数控带锯跑车软件系统的研究与实现

论文摘要

面对我国森林资源不足、森林质量不高的现状，采用先进的视频识别技术、建立优化的原木下锯理论、提高原木锯切加工质量与精度、实现制材工业的数控化和智能化，从而提高木材出材率和利用率已逐渐成为缓解我国木材供需矛盾的根本途径。本文是国家引进国际先进农业科学技术“948”项目（2001-27）——“数控激光及视频识别制材技术引进”的一部分。该项目在数控技术的基础之上，将数字图像处理技术、优化下锯技术、三维仿真技术相融合，对数控跑车带锯机系统进行了研究和开发，为高精度数控制材的设计提供了先进的基础理论，为提高制材的加工精度和数控制材的出材率提供了新的思路和方法。根据实验室现有的设备条件，实验研究过程中主要致力于利用视频识别技术实时采集原木端面形状参数，并根据数字图像技术对参数进行处理与存储；建立优化设计的数学模型，针对不同板材样式、锯路宽度、板材等级等参数设置进行原木优化下锯的决策，并以计算机图形学原理为基础，借助计算机辅助设计实现原木优化下锯的三维再现；在最优下锯的决策与仿真的基础之上，采用先进的计算机数控技术控制跑车各个步进电机的三维控制装夹、进给，进行符合最大出材率原理的板材或方材的最佳锯切加工。本课题的研究对提高木材出材率和利用率以及实现制材加工工业的智能化、数控化都具有十分重要的意义，特别适合于我国现在大量进口木材的经济结构特点，在我国具有极为广阔的发展前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 国内数控机床的发展概况
• 1.1.2 国外数控机床的发展概况
• 1.2 本课题的研究目的与意义
• 1.3 本课题的研究内容与方案
• 2 数控带锯跑车软件系统的建立
• 2.1 数控带锯跑车装置的建立
• 2.1.1 MJK3217数控带锯跑车装置的主要结构
• 2.1.2 MJK3217数控带锯跑车装置的工作原理与工艺流程
• 2.2 系统总体结构的设计
• 2.2.1 系统设计要求
• 2.2.2 系统总体设计
• 2.3 系统软件的设计
• 2.3.1 软件开发平台的确定
• 2.3.2 软件界面设计
• 2.4 本章小结
• 3 原木端面形状参数的实时采集方法研究与实现
• 3.1 原木端面图像的采集与获取
• 3.2 原木端面图像的处理
• 3.2.1 灰度化处理
• 3.2.2 图像增强
• 3.2.3 图像分割
• 3.2.4 噪声消除
• 3.2.5 边缘检测
• 3.2.6 轮廓提取
• 3.3 原木端面径级参数确定方法的研究
• 3.3.1 牛顿回归法求解椭圆方程
• 3.3.2 误差校正
• 3.4 标准尺对比法
• 3.5 原木旋转角度的确定与实现
• 3.6 本章小结
• 4 原木优化设计数学建模的研究
• 4.1 国内外下锯优化理论的发展概况和趋势
• 4.2 理想原木数学模型的描述
• 4.3 截顶椭圆锥柱原木数学模型的描述
• 4.4 截顶椭圆弯曲锥柱原木数学模型的描述
• 4.5 弓形弯曲原木数学模型的描述
• 4.6 本章小结
• 5 原木优化下锯三维模拟再现的研究与实现
• 5.1 原木形状三维再现
• 5.2 原木优化下锯三维仿真
• 5.2.1 原木截面投影及其下锯模型
• 5.2.2 原木顶面、侧面的轮廓视图
• 5.2.3 原木小头下锯剖面视图
• 5.2.4 原木大头下锯剖面视图
• 5.3 本章小结
• 6 原木锯切加工监测与控制的研究与实现
• 6.1 控制系统的硬件连接
• 6.2 PCL-839控制卡的性能特点
• 6.3 PCL-839控制卡功能实现
• 6.4 控制系统的软件设计与实现
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢