CN103447692B - 一种三维激光打标方法、装置及三维打标机 - Google Patents

Abstract

本发明适用于激光加工领域，提供了一种三维激光打标方法、装置及三维打标机，所述方法包括：建立需要打标的二维纹理；获取被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型；将所述第一三维模型按平面方式展开，生成展开曲面；通过预定的纹理映射算法，将所述二维纹理映射至所述展开曲面上；生成包含所述二维纹理的展开曲面的第二三维模型；去除所述第二三维模型中的第一三维模型，仅保留所述二维纹理经映射后生成的三维纹理模型；根据所述三维纹理模型控制激光光束的运动轨迹。本发明，由于生成的三维纹理模型与被打标的三维曲面的三维模型的表面特征一致，实现了三维打标清晰和可控制变形与扭曲程度的目的。

Description

一种三维激光打标方法、装置及三维打标机

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种三维激光打标方法、装置及三维打标机。

背景技术

激光打标机固有的高速高效的清洁打标方式，得到各行各业的青睐，因此广泛应用于电子信息、轻工、家电、模具、高低压电器、珠宝等众多行业的产品标识。以物体平面为打标对象的二维激光打标机，其打标技术已日臻成熟。

然而，以物体任意曲面为打标对象的三维打标方法，目前还存在许多的局限性和缺陷。如依托二维打标技术配置数控旋转工作台的“三维”激光打标机，实际上只能加工旋转的三维圆柱曲面，对其他类型曲面则束手无策；基于三维振镜的激光打标机，大部分利用二维打标的方法，即把需要打标的文字、纹理、图形或图象(以下统一简称为“纹理”)等内容，投影到被加工的曲面，通过识别被加工的曲面的表面特征，利用三轴振镜的Z轴自动调整激光的打标焦距，使纹理能在曲面被清晰地打印出来。然而，由于采用简单的曲面投影的打标方面，被打印的纹理，相比原始的设计，均存在严重的长度变形或形状扭曲变形，打标效果无法达到预期的目标。

发明内容

本发明实施例提供了一种三维激光打标方法、装置及三维打标机，旨在解决现有技术提供的打标方法，被打印的纹理会出现严重的长度变形或形状扭曲变形的问题。

一方面，提供一种三维激光打标方法，所述方法包括：

建立需要打标的二维纹理；

获取被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型；

将所述第一三维模型按平面方式展开，生成展开曲面；

通过预定的纹理映射算法，将所述二维纹理映射至所述展开曲面上；

生成包含所述二维纹理的展开曲面的第二三维模型；

去除所述第二三维模型中的第一三维模型，仅保留所述二维纹理经映射后生成的三维纹理模型；

根据所述三维纹理模型控制激光光束的运动轨迹。

另一方面，提供一种三维激光打标装置，所述装置包括：

二维纹理建立单元，用于建立需要打标的二维纹理；

第一三维模型获取单元，用于获取被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型；

展开曲面生成单元，用于将所述第一三维模型按平面方式展开，生成展开曲面；

二维纹理映射单元，用于通过预定的纹理映射算法，将所述二维纹理映射至所述展开曲面上；

第二三维模型生成单元，用于生成包含所述二维纹理的展开曲面的第二三维模型；

三维纹理模型生成单元，用于去除所述第二三维模型中的第一三维模型，仅保留所述二维纹理经映射后生成的三维纹理模型；

打标单元，用于根据所述三维纹理模型控制激光光束的运动轨迹。

再一方面，提供一种三维打标机，所述三维打标机包括如上所述的三维激光打标装置。

在本发明实施例中，建立需要打标的二维纹理，获取被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型，将所述第一三维模型按平面方式展开，生成展开曲面，通过预定的纹理映射算法，将所述二维纹理映射至所述展开曲面上，生成包含所述二维纹理的展开曲面的第二三维模型，去除所述第二三维模型中的第一三维模型，仅保留所述二维纹理经映射后生成的三维纹理模型，最后根据所述三维纹理模型控制激光光束的运动轨迹。由于生成的三维纹理模型与被打标的三维曲面的三维模型的表面特征一致，实现了三维打标清晰和可控制变形与扭曲程度的目的。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的三维激光打标方法的流程框图；

图2是本发明实施例提供的预先设计的二维纹理图案的示意图；

图3是本发明实施例提供的被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型示意图；

图4是本发明实施例提供的图3所示的第一三维模型被展开后的平面示意图；

图5是本发明实施例提供的图2所示的纹理映射到图4所示的被展开后的三维模型的平面上后的示意图；

图6是本发明实施例提供的生成包含所述二维纹理的展开曲面的第二三维模型示意图；

图7是本发明实施例提供的去除所述第二三维模型中的第一三维模型，仅保留所述二维纹理经映射后生成的三维纹理模型示意图；

图8是本发明实施例二提供的三维激光打标装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，建立需要打标的二维纹理，获取被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型，将所述第一三维模型按平面方式展开，生成展开曲面，通过预定的纹理映射算法，将所述二维纹理映射至所述展开曲面上，生成包含所述二维纹理的展开曲面的第二三维模型，去除所述第二三维模型中的第一三维模型，仅保留所述二维纹理经映射后生成的三维纹理模型，最后根据所述三维纹理模型控制激光光束的运动轨迹。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述：

实施例一

图1示出了本发明实施例一提供的三维激光打标方法的流程框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

在步骤S101中，建立需要打标的二维纹理。

在本实施例中，首先设计需要打标的二维纹理，并将所述二维纹理以位图(png、jpg、bmp等)格式输出，或以矢量图(plt、dxf、svg等)格式输出，比如图2为设计的二维纹理图案的示意图。

在步骤S102中，获取被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型。

在本实施例中，被打标三维物体曲面被三角剖分之后的第一三维模型可以是STL模型，也可以是目标文件(Object file，OBJ)文本文件形式的三维模型。其中，STL的中文全称是：三角网格来表现3D CAD模型标准文件类型，英文全称是StereoLithography。在本实施例中，被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型如图3所示。

在步骤S103中，将所述第一三维模型按平面方式展开，生成展开曲面。

在本实施例中，可以通过预先设定的展开算法，将被打标三维物体曲面被三角剖分之后的第一三维模型按平面方式展开。比如，图3所示的被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型通过展开算法被展开后的展开曲面如图4所示。需要说明的是，在此对展开算法不做限制。

在步骤S104中，通过预定的纹理映射算法，将所述二维纹理映射至所述展开曲面上。

在本实施例中，可以通过预先设定的纹理映射算法，按指定的大小、朝向和位置，将步骤S101建立的二维纹理映射至步骤S103中生成的展开曲面上。比如，图2所示的纹理映射到图4所示的通过展开算法展开后的展开曲面上后的示意图如图5所示。需要说明的是，在此对纹理映射算法不做限制。

另外，作为本发明的一个优选实施例，在将步骤S101建立的二维纹理映射至步骤S103中生成的展开曲面的同时，由于纹理映射过程中不可避免地包含局部的变形现象，因此可以调整纹理映射算法的参数，把不可避免的映射变形转移到无需打标的第一三维模型的表面空间，由此大幅度降低映射后的二维纹理的变形程度，并将其控制在一定的可以接受的范围内。

在步骤S105中，生成包含所述二维纹理的展开曲面的第二三维模型，如图6所示。

在本实施例中，将步骤S101建立的二维纹理映射至步骤S103中生成的展开曲面上后，可以根据展开算法逆向工程原理形成的三维纹理映射算法，把包含步骤S101建立的二维纹理的展开曲面恢复成第二三维模型，该第二三维模型与步骤S102获取的被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型的表面特征一致，只不过除了包括步骤S102获取的被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型之外，还包括包含步骤S101建立的二维纹理的三维模型，如图6所示。

在步骤S106中，去除所述第二三维模型中的第一三维模型，仅保留所述二维纹理经映射后生成的三维纹理模型，如图7所示。

在本实施例中，由于生成的二维纹理的三维纹理模型与被打标的三维曲面的三维模型的表面特征一致，因此，实现了三维打标清晰和可控制变形与扭曲程度的目的。

在步骤S107中，根据所述三维纹理模型控制激光光束的运动轨迹。

在本实施例中，三维激光打标机通过三轴数控系统或三轴振镜系统，在识别到步骤S106生成的三维纹理模型后，通过控制激光光束的运动轨迹，实现三维打标清晰和可控制变形与扭曲程度的目的。

另外，在本实施例中，还需要将三维纹理模型转化成为三维激光打标机能够识别的多种文件格式，比如，STL、OBJ或DXF等，可以兼容三轴数控系统或三轴振镜系统，使得三维激光打标机的三轴数控系统或三轴振镜系统能够识别到所述三维纹理模型。

实施例二

图8示出了本发明实施例二提供的三维激光打标装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。该三维激光打标装置可以是内置于三维打标机中的软件单元、硬件单元或者软硬件结合的单元。在本实施例中，该三维激光打标装置包括：二维纹理建立单元61、第一三维模型获取单元62、展开曲面生成单元63、二维纹理映射单元64、第二三维模型生成单元65、三维纹理模型生成单元66和打标单元67。

具体的，二维纹理建立单元61，用于建立需要打标的二维纹理；

第一三维模型获取单元62，用于获取被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型；

展开曲面生成单元63，用于将所述第一三维模型按平面方式展开，生成展开曲面；

二维纹理映射单元64，用于通过预定的纹理映射算法，将所述二维纹理映射至所述展开曲面上；

第二三维模型生成单元65，用于生成包含所述二维纹理的展开曲面的第二三维模型；

三维纹理模型生成单元66，用于去除所述第二三维模型中的第一三维模型，仅保留所述二维纹理经映射后生成的三维纹理模型；

打标单元67，用于根据所述三维纹理模型控制激光光束的运动轨迹。

进一步地，所述装置还包括映射调整单元，该单元用于调整所述纹理映射算法的参数，将不可避免的映射变形转移到无需打标的第一三维模型的表面空间。

进一步地，所述装置还包括格式转换单元，该单元用于将所述三维纹理模型转化成为三维激光打标机能够识别的多种文件格式。

本发明实施例，先对建立的二维纹理进行处理，生成与被打标的三维曲面的三维模型的表面特征一致的三维纹理模型，实现了三维打标清晰和可控制变形与扭曲程度的目的。另外，在将步骤S101建立的二维纹理映射至步骤S103中生成的展开曲面的同时，调整纹理映射算法的参数，把不可避免的映射变形转移到无需打标的第一三维模型的表面空间，由此大幅度降低映射后的二维纹理的变形程度，并将其控制在一定的可以接受的范围内。还有，将生成的三维纹理模型转换成多种文件格式，提高了该三维模型的兼容性，可以兼容三轴数控系统或三轴振镜系统，使得三维激光打标机的三轴数控系统或三轴振镜系统能够识别到所述三维纹理模型。由于本发明提供的三维激光打标方法，使任意曲面的三维激光打标得以实现，其纹理打标的变形程度非常低，能达到通常肉眼难以分辨的程度，彻底解决了常见的纹理投影打标方法导致的大幅度变形和扭曲的问题，可以广泛应用于IT电子产品、玩具、鞋楦、模具、高低压电器、轻工和珠宝等行业的三维曲面的打标。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三维激光打标方法，其特征在于，所述方法包括：

建立需要打标的二维纹理；

获取被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型；

将所述第一三维模型按平面方式展开，生成展开曲面；

通过预定的纹理映射算法，将所述二维纹理映射至所述展开曲面上；

生成包含所述二维纹理的展开曲面的第二三维模型；

去除所述第二三维模型中的第一三维模型，仅保留所述二维纹理经映射后生成的三维纹理模型；

根据所述三维纹理模型控制激光光束的运动轨迹。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行所述将所述二维纹理映射至所述展开曲面上的同时，所述方法还包括：

调整所述纹理映射算法的参数，将不可避免的映射变形转移到无需打标的第一三维模型的表面空间。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述三维纹理模型控制激光光束的运动轨迹之前，所述方法还包括：

将所述三维纹理模型转化成为三维激光打标机能够识别的多种文件格式。

4.一种三维激光打标装置，其特征在于，所述装置包括：

二维纹理建立单元，用于建立需要打标的二维纹理；

第一三维模型获取单元，用于获取被打标三维曲面的三角剖分之后的第一三维模型；

展开曲面生成单元，用于将所述第一三维模型按平面方式展开，生成展开曲面；

二维纹理映射单元，用于通过预定的纹理映射算法，将所述二维纹理映射至所述展开曲面上；

第二三维模型生成单元，用于生成包含所述二维纹理的展开曲面的第二三维模型；

三维纹理模型生成单元，用于去除所述第二三维模型中的第一三维模型，仅保留所述二维纹理经映射后生成的三维纹理模型；

打标单元，用于根据所述三维纹理模型控制激光光束的运动轨迹。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

映射调整单元，用于调整所述纹理映射算法的参数，将不可避免的映射变形转移到无需打标的第一三维模型的表面空间。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

格式转换单元，用于将所述三维纹理模型转化成为三维激光打标机能够识别的多种文件格式。

7.一种三维打标机，其特征在于，所述三维打标机包括如权利要求4至6任一项所述的三维激光打标装置。