一种锥面标刻方法、装置及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及锥面标刻技术应用领域，尤其涉及的是一种锥面标刻方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术：

振镜是应用于激光行业的一种扫描振镜，其专业名词叫做高速扫描振镜(galvoscanningsystem)。所谓振镜，又可以称之为电流表计，它的设计思路完全沿袭电流表的设计方法，镜片取代了表针，而探头的信号由计算机控制的-5v至5v或-10v至+10v的直流信号取代，以完成预定的动作。同转镜式扫描系统相同，这种典型的控制系统采用了一对折返镜，不同的是，驱动这套镜片的步进电机被伺服电机所取代，在这套控制系统中，位置传感器的使用和负反馈回路的设计思路进一步保证了系统的精度，整个系统的扫描速度和重复定位精度达到一个新的水平。

目前，2d振镜普遍应用于平面的激光标刻，而3d振镜普遍应用于空间的激光标刻；因此，相比于2d振镜，3d振镜的成本要昂贵许多；而对于需要在锥面上进行标刻的方案，采用2d振镜进行标刻时，要求标刻在锥面展开面上的图形均匀排布，但是，实际效果则容易出现图形交叉以及单个图形变形严重的现象，导致2d振镜的标刻精度低；而采用3d振镜进行标刻时，虽然能够达到精度要求，但是成本太高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术缺陷，本发明提供一种锥面标刻方法、装置及计算机可读存储介质，利用2d振镜实现3d振镜的标刻效果，降低标刻设备的成本，从而解决现有技术中2d振镜标刻精度低的技术问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种锥面标刻方法，其中，所述锥面标刻方法包括以下步骤：

获取待标刻图形的中点锥面坐标值；

根据所述中点锥面坐标值及预设算法，计算所述待标刻图形的各轮廓点锥面坐标值；

根据各轮廓点锥面坐标值计算各轮廓点对应的高度校正值；

将各轮廓点锥面坐标值和所述高度校正值转换为对应的控制信号，并通过所述控制信号驱动振镜移动至对应的锥面坐标点。

在一种实施方式中，所述获取待标刻图形的中点锥面坐标值，之前包括：

获取用户输入的待标刻图形；

根据所述待标刻图形计算其中点初始坐标值及各轮廓点初始坐标值；

其中，所述中点初始坐标值及各轮廓点初始坐标值均为所述待标刻图形展开后的坐标值。

在一种实施方式中，所述获取待标刻图形的中点锥面坐标值，具体包括：

获取所述中点初始坐标值；

根据所述中点初始坐标值，计算所述待标刻图形的中点锥面坐标值；

其中，所述中点锥面坐标值为所述待标刻图形的中点在所述锥面待标刻区域中的锥面坐标值。

在一种实施方式中，通过如下公式计算所述待标刻图形的中点锥面坐标值：

dy＝0；

其中：

(dx、dy、dz、da)为所述待标刻图形的中点锥面坐标值；

r为锥面坐标原点所在截面的半径；

h为锥面坐标原点所在截面与圆锥顶点的距离；

(x0、y0)为所述中点初始坐标值。

在一种实施方式中，所述根据所述中点锥面坐标值及预设算法，计算所述待标刻图形的各轮廓点锥面坐标值，具体包括：

获取各轮廓点初始坐标值；

对各轮廓点初始坐标值进行锥面包裹计算处理，得到各轮廓点锥面坐标值。

在一种实施方式中，通过如下公式计算所述待标刻图形的各轮廓点锥面坐标值：

其中：

r为锥面坐标原点所在截面的半径；

h为锥面坐标原点所在截面与圆锥顶点的距离；

(x0、y0)为所述中点初始坐标值；

(x1、y1)为轮廓点初始坐标值；

x2为轮廓点相对于中点的锥面偏移距离；

y2为轮廓点相对于中点的锥面偏移距离；

de为轮廓点所在母线相对于中点所在母线的偏移距离；

(xi、yi、zi)为所述待标刻图形的轮廓点锥面坐标值。

在一种实施方式中，所述根据各轮廓点锥面坐标值计算各轮廓点对应的高度校正值，具体包括：

根据各轮廓点锥面坐标值计算对应的高度校正参数；

通过所述高度校正参数对各轮廓点对应的振镜高度进行校正，得到所述高度校正值；

其中，通过如下算法计算所述高度校正参数：

fsx＝wx0/[wxm-(wxm-wxm+1)]*(zi*n/z0-m)；

fsy＝wy0/[wym-(wym-wym+1)]*(zi*n/z0-m)；

其中：

(wx0、wy0)为所述待标刻图形在中点所在平面的位宽；

(wxm、wym)为所述待标刻图形在m点所在平面的位宽；

(wxm+1、wym+1)为所述待标刻图形在m+1点所在平面的位宽。

在一种实施方式中，所述将各轮廓点锥面坐标值和所述高度校正值转换为对应的控制信号，并通过所述控制信号驱动振镜移动至对应的锥面坐标点，具体包括：

根据预设信号转换格式将各轮廓点锥面坐标值和所述高度校正值转换为对应的控制信号；

根据所述控制信号驱动所述振镜，以将所述振镜移动至对应的锥面坐标点；

控制所述振镜对所述锥面坐标点进行标刻。

第二方面，本发明还提供一种锥面标刻装置，其中，包括处理器和存储器，所述存储器存储有锥面标刻程序，所述锥面标刻程序被所述处理器执行时用于实现如第一方面所述的锥面标刻方法。

第三方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述存储器存储有锥面标刻程序，所述锥面标刻程序被所述处理器执行时用于实现如第一方面所述的锥面标刻方法。

本发明采用上述技术方案具有以下效果：

本发明通过获取待标刻图形的中点锥面坐标值，可实现对待标刻图形中点的精准定位；并且，根据中点位置计算待标刻图形的各轮廓点锥面坐标值，可实现对待标刻图形各轮廓点的精准定位；以及通过各轮廓点锥面坐标值计算各轮廓点对应的高度校正值，可实现对振镜的高度校正；本发明利用2d振镜实现锥面标刻图形，并达到3d振镜的标刻效果，降低标刻设备的成本，从而解决现有技术中2d振镜标刻精度低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明的一种实现方式中锥面标刻方法的流程图。

图2是本发明的一种实现方式中锥面展开示意图。

图3是本发明的一种实现方式中2d振镜处于起始位置的示意图。

图4是本发明的一种实现方式中待标刻图形中心与振镜中心的对应示意图。

图5是本发明的一种实现方式中2d振镜焦距随图形变化的规律示意图。

图6是本发明的一种实现方式中锥面标刻装置的功能原理图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。

对于需要在锥面上进行标刻的方案，采用2d振镜进行标刻时，要求标刻在锥面展开面上的图形均匀排布，而实际效果则容易出现图形交叉以及单个图形变形严重的现象，导致2d振镜的标刻精度低；采用3d振镜进行标刻时，虽然能够达到精度要求，但是成本太高。

发明人针对上述问题提出一种锥面标刻方法，该锥面标刻方法应用于锥面标刻装置，即2d振镜激光标刻机，该锥面标刻装置主要采用2d振镜，通过该2d振镜实现锥面标刻方案，并达到3d振镜的标刻效果，其主要标刻原理为：先确定待标刻图形中心在锥面上的位置，然后通过锥面包裹算法将待标刻图形轮廓中各点的平面坐标转换为锥面坐标，最后再根据转换后的锥面坐标确定2d振镜的焦点；通过转换后的锥面坐标和焦点，驱动振镜至锥面坐标及焦点的所在位置，利用2d振镜标刻需要的图形。

相较于现有技术中的标刻方式，本发明利用2d振镜实现3d振镜的标刻效果，降低标刻设备的成本，从而解决现有技术中2d振镜标刻精度低的技术问题。

示例性方法

如图1所示，在本发明实施例提供一种锥面标刻方法，所述锥面标刻方法包括以下步骤：

步骤s100，获取待标刻图形的中点锥面坐标值。

在本实施例中，锥面标刻装置设置有激光打标系统，该激光打标系统通过io信号精准地控制运动组件运动至指定的坐标点，该运动组件包括：x轴、y轴、z轴以及a轴四个驱动轴体。

其中，x轴用于驱动2d振镜沿着激光打标系统的运动平面的x轴方向运动；y轴用于驱动2d振镜沿着激光打标系统的运动平面的y轴方向运动；z轴用于驱动2d振镜沿着激光打标系统的运动平面的垂直面进行上下运动；a轴用于驱动锥形工件沿着指定方向旋转；即x轴和y轴用于将2d振镜运动至指定的坐标位置，z轴用于调节2d振镜的焦点，a轴用于调节锥形工件的方向，以便于2d振镜在不同位置进行标刻。

在激光打标系统的控制过程中，该激光打标系统通过一组io信号控制运动组件驱动2d振镜移动至需要标刻图形的区域，待2d振镜标刻完成之后，该激光打标系统向运动组件发送另一组io信号，控制该运动组件移动至下一个需要标刻图形的区域；待该运动组件运动完成之后，该激光打标系统发送io控制信号驱动2d振镜进行标刻；如此循环往复，直至锥形工件标刻完成。

在本实施例中，在对锥形加工件进行标刻之前，需要用户在该锥面标刻装置中输入待标刻图形，以确定该待标刻图形的中点初始坐标值及各轮廓点初始坐标值；在输入该待标刻图形时，可通过标刻软件绘制该待标刻图形；当然，还可以通过u盘将已绘制的图纸输入到该锥面标刻装置中。

在用户输入待标刻图形后，锥面标刻装置根据输入的待标刻图形计算其中点初始坐标值及各轮廓点初始坐标值；其中，所述中点初始坐标值及各轮廓点初始坐标值均为待标刻图形展开后的坐标值，其中，待标刻图形展开后如图2所示；因此，需要获取该待标刻图形中点的平面坐标值以及各轮廓点的平面坐标值。

即在本实施例的一种实现方式中，所述步骤100之前包括以下步骤：

步骤001，获取用户输入的待标刻图形；

步骤002，根据所述待标刻图形计算其中点初始坐标值及各轮廓点初始坐标值。

在本实施例中，在锥面标刻装置计算得到待标刻图形的中点初始坐标值及各轮廓点初始坐标值之后，需要确定锥面待标刻区域的原点坐标值，即锥面坐标系的原点坐标值；然后，根据该待标刻区域的原点坐标值，确定待标刻图形的中点在锥面待标刻区域的位置，即计算待标刻图形的中点锥面坐标值。

具体地，如图2所示，可将锥形加工件的锥面进行展开，得到锥面展开图；在锥面展开图中，待标刻图形中点相对于母线底端的位置为(x0，y0)，锥面待标刻区域的原点坐标dx、dy、dz以及da的坐标值均为0(如图3所示)；可以理解的是，在锥面坐标系中，2d振镜运动平面的x轴方向与锥面待标刻区域的母线方向一致，2d振镜运动平面的y轴方向与锥面待标刻区域的圆周方向一致。

在确定锥面待标刻区域的原点坐标值后，可获取待标刻图形的中点初始坐标值；然后，根据锥面展开图的对应关系，确定该待标刻图形的中点在锥面待标刻区域中的位置，即根据待标刻图形的中点初始坐标值，计算该待标刻图形的中点锥面坐标值；其中，该待标刻图形的中点锥面坐标值为待标刻图形的中点在锥面待标刻区域中的锥面坐标值。

具体地，结合图3所示，在计算待标刻图形的中点锥面坐标值时，采用如下算法：

dy＝0；

其中：

(dx、dy、dz、da)为所述待标刻图形的中点锥面坐标值；

r为锥面坐标原点所在截面的半径；

h为锥面坐标原点所在截面与圆锥顶点的距离；

(x0、y0)为所述中点初始坐标值。

2d振镜运动至待标刻图形中心处时相对起始位置的坐标(dx，dy，dz，da)如上述所述；其中，dz为可以调节2d振镜的焦深；针对锥面待标刻区域中排列的图形，可以通过此算法得出每个图形的中心点的相对坐标，即相对于起始位置的坐标；在得到中心点的相对坐标后，通过控制运动组件移动，使得2d振镜能精准地达到图形的中心点位置。

即在本实施例的一种实现方式中，所述步骤100具体包括以下步骤：

步骤110，获取所述中点初始坐标值；

步骤120，根据所述中点初始坐标值，计算所述待标刻图形的中点锥面坐标值。

通过将锥形加工件的锥面进行展开，可计算得到每个待标刻图形的中点在锥面待标刻区域中的位置，从而驱动运动组件移动，使2d振镜对准图形中心。

如图1所示，在本发明实施例的一种实现方式中，所述锥面标刻方法还包括以下步骤：

步骤s200，根据所述中点锥面坐标值及预设算法，计算所述待标刻图形的各轮廓点锥面坐标值。

在本实施例中，确定待标刻图形的中点在锥面待标刻区域中的位置后，需要获取各轮廓点初始坐标值；然后，根据中点锥面坐标值及锥面包裹算法，对各轮廓点初始坐标值进行锥面包裹计算处理，即可得到各轮廓点锥面坐标值。

具体地，2d振镜精准地运动到待标刻图形中心位置后，要使锥面上的标刻图形展开后与平面上的标刻图形完全吻合，需要对平面上的标刻图形做锥面包裹算法。

在实际标刻时，可将标刻软件上绘制的待标刻图形的中心点与锥面待标刻区域的原点坐标进行对齐，取得该待标刻图形轮廓上的任意一点(x1，y1)；在取得任意一点后，先将该待标刻图形进行旋转，在锥面的展开面上排列待标刻图形，随着待标刻图形位置的变化，待标刻图形的中心点所在母线的夹角也会变化。

如图2所示，假设待标刻图形旋转后，该待标刻图形的旋转角度为b；那么，该待标刻图形中心点所在母线的夹角也为b；在经过旋转之后，采用包裹算法进行计算，最终得到的锥面坐标为(xi，yi，zi)。

具体地，结合图4所示，采用包裹算法的计算方式如下：

其中：

r为锥面坐标原点所在截面的半径；

h为锥面坐标原点所在截面与圆锥顶点的距离；

(x0、y0)为所述中点初始坐标值；

(x1、y1)为轮廓点初始坐标值；

x2为轮廓点相对于中点的锥面偏移距离；

y2为轮廓点相对于中点的锥面偏移距离；

de为轮廓点所在母线相对于中点所在母线的偏移距离；

(xi、yi、zi)为所述待标刻图形的轮廓点锥面坐标值。

其中，x2和y2在锥面展开图的位置如图2所示。

即在本实施例的一种实现方式中，所述步骤s200具体包括以下步骤：

步骤s210，获取各轮廓点初始坐标值；

步骤s220，对各轮廓点初始坐标值进行锥面包裹计算处理，得到各轮廓点锥面坐标值。

本发明通过锥面包裹算法计算各轮廓点的锥面坐标值，使得锥面标刻的图形展开后与展开图上的图形重合，即将标刻在锥面上的图形进行展开，展开后的图形与在平面上绘制的图形完成重合；为满足高精度的标刻要求，将每个图形下发的标刻数据经过包裹锥面的算法校正后，得到下发的准确标刻参数。

如图1所示，在本发明实施例的一种实现方式中，所述锥面标刻方法还包括以下步骤：

步骤s300，根据各轮廓点锥面坐标值计算各轮廓点对应的高度校正值。

在本实施例中，根据锥面包裹算法可以得到待标刻图形中每个点对应的激光需要到达的精确位置；但是，随着2d振镜的焦点的变化，标刻后的图形的精度也会随着变化；为了提高标刻的精准度，还需要根据各轮廓点锥面坐标值计算各轮廓点对应的高度校正值。

具体地，如图5所示，2d振镜标刻的图形随焦距变化而变化，即焦距越大，标刻的图形越大，焦距越小，标刻的图形越小；要满足精准标刻的要求，必须对2d振镜的平面与z轴进行校正。

假设待标刻图形落在锥面上的有效z轴取值范围为±z0，以中心点所在z轴坐标作为参照，中心点焦距h0，测量得到待标刻图形的宽度为wx0、wy0。

当zi>0时，即z点的位置小于中心焦距时，将z0的长度分为n等分，此时，zi落在(m，m+1)的位置上(0<m<n-1)，(m，m+1)的实际宽度值为(wxm，wym)，(wxm+1，wym+1)。

通过插值的方式得到zi位置的宽度，zi位置图形的宽度值与h0的宽度值比为fsx，fsy。

具体地，结合图5所示，通过如下算法计算所述高度校正参数：

fsx＝wx0/[wxm-(wxm-wxm+1)]*(zi*n/z0-m)；

fsy＝wy0/[wym-(wym-wym+1)]*(zi*n/z0-m)；

其中：

(wx0、wy0)为所述待标刻图形在中点所在平面的位宽；

(wxm、wym)为所述待标刻图形在m点所在平面的位宽；

(wxm+1、wym+1)为所述待标刻图形在m+1点所在平面的位宽。

最终校正后的点(x′，y′)坐标值为：

x′＝xi*fsx；

y′＝yi*fsy；

其中，fsx，fsy为各轮廓点对应的高度校正参数。

即在本实施例的一种实现方式中，所述步骤s300具体包括以下步骤：

步骤s310，根据各轮廓点锥面坐标值计算对应的高度校正参数；

步骤s320，通过所述高度校正参数对各轮廓点对应的振镜高度进行校正，得到所述高度校正值。

本发明通过对包裹算法后的标刻数据进行z轴校正，避免因2d振镜的缺陷而导致标刻图形的尺寸变化；同时，通过插值的方式获得校正后的图形的宽度值和宽度比值，确定各轮廓点对应的高度校正参数，利用该高度校正参数校正焦点的高度位置，使得标刻的图形满足高精度要求。

如图1所示，在本发明实施例的一种实现方式中，所述锥面标刻方法还包括以下步骤：

步骤s400，将各轮廓点锥面坐标值和所述高度校正值转换为对应的控制信号，并通过所述控制信号驱动振镜移动至对应的锥面坐标点。

在本实施例中，在确定各轮廓点锥面坐标值以及对应的高度校正值后，即可根据预设信号转换格式将各轮廓点锥面坐标值和高度校正值转换为对应的控制信号；其中，预设信号转换格式为io信号转换格式，通过该io信号转换格式将数据转换为电信号，从而根据该电信号驱动对应的电机进行转动，在电机的带动下驱动运动组件进行移动。

具体地，先根据io信号转换格式将各轮廓点锥面坐标值和高度校正值转换为对应的控制信号；当需要移动2d振镜时，电机控制器根据该控制信号驱动2d振镜，以将该2d振镜移动至对应的锥面坐标点，以及将该2d振镜移动至对应的高度；待2d振镜移动至对应的位置后，即可控制该振镜进行标刻；在经过多个轮廓点的标刻后，即可得到需要标刻的图形。

即在本实施例的一种实现方式中，所述步骤s400具体包括以下步骤：

步骤s410，根据预设信号转换格式将各轮廓点锥面坐标值和所述高度校正值转换为对应的控制信号；

步骤s420，根据所述控制信号驱动所述振镜，以将所述振镜移动至对应的锥面坐标点；

步骤s430，控制所述振镜对所述锥面坐标点进行标刻。

在本实施例中，通过一组io信号控制运动组件驱动2d振镜移动至需要标刻图形的区域，待2d振镜标刻完成之后，该激光打标系统向运动组件发送另一组io信号，控制该运动组件移动至下一个需要标刻图形的区域；待该运动组件运动完成之后，该激光打标系统发送io控制信号驱动2d振镜进行标刻；如此循环往复，直至锥形工件标刻完成。

由此可见，本发明通过获取待标刻图形的中点锥面坐标值，可实现对待标刻图形中点的精准定位；并且，根据中点位置计算待标刻图形的各轮廓点锥面坐标值，可实现对待标刻图形各轮廓点的精准定位；以及通过各轮廓点锥面坐标值计算各轮廓点对应的高度校正值，可实现对振镜的高度校正；本发明利用2d振镜实现锥面标刻图形，并达到3d振镜的标刻效果，降低标刻设备的成本，从而解决现有技术中2d振镜标刻精度低的技术问题。

示例性设备

本发明还提供了一种锥面标刻装置，其原理框图可以如图6所示。

该锥面标刻装置包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏；其中，该锥面标刻装置的处理器用于提供计算和控制能力；该锥面标刻装置的存储器包括计算机可读存储介质、内存储器；该计算机可读存储介质存储有操作系统和计算机程序；该内存储器为计算机可读存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境；该锥面标刻装置的网络接口用于与外部的终端设备通过网络连接通信。

该计算机程序被处理器执行时用以实现一种锥面标刻方法；该锥面标刻装置的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏。

本领域技术人员可以理解的是，图6中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的锥面标刻装置的限定，具体的锥面标刻装置可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种锥面标刻装置，其中，包括处理器和存储器，所述存储器存储有锥面标刻程序，所述锥面标刻程序被所述处理器执行时用于实现如上所述的锥面标刻方法。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其中，所述存储器存储有锥面标刻程序，所述锥面标刻程序被所述处理器执行时用于实现如上所述的锥面标刻方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。

综上所述，本发明提供了一种锥面标刻方法、装置及计算机可读存储介质，所述方法包括：获取待标刻图形的中点锥面坐标值；根据所述中点锥面坐标值及预设算法，计算所述待标刻图形的各轮廓点锥面坐标值；根据各轮廓点锥面坐标值计算各轮廓点对应的高度校正值；将各轮廓点锥面坐标值和所述高度校正值转换为对应的控制信号，并通过所述控制信号驱动振镜移动至对应的锥面坐标点。本发明通过锥面包裹算法将待标刻图形的平面坐标转换为锥面坐标，以及根据转换后的锥面坐标确定各振镜的高度，利用2d振镜实现3d振镜的标刻效果，降低标刻设备的成本，从而解决现有技术中2d振镜标刻精度低的技术问题。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。