基于灰度的孔装饰板加工方法及应用其的加工系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及孔装饰板加工领域，尤其涉及一种基于灰度的孔装饰板加工方法及应用其的加工系统，该加工方法包括如下步骤：（1）获取定制图像；（2）图像灰度化处理；（3）图像区域分割；（4）定义区域连接的孔的参数；（5）转化加工工艺数据；（6）生成数控加工程序。所述加工方法和加工系统通过利用图像处理技术，集成生产前准备环节的处理工作；结合“灰度化”方法处理图像，以“灰度值”映射于打孔特征，细化图像特征，加强成像效果，以实现计算机自动化“数据挖掘”，避免成像粗糙等问题，提高了产品成像质量；集成自动生成数控加工程序功能，降低劳动力消耗，降低成本，有利于推广产品生产与使用。
【专利说明】
基于灰度的孔装饰板加工方法及应用其的加工系统
技术领域
[0001]本发明涉及孔装饰板加工领域，尤其涉及一种基于灰度的孔装饰板加工方法及应用其的加工系统。
【背景技术】
[0002]装饰板在家居装饰品在近年来兴起，具有艺术化效果，样式优美，家具装饰使用范围广泛，只要依靠数控冲床等设备便可进行加工生产与制造，受到关注。而随着多样化家居产品的兴起，人们开始设想制造偏向于艺术化、定制化与个性化的新型装饰板产品，其中广受关注的便是‘打孔作画’的新型孔装饰板。该产品通过利用了孔与背景衬托效果、镂空差异对比等，可以孔来模拟像素分布来实现“照片化”或“图像化”效果，使得装饰板具有更强的艺术化效果、可定制性强、样式更加精美，具有强大的市场竞争力，受到广大厂家的关注与市场的期待。
[0003]该产品使用设备简单，通过合适数控设备即可加工，加工过程简单，但需要进行复杂的前期加工准备，以获得详细的加工工艺数据，编写数控加工程序，才能实现数控加工。在过去获取加工工艺数据的方式是以部分艺术家的‘打孔作画’型艺术作品作为参考，通过大量人力劳动进行观察、分析与人工测量，再与定制图像进行对照与模拟，通过工人经验确定转化过程中由图像转化成的孔的位置分布、大小、密度等参数，再将获得数据转化编写为数控加工程序，然后输入数控加工设备实现艺术化装饰板(孔装饰板)的制造。
[0004]现有的应用于孔装饰板的制造技术主要通过人工实现对板的工艺数据挖掘与加工工艺的设计，即以人工对定制图像进行测量，参考工人经验，确定图像加工参数并记录，最后根据其编制孔装饰板的加工工艺与加工数控程序。该方式没有自动化功能，主要依靠人力劳动与工人经验，产品质量随工人经验及审美差异波动，由于每件产品中孔的数量往往成千上万，生产准备耗时长，定制化困难。
[0005]虽然近年来尝试使用计算机技术来取代孔装饰板制造中的工艺数据挖掘技术环节、以实现板装饰板的自动化制造，但暂未形成完善的方法或流程，技术方案集成化程度低，对定制图像的处理方式简陋，图像经处理后部分图像特征模糊与缺失，导致图像的工艺数据挖掘程度不高，使得孔装饰板的成像模糊、失真，成像效果不理想。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提出一种基于灰度的孔装饰板加工方法及应用其的加工系统，该加工方法和加工系统能辅助孔装饰板的实现自动化制造，应用于孔装饰板的加工前准备环节。
[0007]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
基于灰度的孔装饰板加工方法，应用与数控加工机床，所述加工方法包括如下步骤:
I)获取定制图像:将孔装饰板的定制图像导入系统，并处理成能在后续操作过程中兼容的特定图像格式文件； (2)图像灰度化处理:对步骤(I)中得到的特定图像格式文件进行灰度化处理，得到灰度图像；
(3)图像区域分割:根据灰度图像各个区间灰度值差异将灰度图像分割成若干个区域；
(4)定义区域链接的孔的参数:根据每个区域灰度值区间为每个区域分配对打孔参数，并构建“区域一打孔参数”的链接；
(5)转化加工工艺数据:为每个区域定义位置基准，再通过步骤(4)中的个区域灰度区间数据与打孔参数得映射关系，将图像的灰度值数据转化为孔的特征的加工数据，并根据该加工数据，生成数控设备的加工数控程序；
(6)生成数控加工程序:生成并保存数控加工设备能导入使用的数控程序文件。
[0008]更优的，所述步骤(2)中对特定图像格式文件进行灰度化处理包括如下步骤:
a、灰度化:将特定图像格式文件采用灰度范围值为0-225的单一采样颜色处理，得到灰度图像；
b、灰度直方图统计:扫描灰度图像，建立灰度直方图；
c、峰值采样:采集灰度直方图中的峰值;消除个别相邻程度很高的峰值后，以峰值为中心，以峰值间距中点或峰谷为区域划分点，划出对应大小的区间。
[0009]通过该方法便可获得可变的区间划分与区间划分范围，将以它作为区域分割的参考阈值。
[0010]更优的，所述步骤(3)中根据灰度图像各个区间灰度值差异将灰度图像分割包括如下步骤:
d、区域生长:得到划分区间后，在灰度图像中以步骤c中采样值为取点值进行随机取点，然后采用图像分割算法进行以取得的点为中心进行区域扩张；
e、边缘检测:在区域生长过程中，需要使用边缘检测算法对区域生长界限进行判定，以灰度划分区间为区域分割阈值，检测区域是否到达灰度区间划分阈值；
f、区域划分:重复进行步骤d，待整个灰度图像划分为大小、形状不一的区域后，停止取点。
[0011]更优的，所述步骤f之后还包括如下步骤:g、区域判定:当区域面积过小时，难以进行打孔或打孔效果弱，缺失划分意义，需要消除该区域划分，即把该区域并入其他临近区域;当某一区域为狭长状，或整个区域或部分区域非常狭窄状时，以区域内任意的最短距离比较宽度阈值，如果最短距离小于宽度阈值，区域以最短距离为新边缘，将原区域进行划分，划分后单独区域重新进行判定通过判定后，排除部分不合理区域，可形成最终的区域划分。
[0012]更优的，所述步骤(4)中根据每个区域灰度值区间为每个区域分配对打孔参数时包括如下步骤:h、区域划值:对区域划分时所采用的灰度区间的峰值(或范围中值)为映射点，与数据库映射表对比，以最近原则，分配每个区域对应的打孔参数。
[0013]更优的，所述步骤(5)中所述打孔参数包括:打孔位置、打孔密度和孔径。
[0014]更优的，所述步骤(5)中根据每个区域灰度值区间为每个区域分配对打孔参数时包括如下步骤:
1、定义中心基准:将灰度图像的中心与板材加工中心的坐标基准定位匹配； j、区域定位:定义图像各区域的中心基准； k、区域延伸:获得区域的中心基准时，进行图像-打孔参数的转化，即每个区域先以区域中心基准作为打孔的定位基准，以区域所链接的孔径参数生成第一个孔的加工参数，然后以打孔密度参数作为基准，均布其余区域，对整个区域进行填充；
一种应用上述的基于灰度的孔装饰板加工方法的加工系统，其包括电脑和数控加工机床；
所述电脑包括图像导入模块、预处理模块、区域化模块、数据链接模块、算法转化生成模块和数控生成模块。
[0015]所述图像导入模块设有用于导入目标定制图像端口，且所述图像导入模块将目标定制图像转化成系统后续流程中使用的特定格式文件。
[0016]预处理模块在分析图像和获取图像的详细信息的基础上，将图像处理成灰度图像。
[0017]区域化模块利用灰度区间对图像进行图像分割，最终根据图像的灰度值分布不同将灰度图像分割成许多小的区域。
[0018]数据链接模块是通过调用特定算法，根据划分的区域的灰度值区间，给该区域分配相应的打孔参数，并构建“区域一打孔参数”的链接，以根据映射关系转化成后续的工业生产数据，且包括有划值、构建链接两个环节。
[0019]算法转化生成模块是通过定义区域的位置基准后，通过上一步骤中的映射关系，将图像的灰度值数据转化为孔的特征的加工数据，并根据该加工数据，生成数控设备的加工数控程序。包括定义中心基准、区域定位、区域延伸、程序生成四个环节。
[0020]数控生成模块是用于提供端口联接数控设备，以实现数控自动加工。也可以利用该模块导出生成的数控程序并保存成相应的格式文件。
[0021]更优的，预处理模块生成灰度图像的过程中包括了灰度化、灰度直方图统计和峰值采样三个环节，以实现对灰度图像信息初步分析与转换，为后续工作提供参考阈值。
[0022]更优的，所述区域化模块将灰度直方图的峰值采样作为阈值，将图像灰度0-255范围进行区间划分，对灰度图像进行区域分隔的过程包括有区域生长、边缘检测、区域判定三个环节。
[0023]本发明根据上述内容提出一种基于灰度的孔装饰板加工方法及应用其的加工系统，所述加工方法和加工系统能辅助孔装饰板制造、应用于加工前准备环节;针对该孔装饰板的成像原理及特点，通过利用图像处理技术，集成生产前准备环节处理工作;结合“灰度化”方法处理图像，以“灰度值”映射于打孔特征，细化图像特征，加强成像效果，深度挖掘产品加工工艺数据，以实现计算机自动化“数据挖掘”，避免现有技术中存在的特征缺失、成像粗糙等问题，提高产品成像质量;集成自动生成数控加工程序功能，降低劳动力消耗，降低成本，有利于推广产品生产与使用。
【附图说明】
[0024]图1是应用本发明进行生产的流程示意图；
图2是本发明中所述加工系统的模块结构示意图；
图3是本发明中加工方法的运行流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0026]如图1-3所示，基于灰度的孔装饰板加工方法，应用于数控加工机床，所述加工方法包括如下步骤:
1、获取定制图像:在本系统中，获取到相应的图像作为目标是整个系统工作的基础。当客户提出以图像定制产品要求后，获得所定制的特定图像。以系统提供的端口，将图像导入系统中。但系统处理流程只能兼容特定文件格式，所以会在该步骤中首先将图像转化为系统兼容的特定图像格式文件。
[0027]2、灰度化预处理:获取图像后，并不能够马上转化为生产信息，需要经过预处理过程。所输入的图像是由像素数据集合而成的文件，每个图像所蕴含像素的原色素种类、值大小、分布范围等是不同的，但对于孔装饰板而言孔的孔径范围、孔的分布密度等是极其有限的，需要将图像按照一定的方式统一起来，才能构建‘多一少’的对应关系。因此我们在预处理中生成灰度图像，采用算法将图像灰度化，消除原色素(指颜色)种类不同所带来的影响，以0-255的灰度范围值来表示像素，大大减少图像的像素种类范围。
[0028]3、灰度直方图统计:不同的图像，由于内容、格调等不同，其灰度直方图也是千差万别的。而灰度直方图是一个非常重要的工具。灰度直方图能直观反应在整个灰度化的灰度图像文件中不同灰度值的色素分布数量，并将其中的灰度值分布的不同以灰度直方图直观地反映出来。通过调用直方图算法，统计结果中的峰值可以为后续的区域化、数据转化提供参考基准或参考阈值。
[0029]4、峰值采样:经过灰度直方图后，得出在整张灰度图像中的色素范围和灰度值的峰群分布情况。这时候，需要为划分区域做准备。划分区域最重要的便是确定划分区域的灰度值区间，为了适应不同的图像，保留局部特征，体现更好的灰度分层与打孔效果，需要对峰值进行采样。峰值采样是指对直方图中的众多峰值进行采值，以确定峰群的分布，在消除个别相邻程度很高的峰值后，以峰值为中心，以峰值间距中点或峰谷为区域划分点，划出大小不一的区间。通过该方法便可获得可变的区间划分与区间划分范围，将以它作为区域分割的参考阈值。
[0030]5、区域生长、边缘检测:得到划分区间后，接着在灰度图像中以上I步骤中采样值为取点值进行随机取点，然后采用图像分割算法进行以取得的点为中心进行区域扩张。在区域生长过程中，我们需要使用边缘检测算法对区域生长界限进行判定，以灰度划分区间为区域分割阈值，检测区域是否到达灰度区间划分点(阈值)。
[0031]6、区域划分:重复进行上I步骤，待整个图像划分为大小、形状不一的区域后，停止取点。
[0032]7、区域判定:一般而言，部分区域不符合该划分成独立区域的要求。存在两种不符合要求情况:
(I)区域面积过小，难以进行打孔或打孔效果弱，缺失划分意义，需要消除该区域划分，即把该区域并入其他临近区域。
[0033](2)狭长区域。当某一区域为狭长状时，可能会出现整个区域或部分区域非常狭窄，难以形成有效打孔，需要排除过于狭窄区域，或将区域的不合理部分并入其他区域。通过判定后，排除部分不合理区域，可形成最终的区域划分。判别方法是:以区域内任意的最短距离比较宽度阈值，如果最短距离小于宽度阈值，区域以最短距离为新边缘，将原区域进行划分。划分后单独区域重新进行判定
8、区域划值、建立链接:当最终划分区域后，每一个区域需要对应相应的打孔参数才能完成最终的参数转化。这时，需要对区域划分时所采用的灰度区间的峰值(或范围中值)为映射点，在数据库映射表对比，以最近原则，分配每个区域对应的打孔参数。当获得打孔参数后，根据该链接以实现图像到打孔的加工工艺数据的转化。
[0034]9、定义中心基准:一个产品的加工必须要有严格的加工基准作为参考。在信息转化前，必须要进行图像中心与板材加工中心的坐标基准定位匹配，避免出现加工产品的图像发生偏离、旋转等缺陷，确保最终的产品加工质量。
[0035]10、区域定位:在定义了参考坐标系后，接着定义区域中心，并以其作为中心基准排布整个区域的孔(以特定密度使得孔均布于该区域)。由于整个图案以孔为表现形式，为确保孔的分布合理，孔中心对应坐标系的节点，即每个孔中心坐标是常数(非小数)，便于加工，首先将区域的中心排列于坐标系的节点中，但由于图像的不确定性，往往区域的几何中心为小数，无法作为区域基准。本系统采用的方法是利用就近原则，以区域的几何中心为参考，寻找其最临近的坐标节点作为区域中心，以其作为中心基准排布区域的孔。
[0036]11、区域延伸:获得区域的中心基准时，进行‘图像-生产工艺(打孔参数)’的转化。每个区域先以区域中心作为打孔的定位基准，以区域所链接的孔径参数生成第一个孔的加工参数，然后以打孔密度参数作为基准，均布其余区域，对整个区域进行填充。该步骤采用的方法是:先以区域中心为打孔定位基准，生成第一个孔的加工工艺信息;接着，根据密度，取其临近点，判定以该点为中心，到区域边缘最短距离是否大于孔半径，满足则以该点为孔中心定位生成该点的加工工艺信息;重复上述流程，直到区域内完成所有取点。
[0037]12、数控程序生成:对所有区域重复步骤11。待将所有孔特征参数的加工信息转化完成后，根据已知生产工艺，调用自动编程模块，将加工工艺信息编制成数控加工程序。数控加工机床根据数控加工程序自动进行加工。
[0038]如图1和2所示，一种应用上述的基于灰度的孔装饰板加工方法的加工系统，其包括:电脑和数控加工机床；
所述电脑:图像导入模块、预处理模块、区域化模块、数据链接模块:算法转化模块、数控程序生成模块。
[0039]图像导入模块功能是提供端口以导入目标图像，并将目标图像转化成系统后续流程中使用的特定格式文件。
[0040]预处理模块功能是对图像文件进行预处理。在分析图像、获取图像的详细信息的基础上，将图像处理成灰度图像。其中包括了灰度化、灰化直方图、峰值采样三个环节，以实现对图像信息初步分析与转换，为后续工作提供参考阈值。
[0041]区域化模块是利用图像灰度化后，根据直方图的峰值采样作为阈值，将图像灰度0-255范围进行区间划分，然后利用灰度区间对图像进行图像分割。最终根据图像的灰度值分布不同分割成许多小的区域。包括有区域生长、边缘检测、区域判定三个环节。
[0042]数据链接模块是通过调用特定算法，根据划分的区域的灰度值区间，给该区域分配相应的打孔参数，并构建“区域一打孔参数”的链接，以根据映射关系转化成后续的工业生产数据。包括有划值、构建链接两个环节。
[0043]算法转化生成模块是通过定义区域的位置基准后，通过上一步骤中的映射关系，将图像的灰度值数据转化为孔的特征的加工数据，并根据该加工数据，生成数控设备的加工数控程序。包括定义中心基准、区域定位、区域延伸、程序生成四个环节。
[0044]数控生成模块是用于提供端口联接数控设备，以实现数控加工机床自动加工。也可以利用该模块导出生成的数控程序并保存成相应的格式文件。
[0045]本发明根据所述内容提出一种基于灰度的孔装饰板加工方法及应用其的加工系统，所述加工方法和加工系统能辅助孔装饰板制造、应用于加工前准备环节;针对该孔装饰板的成像原理及特点，通过利用图像处理技术，集成生产前准备环节处理工作;结合“灰度化”方法处理图像，以“灰度值”映射于打孔特征，细化图像特征，加强成像效果，深度挖掘产品加工工艺数据，以实现计算机自动化“数据挖掘”，避免现有技术中存在的特征缺失、成像粗糙等问题，提高产品成像质量;集成自动生成数控加工程序功能，降低劳动力消耗，降低成本，有利于推广产品生产与使用。
[0046]以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它【具体实施方式】，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.基于灰度的孔装饰板加工方法，应用于数控加工机床，其特征在于:包括如下步骤: (1)获取定制图像:将孔装饰板的定制图像导入系统，并处理成能在后续操作过程中兼容的特定图像格式文件； (2)图像灰度化处理:对步骤(I)中得到的特定图像格式文件进行灰度化处理，得到灰度图像； (3)图像区域分割:根据灰度图像各个区间灰度值差异将灰度图像分割成若干个区域； (4)定义区域链接的孔的参数:根据每个区域灰度值区间为每个区域分配对应的打孔参数，并构建“区域一打孔参数”的链接； (5)转化加工工艺数据:为每个区域定义位置基准，再通过步骤(4)中的个区域灰度区间数据与打孔参数的映射关系，将图像的灰度值数据转化为孔的特征的加工数据，并根据该加工数据，生成数控设备的加工数控程序； (6)生成数控加工程序:生成数控程序文件，数控加工机床使用该数控程序文件进行加工。2.根据权利要求1所述的基于灰度的孔装饰板加工方法，其特征在于:所述步骤(2)中对特定图像格式文件进行灰度化处理包括如下步骤: a、灰度化:将特定图像格式文件采用灰度范围值为0-225的单一采样颜色处理，得到灰度图像； b、灰度直方图统计:扫描灰度图像，建立灰度直方图； c、峰值采样:采集灰度直方图中的峰值;消除个别相邻程度很高的峰值后，以峰值为中心，以峰值间距中点或峰谷为区域划分点，划出对应大小的区间。3.根据权利要求2所述的基于灰度的孔装饰板加工方法，其特征在于:所述步骤(3)中根据灰度图像各个区间灰度值差异将灰度图像进行分割包括如下步骤: d、区域生长:得到划分区间后，在灰度图像中以步骤c中采样值为取点值进行随机取点，然后采用图像分割算法进行以取得的点为中心进行区域扩张； e、边缘检测:在区域生长过程中，需要使用边缘检测算法对区域生长界限进行判定，以灰度划分区间为区域分割阈值，检测区域是否到达灰度区间划分阈值； f、区域划分:重复进行步骤d，待整个灰度图像划分为大小、形状不一的区域后，停止取点。4.根据权利要求3所述的基于灰度的孔装饰板加工方法，其特征在于:所述步骤f之后还包括如下步骤: g、区域判定:当区域面积过小时，难以进行打孔或打孔效果弱，缺失划分意义，需要消除该区域划分，即把该区域并入其他临近区域； 当某一区域为狭长状，或整个区域或部分区域非常狭窄状时，以区域内任意的最短距离比较宽度阈值，如果最短距离小于宽度阈值，区域以最短距离为新边缘，将原区域进行划分，划分后单独区域重新进行判定通过判定后，排除部分合理区域，可形成最终的区域划分。5.根据权利要求1所述的基于灰度的孔装饰板加工方法，其特征在于:所述步骤(4)中根据每个区域灰度值区间为每个区域分配对打孔参数时包括如下步骤: h、区域划值:对区域划分时所采用的灰度区间的峰值(或范围中值)为映射点，与数据库映射表对比，以最近原则，分配每个区域对应的打孔参数。6.根据权利要求1所述的基于灰度的孔装饰板加工方法，其特征在于:所述步骤(5)中所述打孔参数包括:打孔位置、打孔密度和孔径。7.根据权利要求6所述的基于灰度的孔装饰板加工方法，其特征在于:所述步骤(5)中根据每个区域灰度值区间为每个区域分配对打孔参数时包括如下步骤: 1、定义中心基准:将灰度图像的中心与板材加工中心的坐标基准定位匹配； j、区域定位:定义图像各区域的中心基准； k、区域延伸:获得区域的中心基准时，进行图像-打孔参数的转化，即每个区域先以区域的中心基准作为打孔的定位基准，以区域所链接的孔径参数生成第一个孔的加工参数，然后以打孔密度参数作为基准，均布其余区域，对整个区域进行填充。8.—种应用如权利要求1-7中任意一项所述的基于灰度的孔装饰板加工方法的加工系统，其特征在于: 包括:电脑和数控加工机床； 所述电脑包括:图像导入模块、预处理模块、区域化模块、数据链接模块、算法转化生成模块和数控生成模块； 所述图像导入模块设有用于导入目标定制图像端口，且所述图像导入模块将目标定制图像转化成系统后续流程中使用的特定格式文件； 预处理模块在分析图像和获取图像的详细信息的基础上，将图像处理成灰度图像； 区域化模块利用灰度区间对图像进行图像分割，最终根据图像的灰度值分布不同将灰度图像分割成许多小的区域； 数据链接模块是通过调用特定算法，根据划分的区域的灰度值区间，给该区域分配相应的打孔参数，并构建“区域一打孔参数”的链接，以根据映射关系转化成后续的工业生产数据，且包括有划值、构建链接两个环节； 算法转化生成模块是通过定义区域的位置基准后，通过上一步骤中的映射关系，将图像的灰度值数据转化为孔的特征的加工数据，并根据该加工数据，生成数控设备的加工数控程序;包括定义中心基准、区域定位、区域延伸、程序生成四个环节； 数控生成模块是用于提供端口联接数控加工机床，以实现数控加工机床的自动加工；也可以利用该模块导出生成的数控程序并保存成相应的格式文件。9.根据权利要求8所述的加工系统，其特征在于:预处理模块生成灰度图像的过程中包括了灰度化、灰度直方图统计和峰值采样三个环节，以实现对灰度图像信息初步分析与转换，为后续工作提供参考阈值。10.根据权利要求9所述的加工系统，其特征在于:所述区域化模块将灰度直方图的峰值采样作为阈值，将图像灰度0-255范围进行区间划分，对灰度图像进行区域分隔的过程包括有区域生长、边缘检测、区域判定三个环节。
【文档编号】B44C3/10GK106004203SQ201610342545
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】杨志岱, 李海艳, 黄运保, 骆继明
【申请人】广东工业大学