基于數(shù)字圖像處理的浮雕CAD-CAM研究與設(shè)計(jì).pdf

1、淄博質(zhì)恒工貿(mào)有限公司為滿足市場(chǎng)對(duì)浮雕產(chǎn)品日益增長的需求，委托數(shù)控技術(shù)與裝備課題組開發(fā)圖像浮雕CAD/C AM軟件和三軸數(shù)控雕刻機(jī)。文章對(duì)圖像浮雕 CAD/CAM、三軸數(shù)控雕刻機(jī)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)做了詳細(xì)的研究，具體研究內(nèi)容如下：
　　1、選用深度灰介圖作為浮雕 C AD/C AM處理的數(shù)據(jù)源，并對(duì)其做了預(yù)處理。為了滿足精細(xì)浮雕加工要求，對(duì)細(xì)節(jié)模糊的圖像運(yùn)用高反差保留與雙邊濾波算法對(duì)圖像進(jìn)行了細(xì)節(jié)增強(qiáng)。采用 CB形態(tài)學(xué)濾波、高斯濾波、線性光

2、混合等實(shí)現(xiàn)保留圖像細(xì)節(jié)的濾波，可使浮雕產(chǎn)品表面變得比較光滑。運(yùn)用最鄰近插值算法、雙線性插值算法或三次卷積插值算法實(shí)現(xiàn)圖像的縮放，以與加工幅面進(jìn)行匹配。
　　2、引入灰度心理學(xué)公式獲取圖像像素點(diǎn)灰度。將圖像灰度數(shù)據(jù)與加工深度要求作線性或非線性（冪指）映射，得到浮雕模型高度數(shù)據(jù)。
　　3、為得到局部表面光滑且更符合實(shí)際物體高度情況的浮雕模型，使刀具可以柔順的在工件表面運(yùn)動(dòng)，引入SFS算法，根據(jù)圖像強(qiáng)度得到圖像像素點(diǎn)高度。將R G

3、B顏色空間轉(zhuǎn)換為LU V顏色空間獲取像素點(diǎn)亮度值，用亮度代替強(qiáng)度，用線性化方法求解SFS問題。
　　4、由于圖像處理涉及龐大的數(shù)據(jù)量，CAM模塊的數(shù)據(jù)處理舍棄了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，選用操作文檔的方式。針對(duì)圖像灰度數(shù)據(jù)、高度數(shù)據(jù)、刀路數(shù)據(jù)等建立相應(yīng)文檔，通過自定義數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)、讀取方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。文章采用直接法和7次 Bezie r曲線擬合方法得到浮雕數(shù)控加工代碼。
　　5、文章重點(diǎn)研究了開放式數(shù)控雕刻機(jī)系統(tǒng)的五層架構(gòu)方式

4、和數(shù)控加工程序的解釋和執(zhí)行。用軟件總線將數(shù)控系統(tǒng)模塊與操作系統(tǒng)分開，使功能運(yùn)行簡潔有效。建立中間過渡文件，改變傳統(tǒng)數(shù)控加工程序的解釋和執(zhí)行過程，將數(shù)控加工程序的預(yù)處理和插補(bǔ)過程分開執(zhí)行，提高了機(jī)床運(yùn)行效率和機(jī)床穩(wěn)定性。并對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)系統(tǒng)的其他關(guān)鍵部分做了詳細(xì)研究。例如PCI數(shù)據(jù)卡的操作、運(yùn)動(dòng)軸電氣設(shè)計(jì)、機(jī)床安全環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、主軸電氣設(shè)計(jì)、圖形顯示設(shè)計(jì)、多任務(wù)實(shí)時(shí)處理設(shè)計(jì)等。
　　6、介紹了差分原理和二維數(shù)控差分插補(bǔ)。在二維數(shù)控差分插補(bǔ)

5、的基礎(chǔ)之上研究了三維空間直線數(shù)控差分插補(bǔ)理論。對(duì)插補(bǔ)誤差做了詳細(xì)研究，得出誤差不超過0.707個(gè)脈沖當(dāng)量。同時(shí)也研究了插補(bǔ)過程的加減速控制和插補(bǔ)效率，并對(duì)插補(bǔ)算法進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)取得了良好的效果。
　　7、研制了三軸數(shù)控雕刻機(jī)和浮雕 C AD/C AM軟件，通過五角星、空間斜面漢字和圖像輪廓的加工實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了三維空間直線的差分插補(bǔ)算法的準(zhǔn)確性和數(shù)控雕刻機(jī)的穩(wěn)定性。通過加工實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于灰度-高度模型的浮雕CAD/CAM算法和基于