对多个零件位置识别问题的研究

发表时间：2018-08-10T16:08:04.563Z 来源：《科技中国》2018年6期作者：赵晨晨1蒋涵2谢悦3 宋云峰4

[导读] 摘要本文将多个零件的位置识别分零件分割和零件定位两步。通过聚合分类、划分领域、提取出独立领域内的二维图像信息，采用模拟退火算法，求解得到零件a和零件b中心相对于标准位置模板中心的位置。

摘要本文将多个零件的位置识别分零件分割和零件定位两步。通过聚合分类、划分领域、提取出独立领域内的二维图像信息，采用模拟退火算法，求解得到零件a和零件b中心相对于标准位置模板中心的位置。

关键词：位置识别聚类分析图像的分割模拟退火

1问题背景

应用机器视觉可大幅提高机械生产的自动化效率、加工质量、降低工人劳动强度。本文主题选自2018年吉林省大学生数学建模竞赛A 题问题2：对于多个零件显示在同一图像中的情况，应如何建立模型，请根据已给出数据识别不同零件的位置。

2问题的分析

利用Matlab可将数据进行图像再现，如下图所示，图中包含2个相同的零件轮廓即总共包含4个完整的圆和1个不完整的圆。

本文采用目标轮廓分割法[8]将2个零件轮廓分割开，具体方案为：在初始图像中建立直角坐标系，通过霍夫变换获取DATA2中10个圆心的坐标，随后对所得的10圆心坐标再次进行K-means聚类分析，通过Matlab画一轮廓，即可将该区域数据的零件信息分割出来。分割出来的零件轮廓的位置坐标及旋转角度的确定，求解每个给定零件与标准位置模板部分位置坐标的和最小为目标函数，建立数学模型的方法，根据平移的移动量与旋转的角度，对其反求即可得到图像中2个零件轮廓的位置坐标和角度。

3按轮廓分割现有图像

第一步：识别零件图像圆几何特征[1]，通过Hough变换[2]圆检测方法得到变换识别的圆效果图[3]。通过Hough变换识别的各个圆的圆

心位置坐标及半径如表1所示。

AutoCAD根据二维图画三维图的思路和方法

AutoCAD根据二维图画三维图的思路和方法用Auto CAD进行二维绘图，对具有机械制图基础的人来说，一般都比较容易掌握。但对三维建模，特别是自学者，却总觉得不知从何下手。有鉴于此，特撰本教程，以冀对初学者有所帮助。本教程旨在介绍由三视图绘制三维实体图时，整个建模过程的步骤和方法。一、分析三视图，确定主体建模的坐标平面在拿到一个三视图后，首先要作的是分析零件的主体部分，或大多数形体的形状特征图是在哪个视图中。从而确定画三维图的第一步――选择画三维图的第一个坐标面。这一点很重要，初学者往往不作任何分析，一律用默认的俯视图平面作为建模的第一个绘图平面，结果将在后续建模中造成混乱。看下面几例：图1

图1 此零件主要部分为几个轴线平行的通孔圆柱，其形状特征为圆，特征视图明显都在主视图中，因此，画三维图的第一步，必须在视图管理器中选择主视图，即在主视图下画出三视图中所画主视图的全部图线。

图2 此零件的特征图：上下底板－四边形及其中的圆孔，主体－圆筒及肋板等，都在俯视图，故应在俯视图下画出三视图中的俯视图。图3是用三维图模画三维图，很明显，其主要结构的形状特征――圆是在俯视方向，故应首先在俯视图下作图。

图3 二、构型处理，尽量在一个方向完成基本建模操作确定了绘图的坐标平面后，接下来就是在此平面上绘制建模的基础图形了。必须指出，建模的基础图形并不是完全照抄三视图的图形，必须作构型处理。所谓构型，就是画出各形体在该坐标平面上能反映其实际形状，可供拉伸或放样、扫掠的实形图。如图1所示零件，三个圆柱筒，按尺寸要求画出图4中所示6个绿色圆。与三个圆筒相切支撑的肋板，则用多段线画出图4中的红色图形。其它两块肋板，用多段线画出图中的两个黄色矩形。

CAD三维建模实例

CAD三维建模实例操作一-----创建阀盖零件的三维模型将下面给出的阀盖零件图经修改后，进行三维模型的创建。阀盖零件图如图1所示。 ●图形分析：阀盖零件的外形由左边前端倒角30度的正六边体，右边四个角R=12mm的底座，中间有一个倒45度角和R=4mm连接左右两边。该零件的轴向为一系列孔组成。根据该零件的构造特征，其三维模型的创建操作可采用：（1）拉伸外轮廓及六边形；（2）旋转主视图中由孔组成的封闭图形；（3）运用旋转切除生成30度和45度、R4的两个封闭图形，生成外形上的倒角；（4）运用差集运算切除中间用旋转生成的阶梯轴（由孔组成的图形旋转而成），来创建该零件中间的阶梯孔，完成三维模型的创建。如需室内设计学习指导请加QQ技术交流群：106962568 庆祝建群三周年之际，如今超级群大量收人！热烈欢迎大家！ ●零件图如图1所示。

图1 零件图具体的操作步骤如下： 1．除了轮廓线图层不关闭，将其他所有图层关闭，并且可删除直径为65mm的圆形。然后，结果如图2所示。图2 保留的图形 2．修改主视图。将主视图上多余的线条修剪，如图3所示。 3．将闭合的图形生成面域。单击“绘图”工具条上的“面域”按钮，框选所有的视图后，按回车键，命令行提示：已创建8个面域。

4．旋转左视图。单击“视图”工具条上的“主视”按钮，系统自动将图形在“主视平面”中显示。注意：此时，显示的水平线，如图4 a）所示。输入“RO”（旋转）命令，按回车键，再选择右边的水平线（即左视图）的中间点，输入旋转角度值90，按回车键，完成左视图的旋转如图4 b）所示。在轴测图中看到旋转后的图形如图4 c）所示。图4 a）旋转前图4 b）放置后提示：图中的红色中心线是绘制的，用该线表明二视图的中心是在一条水平线上。图4 c）轴测视图 5．移动视图将两视图重合的操作如下： ①单击“视图”工具条上的“俯视”按钮，系统自动将图形转换至俯视图中，如图5所示。图5 俯视图显示图6 标注尺寸 ②单击“标注”菜单，选择“线性”标注，标注出二图间的水平距离，如图6所示。标注尺寸的目的是便于将图形水平移动进行重合。

CAD几种常用零件三维实例

CAD 三维建模实例操作一-----创建阀盖零件的三维模型将下面给出的阀盖零件图经修改后,进行三维模型的创建。阀盖零件图如图1所示。 ● 图形分析: 阀盖零件的外形由左边前端倒角30度的正六边体,右边四个角R=12mm 的底座,中间有一个倒45度角与R=4mm 连接左右两边。该零件的轴向为一系列孔组成。根据该零件的构造特征,其三维模型的创建操作可采用: （1）拉伸外轮廓及六边形; （2）旋转主视图中由孔组成的封闭图形; （3）运用旋转切除生成30度与45度、R4的两个封闭图形,生成外形上的倒角; （4）运用差集运算切除中间用旋转生成的阶梯轴(由孔组成的图形旋转而成),来创建该零件中间的阶梯孔,完成三维模型的创建。 ● 零件图如图1所示。图1 零件图 ● 具体的操作步骤如下: 1.除了轮廓线图层不关闭,将其她所有图层关闭,并且可删除直径为65mm 的圆形。然后,结果如图2所示。图2 保留的图形 2.修改主视图。将主视图上多余的线条修剪,如图3所示。该图形经旋转切除生成外形上的倒角。图3 修改主视图 3.将闭合的图形生成面域。单击“绘图”工具条上的“面域” 按钮,框选所有的视图后,按回车键,命令行提示:已创建8个面域。 4.旋转左视图。单击“视图”工具条上的“主视”按钮,系统自动将图形在“主视平面”中显示。注意:此时,显示的水平线,如图4 a)所示。输入“RO ”(旋转)命令,按回车键,再选择右边的水平线(即左视图)的中间点,输入旋转角度值 90,按回车键,完成左视图的旋转如图4 b)所示。在轴测图中瞧到旋转后的图形如图4 c)所示。该图形放置切除后生成阶梯孔造型。

CAD几种常用零件三维实例

CAD 三维建模实例操作一创建阀盖零件的三维模型将下面给出的阀盖零件图经修改后，进行三维模型的创建。阀盖零件图如图1 所示。图形分析：阀盖零件的外形由左边前端倒角30 度的正六边体，右边四个角R=12mm 的底座，中间有一个倒45 度角和R=4mm 连接左右两边。该零件的轴向为一系列孔组成。根据该零件的构造特征，其三维模型的创建操作可采用：（1）拉伸外轮廓及六边形；（2）旋转主视图中由孔组成的封闭图形；（3）运用旋转切除生成30 度和45 度、R4的两个封闭图形，生成外形上的倒角；（4）运用差集运算切除中间用旋转生成的阶梯轴（由孔组成的图形旋转而成），来创建该零件中间的阶梯孔，完成三维模型的创建。零件图如图1 所示

图 1 零件图具体的操作步骤如下： 65mm 的圆形。然后，结果如图2 1．除了轮廓线图层不关闭，将其他所有图层关闭，并且可删除直径为所示。

2．修改主视图。将主视图上多余的线条修剪，如图3 所示。时，显示的水平线，如图4 a）所示。输入“ RO”（旋转）命令，按回车键，再选择右边的水平线（即左视图）的中间点，输入旋转角度值90，按回车键，完成左视图的旋转如图 4 b ）所示。在轴测图中看到旋转后的图形如图 4 c）所示。图 3 修改主视图 3．将闭合的图形生成面域。单击“绘图”工具条上的“面域”按钮，框选所有的视图后，按回车键，命令行提示：已创建8 个面域。 4．旋转左视图。单击“视图”工具条上的“主视按钮，系统自动将图形在“主视平面”中显示。注意：图2 保留的图形

② 单击“标注”菜单，选择“线性”标注，标注出二图间的水平距离，如图 6 所示。标注尺寸的目的是便于将图形水平移动进行重合。 96．77”，按回车键结束视图的移动，如图７所示。提以上移动操作，也可用“对齐”( AL )命令进行，其结果比移动操作更加方便快捷。 6．拉伸生成三维视图。单击“建模”工具条上的“拉伸” 按钮，或者直接输入： EXT 命令，选择左视图中的外轮廓和 4 个小圆，向左拉伸 12 mm 。如图 8 所示。再将六边形向左拉伸为 42 mm ，如图 9 所示。图 4 b ) 放置后图 4 a ) 旋转前 5．移动视图将两视图重合的操作如下：

零件三维建模实验

目录实验一零件的三维建模实验 (2) 实验二从零件的CAD数据模型自动生成数控加工代码和加工仿真实验 (7) 实验三集成化CAD/CAPP系统实验 (16)

实验一零件三维建模实验一、实验目的 1、了解特征设计在CAD/CAM集成中的意义； 2、熟悉特征的种类的划分及特征拼合的基本方法，了解参数化设计方法。 3、了解各种计算机绘图软件的同时，掌握计算机绘图的系统知识，培养独立上机绘制二维、三维图形的能力，二、实验原理图形是人类传递信息的一种方法，从二维平面图到三维立体图，人类经常要绘制各式各样的图纸。零件特征是零件们某一部分形状和属性的信息集合，如孔、槽台和基准等，一方面它能方便地描述零件的几何形状；另一方面，它能为加工、分析及其它工程应用提供必要和充分的信息。基于特征的设计是CAD技术的发展，它克服了传统CAD的缺陷。传统CAD只能表达底层的零件几何定义信息，如线架、边界表示（B-rep）和实体结构几何（CSG）的信息，点、线、面、体等，无法表达高层语义和功能信息，也不能对整个产品的外形进行抽象描述，更无法表达产品非几何信息，如工艺信息（公差装配等）、精度信息、材料信息、功能信息等。特征是完整描述产品信息的方法，也是系统的灵活性和产品间数据交换的实现途径，特征已成为设计、制造、分析等各种应用之间传递信息的媒体。特征设计是在设计阶段捕捉除几何信息以外的设计与加工信息，从而避免了特征提取与识别。基于特征的设计系统使用参数化特征，并通过各类属性来描述零件的几何形状以及它们之间的功能关系，系统通常提供特征库，通过布尔运算等操作来生成零件的特征表示，但特征是孤立的信息，只有约束才能把它串联起来，形成产品。因而把约束定义为产品生命周期内各环节对产品模型的类型、属性、语义和行为的限制，它是维持产品模型有效性的手段，它决定着产品的有效性和可实现性，具有一定的定义、识别、分类。特征的分类方法很多，其严格依赖于特征定义，兼顾抽象、语义和形状因素。形状特征的分类具有严格的教学形式，并符合已有实践和认识，对于特征库的建立，具有指导意义。从应用观点出发，特征分类有： 1、按对待特征技术的研究划分：特征识别、特征造型、特征映射。 2、按产品设计—制造过程划分：设计特征、分析特征、公差特征、制造特征、检验特征、机器特征等。 3、按特征性质：形状特征、精度特征、材料特征、工艺特征及装配特征。