CN202804246U

CN202804246U - 一种智能钻孔打靶装置

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Publication number: CN202804246U
Application number: CN 201220091415
Authority: CN
Inventors: 何朝霞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2022-03-12

Abstract

本实用新型公开一种智能钻孔打靶装置，钻孔打靶装置包括机架、工作台和控制系统，工作台安装在机架上，工作台和机架之间安装有驱动装置，控制系统控制驱动装置工作，驱动装置带动工作台运动。本实用新型还通过计算机并行端口作数字I/O的应用，采集数字信号经EM软件处理后，由并口输出实现实时控制，使钻孔速度提高到了0.4秒/孔，精度达到0.005mm，不仅降低了成本，还提高了速度和精度。同时，本实用新型采用图像处理定位算法，求解出识别体的中心坐标，利用计算机并口通讯输入输出建立打靶机控制体系，采用DSP结构实现对打靶机的智能控制，并搭建起运动控制的硬件平台。

Description

一种智能钻孔打靶装置

技术领域

本实用新型公开一种钻孔打靶装置，特别是一种智能钻孔打靶装置。

背景技术

作为一种复杂的智能系统，EM智能钻孔打靶装置主要涉及到计算机图像处理、模式识别、光电传感器感知与计算机信息通讯融合技术、人工智能、自主控制等诸多学科的理论和技术，集中体现了计算机技术和人工智能的最新成果，在工业和军事方面显示出越来越多广泛的应用价值。

现有技术中的EM智能钻孔打靶装置的技术原理为，EM智能钻孔打靶装置是基于单目CCD摄像机采集实时动态视频流，并实时对矩形目标特征提取，基于特征匹配的方法首先提取边缘、角点、纹理等结构作为特征，再与数据库中已训练的图像特征进行匹配等一系列图像处理来自动标定目标体的图像中心坐标，进而定位实际的物理坐标，再通过计算机并口输入输出控制三个关节内的伺服马达联动，模拟人工打孔的动作，而达到对工作件实行实时快速、精准的打孔。该机器人有先进的视觉识别控制系统软件，不需电脑离线编程，只需用鼠标点击一次识别靶型即可完成学习功能，仅需几分钟的简单培训即可操作自如。由图像处理识别控制、自主定位钻孔/冲孔打靶机，因其功能日趋精准化、智能化而被广泛应用于PCB/FPC线路板、仪表视窗面板、手机镜片按键、薄膜开关及铭板标牌等行业。但是，目前所有定位孔打靶机生产厂家都需要采用多轴运动控制卡，且精度最理想只能做到0.015mm，一般是0.020mm或以上，单孔速度是0.6秒以上。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的智能钻孔打靶装置精度低、速度慢等缺点，本实用新型提供一种新的智能钻孔打靶装置，其采用特殊的电路结构，配合特殊的算法，可以大大提高精度和速度。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种智能钻孔打靶装置，钻孔打靶装置包括机架、工作台和控制系统，工作台安装在机架上，工作台和机架之间安装有驱动装置，控制系统控制驱动装置工作，驱动装置带动工作台运动。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的控制系统包括主控装置、输入装置、显示装置、运动控制部分和图像识别部分，输入装置和显示装置分别连接在主控装置上，所述的图像识别部分包括光学照明系统、CCD视觉系统，主控装置驱动光学照明系统对工作区域进行照明，CCD视觉系统采集工作区域内的工件的图像信息，并将图像信息传输给图像识别处理系统，主控装置上连接有运动控制部分，所述的运动控制部分主要包括运动控制系统、光电位置检测装置和X/Y/Z工作台面运动装置，主控装置传输控制信号给运动控制系统，运动控制系统同时控制光点位置模块和X/Y/Z工作台面运动装置。

所述的钻孔打靶装置还包括气动控制系统，主控装置控制气动控制系统运动。

所述的光学照明系统安装在机架上，并照射工作台上的工作区域。

所述的X/Y/Z工作台面运动装置带动工作台运动。

所述的X/Y/Z工作台面运动装置包括X轴运动伺服电机和Y轴运动伺服电机，X轴伺服驱动器驱动X轴运动伺服电机运动，Y轴伺服驱动器驱动Y轴运动伺服电机运动，主控装置传输控制信号给X轴伺服驱动器和Y轴伺服驱动器。

所述的X/Y/Z工作台面运动装置通过25针并口与主控装置连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用Q3HB64MA驱动器、PC并行端口、单目CCD摄像头图像处理定位算法提高了数据传输速度和传输量。本实用新型还通过计算机并行端口作数字I/O的应用，采集数字信号经EM软件处理后，由并口输出实现实时控制，使钻孔速度提高到了0.4秒/孔，精度达到0.005mm，不仅降低了成本，还提高了速度和精度。同时，本实用新型采用图像处理定位算法，求解出识别体的中心坐标，利用计算机并口通讯输入输出建立打靶机控制体系，采用DSP结构实现对打靶机的智能控制，并搭建起运动控制的硬件平台。

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型系统方框图。

图2为本实用新型图像识别定位算法框架图。

图3为本实用新型图像识别定位算法示意图一。

图4为本实用新型图像识别定位算法示意图二。

具体实施方式

本实施例为本实用新型优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本实用新型保护范围之内。

本实用新型主要包括机架、工作台和控制系统，工作台安装在机架上，工作台和机架之间安装有驱动装置，控制系统控制驱动装置工作，驱动装置带动工作台运动。

请参看附图1，本实用新型中的控制系统主要包括主控装置、输入装置、显示装置、启动控制系统、运动控制部分和图像识别部分，输入装置和显示装置分别连接在主控装置上，本实施例中，主控装置采用计算机，输入装置可为键盘、鼠标或触摸屏等，显示装置又称为人机界面，通常为显示屏，或触摸显示屏，用于显示本实用新型的工作状态信息。本实施例中，图像识别部分包括光学照明系统、CCD视觉系统和图像识别处理系统，本实施例中，主控装置驱动光学照明系统对工作区域进行照明，CCD视觉系统采集工作区域内的工件的图像信息，并将图像信息传输给图像识别处理系统，由图像识别处理系统进行图像处理后，发送给主控装置。主控装置上连接有运动控制部分，本实施例中，运动控制部分主要包括运动控制系统、光电位置检测装置和X/Y/Z工作台面运动装置，主控装置由光电位置模块传输位置控制信号给运动控制系统，以控制X/Y/Z工作台面运动装置运动。同时，本实用新型中还包括辅助气动控制系统以配合主控装置控制系统运动。

本实用新型在使用时，配合其设置在本实用新型内的软件系统工作，EM智能钻孔打靶装置目标识别系统内的软件系统包括数据库的建立(即打靶装置常用识别体)、目标跟踪、特征提取等是本实用新型中图像视觉定位的核心。本实施例中，采用的特征提取首先提取边缘、角点、纹理等结构特征，再与数据库中已训练的识别体特征进行匹配，利用图像视觉定位算法求解出识别体的中心坐标，建立其运动控制的基础，利用计算机(即主控装置)的并口通讯作输入输出建立打靶控制，采用DSP结构实现对装置的智能控制，并搭建起运动控制的硬件平台。

本实施例中的智能钻孔打靶装置的视觉图像识别系统中，硬件采用单目CCD视觉传感器，配合图像识别定位算法可实现对加工工件的进行位置识别。本实施例中，图像视觉算法的实现如下：本实施例中，目标识别模块由Harris-SIFT算法、特征匹配、模式识别和识别体数据库构成，它是视觉算法的核心。本实施例中的特征提取的边缘检查是通过霍夫(Hough)变换以实现，任何曲线的霍夫变换检测式可表达为f(x，a)＝0，其中a为参数矢量。参数矩阵P(a)所需要的存储空间大小为K^P，其中P为参数的个数，这种方法应用于检测参数很少的曲线，对于圆：

(x-a)²+(y-b)²＝r² (1.1)

它的参数为半径r，圆心(a，b)，因此设定一个三维参数矩阵P(a，b，r)。圆的霍夫变换检测方法可按下述步骤完成：设(xi，yi)为二值边缘图像的一个候选点，则圆心坐标为(a，b)，半径R，而且经过点(xi，yi)的圆的参数形式如下：

X_i＝a+Rcosθ (1.2)

Y_i＝b+Rsinθ (1.3)

它在参数平面(a，b)上是半径为R的圆，请参看附图3。当X＝(xi，yi)在一个圆周上移动时，利用(1.2)式，(1.3)式可将其映射到参数空间中的一个点上。对二值边缘图像的所有点利用式(1.2)，(1.3)计算(a，b)，r的取值范围为rmin≤r≤rmax(rmin和rmax分别要检测圆的最小和最大半径)，并将矩阵P(a，b，r)中相应的元素加一，最后对矩阵P做阀值处理，便可以检测出图像中的圆。(xi，yi)点处的边缘元素是所有通过半径为R且通过(xi，yi)的圆的切线，请参看附图4。这样就可以将检测范围大大压缩而提高运算效率。

本实施例中的定位算法主要采用图像纹理角向的功率谱分布，在功率谱Pff(R，Q)描述中使用极坐标：

R = \sqrt{W_{1}^{2} + W_{2}^{2}}

Q = \arctan (\frac{W_{2}}{W_{1}})

均值为：

P_{Q} (Q) = {&Integral;}_{0}^{r_{\max}} P_{ff} (R, Q) dr

空间纹理的各向同性，表现为频率域内的环形对称。

由图像分析得出工件的位置信息后，由主控装置进行运动伺服的控制，控制打孔，由图像处理分析得出图像目标体的中心坐标(xi，yi)，采用Q3HB64MA驱动器，其信号端子：PU为正向脉冲信号、DR为反向脉冲信号，要求低电平为0-0.5V，高电平为4V-5V，脉冲宽度大于2.5uS，通过计算机并口端口作数字I/O输入输出频率信号给伺服驱动器X轴、伺服驱动器Y轴精确进行实际物理位移，最后Z轴上升进行打孔。本实施例中，运动控制的硬件平台主要包括：X轴平面定义为X方向，电机#1定义为X轴运动伺服电机运动；Y轴平面定义为Y方向，电机#2定义为Y轴运动伺服电机运动；中心孔位定义为Z轴，其孔中心装置了高速主轴电机作打孔用。

本实施例中，PC(即主控装置)通过并行端口与运动控制系统进行数据传输，并行端口作数字I/O输入输出的实现及基址定义，数字输入输出就是在程序要求某一个设备的某一开关点开或关，产生高电位或低电位。从计算机的观点来说，低电位就是0.7V以下(逻辑0)，而高电位是2.1V以上(逻辑1)，若电位处在0.7～2.1V时，电位的逻辑状态是不确定的。本实施例中，计算机的标准配备并行端口主要由数据端口(引脚Pin2～Pin9)、状态端口(引脚Pin15、Pin10～Pin13)、控制端口(引脚Pin1、Pin14、pin16、Pin17)及归地引脚GND(引脚Pin18～Pin25)构成，其中的数据端口、控制端口都可以作为数字输出端口，数据端口共8位，控制端口共4位，两个端口可以组成1～12位的任意数字输出端口；状态端口、控制端口也都可以作为数字输入端口，状态端口共5位，控制端口共4位，两个端口可以组成1～9位的任意数字输入端口。

计算机经系统引导后，初始化过程把并行端口分配了不同的数据地址、状态地址和控制地址，如下表一定义：

并行端口编号	数据地址	状态地址	控制地址
				LPT1	0378H	0379H	037AH

本实施例中，运动程序的编写及伺服控制电路的实现，在打靶装置电路控制系统中直接采用了计算机并口与伺服驱动器进行通讯，并接受光电开关的输入。

a、首先，EM控制软件系统中首先定位了并口基地址，即

unsigned short Tem＝0x378，Zem＝0x37a，Lem＝0x379；

对于每个端口调用okOutputByte(port，i)函数给出频率信号，其中port为Tem，Zem，Lem的端口基地址，i为并口bit数据位。

B、在电路箱中各轴电机方向与并口引脚连接接点，使用数据寄存器引脚，如下表二布线：

驱动器接点	X轴并口引脚	Y轴并口引脚	Z轴并口引脚
				电机PU正向	Pin2	Pin4	Pin6
电机DR反向	Pin3	Pin5	Pin7

[0045] 通过如下语句可实现X轴的运动控制：

其中函数Movdis的定义：

X/Y轴归零函数Automin()的定义：

C、电机到位后光电输入信号使用状态寄存器引脚，布线如下表三：

通过如下语句可实现X轴的光电输入反馈：

D、通过变频器控制高速主轴的旋转，使用控制寄存器Pin1引脚：

通过Pin1引脚其控制语句为：

okOutputByte(Zem，4)；//主轴停止

或：okOutputByte(Zem，5)；//主轴启动

其中Zem是控制寄存器基地址0x37ah

对于其他辅助气动控制动作(如将工作件使用压板压下，设备内的除尘等)的完成，则可用控制寄存器引脚的Pin14、Pin16和Pin17，下图九电路所示为压板控制，有Pin14引脚给出电平信号，通过电磁阀的开与关控制气缸的压或升。

相应的Pin14引脚其控制语句为：

okOutputByte(Zem，4)；//压板升起，同主轴停止信号

或：okOutputByte(Zem，6)；//压板压下

其中Zem是控制寄存器基地址0x37ah

同理，对Pin16引脚的控制使用：

okOutputByte(Zem，0)；//启动吸尘

本实用新型采用Q3HB64MA驱动器、PC并行端口、单目CCD摄像头图像处理定位算法提高了数据传输速度和传输量。本实用新型还通过计算机并行端口作数字I/O的应用，采集数字信号经EM软件处理后，由并口输出实现实时控制，使钻孔速度提高到了0.4秒/孔，精度达到0.005mm，不仅降低了成本，还提高了速度和精度。同时，本实用新型采用图像处理定位算法，求解出识别体的中心坐标，利用计算机并口通讯输入输出建立打靶机控制体系，采用DSP结构实现对打靶机的智能控制，并搭建起运动控制的硬件平台。

Claims

1.一种智能钻孔打靶装置，其特征是：所述的钻孔打靶装置包括机架、工作台和控制系统，工作台安装在机架上，工作台和机架之间安装有驱动装置，控制系统控制驱动装置工作，驱动装置带动工作台运动。

2.根据权利要求1所述的智能钻孔打靶装置，其特征是：所述的控制系统包括主控装置、输入装置、显示装置、运动控制部分和图像识别部分，输入装置和显示装置分别连接在主控装置上，所述的图像识别部分包括光学照明系统、CCD视觉系统，主控装置驱动光学照明系统对工作区域进行照明，CCD视觉系统采集工作区域内的工件的图像信息，主控装置上连接有运动控制部分，所述的运动控制部分主要包括运动控制系统、光电位置检测装置和X/Y/Z工作台面运动装置，主控装置传输控制信号给运动控制系统，运动控制系统同时控制光点位置模块和X/Y/Z工作台面运动装置。

3.根据权利要求2所述的智能钻孔打靶装置，其特征是：所述的钻孔打靶装置还包括气动控制系统，主控装置控制气动控制系统运动。

4.根据权利要求2所述的智能钻孔打靶装置，其特征是：所述的光学照明系统安装在机架上，并照射工作台上的工作区域。

5.根据权利要求2所述的智能钻孔打靶装置，其特征是：所述的X/Y/Z工作台面运动装置带动工作台运动。

6.根据权利要求5所述的智能钻孔打靶装置，其特征是：所述的X/Y/Z工作台面运动装置包括X轴运动伺服电机和Y轴运动伺服电机，X轴伺服驱动器驱动X轴运动伺服电机运动，Y轴伺服驱动器驱动Y轴运动伺服电机运动，主控装置传输控制信号给X轴伺服驱动器和Y轴伺服驱动器。

7.根据权利要求2所述的智能钻孔打靶装置，其特征是：所述的X/Y/Z工作台面运动装置通过25针并口与主控装置连接。