國(guó)內(nèi)外對(duì)各種切割技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)行了很多年，但研究得更多的是各種切割技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中遇到的問(wèn)題，而對(duì)切割CAD/CAM的研究還很少.針對(duì)激光加工特點(diǎn)，數(shù)控激光加工機(jī)有切割和影雕兩種加工方式.影雕是以早年的"針黑白"工藝為基礎(chǔ)而發(fā)展并創(chuàng)新的新工藝，它具有濃厚的文化內(nèi)涵、精美的成品效果，是一種新興的產(chǎn)業(yè).然而，由于傳統(tǒng)加工水平和加工方式的限制，使它很難進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化的發(fā)展，隨著激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為影雕走上產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路.本文將激光技術(shù)、圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到影雕加工中，并把圖像的影雕處理集成到激光加工CAD/CAM軟件中.
      1系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
        激光加工CAD/CAM系統(tǒng)采用3層體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理，如圖1所示.圖1中，上層為系統(tǒng)應(yīng)用層，是本系統(tǒng)和用戶(hù)的接口，通過(guò)它可完成從設(shè)計(jì)、分析、仿真到加工的所有任務(wù)，并實(shí)時(shí)地反饋各種結(jié)果信息.由系統(tǒng)應(yīng)用層獲取的設(shè)計(jì)、工藝等數(shù)據(jù)信息直接存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)層中，根據(jù)通過(guò)操作信息的要求驅(qū)動(dòng)功能層的相應(yīng)功能函數(shù)進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn).中間層為基本功能層，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能，是系統(tǒng)的核心，包括特征造型、圖形圖像的編輯處理、圖形的前置、后置處理、影雕處理等.基本功能層的各種操作通過(guò)應(yīng)用層進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而它的數(shù)據(jù)信息由數(shù)據(jù)管理層獲得，處理后又存回?cái)?shù)據(jù)庫(kù).底層為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理層，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和管理.通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理體系對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行有效的管理;通過(guò)工作模式管理模塊對(duì)系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行有效的管理，使得系統(tǒng)能在多種模式下工作;通過(guò)數(shù)據(jù)接口模塊實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，如通過(guò)DXF, BMP等進(jìn)行圖形圖像的數(shù)據(jù)交換等.
        采用這種體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，底層采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理方法，當(dāng)產(chǎn)品模型改變時(shí)，數(shù)據(jù)的管理方式不變，對(duì)系統(tǒng)程序影響不大;系統(tǒng)為分層結(jié)構(gòu)，并且每一層又是相對(duì)獨(dú)立的，這樣每一層進(jìn)行功能擴(kuò)充時(shí)，對(duì)其他層的影響很小.
   

    2系統(tǒng)的信息流
        圖2為激光加工CAD/CAM系統(tǒng)的信息總流程圖.通過(guò)它展示了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、規(guī)劃到加工的所有可能的數(shù)據(jù)流程.其中數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)流程的樞紐和核心所在，所有的數(shù)據(jù)信息都由它存儲(chǔ)、管理.數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)又由圖形數(shù)據(jù)管理體系和圖像數(shù)據(jù)管理體系兩大模塊組成.對(duì)圖形元素的管理，采用面向?qū)ο蟮墓芾頇C(jī)制，為每個(gè)圖形元素創(chuàng)建的一個(gè)圖形元素類(lèi)對(duì)象，在創(chuàng)建這個(gè)對(duì)象時(shí)得到指向這個(gè)對(duì)圖2系統(tǒng)的信息總流程圖像的指針，并通過(guò)建立一個(gè)動(dòng)態(tài)對(duì)象指針數(shù)組來(lái)管理這些指針。來(lái)達(dá)到管理所有圖形元素對(duì)象的目的.在后置處理等有順序要求的，則采用鏈表結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理.CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的來(lái)源包括基于鼠標(biāo)、鍵盤(pán)的輸人互動(dòng)設(shè)計(jì)、字體字符的提取設(shè)計(jì)和基于圖像的描圖設(shè)計(jì).其中，基于圖像的描圖設(shè)計(jì)跨越了圖形和圖像兩個(gè)數(shù)據(jù)管理區(qū).各種編輯處理是對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行直接的操作.在后置處理的時(shí)候要進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變改為用鏈表結(jié)構(gòu)進(jìn)行順序的記錄存儲(chǔ)，并且最后生成刀具軌跡鏈表.加工模擬仿真的數(shù)據(jù)可以是后置處理后的數(shù)據(jù)，其目的是對(duì)工藝規(guī)劃的合理性和正確性進(jìn)行驗(yàn)證，它也可以從數(shù)控加工代碼中獲取，這時(shí)的功能是對(duì)代碼進(jìn)行校核.影雕有兩種控制方式，一種為二值點(diǎn)圖的直接控制，另一種則是二值點(diǎn)圖通過(guò)連續(xù)化處理轉(zhuǎn)換成數(shù)控(NC?代碼的格式進(jìn)行加工控制，通過(guò)激光加工CAD/CAM系統(tǒng)處理得到的控制文件，并通過(guò)傳輸模塊傳送給機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng).
        3系統(tǒng)組成
        激光加工CAD/CAM系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒ê吞卣鹘�模技術(shù)，通過(guò)對(duì)象并以類(lèi)模塊的方式進(jìn)行信息的表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成.根據(jù)用戶(hù)的使用習(xí)慣和切割影雕的加工技術(shù)特點(diǎn)，系統(tǒng)分成如下5大功能模塊.
        3. 1系統(tǒng)接口模塊
        系統(tǒng)接口包括數(shù)據(jù)接口和網(wǎng)絡(luò)接口.數(shù)據(jù)接口是為了使本系統(tǒng)能與其他通用系統(tǒng)可以很好地兼容，因此系統(tǒng)應(yīng)該具有盡可能多的數(shù)據(jù)文件接口.本系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)文件接口有圖形接口的DXF文件格式，圖像接口的BMP,JEPJ,GIF,TIFF,TGA等圖像格式文件，以及矢量文字輪廓自動(dòng)提取.網(wǎng)絡(luò)接口是為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)控技術(shù)，改著資源的配置，實(shí)現(xiàn)與機(jī)床進(jìn)行直接的通訊.
        3.2 CAD繪圖模塊
        CAD繪圖包括描圖、設(shè)計(jì)、編輯3個(gè)部分.描圖部分通過(guò)提供的各種圖形、圖案底板進(jìn)行輪廓的描繪，克服了直接由圖像驅(qū)動(dòng)矢量化的各種缺點(diǎn)，可以方便地插人、刪除底圖，對(duì)底圖進(jìn)行各種操作，如實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)縮放、位置的調(diào)整、對(duì)比度的調(diào)整，等等.設(shè)計(jì)部分提供友好的人機(jī)互動(dòng)界面、互動(dòng)地進(jìn)行CAD零件的繪制，在CAD系統(tǒng)中起著重要的作用.通過(guò)它可以設(shè)計(jì)出各種工程零件圖該類(lèi)可以方便地提供各種圖元的繪制，通過(guò)菜單或者圖標(biāo)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可以通過(guò)鼠標(biāo)進(jìn)行操作，也可以通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)信息的愉人，有各種特征點(diǎn)的捕捉功能等.
        編輯部分首先可以很方便地進(jìn)行點(diǎn)選、框選各種圖形元素，鼠標(biāo)拖動(dòng)被選中圖形元素的特征點(diǎn)，改變圖形元素的幾何參數(shù)、位置等，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)修改'可以對(duì)選取的圖形元素進(jìn)行復(fù)制、剪切、粘貼、平移、刪除、鏡像、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作.
   

    3. 3圖像處理模塊
        圖像處理功能是為了對(duì)圖像按要求進(jìn)行調(diào)整、處理，以滿(mǎn)足描圖或者影雕半色調(diào)處理.其中灰度轉(zhuǎn)換有平均值法、最大值法和權(quán)值法3種方式.灰度調(diào)整是在灰度轉(zhuǎn)換后，對(duì)屏幕的灰度進(jìn)行調(diào)整，彈出的調(diào)整對(duì)話(huà)框，可以數(shù)據(jù)輸人調(diào)整灰度調(diào)整曲線(xiàn)，也可以鼠標(biāo)拖動(dòng)調(diào)整，通過(guò)對(duì)直方圖的顯示可以知道灰度的分布，是后面的亮度對(duì)比度調(diào)整的依據(jù).旋轉(zhuǎn)和縮放是通過(guò)對(duì)話(huà)框的形式指定旋轉(zhuǎn)的角度和縮放比例.圖像位數(shù)轉(zhuǎn)換提供1,2,4,8位之間的轉(zhuǎn)換.刪除圖像應(yīng)用在描圖操作中，描圖操作完成后應(yīng)該刪去背景圖像;銳化增強(qiáng)是為了增強(qiáng)邊緣.在描圖操作時(shí)，使得描繪的圖形更準(zhǔn)確;而在影雕處理時(shí)，可以補(bǔ)償在半色調(diào)處理時(shí)被模糊的邊緣細(xì)節(jié)。