CN107077516A - 从纸质工程制图中产生工件加工代码的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种从纸质工程制图中产生工件的加工代码的方法和装置。所述方法包括：将所述纸质工程制图处理成二值图像(S1)；从所述二值图像中提取所述工件的尺寸特征和形状特征(S2)；以及基于所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征而产生所述工件的所述加工代码(S3)。所述加工代码指示所述工件的尺寸和形状。直接从纸质工程制图中产生工件的加工代码而无需人为干预。

Description

从纸质工程制图中产生工件加工代码的方法和装置
技术领域
本发明涉及计算机数控(CNC)领域，且尤其涉及一种从纸质工程制图中产生工件的加工代码的方法和装置。
背景技术
借助于计算机数控来加工工件的厂家广泛使用纸质工程制图。一般来说，机械技师基于纸质工程制图而确定工件的加工代码。接着，机械技师将工件的加工代码输入到CNC机器中，CNC机器自动加工出符合纸质工程制图中所展示的工件尺寸和形状的工件。
发明内容
本发明的一实施例的目标是提供一种直接从纸质工程制图中产生工件的加工代码而无需人为干预的技术。
本发明的一方面的一实施例提供了一种从纸质工程制图中产生工件的加工代码的方法，所述加工代码指示所述工件的尺寸和形状，所述方法包括：将所述纸质工程制图处理成二值图像；从所述二值图像中提取所述工件的尺寸特征和形状特征；以及基于所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征而产生所述工件的所述加工代码。
可选地，所述将所述纸质工程制图处理成二值图像的步骤包括：获得所述纸质工程制图的RGB图像；将所述RGB图像转换为灰度图像；通过将所述灰度图像中的像素的灰度与灰度阈值比较、并将具有高于所述灰度阈值的灰度的像素转换为纯黑像素、同时将具有低于所述灰度阈值的灰度的像素转换为纯白像素来将所述灰度图像转换为所述二值图像。
可选地，所述从所述二值图像中提取所述工件的尺寸特征和形状特征的步骤包括：从所述二值图像识别所述工件的尺寸特征；将所述所识别尺寸特征从所述二值图像中移除；从已移除所述所识别尺寸特征的所述剩余二值图像识别所述工件的形状特征。
可选地，所述从所述二值图像中提取所述工件的尺寸特征和形状特征的步骤进一步包括：将已移除所述所识别尺寸特征的所述剩余二值图像中的线条宽度收缩到一个像素宽度。
可选地，所述工件的所述形状特征包括线段的线函数和线段的端点，其中工件的轮廓被分成线段，且线段的线函数不同于与其临接近的另一个线段的线函数。
可选地，所述基于所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征而产生所述工件的所述加工代码的步骤包括：释义所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征；基于所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征的释义而产生所述工件加工代码。
本发明的另一方面的一实施例提供了一种从纸质工程制图中产生工件的加工代码的装置，所述加工代码指示所述工件的尺寸和形状，所述装置包括：处理单元，被配置为将所述纸质工程制图处理成二值图像；提取单元，被配置为从所述二值图像中提取所述工件的尺寸特征和形状特征；以及产生单元，被配置为基于所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征而产生所述工件的所述加工代码。
可选地，所述处理单元包括：获得子单元，被配置为获得所述纸质工程制图的RGB图像；第一转换子单元，被配置为将所述RGB图像转换为灰度图像；第二转换子单元，被配置为通过将所述灰度图像中的像素的灰度与灰度阈值比较、并将具有高于所述灰度阈值的灰度的像素转换为纯黑像素、同时将具有低于所述灰度阈值的灰度的像素转换为纯白像素来将所述灰度图像转换为所述二值图像。
可选地，所述提取单元包括：第一识别子单元，被配置为从所述二值图像识别所述工件的尺寸特征；移除子单元，被配置为将所述所识别尺寸特征从所述二值图像中移除；第二识别子单元，被配置为从已移除所述所识别尺寸特征的所述剩余二值图像识别所述工件的形状特征。
可选地，所述提取单元进一步包括：收缩子单元223，被配置为将已移除所述所识别尺寸特征的所述剩余二值图像中的线条宽度收缩到一个像素宽度。
可选地，所述工件的所述形状特征包括线段的线函数和线段的端点，其中工件的轮廓被分成线段，且线段的线函数不同于接近所述线段的另一个线段的线函数。
可选地，所述产生单元包括：释义子单元，被配置为释义所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征；产生子单元，被配置为基于所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征的释义而产生所述工件加工代码。
本发明的另一方面的一实施例提供了一种从纸质工程制图中产生工件的加工代码的设备，所述设备包括：存储器，用于存储可执行指令；处理器，用于根据所述存储器中所存储的所述可执行指令而执行从纸质工程制图中产生工件的加工代码的上述方法中的操作。
本发明的另一方面的一实施例提供了一种机器可读介质，其上存储有可执行指令，所述可执行指令在被执行时致使机器执行从纸质工程制图中产生工件的加工代码的上述方法中的操作。
在本发明的所述实施例中，将所述纸质工程制图处理成二值图像，且接着可从所述二值图像中提取所述工件的所述尺寸特征和形状特征。通过这种方式，可从所述纸质工程制图自动地产生所述工件加工代码。因此，机械技师不必记住所述加工代码与所述工件的所述尺寸特征和所述形状特征之间的所有可能对应。因此，提高了从纸质工程制图中产生工件的加工代码的效率。
另外，在本发明的所述实施例中，将所述纸质工程制图处理成二值图像，因此解决了在后续过程中难以处理彩色图像的问题。
附图说明
通过阅读结合附图的对示范性实施例所作的详细描述，使本发明的其它目标、特征和优点更明显，在附图中相同或类似参考符号指示相同或类似元件。
图1说明根据本发明的一实施例的计算机数控(CNC)系统。
图2是根据本发明的一实施例的从纸质工程制图中产生工件加工代码的方法的流程图。
图3是根据本发明的一实施例的将纸质工程制图处理成二值图像的步骤的具体流程图。
图4是根据本发明的一实施例的从二值图像中提取工件的尺寸特征和形状特征的步骤的具体流程图。
图5是根据本发明的另一实施例的从二值图像中提取工件的尺寸特征和形状特征的步骤的具体流程图。
图6是根据本发明的一实施例的基于工件的提取出的尺寸特征和形状特征而产生工件的加工代码的步骤的具体流程图。
图7是根据本发明的一实施例的从纸质工程制图中产生工件加工代码的装置的框图。
图8是根据本发明的一实施例的预按压单元的具体框图。
图9是根据本发明的一实施例的提取单元的具体框图。
图10是根据本发明的另一实施例的提取单元的具体框图。
图11是根据本发明的另一实施例的产生单元的具体框图。
图12是根据本发明的一实施例的从纸质工程制图中产生工件加工代码的设备的结构图。
附图中的相同或类似参考符号指示相同或类似元件。
具体实施方式
为了使本发明的其它目标、特征和优点变得更明显，此处在下文提供结合附图的对示范性实施例所作的详细描述
此处在下文详细描述本发明的实施例，其中在附图中说明实施例的实例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。应理解，下文结合图式所描述的实施例是示范性的，仅用于释义本发明，因此不应被释义为对本发明的限制。
此处在下文提供各种实施例或实例来实施本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定实例的部件和布置进行描述。当然，它们仅仅为说明性的，并且不意图限制本发明。此外，本发明可以在不同实例中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其不指示所讨论的各种实施例和/或布置之间的关系。此外，本发明提供了各种工艺和材料的实例。但是，本领域普通技术人员可以意识到其它工艺和/或其它材料的替代性使用。另外，第一特征“在”第二特征“上/上方”的以下结构可包含第一特征与第二特征形成为彼此直接接触的实施例，还可包含另一特征形成于第一特征与第二特征之间使得第一特征与第二特征可不彼此直接接触的实施例。值得注意的是，图式中所示的组件不必按比例绘制。在本文中省略对常规组件、处理技术和技艺的描述，以免不必要地限制本发明。
如图2所示，本发明的一实施例提供了从纸质工程制图中产生工件加工代码的方法1。
纸质工程制图可以是说明产品或设备的工件的尺寸、形状和工件间的相互关系以便用于产品或设备的制造的纸质机械制图。工件可以是产品或设备中的部件。加工代码指代表工件的形状和尺寸且在被输入到CNC机器后就由CNC机器制造具有此类形状和尺寸的工件的代码。
图1说明根据本发明的一实施例的计算机数控(CNC)系统，其包括CNC机器12和与其连接的摄像终端11。
从纸质工程制图中产生工件加工代码的方法1可以在CNC机器12中加以执行。此时，摄像终端11仅仅将纸质工程制图拍摄成照片，供CNC机器12在执行根据本发明的一实施例的从纸质工程制图中产生工件加工代码的方法1时使用。
或者，从纸质工程制图中产生工件加工代码的方法1可以在摄像终端11中加以执行，摄像终端11可以是手机或带有摄像头的计算机等。摄像终端11将纸质工程制图拍摄成照片后执行根据本发明的一实施例的从纸质工程制图中产生工件加工代码的方法1。产生的工件加工代码输入到CNC机器12，用来根据工件加工代码而制造工件。
在步骤S1中，将纸质工程制图处理成二值图像(binary image)。
二值图像可以是每个像素是纯黑像素(R＝G＝B＝最大值)或纯白像素(R＝G＝B＝0)的图像。
图3是根据本发明的一实施例的步骤1的具体流程图。
在子步骤S11中，获得纸质工程制图的RGB图像。
如果在摄像终端11中执行从纸质工程制图中产生工件加工代码的方法1，那么纸质工程制图的RGB图像(即，照片)由摄像终端11中的摄像机获得。如果在CNC机器12中执行从纸质工程制图中产生工件加工代码的方法1，那么纸质工程制图的RGB图像由CNC机器12中的与摄像终端11交互的接口获得。
在子步骤S12中，将RGB图像转换为灰度图像。
在RGB图像中，每个像素具有R色值、G色值和B色值，且其像素值由(R，G，B)指示。在灰度图像中，其像素值表示为由(R'，G'，B')指示，其中R'＝G'＝B'＝(R+G+B)/3＝0.333R+0.333G+0.333B。以这种方式，可将RGB图像转换为灰度图像。
在子步骤S13中，通过将灰度图像中的像素的灰度与灰度阈值比较、并将具有高于灰度阈值的灰度的像素转换为纯黑像素、同时将具有低于灰度阈值的灰度的像素转换为纯白像素来将灰度图像转换为二值图像。
灰度阈值可以由不同的阈值产生算法产生，例如平衡直方图阈值法，具体参阅http://en.wikipedia.org/wiki/Balanced_histogram_thresholding了解平衡直方图阈值法。
因为已将纸质工程制图的图像转换为二值图像，所以移除了由像素的颜色引起的干扰，且因此可很好地提取工件的尺寸特征和形状特征。
应理解，步骤S2还可以通过除了图3的方法的其它方法来实现。举例来说，可以规定，如果像素的R色值、G色值和B色值中的任一者超出某一阈值，就认为像素是纯黑像素，否则是纯白像素。但是，图3的方法可提高纸质工程制图中产生工件加工代码的准确度。
在步骤S2中，从二值图像中提取工件的尺寸特征和形状特征。
形状特征可以是与工件的轮廓中的每一部分的形状有关的特征。预定的平面坐标系统中的一部分/线段(segment)的线函数不同于预定平面坐标系统中的接近或临接所述部分/线段的另一个部分的线函数。举例来说，一个工件包括一长杆和一个与其连接的半圆形头部。长杆的轮廓是具有4个直线边缘的长矩形，各个直线边缘可表达为一个唯一线性函数表达式。半圆形头部的圆弧线可表达为唯一函数表达式。半圆形头部的底部(即，直径)可表达为一个唯一线性函数表达式。因此，在这个实例中，这些部分/线段包括长矩形的4个直线边缘、半圆形头部的圆弧线和半圆形头部的底部。各个部分/线段的线函数是预定平面坐标系统中的那个部分的函数表达。
工件的尺寸特征包括尺寸字符和尺寸线。尺寸字符可以是指示工件中的部分/线段的尺寸，例如0.6cm。尺寸线可以是尺寸字符旁边的箭头线，其指示工件的轮廓的哪一部分具有由尺寸字符指示的尺寸。
图4是根据本发明的一实施例的步骤S2的具体流程图。
在子步骤S21中，从二值图像识别工件的尺寸特征。
举例来说，使用光学字符识别(optical character recognition,OCR)来识别二值图像中的尺寸字符。举例来说，在US7454063B1中公开了一种借助于在工程制图中计算机自动识别尺寸字符的方法。另外，也能使用OCR识别的尺寸线。
在子步骤S22中，将所识别尺寸特征从二值图像中移除。
在一实施例中，在识别出尺寸特征后，就将尺寸字符和尺寸线一起从二值图像中移除。在另一实施例中，在识别出尺寸特征后，先将尺寸字符从二值图像中移除，等到在子步骤S34中识别出工件的形状特征后，再将尺寸线从二值图像中移除。
在步骤S24中，从移除所识别尺寸特征的二值图像中识别工件的形状特征。
在一实施例中，工件的形状特征包括部分/线段的线函数和线段的端点。线段的端点是线段的两端处的两个点，通常表达为所述预定平面坐标系统中的坐标。
识别二值图像中的部分/线段的线函数的方法包含例如霍夫变换法，参看http:// en.wikipedia.org/wiki/Hough_transform。
识别二值图像中的线段的端点的方法包含例如边角点检测算法，参看http:// en.wikipedia.org/wiki/Comer_detection。
在上述实施例中，各部分/线段的线函数和端点用来限定每个线段，但在其它实施例中，其它特征可用来限定每个线段。举例来说，在工件的线条都是直线的情况下，可仅使用各线段的端点来限定每个线段，因此工件的形状特征仅包括各线段的端点。而且，在工件的各线段都是直线或曲率半径固定的曲线的情况下，直线的端点和曲线的曲率半径用来限定每个线段，因此形状特征包括各直线的端点的曲线的曲率半径。但是，线段的线函数和端点更为通用，且能够通过更准确地表达图形的局部形状来提高处理的准确度。
图5是根据本发明的另一实施例的步骤S2的具体流程图。
与图4相比，图5中增加了将已移除所识别尺寸特征的剩余二值图像中的线条宽度收缩到一个像素宽度的子步骤S23。可以参看Rafael C.Gonzalez和Richard E.Woods著的Digital Image Processing第三版。
这样做的好处是提高识别工件的形状特征的准确度。举例来说，由于线条的所有宽度收缩到一个像素宽，所以能够更准确地确定各线段的线函数。
在步骤S3中，基于工件的提取出的尺寸特征和形状特征而产生工件的加工代码。
图6是根据本发明的一实施例的步骤S3的具体框图。
在子步骤S31中，对工件的提取出的尺寸特征和形状特征进行编译/释义(interpret)。
根据工程制图的通用准则释义工件的提取出的尺寸特征和形状特征。举例来说，当提取出各自具有向外箭头且夹着数值的两个圆弧线时，将由两个圆弧线夹着的值被释义成角度。
在子步骤S32中，基于工件的提取出的尺寸特征和形状特征的释义而产生工件加工代码。这是计算机辅助制造(CAM)软件的一般功能。
如图7所示，根据本发明的一实施例，提供了一种从纸质工程制图中产生工件加工代码的装置2，加工代码指示工件的尺寸和形状，装置2包括处理单元21、提取单元22和产生单元23。处理单元21被配置将纸质工程制图处理成二值图像。提取单元22被配置为从二值图像中提取工件的尺寸特征和形状特征。产生单元23被配置为基于工件的提取出的尺寸特征和形状特征而产生工件的加工代码。可以利用软件、硬件(例如集成电路、FPGA等)或其组合来实现装置2中的各个单元。
可选地，如图8所示，处理单元22包括：获得子单元211，被配置为获得纸质工程制图的RGB图像；第一转换子单元212，被配置为将RGB图像转换为灰度图像；以及第二转换子单元213，被配置为通过将灰度图像中的像素的灰度与灰度阈值比较、并将具有高于灰度阈值的灰度的像素转换为纯黑像素、同时将具有低于灰度阈值的灰度的像素转换为纯白像素来将灰度图像转换为二值图像。
可选地，如图9所示，提取单元22包括：第一识别子单元221，被配置为从二值图像识别工件的尺寸特征；移除子单元222，被配置为将所识别尺寸特征从二值图像中移除；以及第二识别子单元224，被配置为从已移除所识别尺寸特征的剩余二值图像识别工件的形状特征。
可选地，如图10所示，提取单元22进一步包括：收缩子单元223，被配置为将已移除所识别尺寸特征的剩余二值图像中的线条宽度收缩到一个像素宽度。
可选地，工件的形状特征包括线段的线函数和线段的端点，工件的轮廓被分成线段，且线段的线函数不同于接近所述线段的另一个线段的线函数。
可选地，如图11所示，产生单元23包括：释义子单元231，被配置为释义工件的提取出的尺寸特征和形状特征；产生子单元232，被配置为基于工件的提取出的尺寸特征和形状特征的释义而产生工件加工代码。
图12说明根据本发明的一实施例的从纸质工程制图中产生工件加工代码的设备3。对于在摄像终端11中执行从纸质工程制图中产生工件加工代码的方法1的情形，从纸质工程制图中产生工件加工代码的设备3是摄像终端11。对于在CNC机器12中执行从纸质工程制图中产生工件加工代码的方法1的情形，从纸质工程制图中产生工件加工代码的设备3是CNC机器12。
从纸质工程制图中产生工件加工代码的设备3可包含：存储器31，用于存储可执行指令；以及处理器32，用于根据存储器中所存储的可执行指令而执行从纸质工程制图中产生工件加工代码的上述方法1中的操作。
此外，本发明的一实施例提供了一种机器可读介质，其上存储有可执行指令，可执行指令在被执行时致使机器执行从纸质工程制图中产生工件加工代码的上述方法1中的操作。
虽然已在本文中详细描述了示范性实施例和其优点，应理解，在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其它实例，可由所属领域的普通技术人员易于理解的是，可在不脱离本发明的范围的情况下改变处理步骤的顺序。
此外，本发明的应用范围不限于本说明书中的特定实施例中描述的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法和步骤。根据本发明的公开内容，所属领域的普通技术人员将易于理解，当前已存在或者将来即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法和步骤执行与本发明描述的对应实施例大体上相同的功能或者获得大体上相同的结果，可根据本发明而加以应用。因此，希望本发明所附权利要求的范围包含这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤。

Claims (14)

1.一种从纸质工程制图中产生工件的加工代码的方法(1)，所述加工代码指示所述工件的尺寸和形状，所述方法(1)包括：
将所述纸质工程制图处理(S1)成二值图像；
从所述二值图像中提取(S2)所述工件的尺寸特征和形状特征；以及
基于所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征而产生(S3)所述工件的所述加工代码。
2.根据权利要求1的方法，其中所述将所述纸质工程制图处理(S1)成二值图像的步骤包括：
获得(S11)所述纸质工程制图的RGB图像；
将所述RGB图像转换(S12)为灰度图像；
通过将所述灰度图像中的像素的灰度与灰度阈值比较、以及将具有高于所述灰度阈值的灰度的像素转换为纯黑像素、并将具有低于所述灰度阈值的灰度的像素转换为纯白像素来将所述灰度图像转换(S13)为所述二值图像。
3.根据权利要求1的方法，其中所述从所述二值图像中提取(S2)所述工件的尺寸特征和形状特征的步骤包括：
从所述二值图像识别(S21)所述工件的尺寸特征；
将所述所识别尺寸特征从所述二值图像中移除(S22)；
从已移除所述所识别尺寸特征的所述剩余二值图像识别(S24)所述工件的形状特征。
4.根据权利要求3的方法，其中所述从所述二值图像中提取(S2)所述工件的尺寸特征和形状特征的步骤进一步包括：
将已移除所述所识别尺寸特征的所述剩余二值图像中的线条宽度收缩(S23)到一个像素宽度。
5.根据权利要求1的方法，其中所述工件的所述形状特征包括部分或线段的线函数和线段的端点，其中工件的轮廓线被分成线段，且线段的线函数不同于与其临接的另一个线段的线函数。
6.根据权利要求1的方法，其中所述基于所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征而产生(S3)所述工件的所述加工代码的步骤包括：
释义(S31)所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征；
基于所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征的释义而产生(S32)所述工件加工代码。
7.一种从纸质工程制图中产生工件的加工代码的装置(2)，所述加工代码指示所述工件的尺寸和形状，所述装置(2)包括：
处理单元(21)，被配置为将所述纸质工程制图处理成二值图像；
提取单元(22)，被配置为从所述二值图像中提取所述工件的尺寸特征和形状特征；以及
产生单元(23)，被配置为基于所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征而产生所述工件的所述加工代码。
8.根据权利要求7的装置，其中所述处理单元(21)包括：
获得子单元(211)，被配置为获得所述纸质工程制图的RGB图像；
第一转换子单元(212)，被配置为将所述RGB图像转换为灰度图像；
第二转换子单元(213)，被配置为通过将所述灰度图像中的像素的灰度与灰度阈值比较、并将具有高于所述灰度阈值的灰度的像素转换为纯黑像素、同时将具有低于所述灰度阈值的灰度的像素转换为纯白像素来将所述灰度图像转换为所述二值图像。
9.根据权利要求7的装置，其中所述提取单元(22)包括：
第一识别子单元(221)，被配置为从所述二值图像识别所述工件的尺寸特征；
移除子单元(222)，被配置为将所述所识别尺寸特征从所述二值图像中移除；
第二识别子单元(224)，被配置为从已移除所述所识别尺寸特征的所述剩余二值图像识别所述工件的形状特征。
10.根据权利要求9的装置，其中所述提取单元(22)进一步包括：
收缩子单元(223)，被配置为将已移除所述所识别尺寸特征的所述剩余二值图像中的线条宽度收缩到一个像素宽度。
11.根据权利要求7的装置，其中所述工件的所述形状特征包括线段的线函数和线段的端点，其中工件的轮廓被分成线段，且线段的线函数不同于接近所述线段的另一个线段的线函数。
12.根据权利要求7的装置，其中所述产生单元(23)包括：
释义子单元(231)，被配置为释义所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征；
产生子单元(232)，被配置为基于所述工件的所述提取出的尺寸特征和形状特征的释义而产生所述工件加工代码。
13.一种从纸质工程制图中产生工件的加工代码的设备(3)，包括：
存储器(31)，用于存储可执行指令；
处理器(32)，用于根据所述存储器(31)中所存储的所述可执行指令而执行权利要求1到6中任一项中的操作。
14.一种机器可读介质，其上存储有可执行指令，所述可执行指令在被执行时致使机器执行权利要求1到6中任一项中的操作。
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