一種模具型腔曲面紋理蝕刻方法及裝置的製作方法

2023-06-12 05:11:56

專利名稱：一種模具型腔曲面紋理蝕刻方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及雷射加工設備技術領域，更具體地說，涉及一種模具型腔曲面紋理蝕刻方法及裝置。
背景技術：
目前模具型腔蝕紋加工一般採用噴砂和化學腐蝕的方法，例如專利號為88104312 的發明專利「模具型腔內壁花紋鏤蝕法」中公開了一種模具型腔內壁鏤蝕花紋的方法，其中，先將金屬箔用照相腐蝕的方法製成所需的花紋網，再將此花紋網一面塗上保護層，另一面貼到模具腔內壁，再用化學腐蝕或電解腐蝕的方法對模具型腔內壁進行刻蝕。目前所採用的該化學腐蝕方法存在兩大缺點一是加工周期長，一般需要3-7天，且價格不菲；二是排放的化學殘液對企業內部及其周圍環境造成嚴重汙染，每年產生大量的化學殘液，90% 以上企業均「偷排」。因此，需要對現有的模具型腔曲面紋理蝕刻方法進行改進。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺陷，提供一種蝕紋效率高、 無汙染的模具型腔曲面紋理蝕刻方法及裝置。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種模具型腔曲面紋理蝕刻方法，其中，包括以下步驟A、建立二維紋理圖案資料庫並存儲，所述二維紋理圖案資料庫中含有多種用於進行模具型腔曲面紋理蝕刻的二維圖案的參數，所述參數包括需要蝕刻的區域、位置、線條和面積；B、獲取需要在模具型腔曲面進行蝕刻的二維圖案，根據所述二維紋理圖案資料庫中的相應參數，採用紋理映射算法，對所述二維圖案進行三維圖形處理，得到層面文件，再對所述層面文件進行處理，生成可用於雷射掃描加工的掃描加工文件，並存儲；C、讀取所述掃描加工文件，並根據所述掃描加工文件對雷射束進行控制，以對所述模具型腔曲面紋理進行蝕紋加工。本發明所述的方法，其中，所述步驟B包括Bi、獲取需要在模具型腔曲面進行蝕刻的二維圖案；B2、根據所述二維紋理圖案資料庫中的相應參數，將所述二維圖案用三維面模型或實體模型表示，然後將所述三維面模型或實體模型轉換成表面三角形逼近的STL格式描述文件，並存儲；B3、通過分層切片功能將所述STL格式描述文件中的三維模型按某Z向進行離散化，將離散化後的每一層輪廓線信息及對應的高度值寫入層面文件，並存儲；B4、獲取加工參數，並根據所述加工參數對所述層面文件進行處理，生成所述掃描加工文件。本發明所述的方法，其中，所述步驟B2包括
在待加工的模具型腔曲面上指定若干種子三角面片，生成曲面切向矢量場，建立曲面三角面片到紋理空間的映射，且映射保持三角面片的形狀和大小不變；廣度優先地搜索整個曲面網格三角形，遞歸地使用三角面片到紋理空間的映射， 直至整個曲面網格都被紋理化，記錄下三角面片的紋理坐標；通過已記錄的紋理坐標，對相鄰的三角面片紋理使用圖的分割方法計算最優的拼接紋理，生成每個三角面片的紋理；將所生成的每個三角面片的紋理壓縮存儲成一個大的紋理集，並根據已記錄的紋理坐標進行實時繪製，得到所述STL格式描述文件。本發明所述的方法，其中，所述步驟C包括讀取所述掃描加工文件，通過插補得到層面圖形坐標數據，並轉化為振鏡式雷射三維掃描裝置的振鏡掃描器所需的控制指令信號，使振鏡掃描器中掃描電機的運動軌跡和圖形相對應，進行層面掃描加工；完成所述層面掃描加工後，按照所述加工參數中的Z向高度值，由步進電機驅動線性移動透鏡運動，使蝕紋面重新處於焦平面位置，並開始新一輪的切片與掃描。本發明所述的方法，其中，所述步驟C還包括獲取調節所述雷射束能量的脈衝寬度調製信號的設置參數；控制所述振鏡式雷射三維掃描裝置所產生雷射束的開關狀態，並根據所述脈衝寬度調製信號的設置參數調節所述雷射束的能量。本發明還提供了一種模具型腔曲面紋理蝕刻裝置，其中，包括二維紋理圖案資料庫構建模塊，用於建立二維紋理圖案資料庫並存儲，所述二維紋理圖案資料庫中含有多種用於進行模具型腔曲面紋理蝕刻的二維圖案的參數，所述參數包括需要蝕刻的區域、位置、線條和面積；三維圖形處理模塊，用於獲取需要在模具型腔曲面進行蝕刻的二維圖案，根據所述二維紋理圖案資料庫中的相應參數，採用紋理映射算法，對所述二維圖案進行三維圖形處理，得到層面文件，再對所述層面文件進行處理，生成可用於雷射掃描加工的掃描加工文件，並存儲；雷射蝕刻加工控制模塊，用於讀取所述掃描加工文件，並根據所述掃描加工文件對雷射束進行控制，以對所述模具型腔曲面紋理進行蝕紋加工。本發明所述的裝置，其中，所述三維圖形處理模塊包括二維圖案獲取單元，用於獲取需要在模具型腔曲面進行蝕刻的二維圖案；建模單元，用於根據所述二維紋理圖案資料庫中的相應參數，將所述二維圖案用三維面模型或實體模型表示，然後將所述三維面模型或實體模型轉換成表面三角形逼近的 STL格式描述文件，並存儲；切片單元，用於通過分層切片功能將所述STL格式描述文件中的三維模型按某Z 向進行離散化，將離散化後的每一層輪廓線信息及對應的高度值寫入層面文件，並存儲；數據處理單元，用於獲取加工參數，並根據所述加工參數對所述層面文件進行處理，生成所述掃描加工文件。本發明所述的裝置，其中，所述建模單元包括映射子單元，用於在待加工的模具型腔曲面上指定若干種子三角面片，生成曲面切向矢量場，建立曲面三角面片到紋理空間的映射，且映射保持三角面片的形狀和大小不變；紋理坐標記錄子單元，用於廣度優先地搜索整個曲面網格三角形，遞歸地使用三角面片到紋理空間的映射，直至整個曲面網格都被紋理化，記錄下三角面片的紋理坐標；紋理生成子單元，用於通過已記錄的紋理坐標，對相鄰的三角面片紋理使用圖的分割方法計算最優的拼接紋理，生成每個三角面片的紋理；STL文件生成子單元，用於將所生成的每個三角面片的紋理壓縮存儲成一個大的紋理集，並根據已記錄的紋理坐標進行實時繪製，得到所述STL格式描述文件。本發明所述的裝置，其中，所述雷射蝕刻加工控制模塊包括層面掃描加工單元，用於讀取所述掃描加工文件，通過插補得到層面圖形坐標數據，並轉化為振鏡式雷射三維掃描裝置的振鏡掃描器所需的控制指令信號，使振鏡掃描器中掃描電機的運動軌跡和圖形相對應，進行層面掃描加工；Z向移動單元，用於完成所述層面掃描加工後，按照所述加工參數中的Z向高度值，由步進電機驅動線性移動透鏡運動，使蝕紋面重新處於焦平面位置，並開始新一輪的切片與掃描。本發明所述的裝置，其中，所述雷射蝕刻加工控制模塊還包括參數獲取單元，用於獲取調節所述雷射束能量的脈衝寬度調製信號的設置參數；雷射束參數及狀態控制單元，用於控制所述振鏡式雷射三維掃描裝置所產生雷射束的開關狀態，並根據所述脈衝寬度調製信號的設置參數調節所述雷射束的能量。本發明的有益效果在於通過建立二維紋理圖案資料庫，並採用紋理映射算法， 對二維圖案進行三維圖形處理，得到掃描加工文件，並通過振鏡式雷射三維掃描裝置的雷射蝕刻加工控制模塊讀取該掃描加工文件，依據該掃描加工文件對所產生的雷射束進行控制，實現對模具型腔曲面紋理的蝕紋加工。本發明的模具型腔曲面紋理蝕刻方法，由於不需要採用化學腐蝕方法，因此不會產生廢液，比傳統方法更加環保，且整個蝕紋加工過程也能大大縮短，提高加工效率。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是本發明較佳實施例的模具型腔曲面紋理蝕刻方法流程圖加是本發明較佳實施例的蝕紋圖案設計樣例示意圖；圖2b是圖加中的蝕紋圖案設計樣例示意圖放大十倍後效果圖；圖3是本發明較佳實施例的平面紋理映射到模具型腔曲面示意圖；圖4是本發明較佳實施例的模具型腔曲面紋理蝕刻裝置原理框圖；圖5是本發明較佳實施例的模具型腔曲面紋理蝕刻裝置中三維圖形處理模塊原理框圖；圖6是本發明較佳實施例的模具型腔曲面紋理蝕刻裝置中建模單元原理框圖；圖7是本發明較佳實施例的模具型腔曲面紋理蝕刻裝置中雷射蝕刻加工控制模塊原理框圖；圖8是一個具體實施例的模具型腔曲面紋理蝕刻裝置中採用的振鏡式雷射三維
6掃描裝置光路原理圖；圖9是一個具體實施例的模具型腔曲面紋理蝕刻裝置中採用的振鏡伺服系統原理框圖；圖10是本發明一個具體實施例的模具型腔曲面紋理蝕刻裝置中所採用的功能模塊架構圖。
具體實施例方式本發明較佳實施例的模具型腔曲面紋理蝕刻方法SlOO流程圖如圖1所示，該方法SlOO可以採用硬體、軟體或軟硬體結合的方式實現。該方法起始於步驟S110。在步驟 S120中，建立二維紋理圖案資料庫並存儲，二維紋理圖案資料庫中含有多種用於進行模具型腔曲面紋理蝕刻的二維圖案的參數，參數包括需要蝕刻的區域、位置、線條和面積；在步驟S130中，獲取需要在模具型腔曲面進行蝕刻的二維圖案，根據二維紋理圖案資料庫中的相應參數，對二維圖案進行三維圖形處理，得到層面文件，再對層面文件進行處理，生成可用於雷射掃描加工的掃描加工文件；在步驟S140中，讀取掃描加工文件，並根據掃描加工文件對雷射束進行控制，以對模具型腔曲面紋理進行蝕紋加工。上述方法SlOO結束於步驟 S150。本實施例的模具型腔曲面紋理蝕刻方法中，由於不需要採用化學腐蝕方法，因此不會產生廢液，比傳統方法更加環保，且整個蝕紋加工過程也能大大縮短，提高加工效率。其中，塑料模具蝕紋圖案約60 %是標準紋(含梨地花紋)，近年國內外流行的美國模德公司的MT10000系列標準紋，就有近千種圖案；另外40%主要是針對皮革紋、橘皮紋、 木紋、雨花紋、射紋、亞光面等裝飾花紋的需求。圖加是類似於美國模德公司MT11005標準紋(梨地花紋)的樣品。從經過放大10倍的示意圖2b中可以看出，在直徑近Imm的區域內，設計近60多個形狀各異的凹坑(陰影部分)。依照MT11005標準紋的設計思路，逐步設計其他各類蝕紋圖案，並建立相應的二維紋理圖案資料庫，即建立電子標準紋板，讓計算機能識別每個圖案需要蝕刻的區域、位置、線條和面積。可以通過粗糙度的測量，效驗雷射蝕刻加工的表面，是否達到了紋理的設計規格。在進一步的實施例中，上述步驟S130具體包括獲取需要在模具型腔曲面進行蝕刻的二維圖案；根據二維紋理圖案資料庫中的相應參數，將二維圖案用三維面模型或實體模型表示，然後將三維面模型或實體模型轉換成表面三角形逼近的STL格式描述文件，並存儲；通過分層切片功能將STL格式描述文件中的三維模型按某Z向進行離散化，將離散化後的每一層輪廓線信息及對應的高度值寫入層面文件，並存儲；獲取加工參數，並根據加工參數對層面文件進行處理，生成掃描加工文件。其中，加工參數可以是任意需要在加工中設定的參數，例如加工區域面積大小、加工的Z向高度值等。其中，平面紋理映射到模具型腔曲面的過程如圖3所示，其中示出了原始的映射紋理a、待加工的模具型腔曲面b、經過雷射蝕紋加工效果示意圖c，以及映射後的曲面紋理圖d。具體地，上述步驟中生成STL格式描述文件過程如下在待加工的模具型腔曲面上指定若干種子三角面片，生成曲面切向矢量場，建立曲面三角面片到紋理空間的映射，且映射保持三角面片的形狀和大小不變；廣度優先地搜索整個曲面網格三角形，遞歸地使用三角面片到紋理空間的映射，直至整個曲面網格都被紋理化，在映射過程中搜索紋理空間得到紋理面片的最佳紋理坐標，使曲面上相鄰三角面片的紋理面片的匹配誤差最小，記錄下三角面片的紋理坐標；通過已記錄的紋理坐標，對相鄰的三角面片紋理使用圖的分割方法計算最優的拼接紋理，生成每個三角面片的紋理；將所生成的每個三角面片的紋理壓縮存儲成一個大的紋理集，並根據已記錄的紋理坐標進行實時繪製，得到STL格式描述文件。在進一步的實施例中，上述步驟S140包括讀取掃描加工文件，通過插補得到層面圖形坐標數據，並轉化為振鏡式雷射三維掃描裝置(詳細結構將在下面的具體實施例中進行描述)的振鏡掃描器所需的控制指令信號，使振鏡掃描器中掃描電機的運動軌跡和圖形相對應，進行層面掃描加工；完成層面掃描加工後，按照加工參數中的Z向高度值，由步進電機驅動線性移動透鏡運動，使蝕紋面重新處於焦平面位置，並開始新一輪的切片與掃描。並不斷重複這個過程，逐層累積，直到整個模型切片完成，最後在模具上形成蝕紋圖案。其中，目前平面蝕刻系統一般採用BMP、DXF及PLT等文件格式。基於BMP圖像格式的雷射蝕刻系統中，圖形或文字首先被二值化為黑白圖像，即一系列取值為「0」或「1」的像素點的集合。利用軟體將雷射開關的兩個狀態即開或關和像素點的「0」或「1」進行對應， 通過振鏡掃描器控制雷射束在材料表面蝕刻陽圖或陰圖。本實施例的雷射三維蝕紋加工過程中，每層的蝕刻原理和採用BMP格式的蝕刻系統類似，即掃描填充。當雷射束在雷射蝕刻加工控制模塊(也可由計算機執行)的控制下沿X方向掃描時，雷射光斑在被加工材料的表面重疊形成孔群去除材料。當一條掃描線結束，工作檯在Y向上移動一個掃描間距，繼續作X方向掃描，直到該平面全部掃描完畢。雷射的掃描運動和工作檯的移動將整個蝕刻區域分割成一個個小區域，類似像素點，通過控制這些像素點內物質的去除與保留形成所需的圖形。優選地，上述步驟S140還包括獲取調節雷射束能量的脈衝寬度調製信號的設置參數；控制振鏡式雷射三維掃描裝置所產生雷射束的開關狀態，並根據脈衝寬度調製信號的設置參數調節雷射束的能量。即，上述振鏡式雷射三維掃描裝置的雷射蝕刻加工控制模塊對雷射束的控制可包括雷射開關控制和能量控制。其中，雷射開關控制可通過電平信號來實現，雷射能量控制可通過頻率和佔空比可調的PWM信號進行調節。具體地，可由程序根據雷射蝕刻對象設置不同的PMW信號。另外，還可由雷射蝕刻加工控制模塊對機器出現的異常情況通過蜂鳴器進行提示。由於報警蜂鳴器是M伏特的直流供電，軟體通過控制卡給出了 TTL信號的電平變化，其電平的變化通過驅動放大後，控制報警蜂鳴器產生相應的效^ ο在本發明的另一實施例中，還提供了一種模具型腔曲面紋理蝕刻裝置，如圖4所示，其中包括二維紋理圖案資料庫構建模塊10，用於建立二維紋理圖案資料庫並存儲，二維紋理圖案資料庫中含有多種用於進行模具型腔曲面紋理蝕刻的二維圖案的參數，參數包括需要蝕刻的區域、位置、線條和面積；三維圖形處理模塊20，用於獲取需要在模具型腔曲面進行蝕刻的二維圖案，根據二維紋理圖案資料庫中的相應參數，對二維圖案進行三維圖形處理，得到層面文件，再對層面文件進行處理，生成可用於雷射掃描加工的掃描加工文件；雷射蝕刻加工控制模塊30，用於讀取掃描加工文件，並根據掃描加工文件對雷射束進行控制，以對模具型腔曲面紋理進行蝕紋加工。其中建立二維紋理圖案資料庫的方法可參見前面結合附圖2的描述，在此不再贅述。本實施例的模具型腔曲面紋理蝕刻裝置中，由於不需要採用化學腐蝕方法，因此不會產生廢液，比傳統方法更加環保，且整個蝕紋加工過程也能大大縮短，提高加工效率。進一步地，如圖5所示，上述實施例中的三維圖形處理模塊20具體包括二維圖案獲取單元21，用於獲取需要在模具型腔曲面進行蝕刻的二維圖案；建模單元22，用於根據二維紋理圖案資料庫中的相應參數，將二維圖案用三維面模型或實體模型表示，然後將三維面模型或實體模型轉換成表面三角形逼近的STL格式描述文件，並存儲；切片單元23，用於通過分層切片功能將STL格式描述文件中的三維模型按某Z向進行離散化，將離散化後的每一層輪廓線信息及對應的高度值寫入層面文件，並存儲；數據處理單元M，用於獲取加工參數，並根據加工參數對層面文件進行處理，生成掃描加工文件。其中，加工參數可以是任意需要在加工中設定的參數，例如加工區域面積大小、加工的Z向高度值等。其中，如圖6所示，上述建模單元22包括映射子單元221，用於在待加工的模具型腔曲面上指定若干種子三角面片，生成曲面切向矢量場，建立曲面三角面片到紋理空間的映射，且映射保持三角面片的形狀和大小不變；紋理坐標記錄子單元222，用於廣度優先地搜索整個曲面網格三角形，遞歸地使用三角面片到紋理空間的映射，直至整個曲面網格都被紋理化，記錄下三角面片的紋理坐標；紋理生成子單元223，用於通過已記錄的紋理坐標，對相鄰的三角面片紋理使用圖的分割方法計算最優的拼接紋理，生成每個三角面片的紋理；STL文件生成子單元224，用於將所生成的每個三角面片的紋理壓縮存儲成一個大的紋理集，並根據已記錄的紋理坐標進行實時繪製，得到STL格式描述文件。在進一步的實施例中，如圖7所示，上述雷射蝕刻加工控制模塊30包括層面掃描加工單元31，讀取掃描加工文件，通過插補得到層面圖形坐標數據，並轉化為振鏡式雷射三維掃描裝置的振鏡掃描器所需的控制指令信號，使振鏡掃描器中掃描電機的運動軌跡和圖形相對應，進行層面掃描加工；Z向移動單元32，用於完成層面掃描加工後，按照加工參數中的Z向高度值，由步進電機驅動線性移動透鏡運動，使蝕紋面重新處於焦平面位置，並開始新一輪的切片與掃描。並不斷重複這個過程，逐層累積，直到整個模型切片完成，最後在模具上形成蝕紋圖案。其中，目前平面蝕刻系統一般採用BMP、DXF及PLT等文件格式。在基於BMP圖像格式的雷射蝕刻系統中，圖形或文字首先被二值化為黑白圖像，即一系列取值為「0」或「 1」 的像素點的集合。利用軟體將雷射開關的兩個狀態即開或關和像素點的「0」或「1」進行對應，通過振鏡掃描器控制雷射束在材料表面蝕刻陽圖或陰圖。本實施例的雷射三維蝕紋加工過程中，每層的蝕刻原理和採用BMP格式的蝕刻系統類似，即掃描填充。當雷射束在雷射蝕刻加工控制模塊(也可由計算機執行)的控制下沿X方向掃描時，雷射光斑在被加工材料的表面重疊形成孔群去除材料。當一條掃描線結束，工作檯在Y向上移動一個掃描間距， 繼續作X方向掃描，直到該平面全部掃描完畢。雷射的掃描運動和工作檯的移動將整個蝕刻區域分割成一個個小區域，類似像素點，通過控制這些像素點內物質的去除與保留形成所需的圖形。 優選地，如圖7所示，上述實施例中的雷射蝕刻加工控制模塊30還包括參數獲取單元33，獲取調節雷射束能量的脈衝寬度調製信號的設置參數；雷射束參數及狀態控制單元34，控制振鏡式雷射三維掃描裝置所產生雷射束的開關狀態，並根據脈衝寬度調製信號的設置參數調節雷射束的能量。 具體地，上述振鏡式雷射三維掃描裝置的雷射蝕刻加工控制模塊30對雷射束的控制可包括雷射開關控制和能量控制。其中，雷射開關控制可通過電平信號來實現，雷射能量控制可通過頻率和佔空比可調的PWM信號進行調節。具體地，可由程序根據雷射蝕刻對象設置不同的PMW信號。另外，還可由雷射蝕刻加工控制模塊對機器出現的異常情況通過蜂鳴器進行提示。由於報警蜂鳴器是M伏特的直流供電，軟體通過控制卡給出了 TTL信號的電平變化，其電平的變化通過驅動放大後，控制報警蜂鳴器產生相應的效果。在一個具體的實施例中，振鏡式雷射三維掃描裝置原理如圖8所示，包括控制模塊(未圖示)、用於產生雷射的雷射器(未圖示)、用於傳輸雷射的光電耦合器(未圖示)、 以及用於對雷射進行聚焦的線性移動模塊1和用於調節雷射發射方向、以按照預定圖形對模具型腔曲面9進行蝕紋加工的轉向模塊6，在線性移動模塊1和轉向模塊6之間設置有導光臂5，以便於通過線性移動模塊1的聚焦透鏡4的雷射能精確傳導到轉向模塊6，不受到外界幹擾；還包括雷射輸入區2和雷射輸出區8。其中，控制模塊與雷射器電連接，用於控制雷射器產生雷射，並對雷射器的運轉狀態進行檢測；控制模塊與轉向模塊6電連接，用於控制轉向模塊6按照預定圖形對模具型腔曲面9進行蝕紋加工。其中，上述雷射蝕刻加工控制模塊可以是該振鏡式雷射三維掃描裝置中的控制模塊。具體地，上述線性移動模塊1包括線性移動透鏡3和聚焦透鏡4。其中，線性移動透鏡3使得雷射聚焦長度可按照需要進行調節，由步進電機控制雷射在Z方向上的聚焦高度，隨後經調節後的雷射通過聚焦透鏡4及導光臂5進入到轉向模塊6。可以理解，上述線性移動透鏡3、步進電機和聚焦透鏡4的具體型號和尺寸可根據需要選擇，在此不作任何限制。上述振鏡式三維雷射模具型腔曲面蝕紋機的轉向模塊6包括帶反射鏡片的振鏡掃描器7，振鏡掃描器7的振鏡掃描系統是一種高精度、高速度和高重複性的光學掃描器， 用來把雷射光束轉向X向與Y向，這樣雷射光束能導向二維平面的任一位置。該振鏡掃描系統由掃描反射鏡、F-Theta透鏡、位置傳感器、掃描電機及振鏡伺服系統幾部分組成。其中，振鏡伺服系統結構原理如圖9所示，由比較裝置91、校正裝置92、功率放大裝置93、執行電機94、信號檢測和放大裝置95等幾部分組成，其用來控制被控對象96的轉角或位移，使其能自動地、連續地、精確地復現輸入指令的變化規律。上述振鏡式雷射三維掃描裝置的聚焦屬性由線性移動模塊1與轉向模塊6上的 F-Theta透鏡決定。其中，線性移動模塊1安裝有一個或兩個聚焦透鏡4，另一個線性移動透鏡3使聚焦長度能按需要調節；轉向模塊6上的F-Theta透鏡用來聚焦並設置工作區域尺寸，線性移動模塊1能改變聚焦平面的高度，這樣就能實現雷射三維加工操作。優選地，在上述具體的實施例中，振鏡式雷射三維掃描裝置的控制模塊軟體系統具有如圖10所示的功能模塊架構，其中包括圖案資料庫101、應用軟體主界面102和蝕紋卡指令系統103，應用軟體主界面102中包含有圖形處理104、雷射蝕紋105、蝕紋卡編程106 等分項。其中，圖案資料庫101用於編輯和存儲需要在模具型腔曲面進行蝕紋加工的二維圖形文件；蝕紋卡指令系統103用於編輯和管理雷射蝕刻指令，實現底層硬體和應用軟體之間的無縫連接；圖形處理104包括圖形三維建模107、分層切片108、數據處理109等，各項又包含多個子項，在此不一一贅述。上述控制模塊軟體系統的具體執行方法過程可根據具體編程不同而產生不同的效果，在此也不一一詳述，試驗證明，通過該功能模塊架構可實現對振鏡式雷射三維掃描裝置中硬體部分的高效控制，實現對模具型腔曲面的蝕紋加工。
綜上，本發明的模具型腔曲面紋理蝕刻方法及裝置，通過建立二維紋理圖案資料庫，並採用紋理映射算法，對二維圖案進行三維圖形處理，得到掃描加工文件，並通過振鏡式雷射三維掃描裝置的雷射蝕刻加工控制模塊讀取該掃描加工文件，依據該掃描加工文件對所產生的雷射束進行控制，實現對模具型腔曲面紋理的蝕紋加工。本發明的模具型腔曲面紋理蝕刻方法及裝置，由於不需要採用化學腐蝕方法，因此不會產生廢液，比傳統方法更加環保，且整個蝕紋加工過程也能大大縮短，提高加工效率。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明對本發明的技術方案加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種模具型腔曲面紋理蝕刻方法，其特徵在於，包括以下步驟A、建立二維紋理圖案資料庫並存儲，所述二維紋理圖案資料庫中含有多種用於進行模具型腔曲面紋理蝕刻的二維圖案的參數，所述參數包括需要蝕刻的區域、位置、線條和面積；B、獲取需要在模具型腔曲面進行蝕刻的二維圖案，根據所述二維紋理圖案資料庫中的相應參數，採用紋理映射算法，對所述二維圖案進行三維圖形處理，得到層面文件，再對所述層面文件進行處理，生成可用於雷射掃描加工的掃描加工文件，並存儲；C、讀取所述掃描加工文件，並根據所述掃描加工文件對雷射束進行控制，以對所述模具型腔曲面紋理進行蝕紋加工。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟B包括 Bi、獲取需要在模具型腔曲面進行蝕刻的二維圖案；B2、根據所述二維紋理圖案資料庫中的相應參數，將所述二維圖案用三維面模型或實體模型表示，然後將所述三維面模型或實體模型轉換成表面三角形逼近的STL格式描述文件，並存儲；B3、通過分層切片功能將所述STL格式描述文件中的三維模型按某Z向進行離散化，將離散化後的每一層輪廓線信息及對應的高度值寫入層面文件，並存儲；B4、獲取加工參數，並根據所述加工參數對所述層面文件進行處理，生成所述掃描加工文件。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述步驟B2包括在待加工的模具型腔曲面上指定若干種子三角面片，生成曲面切向矢量場，建立曲面三角面片到紋理空間的映射，且映射保持所述三角面片的形狀和大小不變；廣度優先地搜索整個曲面網格三角形，遞歸地使用所述三角面片到紋理空間的映射， 直至整個曲面網格都被紋理化，記錄下三角面片的紋理坐標；通過已記錄的紋理坐標，對相鄰的三角面片紋理使用圖的分割方法計算最優的拼接紋理，生成每個三角面片的紋理；將所生成的每個三角面片的紋理壓縮存儲成一個大的紋理集，並根據已記錄的紋理坐標進行實時繪製，得到所述STL格式描述文件。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟C包括讀取所述掃描加工文件，通過插補得到層面圖形坐標數據，並轉化為振鏡式雷射三維掃描裝置的振鏡掃描器所需的控制指令信號，使振鏡掃描器中掃描電機的運動軌跡和圖形相對應，進行層面掃描加工；完成所述層面掃描加工後，按照所述加工參數中的Z向高度值，由步進電機驅動線性移動透鏡運動，使蝕紋面重新處於焦平面位置，並開始新一輪的切片與掃描。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述步驟C還包括 獲取調節所述雷射束能量的脈衝寬度調製信號的設置參數；控制所述振鏡式雷射三維掃描裝置所產生雷射束的開關狀態，並根據所述脈衝寬度調製信號的設置參數調節所述雷射束的能量。
6.一種模具型腔曲面紋理蝕刻裝置，其特徵在於，包括二維紋理圖案資料庫構建模塊，用於建立二維紋理圖案資料庫並存儲，所述二維紋理圖案資料庫中含有多種用於進行模具型腔曲面紋理蝕刻的二維圖案的參數，所述參數包括需要蝕刻的區域、位置、線條和面積；三維圖形處理模塊，用於獲取需要在模具型腔曲面進行蝕刻的二維圖案，根據所述二維紋理圖案資料庫中的相應參數，採用紋理映射算法，對所述二維圖案進行三維圖形處理， 得到層面文件，再對所述層面文件進行處理，生成可用於雷射掃描加工的掃描加工文件，並存儲；雷射蝕刻加工控制模塊，用於讀取所述掃描加工文件，並根據所述掃描加工文件對雷射束進行控制，以對所述模具型腔曲面紋理進行蝕紋加工。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述三維圖形處理模塊包括 二維圖案獲取單元，用於獲取需要在模具型腔曲面進行蝕刻的二維圖案；建模單元，用於根據所述二維紋理圖案資料庫中的相應參數，將所述二維圖案用三維面模型或實體模型表示，然後將所述三維面模型或實體模型轉換成表面三角形逼近的STL 格式描述文件，並存儲；切片單元，用於通過分層切片功能將所述STL格式描述文件中的三維模型按某Z向進行離散化，將離散化後的每一層輪廓線信息及對應的高度值寫入層面文件，並存儲；數據處理單元，用於獲取加工參數，並根據所述加工參數對所述層面文件進行處理，生成所述掃描加工文件。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述建模單元包括映射子單元，用於在待加工的模具型腔曲面上指定若干種子三角面片，生成曲面切向矢量場，建立曲面三角面片到紋理空間的映射，且映射保持所述三角面片的形狀和大小不變；紋理坐標記錄子單元，用於廣度優先地搜索整個曲面網格三角形，遞歸地使用所述三角面片到紋理空間的映射，直至整個曲面網格都被紋理化，記錄下三角面片的紋理坐標；紋理生成子單元，用於通過已記錄的紋理坐標，對相鄰的三角面片紋理使用圖的分割方法計算最優的拼接紋理，生成每個三角面片的紋理；STL文件生成子單元，用於將所生成的每個三角面片的紋理壓縮存儲成一個大的紋理集，並根據已記錄的紋理坐標進行實時繪製，得到所述STL格式描述文件。
9.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述雷射蝕刻加工控制模塊包括層面掃描加工單元，用於讀取所述掃描加工文件，通過插補得到層面圖形坐標數據，並轉化為振鏡式雷射三維掃描裝置的振鏡掃描器所需的控制指令信號，使振鏡掃描器中掃描電機的運動軌跡和圖形相對應，進行層面掃描加工；Z向移動單元，用於完成所述層面掃描加工後，按照所述加工參數中的Z向高度值，由步進電機驅動線性移動透鏡運動，使蝕紋面重新處於焦平面位置，並開始新一輪的切片與掃描。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述雷射蝕刻加工控制模塊還包括 參數獲取單元，用於獲取調節所述雷射束能量的脈衝寬度調製信號的設置參數；雷射束參數及狀態控制單元，用於控制所述振鏡式雷射三維掃描裝置所產生雷射束的開關狀態，並根據所述脈衝寬度調製信號的設置參數調節所述雷射束的能量。
全文摘要
本發明涉及一種模具型腔曲面紋理蝕刻方法及裝置，其中方法包括以下步驟A、建立二維紋理圖案資料庫並存儲，二維紋理圖案資料庫中含有多種用於進行模具型腔曲面紋理蝕刻的二維圖案的參數；B、獲取需要在模具型腔曲面進行蝕刻的二維圖案，根據二維紋理圖案資料庫中的相應參數，採用紋理映射算法，對二維圖案進行三維圖形處理，生成可用於雷射掃描加工的掃描加工文件，並存儲；C、根據掃描加工文件對雷射束進行控制，以對模具型腔曲面紋理進行蝕紋加工。本發明的模具型腔曲面紋理蝕刻方法，由於不需要採用化學腐蝕方法，因此不會產生廢液，比傳統方法更加環保，且整個蝕紋加工過程也能大大縮短，提高加工效率。
文檔編號B23K26/00GK102423831SQ20111042087
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者周泳全, 周逸, 田蘭軍, 肖永山, 趙盛宇 申請人:深圳市海目星雷射科技有限公司