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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
隨著全球計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，目前電腦已經(jīng)離不開我們，從而逐漸滲入到了各個(gè)領(lǐng)域之中，在我們的工程領(lǐng)域計(jì)算機(jī)輔助軟件也得到了廣泛應(yīng)用。CAD/CAM技術(shù)（即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）是制造工程技術(shù)與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)結(jié)合發(fā)展起來的一門先進(jìn)制造技術(shù)[1]，它的應(yīng)用使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造內(nèi)容和工作方式等都發(fā)生了根本性的變化，為制造業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，被視為工業(yè)化與信息化深度融合的重要支撐技術(shù)。目前CAD/CAM技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空航天、汽車、船舶、紡織、輕工以及建筑等各個(gè)領(lǐng)域，它的研究與應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國家科技現(xiàn)在化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的標(biāo)準(zhǔn)[2]。
我國是一個(gè)工業(yè)制造的大國，但是目前制造業(yè)水平還是不樂觀，好多的地方還是使用傳統(tǒng)機(jī)床，要想轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)加工模式還比較困難。雖然一些工廠采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，但是對于現(xiàn)有的數(shù)控加工設(shè)備并不能充分利用。因?yàn)槟壳皵?shù)控機(jī)床只能完成一些規(guī)則圖形（直線、圓?。┑牟钛a(bǔ)運(yùn)算，而對于清晰輪廓的復(fù)雜二維圖像還是比較很好的弄出[3]。
最早進(jìn)行數(shù)控編程技術(shù)研究的國家是美國。隨著世界上第一臺數(shù)控機(jī)床的誕生，20世紀(jì)50年代末，美國麻省理工學(xué)院(MIT)在MIT旋風(fēng)I型電子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的和有關(guān)于APT(Automatically Programming Tool)自動編程[4]。隨后美國空間協(xié)會又組織一些工廠幫助進(jìn)一步開發(fā)APT語言。隨著 CAD/CAM向一體化的方向發(fā)展，APT系統(tǒng)逐漸被目前的CAD/CAM系統(tǒng)所取代。1972年，美國洛克希德加里福尼亞飛機(jī)公司首先研制成功了第一個(gè)關(guān)于CAD/CAM的系統(tǒng)。1975年，法國達(dá)索飛機(jī)公司引進(jìn)該系統(tǒng)，并開發(fā)了集三維設(shè)計(jì)與數(shù)控編程于一體的圖形數(shù)控編程系統(tǒng)CATIA。美國麥道飛機(jī)公司于1983年研制的UG是一套集成化的CAD/CAM系統(tǒng)，是目前應(yīng)用范圍最廣泛的軟件之一。之后，各種不同的集成數(shù)控編程軟件相繼出現(xiàn)，如:Master CAM, Pro/Engineer, Cimatron等[5]。
我國在數(shù)控編程系統(tǒng)方面起步較晚，雖然作了大量的工作，但相對于發(fā)達(dá)國家還有很大差距。在APT語言的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一些同類的語言，如華東工學(xué)院的EAPT等系統(tǒng)[6]。70年代，航空部自行研制了一些自動編程系統(tǒng)，如SKC-1,等。80年代在APTIV/SS基礎(chǔ)上，我國與德國MBB公司合作研制了APTX，并應(yīng)用于國內(nèi)很多單位，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。隨后國內(nèi)的許多高校和企業(yè)聯(lián)手研制了一些較具實(shí)用性的CAD/CAM系統(tǒng)。需要指出的是,由于歷史原因,直到80年代我國的CAD/CAM技術(shù)才真正的開始有了發(fā)展。隨著國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的日益成熟，到90年代，國內(nèi)相繼開發(fā)了一些具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CAD/CAM系統(tǒng)，其中典型的有:華中理工大學(xué)開目集團(tuán)有限公司的開目CAD系統(tǒng)。但從總體上看，由于資金技術(shù)等主客觀因素的限制，我國研制的許多軟件缺乏系統(tǒng)性，還有待于進(jìn)一步完善，以便更好地服務(wù)于機(jī)械制造加工等行業(yè)。
國外數(shù)控編程技術(shù)開發(fā)應(yīng)用較早[7]，出現(xiàn)數(shù)控機(jī)床自動編程系統(tǒng)較為先進(jìn)，功能非常強(qiáng)大。但是所有的軟件都需要的一點(diǎn)就是矢量化編程，然而在當(dāng)今生產(chǎn)以多品種、小批量和創(chuàng)新設(shè)計(jì)為特征的環(huán)境下，仿形加工作為一種傳統(tǒng)的加工方法，表現(xiàn)出了其特有的靈活性和敏捷性，正得到越來越多的應(yīng)用。利用線切割加工進(jìn)行仿形加工將廣泛應(yīng)用于模具、輕工和工藝品制造領(lǐng)域[8]。在某些加工中，我們只有一個(gè)模型的輪廓形狀，說不清楚它的精確尺寸，或者當(dāng)精確尺寸本身就不重要，此時(shí)若采用 CAD系統(tǒng)一筆一畫造型是很繁瑣的，如果用一個(gè)圖樣直接輸入就能得到輪廓，便會達(dá)到事半功倍的效果。面向國內(nèi)尤其是廣大的中小企業(yè)，開發(fā)基于圖紙矢量化的編程系統(tǒng)具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。
數(shù)字圖像處理（digital image processing）[9]是用計(jì)算機(jī)對圖像信息進(jìn)行處理的一門技術(shù)，使利用計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行各種處理的技術(shù)和方法。利用數(shù)字圖像處理主要是為了修改圖形，改善圖像質(zhì)量，或是從圖像中提起有效信息，還有利用數(shù)字圖像處理可以對圖像進(jìn)行體積壓縮，便于傳輸和保存。構(gòu)建并實(shí)現(xiàn)“數(shù)字圖像處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺”將使我們了解數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)、意義，發(fā)展前景、以及數(shù)字圖像處理的一般原理方法和手段，掌握關(guān)于圖像處理的基本思想和方法，為從事相關(guān)工作打下理論基礎(chǔ)。
圖紙矢量化研究仍然是數(shù)字圖像處理和模式識別領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)[10]。 國內(nèi)外對此進(jìn)行了大量的研究，得到了若干算法和原型系統(tǒng)，并推出商品化軟件。
但是圖像矢量化處理不是一個(gè)獨(dú)立的過程，需要連續(xù)的圖像處理環(huán)節(jié)，所以在不同圖像處理技術(shù)的本身因素基礎(chǔ)影響下，導(dǎo)致在矢量化研究過程中每一個(gè)環(huán)節(jié)都存在一定的難點(diǎn)[11]；
（1）矢量化過程中對圖像信息的提取和處理都基于大量的圖像處理，以像素為對象的常見的圖像處理技術(shù)很難從整體拓化結(jié)構(gòu)考慮，因此矢量化的結(jié)果很容易破壞原圖像結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致信息遺漏。并且在矢量化信息處理中，許多圖像的基本信息也很容易受到噪音的干擾，影響繪制結(jié)果。
（2）在矢量化過程中為了保證矢量存儲空間的減少，通過處理原位圖后獲取的特征信息量并不全面，很難保證最終生成的圖像的精準(zhǔn)性。
另外在繪圖和掃描輸入等各個(gè)環(huán)節(jié)中，存在著人為造成的圖線質(zhì)量的不確定性，還有加上圖樣又具有多樣性和復(fù)雜性，因此，迄今為止，還沒有一套全自動的圖樣的光柵到矢量的轉(zhuǎn)換軟件，圖紙矢量化研究仍然是數(shù)字圖像處理和模式識別領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)[12]。
在當(dāng)前應(yīng)用中對圖像矢量化（Image Vectotizat)，目前國外己經(jīng)出現(xiàn)了一些商品化的矢量化軟件，比較著名的有德國有Softelec 公司的 VPStudio、挪威 Rx Spotlight、美國 GTX 公司的 GTXRaster CAD PLUS，Able 公司的 R2v 等[13]。圖像矢量化的研巧最早可追溯到上世紀(jì)70年代，在早期的發(fā)展階段，主要以二值線框圖像矢量化研究為主，應(yīng)用于工程圖紙、地圖、卡通等黒白圖像，矢量化準(zhǔn)確率較低，且處理速度也很慢。發(fā)展到80年代后期，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)在工業(yè)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，將圖像矢量化開始應(yīng)用于保存和管理工程圖紙[14]。
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
本課題要研究和解決的問題：
通過查閱資料了解本課題的背景以及它的研究意義，設(shè)計(jì)出能夠提取出復(fù)雜的二維圖像的輪廓，并對圖像進(jìn)行矢量化處理從而使得CAM軟件可以識別，然后利用相關(guān)的CAM軟件編制出用于數(shù)控線切割機(jī)床使用的數(shù)控程序，從而用于數(shù)控加工。
通過多個(gè)軟件將圖像處理與數(shù)控加工相結(jié)合的方式彌補(bǔ)了目前CAD/CAM 軟件不能直接提取位圖圖像進(jìn)行數(shù)控加工程序生成的缺點(diǎn)，同時(shí)提高數(shù)控機(jī)床對復(fù)雜軌跡進(jìn)行加工的效率，很好的解決實(shí)際生產(chǎn)問題。
本課題的研究手段：
針對此課題，我決定先運(yùn)用平日的攝影處理技術(shù)將加工工件的平面軌跡提取出來，然后應(yīng)用Adobe Photoshop CS6和Adobe Streamline軟件標(biāo)定將圖片從數(shù)碼相機(jī)攝取的工件軌跡圖像進(jìn)行濾波、銳化、二值處理、邊緣檢測等圖像處理。再經(jīng)過 Auto Cad 軟件進(jìn)行擬合，將格式轉(zhuǎn)換為矢量圖，最后利用 CAD/CAM軟件（UG 8.0）自動生成數(shù)控加工程序，經(jīng)過檢驗(yàn)后輸入到數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。接下來詳細(xì)的說一下。
首先圖像采集，是將未知零件廓形通過掃描或拍照的方式，將其想要表達(dá)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖片的形式待用。而在這個(gè)步驟中對零件的表面處理，如清洗污垢，拋光去毛刺等要求很嚴(yán)格，以免對后期采集的圖像因?yàn)椴粶?zhǔn)確而帶來不便的影響。另外一點(diǎn)就是采集的設(shè)備，相機(jī)的分辨率一定要高，最好要求 300 像素以上，其目的同樣是為了圖像后期處理。圖像獲取之后要將采集到的圖像與實(shí)際工件的尺寸大小建立一定的聯(lián)系，這則要對系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，以獲得合適的比例因子，使得采集的圖像能夠反映出實(shí)際尺寸，標(biāo)定試驗(yàn)很關(guān)鍵，其結(jié)果直接影響到最終生成的數(shù)控加工程序的精度。
接下來就是對圖片進(jìn)行處理，我打算應(yīng)用Adobe Photoshop CS6和Adobe Streamline軟件將剛剛提取好的圖片進(jìn)行處理，如灰度處理，二值化處理，噪聲濾波，細(xì)化和輪廓處理。灰度處理就是將圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖后像素點(diǎn)的信息就少一些，可以避免由于圖像色彩不均勻造成的識別困難。二值化的處理其實(shí)也是圖像分割的過程，通過一定的參數(shù)設(shè)置和規(guī)則等將圖像中的像素分別開來，將物體的主要特征提取出來，域值分割是一種區(qū)域分割的方法，它是對圖像進(jìn)行視覺分析和模式識別的基本前提。由于圖像上的污點(diǎn)、褶皺及掃描系統(tǒng)等因素的干擾使圖像質(zhì)量下降，為了使圖像更逼真，需要進(jìn)行圖像去去噪。最好就是對圖片進(jìn)行細(xì)化和輪廓提取。從而得到優(yōu)化的點(diǎn)陣信息，去掉不需要的信息，獲取對象的特征信息。我們需要將位圖轉(zhuǎn)化為矢量圖，而且還要能夠適合機(jī)械加工，
然后對圖片進(jìn)行矢量化處理，我們是機(jī)械專業(yè)，常用的可以矢量化的軟件一般就是 Auto CAD，所以我打算運(yùn)用 CAD 的柵格來實(shí)現(xiàn)位圖與矢量圖的轉(zhuǎn)化。
最后了解數(shù)據(jù)加工的常用編程命令，在UG8.0軟件中的的CAM模塊中制訂加工方法和順序，指定加工環(huán)境進(jìn)入制造模塊，再創(chuàng)造各個(gè)節(jié)點(diǎn)，設(shè)置操作參數(shù)，生成刀位軌跡，接著后置處理，生成NC文件，用于數(shù)控加工。
具體的流程操作：
收集和查閱資料了解所研究課題
思考課題的背景和研究目的意義
圖像的采集及系統(tǒng)標(biāo)定
圖像處理及輪廓提取
位圖矢量化轉(zhuǎn)換及基準(zhǔn)位置確定
數(shù)控加工程序的生成
總結(jié)與感謝
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
張萌同學(xué)本次所做設(shè)計(jì)的題目是“具有清晰輪廓的復(fù)雜二維圖像矢量化處理及數(shù)控加工”，該同學(xué)在查閱了相關(guān)的和畢業(yè)設(shè)計(jì)工作有關(guān)的資料、書籍后，撰寫完成了開題報(bào)告。
開題報(bào)告語言通順，格式規(guī)范。“文獻(xiàn)綜述”部分對研究此課題的意義，國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了較為詳細(xì)的敘述，并對相關(guān)技術(shù)和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了查新，有一定的深度?！氨菊n題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）”部分中，提出問題明確，方法基本可行，應(yīng)盡快理清思路，找準(zhǔn)研究手段和途徑，圓滿完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作
2016年3月21日
所在系審查意見：
同意開題
系主任：
2016 年 3月21日