專利名稱：一種采用多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種自動(dòng)化機(jī)床的控制裝置。
自動(dòng)化機(jī)床設(shè)備的控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程先后經(jīng)歷了靠模仿形控制、光電跟蹤控制、數(shù)字程序控制三個(gè)階段。在數(shù)字程序系統(tǒng)發(fā)展成熟之前，光電跟蹤控制技術(shù)是采用得最為廣泛的一種。在當(dāng)前的生產(chǎn)實(shí)踐中，作為數(shù)控技術(shù)的重要補(bǔ)充，光電跟蹤技術(shù)有著廣泛的需求和廣闊的發(fā)展前景。光電跟蹤控制自動(dòng)化機(jī)床設(shè)備，是采用光電跟蹤仿型控制技術(shù)來(lái)控制切割軌跡的，光電跟蹤控制系統(tǒng)，根據(jù)光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的方式和原理，主要可劃分為兩種類型一是脈沖相位法；二是光通量比較法；其中脈沖相位法的應(yīng)用比較廣泛。傳統(tǒng)的光電跟蹤控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)如下首先是大多還采用數(shù)字邏輯電路作為核心的控制單元，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用還較少，因此大大限制了跟蹤性能的提高；其次是一些主要的光控系統(tǒng)大都采用機(jī)電方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖線的識(shí)別，其機(jī)械結(jié)構(gòu)、電路、光路系統(tǒng)基本上是專門(mén)研制開(kāi)發(fā)的，通用性較差，易出故障；第三是系統(tǒng)的模擬電路部分易受溫度等外界因素的影響造成工作點(diǎn)漂移，使得跟蹤狀態(tài)不夠穩(wěn)定，同時(shí)電路難于調(diào)節(jié)。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種在工業(yè)PC機(jī)上，采用多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光控裝置。
本實(shí)用新型由拍攝工件輪廓圖線，并生成標(biāo)準(zhǔn)NTSC制式的視頻信號(hào)的CCD攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形圖像處理卡、VGA卡、CPU卡、接口卡和驅(qū)動(dòng)電路組成；所述CCD攝像機(jī)的輸出端接圖形圖像處理卡的一個(gè)輸入端；VGA卡的輸出端接圖形圖像處理卡的另一個(gè)輸入端，圖像疊加卡的輸出端接顯示器的信號(hào)輸入端；所述圖像疊加卡通過(guò)數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB、控制總線CB與CPU相連接；所述接口卡電路包括機(jī)床運(yùn)行速度及圖像疊加卡采樣控制電路；輸入/輸出接口電路；機(jī)床運(yùn)行速度及圖像疊加卡采樣控制電路包括8254計(jì)數(shù)器、74LS123單穩(wěn)觸發(fā)器；8254計(jì)數(shù)器0生成固定頻率的脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器0的輸出端OUT0與系統(tǒng)中斷IRQ10相連接，計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)值由CPU通過(guò)系統(tǒng)加載；當(dāng)OUT0即IRQ10端出現(xiàn)恒定頻率的脈沖信號(hào)，計(jì)算機(jī)程序按此固定頻率調(diào)用INT72的中斷服務(wù)程序；所述單穩(wěn)觸發(fā)器74LS123輸入端接收反映檢測(cè)加工狀態(tài)的脈沖信號(hào)，其輸出端Q與系統(tǒng)中斷IRQ11相連接，每當(dāng)脈沖信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序INT73，控制機(jī)床運(yùn)行；圖像疊加卡的采樣控制電路是由8254的計(jì)數(shù)器1組成；所述計(jì)數(shù)器1的輸出端OUT1與系統(tǒng)中斷IRQ12相連接，計(jì)數(shù)器1產(chǎn)生固定頻率脈沖信號(hào)，控制采樣頻率；所述輸入/輸出接口電路由三部分電路組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出、機(jī)床其他控制量輸出和機(jī)床運(yùn)行速度粗調(diào)輸入；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)由并行接口8255端口A的PA0-PA3輸出，分為兩軸，每軸包括CW和CP兩路信號(hào)；所述的四路信號(hào)是由光電隔離后，經(jīng)過(guò)4050驅(qū)動(dòng)輸出與對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連接；機(jī)床其他控制量的輸出由8255端口B的PB0-PBS輸出，通過(guò)光電隔離，由集電極開(kāi)路門(mén)1413驅(qū)動(dòng)輸出；機(jī)床運(yùn)行速度粗調(diào)輸入電路包括一個(gè)中心頭接地的撥檔開(kāi)關(guān)和8-3線編碼器74LS148，撥檔開(kāi)關(guān)的6個(gè)檔與74LS148的輸入端相連接，編碼器74LS148的輸出端可生成3位信號(hào)，并與8255端口C的PC0-PC2相連接，計(jì)算機(jī)讀取PC0-PC2信號(hào)，從而確定機(jī)床的運(yùn)行速度范圍；計(jì)算機(jī)的地址線A0-A15分別通過(guò)兩個(gè)74LS273總線鎖存器與計(jì)數(shù)器8254和并行接口8255的地址端相連接；計(jì)算機(jī)CPU的數(shù)據(jù)線D0-D7通過(guò)74LS245總線緩沖器與計(jì)算機(jī)8254和8255的數(shù)據(jù)端相連接。
本實(shí)用新型將計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域里的多媒體技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)與光電耦合器件技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)結(jié)合，本裝置的光電跟蹤控制系統(tǒng)在跟蹤速度、仿形精度以及系統(tǒng)工作的可靠性、穩(wěn)定性方面都比傳統(tǒng)的光電控制系統(tǒng)有較大的提高，并且在跟蹤過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)回退、間隙補(bǔ)償?shù)忍厥夤δ?，其具體技術(shù)指標(biāo)如下(1)系統(tǒng)最高跟蹤速度為1500mm/min；(2)系統(tǒng)能夠識(shí)別的最細(xì)墨線寬度為0.8mm；(3)系統(tǒng)跟蹤精度≤0.05mm；(4)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可選用交直流伺服電機(jī)系統(tǒng)或步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。
圖面說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的電路框圖。
圖2是本實(shí)用新型的圖像處理卡原理圖。
圖3是本實(shí)用新型的接口電路原理圖。
圖4是本實(shí)用新型的系統(tǒng)程序流程圖。
圖5是本實(shí)用新型的軟件模塊圖。
本實(shí)用新型的電路構(gòu)成與工作原理敘述如下一、硬件部分控制系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。在跟蹤過(guò)程中，CCD攝像機(jī)拍攝圖線的圖像，生成NTSC制式的視頻信號(hào)，傳輸至圖像疊加卡。NTSC制式的視頻信號(hào)場(chǎng)頻為30Hz，因而控制系統(tǒng)每秒鐘可識(shí)別30幀圖像，足以滿足光電跟蹤的的要求。圖像疊加卡將標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)與VGA信號(hào)疊加，顯示在計(jì)算機(jī)的顯示器上。視頻信號(hào)輸入圖像疊加卡后，先經(jīng)過(guò)疊加卡的A/D轉(zhuǎn)換形成混合信號(hào)，此信號(hào)被解碼為Y(色亮度)、UV(色差值)信號(hào)，進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)換成為RGB(紅綠藍(lán))信號(hào)，存入幀緩存器中(Frame Buffer)。在這個(gè)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)的VGA信號(hào)也經(jīng)過(guò)VGA顯示卡，查找出對(duì)應(yīng)的RGB信號(hào)，兩路RGB信號(hào)相互疊加，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換形成模擬信號(hào)出現(xiàn)在顯示器上。圖像疊加卡通過(guò)DB(數(shù)據(jù)總線)、AB(地址總線)和CB(控制總線)與CPU卡相聯(lián)結(jié)。CPU卡是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，通過(guò)軟件控制CPU(中央處理器)按照固定的時(shí)序讀取圖像疊加卡上幀緩存器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行模式識(shí)別，確定瞬間圖線的輪廓。CPU根據(jù)當(dāng)前機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)與所拍攝到的圖線輪廓進(jìn)行比較，從而決定下一步機(jī)床跟蹤的策略，此后向電機(jī)發(fā)出運(yùn)行指令，按照?qǐng)D線形狀實(shí)現(xiàn)跟蹤。
1.圖像疊加卡圖像疊加卡原理框圖如圖2所示，主要由三個(gè)功能模塊組成視頻信號(hào)輸入及信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，視頻信號(hào)控制處理模塊，視頻信號(hào)顯示模塊。
(1)視頻信號(hào)輸入電路模擬信號(hào)采樣及解碼電路以13.5MHz的采樣率將輸入的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，這部分電路還提供Video信號(hào)的自動(dòng)增益控制、箝位和輸入選擇電路，用于對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行前端處理。這部分電路的解碼器部分將離散的視頻信號(hào)解碼成亮度信號(hào)(Y)和色差信號(hào)(U、V)，并提供行場(chǎng)同步處理以及色調(diào)、亮度信號(hào)頻率響應(yīng)控制。
(2)視頻信號(hào)控制處理模塊接口電路包括三方面的接口窗口獲取接口，信號(hào)獲取后與行場(chǎng)信號(hào)同步，信號(hào)處理后送入VRAM；與總線接口，接受CPU控制信號(hào)，I/O讀寫(xiě)、內(nèi)存讀寫(xiě)信號(hào)；與VGA接口，使顯示與VGA的行場(chǎng)同步信號(hào)同步，接受VGA TTL Video數(shù)據(jù)用于顯示方式控制。這部分模塊通過(guò)與三部分接口交換信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像信號(hào)的處理和控制，并將處理后的圖像數(shù)據(jù)存入VRAM中。
(3)視頻信號(hào)輸出電路信號(hào)轉(zhuǎn)換電路從VRAM中讀取數(shù)字亮度信號(hào)(Y)和色差信號(hào)(U、V)，轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)Y、(Y-B)、(Y-R)，再將其轉(zhuǎn)化為模擬RGB信號(hào)，并提供亮度、飽合度、對(duì)比度、RGB增益等控制。混疊電路接收由信號(hào)轉(zhuǎn)換電路傳來(lái)的模擬信號(hào)和由PC機(jī)視頻卡傳來(lái)的VGA輸入信號(hào)，在此混疊、生成VGA信號(hào)用于顯示。
2.接口電路接口卡電路原理圖見(jiàn)圖3。主要由兩個(gè)功能模功組成機(jī)床運(yùn)行速度及圖像疊加卡采樣控制電路；輸入/輸出接口電路。
(1)機(jī)床運(yùn)行速度及圖像疊加卡采樣控制電路機(jī)床運(yùn)行速度的控制采用兩種方式其一，按恒定速度運(yùn)行；其二，檢測(cè)加工狀態(tài)，調(diào)速運(yùn)行。
按恒定速度運(yùn)行方式利用8254的計(jì)數(shù)器0生成固定頻率的脈沖信號(hào)來(lái)控制運(yùn)行。計(jì)數(shù)器0的輸出端OUT0與系統(tǒng)中斷IRQ10相聯(lián)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值(決定生成脈沖信號(hào)的頻率)由CPU通過(guò)系統(tǒng)總線加載。8254啟動(dòng)后，OUT0即IRQ10上出現(xiàn)恒定頻率的脈沖信號(hào)，此時(shí)計(jì)算機(jī)程序按此固定頻率調(diào)用INT72的中斷服務(wù)程序，控制機(jī)床運(yùn)行。
檢測(cè)加工狀態(tài)的功能不在本電路考慮之列。接口卡僅僅接收外部脈沖信號(hào)，將其整形形成中斷請(qǐng)求信號(hào)。利用單穩(wěn)觸發(fā)器74LS123接收脈沖信號(hào)，其輸出端Q與系統(tǒng)中斷IRQ11相聯(lián)。這樣將外部脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為可編程中斷控制器8259可識(shí)別的信號(hào)類型。每當(dāng)脈沖信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序INT73，控制機(jī)床運(yùn)行。
圖像疊加卡的采樣控制電路是利用8254的計(jì)數(shù)器1產(chǎn)生固定頻率脈沖信號(hào)來(lái)控制采樣頻率的。計(jì)數(shù)器1的輸出端OUT1與系統(tǒng)中斷IRQ12相聯(lián)，開(kāi)啟中斷后，計(jì)算機(jī)按固定頻率進(jìn)入進(jìn)INT74中斷服務(wù)程序，讀取圖像卡上幀緩存器VRAM的數(shù)據(jù)，進(jìn)行模式識(shí)別。
(2)輸入/輸出接口電路輸入/輸出接口電路由三部分接口組成其一，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出；其二，機(jī)床其他控制量輸出；其三，機(jī)床運(yùn)行速度粗調(diào)輸入。
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)分為兩軸，每軸包括CW和CP兩路信號(hào)，利用8255端口A的PA0-PA3輸出這回路控制信號(hào)，經(jīng)由光電隔離后通過(guò)4050驅(qū)動(dòng)輸出至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
機(jī)床其他控制量的輸出利用了8255端口B的PB0-PB5，8255的這6路輸入輸出信號(hào)通過(guò)光電隔離由集電極開(kāi)路門(mén)1413驅(qū)動(dòng)輸出。
機(jī)床運(yùn)行速度粗調(diào)輸入這部分電路，采用6檔的撥檔開(kāi)關(guān)(中心頭接地)輸入6路選擇信號(hào)(其中一路接低電平)，這6路信號(hào)輸入到8-3線編碼器74LS148，生成3位信號(hào)輸入8255端口C的PC0-PC2。計(jì)算機(jī)讀取PC0-PC2信號(hào)，從而確定機(jī)床運(yùn)行的速度范圍。
二、軟件部分此控制系統(tǒng)的軟件采用高級(jí)語(yǔ)言和低級(jí)語(yǔ)言混合編程的方式來(lái)開(kāi)發(fā)，高級(jí)語(yǔ)言選用Borland C++3.1，低級(jí)語(yǔ)言選用MASM6.0。此控制系統(tǒng)采用工業(yè)PC機(jī)(IPC)實(shí)現(xiàn)控制功能。一邊控制機(jī)床按曲線輪廓運(yùn)行，一邊在顯示器上同時(shí)顯示圖線的實(shí)時(shí)視頻圖像、被跟蹤圖線的軌跡和機(jī)床運(yùn)行的當(dāng)前坐標(biāo)值。
在光電跟蹤狀態(tài)下具有以下功能(1)利用軟件中斷方式，定時(shí)采集圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)模式識(shí)別，確定跟蹤策略；(2)利用中斷方式，根據(jù)當(dāng)前的跟蹤策略控制機(jī)床運(yùn)行；(3)在跟蹤狀態(tài)下，顯示當(dāng)前跟蹤速度，并且可以隨時(shí)調(diào)節(jié)這個(gè)速度；(4)同時(shí)顯示被跟蹤圖線的實(shí)時(shí)視頻圖像和機(jī)床運(yùn)行軌跡的曲線；(5)動(dòng)態(tài)顯示機(jī)床當(dāng)前位置的X、Y軸坐標(biāo)值；(6)具有加工回退功能；(7)具有間隙補(bǔ)償功能；(8)動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前工作狀態(tài)和某些參數(shù)值。
權(quán)利要求一種采用多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光控裝置，其特征在于它由拍攝工件輪廓圖線，并生成標(biāo)準(zhǔn)NTSC制式的視頻信號(hào)的CCD攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形圖像處理卡、VGA卡、CPU卡、接口卡和驅(qū)動(dòng)電路組成；所述CCD攝像機(jī)的輸出端接圖形圖像處理卡的一個(gè)輸入端；VGA卡的輸出端接圖形圖像處理卡的另一個(gè)輸入端，圖像疊加卡的輸出端接顯示器的信號(hào)輸入端；所述圖像疊加卡通過(guò)數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB、控制總線CB與CPU相連接；所述接口卡電路包括機(jī)床運(yùn)行速度及圖像疊加卡采樣控制電路；輸入/輸出接口電路；機(jī)床運(yùn)行速度及圖像疊加卡采樣控制電路包括8254計(jì)數(shù)器、74LS123單穩(wěn)觸發(fā)器；8254計(jì)數(shù)器0生成固定頻率的脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器0的輸出端OUT0與系統(tǒng)中斷IRQ10相連接，計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)值由CPU通過(guò)系統(tǒng)加載；當(dāng)OUT0即IRQ10端出現(xiàn)恒定頻率的脈沖信號(hào)，計(jì)算機(jī)程序按此固定頻率調(diào)用INT72的中斷服務(wù)程序；所述單穩(wěn)觸發(fā)器74LS123輸入端接收反映檢測(cè)加工狀態(tài)的脈沖信號(hào)，其輸出端Q與系統(tǒng)中斷IRQ11相連接，每當(dāng)脈沖信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序INT73，控制機(jī)床運(yùn)行；圖像疊加卡的采樣控制電路是由8254的計(jì)數(shù)器1組成；所述計(jì)數(shù)器1的輸出端OUT1與系統(tǒng)中斷IRQ12相連接，計(jì)數(shù)器1產(chǎn)生固定頻率脈沖信號(hào)，控制采樣頻率；所述輸入/輸出接口電路由三部分電路組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出、機(jī)床其他控制量輸出和機(jī)床運(yùn)行速度粗調(diào)輸入；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)由并行接口8255端口A的PA0-PA3輸出，分為兩軸，每軸包括CW和CP兩路信號(hào)；所述的四路信號(hào)是由光電隔離后，經(jīng)過(guò)4050驅(qū)動(dòng)輸出與對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連接；機(jī)床其他控制量的輸出由8255端口B的PB0-PB5輸出，通過(guò)光電隔離，由集電極開(kāi)路門(mén)1413驅(qū)動(dòng)輸出；機(jī)床運(yùn)行速度粗調(diào)輸入電路包括一個(gè)中心頭接地的撥檔開(kāi)關(guān)和8-3線編碼器74LS148，撥檔開(kāi)關(guān)的6個(gè)檔與74LS148的輸入端相連接，編碼器74LS148的輸出端可生成3位信號(hào)，并與8255端口C的PC0-PC2相連接，計(jì)算機(jī)讀取PC0-PC2信號(hào)，從而確定機(jī)床的運(yùn)行速度范圍；計(jì)算機(jī)的地址線A0-A15分別通過(guò)兩個(gè)74LS273總線鎖存器與計(jì)數(shù)器8254和并行接口8255的地址端相連接；計(jì)算機(jī)CPU的數(shù)據(jù)線D0-D7通過(guò)74LS245總線緩沖器與計(jì)算機(jī)8254和8255的數(shù)據(jù)端相連接。
專利摘要一種采用多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光控裝置，它是由CCD攝像機(jī)、圖像疊加卡、VGA卡、CPU卡、接口卡和驅(qū)動(dòng)電路組成。光電跟蹤由CCD攝像機(jī)完成，圖像疊加卡將標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)與VGA信號(hào)疊加，并顯示。CPU按照固定的時(shí)序讀取圖像疊加卡上幀緩存器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行模式識(shí)別，確定瞬間圖線的輪廓。CPU根據(jù)當(dāng)前機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)與所行到的圖線輪廓進(jìn)行比較，并向伺服控制卡發(fā)出運(yùn)行指令。本裝置具有跟蹤速度快、仿形精度高、可靠性和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK2270993SQ9621922
公開(kāi)日1997年12月17日 申請(qǐng)日期1996年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月27日
發(fā)明者李紅兵, 陳清利, 葉正生 申請(qǐng)人:北京市電加工研究所