一种木板烫画制作方法及装置与流程

本发明主要涉及烫画加工技术领域，更具体的说涉及一种基于图像识别及激光器加工技术的全自动木板烫画制作方法及装置。

背景技术：

烫画也称为烙画，是我国一种及其珍贵的稀有画种。木质材料的烫画的加工方法是在木质材料（木材、竹片、树皮等）上利用一种特制的电烙铁（笔），通过调整烙铁（笔）的发热大小，按压力度及时间使材料产生变色反应，进而使得木质材料表面形成浅，深褐色及黑色的痕迹，从而形成具有独特绘制风格的木板烫画，最后，喷涂透明油漆保护画面，防潮防霉；现有的木板烫画基本上是人工作画，其加工效果及效率不稳定，不能满足连续大批量的生产需求；同时，其不能满足烫画内容多变，个性定制，快速生产的市场需求。

中国专利公开号cn1035082公开了一种木质烫刻工艺，其采用高热烫刻工具在木材上面进行烫、烙处理而完成木板烫画的加工；采用木质烫刻工艺对普通木材进行加工，加工线条流利，色泽浓淡适宜，具有极佳的欣赏效果。

中国专利公开号cn1035640公开了一种在木质板面上制作化学艺术画的方法，其包含四个主要步骤即配制化学溶液（浓硫酸、磷酸、硅酸钠等）、作画、上色、综合处理；该方法的化学溶液成分及配置工艺复杂、酸浓度高、操作过程存在较大的安全隐患；此外，该方法难以实现工业化生产，更难以使用该酸性印花浆进行印花操作，进而达到满意的画面艺术效果。

中国专利公开号cn1230315c公开了一种烫画烫字工艺竹制品的加工方法，其先将待加工的竹制品进行整理，后在竹料表面钩勒画出待烫烧字画图案线条轮廓，后用高温喷火枪(焊枪)顺着字画图案线条烧灼，并进行烫字烫画处理，最终通过抛光或磨光处理完成工艺品加工。

中国专利公开号cn105711321a公开了一种全自动烙画机，其通过分解烫画过程的基本运动，利用伺服电机控制烫画笔在木板表面烫出所需轮廓；其具有可以自动夹持（木板、竹板等板体或圆柱体）、自动烫画、自动化程度高、效果好的特点。

上述专利主要采用机械及化学的方法完成烫画的加工，其存在的主要缺点是:

1、手工生产（现有机械及化学方法），难以满足大批量生产要求。

2、工艺简单、效果单调，不能满足个性化定制产品的快速加工。

3、烫画过程重复性差，无法将烫画加工质量固化，难以形成市场发展气候。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种木板烫画制作方法及装置，采用基于图像处理技术、激光器技术及数控技术相结合的全自动烫画制作方法并提出一种木板烫画的制作装置，通过图像处理技术将所要完成的烫画图像转换为灰度图，并记录像素点尺寸位置及灰度值的关系；通过实验的方法建立灰度值与激光头点射木板的激光照射强度、激光照射时间、激光照射距离工艺参数对应表，最后，通过数控技术控制激光器激光头在木板上空的三维空间运动，利用激光点射木材，烧制木材表面，形成烫画图案，进而完成木板烫画的制作，最后，喷涂透明油漆，保护加工图案，能够解决现有技术烫画制作人力完成、制作效率低、制作质量不稳定（极易受烫画制作师的个人状态影响）、不能满足个性化定制生产、难以满足木板烫画大批量生产需求的缺点。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种木板烫画制作方法包括按照以下步骤依次实现：

步骤1，选择烫画图案，烫画图案为纸质图片（可通过扫描拍照转换为数字图片）或者数字图片，最终转换为数字图片供后续处理；

步骤2，数字烫画图像处理，将选择的烫画数字图案进行图像处理，将输入图案转换为灰度值图或者二值图，同时，记录图案像素点尺寸的位置及对应点的灰度值数据；

步骤3，图像参数与加工参数转换，将灰度值转换为激光器的激光输出头运动及工艺参数，包括激光头激光输出强度、激光照射木板的时间、激光输出头与木板的间距，这些参数将输入烫画装置的控制器，完成加工前的准备工作；

步骤4，选择并安装加工原料，选择软硬适应的木材，要求色泽、纹理外观感觉相一致，将加工木材安装到烫画装置的工作台上，运用可调夹持强度的多个夹子夹持工件，以保证其稳固固定在工作台上；

步骤5，装置烫画制作，启动装置，调整加工装置的控制参数，并打开装置的烟尘吸尘器，在设置完成后，运行装置进行加工；

步骤6，烫画后处理，将完成的烫画取出，在烫画的上表面手工涂覆透明油漆，保护烫画图案。

一种应用上述方法进行木板烫画的制作装置，包括数控运动平台、抽风装置、光学变焦镜、电控系统、箱体、激光器；

数控运动平台包括xyz三轴伺服系统，用来完成空间内xyz三方向运动，采用龙门式结构，木板水平固定在工作台上，工作台安装有若干可调间隙夹子，用于木板稳固安装，刀具架安装在z轴伺服系统上；

抽风装置安装在z轴伺服系统的刀具架上，抽风装置的吸嘴指向激光器出光头所产生的光斑；

光学变焦镜安装在激光器出光头下方，调节光斑的大小，即烫制区域的最小面积；

电控系统控制激光器、数控运动平台、抽风装置，安装在数控运动平台的正下方，控制激光器的照射强度、照射时间、照射距离；

激光器的最小输出功率50w，激光器出光头安装在z轴伺服系统的刀具架上，出光口正对工作台。

本发明相比现有技术的有益效果：

本发明自动化程度高、制作效率高，制作质量稳定，实现了连续批量式生产。具体来说：

（1）采用基于图像处理、激光器及数控技术的烫画生产方法，能够实现连续批量生产任意图案的烫画。

（2）可以突破现有木板烫画工艺重复简单的局限的缺点，采用按照像素点激光照射加工的方法，实现原始数字图案的高精高质烫画加工。

（3）该方法根本性改变传统烫画加工方法，提高了烫画加工的表面质量及效率。

（4）利用激光烧制木板的烫画加工方法，具有发热量小、木板变形小，可以提高可加工木质材料的厚度限制，扩大有效材料的选择范围的显著特点。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的平面结构示意图。

图3是本发明中电控箱体的结构示意图。

图中：1-数控运动平台；101-x轴伺服系统；102-y轴伺服系统；103-z轴伺服系统；104-刀具架；105-工作台；106-可调间隙夹子；

2-抽风装置；201-微型抽风机；202-抽风机出风口；203-抽风机蛇形管；204-抽风机吸嘴；

3-光学变焦镜；

4-电控系统；401-操作面板；402-控制开关；403-伺服驱动器；404-激光器控制面板；405-装置控制器；

5-箱体；501-电控箱体；502-数控运动平台箱体；

6-激光器；601-激光器出光头；602-激光器发生器。

具体实施方式

本发明采用了基于图像处理技术、激光器技术及数控技术相结合的全自动烫画制作方法，该方法通过图像处理技术能够将所需要烫印的图案转化为数字图像，并提取出灰度图及记录像素点尺寸位置及灰度值的关系；根据激光器具有输出激光连续、热量大、光斑可调节的特点，利用其作为烫制刀具，用来烧制烫画图案；数控技术的应用，可以将烫画制作过程分割细化为空间内xyz三个轴向运动，并结合图像灰度值与激光头点射木板的工艺参数（激光照射强度，激光照射时间，激光照射距离），完成激光束在木板上空的三维空间运动，烧制木材表面，完成木板烫画的制作。

为实现上述方案，提出了一种木板烫画制作装置方案，包括数控运动平台1、抽风装置2、光学变焦镜3、电控系统4、箱体5、激光器6。

所述的数控运动平台包括x轴伺服系统101，y轴伺服系统102，z轴伺服系统103，刀具架104，工作台105，可调间隙夹子106的核心组件；所述的x轴伺服系统101安装在电控箱体501上方，连接数控运动平台箱体502，具有双滑轨装置；所述的y轴伺服系统102安装在x轴伺服系统101之上横跨双滑轨装置；所述的z轴伺服系统103安装在y轴伺服系统102上部，垂直于工作台105平面以及y轴；所述的刀具架104安装在z轴伺服系统103上，其上面安装有激光器出光头601以及微型抽风机201；所述的工作台沉浸在烫画装置内部，工作台105开有若干标准间距的螺纹孔，用来固定可调间隙夹子106。

所述的抽风装置2安装在刀具架104上，包括微型抽风机201，抽风机出风口202，抽风机蛇形管203，抽风机吸嘴204；抽风机蛇形管203连接微型抽风机201，其下端有抽风机吸嘴204，吸嘴口指向激光器出光头601所产生的光斑。

所述的光学变焦镜3安装在激光器出光头601的正下方，垂直于工作台105表面，用于完成激光器输出光斑大小的调节需要。

所述的电控系统4分别安装在数控运动平台箱体502及电控箱体501上，包括操作面板401，控制开关402，伺服驱动器403，激光器控制面板404，装置控制器405，具有统筹激光器6、数控运动平台1、微型抽风机2的控制能力；装置控制器405具有自动加工参数控制能力，可以控制激光的照射强度、照射时间、照射距离三种主要烫画制作参量；其安装在数控运动平台1的正下方；装置控制器405内嵌有网线、usb接口，可以进行数据交换。

所述的激光器6包括激光器发生器，安装在数控运动平台1的下方，位于电控箱体501内部；其采用功率大于50w，具有输出激光强度可调、点射、脉冲、微秒（皮秒）输出激光的功能。

为实现木板烫画的制作，应用该装置的关键工艺步骤依次包括：

步骤1，选择烫画图案，烫画图案是可通过扫描拍照转换为数字图片的纸质图片或者数字图片，最终均需要转换为数字图片以供后续处理；

步骤2，数字烫画图像处理，将选择的烫画数字图案进行图像处理，利用图像处理算法（剪裁、滤波操作），将输入数字图案转换为灰度值图像，同时，记录图案像素点尺寸的位置及对应点的灰度值数据；

步骤3，图像参数与加工参数转换，将灰度值转换为激光器的激光输出头的运动及工艺参数，即激光头激光输出强度，激光照射木板的时间，激光输出头与木板的间距，以上参数将输入烫画装置的数控轴伺服系统控制器，进行烫制过程中装置运动编译，完成烫画准备工作；

步骤4，选择并安装加工原料，选择软硬适应的木材，要求色泽、纹理外观感觉相一致，将加工木材安装到烫画装置的工作台上，运用可调夹持强度的多个夹子夹持工件，以保证其稳固固定在工作台上；

步骤5，装置烫画制作，启动装置，调整加工装置的控制参数，并打开装置的微型抽风机，运行烫画命令进行烫画加工；

步骤6，烫画后处理，将完成的烫画从装置工作台取出，在烫画的上表面手工涂覆透明油漆，保护烫画图案。

以上所述方法的步骤及实施装置仅为本发明的较佳实施例，而不是用于对本发明的范围限定，凡是依据本发明专利所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明专利的保护范围。