嵌入式全自动刀具预调测量平台的研究

摘要

刀具预调测量仪是加工中心和数控机床等大型加工设备必要的辅助设备。随着数控机床、加工中心等加工设备在我国使用量越来越大,使得能够测量刀具参数的刀具预调测量仪的需求也日益增加。但国内生产的刀具预调测量仪与世界先进的刀具预调测量仪仍有较大差距。主要体现在图像采集方式、测量精度和操作性能方面。这就直接影响了机床在工件加工时的生产效率。
　　刀具预调测量平台是刀具预调测量仪完成刀具参数测量任务的主要结构，也是国内刀具预调测量仪与世界先进水平差距所在。国外先进水平测量平台基于机器视觉，不仅能够自动识别刀具刃口形状进行测量，还能够自动跟踪刀具边缘进行刀具边缘跟踪，寻找刀具刃口，测量刀具关键参数，并且带有可以和工件加工设备通讯的接口，将测量到的刀具参数直接上传给工件加工设备，用于设备原点参考。但是这种刀具预调测量平台运动控制普遍采用了通过PCI或ISA扩展在PC机或工控机上成型的运动控制卡的形式。
　　由于具有机器视觉的光电式刀具预调测量平台自动化程度高、可测量的刀具参数多等优点。国内刀具预调测量仪生产厂家纷纷研制。目前为止，已经有几家国内生产厂家推出了基于机器视觉的刀具预调测量平台，并已将产品投放市场。国内刀具预调测量平台虽然完成了光学投影向机器视觉图像采集式的迈进，但仍没有厂家推出能够自动跟踪刀具刃口的全自动刀具预调测量平台。
　　本课题研究的关键技术，就是针对现有的国内具有自主知识产权基于机器视觉的光电式刀具预调测量平台进行改造，将嵌入式运动控制器加入测量平台，提高国产刀具预调测量仪自动化程度，缩小国内该行业与世界先进水平之间的差距。本研究主要完成以下工作：
　　1.对比了嵌入式运动控制方案，完成了嵌入式全自动刀具预调测量平台总体结构设计，分析了测量平台系统的组成、各组成部分的作用，并且给出了平台各部分的具体需求。
　　2.分析了运动控制模型组成，设计了全自动刀具预调测量平台运动控制模型，并给出完整的自动运动控制流程。
　　3.介绍了基于机器二维视觉检测技术的刀具预调测量平台上位机系统。搭建实验室环境下可供调试程序的实验平台，设计了运动控制命令形成、发布机制。提出了应用灰度模型理论预测刀具边缘变化趋势的方法，并进行了误差分析。
　　4.完成嵌入式运动控制器的设计，并给出运动控制芯片MCX314AS与其他设备的接口方案。
　　5.研究了嵌入式实时内核μC/OS-Ⅱ系统的架构，并将μC/OS-Ⅱ内核成功移植到S3C2410芯片上。针对运动控制芯片MCX314AS编写嵌入式操作系统驱动程序，提供设备接口函数。
　　6.对比分析了电机驱动控制解决方案，并提出了使用定速驱动和S曲线驱动相结合的方式进行电机控制。分析了各种驱动情况下，电机速度、加速度与时间的关系。

目录

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目录

第一章 绪论

§1-1 课题提出的背景

§1-2 刀具预调测量仪原理

§1-3刀具预调测量平台的种类

§1-4本课题研究的主要内容

§1-5本章小结

第二章 嵌入式全自动刀具预调测量平台总体方案

§2-1全自动刀具预调测量平台机械结构

§2-2系统功能需求及指标分析

§2-3 本章小结

第三章 全自动运动控制的实现

§3-1 自动运动控制概述及特点

§3-2 运动控制系统结构

§3-3 运动控制流程

§3-4 自动运动控制实现的关键技术

§3-5 本章小结

第四章 上位机图像数据处理及运动控制命令发布

§4-1 数字图像预处理

§4-2 图像分割方式

§4-3 运动控制命令发布

§4-4 本章小结

第五章 嵌入式运动控制器的设计

§5-1 嵌入式运动控制器组成

§5-2 嵌入式操作系统定制

§5-3 运动控制芯片驱动程序设计

§5-4 本章小结

第六章结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果