Программное обеспечение Altami Studio Contour

Altami Studio Contour

Altami Studio Contour - Программное обеспечение для визуализации процесса обработки контура детали
 
Altami Studio Contour
 
Программное обеспечение для визуализации процесса обработки контура детали

 
 
 
 
 

Программное обеспечение Altami Studio Contour предназначено для визуализации процесса обработки контура детали посредством наложения контура детали в форматах DFX/DWG на видеоизображение получаемое с цифровой камеры.
  
  

Основные возможности ПО Altami Studio Contour:

  • Отображение видеоизображения цифровой камеры в реальном времени
  • Импорт контура в форматах DFX/DWG
  • Наложение импортированного контура на видеоизображение
  • Изменение визуальных параметров импортированного контура
  • Поддержка линейных датчиков перемещения суппортов/стола станка и синхронизация перемещения контура с показаниями датчиков
  • Выделение контура круга и синхронизация угловых перемещений контура круга с показаниями датчиков
  • Отображение изображения в режиме “фон/деталь”
  • Программное управление объективом системы
  • Управление параметрами цифровой видеокамеры
  • Проведение линейных измерений в пределах рабочего поля зрения

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Отображение видеоизображения цифровой камеры в реальном времени
Цифровая камера в системе служит для получения видеоизображения и передачи его в ПО для отображения на экране монитора. С полученным изображением в дальнейшем при работе производятся операции:

      1. Масштабирования – увеличение/уменьшение относительно монитора
      2. Наложения контура детали/круга
      3. Определения контура круга
      4. Программного увеличения изображения
      5. Визуализация вспомогательных линий на изображении
 
В программном обеспечении станка предусмотрена поддержка для различных типов камер, что позволяет производить реконфигурацию оптических и разрешающих параметров поставляемого станка, например, в ПО возможна установка камеры с большим разрешением или скоростью без изменения самого ПО.
 
Производители поддерживаемых камер: Altami, Basler AG, XIMEA, Matrox и др.
 
 
2. Импорт контура в форматах DFX/DWG
Программное обеспечение обеспечивает импорт чертежа обрабатываемой детали в стандартном формате DWG/DFX.
Чертеж детали может быть создан в популярных САПР, таких как:
       AutoCad AutoCad
       SolidWorks SolidWorks
       NanoCad NanoCad и др.
 
 
3. Наложение импортированного контура на видеоизображение
Для решения задачи сравнения чертежа обрабатываемой детали и заготовки в процессе обработки предусмотрена возможность импорта чертежа детали.
 
После импорта теоретического контура, программным обеспечением производится расчет положения векторных данных контура согласно текущих координат датчиков суппортов и стола станка.
 
 
4. Изменение визуальных параметров импортированного контура
Для удобства работы с ПО, для импортированного контура возможна настройка визуальных параметров отображения контура и круга, такие как:
      a. толщина линий
      b. тип линий
      c. цвет обводки
      d. цвет заливки
 
 
5. Поддержка линейных датчиков перемещения суппортов/стола станка и синхронизация перемещения контура с показаниями датчиков.
 
Линейный датчик ЛИР-ДА7
 
Для определения линейного положения суппортов и стола в станке установлены датчики линейных перемещений ЛИР-ДА7. Дискретность измерений перемещения датчиками составляет 1 микрометр. Данные получаемые с датчиков используются для синхронизации перемещения контуров детали/круга с действительными перемещениями стола/суппортов.
 
 
6. Выделение контура круга и синхронизация угловых перемещений контура круга с показаниями датчиков
Базовый принцип обработки детали в оптическом шлифовальном станке заключается в контакте шлифовального круга и обрабатываемой детали. Т.к. шлифовальный круг в процессе работы вращается на высоких оборотах и производит вертикальное перемещение, на получаемом с камеры изображении отсутствует четкая граница круга что приводит к погрешности при обработке детали, из-за того, что визуальное восприятие точки контакта круга и детали затруднено для оператора. Для подавления этого эффекта и повышения точности обработки в программном обеспечении предусмотрен режим обводки круга векторным контуром, расчет перемещения которого в дальнейшем синхронизирован с изменениями показаний датчиков перемещения суппортов.
 
 
7. Отображение изображения в режиме “фон/деталь”
Режим “фон/деталь” программного обеспечения предназначен для упрощения нахождения реальной границы детали на изображении. При наблюдении обычного изображения, получаемого с камеры, на границах детали присутствует яркостной переход, который может достигать до 20 пикселей (или 2мкм) при максимальном оптическом увеличении изображения, что затрудняет определение точной границы детали при обработке. Для определения точной границы (с погрешностью 1 пиксель) в программном обеспечении введен режим “фон/деталь” который позволяет получить местонахождение точной границы по яркостной информации внутри границы. В данном режиме, фоновое изображение (подсветка) отображается белым цветом, а деталь или круг – черным.
 
 
8. Программное управление объективом системы
 
Телецентрический объектив TCZR072
 
Для упрощения работы оператора в системе поддерживается программное переключение увеличения телецентрического объектива путем выбора увеличения из списка. Также, при переключении объектива производится точное масштабирование контура согласно новому увеличению.
 
 
9. Управление параметрами цифровой видеокамеры
Для проведения настройки станка под определенный тип камер, в ПО предусмотрен универсальный механизм настройки камер различных производителей. Для настройки доступно большинство параметров камер – экспозиция, усиление, баланс белого и многие другие. После проведения настройки камеры, установленные параметры сохраняются и блокируются от изменения, что позволяет предотвратить случайное изменение параметров и дальнейшую потерю точности при обработке.
 
 
10. Проведение линейных измерений в пределах рабочего поля зрения
В программном обеспечении, помимо действий визуализации обработки детали, также поддерживается основной функционал программы Altami Studio, позволяющий проводить измерения на живом изображении во время работы программы.
 
Возможные типы измерений – длина, ширина, радиус, диаметр, площадь и др.
 
 

Системные требования

  • операционные системы Windows XP SP3, Windows Vista, Windows 7 (архитектуры х86 и х64);
  • процессор Intel с тактовой частотой от 2 ГГц, рекомендуется двухъядерный процессор Intel с тактовой частотой от 1,6 ГГц; возможно использование процессора других производителей с аналогичной производительностью;
  • оперативная память 1 GВ, рекомендуемый объем оперативной памяти — 2 GB и выше;
  • 1 Гигабайт свободного места на жестком диске;
  • разрешение дисплея 1024х768, рекомендуемое — 1280х1024 и выше; графический адаптер должен обеспечивать работу в TrueColor режиме (24 или 32 бита на пиксель);
  • для работы с камерами необходимо наличие свободного USB-порта на отдельном USB-хабе для каждой камеры.

 
 

Использование ПО Altami Studio Contour на оптическом шлифовальном станке 3951В-ВТ производства ООО «Санкт-Петербургский завод прецизионного станкостроения»

 
Использование ПО Altami Studio Contour на оптическом шлифовальном станке 3951В-ВТ
 
 

Этапы работы над расширением для ЗПС

1. Разработка модуля для обработки данных датчиков ЛИР-PCI.
В станке установлены модули преобразования линейных перемещений ЛИР-ДА7 которые преобразовывают линейное перемещение стола станка в цифровое значение. Нами был разработан модуль расширения ПО который позволяет считать данное значение, и использовать его для расчета линейного смещения контура на изображении.
 
На схеме приведено расположение датчиков и направление изменения показаний датчиков в положительную сторону (обозначено стрелками):
 
Расположение и направление изменения показаний датчиков
 
 
2. Разработка модуля преобразования формата DWG в векторный формат Altami Studio.
При обработке детали, программное обеспечение станка позволяет использовать чертеж в форматах DWG/DFX и “накладывать” данный чертеж на видеоизображение.
Данная функция удобна для обработки крупных деталей не помещающихся в единое поле зрения объектива станка, т.к. при перемещениях контура привязанного к показаниям датчиков, у оператора не возникнет потери точности обработки.
Компанией Альтами был разработан модуль который позволяет преобразовать чертеж в формате DWG/DFX во внутренний векторный формат программы.
 
 
3. Разработка модуля синхронизации перемещения контура на экране с показаниями датчиков.
Для синхронизации перемещения импортированного контура DWG и показаний датчиков, был разработан программный модуль который позволяет производить расчет положения контура на изображении по изменениям показаний датчиков ЛИР-ДА7.
 
 
4. Разработка модуля управления телецентрическим объективом TCZR072
Для программного управления объективом (смены разрешения, расчета текущего увеличения), был разработан модуль программы для управления объективом. С помощью него, оператор может выбрать рабочее увеличение не переключая его физически на объективе (как происходило на более ранних версиях станка).
 
 
5. Разработка метода автоматической калибровки смещения оптической оси объектива
При смене рабочего увеличения объектива, может наблюдаться небольшое смещение (порядка 20-40мкм). Данное смещение приводит к потере точности при обработке. Для компенсации данного смещения был разработан программный механизм, который учитывает это смещение.
 
 
6. Разработка метода автоматической калибровки увеличения системы (расчет коэффициента масштаба объект-изображение)
Для того чтобы корректно производить перемещение контура по показаниям датчиков перемещения, компанией Альтами был разработан программный модуль, который позволяет рассчитывать коэффициент калибровки по изображению и показаниям датчиков перемещения.
 
 
7. Разработка метода выделения шлифовального круга на изображении
При работе со шлифовальным кругом, на видеоизображении границы круга обычно размыты вследствие вертикальной осцилляции шлифовального круга. Размытие границ контура круга вызывало потерю точности при обработке, т.к. оператор по видеоизображению не мог определить точное место касания круга и обрабатываемого объекта. Компанией Альтами был разработан программный модуль, позволяющий во время работы станка получить векторный контур круга и производить его перемещение по показаниям датчиков перемещения суппортов станка. Также, данный модуль позволяет производить расчет угловых перемещений контура круга при повороте суппортов станка.
 
 
8. Разработка алгоритма расчета автоматической бинаризации объект-фон.
Для однозначного визуального определения границы объекта на растровом изображении, компанией Альтами был разработан модуль, позволяющий производить преобразование из изображения в градациях серого, в изображение в градации «0» и «1». На данном изображении можно более точно определить насколько реальный объект после обработки соответствует контуру детали.
 
 

Технические сложности возникшие при разработке софта и реализации проекта

1. Смещение оптической оси объектива.
В процессе реализации технического задания, было обнаружено что при каждой смене увеличения, оптическая ось объектива смещается на небольшое расстояние (порядка 20-40 мкм). Данное смещение приводит к погрешности обработки детали.
 
Для устранения данного смещения был разработан программный алгоритм который позволяет откалибровать смещение и учесть его при смене положения объектива.
 
 
2. Калибровка изображения.
В первоначальном варианте реализации технического задания, расчет коэффициента масштаба производился путем использования паспортного значения каждого увеличения, поставляемого вместе с объективом. На этапе опытного тестирования станка, было обнаружено что расчет калибровки через данный коэффициент приводит к ошибкам расчета перемещения теоретического контура.
 
Компанией Альтами был разработан программный алгоритм который позволяет произвести расчет калибровки с использованием существующих технических средств станка (высокоточных датчиков линейного перемещения).
 
 
3. Расчет угловых параметров перемещения контура круга.
В первоначальной реализации по техническому заданию, предполагалось что расчет углового перемещения станка будет производится путем установки на станок специальных тех. средств – индикаторов. В процессе опытного тестирования было обнаружено что расчет углов с их использованием достаточно сложен для понимания оператором, т.к. необходимо производить большое количество действий для выполнения калибровки (установка датчиков, ввод корректных показаний в ПО).
 
Для упрощения процесса калибровки угла суппортов был предложен способ, позволяющий произвести калибровку угла суппорта с помощью средств обработки изображений и встроенных датчиков угловых перемещений суппортов. Предложенный способ показал достаточную точность (угол определяется с погрешностью несколько угловых минут, что является достаточным для задачи).
 
 
4. Алгоритм автоматической бинаризации изображения.
В процессе опытного тестирования станка было обнаружено что при работе с изображением и контуром детали, оператору сложно определить точную границу детали, т.к. на изображении граница детали представлена плавным переходом яркости, и определить в каком конкретно месте проходит точная граница детали при работе достаточно сложно.
 
Для упрощения работы с изображением детали был разработан алгоритм преобразования изображения в градациях серого в изображение в градации “0” и “1”. Данное преобразование позволило упростить проверку изображения обработанной детали на соответствие теоретическому контуру детали.