在服装上进行激光雕刻的方法及相应的机器与流程

本发明涉及应用激光雕刻衣服的领域，特别是用于牛仔裤、牛仔服装或牛仔布的织物，并且优选地产生提早老化的外观并且模拟自然变旧的服装的外观。

更具体地，本发明涉及一种使用数字图像对服装进行激光雕刻的方法，其中该图像的每个像素具有介于最小像素值和最大像素值之间的像素值，并且其中，对于每一个像素，激光烧灼所述衣服中对应于该像素的点，激光的能量水平是该像素值的函数。

本发明还涉及一种用激光雕刻服装的机器，包括：激光源；导引装置，用于将由所述激光源发出的光导引至所述服装的特定点；以及能量控制装置，用于控制由所述激光器提供的能量。

背景技术：

在激光雕刻服装领域，特别是牛仔服装，也称为牛仔布或牛仔裤，有一些已知的解决方案，其中激光束投射在所述服装上，以通过烧灼消除织物的表面层，从而实现颜色的变化。

可以使用偏转镜系统将激光辐射投射至服装上，使用绘图仪或任何其他能够将激光束引导和聚焦到服装上的系统，以将能量集中在一系列点，这些点将构成被雕刻的图案。

烧灼阶段后，对服装进行洗涤处理以清除残余灰物，然后呈现出最终的图案。通常，这涉及针对具有浅色织物的、具有较深的染料表面层的服装，使得激光在一点处的能量越多，消除的染料越多，颜色越亮。也就是说，低能量值对应于较暗的区域，也称为暗纹，而高能量值对应于较不暗的区域，也称为亮区。

一般来说，图案是通过计算机绘图工具或将手工设计数字化来生成的。此处，基于计算机图像，其中，图像的每个像素具有特定值。由于激光通过烧灼去除材料，通常无法实现颜色效果，因此像素值通常是所需图案的单色表示。

此类系统的一个用途是模拟服装使用而产生的自然老化，使较亮的区域出现在磨损较多的地方，而较暗的区域磨损较小。对于这种类型的应用，还绘制了用于模拟皱纹等的结构。目标是生产这样的服装(诸如裤子)，其尽管是新的，但带有经过使用的一些磨损痕迹的美学效果。在牛仔服装的特殊情况下，这种效果受到一些消费者的特别欢迎。

为了达到这些效果，使用了一种设计，其中每个像素对应于服装的一个点，每个像素值基本上是通过激光雕刻获得的模拟磨损程度的表示。

然而，人们很快发现这样设计的图案是“平坦”的而且看上去不太真实，因此，现在有雕刻技术旨在克服这种困难。在现有技术中，通常不使用一个图像，而是两个图像，第一图像具有基本形状，第二图像具有需要凸出的效果。这种技术称为二次留迹。通过这种方式，实现了更有吸引力的效果，有时被称为“3d效果”。在这种情况下，术语3d的使用所指的并不是真正的三维图像，而是它仅仅是工业中用于这种更逼真效果的代名词。

即使如此，这种类型的技术有很多缺点，最值得注意的是，它需要在针对第一图像的在服装上进行第一遍留迹和针对第二图像在服装上进行第二遍留迹时，完全对准这两个图像。此外，由于需要二次重复和对准过程，因此增加了处理的总时间和能量。另一个缺点是，对于每种设计，设计者需要能够以一气呵成地建立两个图像以实现期望的效果，这需要很多实践经验。

所有这些都使得这个过程变得更加昂贵，因此生产出的服装成本更高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种激光雕刻上述类型的服装的方法，该方法能够通过降低产品的最终成本和简化设计过程来克服上述缺点。

本发明的另一个目的是一种用于激光雕刻服装的机器，其被配置成执行上述方法。

该目的是通过上述类型的服装的激光雕刻方法实现的，其特征在于，所述函数具有第一区域和第二区域，该第一区域具有第一平均梯度，该第二区域具有第二平均梯度。第一区域所对应的激光能量值比所述第二区域所对应的激光能量低；所述第二平均梯度的绝对值大于所述第一平均梯度的绝对值。

因而，低能量水平遵循具有比高激光能量值更小的梯度的第一曲线。这提高了图案区域的效果，该设计可指定更高激光能量，即，对于像素值的相同变化，第二区域中的能量变化大于第一区域中的能量变化。这指的是平均值，因为梯度可能不是恒定不变的。这也具有如下效果：最大能量值可以高于当第一区域表示整个函数时所获得的最大能量值。技术人员将理解，所使用的激光器需要能够配置为传输所需的能量水平。优选地，该函数是递增的或递减的；在前一种情况下，低像素值水平对应于低激光能量水平，而高像素值水平对应于高激光能量水平。在函数为递减的情况下，则相反：低像素值对应高能量值，高像素值对应低能量水平。本领域技术人员将理解，上述说明将适用于这两种情况中的任何一种。

通过这种方式，实现了高能量的更大变化，突出了高亮度设计，以单个图像获得更真实的所述3d效果。这简化了设计人员的任务，避免了对准问题，甚至减少了雕刻所需的总时间和能量。需要更少的时间，因为不需要二次留迹。除了其他因素之外，总能量也较少，因为当烧灼点不需要像二次烧灼那样冷却时，激光烧灼效率更高。

于是，人们得到了更简单经济的步骤，其效果接近甚至等同于二次留迹技术的效果。

基于主权利要求中限定的发明，提供了在从属权利要求中概括的那些特征的某些优选实施例。

在一个有利实施例中，确定限定所述第一区域和所述第二区域之间的过渡的变化点。这使得可以为每个区域定义一个独特的函数，该函数适于该区域所需的特征。同样，能够确定特定的变化点将有利于方法的参数化，这样允许用户以简单的方式选择效果的特性。优选地，所述变化点的取值范围在最大像素值的40％和60％之间，通过实验手段发现这样取值设置对函数的趋势变化产生积极的作用，在暗区域中实现柔和的效果，在亮区域中实现更加锐利的效果。本领域技术人员将理解，对于给定的值的范围，此处给出的取值间隔对于递增函数或递减的函数是相同的，即便在一种情况下与另一种情况相反。

优选地，所述第二区域具有第一部分和第二部分，该第一部分具有第三平均梯度，该第二部分具有第四平均梯度，其中所述第二部分所对应的激光能量值大于所述第一部分所对应的激光能量值，并且其中，所述第四平均梯度的绝对值小于所述第三平均梯度的绝对值。因而，所述第二区域又被分成两个部分，每个部分具有不同的平均梯度：第一部分具有较大的平均梯度，是最接近第一区域的部分；而第二部分具有较小的平均梯度，其对应于较大能量值的并且远离第一区域。通过实验已经证实，当在亮度较高的区域中产生函数的饱和时，3d效果变得更逼真，其对应于更大的能量值，使得在如此陡峭的梯度上值停止继续增加，具有增加中等亮度的结果，对应于中等能量值，不会过度烧灼高亮区域。这样得到的效果证明更自然，更逼真。本领域技术人员将理解，这里提到的是平均梯度，即该函数不一定具有线性特征的部分；因此，在本发明的一个优选实施例中，与第一区域挨着的第二区域的部分具有平滑的非线性过渡，这个部分一直延伸到梯度更大的部分。优选地，第一部分和第二部分之间的过渡还包括平滑的非线性曲线。通过这种方式，总体看起来更平滑，没有出现突变，因此3d效果更加自然和逼真。

优选地，若所述函数单调递减，则所述第一部分和所述第二部分之间的过渡位于最大像素值的20％和35％之间，或者若所述函数单调递增，则位于最大像素值的65％和80％之间。实验证实，这提供了平均梯度变化的适合的范围。本领域技术人员将理解，所述过渡不一定是一个点，而是优选地是两个部分之间平滑变化的区域。

在一个有利实施例中，确定了限定所述第一区域和能量值为零的第三区域之间的过渡的截止点。因此，该截止点限定了最小激光能量阈值，低于该最低激光能量阈值，则没有能量发射到服装上的点。通过实验发现，对于非常低的能量值，其雕刻效果对于普通人来说是难以辨识的，因此若能量低于所述阈值时则甚至不能进行雕刻。由于能耗量较低，因此能效更高。优选地，若所述函数单调递减，则所述截止点位于最大像素值的82％和90％之间，或者若函数单调递增，则所述截止点位于最大像素值的10％和18％之间，这些范围通过实验和观察各种能量水平的结果得到。

优选地，所述函数是单调递减的。这使得低像素值对应高能量值，而高像素值对应低能量值。因此，起始图像在一定程度上是要实现的结果的负像。尽管存在这种明显的困难，但设计图像中具有较低像素值的区域的暗色与更多受到激光烧灼的区域相关联，从而为习惯于激光雕刻领域的设计者提供了更有利的解决方案。同样地，基于该函数单调递减的事实，即，它在任何时候都没有增加，能够防止在最终图像中出现伪影，这称为过度曝光，即，明暗区域的局部反转。

优选地，所述最小像素值为0，所述最大像素值为255。通过实验证明，成品服装中，能够支持的暗色和浅色的区分力非常有限，一般低于200级。因此，上述范围使得能够用单个字节表示像素值，这是用于单色计算机图像的非常有利的方式。

优选地，在所述第一区域中，梯度的变化小于5％。因而，在所述第一区域中函数的非线性的效果受到限制，从而产生更自然的最终图像。优选地，所述函数是在所述第一区域中的线性函数，其将上述效果最大化。

在优选实施例中，所述函数具有以下形式：

对于所述第一区域，

对于所述第二区域，

其中：

e，表示该点激光的能量水平，

emax，表示线性贡献的最大能量值，

vmax，表示最大像素值，优选为255，

p，表示该点的像素值，p∈[0,vmax]。

vt表示所述第一区域和所述第二区域之间的所述变化点，

h表示控制双曲线贡献的因子，

c表示控制双曲线梯度的常数。

因此，第一区域完全是线性的，而第二区域具有线性特征和基于双曲正切的双曲线分量。两种贡献的组合由h所表示的因子控制。该结构是基于各种曲线的实验得到的，并且在部分和区域之间的过渡中具有平滑的能量水平的积分线型，使得不会出现明显的能量或强度突变。此外，它使某些值的参数化能够在不改变函数的内在形式的情况下，获得强烈程度上或多或少的效果。因此，h和vt的不同值能够产生在强烈程度上的或多或少的效果。

优选地，h的值处于1/3至5/3范围内时，其给出的近似能量范围在emax值的1.67和4.33倍之间，emax值对应于当该函数是完全线性的情况下将得到的值，例如在现有技术中的那样。最小值对应温和效果，而最大值对应更强烈的3d效果。通过实验观察到，emax值的5倍以上的值被证明过于夸张。过高的值可能导致服装损坏。因此，上述范围对于牛仔布服装特别有利。

优选地，c的值为4，得到的梯度已经通过实验证明可以优化效果，而不会变得太强烈或太温和。结合上述h的值，在变化点处可能存在小的能量间隙，但实验证明，这种跳跃实际上是观察不到的，因为在服装上能够观察到的亮区到暗区的颜色范围是缩窄了的。

优选地，控制双曲线贡献的因子h具有以下等式：

其中：

a和b表示常数，并且，

f是控制效果贡献量的预定参数，优选地，其取值范围为1至100之间。

由此，f表示3d效果的“性能”。在这种情况下，它指的是比喻意义上的性能，因为它不对应于该术语所表达的实际的物理幅值。因此，可以使用1至100范围内的值来确定该效果的程度。所使用的函数类型意味着变量相依关系不是线性的，因此随着f值的增加，h的值增加比f值增加得更多。这样可以精确控制f的较低值，并且可以更大程度地改变f值。因此，其可以用在当要在效果温和时精确确定效果程度的情况下，而f取较高值的情况是，并不十分需要这种精确度，而是需要更夸张的效果的情况。

优选地，a的值为499/165，b的值为4/165，f的值为0至100之间；其中，当f值为0时，该方法认为其是特殊情况，在这种情况下，在所述第二区域中使用与所述第一区域相同的线性等式。这样，可以通过选择单个参数来参数化效果：在f为0的情况下，该方法不应用任何3d效果，即应用纯线性函数。对于f在1至100之间的取值范围，对应的是逐渐应用3d效果，即函数的双曲部分的贡献变得更大。需要这样取a和b的值，以使得在f的范围内，h的值在上述的1/3至5/3的范围内。

在另一个实施例中，控制双曲线贡献的所述因子h具有以下等式：

h＝a·f+b

其中：

a和b表示常数，以及

f是控制效果贡献量的预定参数，优选地，其取值范围为1至100之间。

因此，h相对于f的变化是线性的，这允许在所述范围内均匀地控制每个f值对对应的3d效果的程度。

优选地，a的值为4/297，b的值为95/297，f的值为0至100之间；其中，当f取值0时，该方法认为其是特殊情况，在这种情况下，在所述第二区域中使用与所述第一区域相同的线性等式。与前一种情况类似，这些值根据h相对于f的线性的相关性进行调整。

优选地，所述激光器发射具有最大脉冲功率的光脉冲，并且其中通过改变由以下各项组成的一系列参数中的至少一个参数，来获得每个点的所述能量水平：最大功率、脉冲数量和所述脉冲的持续时间。因而，使用脉冲激光器能够精确控制激光向服装上的每个点所发射的能量。对于每个点，这种类型的激光器发射一个或多个光脉冲，因此发射的总能量可根据脉冲的最大功率来控制。在每点发射单个脉冲的情况下，还可以通过脉冲的持续时间进一步控制能量。若向每个点发出不同的脉冲，也可通过选择要发射的脉冲数量来进一步控制能量。本领域技术人员将不会在选择上述选项的若干个组合方面遇到问题，例如所需的最大能量和分配给每个点的最大时间。在本发明的上下文中，激光的占空比被称为其产生效果的有效时间比例，即，光发射的时间占总时间段的比率。因此，50％的占空比意味着仅在有效时间的一半内发射光，因此在每个周期中，脉冲时间占据该周期时间的一半。

优选地，所述能量水平具有以下等式：

e＝d·pmax·te

其中：

e表示能量水平，

d表示激光的占空比，定义为激光发光的时间与总曝光时间te的比例关系，

pmax，表示激光脉冲的最大功率，

te表示曝光时间，即激光向该点上发射至少一个光脉冲的总时间。

因此，使用具有特定占空比d的脉冲激光，其对应于大于0且小于或等于1的没有量纲的值。因此，值1意味着对于服装上的每个点，激光器发射具有持续时间te的单个脉冲。优选地，激光器在每个点处发射多个脉冲，使得占空比低于1。这是一个有利的实施例，使得可从曝光时间方面控制该点的能量。

本发明还涉及一种上述类型的服装的激光雕刻机，其特征在于，其还包括设计以实施上述方法的控制装置。

优选地，其还包括用户参数输入装置，其包括由以下项所组成的组中的至少若干个参数：

所述第一区域和所述第二区域之间的变化点；

效果贡献量，优选取值范围为0至100之间，其中值0表示在所述第二区域中使用线性函数，并且值越高表示应用至所述第二区域中的非线性分量的贡献逐渐越大；

所述第一区域和所述第三区域之间的截止点。

因此，可在不需要大量技术经验的情况下对所得到的3d效果进行简单的参数化。

在所描述的情况下，只需要提供3d效果开始发生的点(变化点)，效果的程度(0：无效果，1：最小效果—100：最大效果)，以及能量足够低以使作用结果不被察觉的起始点，这降低了能耗，如上面所述的那样。优选地，参数输入装置包括3d效果类型的参数。通过这种方式，制造商可以创建各种预定的预设，其中组合上述那些中的不同值以提供更高级别的选项，作为非排除性的示例，输入参数可从以下预设中选择：温和效果、中等效果或强烈效果。这样可实现更简单的输入，从而使用户无需掌握技术技能。

本发明还包括在本发明的针对一个实施例的详细说明及其附图中，所阐述的其他详细特征。

附图说明

本发明的优点和特征通过以下描述将更加显著，该描述在不限制主要权利要求的前提下，参考附图解释本发明的一些优选实施例。

图1a和图1b示出了激光雕刻的一个例子；图1a示出了具有平面外观的传统图像，而图1b示出了在相同的样例中应用了激光雕刻工艺后所观察到的3d效果；

图2a和2b示出了二次留迹的设计图像的示例；图2a示出了第一基本图像，而图2b示出了具有要突出的区域的第二图像；

图3示出了本发明一个简化实施例的样本函数；

图4a至4c示出了在参数f的不同值下的本发明实施例的示例的函数。

具体实施方式

图1a示出了牛仔服装雕刻的一个例子，其模拟的是自然磨损。所得结果外观相当平。图1b显示了针对相同样版进行雕刻，但具有所谓的3d效果。目前，现有技术中用于实现该效果是基于二次留迹，该方法设计出两个图像，需要使用两次激光雕刻这两个图像，以使这两个图像叠加起来并彼此对齐。因此，在二次留迹技术中，要使用具有一般设计的图2a所示的第一图像101和图2b所示的第二图像102，第二图像102突出了要显示的区域。注意，图2a和2b中使用的图像实际上是负像表示，其中较暗的像素对应于较高的激光能量值，因此对应于最终形成在服装上的较亮的值。

为了克服现有技术的缺点，在图3所示的本发明的用于激光雕刻服装的方法的一个实施例中，其基于的是单个数字图像101，该图像包括最小值为0的像素和最大值为255的像素。激光以不同的能量烧灼图像101中的每个像素所应对的在服装上的点，其中激光的能量是像素值的函数。在示例的情况下，该函数是单调递减的，并且，使得低像素值对应于服装上的高亮度区域，而高像素值对应于服装上的低亮度区域。因此，对于该示例的情况，该函数具有三个不同的区域，其中第一线性区域1相当于在当前现有技术中所获得的区域。作为参考，在图3中以斜虚线表示现有技术。图4a至4d也用虚线表示现有技术。为了清楚起见，并且为了容易理解不同能量之间的关系，对应于当前现有技术的线性分量的最大能量在图中被归一化为1。

在图3所示的示例的情况下，该函数还具有第二区域2，该第二区域2具有第一部分21和第二部分22。为了清楚起见并且除非另有说明，当比较梯度时，应当理解，在不考虑梯度的符号的情况下比较其绝对值。在该示例中，第二区域2的平均梯度大于第一区域1的平均梯度。而且，第一部分21的梯度也大于第二部分22的梯度。最后，函数具有第三区域3，其中能量值为零。这样得到的函数是单调递减的。这样，激光器所对应的高能量到低能量的区域的顺序是：第二区域2的第二部分22，第二区域2的第一部分21，第一区域1，第三区域3。在该示例的情况下，除了第三区域3之外，所有部分都是线性的。

在图3中，不同区域的边限用竖虚线标出。特别地，限定第一区域1和第二区域2之间的过渡的变化点4对应于像素值120。而，第一部分21和第二部分22之间的过渡对应于像素值70。最后，限定第一区域1和第三区域3之间的过渡的截止点5的像素值为230。

图4a至4d示出了本发明的另一个实施例。在本例中，函数具有以下形式：

对于所述第一区域(1)，

对于所述第二区域(2)，

其中：

e，表示该点激光的能量水平，

emax，表示线性贡献的最大能量值，

p，表示该点的像素值，p∈[0,255]，

vt表示所述第一区域(1)和所述第二区域(2)之间的所述变化点(4)，对于该示例，选择了vt＝120。

h表示控制双曲线贡献的因子，其范围介于值1/3和5/3之间，

对于该示例性实施例，h具有以下等式：

其中f是控制效果贡献量的预定参数，优选取1至100之间的值，或当使用不同方程时值0。特别地，该示例的方法考虑如果f＝0，则第二区域2使用与针对第一区域1描述的相同的等式，使得线性函数应用于这两个区域。在图4a中，当f＝0时，可以观察到函数的特定情况。图4b表示f＝1的情况，图4c表示f＝50的情况，图4d表示f＝100的情况。

在另一个实施方案中，h具有下式：

其中f相当于前面的例子。本领域技术人员将理解，通过该示例，即使f的值不同，也可以获得与图4a至4d中所示的相同的图形。

对于实施例，执行雕刻的机器包括激光源，其具有导引装置，用于将光发射至要进行雕刻设计的服装的特定点上。其还包括合适的控制装置，其按照上述方法，控制所述激光器向每个点输出的能量。

在这些实施例中，机器能够获得每英寸32点的空间分辨率，点尺寸约为1.2mm。发射至每个点的最大激光能量为6.5mj。

在该示例中，所涉及的光源是脉冲激光，其针对服装上的每个点发射一系列的高频脉冲，每个脉冲具有最大脉冲功率，并且具有特定的占空比。在这些例子的情况下，通过改变对所述点发射脉冲的曝光时间来控制传输的总能量。由于选择特定时间相当于选择在此期间发射的脉冲数，因此通过改变激光器向该点发射的脉冲数来控制发射至该点的总能量。在其他示例中，通过改变最大功率、所述脉冲的持续时间或两者的组合来控制能量。

因此，能量水平由以下等式表示：

e＝d·pmax·te

其中：

e，表示能量水平，

d，表示激光的占空比，

pmax，表示激光脉冲的最大功率，

te，表示曝光时间，即激光在该点上发射至少一个光脉冲的总时间。

对于前面的示例，该方法是可参数化的，因此该机器包含以下参数的输入装置：

第一区域1和第二区域2之间的变化点4；

效果贡献量f，如前所述，为0至100之间的值；及

所述第一区域1和所述第三区域3之间的截止点5。

在其他示例中，输入装置可以在某些预定的预设中进行选择：

温和模式，选择vt＝120，f＝10；对应的是，设计师在屏幕上所看到的图案更真实地反映最终在服装上形成的结果

中等模式，vt＝120，f＝25；是最常见的组合值，可以增强磨损的效果，并提供更自然的3d效果；

强烈模式，vt＝30，f＝75；针对设计的主要部分，突出图像的中心部分，其中心有着显得较薄的光学效果；或

自定义模式，用户可自己选择vt和f的值。