РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ИДЕНТИФИКАЦИИ

4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ИДЕНТИФИКАЦИИ

Исследовав все возможные варианты технических решений, мы пришли к выводу, что для решения поставленной задачи идентификации плоской детали произвольной формы оптимальной будет акустическая локационная система с использованием прямого и обратного пьезоэффекта для преобразования информации в электроакустическом преобразователе.

Работа акустических локационных датчиков в общем виде заключается в следующем. Зондирующие импульсы формируются генератором и через коммутирующее устройство поступают на излучающий преобразователь. Излученные преобразователем ультразвуковые импульсы распространяются до объекта и, отразившись от него, поступают на приемный преобразователь (возможно применение одного преобразователя, работающего в совмещенном режиме). Принятый сигнал подвергается предварительной аналоговой обработке, а затем преобразуется в цифровой код. Пройдя блок цифровой обработки, полученная информация заносится в буферную память, из которой в нужный момент времени она может быть передана через интерфейсный блок в управляющую ЭВМ или непосредственно в исполнительное устройство.

В случае рассматриваемой системы в качестве преобразователей выступают электроакустические преобразователи с использованием пьезоэлектрических датчиков.

Прямой и обратный пьезоэффект является самым распространенным способом преобразования информации в электроакустических преобразователях. При этом в режиме излучения используется обратный пьезоэффект, в режиме приема — прямой. До недавнего времени эти преобразователи разрабатывали преимущественно для систем акустической связи ультразвукового диапазона частот (30... 100 кГц). Механическая колебательная система обычно представляла собой составную конструкцию, включающую пьезокерамические или кристаллические диски (стержни), зажатые между двумя металлическими блоками. Направленность достигается использованием акустической линзы и демпфера.

В настоящее время появились пьезоэлектрические громкоговорители и микрофоны, работающие в звуковом диапазоне 0,100...20 кГц¹. Частотные свойства пьезоэлектрических датчиков зависят от условий эксплуатации: в одних случаях их делают резонансными, других — широкополосными.

Для определения функции преобразования электроакустического преобразователя из пьезоэлектрического материала используют выражение, связывающее напряженность электрического поля Е с относительной линейной деформацией

:  ,

- размер коэффициента ; - пьезоэлектрическая постоянная материала; l - расстояние между обкладками датчика. Поскольку электрическое напряжение на обкладках датчика U=El, то его функцию преобразования можно представить так:

.

Здесь U и  являются комплексными величинами.

Исходя их вышесказанного можно составить алгоритм идентификации плоской детали с отверстием акустической локационной системой на основе электроакустического преобразователя с использованием пьезоэлектрических датчиков:

1.  Генерация зондирующих импульсов

2.  Излучение импульсов при помощи электроакустического преобразователя.

3.  Получение отраженных импульсов на приемный преобразователь.

4.  Аналоговая обработка сигнала.

5.  Преобразование сигнала в цифровой код.

6.  Проверка полученной информации на предмет ее соответствия информации об объекте идентификации, принадлежащему к заданному классу.

7.  Принятие решения о том, принадлежит ли распознанный объект к заданному классу деталей или же он является браком.

5. РАЗРАБОТКА ПРИКЛАДНОЙ ПРОГРАММЫ 5.1 Назначение и логическая структура

Данная программа реализована в интегрированной среде программирования Delphi и реализует модель системы идентификации плоской детали произвольной формы акустической локационной системой.

Главная форма представляет собой окно, в котором отображается процесс идентификации детали, после чего программой определяется и выводится на экран количество отличий сканируемой детали с оригиналом. Одновременно с этим делается вывод о том, является ли данная деталь бракованной.

Программа состоит из одного модуля. На главной форме размещается 4 компонента TImageOrigin для отображения деталей и процесса сканирования. Выбор различных вариантов сканирования организуется с помощью компонентов TRadioButtonOrigin. Отображения информации (вывода идентификации) осуществляется с помощью двух компонентов типа TLableOrigin.

5.2 Вызов и загрузка

Среда программирования Delphi версии 5.0 фирмы Borland была выбрана в качестве средства разработки программы, т. к. этот язык программирования представляет собой мощное и универсальное средство разработки различных программ любых сложностей и назначений.

Для просмотра проекта программы и его редактирования необходимы Borland Delphi 5 или Borland Delphi 6.

Для запуска программы необходимо запустить на выполнение файл DETAL.exe.

5.3 Руководство пользователя

Данная программа моделирует процесс идентификации плоской детали с отверстием акустической локационной системой согласно ранее рассмотренному алгоритму.

Главное окно программы, которое появляется после запуска программы DETAL.exe. состоит из следующих компонентов. В левой части главного окна расположены изображения деталей для распознавания, полученные при помощи датчиков АЛС, их можно последовательно перебирать при помощи кнопки навигации со стрелочками «вверх» и «вниз», расположенных справа. Данные изображения будут сравниваться с эталонным образцом, который для наглядности изображен выше.

Основную часть главного окна занимает блок распознавания детали при помощи АЛС. Здесь пользователь может выбрать вид сканирования детали, а именно горизонтальный или вертикальный. Для этого необходимо отметить следующие кнопки соответственно «Горизонталь» или «Вертикаль».

Чтобы начать сканирование выбранной детали необходимо нажать кнопу «Сканировать». При необходимости процесс сканирования можно приостановить, нажав кнопку «Остановка». Процесс сканирования детали постепенно отображается на экране. Для большей наглядности о времени сканирования на форме имеется индикатор процесса.

После завершения процесса распознавания выводится информация о количестве отличий сканируемой детали с эталонным образцом и делается вывод о том, принадлежит ли выбранная деталь к заданному классу или она является браком. Для выхода из программы необходимо нажать кнопку "Выход". Программа очень удобна в эксплуатации и не требует от оператора специальной подготовки для работы с ней. Текст программы представлен в приложении Б.

ВЫВОДЫ

В ходе выполнения данной курсовой работы был изучен принцип построения акустических локационных систем. Рассмотрели все возможные технические решения для реализации данных систем и выбрали наиболее подходящий вариант в соответствии с техническим заданием. Мы разработали алгоритм процесса идентификации плоских деталей произвольной формы акустической локационной системы. Используя полученный алгоритм, разработали программу, которая реализует модель системы идентификации плоской детали произвольной формы акустической локационной системой. Также мы узнали о сферах применения подобных систем.

В процессе выполнения курсовой работы были закреплены знания, полученные при изучении дисциплины «Основы информационных процессов в роботизированном производстве». Были изучены следующие вопросы:

-  анализ технического задания;

-  анализ вероятностных технических решений;

-  разработка алгоритма распознавания детали произвольной формы;

-  разработка прикладной программы и удобное программное обеспечение, которое моделирует процесс распознавания деталей;

-  подготовка программной документации.

Также нами были закреплены знания в области программирования интегрированной среде программирования Delphi и получены практические навыки по применению данного языка программирования.

Оформляя пояснительную записку, были ознакомлены с государственными стандартами ДСТУ 3008-95.

Перечень ссылок

1.  Аш Ж., Андре П., Бофрон Ж. Датчики измерительных систем. В 2 т. Пер с фр. М.:Мир, 2002;

2.  Бауман Э. Измерение сил электрическими методами: Пер. с нем. Мир, 1978. Энергоатомиздат, 2005;

3.  Воротников С.А. Информационные устройства робототехнических систем. М.: Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2005

4.  Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах: Пер. с англ. М.:Энергоиздат, 2000;

5.  Гориневский Д.М. Формальский А.М., Шнейдер А.Ю. Управление манипуляционными системами на основе информации об усилиях. М.:Изд.фирма «Физико-математическая литература», 2004;

6.  Погребной В.О., Рожанковский И.В., Юрченко Ю.П. Основы информационных процессов в роботизированном производстве;

7.  Письменный Г.В., Солнцев В.И., Воротников С.А. Системы силомоментного очувствления роботов. М.: Машиностроение, 2000

8.  Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы. Под ред.Попова Е.П., Клюева В.В.;

9.  Фу К., Гонсалес Р., Ли К. Робототехника. Пер. с англ.; Под ред В.Г. Градецкого. Мир, 2007.