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1、3小型流程控制模型的实施（软件）英文翻译上海应用技术学院机械与自动化工程学院毕业设计（论文）外文翻译 题目 小型流程控制模型的实施（软件）学生姓名 严晓诚专 业 过程装备与控制工程学 号 0610221107班 级 06102211指导教师 安子良职 称 讲师2010年3月9日使用CCD视觉系统测量工具磨损技术的新进展J.尤尔科维奇, M.科罗舍茨, J.科帕克摘要本文提出了一种测量不同工具磨损参数的直接可靠的测量程序。如今现代图像处理技术和机器视觉系统能在循环完成对工具磨损的直接测量。本文所提出的系统其特点是其测量的灵活性，高空间分辨率和良好的准确性。该系统共分为照亮工具的光源，CCD相机，
2、线性投影机与激光二极管（用于对工件进行深度评估）和用于获取图片的采集卡以及个人电脑。该技术最大的特点是通过在工具表面上的预测激光光栅线来决定样件深度。因此，与其他技术相比，它的优点在于它可以只测量二维剖面。应用本页提出的技术，一张凸出表面的三维图像不必需要用一个很复杂的测量系统就可以获得。和本页介绍的方法相比，所有的间接方法，比如声音的发射，力的测量，主轴的电流测量，振动传感器等都是非常耗时且需要配备非常昂贵的辅助测量设备和装置。2005 Elsevier公司保留所有权利。关键词：CCD相机;图像处理;机器视觉系统1介绍在研究文献里，许多单或多传感器战略正在被研究用来作为可靠的工具磨损监测。信
3、号处理的通讯研究，传感器融合，以及人工智能技术也正在开展。限制工具使用寿命的磨损机理有两种：后刀面磨损和凹口磨损。后刀面磨损在该工具的凸出面上发生，主要是由加工表面上工具的摩擦运动引起的。凹口磨损发生在该工具的倾斜面，它改变凹口工具的接合部位，从而影响切削过程。传统上，实验室条件下，磨损已经用工具制造商的显微镜测量过。后刀面磨损通过测量在工具的边缘顶部和底部磨损表面之间的最大距离（称为VBmax）来确定。因此，后刀面磨损用来测量关于受到损害的切削边沿（不与工件接触的切削边缘的一部分），即关于主要的切削边沿，倒角或圆角半径或轻微的切削边沿。特别主要的切削边沿磨损类型是指1,7： 在最大切削深度处
4、主要后刀面表面切口的长度为Wmax， 在切削最大深度处后刀面的磨损区的宽度的称作W，在这个区域的后刀面磨损的最大宽度称为Wmax，如图1所示。图1.硬质合金刀片上测量的主要工具磨损参数刀具磨损的其他类型是指： 倒角或圆角切削边沿上的平均磨损宽度尖端，表示为VC（最大值） 较小的切削边沿上的平均磨损宽度记为VS因此，后刀面磨损测量与未磨损的边沿有关（不与工件接触一切削端的一部分），即主要切削端，倒角或圆角半径或较小的切削边沿。特别主要的切削端磨损类型是指7： 在最大切削深度处主要侧表面上的切口长度为Wmax， 在最大切削深度处后刀面的磨损区域的宽度是W，在这个区域里后刀面的磨损的最大宽度为Wma
5、x该工具的磨损的复杂性使得手动确定后刀面和凹口磨损边沿的边界复杂化。显然，这一进程不会在原地，并且耗时。1为了解决这些问题，在计算机视觉技术中的进展已导致了刀具磨损的测量的应用的研究。例如，在机械过程中，机器视觉用来监测铣，最后一次铣工上插入的条件测量。直接光学测量技术允许高精度测量工具磨损。例如，当把面积为5*5平方毫米的一个区域成像在一台CCD相机的芯片上，内部图像有一个约10微米分辨率，通常对于许多应用程序是足够的。一旦原始灰度图像以数字形式存储在一台电脑，所有的种类不同参数，可以由它们计算出来。通过使用机器视觉，直接测量过程原则上可以自动化，虽然自动优化调整照明时有故障。优化调整照明对
6、于CCD照相机拍摄的图像质量的重要参数。另一方面，视觉信息有其优势，它可以很容易解读。由于它信息含量高，它是研究工具磨损形式的第一选择。刀具磨损形式，不能从间接测量信号中获得。不过，在机床上监测加工，以前的机器视觉研究已经检验了工具型式的直接光学测量和工具磨损区域的测量。视觉系统在刀具磨损的直接（间歇）测量上有固有的优势2。后刀面磨损区域可以用摄像头成像，但凹口磨损的决定需要在工具上安装投影灯。该结构模式的变形（通常平行激光灯线），表明了在工具凸出表面上凹口深度。在这项研究工作上，主要压力将被施加在侧面磨损，用变形激光将显示这一新的出口。这里提出的技术是用曲率和在变形激光束间的距离，并进行算法
7、来确定深度和耙子上的或工具侧面上的一个表面沟。在这项工作中，用激光束预测的工具磨损的高分辨率灰度图像是由CCD摄像头得到的，这个摄像头连接到一个个人电脑的接口卡（采集卡），并配备一个捕捉图像软件。2 测量设备和实验细节该工具的磨损测量系统示意图如图2，实际位置显示在图3。为了在磨损和未磨损工具区域获得足够的对比，对硬质合金样件照明强度和角度被调整，以突出该工具区域的因素。CCD摄像机松下GPMF130，有一个768*493的像素，和闪光灯，配备了空间光调制器的发光二极管和达到最亮的解运和卤素灯一起使用。 LED能获得频率很高脉冲，因此适合在不能使用静态照明的情况下。图2.刀具磨损测量系统示意图
8、图3.安装在机床工具森精机可溶性L - 153测量设置为了减少透视失真的影响，远心镜头系统是安装在相机上。在远心镜头里，光圈被直接定位在它的聚焦点。从此只有平行光可以通过这个光圈。因此，当反映的目标似乎是无限偏远的，不可能有透视失真，倍率也是独立于镜头距离。CCD相机被连接到图像采集卡，从模拟到数字的转换有一个8位结果。一种CCD传感器实际上是一个包括光阵列敏感的金属氧化物半导体（MOS）电容器，这通常同时显示和按顺序读取6。整个图像分析在微机上进行，首先是数字化强度矩阵，最后是一系列工具磨损参数，使用软件捕获音频，视频，并将它记录在个人电脑上。2.1 图像采集卡和校准该相机被连接到一个PCI
9、图像采集卡，它允许同步采集图像。标准模拟图像采集卡使用时钟芯片，它通常运行4-10倍的像素。在水平同步信号（HSYNC）边缘下降已经发生后，他们开始数字化时钟第一个向上的边缘上的一行。因此，每行有一个随机补偿，通过补偿，该行就转向真正的水平同步信号，导致一个随机产生最多的四分之一到十分之一的像素转移。为了获得一个比十分之一像素更高的分辨率，图像采集卡与相机像素时钟同步3。为了在SI单元中确定磨损参数，视觉系统被校准以确定合适的转换因素。他们之间一系列已知距离的平行线都集中在显微镜下并且他们的距离用像素测量。获得下列转换因素：水平因子: 2.879 m/pixel垂直因子：2.889 m/pix
10、el这些校正后的因素后来被用于计算在SI单位的各种磨损参数。校准测量设置如图4。摄影及灯光被夹紧于铝盘上。面前工具被安装在一个旋转的平台，持有人持有。那个持有人在xy方向上可以移动，位置精度约0.01毫米。这保证了精确定位相机和测量和移动距离间的准确联系。摄像机的视场约为6.7*9.0平方毫米。在工具和相机间的距离约为200毫米。图4.表上的校准测量设置图5.在灰色层次分布及适当的表面轮廓基础上的标准化表面高度2.2通过灰色层图像系列优化生成图像的方法表面纹理实际上是在当地区域灰色层的空间分布。通过纹理层次分割时，一个单独的同源区域被定义为使用该区域的固有灰色度性质。在使用适当的数学软件工具的
11、基础上，就可以以对数轮廓构建二维直方图，这种数学软件能够使用亮度变化来转换每个原始图像像素成表面高度。图5给出了一个例子，显示了依赖灰度分布的表面高度的分布和应用在底部和表面轮廓方向的发光表面的充足厚度。样件深度的重要性由二维梯度向量评估，由4给出： (1)对于数字成像，使用了近似梯度离散的方法。导数的近似值使用了相邻像素之间的差异，这些像素在一个本地的小窗口中被计算出来。Gx和Gy从以下表达式得到： 和 (2)X1，X9是在底层的图像的像素向量公式用于点，线和边缘的检测，或者这些功能的任意组合。那个算法适用于一系列每个像素为4*4的核，如此，每个内核在图像上提取不同的特征。通过查找在一个图像
12、边沿的图像像素，并将其连接起来，对象的边界可以被定义。当一个函数的梯度成为一个变量的测量方法时，边缘检测利用梯度技术来定位边缘像素。由于在一个特别的本地区域，质地是灰度的空间分布，以这种方式在应用方向上的表面轮廓可以较准确地测出。2.3通过激光网格空间间隔和曲率在磨损的硬质合金刀片上产生侧面深度的方法第二种方法是非常合适的，因为最佳照明设置（照明角度和强度）的问题是很容易克服的，这是由于确定刀具磨损程度的方法和原则。这可能还表示，这种方法更为明显或更受用户欢迎的，因为在侧翼或刀面的工具磨损可以在第一眼就很容易认出。与灰度方法相比，此方法也具有其独特的优势，首先是因为没有必要用很多数学，操作者能
13、看到一切，且进程要快得多，对刀具磨损的评估几乎是同时发生的。这是在我们实验室已实行的方法。由于变形的激光网格，它可以区分平面和损坏的表面，激光网络是用来预测对硬质合金刀片的明亮表面。物理原理如图6a，在硬质合金刀头侧表面上的真实刀口如图6B所示。镜面反射用于一个表面的外观，他们也能用来描述表面。离散光的角度和激光束的特性很大程度上取决于三维表面的结构尺寸。如果表面元素远大于激光的波长，反映光束的角分布将按照表面元素的倾向分配，如图6所示。2.3.1图像采集为了传输相机的信号到计算机上，图像采集卡（数字化）是必要的。如果从相机输出的信号是数码的，那么图像采集卡是图片缓冲区或帧存储。模拟输出时，图
14、像采集卡还必须在A / D转换器上解码摄像机信号。图像采集原则如图7 5。图6.在表面变形和Lambert的法律原则基础上衡量一个磨损的表面上的镜面反射图7.转换非相干的相干光用空间光调制器网格（STM）和偏振分束以及分配器立方体(PBSC) b.光源安装在空间光源调制器（SLM）的正面上，该对象成像在照片导电层上。获得的那个电压称为背面上的液晶，相干激光极端状态被调制。偏光分束器，偏振束分离器立方体（PBSC），作为分析仪。那个单独的刀口表面上的最佳散射分布使用了如图7所示的安装程序表。波长为632.8纳米的A激光，已被用于激光投影的预测。光经过一把菜刀并有一定几率击中约0.1平方毫米光斑大
15、小的样本上。一个连接到锁定的放大器上的探测器检测了散射光。在激光和探测器之间的夹角实际上固定并优化在30至60度方向。该样本是也围绕垂直于几何平面的旋转轴旋转。最佳散射角被确定为，参照图7b。使用拟议的方法，不仅在侧表面上的二维参数可以找到，例如VB，而且它也可能获得样本的深度，实际上一个磨损硬质合金刀片表面的三维图片是可以得到的。为了在录制的图片上对磨损参数评估和尺寸检查，一个名为图像工具的软件被使用了。该软件内的下列参数被直接在屏幕上的图片上测量得到：距离，斜坡角度，领域，深度等，这是可以用像素或建立转换因子，直接用毫米来测量的。放大了的70倍后，就足够区分拍的图片上的有趣特征。在工具图像软件内的程序参数设定以后，所有可能的工具磨损测量被以1 pixel=0.001毫米的性质执行。后来在工具图片的脚本语言中宏被编写，它在图像上自动捕捉工具磨损参数，也取得了所有测量实验的必要的统计计算，见表1。
