基于单片机异形曲面在线检测系统的研究

　　0 引言

　　随着三维设计软件常利用对系统模拟优化分析、路况的反馈和理论的计算，能够设计出高水平曲面异形线和截面，以及工艺的问题。加之机床的性能越来越高，使得异形曲面的机械在线加工得到广泛的运用与实现，因此，对异形曲面的在线检测显得越来越重要。由于测量设备及检测的手段不同，可以设计出各种不同的测量方案，但是哪种设计方案能最经济地保证测量精度要求，从而达到设计的目的，是测量设计必须研究的问题。

　　1 系统设计思想及基本算法

　　1.1 三维异面设计思想

　　基于对异形面加工精度高，且要解决在微机上通过摄影构造一个表现复杂的三维图模型问题，该模型应该满足以下条件：保值性好，以保证表现出的摄影的直观效果图符合客观实际情况；模型应得到庞大的数据量能在主控芯片上处理；能处理不规则的异面曲面的边缘像素问题；处理好因摄像头位置的放置产生的消隐问题。

　　为满足上述问题，本设计采用电荷耦合器件与光学器件对异面进行摄像测量，并将光电测量的通过单片机进行处理，其工作过程是将测量异性曲面置于均匀照明的可控背景前，将图像采集到单片机系统中，按照一定的算法计算出其异性曲面的几何参数，将其处理、显示和存储，其测量系统系统组成如图1所示。

　　1.2 检测图像边缘像素的处理

　　在机床对曲面的在线加工过程中，对曲面模型的构建时，不仅要处理规则区域，而且还能够处理不规则边缘问题，由于测量异形曲面图像边缘附近的亮度变化较大，所以可以把那些在邻域内，灰度变化超过某个适当阈值TH的像素点当作边缘点。以该点做平行截面，由于构建截面保值性好，连接光滑，与坐标系的选择无关系的曲线来拟合，故采用分段参数三次曲线，整体到二阶导矢连续曲线。同时，由于曲线边缘的阀值无法进行中心平滑，只能采用非对称滑动平均法来补充数据。

　　假设动态平滑阀值数据yk来说，对于时间序列xk（xk为动态动态检测数据时间序列，k=1,2,3,…，n），取m 个相邻数据进行加权平均，获得的数据平滑后序列总平滑数m 的正整数，要求p+q+1=m.对边缘阀值点，假设m=5 则取前端5 个值或后端5 个值与前系数乘积求y1y2或ynyn-1且yn与y1;yn-1与y2的权系数相同，见表1.

　　2 模块设计

　　2.1 主动实时自动检测系统其过程CCD实时采集视频数据传送到视频图像处理器，并将其模数处理，通过数据总线传输到主控芯片处理结果，如图2所示。

　　2.2 软件设计与算法优化的实现

　　由于考虑软件的实用性，即软件的性能满足生产的实际需要，以及软件的运行环境（硬、软件）应符合实际条件，本系统采用数值的稳定算法，以提高计算结果的精确性；采用模块化设计方法，便于程序的维护、调试、可读性以及合理性，提高软件的开发效率；正确、适当地运用程序设计技巧以提高程序的运算速度、减少运算误差和提高运算的可靠性；根据系统的特点，采用高级语言与低级语言搭配，即整个系统的控制以及数字图像处理是用C程序实现，这无疑提高了程序的可读性和可移植性，而汇编程序主要是实现系统的各部分接口的初始化。为了改进上述的不足，在深入研究处理系统和算法后，针对硬件结构特点，研究适合在硬件中高效运行的改进算法，满足实时处理的要求。其程序流程如图3所示。

　　3 结语

　　可以看出，该系统投资少，自动化程度高，实用性强，操作简便，既提高了异型曲面的检测精度又满足实时性、经济性能要求，同时降低了生产、研究成本，提高了生产和工作的效益。