具有清晰轮廓的复杂二维图像失量化处理及数控加工开题报告

1、毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述随着全球计算机网络的不断发展，目前电脑已经离不开我们，从而逐渐渗入到了各个领域之中，在我们的工程领域计算机辅助软件也得到了广泛应用。CAD/CAM技术（即计算机辅助设计与制造）是制造工程技术与计算机信息技术结合发展起来的一门先进制造技术1，它的应用使传统的产品设计、制造内容和工作方式等都发生了根本性的变化，为制造业带来了巨大的经济和社会效益，被视为工业化与信息化深度融合的重要支撑技术。目前CAD/CAM技术广泛应用于机械、电子、航空航天、汽车、船舶、纺织、轻工以及建筑等各个领域，它的研究与应用水平已成为衡量一个国家科技现在化和工业现代化水平的标准2。我国是一个工业制造的大国，但是目前制造业水平还是不乐观，好多的地方还是使用传统机床，要想转变为生产加工模式还比较困难。虽然一些工厂采用数控机床进行加工，但是对于现有的数控加工设备并不能充分利用。因为目前数控机床只能完成一些规则图形（直线、圆弧）的差补运算，而对于清晰轮廓的复杂二维图像还是比较很好的弄出3。最早进行数控编程技术研

2、究的国家是美国。随着世界上第一台数控机床的诞生，20世纪50年代末，美国麻省理工学院(MIT)在MIT旋风I型电子计算机上实现的和有关于APT(Automatically Programming Tool)自动编程4。随后美国空间协会又组织一些工厂帮助进一步开发APT语言。随着 CAD/CAM向一体化的方向发展，APT系统逐渐被目前的CAD/CAM系统所取代。1972年，美国洛克希德加里福尼亚飞机公司首先研制成功了第一个关于CAD/CAM的系统。1975年，法国达索飞机公司引进该系统，并开发了集三维设计与数控编程于一体的图形数控编程系统CATIA。美国麦道飞机公司于1983年研制的UG是一套集成化的CAD/CAM系统，是目前应用范围最广泛的软件之一。之后，各种不同的集成数控编程软件相继出现，如:Master CAM, Pro/Engineer, Cimatron等5。 我国在数控编程系统方面起步较晚，虽然作了大量的工作，但相对于发达国家还有很大差距。在APT语言的基础上，开发了一些同类的语言，如华东工学院的EAPT等系统6。70年代，航空部自行研制了一些自动编程系统，如SKC-1,等。

3、80年代在APTIV/SS基础上，我国与德国MBB公司合作研制了APTX，并应用于国内很多单位，取得了可观的经济效益。随后国内的许多高校和企业联手研制了一些较具实用性的CAD/CAM系统。需要指出的是,由于历史原因,直到80年代我国的CAD/CAM技术才真正的开始有了发展。随着国内相关技术的日益成熟，到90年代，国内相继开发了一些具有自主知识产权的CAD/CAM系统，其中典型的有:华中理工大学开目集团有限公司的开目CAD系统。但从总体上看，由于资金技术等主客观因素的限制，我国研制的许多软件缺乏系统性，还有待于进一步完善，以便更好地服务于机械制造加工等行业。 国外数控编程技术开发应用较早7，出现数控机床自动编程系统较为先进，功能非常强大。但是所有的软件都需要的一点就是矢量化编程，然而在当今生产以多品种、小批量和创新设计为特征的环境下，仿形加工作为一种传统的加工方法，表现出了其特有的灵活性和敏捷性，正得到越来越多的应用。利用线切割加工进行仿形加工将广泛应用于模具、轻工和工艺品制造领域8。在某些加工中，我们只有一个模型的轮廓形状，说不清楚它的精确尺寸，或者当精确尺寸本身就不重要，此时若采用

4、CAD系统一笔一画造型是很繁琐的，如果用一个图样直接输入就能得到轮廓，便会达到事半功倍的效果。面向国内尤其是广大的中小企业，开发基于图纸矢量化的编程系统具有很重要的现实意义。数字图像处理（digital image processing）9是用计算机对图像信息进行处理的一门技术，使利用计算机对图像进行各种处理的技术和方法。利用数字图像处理主要是为了修改图形，改善图像质量，或是从图像中提起有效信息，还有利用数字图像处理可以对图像进行体积压缩，便于传输和保存。构建并实现“数字图像处理教学实验平台”将使我们了解数字图像处理的特点、意义，发展前景、以及数字图像处理的一般原理方法和手段，掌握关于图像处理的基本思想和方法，为从事相关工作打下理论基础。图纸矢量化研究仍然是数字图像处理和模式识别领域中的一个热点10。 国内外对此进行了大量的研究，得到了若干算法和原型系统，并推出商品化软件。但是图像矢量化处理不是一个独立的过程，需要连续的图像处理环节，所以在不同图像处理技术的本身因素基础影响下，导致在矢量化研究过程中每一个环节都存在一定的难点11； （1）矢量化过程中对图像信息的提取和处理都基于大量的图

5、像处理，以像素为对象的常见的图像处理技术很难从整体拓化结构考虑，因此矢量化的结果很容易破坏原图像结构，导致信息遗漏。并且在矢量化信息处理中，许多图像的基本信息也很容易受到噪音的干扰，影响绘制结果。 （2）在矢量化过程中为了保证矢量存储空间的减少，通过处理原位图后获取的特征信息量并不全面，很难保证最终生成的图像的精准性。另外在绘图和扫描输入等各个环节中，存在着人为造成的图线质量的不确定性，还有加上图样又具有多样性和复杂性，因此，迄今为止，还没有一套全自动的图样的光栅到矢量的转换软件，图纸矢量化研究仍然是数字图像处理和模式识别领域中的一个热点12。在当前应用中对图像矢量化（Image Vectotizat)，目前国外己经出现了一些商品化的矢量化软件，比较著名的有德国有Softelec 公司的 VPStudio、挪威 Rx Spotlight、美国 GTX 公司的 GTXRaster CAD PLUS，Able 公司的 R2v 等13。图像矢量化的研巧最早可追溯到上世纪70年代，在早期的发展阶段，主要以二值线框图像矢量化研究为主，应用于工程图纸、地图、卡通等黒白图像，矢量化准确率较低，且处理

6、速度也很慢。发展到80年代后期，计算机辅助设计（CAD）系统在工业技术得到广泛应用，将图像矢量化开始应用于保存和管理工程图纸14。 参考文献：1 王宗彦，李文斌等.CAD/CAM技术M.北京：电子工业出版社,2014.7.2 唐荣锡.CAD/CAM技术M.北京：北京航空航天大学出版社,1994.3.3 周济,周艳红.数控加工技术M.北京：国防工业大学出版社,2001.1.4 王爱玲.机床数控技术M.北京：高等教育出版社，2013.6.5 王振林.数控加工技术师应用与发展现代制造技术的基础J.机电产品开发与创新，2001,21(5)：30-32.6 蔺毅.非标准轮廓曲线提取与数控加工程序生成的研究D.新疆大学：2007.6.7 薛欣伟，曾周末.数控线切割加工CAD/CAM 集成技术J.机电一体化，1999，4(10)：20-22.8 伍俊,李明辉.新一代电火花线切割加工数控系统J.机电一体化，2000，3（1）：12-15.9 Kenneth.R.Castleman 等.数字图像处理M.北京：电子工业出版社,1998.10 李娟.图像与矢量化交互变换技术研究与实现D.中原工学院：2010

7、,12.11 罗喆帅，毛奇凰，葛艳，工程图纸矢量化软件的设计与实现，微机发展，2004，（14）：32-38. 12 崔倩，蔡汉明，宋金霞等，工程图纸的矢量化研究J.电脑开发与应用，2007，（10）：25-26. 13 史桂娴，张平.栅格图像矢量化方法与其研究进展J.电脑知识与技术，2008，4（6）：1478-1479.14 崔倩.基于扫描图纸矢量化的线切割编程系统D.青岛科技大学：2008，04.15 Frederick Proctor,John Michaloskietal.Analysis of behavioral requirements for component-based machine controllers, Proceedings of SPIE 2001，（07）：10-19.16 Piegl L.Key developments in computer aided geometric designJ.CAD,1989,262-274. 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题要研究和解决的问题：通过查阅资料了

8、解本课题的背景以及它的研究意义，设计出能够提取出复杂的二维图像的轮廓，并对图像进行矢量化处理从而使得CAM软件可以识别，然后利用相关的CAM软件编制出用于数控线切割机床使用的数控程序，从而用于数控加工。通过多个软件将图像处理与数控加工相结合的方式弥补了目前CAD/CAM 软件不能直接提取位图图像进行数控加工程序生成的缺点，同时提高数控机床对复杂轨迹进行加工的效率，很好的解决实际生产问题。本课题的研究手段： 针对此课题，我决定先运用平日的摄影处理技术将加工工件的平面轨迹提取出来，然后应用Adobe Photoshop CS6和Adobe Streamline软件标定将图片从数码相机摄取的工件轨迹图像进行滤波、锐化、二值处理、边缘检测等图像处理。再经过 Auto Cad 软件进行拟合，将格式转换为矢量图，最后利用 CAD/CAM软件（UG 8.0）自动生成数控加工程序，经过检验后输入到数控机床进行加工。接下来详细的说一下。 首先图像采集，是将未知零件廓形通过扫描或拍照的方式，将其想要表达的数据转换成图片的形式待用。而在这个步骤中对零件的表面处理，如清洗污垢，抛光去毛刺等要求很严格，以免对后

9、期采集的图像因为不准确而带来不便的影响。另外一点就是采集的设备，相机的分辨率一定要高，最好要求 300 像素以上，其目的同样是为了图像后期处理。图像获取之后要将采集到的图像与实际工件的尺寸大小建立一定的联系，这则要对系统进行标定试验，以获得合适的比例因子，使得采集的图像能够反映出实际尺寸，标定试验很关键，其结果直接影响到最终生成的数控加工程序的精度。 接下来就是对图片进行处理，我打算应用Adobe Photoshop CS6和Adobe Streamline软件将刚刚提取好的图片进行处理，如灰度处理，二值化处理，噪声滤波，细化和轮廓处理。灰度处理就是将图像转换为灰度图后像素点的信息就少一些，可以避免由于图像色彩不均匀造成的识别困难。二值化的处理其实也是图像分割的过程，通过一定的参数设置和规则等将图像中的像素分别开来，将物体的主要特征提取出来，域值分割是一种区域分割的方法，它是对图像进行视觉分析和模式识别的基本前提。由于图像上的污点、褶皱及扫描系统等因素的干扰使图像质量下降，为了使图像更逼真，需要进行图像去去噪。最好就是对图片进行细化和轮廓提取。从而得到优化的点阵信息，去掉不需要的信息，获取对象的特征信息。我们需要将位图转化为矢量图，而且还要能够适合机械加工，然后对图片进行矢量化处理，我们是机械专业，常用的可以矢量化的软件一般就是 Auto CAD，所以我打算运用 CAD 的栅格来实现位图与矢量图的转化。最后了解数据加工的常用编程命令，在UG8.0软件中的的CAM模块中制订加工方法和顺序，指定加工环境进入制造模块，再创造各个节点，设置操作参数，生成刀位轨迹，接着后置处理，生成NC文件，用于数控加工。具体的流程操作：收集和查阅资料了解所研究课题思考课题的背景和研究目的意义图像的采集及系统标定

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