CN106583941B - 基于移动端数据采集的3d激光内雕方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于移动端数据采集的3D激光内雕方法及系统，包括如下步骤：一，移动端对拍摄对象进行多个角度的拍摄，并将采集到的多个角度的平面图像数据通过无线网络上传到运行有三维大数据处理平台的云服务器；二，云服务器将各个角度的平面图像处理成3D模型；三，控制主机从云服务器获取3D模型，并将所述3D模型转换成3D坐标点位图形；四，控制主机控制激光内雕设备按照3D坐标点位图形在玻璃内进行雕刻；本发明可以通过移动端摄像头采集人像，并由移动端APP生成个性化的3D人物图像，经云服务器处理后形成订单，并由控制主机下载后再进行参数选取或设定，再控制激光内雕设备对读取到的数据进行加工，最后形成精美的个性化礼品。

Description

基于移动端数据采集的3D激光内雕方法及系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及激光聚能加工装置，具体的是涉及一种基于移动端数据采集的3D激光内雕方法和装置系统。

背景技术

现有技术中经常利用激光在玻璃内部的任意位置进行高精度的雕刻；但是激光内雕设备由于不够智能化，只能针对预先设置的图像或者客户提供的图像进行雕刻，且在雕刻前，还需要进行各种参数调整，十分不便，不仅雕刻效率不高，还难以满足人们个性化的雕刻需求。

发明内容

本发明克服了上述现有技术中所存在的打印对象较为单一，雕刻加工效率低且不能满足个性化需求的不足，提供了一种可以实时采集人物或任意物体或情景的三维图像，并发送到激光内雕设备进行即时雕刻打印的3D激光内雕方法及系统。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于移动端数据采集的3D激光内雕方法，包括如下步骤：

一，移动端对拍摄对象进行多个角度的拍摄，并将采集到的多个角度的平面图像数据通过无线网络上传到运行有三维大数据处理平台的云服务器；

二，云服务器将各个角度的平面图像处理成3D模型；

三，控制主机从云服务器获取3D模型，并将所述3D模型转换成3D坐标点位图形；

四，控制主机控制激光内雕设备按照3D坐标点位图形在玻璃内进行雕刻。

作为优选，移动端对拍摄对象进行多个角度的拍摄是指：移动端固定不动，拍摄对象对着移动端摄像头来回转动，以使摄像头获取拍摄对象各个角度的平面图像。

作为优选，移动端对拍摄对象进行多个角度的拍摄是指：拍摄对象固定不动，移动端摄像头围绕着拍摄对象来回转动，以使摄像头获取拍摄对象各个角度的平面图像。

作为优选，控制主机是通过无线方式从云服务器获取3D模型。

作为优选，所述的移动端为智能手机、智能电视、平板电脑或台式电脑。

作为优选，步骤二具体是指：在云服务器中建有至少一个3D模块，每个平面图像根据所展现的角度在3D模块对应的位置进行立体贴图，进行不同平面的拼接形成3D模型。

再进一步说，作为优选，在云服务器中还预设有至少一个3D模板，不同角度的平面图像在3D模块上拼图后再与用户选中的3D模板组合形成3D模型。3D模板可以是预设的各种卡通形象，比如有帽子和上半身的仅留头部部位空出的卡通图像，3D模块拼图后填充头部空缺区域，与相应的卡通图像组合形成3D模型。

作为优选，在所述的3D模板上预留有预设框；不同角度的平面图像进行对比度、亮度调节后拼接在3D模块上，再移动到预设框内进行缩放或调节3D模块在预设框的位置，直到与3D模板合为一体形成3D模型。

以往三维内雕较为单一，使用长方体或正方体的玻璃进行雕刻，且在雕刻前还需进行各种参数设置，使图像雕刻在玻璃内的合适位置，这就降低了效率；为了进一步满足个性化的需求，提高雕刻效率，并且使3D模型可以自动适应并雕刻在诸如锥体、球体等不同形状的玻璃内；作为优选，步骤三具体是指：在激光内雕设备控制主机运行有三维内雕软件，在三维内雕软件内建有至少一个用于接收3D模型的三维预处理框，所述的三维预处理框大小可预先设定；从云服务器获取的3D模型等比例缩放至三维预处理框内；设定每个3D模型的X、Y、Z点云距离以及整个3D模型在三维预处理框内的点云坐标；在对比度调节后，对3D模型进行三维剖切，形成3D坐标点位图形。这样就解决了激光内雕设备与移动端大数据采集3D建模的自动化数据转换的问题，又可以为了下一步的激光打印，使激光聚焦点对每个点形成微爆点，进而完成一整幅3D模型图像的雕刻。

作为优选，步骤四具体是指：预先设定3D坐标点位图形在不同形状的预处理框内的位置，并保存成不同的位置参数；在雕刻前，三维内雕软件提醒选取好不同形状的水晶或玻璃，选取后，摆放相应形状的玻璃，雕刻时，激光聚焦点或玻璃按照预先设定的位置参数进行移动并进行雕刻。操作时，在控制主机上先选取意欲雕刻的玻璃形状，比如锥体，则三维内雕软件即调取相应的位置参数，在摆放好锥体形状的玻璃后，就可以将3D模型图像雕刻在玻璃内部而不会超出玻璃边界。

作为优选，3D模型的X、Y、Z点云距离即点与点的距离为0.01～0.15mm。优选为0.1mm，3D模型的每一个位置点就对应一个X、Y、Z坐标，这样的间距设定是为了避免点与点之间的间距过小，在激光聚焦点微爆时形成交叉，造成雕刻瑕疵。

作为优选，所述的位置参数是指3D坐标点位图形在不同形状的预处理框内的大小以及偏移量。通过这样的设定，使3D坐标点位图形可以雕刻在玻璃的合适位置，而不会出现缺少或者超出玻璃边界的情况。

作为优选，将玻璃放置在激光内雕设备的X轴移动台或Y轴移动台上，X轴移动台与Y轴移动台相连，在玻璃的上方设置一个由控制主机控制的高速数字振镜系统，利用激光源的激光射向所述的高速数字振镜系统，同时通过控制主机控制移动X轴移动台或Y轴移动台，使玻璃移至激光聚焦点的下方进行雕刻。

在图像较厚的情况下，为了在Z轴方向对三维图像进行高质量雕刻，作为优选，还包括一个Z轴移动台，Z轴移动台与X轴移动台、Y轴移动台相连，通过控制主机控制移动X轴移动台、Y轴移动台和Z轴移动台，来改变玻璃的空间位置，利用玻璃空间位置的改变来使激光聚集点对玻璃的不同部位进行雕刻。

作为优选，在雕刻过程中，记忆每个已完成雕刻的三维点位图形的坐标数据及已完成的雕刻点数；在断电或雕刻系统重启后，可手动输入已完成的大致雕刻点数，高速振镜即移动至记忆的上次所处的坐标位置，以进入下一步雕刻。

一种基于移动端数据采集的3D激光内雕系统，包括：

移动端，用于采集拍摄对象的图像数据；

云服务器，与移动端无线连接，用于接收移动端采集的图像数据并处理成3D模型；

控制主机，与云服务器无线连接，从云服务器获取3D模型，并将所述3D模型作缩放、偏移、旋转或对比度调节处理；

激光内雕设备，与控制主机相连，用于接受控制主机控制，将处理后的3D模型雕刻在玻璃上。

作为优选，所述的激光内雕设备包括支架、玻璃搁放平台、移动定位机构及高速振镜系统，其中，所述的高速振镜系统设置在支架中，所述的移动定位机构包括X向移动台和Y向移动台，所述的X向移动台与Y向移动台相连，移动定位机构与支架连接并位于高速振镜系统的下方，所述的玻璃搁放平台设置在X向移动台上；控制主机控制移动定位机构带动玻璃移动以改变玻璃的空间位置，使激光聚焦点射入玻璃进行雕刻。

在图像较厚的情况下，为了在Z轴方向对三维图像进行高质量雕刻，作为优选，移动定位机构还包括Z向移动台，Z向移动台连接Y向移动台。

作为优选，所述的高速振镜系统包括高速振镜、反射镜与激光源，激光源发射的激光经反射镜反射至高速振镜，再由高速振镜偏转射出。

作为优选，所述的X向移动台、Y向移动台和Z向移动台均各自与一个驱动机构连接，所述的驱动机构均由丝杆螺母副和伺服电机连接构成，任意一个所述的伺服电机均与一个控制器连接。

作为优选，所述的移动端为智能手机、智能手表、笔记本电脑、平板电脑中的任意一种。

采用了上述技术方案的本发明的原理及有益效果是：

本发明解决了激光内雕设备与移动端大数据采集3D建模的自动化数据转换的问题，可以通过移动端实时采集人物、任意物体或情景的图像数据，并通过网络发送至云服务器进行3D模型化处理，再由控制主机进行下载作3D点云图形处理，再由激光内雕设备进行即时雕刻打印。

进一步说，本发明可以通过移动端摄像头采集人像，并由移动端APP生成个性化的3D人物图像，经云服务器处理后形成订单，并由控制主机下载后再进行参数选取或设定，再控制激光内雕设备对读取到的数据进行加工，最后形成精美的个性化礼品。

本发明可以根据订单指定的水晶材料的大小形状对3D模型数据进行自动缩放、偏移、旋转、剪切等操作，使之自动适应指定的水晶或玻璃材料；亦即使3D模型可以自动适应并雕刻在诸如锥体、球体等不同形状的玻璃或水晶内，不会超出边界。

操作时，在控制主机上先选取意欲雕刻的玻璃形状，比如锥体，则三维内雕软件即调取相应的位置参数，在摆放好锥体形状的玻璃后，就可以将3D模型图像雕刻在玻璃内部而不会超出玻璃边界。

本发明的控制主机还可以根据事先设置好的参数，对获取到的3D图像数据自动进行一系列的图像增强，如亮度、对比度、锐度等等。

本发明的控制主机对获取到的3D图像数据进行一键式雕刻操作，即对数个流程归并到一个按键中进行；其中包括的流程有形成雕刻点云、规划雕刻路径、雕刻图像点云。

本发明可以在3D图像雕刻过程中，对雕刻行为进行暂停、结束、继续雕刻等操作，如果雕刻完成，则向服务器报告订单完成信息。

附图说明

图1为实施例中本发明激光内雕设备的立体结构示意图；

图2为实施例中本发明激光内雕设备的另一角度的立体结构示意图；

图3为实施例中本发明激光内雕设备的内部平面结构示意图；

图4为实施例中3D激光内雕系统的模块连接结构示意图；

图5为实施例中激光内雕设备的内部立体结构示意图；

图6为实施例中激光内雕设备另一角度的内部立体结构示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：

实施例：

一种基于移动端数据采集的3D激光内雕方法，包括如下步骤：

一，移动端对拍摄对象进行多个角度的拍摄，并将采集到的多个角度的平面图像数据通过无线网络上传到运行有三维大数据处理平台的云服务器；移动端优选具有镜头的智能手机；通常情况下，移动端固定不动，拍摄对象对着移动端摄像头来回转动，以使摄像头获取拍摄对象各个角度的平面图像；例如，在智能手机自拍模式下，人的脸部对着镜头左右转动，使脸部各处的平面图像由镜头采集到智能手机里，再由智能手机的相关APP进行收集；

二，云服务器将各个角度的平面图像处理成3D模型；具体是说，在云服务器中建有至少一个3D模块，每个平面图像根据所展现的角度在3D模块对应的位置进行立体贴图，进行不同平面的拼接形成3D模型；

3D模块可以是一个立体的脸部框架，预留了多个空白区域；每个平面图像贴在相应的区域位置上形成3D模型；

再进一步说，在云服务器中还预设有至少一个3D模板，不同角度的平面图像在3D模块上拼图后再与用户选中的3D模板组合形成3D模型。3D模板可以是预设的各种卡通形象，比如有帽子和上半身的仅留头部部位空出的卡通图像，3D模块拼图后填充头部空缺区域，与相应的卡通图像组合形成3D模型；再进一步说，在所述的3D模板上预留有预设框；不同角度的平面图像进行对比度、亮度调节后拼接在3D模块上，再移动到预设框内进行缩放或调节3D模块在预设框的位置，直到与3D模板合为一体形成3D模型。

三，控制主机从云服务器获取3D模型，并将所述3D模型转换成3D坐标点位图形；具体是说，在激光内雕设备控制主机运行有三维内雕软件，在三维内雕软件内建有至少一个用于接收3D模型的三维预处理框，所述的三维预处理框大小可预先设定；从云服务器获取的3D模型等比例缩放至三维预处理框内；设定每个3D模型的X、Y、Z点云距离以及整个3D模型在三维预处理框内的点云坐标；在对比度调节后，对3D模型进行三维剖切，形成3D坐标点位图形；3D模型的X、Y、Z点云距离即点与点的距离优选为0.1mm。

四，控制主机控制激光内雕设备按照3D坐标点位图形在玻璃内进行雕刻；具体是说，预先设定3D坐标点位图形在不同形状的预处理框内的位置，并保存成不同的位置参数；在雕刻前，三维内雕软件提醒选取好不同形状的水晶或玻璃，选取后，摆放相应形状的玻璃，雕刻时，激光聚焦点或玻璃按照预先设定的位置参数进行移动并进行雕刻。所述的位置参数是指3D坐标点位图形在不同形状的预处理框内的大小以及偏移量。

具体操作时，将玻璃放置在激光内雕设备的X轴移动台或Y轴移动台上，X轴移动台与Y轴移动台相连，在玻璃的上方设置一个由控制主机控制的高速数字振镜系统，利用激光源的激光射向所述的高速数字振镜系统，同时通过控制主机控制移动X轴移动台或Y轴移动台，使玻璃移至激光聚焦点的下方进行雕刻。

还包括一个Z轴移动台，Z轴移动台与X轴移动台、Y轴移动台相连，通过控制主机控制移动X轴移动台、Y轴移动台和Z轴移动台，来改变玻璃的空间位置，利用玻璃空间位置的改变来使激光聚集点对玻璃的不同部位进行雕刻。

在雕刻过程中，记忆每个已完成雕刻的三维点位图形的坐标数据及已完成的雕刻点数；在断电或雕刻系统重启后，可手动输入已完成的大致雕刻点数，高速振镜即移动至记忆的上次所处的坐标位置，以进入下一步雕刻。

一种基于移动端数据采集的3D激光内雕系统，如图4所示，包括：

移动端，用于采集拍摄对象的图像数据；

云服务器，与移动端无线连接，用于接收移动端采集的图像数据并处理成3D模型；

控制主机，与云服务器无线连接，从云服务器获取3D模型，并将所述3D模型作缩放、偏移、旋转或对比度调节处理；

激光内雕设备，与控制主机相连，用于接受控制主机控制，将处理后的3D模型雕刻在玻璃上。

如图1、2、3、5、6所示，所述的激光内雕设备包括支架1、玻璃搁放平台2、移动定位机构3及高速振镜系统4，其中，控制主机7集成在支架1上，所述的高速振镜系统4设置在支架1中，所述的移动定位机构3包括X向移动台5和Y向移动台6，所述的X向移动台5与Y向移动台6相连，移动定位机构3与支架1连接并位于高速振镜系统4的下方，所述的玻璃搁放平台2设置在X向移动台5上；控制主机7控制移动定位机构3带动玻璃移动以改变玻璃的空间位置，使激光聚焦点射入玻璃进行雕刻。

移动定位机构3还包括Z向移动台8，Z向移动台8连接Y向移动台6；所述的高速振镜系统4包括高速振镜9、反射镜10与激光源11，激光源11发射的激光经反射镜10反射至高速振镜9，再由高速振镜9偏转射出。

再进一步说，所述的X向移动台5、Y向移动台6和Z向移动台8均各自与一个驱动机构连接，所述的驱动机构均由丝杆螺母副和伺服电机连接构成，任意一个所述的伺服电机均与一个控制器连接。

具体操作时，先通过移动端摄像头采集人像，并由移动端APP生成个性化的3D人物图像，经云服务器处理后形成订单，并由控制主机下载后再进行参数选取或设定，放置想要雕刻形状的玻璃后，再控制激光内雕设备对读取到的数据进行加工，最后形成精美的个性化礼品。

Claims (16)

1.一种基于移动端数据采集的3D激光内雕方法，其特征在于包括如下步骤：一，移动端对拍摄对象进行多个角度的拍摄，并将采集到的多个角度的平面图像数据通过无线网络上传到运行有三维大数据处理平台的云服务器；移动端对拍摄对象进行多个角度的拍摄是指：移动端固定不动，拍摄对象对着移动端摄像头来回转动，以使摄像头获取拍摄对象各个角度的平面图像；或者，拍摄对象固定不动，移动端摄像头围绕着拍摄对象来回转动，以使摄像头获取拍摄对象各个角度的平面图像；

二，云服务器将各个角度的平面图像处理成3D模型；在云服务器中建有至少一个3D模块，每个平面图像根据所展现的角度在3D模块对应的位置进行立体贴图，进行不同平面的拼接；在云服务器中还预设有至少一个3D模板，3D模板是预设的各种卡通形象，不同角度的平面图像在3D模块上拼图后再与用户选中的3D模板组合形成3D模型；

三，控制主机从云服务器获取3D模型，并将所述3D模型转换成3D坐标点位图形；在激光内雕设备控制主机运行有三维内雕软件，在三维内雕软件内建有至少一个用于接收3D模型的三维预处理框，所述的三维预处理框大小预先设定；从云服务器获取的3D模型等比例缩放至三维预处理框内；设定每个3D模型的X、Y、Z点云距离以及整个3D模型在三维预处理框内的点云坐标；在对比度调节后，对3D模型进行三维剖切，形成3D坐标点位图形；

四，控制主机控制激光内雕设备按照3D坐标点位图形在玻璃内进行雕刻。

2.根据权利要求1所述的基于移动端数据采集的3D激光内雕方法，其特征在于：控制主机是通过无线方式从云服务器获取3D模型。

3.根据权利要求1所述的基于移动端数据采集的3D激光内雕方法，其特征在于：所述的移动端为智能手机、智能电视、平板电脑或台式电脑。

4.根据权利要求1所述的基于移动端数据采集的3D激光内雕方法，其特征在于：在所述的3D模板上预留有预设框；不同角度的平面图像进行对比度、亮度调节后拼接在3D模块上，再移动到预设框内进行缩放或调节3D模块在预设框的位置，直到与3D模板合为一体形成3D模型。

5.根据权利要求1所述的基于移动端数据采集的3D激光内雕方法，其特征在于：步骤四具体是指：预先设定3D坐标点位图形在不同形状的预处理框内的位置，并保存成不同的位置参数；在雕刻前，三维内雕软件提醒选取好不同形状的玻璃，选取后，摆放相应形状的玻璃，雕刻时，激光聚焦点或玻璃按照预先设定的位置参数进行移动并进行雕刻。

6.根据权利要求1所述的基于移动端数据采集的3D激光内雕方法，其特征在于：3D模型的X、Y、Z点云距离即点与点的距离为0.01~0.15mm。

7.根据权利要求5所述的基于移动端数据采集的3D激光内雕方法，其特征在于：所述的位置参数是指3D坐标点位图形在不同形状的预处理框内的大小以及偏移量。

8.根据权利要求1所述的基于移动端数据采集的3D激光内雕方法，其特征是：将玻璃放置在激光内雕设备的X轴移动台或Y轴移动台上，X轴移动台与Y轴移动台相连，在玻璃的上方设置一个由控制主机控制的高速振镜系统，利用激光源的激光射向所述的高速振镜系统，同时通过控制主机控制移动X轴移动台或Y轴移动台，使玻璃移至激光聚焦点的下方进行雕刻。

9.根据权利要求8所述的基于移动端数据采集的3D激光内雕方法，其特征是：还包括一个Z轴移动台，Z轴移动台与X轴移动台、Y轴移动台相连，通过控制主机控制移动X轴移动台、Y轴移动台和Z轴移动台，来改变玻璃的空间位置，利用玻璃空间位置的改变来使激光聚集点对玻璃的不同部位进行雕刻。

10.根据权利要求9所述的基于移动端数据采集的3D激光内雕方法，其特征是：在雕刻过程中，记忆每个已完成雕刻的三维点位图形的坐标数据及已完成的雕刻点数；在断电或雕刻系统重启后，可手动输入已完成的雕刻点数，高速振镜即移动至记忆的上次所处的坐标位置，以进入下一步雕刻。

11.一种基于权利要求1所述方法的3D激光内雕系统，其特征是包括：

移动端，用于采集拍摄对象的图像数据；

云服务器，与移动端无线连接，用于接收移动端采集的图像数据并处理成3D模型；

控制主机，与云服务器无线连接，从云服务器获取3D模型，并将所述3D模型作缩放、偏移、旋转或对比度调节处理；

激光内雕设备，与控制主机相连，用于接受控制主机控制，将处理后的3D模型雕刻在玻璃上。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征是：所述的激光内雕设备包括支架、玻璃搁放平台、移动定位机构及高速振镜系统，其中，所述的高速振镜系统设置在支架中，所述的移动定位机构包括X向移动台和Y向移动台，所述的X向移动台与Y向移动台相连，移动定位机构与支架连接并位于高速振镜系统的下方，所述的玻璃搁放平台设置在X向移动台上；控制主机控制移动定位机构带动玻璃移动以改变玻璃的空间位置，使激光聚焦点射入玻璃进行雕刻。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征是：移动定位机构还包括Z向移动台，Z向移动台连接Y向移动台。

14.根据权利要求12所述的系统，其特征是：所述的高速振镜系统包括高速振镜、反射镜与激光源，激光源发射的激光经反射镜反射至高速振镜，再由高速振镜偏转射出。

15.根据权利要求12所述的系统，其特征是：所述的X向移动台、Y向移动台和Z向移动台均各自与一个驱动机构连接，所述的驱动机构均由丝杆螺母副和伺服电机连接构成，任意一个所述的伺服电机均与一个控制器连接。

16.根据权利要求11所述的系统，其特征是：所述的移动端为智能手机、智能手表、笔记本电脑、平板电脑中的任意一种。