基于單片機控制異形曲面智能在線(xiàn)檢測系統的研究

本文介紹一種基于單片機控制的異形曲面檢測智能在線(xiàn)實(shí)時(shí)控制系統，利用光學(xué)元件在線(xiàn)攝影構建一個(gè)表現復雜的三維模型，且模型在該系統控制系統中具有保值性好、數據能實(shí)時(shí)處理以及存儲、能采用非對稱(chēng)平滑平均法來(lái)進(jìn)行邊緣閾值數據的有效修正以及對圖像邊緣像素灰度的在線(xiàn)處理。其目的是針對在線(xiàn)加工時(shí)檢測異型曲面的對準準確度問(wèn)題，實(shí)現對異形曲面零件邊緣加工的準確度，有效地提高了在線(xiàn)實(shí)時(shí)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(zhù)三維設計軟件常利用對系統模擬優(yōu)化分析、路況的反饋和理論的計算，能夠設計出高水平曲面異形線(xiàn)和截面，以及工藝的問(wèn)題。加之機床的性能越來(lái)越高，使得異形曲面的機械在線(xiàn)加工得到廣泛的運用與實(shí)現，因此，對異形曲面的在線(xiàn)檢測顯得越來(lái)越重要。由于測量設備及檢測的手段不同，可以設計出各種不同的測量方案，但是哪種設計方案能最經(jīng)濟地保證測量精度要求，從而達到設計的目的，是測量設計必須研究的問(wèn)題。

1 系統設計思想及基本算法

1.1 三維異面設計思想

基于對異形面加工精度高，且要解決在微機上通過(guò)攝影構造一個(gè)表現復雜的三維圖模型問(wèn)題，該模型應該滿(mǎn)足以下條件：保值性好，以保證表現出的攝影的直觀(guān)效果圖符合客觀(guān)實(shí)際情況;模型應得到龐大的數據量能在主控芯片上處理;能處理不規則的異面曲面的邊緣像素問(wèn)題;處理好因攝像頭位置的放置產(chǎn)生的消隱問(wèn)題。

為滿(mǎn)足上述問(wèn)題，本設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(guò)單片機進(jìn)行處理，其工作過(guò)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中，按照一定的算法計算出其異性曲面的幾何參數，將其處理、顯示和存儲，其測量系統系統組成如圖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(xiàn)加工過(guò)程中，對曲面模型的構建時(shí)，不僅要處理規則區域，而且還能夠處理不規則邊緣問(wèn)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，灰度變化超過(guò)某個(gè)適當閾值TH的像素點(diǎn)當作邊緣點(diǎn)。以該點(diǎn)做平行截面，由于構建截面保值性好，連接光滑，與坐標系的選擇無(wú)關(guān)系的曲線(xiàn)來(lái)擬合，故采用分段參數三次曲線(xiàn)，整體到二階導矢連續曲線(xiàn)。同時(shí)，由于曲線(xiàn)邊緣的閥值無(wú)法進(jìn)行中心平滑，只能采用非對稱(chēng)滑動(dòng)平均法來(lái)補充數據。

假設動(dòng)態(tài)平滑閥值數據yk來(lái)說(shuō)，對于時(shí)間序列xk(xk為動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)檢測數據時(shí)間序列，k=1,2,3,…，n)，取m 個(gè)相鄰數據進(jìn)行加權平均，獲得的數據平滑后序列總平滑數m的正整數，要求p+q+1=m.對邊緣閥值點(diǎn)，假設m=5 則取前端5 個(gè)值或后端5個(gè)值與前系數乘積求y1y2或ynyn-1且yn與y1;yn-1與y2的權系數相同，見(jiàn)表1.

2 模塊設計

2.1 主動(dòng)實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測系統

其過(guò)程CCD實(shí)時(shí)采集視頻數據傳送到視頻圖像處理器，并將其模數處理，通過(guò)數據總線(xiàn)傳輸到主控芯片處理結果，如圖2所示。

2.2 軟件設計與算法優(yōu)化的實(shí)現

由于考慮軟件的實(shí)用性，即軟件的性能滿(mǎn)足生產(chǎn)的實(shí)際需要，以及軟件的運行環(huán)境(硬、軟件)應符合實(shí)際條件，本系統采用數值的穩定算法，以提高計算結果的精確性;采用模塊化設計方法，便于程序的維護、調試、可讀性以及合理性，提高軟件的開(kāi)發(fā)效率;正確、適當地運用程序設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;根據系統的特點(diǎn)，采用高級語(yǔ)言與低級語(yǔ)言搭配，即整個(gè)系統的控制以及數字圖像處理是用C程序實(shí)現，這無(wú)疑提高了程序的可讀性和可移植性，而匯編程序主要是實(shí)現系統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和算法后，針對硬件結構特點(diǎn)，研究適合在硬件中高效運行的改進(jìn)算法，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)處理的要求。其程序流程如圖3所示。

3 結語(yǔ)

可以看出，該系統投資少，自動(dòng)化程度高，實(shí)用性強，操作簡(jiǎn)便，既提高了異型曲面的檢測精度又滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟性能要求，同時(shí)降低了生產(chǎn)、研究成本，提高了生產(chǎn)和工作的效益。