基于SFS的浮雕数控自动编程方法研究与实现

摘要

浮雕产品被广泛应用于家具制造、广告装潢等行业中。随着数控技术的发展，数控加工已成为浮雕加工的主要方式，其中数控编程是浮雕数控加工过程中的重要技术。现行主流数控编程需要经验丰富的编程工程师的参与，且多采用专业的CAD/CAM软件进行辅助设计。对于多数浮雕加工中小型企业来说，这样的方式有着成本高、效率低的缺点。因此，这些企业迫切需要一种低成本、高效率且拥有自主产权的数控自动编程方法，来提升自身的市场竞争力。
　　本论文的基于 SFS的浮雕数控自动编程方法，能够满足上述中小型企业的需求。该方法通过对实物进行：图像采集（或者输入灰度艺术图）、预处理、浮雕三维重构和浮雕数控加工后置处理后，可以得到通用的数控程序，从而加工出浮雕产品。本文完成该方法的流程设计并对每个步骤进行理论分析和软件设计，其中重点研究了三个方面内容：浮雕图像预处理、三维建模和数控编程后置处理。浮雕图像预处理方面，本文针对实际需求，应用坐标映射原理改进常规的加权灰度化方法，采用一种自适应中值滤波器对图像进行去噪处理，并通过设计相关软件和验证，证明其效果优于常规预处理方法。浮雕三维建模方面，本文在分析了引入SFS实现浮雕三维建模的原因，采用Oren-nayar光照模型描述实物形状与图像灰度的关系，并演算简化该模型后得到了光照方程，进而根据 SFS线性化方法的思想推算出计算图像高度的迭代求解公式，最后设计相应软件，在180°范围内实现了实物的三维（2.5维）重构，通过仿真验证，证明了应用SFS进行三维重构的合理性。数控编程后置处理方面，根据一定的工艺参数以及刀具型号，采用往复式走刀方法，并对浮雕进行行高度轮廓拟合，按照 HPGL指令格式设计实现了数控程序生成软件，得到了可以在数控雕刻机床上运行的数控程序。
　　本文分别以实测实物图像以及灰度艺术图作为输入数据，得到了相应的数控程序，最终加工得到了与实物轮廓和纹理特征一致的、立体感强的、观赏性良好的浮雕成品，从而证明了本文的数控自动编程方法的有效性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现况

1.3 本文的主要工作及文章结构安排

第二章 研究目标和研究方案设计

2.1 研究目标

2.2 自动编程研究方案设计

2.3关键技术分析

2.4 本章小结

第三章 浮雕图像采集及其预处理

3.1 浮雕图像采集

3.2 浮雕图像灰度化

3.3 浮雕图像的平滑处理

3.4 本章小结

第四章 基于SFS的浮雕三维形态重构

4.1 SFS概述

4.2 SFS原理分析

4.3三维重构程序设计及其效果验证

4.4 本章小结

第五章 加工刀轨规划及数控程序生成

5.1 标准数控指令介绍

5.2 加工工艺及刀具分析

5.3 刀具轨迹规划

5.4 浮雕加工数控程序的生成

5.5 本章小结

第六章 实验验证与结果分析

6.1 实验平台及实验流程简介

6.2 自动编程分步实验及其效果分析

6.3 实物雕刻加工效果

第七章 总结与展望

7.1 课题总结

7.2 课题展望

致谢

参考文献