所謂信號識別是指按照規(guī)定的目標,對過程中各種現(xiàn)象或?qū)κ录M行檢測、分析、描述、辨識和判斷的過程。
制造過程的識別,其目的在于快速、經(jīng)濟而又精確地實現(xiàn)制造過程的監(jiān)視和控制,從而保證:
1)加工機床、設(shè)備與裝置、工件和刀具的安全,并縮短故障查找時間。
2)實現(xiàn)反饋控制或動態(tài)過程優(yōu)化。
3)應(yīng)用人工智能技術(shù)或?qū)崿F(xiàn)智能閉環(huán)控制。
4)成為進行過程診斷和制造過程建模、仿真的基礎(chǔ)。
5)為實現(xiàn)基于計算機的制造過程柔性化或自動化。
6)發(fā)展制造科學(xué),提高產(chǎn)品質(zhì)量,縮短生產(chǎn)周期,降低成本。
制造過程識別系統(tǒng)又稱為檢測監(jiān)視系統(tǒng)。它由切削過程參數(shù)傳感檢測單元、信號處理單元、接口電路和特征提取與識別決策單元等組成。其基本組成狀況如圖1所示。從識別功能角度看,制造過程識別系統(tǒng)要完成的基本功能是:數(shù)據(jù)采集/獲取、過程信號處理、信號特征的提取與選擇、過程識別。根據(jù)所利用的傳感器、信號模型和特征的種/個數(shù),可以把制造過程識別系統(tǒng)的組合狀況描述成表1。這種組合的主要特征是傳感器種類數(shù)和識別的目標數(shù)。按照這一特征,識別系統(tǒng)可分為單傳感器和多傳感器系統(tǒng);單傳感器識別系統(tǒng)和多傳感器融合識別系統(tǒng)。
進入90年代以來,由于監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展和質(zhì)量要求的提高和過程控制的進步,人們開始開發(fā)和應(yīng)用多種傳感器的識別系統(tǒng),使自動建模技術(shù)和融合識別技術(shù)得以發(fā)展和應(yīng)用。自動建模技術(shù)和融合識別技術(shù)因計算機的區(qū)別而被分成兩大類:一是采用基于馮諾萬原理(串行的二進制原理)的各種數(shù)字型計算機,其主要特點是要事先編好程序,按程序建?;虬慈诤献R別模型程序進行識別;二是基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)器件的并行計算裝置或計算機,其主要特征是無須事先編程,只需進行學(xué)習(xí)訓(xùn)練就可以自動地完成多輸入信號的單一目標或多個目標的識別,即多輸入-多輸出自動識別系統(tǒng)。在兩類之間存在用基于馮諾萬原理的計算機編程模擬的ANN識別系統(tǒng)(目前,ANN應(yīng)用中占絕大多數(shù)的比例),以及兩種計算機系統(tǒng)的結(jié)合使用兩種情況。但必須注意的是,無論是用硬件ANN還是用模擬ANN系統(tǒng),識別的結(jié)果都是趨勢函數(shù)的變化,而不是趨勢函數(shù)同分散范圍同時變化的情況。在應(yīng)用或選擇時要考慮這一特點。
1.工件識別用的機器視覺系統(tǒng)
視覺系統(tǒng)是獲取信息的重要裝置。據(jù)統(tǒng)計表明,大約有80%左右的信息是通過視覺或視覺傳感器而獲取的。因此,機器視覺可用于各種各樣的領(lǐng)域,如機器人裝配的視覺輔助可以識別零部件、故障、尺寸及形狀,以保證裝配的正確性和質(zhì)量的控制。同時,還可以按視覺識別的信息,利用物流系統(tǒng)裝卸產(chǎn)品,對快速行進中的工零件識別,調(diào)整機床上的工夾具,辨識印刷物中的錯誤等等。制造領(lǐng)域中,希望通過視覺識別,確定物體相對于坐標的位置與姿態(tài),完成物件定位和分類,辨識物體的位置距離與姿態(tài)角度,提取規(guī)定參數(shù)的特征并完成識別,進行誤差的檢測與識別等。
圖2是工件識別和尺寸測定的機器視覺系統(tǒng)組成框圖。利用面陣CCD攝像頭獲取漫反射光源的圖像信息,經(jīng)數(shù)字化后進入幀存體,再輸入PC。由PC的程序執(zhí)行而完成連桿坯件的形狀識別,上下部分錯移量的識別和連桿坯件的尺寸識別,其尺寸識別精度達到10μm左右。
若利用光掃瞄或其他精密的測量方法的測量精度則可小于或等于5μm。但研究證明,要利用好機器視覺工件識別系統(tǒng),應(yīng)該注意:改進照明系統(tǒng),以提高光視圖像傳感靈敏度;處理好圖像分割、閾值確定、圖像邊緣檢測與平滑技術(shù)及開窗位置確定等技術(shù)關(guān)鍵;改進圖像處理與識別軟件,提高其準確性和處理速度。1μm級精度的工業(yè)用機器視覺識別系統(tǒng)是可能實現(xiàn)的。
2.物流系統(tǒng)中的自動識別系統(tǒng)
自動識別系統(tǒng)是指自動或半自動產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集和與之相連的計算機系統(tǒng)組成的識別系統(tǒng)。在物料流動中,主要采用條形碼技術(shù)與計算機系統(tǒng)組成的自動識別系統(tǒng),進行產(chǎn)品的接受、庫存、運輸和銷售物料識別與計數(shù),還被用于制造系統(tǒng)中物料流動的識別與監(jiān)視。
現(xiàn)有的條形碼基本上是按美國AIM USD-2標準規(guī)定的寬條與窄條元素(條碼與間隔空間)不同組合表示的10個十進制(0~9)、26個英文字母(A~Z)、7個特定符號和1個“空格”符號,共計44個字符。它的優(yōu)點是可以減少編程工作量和采樣量,降低輸入誤差。例如:條形碼輸入的誤差只有手工輸入的萬分之一,是手工書寫和鍵入誤差的300萬分之一。此外,使用條形碼可以提高輸入的速度,如手工書寫速度為5~7字符/s,而條形碼速度可達到10~15字符/s;條形碼自動識別系統(tǒng)的識別速度可達每秒鐘數(shù)百個字符。因此條形碼自動識別技術(shù)成為極為廣泛的實用識別技術(shù)。其識別系統(tǒng)工作原理如圖3所示。
除了條形碼自動識別外,還有圓形條碼(又稱鞍形碼)、磁條、光學(xué)字符和射頻系統(tǒng)及機器視覺自動識別系統(tǒng)。