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1、西安工业大学 硕士学位论文 基于数控雕刻机的图像处理系统的研究 姓名：李雨田 申请学位级别：硕士 专业：机械制造及其自动化 指导教师：晋小莉 20100528 基于数控雕刻机的图像处理系统的研究 学科：机械制造及其自动化 研究生签字：雍翻调研究生签字： 萎刚别 指导教师签字：名小荔、 I 本文将数字图像处理、刀具路径生成、加工仿真技术相结合，开发了P C 环境下基于 数控雕刻机的图像处理系统。雕刻系统以要加工的图像为主要研究对象，为实现基于图像 处理的加工技术提供了新的方法。 论文通过分析各种开放式数控系统的特点和利弊，确定雕刻系统采用“P C + N C ”方 式的硬件平台，同时简单论述了在
2、该硬件平台基础上实现雕刻系统总体结构和软硬件结构 设计的思路。 在雕刻图像处理部分，研究了图像格式的转换算法；对图像进行光照补偿、图像平滑、 图像锐化的处理；在传统C a n n y 边缘检测的基础上，提出一种基于C a n n y 边缘检测改进 的算法，能够高效的检测到图像的边缘轮廓；在轮廓跟踪方面，提出一种基于像素顶点矩 阵的轮廓跟踪方法，验证结果表明相比传统的轮廓跟踪方法，该方法更能准确完整的追踪 到图像的轮廓信息；同时定义了数据结构的围线树，用来表示图像是数据文件。 根据图像处理得到的数据文件生成雕刻加工的刀具路径，研究了环切法、行切法和轮 廓切削的基本算法。在刀具路径的环切法中重点研
3、究了环的等距、自交、互交和环的布尔 运算；在刀具路径的行切法中重点研究了线段跟轮廓线和岛屿相交的问题，确定了行切法 加工的角度、行走的方向和对交点进行一系列的处理，并且研究了行切法生成的算法，最 终生成行切的刀具路径；在轮廓切削部分提出一种简单可行的轮廓切削刀具路径的生成方 法。 最后，在V C + + 6 O 开发环境下引入了O p e n G L 技术，实现了雕刻刀具路径的仿真； 并在数控机床上实验加工，结果表明所研究的方法和思路有效可行。 关键词：雕刻系统；图像处理；刀具路径；轨迹仿真 I m a g eP r o c e s s i n gS y s t e mR e s e a r
4、c hB a s e do nC N CE n g r a v i n g M a c h i n e D i s c i p l i n e ：M a c h i n e r yM a n u f a c t u r i n ga n d A u t o m a t i o n S t u d e n tS i g n a t u r e ：山歹彬以M S u p e r v i s o rS i g n a t u r e ： 芳m 纠 A b s t r a c t I nt h eP Ce n v i r o n m e n t ，t h eN Ce n g r a v i n gs
5、y s t e mb a s e do nt h ei m a g ei n f o r m a t i o nW a s d e v e l o p e di nt h i sp a p e r T h i ss y s t e mt a k e st h ee n g r a v e dc h a r a c t e r sa st h em a i no b j e c t ，a n d c o m b i n e s 、) l ，i t l lt h ed i g i t a li m a g ep r o c e s s i n g t o o l - p a t hg e n e
6、r a t i o na n dm a c h i n i n gs i m u l a t i o n t e c h n o l o g y An e ww a yt or e a l i z ee n g r a v i n gW a sp r o p o s e d ，a n dan e wa p p r o a c hW a sp r o v i d e st o a c h i e v ei m a g e - b a s e di n f o r m a t i o np r o c e s s i n gt e c h n o l o g y B ya n a l y z i
7、n gav a r i e t yo fO p e n C N Cs y s t e ma b o u tt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f c h a r a c t e r i s t i c s ，t h em e a n so f ”P C + N C ”t ot h eh a r d w a r ep l a t f o r mo ft h ee n g r a v i n gs y s t e mW a s d e t e r m i n e d ，b a s e do nt h et h eh a r
8、 d w a r ep l a t f o r m ，t h ei d e a so fd e s i g na b o u tt h ee n g r a v i n g m a c h i n es y s t e ma n ds o f t w a r eo rh a r d w a r es t r u c t u r a ls y s t e mw e r eo u t l i n e d I nt h ei m a g ep r o c e s s i n gs e c t i o n , t h ei m a g ef o r m a tc o n v e r s i o na
9、l g o r i t h mW a ss t u d i e d ，a n d i l l u m i n a t i o nc o m p e n s a t i o n ，t h ei m a g es m o o t h i n g ，i m a g es h a r p e n i n gp r o c e s s i n gw e r et r e a t e d ； B a s e do nt h et r a d i t i o n a lC a n n ye d g ed e t e c t i o n , a ne d g ed e t e c t i o na l g o
10、 r i t h mt h a tC a ne f f i c i e n t l y d e t e c tt h ei m a g ee d g e sW a si m p r o v e d ；A p i x e l b a s e dv e r t e xm a t r i xc o n t o u rt r a c k i n gm e t h o dw a s p r o p o s e d ，c o m p a r e dt ot r a d i t i o n a lt r a c ko ft h eb o u n d a r i e s ，t h i sm e t h o d
11、p r o v e sm o r ea c c u r a t e l y ； I nt h ef i n a l ，t h ed a t as t r u c t u r eo fC o n t o u rt r e ew a sd e f i n e d ，t os a i dad a t af i l eo ft h ei m a g e A c c o r d i n gt ot h ed a t ao b t a i n e df r o mi m a g ep r o c e s s i n g ，t h et o o l - p a t ht os t u d yt h ec u
12、 t t i n g m e t h o dh a sg e n e r a t e d ，t h eb a s i cl i n e - c u t t i n gm e t h o da n dc o n t o u rc u t t i n ga l g o r i t h mw e r es t u d i e d T h er i n go fe q u i d i s t a n t 、s e l f - a n dm u t u a li n t e r c o u r s ea n dr i n gb o o l e a no p e r a t i o n sw e r ef
13、 o c u s e d o ni nt h ec o n t o u rc u t t i n g ；T h eg e n e r a t i o no fa l g o r i t h ms t e pW a sf o c u s e do ni nl i n e c u t I na no p e ne n v i r o n m e n t ，t h eO p e n G Lt e c h n o l o g yW a s p u l l e di n t oV C + + 6 0t oa c h i e v et h e e n g r a v i n gt o o l p a t
14、hs i m u l a t i o n ；ap r o c e s s i n go fC N Cm a c h i n et o o l so nt h ee x p e r i m e n t sW a s s h o w e dr i g h t ，a n dt h ep r o p o s e dm e t h o d sa n di d e a sw e r et ob ee f f e c t i v e K e yW o r d s ：e n g r a v i n gs y s t e m ；i m a g ep r o c e s s i n g ；t o o l p a
15、t h ；t r a j e c t o r ys i m u l a t i o n 1 绪论 1 1 课题的研究背景 1 绪论 随着众多的先进制造技术应用于生产，其中以计算机辅助设计计算机辅助制造计算 机辅助工艺和计算机数字控制为主要代表，这些技术的诞生不但提高了人类社会生产的能 力和效率，而且在很大程度上极大地推动了社会的进步和发展，并且已经逐渐成为了一个 国家现代化工业的标志。但是随着社会的进一步的发展，产品功能的日益完善以及外形的 更加美观慢慢的成为人们的追求，在消费者日益追求个性化产品的同时，企业也必须对市 场做出快速的响应，以上的传统技术已经不能够满足工业发展的要求。于是，在无法
16、直接 由传统的计算机辅助设计系统生成满足要求的建模的领域，逆向工程出现了，并且得到快 速应用，并取得了出人意料的效果。 逆向工程可以被认为是一个“从有到无的过程。简单而言，逆向工程就是根据多数 已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据的过程。从这个意义上说，逆向工程在工业 设计中的应用已经出现很久了。在早期的船舶工业中，常用的船体放样设计就是逆向工程 应用的很好实例。随着计算机技术在制造领域不断的广泛应用，特别是伴随着数字化测量 技术的快速发展，基于测量数据的产品造型技术，已经逐步成为逆向工程技术所关注的主 要对象。通过数字化的测量设备获取的物体表面的空间数据，这就需要利用逆向工程技术 建立产品的三维数字模型，进一步利用计算机辅助制造系统完成产品的制造。因此，逆向 工程技术可以被认为是将产品的样件转化为三维模型的有关的数字化技术和几何建模技 术的总称。逆向工程技术不是一个孤立的技术，逆向工程在计算机辅助设计计算机辅助 制造系统中的作用和它的测量技术与现有计算机辅助设计计算机辅助制造系统有着千丝 万缕的联系。从理论的
