計算機圖形處理在UG生產加工中的應用

2013-05-25 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

隨著現代制造業要求生產加工過程向高度自動化、精度化方向發展,計算機輔助工程在制造業中運用也越來越重要.應用計算機圖形處理技術對零件進行自動提取已知外形曲線,并自動生成數控機床所能識別的G代碼,應用于生產加工,為傳統加工手段與數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:萬方數據
關鍵字:G代碼圖像處理數控加工

0引言

現代制造業要求生產加工過程向高度自動化、精度化方向發展。機器視覺技術具有非接觸、在線實時、速度快、精度合適、現場抗干擾能力強等優點,能實現機械產品零廢品生產的目標,適應發展的要求,在實際中顯示出了廣闊的應用前景。
本文針對計算機圖形處理技術在數控焊接生產中的應用試驗,主要應用電荷藕合器件(CCD)成像,結合數字圖像處理技術,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,轉化為矢量圖數據進行存儲,最終在三維設計軟件UG環境中模擬加工環境生成G代碼,導人數控氨弧焊機進行加工。具體流程如圖1所示。

1.工件圖像的預處理

采用C ++ build軟件二次開發的圖像處理軟件處理圖像,開發設計采用當前流行的算法。圖片采集工具為佳能IXUS70數碼相機。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最大。而另一個對水平邊緣響應最大。兩個卷積的最大值作為該點的輸出值,運算結果是一幅邊緣圖像。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

計算機圖形處理在UG生產加工中的應用+項目圖片圖片3

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工位圖轉換為矢量圖

工件圖經上述軟件處理后,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,需要將位圖轉化為矢量圖。在UG環境下,運用CAD的柵格可以十分方便地實現位圖與矢量圖的轉化。如圖7所示曲線,是將經過處理的輪廓曲線(見圖6)導人AutoCAD里面,運用柵格將輪廓曲線轉化成如圖8所示的樣式,目的是最終利用網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。

計算機圖形處理在UG生產加工中的應用+項目圖片圖片6

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,就是設二階微分方程第一邊值問題為:

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試射法的基本思想是把邊值問題化為初值問題來解。具體作法是通過反復調整初始時刻的斜率y?(d)的值m,使得初值問題為:

計算機圖形處理在UG生產加工中的應用+項目圖片圖片8

上式的解滿足另一個邊值條件y(b)=β,即從初值問題的經過點(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。
首先憑經驗或按照實際存在的運動規律選取m的兩個預測值m1,m2,再分別按照兩個斜率求解相應的初值問題,可以得到y(b)的兩個結果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:

計算機圖形處理在UG生產加工中的應用+項目圖片圖片9

然后再按斜率值m3計算初值,又得新的結果y(b)= β3。繼續這一過程,直到計算結果y(b)與β相當接近為止。值得注意的是,用線性插值的依據不足。如果有更好的插值公式,則可能使測試的次數有效地減少。假設從橢圓中心發射出無數條射線,如圖10所示,這些射線與橢圓相交之后產生諸多直線段,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。

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