[发明专利]一种基于MATLAB的激光标记阴影的自动生成方法

说明书

本发明提供了一种基于MATLAB的激光标记阴影的自动生成方法，包括以下步骤：图形边缘数据的提取与插值处理，多边形等距偏移，建立多连通图案的等距等高线阴影填充模型，建立多连通图案的“之”字形阴影填充模型，基于等距等高线和“之”字形阴影填充方法，最终可以得到清晰、均匀、无间断点的多连通图形激光标记阴影填充。本发明构建了基于MATLAB的多连通图形等距等高线和“之”字形阴影填充方法，能够实现对多连通图形的高效、快速填充，解决了激光标记绘图程序可塑性差，计算速度慢，结果出现断点、误连、偏移次数过量等问题。

技术领域

本发明属于激光标记技术领域，涉及一种基于MATLAB的激光标记阴影的自动生成方法,具体来说是根据线性插值后的多连通域图形的边界坐标集合，基于多边形等距偏移和等距平行线切割算法，在MATLAB上实现对任意多连通域图形的等高线和“之”字形阴影填充，并将该功能开源化。

背景技术

激光标记作为一种现代精密加工方法，常用于对模型或产品上文字，符号，图像等信息进行标注，与传统的腐蚀加工法和气动加工法相比，具有工件无接触，轨迹高精细，标记强耐久等优势，标记的过程中不会对环境产生污染。目前，激光标记技术已广泛用于各行各业，为优质、高效、无污染和低成本的现代加工生产开辟了广阔的前景。

激光标记的基本原理是在高能激光束的照射下，沿着特定的轨迹，在工件表面留下一定的熔化、汽化、加热变色等物理化学痕迹，从而实现工件表面的信息标注。激光打标机的核心系统是激光控制系统，而绘图系统又是控制系统的关键分支系统。激光标记首先要解决的问题就是对图案的二维轮廓进行识别，在此基础上生成轮廓内的一系列等距照射轨迹，激光沿轨迹照射便形成了清晰醒目的阴影标记。目前，激光标记常用的轮廓填充方案包括封闭曲线填充，对角线填充，交叉影线填充，等高线填充和之字形填充等。其中，等高线和之字形填充是最常见的两种填充方式：之字形填充的基本原理是利用等距平行线切割轮廓线形成一系列的平行线段，再将这些线段按照之字形顺序首尾相连，得到离散的激光轨迹。平行等高线填充的基本原理是利用多边形向内等距偏移，自外轮廓不断向内衍生新的子边界，直到等距等高线覆盖整个图形。实际应用中，选择何种填充方案很大程度上取决于标记材料的理化性质和标记过程对加工任务的影响。

激光标记常见的绘图模块主要有两种：一种是机器自带的绘图软件，程序， App等，通过一定的算法自动识别物体的轮廓，颜色等特征信息，通过比对软件自带的图库，批量生成不同类型的填充阴影。优点是能在短时间内完成轨迹文件制作并上传控制中心，不仅效率高，而且实现了自动化。但最大的缺点是不能对打印对象进行实时处理，可塑性弱，比如标记镭雕LOGO等复杂图案时仍需外源软件再加工，一旦绘图软件出现故障，整个激光打标机都会停止运作，设备维修方面也必须考虑拆解组装打标机造成的成本问题和安全问题。另一种是借助外源绘图软件辅助制作阴影文件，常见的有CorelDraw，CAD等，能够在打标机外部生成阴影并规划激光轨迹，再将输出的阴影文件(通常是pdf或者jpg等图片格式)传回控制系统并执行后续操作。这类软件大多是国外研发的非开源软件，需要购买使用权，且软件内部代码无法或者很难更改，程序可塑性不高。此外，绝大多数软件对输入和输出数据的文件格式也有一定的要求，不兼容现象时常存在。当前，我国在激光标记绘图软件和程序的开发方面仍属空白，随着激光标记技术的不断推广，面向多种编程语言的阴影自动生成程序已成为潜在需求。

目前，激光标记阴影的自动生成模块仍以打标机自带的图形处理程序为主，暂时没有共享的开源程序，且处理速度不理想。MATLAB自带的Polygon程序包可以完成多边形的等距偏移，理论上可以实现等距等高线的阴影生成，但偏移后的多边形阴影曲线仍然存在终点位置开口，端点连接混乱，过量偏移等问题，尤其针对多连通域图形来说，仍需进一步的优化处理。之字形阴影暂无MATLAB命令可以一键生成，需要手动编程实现。总的来说，基于MATLAB等各类编程语言的激光标记阴影程序设计还有很大发展空间。