一種三維激光打標方法、裝置及三維打標的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于激光加工領域，提供了一種三維激光打標方法、裝置及三維打標機，所述方法包括：建立需要打標的二維紋理；獲取被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型；將所述第一三維模型按平面方式展開，生成展開曲面；通過預定的紋理映射算法，將所述二維紋理映射至所述展開曲面上；生成包含所述二維紋理的展開曲面的第二三維模型；去除所述第二三維模型中的第一三維模型，僅保留所述二維紋理經(jīng)映射后生成的三維紋理模型；根據(jù)所述三維紋理模型控制激光光束的運動軌跡。本發(fā)明，由于生成的三維紋理模型與被打標的三維曲面的三維模型的表面特征一致，實現(xiàn)了三維打標清晰和可控制變形與扭曲程度的目的。
【專利說明】一種三維激光打標方法、裝置及三維打標機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于激光加工【技術領域】，尤其涉及一種三維激光打標方法、裝置及三維打標機。
【背景技術】
[0002]激光打標機固有的高速高效的清潔打標方式，得到各行各業(yè)的青睞，因此廣泛應用于電子信息、輕工、家電、模具、高低壓電器、珠寶等眾多行業(yè)的產(chǎn)品標識。以物體平面為打標對象的二維激光打標機，其打標技術已日臻成熟。
[0003]然而，以物體任意曲面為打標對象的三維打標方法，目前還存在許多的局限性和缺陷。如依托二維打標技術配置數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺的“三維”激光打標機，實際上只能加工旋轉(zhuǎn)的三維圓柱曲面，對其他類型曲面則束手無策；基于三維振鏡的激光打標機，大部分利用二維打標的方法，即把需要打標的文字、紋理、圖形或圖象(以下統(tǒng)一簡稱為“紋理”)等內(nèi)容，投影到被加工的曲面，通過識別被加工的曲面的表面特征，利用三軸振鏡的Z軸自動調(diào)整激光的打標焦距，使紋理能在曲面被清晰地打印出來。然而，由于采用簡單的曲面投影的打標方面，被打印的紋理，相比原始的設計，均存在嚴重的長度變形或形狀扭曲變形，打標效果無法達到預期的目標。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實施例提供了一種三維激光打標方法、裝置及三維打標機，旨在解決現(xiàn)有技術提供的打標方法，被打印的紋理會出現(xiàn)嚴重的長度變形或形狀扭曲變形的問題。
[0005]一方面，提供一種三維激光打標方法，所述方法包括:
[0006]建立需要打標的二維紋理；
[0007]獲取被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型；
[0008]將所述第一三維模型按平面方式展開，生成展開曲面；
[0009]通過預定的紋理映射算法，將所述二維紋理映射至所述展開曲面上；
[0010]生成包含所述二維紋理的展開曲面的第二三維模型；
[0011]去除所述第二三維模型中的第一三維模型，僅保留所述二維紋理經(jīng)映射后生成的三維紋理模型；
[0012]根據(jù)所述三維紋理模型控制激光光束的運動軌跡。
[0013]另一方面，提供一種三維激光打標裝置，所述裝置包括:
[0014]二維紋理建立單元，用于建立需要打標的二維紋理；
[0015]第一三維模型獲取單元，用于獲取被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型；
[0016]展開曲面生成單元，用于將所述第一三維模型按平面方式展開，生成展開曲面；
[0017]二維紋理映射單元，用于通過預定的紋理映射算法，將所述二維紋理映射至所述展開曲面上；[0018]第二三維模型生成單元，用于生成包含所述二維紋理的展開曲面的第二三維模型；
[0019]三維紋理模型生成單元，用于去除所述第二三維模型中的第一三維模型，僅保留所述二維紋理經(jīng)映射后生成的三維紋理模型；
[0020]打標單元，用于根據(jù)所述三維紋理模型控制激光光束的運動軌跡。
[0021]再一方面，提供一種三維打標機，所述三維打標機包括如上所述的三維激光打標
裝直。
[0022]在本發(fā)明實施例中，建立需要打標的二維紋理，獲取被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型，將所述第一三維模型按平面方式展開，生成展開曲面，通過預定的紋理映射算法，將所述二維紋理映射至所述展開曲面上，生成包含所述二維紋理的展開曲面的第二三維模型，去除所述第二三維模型中的第一三維模型，僅保留所述二維紋理經(jīng)映射后生成的三維紋理模型，最后根據(jù)所述三維紋理模型控制激光光束的運動軌跡。由于生成的三維紋理模型與被打標的三維曲面的三維模型的表面特征一致，實現(xiàn)了三維打標清晰和可控制變形與扭曲程度的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明實施例一提供的三維激光打標方法的流程框圖；
[0024]圖2是本發(fā)明 實施例提供的預先設計的二維紋理圖案的示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明實施例提供的被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明實施例提供的圖3所示的第一三維模型被展開后的平面示意圖；
[0027]圖5是本發(fā)明實施例提供的圖2所示的紋理映射到圖4所示的被展開后的三維模型的平面上后的示意圖；
[0028]圖6是本發(fā)明實施例提供的生成包含所述二維紋理的展開曲面的第二三維模型示意圖；
[0029]圖7是本發(fā)明實施例提供的去除所述第二三維模型中的第一三維模型，僅保留所述二維紋理經(jīng)映射后生成的三維紋理模型示意圖；
[0030]圖8是本發(fā)明實施例二提供的三維激光打標裝置的結構框圖。
【具體實施方式】
[0031]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0032]在本發(fā)明實施例中，建立需要打標的二維紋理，獲取被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型，將所述第一三維模型按平面方式展開，生成展開曲面，通過預定的紋理映射算法，將所述二維紋理映射至所述展開曲面上，生成包含所述二維紋理的展開曲面的第二三維模型，去除所述第二三維模型中的第一三維模型，僅保留所述二維紋理經(jīng)映射后生成的三維紋理模型，最后根據(jù)所述三維紋理模型控制激光光束的運動軌跡。
[0033]以下結合具體實施例對本發(fā)明的實現(xiàn)進行詳細描述:[0034]實施例一
[0035]圖1示出了本發(fā)明實施例一提供的三維激光打標方法的流程框圖，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實施例相關的部分，詳述如下。
[0036]在步驟SlOl中、建立需要打標的二維紋理。
[0037]在本實施例中，首先設計需要打標的二維紋理，并將所述二維紋理以位圖(png、jpg、bmp等)格式輸出，或以矢量圖(pit、dxf、svg等)格式輸出，比如圖2為設計的二維紋理圖案的示意圖。
[0038]在步驟S102中、獲取被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型。
[0039]在本實施例中，被打標三維物體曲面被三角剖分之后的第一三維模型可以是STL模型，也可以是目標文件(Object file，OBJ)文本文件形式的三維模型。其中，STL的中文全稱是:三角網(wǎng)格來表現(xiàn)3D CAD模型標準文件類型,英文全稱是StereoLithography。在本實施例中，被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型如圖3所示。
[0040]在步驟S103中、將所述第一三維模型按平面方式展開，生成展開曲面。
[0041]在本實施例中，可以通過預先設定的展開算法，將被打標三維物體曲面被三角剖分之后的第一三維模型按平面方式展開。比如，圖3所示的被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型通過展開算法被展開后的展開曲面如圖4所示。需要說明的是，在此對展開算法不做限制。
[0042]在步驟S104中、通過預定的紋理映射算法，將所述二維紋理映射至所述展開曲面上。
[0043]在本實施例中，可以通過預先設定的紋理映射算法，按指定的大小、朝向和位置，將步驟SlOl建立的二維紋理映射至步驟S103中生成的展開曲面上。比如，圖2所示的紋理映射到圖4所示的通過展開算法展開后的展開曲面上后的示意圖如圖5所示。需要說明的是，在此對紋理映射算法不做限制。
[0044]另外，作為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，在將步驟SlOl建立的二維紋理映射至步驟S103中生成的展開曲面的同時，由于紋理映射過程中不可避免地包含局部的變形現(xiàn)象，因此可以調(diào)整紋理映射算法的參數(shù)，把不可避免的映射變形轉(zhuǎn)移到無需打標的第一三維模型的表面空間，由此大幅度降低映射后的二維紋理的變形程度，并將其控制在一定的可以接受的范圍內(nèi)。
[0045]在步驟S105中、生成包含所述二維紋理的展開曲面的第二三維模型，如圖6所示。
[0046]在本實施例中，將步驟SlOl建立的二維紋理映射至步驟S103中生成的展開曲面上后，可以根據(jù)展開算法逆向工程原理形成的三維紋理映射算法，把包含步驟SlOl建立的二維紋理的展開曲面恢復成第二三維模型，該第二三維模型與步驟S102獲取的被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型的表面特征一致，只不過除了包括步驟S102獲取的被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型之外，還包括包含步驟SlOl建立的二維紋理的三維模型，如圖6所示。
[0047]在步驟S106中、去除所述第二三維模型中的第一三維模型，僅保留所述二維紋理經(jīng)映射后生成的三維紋理模型，如圖7所示。
[0048]在本實施例中，由于生成的二維紋理的三維紋理模型與被打標的三維曲面的三維模型的表面特征一致，因此，實現(xiàn)了三維打標清晰和可控制變形與扭曲程度的目的。[0049]在步驟S107中、根據(jù)所述三維紋理模型控制激光光束的運動軌跡。
[0050]在本實施例中，三維激光打標機通過三軸數(shù)控系統(tǒng)或三軸振鏡系統(tǒng)，在識別到步驟S106生成的三維紋理模型后，通過控制激光光束的運動軌跡，實現(xiàn)三維打標清晰和可控制變形與扭曲程度的目的。
[0051]另外，在本實施例中，還需要將三維紋理模型轉(zhuǎn)化成為三維激光打標機能夠識別的多種文件格式，比如，STL、0BJ或DXF等，可以兼容三軸數(shù)控系統(tǒng)或三軸振鏡系統(tǒng)，使得三維激光打標機的三軸數(shù)控系統(tǒng)或三軸振鏡系統(tǒng)能夠識別到所述三維紋理模型。
[0052]實施例二
[0053]圖8示出了本發(fā)明實施例二提供的三維激光打標裝置的結構框圖，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實施例相關的部分。該三維激光打標裝置可以是內(nèi)置于三維打標機中的軟件單元、硬件單元或者軟硬件結合的單元。在本實施例中，該三維激光打標裝置包括:二維紋理建立單元61、第一三維模型獲取單元62、展開曲面生成單元63、二維紋理映射單元64、第二三維模型生成單元65、三維紋理模型生成單元66和打標單元67。
[0054]具體的，二維紋理建立單元61，用于建立需要打標的二維紋理；
[0055]第一三維模型獲取單元62，用于獲取被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型；
[0056]展開曲面生成單元63，用于將所述第一三維模型按平面方式展開，生成展開曲面；
[0057]二維紋理映射單元64，用于通過預定的紋理映射算法，將所述二維紋理映射至所述展開曲面上；
[0058]第二三維模型生成單元65，用于生成包含所述二維紋理的展開曲面的第二三維模型；
[0059]三維紋理模型生成單元66，用于去除所述第二三維模型中的第一三維模型，僅保留所述二維紋理經(jīng)映射后生成的三維紋理模型；
[0060]打標單元67，用于根據(jù)所述三維紋理模型控制激光光束的運動軌跡。
[0061]進一步地，所述裝置還包括映射調(diào)整單元，該單元用于調(diào)整所述紋理映射算法的參數(shù)，將不可避免的映射變形轉(zhuǎn)移到無需打標的第一三維模型的表面空間。
[0062]進一步地，所述裝置還包括格式轉(zhuǎn)換單元，該單元用于將所述三維紋理模型轉(zhuǎn)化成為三維激光打標機能夠識別的多種文件格式。
[0063]本發(fā)明實施例，先對建立的二維紋理進行處理，生成與被打標的三維曲面的三維模型的表面特征一致的三維紋理模型，實現(xiàn)了三維打標清晰和可控制變形與扭曲程度的目的。另外，在將步驟SlOl建立的二維紋理映射至步驟S103中生成的展開曲面的同時，調(diào)整紋理映射算法的參數(shù)，把不可避免的映射變形轉(zhuǎn)移到無需打標的第一三維模型的表面空間，由此大幅度降低映射后的二維紋理的變形程度，并將其控制在一定的可以接受的范圍內(nèi)。還有，將生成的三維紋理模型轉(zhuǎn)換成多種文件格式，提高了該三維模型的兼容性，可以兼容三軸數(shù)控系統(tǒng)或三軸振鏡系統(tǒng)，使得三維激光打標機的三軸數(shù)控系統(tǒng)或三軸振鏡系統(tǒng)能夠識別到所述三維紋理模型。由于本發(fā)明提供的三維激光打標方法，使任意曲面的三維激光打標得以實現(xiàn)，其紋理打標的變形程度非常低，能達到通常肉眼難以分辨的程度，徹底解決了常見的紋理投影打標方法導致的大幅度變形和扭曲的問題，可以廣泛應用于IT電子產(chǎn)品、玩具、鞋楦、模具、高低壓電器、輕工和珠寶等行業(yè)的三維曲面的打標。
[0064]值得注意的是，上述系統(tǒng)實施例中，所包括的各個單元只是按照功能邏輯進行劃分的，但并不局限于上述的劃分，只要能夠?qū)崿F(xiàn)相應的功能即可；另外，各功能單元的具體名稱也只是為了便于相互區(qū)分，并不用于限制本發(fā)明的保護范圍。
[0065]另外，本領域普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述各實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件來完成，相應的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，所述的存儲介質(zhì)，如R0M/RAM、磁盤或光盤等。
[0066]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種三維激光打標方法，其特征在于，所述方法包括: 建立需要打標的二維紋理； 獲取被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型； 將所述第一三維模型按平面方式展開，生成展開曲面； 通過預定的紋理映射算法，將所述二維紋理映射至所述展開曲面上； 生成包含所述二維紋理的展開曲面的第二三維模型； 去除所述第二三維模型中的第一三維模型，僅保留所述二維紋理經(jīng)映射后生成的三維紋理模型； 根據(jù)所述三維紋理模型控制激光光束的運動軌跡。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在執(zhí)行所述將所述二維紋理映射至所述展開曲面上的同時，所述方法還包括: 調(diào)整所述紋理映射算法的參數(shù)，將不可避免的映射變形轉(zhuǎn)移到無需打標的第一三維模型的表面空間。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根據(jù)所述三維紋理模型控制激光光束的運動軌跡之前，所述方法還包括: 將所述三維紋理模型轉(zhuǎn)化成為三維激光打標機能夠識別的多種文件格式。
4.一種三維激光打標裝置，其特征在于，所述裝置包括: 二維紋理建立單元，用于建立需要打標的二維紋理； 第一三維模型獲取單元，用于獲取被打標三維曲面的三角剖分之后的第一三維模型； 展開曲面生成單元，用于將所述第一三維模型按平面方式展開，生成展開曲面； 二維紋理映射單元，用于通過預定的紋理映射算法，將所述二維紋理映射至所述展開曲面上； 第二三維模型生成單元，用于生成包含所述二維紋理的展開曲面的第二三維模型； 三維紋理模型生成單元，用于去除所述第二三維模型中的第一三維模型，僅保留所述二維紋理經(jīng)映射后生成的三維紋理模型； 打標單元，用于根據(jù)所述三維紋理模型控制激光光束的運動軌跡。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 映射調(diào)整單元，用于調(diào)整所述紋理映射算法的參數(shù)，將不可避免的映射變形轉(zhuǎn)移到無需打標的第一三維模型的表面空間。
6.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 格式轉(zhuǎn)換單元，用于將所述三維紋理模型轉(zhuǎn)化成為三維激光打標機能夠識別的多種文件格式。
7.—種三維打標機，其特征在于，所述三維打標機包括如權利要求4至6任一項所述的三維激光打標裝置。
【文檔編號】B23K26/36GK103447692SQ201210433290
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年11月2日 優(yōu)先權日:2012年11月2日
【發(fā)明者】周泳全, 黃勁, 肖永山, 劉白 申請人:深圳信息職業(yè)技術學院