通過單片機進(jìn)行處理，其工作過程是將測量異性曲面置于均勻照明的可控背景前，將圖像采集到單片機系統(tǒng)中，按照一定的算法計算出其異性曲面的幾何參數(shù)，將其處理、顯示和存儲，其測量系統(tǒng)系統(tǒng)組成如圖1所示。

1.2 檢測圖像邊緣像素的處理

在機床對曲面的在線加工過程中，對曲面模型的構(gòu)建時，不僅要處理規(guī)則區(qū)域，而且還能夠處理不規(guī)則邊緣問題，由于測量異形曲面圖像邊緣附近的亮度變化較大，所以可以把那些在鄰域內(nèi)，灰度變化超過某個適當(dāng)閾值TH的像素點當(dāng)作邊緣點。以該點做平行截面，由于構(gòu)建截面保值性好，連接光滑，與坐標(biāo)系的選擇無關(guān)系的曲線來擬合，故采用分段參數(shù)三次曲線，整體到二階導(dǎo)矢連續(xù)曲線。同時，由于曲線邊緣的閥值無法進(jìn)行中心平滑，只能采用非對稱滑動平均法來補充數(shù)據(jù)。

假設(shè)動態(tài)平滑閥值數(shù)據(jù)yk來說，對于時間序列xk(xk為動態(tài)動態(tài)檢測數(shù)據(jù)時間序列，k=1,2,3,…，n)，取m 個相鄰數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均，獲得的數(shù)據(jù)平滑后序列總平滑數(shù)m的正整數(shù)，要求p+q+1=m.對邊緣閥值點，假設(shè)m=5 則取前端5 個值或后端5個值與前系數(shù)乘積求y1y2或ynyn-1且yn與y1;yn-1與y2的權(quán)系數(shù)相同，見表1.

2 模塊設(shè)計

2.1 主動實時自動檢測系統(tǒng)

其過程CCD實時采集視頻數(shù)據(jù)傳送到視頻圖像處理器，并將其模數(shù)處理，通過數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)街骺匦酒幚斫Y(jié)果，如圖2所示。

2.2 軟件設(shè)計與算法優(yōu)化的實現(xiàn)

由于考慮軟件的實用性，即軟件的性能滿足生產(chǎn)的實際需要，以及軟件的運行環(huán)境(硬、軟件)應(yīng)符合實際條件，本系統(tǒng)采用數(shù)值的穩(wěn)定算法，以提高計算結(jié)果的精確性;采用模塊化設(shè)計方法，便于程序的維護、調(diào)試、可讀性以及合理性，提高軟件的開發(fā)效率;正確、適當(dāng)?shù)剡\用程序設(shè)計技巧以提高程序的運算速度、減少運算誤差和提高運算的可靠性;根據(jù)系統(tǒng)的特點，采用高級語言與低級語言搭配，即整個系統(tǒng)的控制以及數(shù)字圖像處理是用C程序?qū)崿F(xiàn)，這無疑提高了程序的可讀性和可移植性，而匯編程序主要是實現(xiàn)系統(tǒng)的各部分接口的初始化。為了改進(jìn)上述的不足，在深入研究處理系統(tǒng)和算法后，針對硬件結(jié)構(gòu)特點，研究適合在硬件中高效運行的改進(jìn)算法，滿足實時處理的要求。其程序流程如圖3所示。

3 結(jié)語

可以看出，該系統(tǒng)投資少，自動化程度高，實用性強，操作簡便，既提高了異型曲面的檢測精度又滿足實時性、經(jīng)濟性能要求，同時降低了生產(chǎn)、研究成本，提高了生產(chǎn)和工作的效益。