專利名稱：異型玻璃加工圖形定位方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于玻璃深加工領(lǐng)域，針對鉆孔、磨邊等玻璃深加工行業(yè)中異型玻璃定位 問題，提出一種通用的異型玻璃圖形定位方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
玻璃深加工行業(yè)中異型玻璃定位問題是當(dāng)前玻璃深加工系統(tǒng)中急需要解決的共 性問題。傳統(tǒng)的異型玻璃定位方法是通過人眼觀察手動定位或預(yù)制大量的加工模板作 為定位輔助工裝，這些定位方法存在加工誤差大、工效低、勞動強(qiáng)度高等缺點。目前 尚未檢索到一種針對異型玻璃加工有效的定位解決方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種異型玻璃圖形定位方法及 系統(tǒng)，基于現(xiàn)有的玻璃專用加工平臺，采用本發(fā)明提供的方法及系統(tǒng)，根據(jù)加工需求 對現(xiàn)有系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置(玻璃鉆孔機(jī)、玻璃磨邊機(jī)、及其多種組合加工單元)， 通過異型玻璃輪廓掃描、輪廓數(shù)據(jù)濾波、輪廓曲線擬合、圖形匹配技術(shù)實現(xiàn)異型玻璃 自動定位功能。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是
異型玻璃理論輪廓圖形信息獲取
本發(fā)明中異型玻璃理論輪廓圖形信息來自于DXF文件。DXF文件是一種ASCII碼 文本文件，主要用于與其它CAD系統(tǒng)及用戶應(yīng)用程序間的圖形信息交換，完整的DXF 文件由六個段和結(jié)束標(biāo)志組成。 一般情況下，段的前后順序不能改變。每一個段由若 干個組構(gòu)成，每個組占兩行。第一行為組的代碼，由自然數(shù)構(gòu)成；第二行為組的值， AutoCAD將代碼稱為組碼，代碼關(guān)聯(lián)的值稱為組值。常用組碼的含義是固定的，但有 些組代碼會因表達(dá)環(huán)境的不同而有不同的含義，分析時需要根據(jù)不同的段和不同的表 達(dá)而判斷。
異型玻璃理論輪廓圖形為平面二維圖形，不需要顏色和圖層等信息，只需提取異 型玻璃在加工位圖形的布局信息，即圖形的坐標(biāo)值，故在獲取異型玻璃理論輪廓圖形 信息時只需提取DXF圖形元素的幾何信息實體部分，其他段可予以忽略。DXF文件各 段由"0" "SECTION"開始，以"0" "ENDSEC"結(jié)束。在編寫DXF文件信息提取 處理程序時可忽略了未定義的組碼，且對圖元中的組碼次序沒有做任何規(guī)定限制，按此方法編寫的程序也比較容易針對AutoCAD的后續(xù)版本做相應(yīng)調(diào)整。
異型玻璃理論輪廓圖形信息預(yù)處理
DXF文件中實體圖形的描述是按照AutoCAD內(nèi)部規(guī)定來進(jìn)行的，大部分不符合 異型玻璃加工所要求的格式，而且異型玻璃加工一般只有直線和圓弧加工指令，故需 要把實體圖形分解為滿足加工精度要求的直線和圓弧。這里面主要有以下幾方面的工 作1)把圓弧的描述改為起點、終點和圓心，同時要記下圓弧的時鐘走向(從起點 到終點順時針還是逆時針)；2)把多段線(LWPOLYLINE)分解為直線和圓弧。AutoCAD 中的多段線是由相互連接的直線和圓弧構(gòu)成的，必須分解為獨(dú)立的直線、圓弧。需要 注意的是，多段線對圓弧的定義用了一個較為特殊的概念凸度，表示1/4圓弧圓 心角的正切，如果為負(fù)值則圓弧從起點到終點是順時針方向的；3)把橢圓(或橢圓 弧)、樣條曲線用圓弧擬合。
經(jīng)以上分解出的直線和圓弧，排列順序是不確定的，還需按加工要求重新組合。 對于玻璃切割、磨邊等，加工時一般就是沿著玻璃輪廓軌跡連續(xù)進(jìn)行，需要把直線和 圓弧按首尾相連的順序排序。排序過程為按照軌跡優(yōu)化的規(guī)則取出一條曲線(可為 直線或圓弧)作為起始切割線，在剩余線端點中找出與前一條線終點重合的點以及該 點所在的線。如果重合點是找出線的終點，則交換其起點和終點。對于圓弧，則在交 換了起點、終點后還要改變其時鐘走向。然后把前一次找出的線作為當(dāng)前線，搜尋出 它的連接線。如果沒有找到當(dāng)前線的連接線，則表明取出的曲線已經(jīng)構(gòu)成了一個閉合 路徑(可能是玻璃的外輪廓或其中的某個孔的輪廓)，這時重新按軌跡優(yōu)化的規(guī)則從 剩余曲線中找出一條曲線作為下一個閉合路徑的起始切割線，直至把所有曲線排完。
異型玻璃實際輪廓掃描、數(shù)據(jù)濾波、曲線擬合
異型玻璃理論輪廓圖形信息處理完成后，需要采集異型玻璃實際輪廓數(shù)據(jù)(輪廓 掃描)并進(jìn)行曲線擬合，與理論輪廓圖形匹配，以確定玻璃的在機(jī)床上的實際姿態(tài)， 據(jù)此再求取異型玻璃相對各工步的坐標(biāo)及加工余量等。
異型玻璃實際輪廓數(shù)據(jù)采集(輪廓掃描)方法如附圖4所示探針固定在與導(dǎo)軌
平行且過轉(zhuǎn)臺中心線的方向，轉(zhuǎn)臺勻速轉(zhuǎn)動，在相同時間間隔內(nèi)連續(xù)讀取探針位移，
可采集到一組數(shù)據(jù)Oc,., 《)，/ = 0, 1 2,…"，其中少值不變，6是已知的等 差數(shù)列。通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)公式作變換任意點(x,力,繞其中心(Xcenter， Ycenter) 逆時針旋轉(zhuǎn)《角度后，新的坐標(biāo)位置(x; x)，的計算公式為<formula>formula see original document page 6</formula>
對變換后的數(shù)據(jù)(x!, 《')，z' = 0, 1 2,..."進(jìn)行軟件濾波處理，再通過曲
線擬合得出異型玻璃的輪廓外形。軟件濾波采用限幅平均濾波法，它能有效克服因偶 然因素引起的波動干擾，對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高；
數(shù)據(jù)擬合采用最小二乘法，通過最小化誤差的平方和找到一組測量數(shù)據(jù)的匹配函 數(shù)；通過計算異型玻璃輪廓相鄰采集數(shù)據(jù)點連線的斜率變化來確定擬合類型
x+1 一乂'
當(dāng)AK〈0. Ol時，采用線性擬合；當(dāng)AK》0.01時，
采用曲線擬合；
對于確定的一組數(shù)據(jù)<formula>formula see original document page 6</formula>w ，尋求①(x)的類型
<formula>formula see original document page 6</formula>代數(shù)多項式(m〈n)'使2 = S(0"x/) —乂、達(dá)
到最小，需要求出q c2…c^的值，將這個問題轉(zhuǎn)化為求超定方程組的最小二
乘解，此超定方程組可表示為
<formula>formula see original document page 6</formula>
此超定方程組的系數(shù)矩陣-
<formula>formula see original document page 6</formula>
則法方程組A"A C= A"y的解即為超定方程組的最小二乘解。
當(dāng)為直線擬合時，取0>0,:) = <^+c2jc,:;即iif2， (D,(x;)-c;， o2(x;) = x:
<formula>formula see original document page 6</formula>相應(yīng)法方程組為: 當(dāng)為曲線擬合時，
<formula>formula see original document page 7</formula>
相應(yīng)法方程組為:
<formula>formula see original document page 7</formula>
(3)
對采集數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波處理后代入法方程組(3)即可算得擬合函數(shù)的系數(shù)值。數(shù)
據(jù)擬合較有效地克服了觀測隨機(jī)誤差的影響。
圖形匹配
將擬合出的異型玻璃實際輪廓和異型玻璃理論輪廓(CAD圖形)進(jìn)行匹配，得出 實際中的異型玻璃輪廓和異型玻璃理論輪廓(CAD圖形)的嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系。本發(fā)明采 用圖元數(shù)據(jù)比較法進(jìn)行匹配，它是比較圖形中各實體的幾何特征數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確性較高 通過提取異型玻璃理論輪廓(CAD圖形)實體中直線的長度和斜率以及各段圓弧的弧 長和曲率，與異型玻璃實際輪廓數(shù)據(jù)特征進(jìn)行比對，可確定異型玻璃的實際姿態(tài)；也 可通過按單位角度等分CAD圖形，求取各圖元等分點的坐標(biāo)，圖形每旋轉(zhuǎn)單位角度， 就與經(jīng)過同樣轉(zhuǎn)動的玻璃外形輪廓進(jìn)行一次坐標(biāo)位置比對，當(dāng)其誤差的最大值小于某 一給定的最小值時，CAD圖形停止轉(zhuǎn)動，即認(rèn)為此時CAD圖形與玻璃輪廓重合。
根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)步驟
一種異型玻璃加工圖形定位方法，其特征在于
(1) 通過異型玻璃實際輪廓掃描方法進(jìn)行異型玻璃輪廓數(shù)據(jù)采集；
(2) 進(jìn)行異型玻璃實際輪廓數(shù)據(jù)擬合，復(fù)現(xiàn)異型玻璃實際輪廓；
(3) 通過圖形匹配實現(xiàn)異型玻璃實際輪廓與異型玻璃理論輪廓的比對，確定加 工系統(tǒng)中異型玻璃的實際姿態(tài)，完成定位。
上述步驟(1)中所述的異型玻璃實際輪廓掃描方法是異型玻璃置于加工轉(zhuǎn)臺 的旋轉(zhuǎn)吸盤上；輪廓測量傳感器探針固定在與導(dǎo)軌平行且過轉(zhuǎn)臺中心線的方向，并與異型玻璃輪廓邊沿接觸；轉(zhuǎn)臺吸盤吸緊玻璃勻速轉(zhuǎn)動，傳感器探針隨著異型玻璃的轉(zhuǎn) 動沿導(dǎo)軌方向移動，定時讀取傳感器探針數(shù)據(jù)實現(xiàn)異型玻璃實際輪廓數(shù)據(jù)采集。
上述步驟(2)中所述的異型玻璃實際輪廓數(shù)據(jù)擬合算法是將采集來的異型玻 璃實際輪廓數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，數(shù)據(jù)擬合采用最小二乘法，通過計算異型玻璃實際輪廓
乂+1 - Y;
數(shù)據(jù)相鄰采集點連線的斜率變化來確定擬合類型斜率A/^ -^ 當(dāng)AK 〈O.Ol時，采用線性擬合方程組<
當(dāng)AK ^).01時，采用曲線擬合方程組,
<formula>formula see original document page 8</formula>
根據(jù)上述數(shù)據(jù)擬合算法完成異型玻璃實際輪廓的提取。
上述步驟(3)中所述的圖形匹配算法是采用圖元數(shù)據(jù)比較法進(jìn)行圖形匹配， 它是比較圖形中各實體的幾何特征數(shù)據(jù)通過提取來自異型玻璃理論輪廓中直線的長 度和斜率以及各段圓弧的弧長和曲率，與異型玻璃實際輪廓的幾何特征數(shù)據(jù)進(jìn)行比
對，即可確定異型玻璃的實際姿態(tài)，定位完成。
一種異型玻璃圖形定位系統(tǒng)，應(yīng)用于上述方法，其特征在于一個測量單元經(jīng)一個 計算單元連接一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述計算單元連接異型玻璃DXF文件庫，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu) 連接鉆孔設(shè)備、磨邊設(shè)備和拋光設(shè)備。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點
1. 實現(xiàn)異型玻璃實際輪廓的準(zhǔn)確檢測和圖形快速定位，解決了傳統(tǒng)定位方法存 在加工誤差大、工效低、勞動強(qiáng)度高等缺點。
2. 采用軟件濾波法，有效克服因異型玻璃輪廓測量點位置等偶然因素引起的波 動干擾，對周期性干擾有良好的抑制作用，圖形曲線平滑度高。
3. 采用將復(fù)雜圖形分割為微小直線段來處理，簡化圖形自動定位過程中進(jìn)行圖 形旋轉(zhuǎn)平移的數(shù)據(jù)計算。
本發(fā)明思路簡潔高效、使用方便，能大大提高異型玻璃生產(chǎn)加工效率。而且適用 范圍廣，它不局限于玻璃深加工行業(yè)上，經(jīng)過較小的改動，可以應(yīng)用于相似控制功能 的系統(tǒng)。


圖1是異型玻璃圖形定位方法程序框圖； 圖2是異型玻璃圖形定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖3是異型玻璃圖形定位系統(tǒng)框圖； 圖4是異型玻璃圖形定位測量原理； 圖5是異型玻璃圖形定位轉(zhuǎn)臺及導(dǎo)軌裝置側(cè)視圖 圖6是異型玻璃磨削加工軟件框圖；
具體實施例方式
本發(fā)明得一個優(yōu)選實施例結(jié)合

如下
參見圖l，本異型玻璃圖形定位方法的操作步驟如下
(1 )通過異型玻璃實際輪廓掃描方法進(jìn)行異型玻璃輪廓數(shù)據(jù)采集；
(2) 進(jìn)行異型玻璃實際輪廓數(shù)據(jù)擬合，復(fù)現(xiàn)異型玻璃實際輪廓；
(3) 通過圖形匹配實現(xiàn)異型玻璃實際輪廓與異型玻璃理論輪廓的比對，確定加 工系統(tǒng)中異型玻璃的實際姿態(tài)，完成定位。
參見圖2，本異型玻璃加工圖形定位系統(tǒng)是一個測量單元1經(jīng)一個計算單元2連
接一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)3，計算單元2連接異型玻璃DXF文件庫4，執(zhí)行機(jī)構(gòu)3連接鉆孔設(shè) 備5、磨邊設(shè)備6和拋光設(shè)備7。在圖3中示出計算單元2內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。 異型玻璃圖形定位詳細(xì)加工程序如下
1) 如附圖5所示，首先異型玻璃置于加工轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)吸盤上；輪廓測量傳感器 探針固定在與導(dǎo)軌平行且過轉(zhuǎn)臺中心線的方向，并與異型玻璃輪廓邊沿接觸；轉(zhuǎn)臺吸
盤吸緊玻璃勻速轉(zhuǎn)動，傳感器探針隨著異型玻璃的轉(zhuǎn)動沿導(dǎo)軌方向移動，定時讀取傳 感器探針數(shù)據(jù)實現(xiàn)異型玻璃實際輪廓數(shù)據(jù)采集?？傻玫揭唤M數(shù)據(jù)
(x'， y，《)，Z = G， i 2，…"，其中少值不變，^是已知的等差數(shù)列，以此采樣
一系列的測量點數(shù)據(jù)，測量原理如圖4所示。
2) 通過對異型玻璃實際輪廓測量數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件濾波、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后確定擬合類型
后，再將濾波后的數(shù)據(jù)代入相應(yīng)的公式進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合得到異型玻璃實際輪廓。
3) 將擬合出的異型玻璃實際輪廓與通過DXF接口導(dǎo)入的CAD理論圖形進(jìn)行圖形 匹配，確定異型玻璃位于轉(zhuǎn)臺的實際姿態(tài)與異型玻璃理論圖形在設(shè)計坐標(biāo)系位置的對 應(yīng)關(guān)系，完成圖形定位。
異形玻璃鉆孔加工詳細(xì)軟件框圖如圖6所示。
權(quán)利要求
1. 一種異型玻璃加工圖形定位方法，其特征在于該方法的具體操作步驟如下a.通過異型玻璃實際輪廓掃描方法進(jìn)行異型玻璃輪廓數(shù)據(jù)采集；b.進(jìn)行異型玻璃實際輪廓數(shù)據(jù)擬合，復(fù)現(xiàn)異型玻璃實際輪廓；c.通過圖形匹配實現(xiàn)異型玻璃實際輪廓與異型玻璃理論輪廓的比對，確定加工系統(tǒng)中異型玻璃的實際姿態(tài)，完成定位。
2. 根據(jù)權(quán)利1所述的異型玻璃加工圖形定位方法，其特征在于步驟(1)中所述的異 型玻璃實際輪廓掃描方法是異型玻璃置于加工轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)吸盤上；輪廓測量傳 感器探針固定在與導(dǎo)軌平行且過轉(zhuǎn)臺中心線的方向，并與異型玻璃輪廓邊沿接觸； 轉(zhuǎn)臺吸盤吸緊玻璃勻速轉(zhuǎn)動，傳感器探針隨著異型玻璃的轉(zhuǎn)動沿導(dǎo)軌方向移動， 定時讀取傳感器探針數(shù)據(jù)實現(xiàn)異型玻璃實際輪廓數(shù)據(jù)采集。
3. 根據(jù)權(quán)利1所述的異型玻璃加工圖形定位方法，其特征在于步驟(2)中所述的異 型玻璃實際輪廓數(shù)據(jù)擬合算法是將采集來的異型玻璃實際輪廓數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合， 數(shù)據(jù)擬合采用最小二乘法，通過計算異型玻璃實際輪廓數(shù)據(jù)相鄰采集點連線的斜率變化來確定擬合類型斜率a/: = |& - am| =當(dāng)AKO.01時，采用線性擬合方程組<<formula>formula see original document page 2</formula>當(dāng)<formula>formula see original document page 2</formula>時，采用曲線擬合方程組,其中AK:斜率變化；A-相鄰采集點連線的斜率；A， J;:極坐標(biāo)經(jīng)直角坐標(biāo)變換和旋轉(zhuǎn)變換后的坐標(biāo)值；C,、 C2、 C3:擬合系數(shù)；n:采集數(shù)據(jù)個數(shù)； 根據(jù)上述數(shù)據(jù)擬合算法完成異型玻璃實際輪廓的提取。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的異型玻璃加工圖形定位方法，其特征在于步驟(3)中所述的圖 形匹配算法是采用圖元數(shù)據(jù)比較法進(jìn)行圖形匹配，它是比較圖形中各實體的幾 何特征數(shù)據(jù)誦.過提取來自異型玻璃理論輪廓中直線的長度和斜率以及各段圓弧的弧長和曲率，與異型玻璃實際輪廓的幾何特征數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，即可確定異型玻 璃的實際姿態(tài)，定位完成。
5. 一種異型玻璃加工圖形定位系統(tǒng)，應(yīng)用于根據(jù)權(quán)利要求1所述的異型玻璃加工圖 形定位方法，其特征在于一個測量單元(1)經(jīng)一個計算單元(2)連接一個執(zhí)行 機(jī)構(gòu)(3)，所述計算單元(2)連接異型玻璃DXF文件庫(4)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3) 連接鉆孔設(shè)備(5)、磨邊設(shè)備(6)和拋光設(shè)備(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種異型玻璃加工圖形定位方法及系統(tǒng)。本方法的操作步驟是(1)通過異型玻璃實際輪廓掃描方法進(jìn)行異型玻璃輪廓數(shù)據(jù)采集；(2)進(jìn)行異型玻璃實際輪廓數(shù)據(jù)擬合，復(fù)現(xiàn)異型玻璃實際輪廓；(3)通過圖形匹配實現(xiàn)異型玻璃實際輪廓與異型玻璃理論輪廓的比對，確定加工系統(tǒng)中異型玻璃的實際姿態(tài)，完成定位。本系統(tǒng)是一個測量單元經(jīng)一個計算單元連接一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，計算單元連接異型玻璃DXF文件庫，執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接鉆孔設(shè)備、磨邊設(shè)備和拋光設(shè)備。在現(xiàn)有的加工系統(tǒng)上，采用本發(fā)明提供的方法及系統(tǒng)，根據(jù)加工需求對現(xiàn)有系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置(玻璃鉆孔機(jī)、玻璃磨邊機(jī)、及其多種組合加工單元)，可實現(xiàn)異型玻璃自動定位功能。
文檔編號G05B19/4097GK101281403SQ200810037039
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月7日
發(fā)明者勝 劉, 盧印川, 裴玲玲, 帥 郭, 陸敏杰, 顧旭瑩 申請人:上海大學(xué)