2017年第6期
CNCSeminar数控专栏
基于机器视觉的开放式复杂轮廓曲线磨削数控系统
陈禺许黎明蒋振辉胡一星范帆（上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240）
摘要：介绍了一种数字化曲线磨削的工作原理，提出了基于机器视觉的开放式复杂轮廓曲线磨削数控系
统的设计方法，建立了开放式数控系统的硬件和软件结构，分析了数控系统的多线程机制、人机交互与图像处理融合、基于虚拟轴的加工误差补偿等重要特征，最后试验验证了曲线轮廓轨迹控制和误差补偿的可行性。
关键词：运动控制；曲线磨削；机器视觉；开放式数控系统
中图分类号：TH161
文献标识码：A
DOI:10.19287/j.cnki.10052402.2017.06.033
CNCsystemforprofilegrindingmachinebasedonmachinevision
CHEN Yu,XULiming,JIANGZhenhui,HU Yixing,FANFan
(School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, CHN)
Abstract : Based on the introduction of a principle of numerical profile grinding method, this paper develops a kind
of open CNC system.The hardware and software structures were constructed. The CNC multithreading mechanism was analyzed. The fusion of numerical control with image processing, and the compensation of machining error based on visual axes were discussed. Finally, the simulation experiments were con-ducted. The results verified the feasibility of the open CNC control system.
Keywords:motion control; profile grinding; image processing; open CNC
随着制造业的快速发展，各种精密复杂的模具、刀具以及其他轮廓曲线类零件的需求量越来越大，如各种精密模具冲头、精密样板、精密平面形及圆形刀具、靠模和成型轮等，这类零件具有硬度高、制造精度要求高的特点，通常由精密磨削完成最后的加工。这类复杂轮廊曲线磨削的典型设备是光学曲线磨床，它利用光学投影放大的原理，在磨削时，将工件的实际磨削影像放大投影到光屏上，并在光屏上将工件被加工后的轮哪与放大图上被放大的理论轨迹作对比，人工检测其加工精度并进行补偿加工。由于光屏显示范围有限，因此，通常都需要分段加工被磨前表面的轮廓。随着机器视觉技术的发展，将加工轮廊通过机器视觉图像检测，并比较理论轮娜轨迹，通过图像处理算法获得实时加工误差，成为新一代数字化曲线磨削技术的研究方向。为此，需要将图像获取、轨迹控制、图像处理和误差补偿等多项关键技术集成在数控系统中，要求数控系统具有很强的开放性。
周祖德]等人基于嵌入式系统，提出了一种基于
嵌人式技术的数控系统硬件和软件体系，能够实现基于通用PC数控系统的所有功能。王孙安[}]等人基于 ARM架构与Linux系统提出类似架构的系统。但上述系统因嵌人式处理器的处理能力有限、接口种类不及PC丰富等原因，不具备实时性高要求场景下的复杂计算处理能力。习俊梅"]基于PC平台和运动控制卡，开发了一款双线程开放式运动控制系统，满足了开放式数控系统加工实时性要求，但线程数低、精度低等原因使其尚不能达到精密加工的要求。GMMarti-nov[4]等针对超大零件的精密加工，开发了基于AxiO-MA控制系统的数控系统，整体使用了以太网总线，解决了加工实时性和精度的问题，但系统核心不具备开放性。陈光胜(5)等人在充分分析了Windows平台实时性特点后，提出了全软件式的、基于Windows平台的数控系统，并达到了圆度轮廊误差小于±5μm的加工精度，但该系统控制轴数有限并缺乏有效的补偿方式。
开放式数控系统与机器视觉融合方面，袁军杰[6] 等人针对半导体行业研发了基于运动控制器和C++
*国家自然科学基金项目：基于原位测量和补偿的复杂轮廊曲线数字化磨削加工原理和方法的研究（51575350）
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