[发明专利]一种精准的三维曲面激光标刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种精准的三维曲面激光标刻方法，属于激光打标、雕刻等激光加工领域。

背景技术

与传统二维激光加工相比，三维激光标刻可实现在曲面工件上激光加工，标刻精度高，加工创意丰富。目前，包括激光打标、雕刻等在内的三维激光标刻技术蓬勃发展，未来几年内激光标刻应用必将由二维逐渐过渡到三维，深入到生活、工业的各个领域。

目前二维激光标刻技术可实现在产品的平面上进行打标，其技术发展已经相当成熟，但是对于三维激光标刻，如何在三维物体的表面实现精确、无失真的标刻成为业界的主要研究方向，具体存在的困难在于：二维图像如何在表面不平整的三维曲面工件上仿形贴合无失真，从二维标刻平面图形转化成三维图形后，其位置信息如何表征，在激光标刻过程中如何实时获取不规则表面的位置信息，同时相对于二维图形而言，系统处理三维图形的数据量大幅度增加，如何保证激光在标刻过程中快速响应，动态改变激光焦斑大小，保证加工无离焦现象，实现图案在三维曲面上精准展现。

现有的三维激光标刻方法一般是将二维图像直接投影于三维物体模型的表面，根据二维图像在三维物体模型表面形成的映射坐标，利用三维激光标刻机调整激光焦斑和激光束的位置完成在三维物体表面的标刻过程。这种方法的缺点是：一方面，映射坐标通常是在标刻过程中实时采用插值法计算得到的，容易出现不同高度位置的激光光斑偏离焦点，进而造成图像失真的问题；另一方面，对于曲率骤变、平整度偏差较大的三维曲面，标刻过程中容易产生严重的图像变形失真。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种精准的三维曲面激光标刻方法，利用该三维曲面激光标刻方法可实现在任意形状物体表面上的快速、精确标刻，且标刻于物体表面上的二维图像无失真现象。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种精准的三维曲面激光标刻方法，包括如下步骤：

获取映射有二维图像的三维物体模型；

建立该三维物体模型的三维坐标系，以该三维坐标系的原点为起始点，向该三维物体模型表面方向，逐层获取二维图像在该三维物体模型上的映射点坐标；

对该映射点坐标进行畸变误差校正处理，生成位置标刻参数；

将该位置标刻参数存储于一数据库中；

以一动态标刻系统在标刻过程中实时调取该数据库中的位置标刻参数，并根据该位置标刻参数在实物表面标刻。

进一步的，

对所述三维物体模型上的三维曲面进行分层处理，确定每层对应的平面坐标，对每层对应的平面坐标进行畸变误差校正处理，生成每层对应的位置标刻参数。

以所述三维坐标系的原点为起始点，向所述三维物体模型表面方向，以小于0.1mm的步长，逐层计算获取二维图像在所述三维物体模型上的映射点坐标。

所述建立三维坐标系的方法是：将所述三维物体模型与实物位置相重合，建立三维坐标系，且所述三维物体模型的底面或投影面位于该三维坐标系的XOY平面的第一象限内。

所述获取映射有二维图像的三维物体模型的方法是：

利用曲面展开算法将实物的三维物体模型展开生成二维展开图形；

将二维图像映射于该二维展开图形上，生成映射有二维图像的二维展开图形；

将该映射有二维图像的二维展开图形转换生成所述映射有二维图像的三维物体模型。

激光标刻过程中，所述动态标刻系统实时读取所述数据库中的位置标刻参数，自动调节激光焦斑和光束位置，实现精准标刻。

本发明的优点在于：

本发明的精准的三维曲面激光标刻方法，将三维物体模型展开成二维展开图形，完成贴图后再重构成三维物体模型，可保证物体表面的360°全方位标刻；逐层计算获取二维图像在三维物体模型上的映射点坐标，并对映射点坐标进行畸变误差校正处理，使得标刻位置更为精准，避免了标刻图像的失真现象；将位置标刻参数存储于数据库中，直接读取数据库中的位置标刻参数即可快速完成标刻。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明一具体实施例的二维图像标刻至球体表面的过程示意图。

图3是本发明一具体实施例的二维图像标刻至旋转体表面的过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

图1是本方法的方法流程图。结合图2及图3所示的具体实施例，本发明公开的一种精准的三维曲面激光标刻方法，包括如下步骤：

S1：获取映射有二维图像的三维物体模型