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浅谈图像扫描矢量化线切割编程系统 　　 [摘要]电火花数控线切割加工作为特种加工的一种重要方法,其应用日益广泛,尤其在模具加工领域,它是一种不可缺少的先进加工方法。然而如今的大多数线切割图形编程软件都是以某一图形软件(例如AutoCAD)为开发平台,从二维图形的绘制、生成加工代码到刀位数据生成和后处理的过程,本文研究开发了一个图像矢量化的线切割程序生成系统,对于已经生成的复杂图像进行扫描、读取和处理其数据信息,生成我们需要的工程数据,进而生成刀具路径和数控程序代码。 　　[关键词]线切割编程 数字图像处理矢量化 刀位信息 　　 　　电火花线切割加工(Wire cut Electrical Discharge Machining,简称 WEDM),有时又称线切割。20世纪中期,苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时,发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉,从而开创和发明了电火花加工方法,线切割放电机也于 1960年发明于苏联。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极,对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件,例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等,成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极,各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等,具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点,已在生产中获得广泛的应用,目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的 60%以上。 　　一、系统总体设计的依据原理 　　实际工程中由于产品结构复杂,图像的曲线关系复杂、线型种类繁多等特点,导致了绘制图像的难度。扫描矢量化是解决图像数字化难题的必然途径,所以利用扫描栅格数据的可视化,有效地提取关系复杂的线条,并确保矢量数据的质量满足要求,是本图像扫描矢量化编程软件系统的依据原理。采用计算机的图形学原理和图形处理技术,实现图像栅格化数据处理,有效地实现了扫描栅格图像数据的快速可视化,对图像进行二值化和滤波消噪,利用数学形态学原理对图像进行细化,在 Freeman链码基础上进行线条矢量跟踪,可以极大地提高线条识别的精度和效率。根据画法几何中???原理对线素拓扑关系进行分析和校正,确保矢量数据的质量。在矢量化处理的数据的基础上根据线切割加工中的实际情况对零件轮廓进行偏移和修改,建立描述刀具路径节点坐标信息和左右关系的节点表,将围成加工区域的轮廓分解为单调链并建立单调链表,通过单调链表建立刀具路径节点的前后关系,最后按照一定链接原则链接所有节点从而生成刀具路径。 　　二、系统总体设计的基本原则 　　根据软件开发者和使用者的实际情况,下面是设计和建立基于图像扫描矢量化线切割编程系统总体结构的基本原则: 　　1.实用性原则。要满足生产实际对线切割加工提出的要求,使扫描和编程系统能完成所要求的各项输入输出、数据管理和编程功能,实现实时控制和多任务。 　　2.有效性原则。在保证线切割加工编程和数据管理控制的功能和特点的前提下,简化系统结构,使得设计和建立的系统稳定可靠而有效。 　　3.通用性原则。软件的设计和开发要具有通用性,易于移植、扩展和修改。另一方面,软件的使用要简单易学,因此人机界面要友好,符合使用者的水平和要求,美观、简洁、易懂和操作方便的人机界面是系统开发的一个重要方面。 　　4.可扩展性原则。随着科学技术的发展,生产实际对线切割加工的功能会越来越多,所以,这里设计和建立的系统要能方便地扩展,以适应新的需求。 　　5.可靠性原则。产品设计和生产中,对数据来源的准确性要求比较高。因此对扫描的图像信息处理过程要保证其正确不失真。 　　6.采用结构化、模块化的设计方法。在软件系统设计过程中把软件划分成具有各种功能的模块。模块程序的编写要采用结构化程序设计的方法,保证系统结构的清晰,提高程序的可读性。 　　经过实际考察线切割加工编程的过程,查阅相关的资料,结合线切割加工行业的发展要求,分析软件编程的可行性,并结合扫描矢量化在其他领域中的应用,将本文研究的基于图像扫描矢量化的线切割编程系统的功能和特点总结如下: 　　首先,它是一个简单易用的图形矢量化软件。它把光栅图转换成可供AutoCAD编辑的矢量图形,可以处理图像信息,按照用户的需要设置参数,对光栅图像进行方向变换、清理、加粗线条等编辑功能,还可以结合外部编辑器对通过设置参数进行更进一步的处理,以获得更完美的效果。 　　其次,它是一个线切割编程系统。根据电火花走丝原理,可以把图像处理后的信息生成加工路线,进行必要的处理后以语言的形式表达出加工的全部内容,生成可以直接用于数控机床的 NC加工程序。本系统的图像信息可以通过现在广泛使用的各种硬件设备进行采集,如数字化