专用控制系统视觉型.doc
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专用控制系统视觉型,摘要机械加工中，往往会遇到一些加工时零件的检测问题，而且这些问题用传统的检测方法难以完成。四辊卷板机在卷制圆筒的过程中，无法测量圆筒的弯曲状况。随着机器视觉技术的不断发展，将其引入机械加工系统之中，利用机器视觉系统来对加工中的零件进行监控，可以边加工边修正，从而提高加工精度。本文正是在以上背景下，提出了视觉型专用控制系...
内容介绍
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摘 要
机械加工中，往往会遇到一些加工时零件的检测问题，而且这些问题用传统的检测方法难以完成。四辊卷板机在卷制圆筒的过程中，无法测量圆筒的弯曲状况。随着机器视觉技术的不断发展，将其引入机械加工系统之中，利用机器视觉系统来对加工中的零件进行监控，可以边加工边修正，从而提高加工精度。
本文正是在以上背景下，提出了视觉型专用控制系统，主要运用在四辊卷板机卷板过程，并对其视觉型系统进行了深入的分析和研究。具体工作如下：
(1) 通过对四辊卷板机卷制圆筒的加工原理、工艺过程深入的现场调研和系统分析，得出了视觉型系统在板材成型加工过程中需要提取的主要加工特征，并根据四辊卷卷板的机械结构简图建立数学模型。
(2) 结合传统的数控加工系统和机器视觉系统，设计了一种基于机器视觉的四辊卷板机数控系统。其原理是通过视觉系统提取出特征，在根据建立的数学模型计算出控制量，传送给数控系统，再由数控系统控制下辊和两侧辊液压缸的动作。
(3) 针对需要处理的图像，本系统中的图像处理模块包括图像预处理、图像识别和特征提取三个模块。图像预处理模块是利用混合滤波器滤波，再用直方图分割法进行图像分割，最后用Sobel算子检测出边缘；图像识别模块利用基于直线链码技术的圆和方形检测方法来识别圆和方形；特征提取模块是根据圆和方形的几何特征提取出圆的半径和方形的长宽。
关键词 机器视觉；图像处理；图像识别；特征提取；四辊卷板机
Abstract
In mechanical process, it exists that some detection processing which cannot be completed by traditional methods. For example, when cylinder is bended by four roller bending machine, the condition of bending plate cannot be measured. As the continuous development of machine vision technology, machine vision system will be used to monitor the machining process. Therefore it can improve the machining accuracy.
Based on these backgrounds, this paper presents special visual control system mainly used in plate bending process of four roller bending machine and makes in-depth analysis and research for this special visual control system. The following topics are mainly included:
(1) According to field research and system analysis of processing theory and process about rolling, some machining principles of four roller bending machine are further discussed. Therefore, the mainly processing feature of process is given. Finally, the mathematical model is built.
(2) To combine machine vision system into conventional machining system, it designs a kind of CNC system of four roller bending machine based on machine vision system. The principle is that firstly it extracts the features by machine system, then calculates the values of control volume in accordance with mathematical model and sends to CNC system, finally controls the action of hydraulic cylinder through CNC system.
(3) For images need to be processed, in this paper, the system of image processing includes three modules: image pre-process, feature extraction and image recognition. Image pre-process module is formed of hybrid filter, image segmentation and a Sobel edge operator. Image recognition module is the method of detecting circle and rectangle based on chain code technique. Feature extraction module can extract radius of circle and length of rectangle.
Key words machine vision; image process; image recognition; feature extraction; four roller bending machine
目 录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 机器视觉国内外研究现状 2
1.2.1 机器视觉的国内外研究概况 2
1.2.2 机器视觉的组成 3
1.2.3 机器视觉的发展趋势 4
1.3 本文主要工作和论文结构 5
1.3.1 本文主要工作 5
1.3.2 论文结构 5
第2章 四辊卷板机的卷板工艺过程 7
2.1 四辊卷板机结构和工作原理 7
2.1.1 机械结构 7
2.1.2 工作原理 8
2.2 四辊卷板机数学模型建立以及回弹分析 9
2.2.1 四辊卷板机的数学模型 9
2.2.2 卷板回弹问题解决方案 13
2.3 四辊卷板机的主要技术参数 14
2.4 本章小结 15
第3章 视觉型系统的总体设计 16
3.1 系统的控制原理 16
3.2 视觉系统模块 17
3.2.1 CCD(Charge-coupled Device)摄像头 17
3.2.2 图像采集模块 18
3.2.3 图像处理模块 19
3.3 系统软件的总体设计 19
3.3.1 软件的开发工具 19
3.3.2 系统软件的总体流程 20
3.3.3 系统软件的结构 21
3.4 本章小结 22
第4章 图像处理技术的研究 23
4.1 图像预处理 23
4.1.1 图像噪声与其消除方法 23
4.1.2 图像灰度阈值分割 26
4.1.3 边缘检测 29
4.2 圆形和方形物体图像识别方法 31
4.2.1 圆形度判断 31
4.2.2 Hough变换法 33
4.2.3 基于链码技术的圆和方形检测 36
4.2.4 视觉型系统图像识别算法的选择 39
4.3 圆形和方形特征提取方法 39
4.3.1 圆形的特征提取方法 40
4.3.2 方形特征提取方法 40
4.4 本章总结 41
第5章 视觉型系统软件的设计和实现 42
5.1 软件的界面设计及实验平台 42
5.2 视觉型系统软件的设计 43
5.2.1 系统初始化 43
5.2.2 图像采集模块程序设计 44
5.2.3 图像处理模块的程序设计 45
5.2.4 运动控制系统模块程序设计 48
5.3 实验结果 49
5.4 本章小结 52
总结与展望 53
工作总结 53
未来展望 53
参考文献 55
机械加工中，往往会遇到一些加工时零件的检测问题，而且这些问题用传统的检测方法难以完成。四辊卷板机在卷制圆筒的过程中，无法测量圆筒的弯曲状况。随着机器视觉技术的不断发展，将其引入机械加工系统之中，利用机器视觉系统来对加工中的零件进行监控，可以边加工边修正，从而提高加工精度。
本文正是在以上背景下，提出了视觉型专用控制系统，主要运用在四辊卷板机卷板过程，并对其视觉型系统进行了深入的分析和研究。具体工作如下：
(1) 通过对四辊卷板机卷制圆筒的加工原理、工艺过程深入的现场调研和系统分析，得出了视觉型系统在板材成型加工过程中需要提取的主要加工特征，并根据四辊卷卷板的机械结构简图建立数学模型。
(2) 结合传统的数控加工系统和机器视觉系统，设计了一种基于机器视觉的四辊卷板机数控系统。其原理是通过视觉系统提取出特征，在根据建立的数学模型计算出控制量，传送给数控系统，再由数控系统控制下辊和两侧辊液压缸的动作。
(3) 针对需要处理的图像，本系统中的图像处理模块包括图像预处理、图像识别和特征提取三个模块。图像预处理模块是利用混合滤波器滤波，再用直方图分割法进行图像分割，最后用Sobel算子检测出边缘；图像识别模块利用基于直线链码技术的圆和方形检测方法来识别圆和方形；特征提取模块是根据圆和方形的几何特征提取出圆的半径和方形的长宽。
关键词 机器视觉；图像处理；图像识别；特征提取；四辊卷板机
Abstract
In mechanical process, it exists that some detection processing which cannot be completed by traditional methods. For example, when cylinder is bended by four roller bending machine, the condition of bending plate cannot be measured. As the continuous development of machine vision technology, machine vision system will be used to monitor the machining process. Therefore it can improve the machining accuracy.
Based on these backgrounds, this paper presents special visual control system mainly used in plate bending process of four roller bending machine and makes in-depth analysis and research for this special visual control system. The following topics are mainly included:
(1) According to field research and system analysis of processing theory and process about rolling, some machining principles of four roller bending machine are further discussed. Therefore, the mainly processing feature of process is given. Finally, the mathematical model is built.
(2) To combine machine vision system into conventional machining system, it designs a kind of CNC system of four roller bending machine based on machine vision system. The principle is that firstly it extracts the features by machine system, then calculates the values of control volume in accordance with mathematical model and sends to CNC system, finally controls the action of hydraulic cylinder through CNC system.
(3) For images need to be processed, in this paper, the system of image processing includes three modules: image pre-process, feature extraction and image recognition. Image pre-process module is formed of hybrid filter, image segmentation and a Sobel edge operator. Image recognition module is the method of detecting circle and rectangle based on chain code technique. Feature extraction module can extract radius of circle and length of rectangle.
Key words machine vision; image process; image recognition; feature extraction; four roller bending machine
目 录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 机器视觉国内外研究现状 2
1.2.1 机器视觉的国内外研究概况 2
1.2.2 机器视觉的组成 3
1.2.3 机器视觉的发展趋势 4
1.3 本文主要工作和论文结构 5
1.3.1 本文主要工作 5
1.3.2 论文结构 5
第2章 四辊卷板机的卷板工艺过程 7
2.1 四辊卷板机结构和工作原理 7
2.1.1 机械结构 7
2.1.2 工作原理 8
2.2 四辊卷板机数学模型建立以及回弹分析 9
2.2.1 四辊卷板机的数学模型 9
2.2.2 卷板回弹问题解决方案 13
2.3 四辊卷板机的主要技术参数 14
2.4 本章小结 15
第3章 视觉型系统的总体设计 16
3.1 系统的控制原理 16
3.2 视觉系统模块 17
3.2.1 CCD(Charge-coupled Device)摄像头 17
3.2.2 图像采集模块 18
3.2.3 图像处理模块 19
3.3 系统软件的总体设计 19
3.3.1 软件的开发工具 19
3.3.2 系统软件的总体流程 20
3.3.3 系统软件的结构 21
3.4 本章小结 22
第4章 图像处理技术的研究 23
4.1 图像预处理 23
4.1.1 图像噪声与其消除方法 23
4.1.2 图像灰度阈值分割 26
4.1.3 边缘检测 29
4.2 圆形和方形物体图像识别方法 31
4.2.1 圆形度判断 31
4.2.2 Hough变换法 33
4.2.3 基于链码技术的圆和方形检测 36
4.2.4 视觉型系统图像识别算法的选择 39
4.3 圆形和方形特征提取方法 39
4.3.1 圆形的特征提取方法 40
4.3.2 方形特征提取方法 40
4.4 本章总结 41
第5章 视觉型系统软件的设计和实现 42
5.1 软件的界面设计及实验平台 42
5.2 视觉型系统软件的设计 43
5.2.1 系统初始化 43
5.2.2 图像采集模块程序设计 44
5.2.3 图像处理模块的程序设计 45
5.2.4 运动控制系统模块程序设计 48
5.3 实验结果 49
5.4 本章小结 52
总结与展望 53
工作总结 53
未来展望 53
参考文献 55
