一种基于点串拟合的曲线雕刻路径生成方法与流程

本发明涉及个性化工艺品加工领域，具体为一种基于点串拟合的曲线雕刻路径生成方法。

背景技术：

在工艺品中融入个性化的元素已经逐渐成为消费者倾向的模式，比如在工艺品上雕刻个人的手写体签名等。这种个性化元素的雕刻加工，主要采用的技术包括图像处理技术以及数控加工技术。图像处理软件主要将个性化元素转化为加工所需的曲线数据，而数控加工过程则主要利用cad/cam软件生成加工路径。目前常用的图像处理软件有photoshop、3dmax、犀牛软件等，主流的cad/cam软件有法国的catia、德国的siemensenx等。

传统的个性化工艺品加工方案首先通过拍照获取签名图像，再导入图像处理软件中处理，得到dxf图形曲线，最后将dxf曲线导入cad/cam软件中生成雕刻路径进行加工。传统方案采用图像处理软件生成dxf曲线时，基于矢量化提取图像的中心线，根据voronoi图原理将图形边界往中心“腐蚀”来得到图像骨架，该方法严重依赖于图像的质量，在图像比较模糊时得到的骨架线不够光顺，且容易出现丢线现象，无法满足工艺品高观赏性的要求。传统的技术方案需要操作人员在多个软件中相互切换，时间利用率低，对操作人员的要求较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于点串拟合的曲线雕刻路径生成方法，能够避免丢线或曲线不够光顺的现象，从而改善雕刻曲线质量，此外能够减少人工操作，使曲线雕刻路径的生成模板化，进而提高雕刻路径生成效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1)通过获取二维输入点串数据，进而构建雕刻曲线图形；

2)对点串数据进行去噪处理并重新进行样条拟合，生成光滑的雕刻曲线图形；

3)分别进行以下处理生成加工图形：

3.1)对图形进行聚中处理，使雕刻曲线图形重合雕刻区域坐标系的中心；

3.2)对图形进行缩放处理，使雕刻曲线图形最大程度的充满雕刻区域；

3.3)对图形进行定位处理，保持雕刻曲线图形原状，将雕刻曲线图形定位到指定区域；

4)根据加工图形生成相应的cad或cam模板。

通过数位板获取二维输入点串数据，步骤2)进行去噪处理之前将点串数据屏幕坐标转换为物理坐标。所述的步骤2)通过点云去噪算法完成去噪处理。

所述的步骤4)生成cad模板的方法为：根据点串数据及雕刻曲线图形的处理规则，在cad模块中建立对应的图层，生成cad模板，使加工图形的生成模板化。

所述的步骤4)生成cam模板的方法为：根据具体曲线雕刻的加工过程确定加工方案，针对特定的加工方案确定加工参数与加工刀具，加工图形采用cad模板中对应的图层进行过滤，在cam模块中创建对应的路径，进而生成cam模板，使曲线雕刻路径的生成模板化。

所述的步骤3.3)将二维输入点串数据采用包裹原理映射到曲面上。

与现有技术相比，本发明通过获取二维输入点串数据，进而构建雕刻曲线图形，对得到的点串数据进行光顺优化，将去噪优化后的点串拟合成光顺的样条线，避免了丢线以及曲线不够光顺的现象，提高了个性化雕刻的观赏性。本发明将图形处理及路径生成过程按制定的规则生成相应的cad或cam模板，之后仅根据需要调用对应的模板进行路径重算就能够生成路径，使加工图形的生成以及曲线雕刻路径的生成模板化，简化了后续人工操作，节省了时间，提高了效率。采用模板的构造方式，能够根据不同的加工要求制定不同的规则，进而生成相应的模板，在简化操作的同时又不失功能的灵活性，能够满足不同要求的加工方案。

附图说明

图1本发明雕刻路径生成流程图；

图2本发明点串去噪处理示意图；

图3本发明点串样条拟合示意图；

图4本发明图形聚中处理示意图；

图5本发明图形缩放处理示意图；

图6本发明图形定位处理示意图；

图7本发明生成的cad模板示意图；

图8本发明生成的cam模板示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，本发明基于点串拟合的曲线雕刻路径生成方法包括以下步骤：

1、通过数位板获取输入点串进而构建雕刻曲线图形。可以采用个性化输入设备如数位板，直接得到如电子签名的二维点串数据，进而构建雕刻图形。

2、处理点串数据，生成光滑的雕刻曲线图形。

1)通过坐标转换，将点串数据屏幕坐标转换为物理坐标。

通过个性化输入设备如数位板得到的数据点坐标是屏幕坐标，屏幕坐标系的y轴与物理坐标系y轴相反，且两者原点不重合，因此需要通过坐标转换将点串数据屏幕坐标转换为物理坐标，否则会出现镜像效果及原点出错问题。

2)参见图2，对点串进行去噪处理，排除可能出现的打折与自交现象。

由于点串是通过个性化输入设备如数位板手写输入产生的，因此有很大的随机性，采用点云去噪算法，可以避免生成的雕刻曲线出现打折与自交现象。

3)参见图3，对点串进行样条拟合，保证生成光滑的雕刻曲线。采用样条拟合算法，保证生成光滑的雕刻曲线，不仅可以提高雕刻效果的观赏性，还能保证雕刻过程的流畅性。

3、处理雕刻图形，将图形精确定位到曲面指定区域，生成加工图形。

1)对图形进行聚中处理，参见图4；

为保证点串输入实时性，输入点串图形的起点位于雕刻区域坐标系的左下角，导致点串图形的中心与雕刻区域坐标系原点可能不重合，而考虑后续加工的方便性，同时为保证点串图形最大程度落在雕刻区域内，通过聚中处理让点串图形的中心与雕刻区域坐标系原点重合。

2)对图形进行缩放处理。

参见图5，为让点串输入过程有更好的操作性，允许在点串输入区域随意输入，这就难免出现图形对象过小或超出雕刻区域的情况，通过缩放操作保证图形最大程度充满雕刻区域。

3)对图形进行定位处理。

参见图6，通过数位板得到的点串为二维点串，但实际雕刻时通常要在曲面进行雕刻，这就需要将点串映射到曲面上。鉴于此，采用包裹原理，在高度保持图形原状的情况下，将图形精确定位到曲面指定区域。

4、生成cad、cam模板，使曲线雕刻路径生成模板化。

4.1)参见图7，生成cad模板内容。如何在模型中获取正确的图形数据进行变换操作及生成加工路径，可以通过cad模块的图层功能实现。cad模块主要根据预先制定的处理点串数据、处理雕刻图形的规则，建立对应的图层，生成cad模板，使加工图形的生成模板化。

4.2)参见图8，生成cam模板内容。路径的生成要素主要有三个：加工参数、加工刀具以及加工图形，cam模块主要根据曲线雕刻的加工工艺，确定加工方案，进而可以确定其加工参数与加工刀具，创建对应的加工路径，用加工树进行保存，加工图形则采用cad模板中对应的图层进行过滤，进而生成cam模板，使曲线雕刻路径生成模板化。

本发明采用模板的思想，可以根据不同的加工要求制定不同的规则，进而生成相应的模板，在简化操作的同时又不失功能的灵活性，能够满足不同要求的加工方案。