字符轮廓数控加工系统的研究与开发

论文摘要

如何直接、快速、精确地对未知尺寸的图像进行数控加工是先进制造技术之一，可用于产品的快速成型、艺术品制造等领域。像汉字、数字、各种符号、商标等图形的轮廓加工，目前主要是手工切割或雕刻的，并已开始采用数控加工。手工加工方法效率低下，且不能有效地保证其精确度；而在一些雕刻机或数控切割机床数控加工字符时，需要先解决数控编程问题。本文从实际需要的角度出发，将数字图像处理、计算机图形学和数控自动编程技术融为一体，开发出了字符轮廓数控加工系统，该系统不仅可以准确地得到字符轮廓的数据信息，而且能将点阵图像变为矢量图像，最后在AutoCAD环境下自动生成所需要的数控加工代码。将数控加工代码输入到数控切割机床，就可以进行各种字符的轮廓切割加工。论文首先介绍了字符轮廓数控加工系统的机床结构、硬件结构和软件结构。字符轮廓数控加工系统采用开放式数控系统结构设计。随后介绍了字符轮廓数控加工系统的主控软件所包含的两个重要部分：图像处理与矢量化软件和自动编程模块。开发出的图像处理与矢量化软件主要包括：字符图像的获取、噪声消除、图像的颜色处理、图像的边缘检测与轮廓提取、轮廓的拟合矢量化及矢量图形文件的生成等功能子模块。它为字符轮廓在CAD软件下的数控线锯切割加工自动编程解决了后顾之忧，高效可靠，并可以得到任意尺寸的字符轮廓图形。自动编程模块是在AutoCAD平台上应用VBA技术进行的二次开发，其主要功能有：通过交互方式实现图形的输入；通过交互的方式选择轮廓中的加工部分并采用近似双圆弧插补算法进行插补拟合；在原图的基础上绘制出插补后的图形；计算插补误差；输出数控加工代码。通过实例验证，字符轮廓数控加工系统的应用将改变原始的手工加工方法，为制造业的自动化提供了新思路，具有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 数字图像处理与矢量化技术的研究概况
• 1.3 国内外切割技术的研究概况
• 1.4 自动编程技术的研究概况
• 1.5 课题研究的主要内容
• 第2章 字符轮廓数控加工系统的体系结构
• 2.1 机床结构简介
• 2.2 工作台及夹紧装置的设计
• 2.3 线锯的选择
• 2.4 系统的硬件结构
• 2.4.1 运动控制器
• 2.4.2 可编程控制器
• 2.4.3 步进电机与驱动电源
• 2.5 系统软件结构及主要软件模块
• 2.5.1 总体结构
• 2.5.2 图像处理与矢量化软件
• 2.5.3 自动编程模块
• 2.5.4 人机界面
• 2.6 本章小结
• 第3章 图像处理与矢量化软件的开发
• 3.1 软件的设计要求
• 3.2 软件的功能
• 3.3 软件的开发
• 3.3.1 软件的开发平台和开发工具
• 3.3.2 重要子模块的开发
• 3.4 本章小结
• 第4章 数控自动编程模块的开发
• 4.1 数控自动编程基础
• 4.1.1 数控编程代码概述
• 4.1.2 基于AutoCAD平台的自动编程
• 4.2 数控插补算法
• 4.2.1 双圆弧插补算法
• 4.2.2 近似双圆弧插补算法
• 4.2.3 两种插补算法的比较
• 4.3 自动编程模块的实现
• 4.3.1 模块的功能
• 4.3.2 开发工具的选择
• 4.3.3 模块的开发
• 4.4 本章小结
• 第5章 实例分析
• 5.1 图像处理与矢量化实例
• 5.2 数控自动编程实例
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 待展开的工作及展望
• 主要参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文