1、視覺輔助數控銑削加工軌跡的生成視覺輔助數控銑削加工軌跡的生成隨著計算機技術的高速發展,從根本上改變傳統制造業,工業發達國家花了大筆的錢在現代制造技術的研究與開發,創建一個新的模型。在現代制造系統,數控技術的關鍵技術,結合微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制,比如集成先進的、高精度、高效率、靈活的自動化等特點,制造業靈活的自動化、集成、智能起著關鍵性的作用。目前,數控技術正在經歷一個根本性的改變,從一個特殊的閉環控制模式為通用的實時動態打開所有的閉環控制模式。在綜合的基礎上,CNC系統的超薄、超輕;聰明的基礎上,綜合計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡和其他技術的學科,數控系統以實現高速、

2、高精度、高效率控制、自動處理可以修改調節補償和參數進行在線智能故障診斷和治療的網絡基于CAD / CAM和數控系統集成為一臺計算機網絡,使中央政府集中控制該集團的控制過程。長期以來，數控系統為傳統封閉式體系結構，但只能作為非智能數控機床控制器。基于經驗的過程變量是預先固定參數的形式。處理前是由專人或通過CAD / CAM及自動編程系統編寫實際的處理程序。CAD / CAM與數控系統沒有反饋控制環節，整個制造過程是一個封閉的數控開環執行機構。在一個復雜的和環境變化的情況下的加工過程中，加工刀具的構成，工件材料，主軸轉速，進給速度，刀具路徑，切削深度，走刀次數和粗糙度等其它工藝參數，并不是在外部干

3、擾和實時動態隨機因素的環境情況下得到的。不能通過隨機修正反饋控制系統的CAD / CAM的設置數量。這反而影響到數控加工效率和產品的質量。顯然，傳統的固定數控系統的控制模式和封閉式體系結構，限制了數控到更智能化的控制變量的發展，已經不能滿足日益復雜的制造過程。因此，數控技術的潛在的變革是不可避免的。CAD/CAM軟件是一種網狀交互型的計算機編程系統，它用來檢測、處理和控制數據流的制造。在今天現代技術廣泛的依靠于像具有初始圖形交換規范標準與自動化路徑規劃模塊（IGES）的整合。這種集成的目的是盡可能保持系統的通用性。對制造系統的各個方面的整合提供了系統的整體自動化。機器視覺系統是用來生成數控代碼

4、，以幫助解決銑削任何平面多邊形的一部分。視覺系統有助于捕捉一個多邊形對象的圖像。通過基于簡單的圖像處理規則的軟件執行計算圖像被解碼成邊和頂點。然后軟件把控制信息傳遞到路徑規劃模塊。此模塊選擇最有效的刀具路徑，生成零件程序來銑削零件。本文介紹了該算法的詳細描述及其應用開發環境。- 1 -視覺輔助數控銑削加工軌跡的生成關鍵詞：機器視覺，路徑規劃，數控銑床簡介機器視覺系統已經有了廣泛的應用。這應用包括：常規工業零部件的檢驗和機器人裝配的檢驗。視覺系統也和機器人系統集成在一起提供自動感應姿勢和速度的最終效應的功能。隨著廉價的計算硬件的出現，機器視覺系統已成為制造業中的系統的經濟組成部分。在這個世紀中，

5、制造業發展的特點是越來越多的努力轉向于自動化機器的進程。數控機床（數控），標志著電腦在制造業中應用的時代的開始。越來越多的技術從此被用來幫助這一過程。數控機床工具已經由物質流系統和裝配單元相聯在一起。數控機床由離線軟件支持生成零件程序和磁帶機格式來加工各種幾何形狀的零件。離線軟件是通過路徑規劃師使用NC CAD鏈接像NC視覺和NC鏈接來創建的。數控機床和分布式數控機器提供一個控制計算機直接訪問機器。然而，有一個特殊情況，一個車間的零件的幾何形狀變化時（由于設計變更或供應商的規格），在這種情況下，改變數控加工路徑規劃被證明是非常繁瑣且費用昂貴的。因此，一個完整的視覺模塊，計算機輔助設計系統和計算

6、機輔助制造系統應該用在設施中與部分環境的變化一致。本模塊將幫助機器看著零件，提取零件的幾何特征并組織它們在IGES類型的格式下。通過對幾何數據組織，機器可以自動規劃加工順序來達到更好的處理效率。在取放設備，如機器人，也能夠根據這個積分模塊生成的信息來進行指導。雖然在機器視覺系統和路徑規劃領域已經做了廣泛的研究，但是，沒有證據證明機器的視覺系統能夠和路徑規劃程序集成在一起。在本篇文章中，用機器視覺的結合，CAD和CAM的使用，以建立一個結構來確定一個零件上的平面銑削有效的刀具路徑。路徑規劃的要求初始圖形交換規范是一種基于和使用CAD系統的通信文件結構生成數據的規范。該IGES的目的是提供對CAD

7、和CAM系統之間數據的自動交換的共同標準。截至目前，有三種常用的計算機模型來表示對象類型實體。它們是線框，邊界和體積表示模型。這些模式各有各自的優點和缺點。在其目前的形式，IGES也不能容納體積申述。它根據確切位置和方向上的 - 2 -視覺輔助數控銑削加工軌跡的生成實體存儲數據。這個數據被分割成不同的部分。例如，一個多面體是通過捕捉這個多面體的表面形狀來形成的。這些表面形狀的數據是通過把它們分割成邊存儲起來。這些邊是通過形成它們的點來進一步定義的。頂點是根據它在坐標軸上相應的位置和方向存儲的。因此，一個完整實體的數據是根據它在空間的幾何規范來存儲的。因此，IGES涉及到以計算機為導向的產品的定

8、義，并且處理CAD和CAM。以IGES格式存儲的數據可以形成許多CAD / CAM應用的輸入。現代技術廣泛的依靠于這個標準和自動生成程序的路徑的結合。現在有許多刀具路徑生成機器對象方案。這些CAM軟件套件主要是離線工作的，主要用于生成數控機床所加工的物體的部分程序。路徑規劃模塊提供給用戶一個高效率的路徑規劃工具來產生高效率的數控代碼。路徑規劃模塊所需要的唯一信息是被加工零件的幾何特征。這些路徑規劃模塊應該是盡可能通用而且必須靈活。因此，路徑規劃模塊應該遵守優化加工策略的相關規則。面銑刀，有兩種類型的路徑生成策略：樓梯銑床和窗口，如圖1所示，這兩種技術在工業中都得到了相應的應用。雖然有效的路徑規

9、劃是可行的，最優路徑規劃在文獻中并不是那么明顯。硬件/軟件結構圖像采集與處理，一個在這項研究中使用的視頻采集系統，用它可以獲得表面是平的鑄件表面上的多邊形的圖像。視頻采集系統如圖2所示。視頻采集系統包含3個主要的部分：一個攝像機攝像頭，圖像采集卡，和一個視頻接口板。視頻采集系統是基于個人電腦眼系統的IBM個人電腦的一部分。圖像是二元閥值的（在一個白色背景上的黑色圖像）。使用已知維度的條紋估計換算系數來完成前定標。該對象的邊界像素被鑒定為檢測對象的邊緣。一個二維的邊界走技術被用來編碼對象的邊界。霍夫變換技術被應用于識別該對象的邊緣。這些邊交叉口通過使用Cramer規則而獲得，因此，對象的頂點就被

10、破譯了。邊界框是用來確定有效的邊緣交叉（在同一時間采取兩個，按順序）。該圖像采集和處理本身是一個獨立的主題，并解釋了文獻中其它地方。在這里只提出了一個總結以便于了解這篇文章的內容。數據的組織。根據零件的面、邊和頂點獲得了零件的幾何信息之后，這些數據信息被組織在一個格式類型的文件之下。通過視覺系統獲得輸入工作，路徑規劃模塊就產生了。實體的一個面上的數據在同一時間獲得，這個面被 - 3 -視覺輔助數控銑削加工軌跡的生成分解成邊和頂點，這種開發算法的首要任務是給頂點重新編號，這一步驟這樣做是為了保持頂點的一個有序軌道并保持它盡可能的通用。然后程序確定所求表面上坐標軸上的最大坐標。在這一點上，表面被分

11、成兩部分，上部和下部。定義為正向循環和反向循環最大和最小之間的X坐標。每一個點被組織好后，面上每一條邊的關系也必須唯一確定下來了，也就是說，每一條邊的的角度也必須唯一確定。每一條邊的的角度的確定方法如下：1、對于正向循環，角度的計算是從一個頂點到下一個頂點直到達到X軸的最大坐標；2、對于反向循環，第一個角度的計算是該直線從第一個頂點將最后的頂點向量夾角，隨后直線角度的計算和當前頂點和前面的與它相關的頂點有關，直到達到X軸的最大坐標；角度計算完之后，該程序把控制傳遞到CAM路徑下。除了從CAD所獲得數據信息外，還需要進給速度和刀具直徑的信息。路徑規劃。銑削是斷續切削操作，通常用于產生平整的表面輪

12、廓。銑床和銑削加工過程通常是根據刀具和工件所存在的關系來分類。在表面銑削過程中，是使用面銑刀來加工工件的（如圖3所示）。刀具和工件之間的自然關系如圖4所示，通過刀具直線移動和旋轉運動的及相關的工作來完成銑削過程。因此，銑削速度，進給量和進給深度是影響加工表面質量的關鍵因素。由于銑削的進行，從刀具開始銑削到銑削結束所積聚的切屑，在銑削出口處自動清洗干凈。非常大的銑削深度由于機床剛度和切屑排除情況的影響是不允許的。如前所述，刀具沿工件的運動有兩種方法，這些被分為掠過路徑和窗口路徑。掠過路徑平行于Y軸被使用，主要的CAM路徑被分成許多子程序而保持它的靈活性，十二種不同的情況如圖5和圖6所示。使用深懸

13、其中的0.1 *D，在這個地方D表示著刀具直徑，使刀具路徑最小化。通過定義垂直線使總配置被打破，下降了0.9*深除了從初始點開始。這一點在圖7，此外水平線通過一個交叉程序來定義（交叉表示一個角度的變化）。從圖5和圖6可以看出，角度在向前和向后循環中都被核對，做一個核對是為了確保當前的道具位置接近下一個頂點。在循環中當前的刀具位置與其它循環中的一個頂點一起核對，以便為了使刀具提前感知它的運動。如果刀具從下一個頂 - 4 -視覺輔助數控銑削加工軌跡的生成點的路徑的距離小于0.9*的距離，決定刀具路徑的過程如圖5和圖6所示。 輸出模塊。決定了刀具的路徑之后，該程序產生一個輸出文件，這個文件可以作為輸

14、出文件或一個數控軟件的數據文件（MAPT）。CAM模塊討論提供凸的和凹的形狀。然而，集成模塊只提供凸多邊形形狀的零件。核對了每個角之后，程序會根據配置接著產生APT的陳述。程序還會在運動陳述產生之前產生環境陳述。而后會產生軸的坐標，程序自動產生APT代碼的最后階段的陳述。實驗分析使用這種基本的軟件產生自動路徑規劃的優點在于它的高度的通用性和自動化程度高的事實，編譯后生成的數控代碼，刀具的路徑能夠觀察到。由于開發的該算法可用于加工任何多邊形表面，它可以應用在許多工業領域。鋁材料的常規多邊形零件制造的接近于零公差（+0.01至-0.01 /0.254毫米至-0.254毫米），這些都用開發的軟件進行

15、了測試。圖形的采集和處理的實施過程中使用了IBM的個人電腦。圖8-13說明了實驗的結果，對軟件開發的主要階段的結果提出了兩個幾何圖形（如三角形和一個平行四邊形），對每一個圖形的主要階段是：表面的圖像、每個實體邊界的編碼、頂點的坐標和生成的數控路徑。結束語廉價的模塊化系統已經開發出來用于自動路徑的生成，該系統包含CAM的三個主要方面：機器視覺，CAD數據庫和數控零件程序。機器視覺系統用來獲得實體得表面多邊形圖像，通過數字圖像處理原則對實體的邊和頂點進行編碼，這些數據被組織在一個IGES格式下，這些數據然后操作使用軟件功能自動地規劃路徑銑削特定的表面。被開發的該軟件保持著高度的通用性和靈活性。因為

16、使用的視覺系統是低廉的，被開發的軟件也是很經濟的。除了它的經濟特點之外，它所采用的技術是非常簡單的，由于它的應用，這種算法用一個簡單的工具為自動的數控路徑規劃提供了研究現狀。用這種工具避免了笨重的計算和單調的路徑規劃。這樣一種算法在數控機床領域的固件和硬件的實施將推進在這一領域的研究的更新。附：數控技術的發展趨勢性能方向的發展高速度高精度高效率。機械制造技術中速度、精度和效率是關鍵的績效指標。作為高速CPU芯片，RISC芯片，以及多CPU的控制系統和高分辨率的絕對數字 - 5 -視覺輔助數控銑削加工軌跡的生成交流伺服系統，是同時提高機器的動態和靜態特性的有效措施，高速度高精密機床已大大提高機床

17、的工作效率。柔性包括兩個方面：數控系統本身的靈活性，數控系統采用模塊化方式設計，功能覆蓋廣，可切割性強，易于滿足不同用戶的需求；群控系統的靈活性，隨著根據控制系統滿足不同生產工藝的要求，材料流和信息流的自動動態調整，以最大限度地發揮群控系統的性能。復合材料和多軸加工，以減少對配套的復合加工為主要目的的處理時間，并朝著多軸，多功能的系列產品的開發方向發展。數控機床復合刀具技術是指在一臺機器上的工件在一次裝夾的過程中，通過自動換刀，旋轉主軸頭或轉臺等措施，完成多工序，多面加工的復合。功能方向的發展用戶接口是圖示的用戶界面，是數控系統和用戶接口之間的用來對話窗口。由于不同的用戶界面的要求不同，從而大用戶界面的開發的工作量很大，這是用戶界面軟件發展到最困難的一部分。目前互聯網，虛擬現實，科學計算和多媒體技術，對用戶界面的可視化提出了更高的要求。圖形用戶界面大大方便了非專業用戶使用，它可以進行窗口和菜單操作，易于編程和快速編程，