CN102423831A - 一种模具型腔曲面纹理蚀刻方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模具型腔曲面纹理蚀刻方法及装置，其中方法包括以下步骤：A、建立二维纹理图案数据库并存储，二维纹理图案数据库中含有多种用于进行模具型腔曲面纹理蚀刻的二维图案的参数；B、获取需要在模具型腔曲面进行蚀刻的二维图案，根据二维纹理图案数据库中的相应参数，采用纹理映射算法，对二维图案进行三维图形处理，生成可用于激光扫描加工的扫描加工文件，并存储；C、根据扫描加工文件对激光束进行控制，以对模具型腔曲面纹理进行蚀纹加工。本发明的模具型腔曲面纹理蚀刻方法，由于不需要采用化学腐蚀方法，因此不会产生废液，比传统方法更加环保，且整个蚀纹加工过程也能大大缩短，提高加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工设备技术领域，更具体地说，涉及一种模具型腔曲面纹理蚀刻方法及装置。
背景技术
目前模具型腔蚀纹加工一般采用喷砂和化学腐蚀的方法，例如专利号为88104312的发明专利“模具型腔内壁花纹镂蚀法”中公开了一种模具型腔内壁镂蚀花纹的方法，其中，先将金属箔用照相腐蚀的方法制成所需的花纹网，再将此花纹网一面涂上保护层，另一面贴到模具腔内壁，再用化学腐蚀或电解腐蚀的方法对模具型腔内壁进行刻蚀。目前所采用的该化学腐蚀方法存在两大缺点：一是加工周期长，一般需要3-7天，且价格不菲；二是排放的化学残液对企业内部及其周围环境造成严重污染，每年产生大量的化学残液，90％以上企业均“偷排”。因此，需要对现有的模具型腔曲面纹理蚀刻方法进行改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种蚀纹效率高、无污染的模具型腔曲面纹理蚀刻方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种模具型腔曲面纹理蚀刻方法，其中，包括以下步骤：
A、建立二维纹理图案数据库并存储，所述二维纹理图案数据库中含有多种用于进行模具型腔曲面纹理蚀刻的二维图案的参数，所述参数包括需要蚀刻的区域、位置、线条和面积；
B、获取需要在模具型腔曲面进行蚀刻的二维图案，根据所述二维纹理图案数据库中的相应参数，采用纹理映射算法，对所述二维图案进行三维图形处理，得到层面文件，再对所述层面文件进行处理，生成可用于激光扫描加工的扫描加工文件，并存储；
C、读取所述扫描加工文件，并根据所述扫描加工文件对激光束进行控制，以对所述模具型腔曲面纹理进行蚀纹加工。
本发明所述的方法，其中，所述步骤B包括：
B1、获取需要在模具型腔曲面进行蚀刻的二维图案；
B2、根据所述二维纹理图案数据库中的相应参数，将所述二维图案用三维面模型或实体模型表示，然后将所述三维面模型或实体模型转换成表面三角形逼近的STL格式描述文件，并存储；
B3、通过分层切片功能将所述STL格式描述文件中的三维模型按某Z向进行离散化，将离散化后的每一层轮廓线信息及对应的高度值写入层面文件，并存储；
B4、获取加工参数，并根据所述加工参数对所述层面文件进行处理，生成所述扫描加工文件。
本发明所述的方法，其中，所述步骤B2包括：
在待加工的模具型腔曲面上指定若干种子三角面片，生成曲面切向矢量场，建立曲面三角面片到纹理空间的映射，且映射保持三角面片的形状和大小不变；
广度优先地搜索整个曲面网格三角形，递归地使用三角面片到纹理空间的映射，直至整个曲面网格都被纹理化，记录下三角面片的纹理坐标；
通过已记录的纹理坐标，对相邻的三角面片纹理使用图的分割方法计算最优的拼接纹理，生成每个三角面片的纹理；
将所生成的每个三角面片的纹理压缩存储成一个大的纹理集，并根据已记录的纹理坐标进行实时绘制，得到所述STL格式描述文件。
本发明所述的方法，其中，所述步骤C包括：
读取所述扫描加工文件，通过插补得到层面图形坐标数据，并转化为振镜式激光三维扫描装置的振镜扫描器所需的控制指令信号，使振镜扫描器中扫描电机的运动轨迹和图形相对应，进行层面扫描加工；
完成所述层面扫描加工后，按照所述加工参数中的Z向高度值，由步进电机驱动线性移动透镜运动，使蚀纹面重新处于焦平面位置，并开始新一轮的切片与扫描。
本发明所述的方法，其中，所述步骤C还包括：
获取调节所述激光束能量的脉冲宽度调制信号的设置参数；
控制所述振镜式激光三维扫描装置所产生激光束的开关状态，并根据所述脉冲宽度调制信号的设置参数调节所述激光束的能量。
本发明还提供了一种模具型腔曲面纹理蚀刻装置，其中，包括：
二维纹理图案数据库构建模块，用于建立二维纹理图案数据库并存储，所述二维纹理图案数据库中含有多种用于进行模具型腔曲面纹理蚀刻的二维图案的参数，所述参数包括需要蚀刻的区域、位置、线条和面积；
三维图形处理模块，用于获取需要在模具型腔曲面进行蚀刻的二维图案，根据所述二维纹理图案数据库中的相应参数，采用纹理映射算法，对所述二维图案进行三维图形处理，得到层面文件，再对所述层面文件进行处理，生成可用于激光扫描加工的扫描加工文件，并存储；
激光蚀刻加工控制模块，用于读取所述扫描加工文件，并根据所述扫描加工文件对激光束进行控制，以对所述模具型腔曲面纹理进行蚀纹加工。
本发明所述的装置，其中，所述三维图形处理模块包括：
二维图案获取单元，用于获取需要在模具型腔曲面进行蚀刻的二维图案；
建模单元，用于根据所述二维纹理图案数据库中的相应参数，将所述二维图案用三维面模型或实体模型表示，然后将所述三维面模型或实体模型转换成表面三角形逼近的STL格式描述文件，并存储；
切片单元，用于通过分层切片功能将所述STL格式描述文件中的三维模型按某Z向进行离散化，将离散化后的每一层轮廓线信息及对应的高度值写入层面文件，并存储；
数据处理单元，用于获取加工参数，并根据所述加工参数对所述层面文件进行处理，生成所述扫描加工文件。
本发明所述的装置，其中，所述建模单元包括：
映射子单元，用于在待加工的模具型腔曲面上指定若干种子三角面片，生成曲面切向矢量场，建立曲面三角面片到纹理空间的映射，且映射保持三角面片的形状和大小不变；
纹理坐标记录子单元，用于广度优先地搜索整个曲面网格三角形，递归地使用三角面片到纹理空间的映射，直至整个曲面网格都被纹理化，记录下三角面片的纹理坐标；
纹理生成子单元，用于通过已记录的纹理坐标，对相邻的三角面片纹理使用图的分割方法计算最优的拼接纹理，生成每个三角面片的纹理；
STL文件生成子单元，用于将所生成的每个三角面片的纹理压缩存储成一个大的纹理集，并根据已记录的纹理坐标进行实时绘制，得到所述STL格式描述文件。
本发明所述的装置，其中，所述激光蚀刻加工控制模块包括：
层面扫描加工单元，用于读取所述扫描加工文件，通过插补得到层面图形坐标数据，并转化为振镜式激光三维扫描装置的振镜扫描器所需的控制指令信号，使振镜扫描器中扫描电机的运动轨迹和图形相对应，进行层面扫描加工；
Z向移动单元，用于完成所述层面扫描加工后，按照所述加工参数中的Z向高度值，由步进电机驱动线性移动透镜运动，使蚀纹面重新处于焦平面位置，并开始新一轮的切片与扫描。
本发明所述的装置，其中，所述激光蚀刻加工控制模块还包括：
参数获取单元，用于获取调节所述激光束能量的脉冲宽度调制信号的设置参数；
激光束参数及状态控制单元，用于控制所述振镜式激光三维扫描装置所产生激光束的开关状态，并根据所述脉冲宽度调制信号的设置参数调节所述激光束的能量。
本发明的有益效果在于：通过建立二维纹理图案数据库，并采用纹理映射算法，对二维图案进行三维图形处理，得到扫描加工文件，并通过振镜式激光三维扫描装置的激光蚀刻加工控制模块读取该扫描加工文件，依据该扫描加工文件对所产生的激光束进行控制，实现对模具型腔曲面纹理的蚀纹加工。本发明的模具型腔曲面纹理蚀刻方法，由于不需要采用化学腐蚀方法，因此不会产生废液，比传统方法更加环保，且整个蚀纹加工过程也能大大缩短，提高加工效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明较佳实施例的模具型腔曲面纹理蚀刻方法流程图；
图2a是本发明较佳实施例的蚀纹图案设计样例示意图；
图2b是图2a中的蚀纹图案设计样例示意图放大十倍后效果图；
图3是本发明较佳实施例的平面纹理映射到模具型腔曲面示意图；
图4是本发明较佳实施例的模具型腔曲面纹理蚀刻装置原理框图；
图5是本发明较佳实施例的模具型腔曲面纹理蚀刻装置中三维图形处理模块原理框图；
图6是本发明较佳实施例的模具型腔曲面纹理蚀刻装置中建模单元原理框图；
图7是本发明较佳实施例的模具型腔曲面纹理蚀刻装置中激光蚀刻加工控制模块原理框图；
图8是一个具体实施例的模具型腔曲面纹理蚀刻装置中采用的振镜式激光三维扫描装置光路原理图；
图9是一个具体实施例的模具型腔曲面纹理蚀刻装置中采用的振镜伺服系统原理框图；
图10是本发明一个具体实施例的模具型腔曲面纹理蚀刻装置中所采用的功能模块架构图。
具体实施方式
本发明较佳实施例的模具型腔曲面纹理蚀刻方法S100流程图如图1所示，该方法S100可以采用硬件、软件或软硬件结合的方式实现。该方法起始于步骤S110。在步骤S120中，建立二维纹理图案数据库并存储，二维纹理图案数据库中含有多种用于进行模具型腔曲面纹理蚀刻的二维图案的参数，参数包括需要蚀刻的区域、位置、线条和面积；在步骤S130中，获取需要在模具型腔曲面进行蚀刻的二维图案，根据二维纹理图案数据库中的相应参数，对二维图案进行三维图形处理，得到层面文件，再对层面文件进行处理，生成可用于激光扫描加工的扫描加工文件；在步骤S140中，读取扫描加工文件，并根据扫描加工文件对激光束进行控制，以对模具型腔曲面纹理进行蚀纹加工。上述方法S100结束于步骤S150。本实施例的模具型腔曲面纹理蚀刻方法中，由于不需要采用化学腐蚀方法，因此不会产生废液，比传统方法更加环保，且整个蚀纹加工过程也能大大缩短，提高加工效率。
其中，塑料模具蚀纹图案约60％是标准纹(含梨地花纹)，近年国内外流行的美国模德公司的MT10000系列标准纹，就有近千种图案；另外40％主要是针对皮革纹、橘皮纹、木纹、雨花纹、射纹、亚光面等装饰花纹的需求。图2a是类似于美国模德公司MT11005标准纹(梨地花纹)的样品。从经过放大10倍的示意图2b中可以看出，在直径近1mm的区域内，设计近60多个形状各异的凹坑(阴影部分)。依照MT11005标准纹的设计思路，逐步设计其他各类蚀纹图案，并建立相应的二维纹理图案数据库，即建立电子标准纹板，让计算机能识别每个图案需要蚀刻的区域、位置、线条和面积。可以通过粗糙度的测量，效验激光蚀刻加工的表面，是否达到了纹理的设计规格。
在进一步的实施例中，上述步骤S130具体包括：获取需要在模具型腔曲面进行蚀刻的二维图案；根据二维纹理图案数据库中的相应参数，将二维图案用三维面模型或实体模型表示，然后将三维面模型或实体模型转换成表面三角形逼近的STL格式描述文件，并存储；通过分层切片功能将STL格式描述文件中的三维模型按某Z向进行离散化，将离散化后的每一层轮廓线信息及对应的高度值写入层面文件，并存储；获取加工参数，并根据加工参数对层面文件进行处理，生成扫描加工文件。其中，加工参数可以是任意需要在加工中设定的参数，例如加工区域面积大小、加工的Z向高度值等。
其中，平面纹理映射到模具型腔曲面的过程如图3所示，其中示出了原始的映射纹理a、待加工的模具型腔曲面b、经过激光蚀纹加工效果示意图c，以及映射后的曲面纹理图d。
具体地，上述步骤中生成STL格式描述文件过程如下：在待加工的模具型腔曲面上指定若干种子三角面片，生成曲面切向矢量场，建立曲面三角面片到纹理空间的映射，且映射保持三角面片的形状和大小不变；广度优先地搜索整个曲面网格三角形，递归地使用三角面片到纹理空间的映射，直至整个曲面网格都被纹理化，在映射过程中搜索纹理空间得到纹理面片的最佳纹理坐标，使曲面上相邻三角面片的纹理面片的匹配误差最小，记录下三角面片的纹理坐标；通过已记录的纹理坐标，对相邻的三角面片纹理使用图的分割方法计算最优的拼接纹理，生成每个三角面片的纹理；将所生成的每个三角面片的纹理压缩存储成一个大的纹理集，并根据已记录的纹理坐标进行实时绘制，得到STL格式描述文件。
在进一步的实施例中，上述步骤S140包括：读取扫描加工文件，通过插补得到层面图形坐标数据，并转化为振镜式激光三维扫描装置(详细结构将在下面的具体实施例中进行描述)的振镜扫描器所需的控制指令信号，使振镜扫描器中扫描电机的运动轨迹和图形相对应，进行层面扫描加工；完成层面扫描加工后，按照加工参数中的Z向高度值，由步进电机驱动线性移动透镜运动，使蚀纹面重新处于焦平面位置，并开始新一轮的切片与扫描。并不断重复这个过程，逐层累积，直到整个模型切片完成，最后在模具上形成蚀纹图案。
其中，目前平面蚀刻系统一般采用BMP、DXF及PLT等文件格式。基于BMP图像格式的激光蚀刻系统中，图形或文字首先被二值化为黑白图像，即一系列取值为“0”或“1”的像素点的集合。利用软件将激光开关的两个状态即开或关和像素点的“0”或“1”进行对应，通过振镜扫描器控制激光束在材料表面蚀刻阳图或阴图。本实施例的激光三维蚀纹加工过程中，每层的蚀刻原理和采用BMP格式的蚀刻系统类似，即扫描填充。当激光束在激光蚀刻加工控制模块(也可由计算机执行)的控制下沿X方向扫描时，激光光斑在被加工材料的表面重叠形成孔群去除材料。当一条扫描线结束，工作台在Y向上移动一个扫描间距，继续作X方向扫描，直到该平面全部扫描完毕。激光的扫描运动和工作台的移动将整个蚀刻区域分割成一个个小区域，类似像素点，通过控制这些像素点内物质的去除与保留形成所需的图形。
优选地，上述步骤S140还包括：获取调节激光束能量的脉冲宽度调制信号的设置参数；控制振镜式激光三维扫描装置所产生激光束的开关状态，并根据脉冲宽度调制信号的设置参数调节激光束的能量。即，上述振镜式激光三维扫描装置的激光蚀刻加工控制模块对激光束的控制可包括：激光开关控制和能量控制。其中，激光开关控制可通过电平信号来实现，激光能量控制可通过频率和占空比可调的PWM信号进行调节。具体地，可由程序根据激光蚀刻对象设置不同的PMW信号。另外，还可由激光蚀刻加工控制模块对机器出现的异常情况通过蜂鸣器进行提示。由于报警蜂鸣器是24伏特的直流供电，软件通过控制卡给出了TTL信号的电平变化，其电平的变化通过驱动放大后，控制报警蜂鸣器产生相应的效果。
在本发明的另一实施例中，还提供了一种模具型腔曲面纹理蚀刻装置，如图4所示，其中包括：二维纹理图案数据库构建模块10，用于建立二维纹理图案数据库并存储，二维纹理图案数据库中含有多种用于进行模具型腔曲面纹理蚀刻的二维图案的参数，参数包括需要蚀刻的区域、位置、线条和面积；三维图形处理模块20，用于获取需要在模具型腔曲面进行蚀刻的二维图案，根据二维纹理图案数据库中的相应参数，对二维图案进行三维图形处理，得到层面文件，再对层面文件进行处理，生成可用于激光扫描加工的扫描加工文件；激光蚀刻加工控制模块30，用于读取扫描加工文件，并根据扫描加工文件对激光束进行控制，以对模具型腔曲面纹理进行蚀纹加工。其中建立二维纹理图案数据库的方法可参见前面结合附图2的描述，在此不再赘述。本实施例的模具型腔曲面纹理蚀刻装置中，由于不需要采用化学腐蚀方法，因此不会产生废液，比传统方法更加环保，且整个蚀纹加工过程也能大大缩短，提高加工效率。
进一步地，如图5所示，上述实施例中的三维图形处理模块20具体包括：二维图案获取单元21，用于获取需要在模具型腔曲面进行蚀刻的二维图案；建模单元22，用于根据二维纹理图案数据库中的相应参数，将二维图案用三维面模型或实体模型表示，然后将三维面模型或实体模型转换成表面三角形逼近的STL格式描述文件，并存储；切片单元23，用于通过分层切片功能将STL格式描述文件中的三维模型按某Z向进行离散化，将离散化后的每一层轮廓线信息及对应的高度值写入层面文件，并存储；数据处理单元24，用于获取加工参数，并根据加工参数对层面文件进行处理，生成扫描加工文件。其中，加工参数可以是任意需要在加工中设定的参数，例如加工区域面积大小、加工的Z向高度值等。
其中，如图6所示，上述建模单元22包括：映射子单元221，用于在待加工的模具型腔曲面上指定若干种子三角面片，生成曲面切向矢量场，建立曲面三角面片到纹理空间的映射，且映射保持三角面片的形状和大小不变；纹理坐标记录子单元222，用于广度优先地搜索整个曲面网格三角形，递归地使用三角面片到纹理空间的映射，直至整个曲面网格都被纹理化，记录下三角面片的纹理坐标；纹理生成子单元223，用于通过已记录的纹理坐标，对相邻的三角面片纹理使用图的分割方法计算最优的拼接纹理，生成每个三角面片的纹理；STL文件生成子单元224，用于将所生成的每个三角面片的纹理压缩存储成一个大的纹理集，并根据已记录的纹理坐标进行实时绘制，得到STL格式描述文件。
在进一步的实施例中，如图7所示，上述激光蚀刻加工控制模块30包括：层面扫描加工单元31，读取扫描加工文件，通过插补得到层面图形坐标数据，并转化为振镜式激光三维扫描装置的振镜扫描器所需的控制指令信号，使振镜扫描器中扫描电机的运动轨迹和图形相对应，进行层面扫描加工；Z向移动单元32，用于完成层面扫描加工后，按照加工参数中的Z向高度值，由步进电机驱动线性移动透镜运动，使蚀纹面重新处于焦平面位置，并开始新一轮的切片与扫描。并不断重复这个过程，逐层累积，直到整个模型切片完成，最后在模具上形成蚀纹图案。
其中，目前平面蚀刻系统一般采用BMP、DXF及PLT等文件格式。在基于BMP图像格式的激光蚀刻系统中，图形或文字首先被二值化为黑白图像，即一系列取值为“0”或“1”的像素点的集合。利用软件将激光开关的两个状态即开或关和像素点的“0”或“1”进行对应，通过振镜扫描器控制激光束在材料表面蚀刻阳图或阴图。本实施例的激光三维蚀纹加工过程中，每层的蚀刻原理和采用BMP格式的蚀刻系统类似，即扫描填充。当激光束在激光蚀刻加工控制模块(也可由计算机执行)的控制下沿X方向扫描时，激光光斑在被加工材料的表面重叠形成孔群去除材料。当一条扫描线结束，工作台在Y向上移动一个扫描间距，继续作X方向扫描，直到该平面全部扫描完毕。激光的扫描运动和工作台的移动将整个蚀刻区域分割成一个个小区域，类似像素点，通过控制这些像素点内物质的去除与保留形成所需的图形。
优选地，如图7所示，上述实施例中的激光蚀刻加工控制模块30还包括：参数获取单元33，获取调节激光束能量的脉冲宽度调制信号的设置参数；激光束参数及状态控制单元34，控制振镜式激光三维扫描装置所产生激光束的开关状态，并根据脉冲宽度调制信号的设置参数调节激光束的能量。
具体地，上述振镜式激光三维扫描装置的激光蚀刻加工控制模块30对激光束的控制可包括：激光开关控制和能量控制。其中，激光开关控制可通过电平信号来实现，激光能量控制可通过频率和占空比可调的PWM信号进行调节。具体地，可由程序根据激光蚀刻对象设置不同的PMW信号。另外，还可由激光蚀刻加工控制模块对机器出现的异常情况通过蜂鸣器进行提示。由于报警蜂鸣器是24伏特的直流供电，软件通过控制卡给出了TTL信号的电平变化，其电平的变化通过驱动放大后，控制报警蜂鸣器产生相应的效果。
在一个具体的实施例中，振镜式激光三维扫描装置原理如图8所示，包括控制模块(未图示)、用于产生激光的激光器(未图示)、用于传输激光的光电耦合器(未图示)、以及用于对激光进行聚焦的线性移动模块1和用于调节激光发射方向、以按照预定图形对模具型腔曲面9进行蚀纹加工的转向模块6，在线性移动模块1和转向模块6之间设置有导光臂5，以便于通过线性移动模块1的聚焦透镜4的激光能精确传导到转向模块6，不受到外界干扰；还包括激光输入区2和激光输出区8。其中，控制模块与激光器电连接，用于控制激光器产生激光，并对激光器的运转状态进行检测；控制模块与转向模块6电连接，用于控制转向模块6按照预定图形对模具型腔曲面9进行蚀纹加工。其中，上述激光蚀刻加工控制模块可以是该振镜式激光三维扫描装置中的控制模块。
具体地，上述线性移动模块1包括线性移动透镜3和聚焦透镜4。其中，线性移动透镜3使得激光聚焦长度可按照需要进行调节，由步进电机控制激光在Z方向上的聚焦高度，随后经调节后的激光通过聚焦透镜4及导光臂5进入到转向模块6。可以理解，上述线性移动透镜3、步进电机和聚焦透镜4的具体型号和尺寸可根据需要选择，在此不作任何限制。
上述振镜式三维激光模具型腔曲面蚀纹机的转向模块6包括带反射镜片的振镜扫描器7，振镜扫描器7的振镜扫描系统是一种高精度、高速度和高重复性的光学扫描器，用来把激光光束转向X向与Y向，这样激光光束能导向二维平面的任一位置。该振镜扫描系统由扫描反射镜、F-Theta透镜、位置传感器、扫描电机及振镜伺服系统几部分组成。其中，振镜伺服系统结构原理如图9所示，由比较装置91、校正装置92、功率放大装置93、执行电机94、信号检测和放大装置95等几部分组成，其用来控制被控对象96的转角或位移，使其能自动地、连续地、精确地复现输入指令的变化规律。
上述振镜式激光三维扫描装置的聚焦属性由线性移动模块1与转向模块6上的F-Theta透镜决定。其中，线性移动模块1安装有一个或两个聚焦透镜4，另一个线性移动透镜3使聚焦长度能按需要调节；转向模块6上的F-Theta透镜用来聚焦并设置工作区域尺寸，线性移动模块1能改变聚焦平面的高度，这样就能实现激光三维加工操作。
优选地，在上述具体的实施例中，振镜式激光三维扫描装置的控制模块软件系统具有如图10所示的功能模块架构，其中包括图案数据库101、应用软件主界面102和蚀纹卡指令系统103，应用软件主界面102中包含有图形处理104、激光蚀纹105、蚀纹卡编程106等分项。其中，图案数据库101用于编辑和存储需要在模具型腔曲面进行蚀纹加工的二维图形文件；蚀纹卡指令系统103用于编辑和管理激光蚀刻指令，实现底层硬件和应用软件之间的无缝连接；图形处理104包括图形三维建模107、分层切片108、数据处理109等，各项又包含多个子项，在此不一一赘述。上述控制模块软件系统的具体执行方法过程可根据具体编程不同而产生不同的效果，在此也不一一详述，试验证明，通过该功能模块架构可实现对振镜式激光三维扫描装置中硬件部分的高效控制，实现对模具型腔曲面的蚀纹加工。
综上，本发明的模具型腔曲面纹理蚀刻方法及装置，通过建立二维纹理图案数据库，并采用纹理映射算法，对二维图案进行三维图形处理，得到扫描加工文件，并通过振镜式激光三维扫描装置的激光蚀刻加工控制模块读取该扫描加工文件，依据该扫描加工文件对所产生的激光束进行控制，实现对模具型腔曲面纹理的蚀纹加工。本发明的模具型腔曲面纹理蚀刻方法及装置，由于不需要采用化学腐蚀方法，因此不会产生废液，比传统方法更加环保，且整个蚀纹加工过程也能大大缩短，提高加工效率。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明对本发明的技术方案加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种模具型腔曲面纹理蚀刻方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、建立二维纹理图案数据库并存储，所述二维纹理图案数据库中含有多种用于进行模具型腔曲面纹理蚀刻的二维图案的参数，所述参数包括需要蚀刻的区域、位置、线条和面积；
B、获取需要在模具型腔曲面进行蚀刻的二维图案，根据所述二维纹理图案数据库中的相应参数，采用纹理映射算法，对所述二维图案进行三维图形处理，得到层面文件，再对所述层面文件进行处理，生成可用于激光扫描加工的扫描加工文件，并存储；
C、读取所述扫描加工文件，并根据所述扫描加工文件对激光束进行控制，以对所述模具型腔曲面纹理进行蚀纹加工。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：
B1、获取需要在模具型腔曲面进行蚀刻的二维图案；
B2、根据所述二维纹理图案数据库中的相应参数，将所述二维图案用三维面模型或实体模型表示，然后将所述三维面模型或实体模型转换成表面三角形逼近的STL格式描述文件，并存储；
B3、通过分层切片功能将所述STL格式描述文件中的三维模型按某Z向进行离散化，将离散化后的每一层轮廓线信息及对应的高度值写入层面文件，并存储；
B4、获取加工参数，并根据所述加工参数对所述层面文件进行处理，生成所述扫描加工文件。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B2包括：
在待加工的模具型腔曲面上指定若干种子三角面片，生成曲面切向矢量场，建立曲面三角面片到纹理空间的映射，且映射保持所述三角面片的形状和大小不变；
广度优先地搜索整个曲面网格三角形，递归地使用所述三角面片到纹理空间的映射，直至整个曲面网格都被纹理化，记录下三角面片的纹理坐标；
通过已记录的纹理坐标，对相邻的三角面片纹理使用图的分割方法计算最优的拼接纹理，生成每个三角面片的纹理；
将所生成的每个三角面片的纹理压缩存储成一个大的纹理集，并根据已记录的纹理坐标进行实时绘制，得到所述STL格式描述文件。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括：
读取所述扫描加工文件，通过插补得到层面图形坐标数据，并转化为振镜式激光三维扫描装置的振镜扫描器所需的控制指令信号，使振镜扫描器中扫描电机的运动轨迹和图形相对应，进行层面扫描加工；
完成所述层面扫描加工后，按照所述加工参数中的Z向高度值，由步进电机驱动线性移动透镜运动，使蚀纹面重新处于焦平面位置，并开始新一轮的切片与扫描。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤C还包括：
获取调节所述激光束能量的脉冲宽度调制信号的设置参数；
控制所述振镜式激光三维扫描装置所产生激光束的开关状态，并根据所述脉冲宽度调制信号的设置参数调节所述激光束的能量。
6.一种模具型腔曲面纹理蚀刻装置，其特征在于，包括：
二维纹理图案数据库构建模块，用于建立二维纹理图案数据库并存储，所述二维纹理图案数据库中含有多种用于进行模具型腔曲面纹理蚀刻的二维图案的参数，所述参数包括需要蚀刻的区域、位置、线条和面积；
三维图形处理模块，用于获取需要在模具型腔曲面进行蚀刻的二维图案，根据所述二维纹理图案数据库中的相应参数，采用纹理映射算法，对所述二维图案进行三维图形处理，得到层面文件，再对所述层面文件进行处理，生成可用于激光扫描加工的扫描加工文件，并存储；
激光蚀刻加工控制模块，用于读取所述扫描加工文件，并根据所述扫描加工文件对激光束进行控制，以对所述模具型腔曲面纹理进行蚀纹加工。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述三维图形处理模块包括：
二维图案获取单元，用于获取需要在模具型腔曲面进行蚀刻的二维图案；
建模单元，用于根据所述二维纹理图案数据库中的相应参数，将所述二维图案用三维面模型或实体模型表示，然后将所述三维面模型或实体模型转换成表面三角形逼近的STL格式描述文件，并存储；
切片单元，用于通过分层切片功能将所述STL格式描述文件中的三维模型按某Z向进行离散化，将离散化后的每一层轮廓线信息及对应的高度值写入层面文件，并存储；
数据处理单元，用于获取加工参数，并根据所述加工参数对所述层面文件进行处理，生成所述扫描加工文件。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述建模单元包括：
映射子单元，用于在待加工的模具型腔曲面上指定若干种子三角面片，生成曲面切向矢量场，建立曲面三角面片到纹理空间的映射，且映射保持所述三角面片的形状和大小不变；
纹理坐标记录子单元，用于广度优先地搜索整个曲面网格三角形，递归地使用所述三角面片到纹理空间的映射，直至整个曲面网格都被纹理化，记录下三角面片的纹理坐标；
纹理生成子单元，用于通过已记录的纹理坐标，对相邻的三角面片纹理使用图的分割方法计算最优的拼接纹理，生成每个三角面片的纹理；
STL文件生成子单元，用于将所生成的每个三角面片的纹理压缩存储成一个大的纹理集，并根据已记录的纹理坐标进行实时绘制，得到所述STL格式描述文件。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述激光蚀刻加工控制模块包括：
层面扫描加工单元，用于读取所述扫描加工文件，通过插补得到层面图形坐标数据，并转化为振镜式激光三维扫描装置的振镜扫描器所需的控制指令信号，使振镜扫描器中扫描电机的运动轨迹和图形相对应，进行层面扫描加工；
Z向移动单元，用于完成所述层面扫描加工后，按照所述加工参数中的Z向高度值，由步进电机驱动线性移动透镜运动，使蚀纹面重新处于焦平面位置，并开始新一轮的切片与扫描。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述激光蚀刻加工控制模块还包括：
参数获取单元，用于获取调节所述激光束能量的脉冲宽度调制信号的设置参数；
激光束参数及状态控制单元，用于控制所述振镜式激光三维扫描装置所产生激光束的开关状态，并根据所述脉冲宽度调制信号的设置参数调节所述激光束的能量。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENZHEN INFORMATION VOCATIONAL TECHNOLOGY COLLEGE Effective date: 20150811 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150811 Address after: 518000 Baoan District, Guanlan street, Shenzhen, Guanlan street, community building, No. 2, building 152, No. Patentee after: SHENZHEN HMX LASER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee after: SHENZHEN INSTITUTE OF INFORMATION TECHNOLOGY Address before: 518000 Baoan District, Guanlan street, Shenzhen, Guanlan street, community building, No. 2, building 152, No. Patentee before: SHENZHEN HMX LASER TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518000 Guanlan Street Junzibu Community, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province, No. 26, 101, Huanguannan South Road Co-patentee after: SHENZHEN INSTITUTE OF INFORMATION TECHNOLOGY Patentee after: SHENZHEN HYMSON LASER INTELLIGENT EQUIPMENTS Co.,Ltd. Address before: 518000 Baoan District, Guanlan street, Shenzhen, Guanlan street, community building, No. 2, building 152, No. Co-patentee before: Shenzhen Institute of Information Technology Patentee before: SHENZHEN HMX LASER TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518110 301, Building B, Comlong Science Park, Guansheng 5th Road, Luhu Community, Guanhu Street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province (one photo multiple site enterprise) Patentee after: Hymson Laser Technology Group Co., Ltd. Patentee after: SHENZHEN INSTITUTE OF INFORMATION TECHNOLOGY Address before: 518000 No. 26, 101 Ring Road south of Guanzi street, Longhua District, Shenzhen, Guangdong Patentee before: SHENZHEN HYMSON LASER INTELLIGENT EQUIPMENTS Co.,Ltd. Patentee before: SHENZHEN INSTITUTE OF INFORMATION TECHNOLOGY |
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| CP03 | Change of name, title or address |