搜索計算機圖形處理在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 來源:仿真在線
隨著現(xiàn)代制造業(yè)要求生產(chǎn)加工過程向高度自動化、精度化方向發(fā)展,計算機輔助工程在制造業(yè)中運用也越來越重要.應(yīng)用計算機圖形處理技術(shù)對零件進行自動提取已知外形曲線,并自動生成數(shù)控機床所能識別的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 來源:萬方數(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)加工過程向高度自動化、精度化方向發(fā)展。機器視覺技術(shù)具有非接觸、在線實時、速度快、精度合適、現(xiàn)場抗干擾能力強等優(yōu)點,能實現(xiàn)機械產(chǎn)品零廢品生產(chǎn)的目標,適應(yīng)發(fā)展的要求,在實際中顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。
本文針對計算機圖形處理技術(shù)在數(shù)控焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用試驗,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),對實際工件需要加工的輪廓圖像進行采集,并對其進行檢測、處理和提取邊緣輪廓,轉(zhuǎn)化為矢量圖數(shù)據(jù)進行存儲,最終在三維設(shè)計軟件UG環(huán)境中模擬加工環(huán)境生成G代碼,導(dǎo)人數(shù)控氨弧焊機進行加工。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)計采用當前流行的算法。圖片采集工具為佳能IXUS70數(shù)碼相機。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,灰度直方圖均衡化,圖像平滑處理及銳化處理,圖像的分割,邊界檢測和工件輪廓的提取。在該流程中前幾項在普通的圖形處理軟件中都已十分成熟,故不再贅述。邊界檢測和輪廓的提取則是能否將圖形處理與UG搭建成功的兩個關(guān)鍵因素。為了得到UG能夠處理的理想圖形,在此邊緣檢測中采取的算法是Sobel算子。如圖3所示的兩個卷積核形成了Sobel邊緣算子。圖像中每一個點都用這個核算子做卷積。一個核對通常的垂直邊緣響應(yīng)最大。而另一個對水平邊緣響應(yīng)最大。兩個卷積的最大值作為該點的輸出值,運算結(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:如果原圖中有一點為黑,且它的8個相鄰點都是黑色時(此時該點是內(nèi)部點),則將該點刪除。以此得到精準的圖形輪廓。該算法的部分程序代碼如下
軟件處理的圖片主要過程為軟件載人工件真彩圖(見圖4);將圖像平滑及銳化處理(見圖5);將圖像輪廓提取(見圖6)。
2工位圖轉(zhuǎn)換為矢量圖
工件圖經(jīng)上述軟件處理后,由于圖片圖形是點陣位圖,而在機械加工中,為了更適合機械加工,需要將位圖轉(zhuǎn)化為矢量圖。在UG環(huán)境下,運用CAD的柵格可以十分方便地實現(xiàn)位圖與矢量圖的轉(zhuǎn)化。如圖7所示曲線,是將經(jīng)過處理的輪廓曲線(見圖6)導(dǎo)人AutoCAD里面,運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,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運用直線段或者圓弧擬合起來,便可得到如圖9所示的矢量圖。
3工件目標位置確定
由于圖形與機床的坐標系不相稱,機床不能識別工件上的起刀點,所以必須找到圖形上的一個點作為起刀點,實際經(jīng)驗表明橢圓長軸與橢圓的交點是最好的起刀點。但是,前提是必須找到橢圓的長軸。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題為:
上式的解滿足另一個邊值條件y(b)=β,即從初值問題的經(jīng)過點(a,a),而且有不同斜率的積分曲線中,去尋找一條通過點(b , β)的曲線。
首先憑經(jīng)驗或按照實際存在的運動規(guī)律選取m的兩個預(yù)測值m1,m2,再分別按照兩個斜率求解相應(yīng)的初值問題,可以得到y(tǒng)(b)的兩個結(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計算初值,又得新的結(jié)果y(b)= β3。繼續(xù)這一過程,直到計算結(jié)果y(b)與β相當接近為止。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,則可能使測試的次數(shù)有效地減少。假設(shè)從橢圓中心發(fā)射出無數(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,這些直線段有長有短,但一定會有一條最長的,那么這個最長的直線段便是橢圓的長軸。
在獲取橢圓的長軸之后,也就獲得了工件的坐標原點。工件坐標系的原點即為橢圓長軸與橢圓的一個交點,由于長軸與機床坐標軸沒有平行,這樣的圖形加工起來依然比較困難,于是需要將橢圓旋轉(zhuǎn),使長軸與機床坐標軸平行或者重合,達到加工方便的目的。
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G代碼進行校核確保無誤后,輸人數(shù)控氨弧焊機進行加工,最終加工成件。成品圖如圖11所示。
5結(jié)語
通過對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)用計算機圖形處理技術(shù)能夠自動提取零件廓形曲線并轉(zhuǎn)而自動生成數(shù)控機床所能識別的G代碼,應(yīng)用于數(shù)控機床的加工。
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