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淄博质恒工贸有限公司为满足市场对浮雕产品日益增长的需求,委托数控技术与装备课题组开发图像浮雕CAD/CAM软件和三轴数控雕刻机。文章对图像浮雕CAD/CAM、三轴数控雕刻机的关键环节做了详细的研究,具体研究内容如下:1、选用深度灰介图作为浮雕CAD/CAM处理的数据源,并对其做了预处理。为了满足精细浮雕加工要求,对细节模糊的图像运用高反差保留与双边滤波算法对图像进行了细节增强。采用CB形态学滤波、高斯滤波、线性光混合等实现保留图像细节的滤波,可使浮雕产品表面变得比较光滑。运用最邻近插值算法、双线性插值算法或三次卷积插值算法实现图像的缩放,以与加工幅面进行匹配。2、引入灰度心理学公式获取图像像素点灰度。将图像灰度数据与加工深度要求作线性或非线性(幂指)映射,得到浮雕模型高度数据。3、为得到局部表面光滑且更符合实际物体高度情况的浮雕模型,使刀具可以柔顺的在工件表面运动,引入SFS算法,根据图像强度得到图像像素点高度。将RGB颜色空间转换为LUV颜色空间获取像素点亮度值,用亮度代替强度,用线性化方法求解SFS问题。4、由于图像处理涉及庞大的数据量,CAM模块的数据处理舍弃了传统的数据结构形式,选用操作文档的方式。针对图像灰度数据、高度数据、刀路数据等建立相应文档,通过自定义数据格式存储、读取方式来进行数据通讯。文章采用直接法和7次Bezier曲线拟合方法得到浮雕数控加工代码。5、文章重点研究了开放式数控雕刻机系统的五层架构方式和数控加工程序的解释和执行。用软件总线将数控系统模块与操作系统分开,使功能运行简洁有效。建立中间过渡文件,改变传统数控加工程序的解释和执行过程,将数控加工程序的预处理和插补过程分开执行,提高了机床运行效率和机床稳定性。并对数控雕刻机系统的其他关键部分做了详细研究。例如PCI数据卡的操作、运动轴电气设计、机床安全环节设计、主轴电气设计、图形显示设计、多任务实时处理设计等。6、介绍了差分原理和二维数控差分插补。在二维数控差分插补的基础之上研究了三维空间直线数控差分插补理论。对插补误差做了详细研究,得出误差不超过0.707个脉冲当量。同时也研究了插补过程的加减速控制和插补效率,并对插补算法进行了模拟实验,实验取得了良好的效果。7、研制了三轴数控雕刻机和浮雕CAD/CAM软件,通过五角星、空间斜面汉字和图像轮廓的加工实验验证了三维空间直线的差分插补算法的准确性和数控雕刻机的稳定性。通过加工实验验证了基于灰度-高度模型的浮雕CAD/CAM算法和基于SFS获取高度模型的浮雕CAD/CAM算法的准确性和鲁棒性,并且对两种方法进行了比较,得出后者优于前者。