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基于机器视觉的激光切割控制系统的探讨

基于机器视觉的激光切割控制系统的探

[摘要]我国现有激光切割各项控制技术目前虽有所进步发展,但在精度及加
工效率上仍然需得到提升。

那么,为充分满足高精度、高效率化的控制需求,本
文主要以机器视觉为基础探讨激光切割控制系统,仅供业内相关人士参考。

[关键词]激光切割;机器视觉;控制系统;
前言:
伴随现代机械制造业持续的进步发展,对激光切割相关技术提出更高要求。

那么,为更好地对整个切割过程予以有效控制,则对机器视觉之下激光切割控制
系统开展综合分析,有着一定的现实意义和价值。

1、关于激光切割的概述
所谓激光切割,它是依托高功率及高密度的激光束,直接照射于所需切割材
料部位,材料经由快速加热之后,便会达到一定的汽化温度,再经蒸发后,便会
形成孔洞,光束持续在待切割材料部位移动,则孔洞位置随之连续形成较窄切缝,则材料切割完成。

2、机器视觉之下激光切割控制系统
2.1在系统架构层面
选定ARMCortexTM-A8作为硬件开发的一个重要平台,并配置Linux操作运
行系统,依托PC机完成相应的图像处理操作,配置好数控运动的平台装置,使
得机器视觉之下激光切割控制系统得以实现。

总系统架构当中,主控板涉及到系
统网络存储及数据储存、插补运算、信号发射各项功能。

该主控板,需要借由网
线接口密切连接着PC端,用虚拟装置实现对Linux内核Ubuntu的操作系统有效
挂载,针对ARM架构当中的Linux操作,则以TFTP方式可快速下载至主控板当中,为后期的系统调试提供便利条件。

依托PC端实施图像处理,数据发送至ARM
主控端,对数据实施插补运算。

因Linux系统有着高稳定性、实时性、开源性等,故此控制系统选定Linux嵌入形式的软件系统,且机器视觉之下激光切割的整个
控制系统当中,还设有提取图像轮廓、运动控制这两个功能系统模块,便于更好
地实现机器视觉之下激光切割高效控制[1]。

2.2在嵌入形式Linux的系统平台层面
以机器视觉为基础下激光切割整个控制系统当中,嵌入形式系统平台主要选
定三星S5PV210型号开发板为主控器,并维持Linux系统良好运行状态,实现与PC机有效性的数据通信。

所设控制装置经PC端的图像处理相关数据,开展插补
运算操作,把脉冲信号发射传递至控制平台当中。

根结合控制系统基本需要,针
对主控板S5PV210当中应设处理装置、静态内存、DM9000网卡芯片、Flash等,
设RS232串口的通信接口。

此次选定九鼎公司所研发设计X210开发系统平台为
主控制装置,并选定S5PV210处理装置为核心板,结合具体需求,外设底板,使
得核心板的结合底板一种复式结构得以形成[2]。

2.3在嵌入形式激光切割控制系统硬软件层面
2.3.1在硬件部分
针对机器视觉之下嵌入式激光切割控制系统当中,硬件部分以网络的接口电路、串联的通信电路、输出信号的放大电路为主,详细如下:一是,在网络的接
口电路层面。

因PC机及控制系统的端口对文件传输有着便捷化层面需求,故控
制系统当中需设以太网的接口芯片。

嵌入形式控制系统当中,选定DM9000网络
接口,此芯片有着较快的传输速度,且数据发送极具稳定性,价格低廉。

DM9000
芯片进而主流ARM处理装置以总线方式予以连接,实现各项网络功能。

DM9000所
在CMD端口和S5PV210当中ADDR2端口经由引脚连接。

为确保芯片的引脚数能够
减少,数据线及地址线实行复用方式;二是,在串联的通信电路层面。

针对主控
板及PC的计算机,经串口通信,使得图像轮廓信息数据传输得以实现。

此控制
系统实施串口通信期间,选定SP3232E嵌入形式串口常用芯片,传输速率达
115200bit/s。

此次设计当中控制系统实际传输距离并不是较长,故串口数据线实施数据传输期间,不会影响到传输速度及其稳定性。

串口通信系统模块整个电路情况详见图1;三是,在输出信号的放大电路层面。

因主控板S5PV210当中
I/O引脚所输出电平是3.3V,控制系统当中输入电压的最低值则是5V,考虑到3.3V对驱动装置来说驱动能力明显不足,故需设驱动电路。

此控制系统,其主要是借助弱电对强电予以控制,所以,选定缓冲芯片针对输出端予以有效隔离,防止信号会干扰到整个的控制系统有效运行。

此外,选定74HC244芯片,使得3.3V 至5V转换得以实现。

图1串口通信系统模块整个电路情况示意图
2.3.2在系统软件部分
此次所设计的控制系统软件分以两部分位置,即依托PC端实施图像处理部分,以S5PV210作为核心主控板部分。

依托主控板及PC端实现数据通信,该主控板负责接收源自PC端相应的轮廓信息,解析数据后,实施插补量的计算,激光切割的系统平台当中切割任务即可完成。

激光切割控制系统,其与PC、主控板相结合,主控板搭载着Linux嵌入形式操作系统,可便捷化地接收所需数据信息[3]。

那么,针对串口通信层面,即ARM主控及PC机相互间实施数据通信。

串口传输的图像轮廓相关信息数据传输至主控装置当中,便可实现运动控制。

此外,针对人机界面之下,用户可采集并处理图像。

用户操作期间,依托工业相机针对图像实施采集,还可选取相关已有照片,对图像统一实施预处理,再对边界轮廓予以提取操作,实施多边形的有效拟合,获取到待激光切割的切割装置相应操作
路径,通过人机界面的合理化设计期间,需考虑到用户实操直观性及使用便捷性,便于达到良好的设计应用效果。

通过人机交互操作界面的合理设计,使得操作者
能够实时监督整个控制系统,随时修改或设置相应参考,达到人机交互良好控制
运行目的。

2.4在提取图像轮廓实施流程层面
识别目标源相应图像、轮廓提取,均应当考虑加工期间实际情况,故此次这
电脑PC机部分,借助USB摄像头针对待切割处理实物实施图像采集,对图像开
展灰度化及滤波、提取轮廓及拟合等各项操作。

那么,针对执行拟合整个过程当,因考虑到会有特殊情况出现,即p(i-1),p(i+1),p(i+1)三个不同像素
点位于共线状态情况下,像素p(i)此时权值为0,借助像素点p(i-1)及p
(i+1)来表示曲线,故可直接选取0权值各个像素点。

先对边界轮廓位置像素
点权值予以计算,对所有权值和预设弦高值TH实施对比分析比较,倘若高于所
设弦高值,则图像总体的预处理得以顺利完成。

那么,针对此次图像轮廓总体处
理流程详见图2。

图2提取图像轮廓具体流程示意图
2.5在运动控制层面
针对主控板部分运动控制,内设加减速控制及插补各项系统功能。

为确保加工精度能够提高,且系统后期的使用寿命得以延长,使X、Y轴上面运动整个过程务必要满足协调性需求,确保激光切割实操过程当中,设备不会有失步情况产生,达到良好的运动控制实施目的。

3、结语
综上所述,为更好地以机器视觉为基础开展激光切割控制系统相关开发设计工作,则需广大设计者能够结合具体的需求情况,设计好系统的总体架构,并积极开展嵌入形式Linux的系统平台、嵌入形式激光切割控制系统硬件及其软件,提取图像轮廓实施流程及其运动控制等设计工作,以确保所开发设计以机器视觉为基础开展激光切割控制系统,其可实现对激光切割整个过程高精度、高效率化的控制。

参考文献:
[1]魏丽军,张钛,刘强,等.一种基于机器视觉的异形零件的激光切割方法及系统,CN114239958A[P].2022.
[2]张久超,徐晓光,郝旭耀,等.基于机器视觉的数控加工单元系统研究[J].鸡西大学学报,2022,022(001):67-74.
[3]胡石,常宽,王旭升,等.一种基于机器视觉的产品生产线自动控制系
统,CN114895634A[P].2022.。

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