ALTAMI STUDIO CONTOUR
磨床光电系统控制软件
注解
为圣彼得堡精密机床厂（SPb ZPS LLC）实施了开发Altami Studio Contour定制软件的项目。 该软件旨在控制现代光电子系统，用于在监视器上显示加工轮廓（机器工作区域），而不是传统的工作操作眼控。
以前过时的轮廓渲染系统是基于在半透明描图纸上绘制轮廓以及随后将该轮廓光投影到机器的工作区域上的费力手动过程。 考虑到较大的尺寸，需要在描图纸上仅画出一小部分工作轮廓，并且在处理之后再次用另一部分轮廓的新片替换描图纸。
通过将该DFX / DWG形状应用于从数码相机记录的砂轮和工件的实时视频，新系统将CAD导入的轮廓渲染到宽幅监视器上。 Altami Studio Contour软件设计用于现代化3951V-VT光学仿形磨床的硬件 – 软件复合体。
内容
项目目标
Altami Studio Contour的详细要求
项目实施
项目实施功能
怎么运行的
规范
项目的业务成果
项目目标
开发Altami Studio Contour专业软件，可以在显示器上直观显示CAD导入轮廓，实时显示工件高分辨率视频流和切割工具边缘。 开发应用功能，帮助机器操作员校准卡尺，以数字形式定义和显示其在显示器上的线性和角度运动。 支持从Autocad或类似CAD软件导入的轮廓图文件。
项目任务如下：
- 在最常见的CAD格式中从CAD导入的工件轮廓监视器上可视化，实时叠加工件视频和切割工具，并考虑缩放设置;
- 显示机床工作台坐标，卡尺和导入轮廓的旋转角度;
- 为导入的工件轮廓创建算法和控制，以覆盖工件的实时视频;
- 实现进口轮廓和机床工作台与工件的同步运动;
- 实施软件转化为3951V-VT光学仿形磨床。
Altami Studio Contour的详细要求
该项目的任务是应用基于摄像机和计算机的电子系统以及定制开发的Altami Studio Contour软件，根据CAD绘图轮廓可视化和控制研磨工件的过程。 专门的软件基于Altami Studio的一般程序包，并为此项目特别开发了附加模块。
Altami Studio轮廓功能要求：
- 以DXF / DWG格式从文件存储导入轮廓;
- 在显示器上支持实时数码相机视频流;
- 将导入的轮廓叠加到高分辨率视频图像;
- 改变导入轮廓的视觉设置;
- 卡钳/机台的直线运动传感器的支持和轮廓的运动与传感器数据的同步;
- 在监视器上选择砂轮的轮廓，并将轮轮廓的角运动与来自传感器的数据同步;
- 在背景模式下显示虚拟工件;
- 显示的工作区域内图像的黑/白转换;
- 对系统镜头进行编程控制;
- 管理数码摄像机设置;
- 计算机器工作区内的线性测量值;
- 以坐标系显示/隐藏十字线的形式显示附加视觉元素，以任意定义的角度穿过原点的斜线，以原点为中心的任意指定直径的圆。
项目实施
在项目实施过程中，Altami团队遇到了需要调整之前为设备开发的硬件和功能，包括传感器，卡尺，机床台，砂轮，镜头和灯具的特性。 在以下软件模块中实现了Altami Studio Contour的几个发展阶段：
1. 数据处理模块通过PCI总线将数据从传感器发送到PC。
开发了一个扩展模块，用于读取机器上传感器的线性移动值，并使用它们计算控制监视器上轮廓图像的线性移动。
2. 文件格式转换器模块从DWG / DXF转换为Altami Studio矢量格式。
超快速文件格式转换器是为了将DWG / DFX图纸转换成Altami Studio的内部矢量格式而开发的。 当工件磨削时，软件允许使用DWG / DFX格式的图纸，并将工件轮廓“覆盖”到砂轮切削刃的视频图像上。 此功能对于处理不适合机器镜头的单个视野的大型工件非常有用。 这可以防止丢失处理精度。
3. 轮廓模块在显示器上移动。
开发了一个软件模块，根据机器传感器控制监视器上轮廓图像的移动。
4. TCZR072镜头的控制模块。
开发了数码镜头的软件管理模块（分辨率的变化，当前变焦的计算）。 操作员可以在应用程序中指定一个缩放，而无需使用镜头本身的控件（如在早期版本的机器中）。
5. 自动校准模块用于镜头光轴位移。
开发了镜头光轴偏移补偿模块。 如果没有补偿，光轴值的偏移可能会高达20至40μm，这可能会导致工件磨削时的精度损失。
6. 自动缩放校准。
该模块允许根据机器传感器正确地移动显示器上的轮廓。 它计算摄像机和传感器的校准系数（计算物体图像比例因子）。
7. 图像上砂轮的轮廓形成模块。
该模块使机器能够在显示器上获得砂轮边缘的清晰轮廓，并根据机器传感器的移动来移动它。 此外，该模块允许在移动机器的卡尺时计算监控器上砂轮图像的角运动。 该模块解决了由于砂轮的垂直振荡（振动运动）而导致监视器上的砂轮图像轮廓模糊的问题。
8. 二值化自动标定模块的开发。
为了在监视器的位图图像中从背景（工件，砂轮）中直观地定义物体的边界，开发了图像转换模块以将半色调图像转换成黑白图像。 校准算法根据相机设置和较低背光的亮度自动计算参考对象边框的位置。 该模块允许在设置机器的光学系统时最小化二进制图像的校准时间。 这使机床操作员能够精确确定在研磨过程中工件与从DWG / DFX文件导入的轮廓相匹配的程度。
项目实施功能
在Altami Studio Contour软件开发过程中，已经完成了分析工作来研究主题领域（精密磨床 – 工具生产）的具体情况。 如果使用DFX / DWG文件中的图纸（轮廓），会影响磨床上工件加工精度的因素。
实施该项目遇到的困难以及如何通过阿尔塔米队解决问题的方法如下：
1. 镜头光轴的位移。
镜头变焦的每次移位都会导致光轴在小距离上发生不可预知的移动。 该偏移导致磨削精度出错。 为了纠正这个问题，开发了一种软件算法来测量轴的移动并反映这个错误。
2. 轮廓图像移动的校准。
如果仅基于镜头缩放护照值，屏幕上轮廓移动的计算会产生错误。 使用现有的机床（精密线性运动传感器）开发了软件校准算法。
3. 计算用于在显示器上移动卡尺和砂轮轮廓的角度参数。
根据项目规格，最初假设计量卡钳机和砂轮的角运动将使用手动机械指示器进行。 在测试过程中，机器操作员认为这种方法很难理解，因为需要进行大量测量来执行校准（安装机械传感器，在软件应用程序中输入正确的语句）。 使用图像处理工具和内置卡尺角运动传感器实现了新的校准方法。 建议的方法显示出良好的准确性，因为角度由几个角分钟的误差确定，这足以完成任务。
4. 自动图像二值化算法。
当测试算法时，发现操作员难以确定监视器上的工件的确切边界，因为边界由平滑的半色调过渡表示。 二值化算法被开发用于自动将灰度半色调图像转换为“黑白”灰度图像，这种转换使得更容易对照理论轮廓对加工后的工件进行图像验证。所开发的自动二值化方法将人工成本和 此操作的时间，允许在监视器上高精度地显示图像。
规范
- 1. 基于Intel Core i3 3 GHz或更高性能的PC。 可选的以太网或Wi-Fi网络适配器。
- 2. 21英寸或类似的显示器。
- 3. Altami Studio Contour软件。
- 4. 该机器的光电系统包括带TCZR072远摄镜头的摄像机，线性运动传感器和用于将传感器数据传输到Altami Studio Contour程序的941-PCI-G2 PCI适配器，两个定向LED照明光源（低和高）。
项目的业务成果
该图显示了打开二值化的屏幕片段，结合工件和CAD导入的轮廓（蓝线），其工作部分的光栅图像叠加在砂轮的视频图像上（带绿色的绿色区域 边境）。 屏幕中央有横向的红色垂直和水平线。
由Altami Ltd提供的带有光电子系统的Altami Studio Contour软件与SPb ZPS LLC联合开发，可以完全替代光学仿形磨床的过时光学系统，并创建一个新的3951V-VT机器。
- 现在根据从CAD系统直接输入的数字轮廓来处理工件。 这样可以在不同的放大倍数下对描图纸上的多个轮廓碎片进行手工绘制，或者至少将这些碎片打印在绘图仪上。 这降低了生产准备的成本，资格要求和员工数量。
- 将视觉元素作为CAD导入轮廓和虚拟工件的应用，结合加工工件的视频图像和车轮的视频图像，可以实现高精度磨削，减少机器操作员的眼睛疲劳。
- 现代高分辨率摄像机允许将顶灯和底灯的功率降低数倍，并应用SPb ZPS LLC设计的LED照明。
Altami Studio Contour带来了以下附加服务功能：
- 在不使用CAD导入文件的情况下，使用简单轮廓执行虚拟处理;
- 显示后续精加工操作的余量;
- 安装机器和修理机器时简化配置和校准。
结果，3951V-VT光学仿形磨床的加工性能与使用过时的纸图显示轮廓的类似机型相比大大增加了。 通过排除纸相的手动绘图和自动校准机器卡尺，使机器准备运行的速度增加了很多倍。
有关行业计算机视觉系统开发的更多信息，请联系Altami。