[發(fā)明專利]一種基于MATLAB的激光標(biāo)記陰影的自動(dòng)生成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110376152.1
• 申請(qǐng)日: 2021-04-08
• 公開（公告）號(hào): CN113096147B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪浩笛;張輝;董仁澤;洪梅;任開軍;劉科峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/13
• 分類號(hào): G06T7/13;G06T7/187;G06T3/40;G06T15/60;G06T17/00
• 代理公司: 北京卓嵐智財(cái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11624
• 代理人: 蔣真

本發(fā)明提供了一種基于MATLAB的激光標(biāo)記陰影的自動(dòng)生成方法，包括以下步驟：圖形邊緣數(shù)據(jù)的提取與插值處理，多邊形等距偏移，建立多連通圖案的等距等高線陰影填充模型，建立多連通圖案的“之”字形陰影填充模型，基于等距等高線和“之”字形陰影填充方法，最終可以得到清晰、均勻、無間斷點(diǎn)的多連通圖形激光標(biāo)記陰影填充。本發(fā)明構(gòu)建了基于MATLAB的多連通圖形等距等高線和“之”字形陰影填充方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多連通圖形的高效、快速填充，解決了激光標(biāo)記繪圖程序可塑性差，計(jì)算速度慢，結(jié)果出現(xiàn)斷點(diǎn)、誤連、偏移次數(shù)過量等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光標(biāo)記技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于MATLAB的激光標(biāo)記陰影的自動(dòng)生成方法,具體來說是根據(jù)線性插值后的多連通域圖形的邊界坐標(biāo)集合，基于多邊形等距偏移和等距平行線切割算法，在MATLAB上實(shí)現(xiàn)對(duì)任意多連通域圖形的等高線和“之”字形陰影填充，并將該功能開源化。

背景技術(shù)

激光標(biāo)記作為一種現(xiàn)代精密加工方法，常用于對(duì)模型或產(chǎn)品上文字，符號(hào)，圖像等信息進(jìn)行標(biāo)注，與傳統(tǒng)的腐蝕加工法和氣動(dòng)加工法相比，具有工件無接觸，軌跡高精細(xì)，標(biāo)記強(qiáng)耐久等優(yōu)勢，標(biāo)記的過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。目前，激光標(biāo)記技術(shù)已廣泛用于各行各業(yè)，為優(yōu)質(zhì)、高效、無污染和低成本的現(xiàn)代加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。

激光標(biāo)記的基本原理是在高能激光束的照射下，沿著特定的軌跡，在工件表面留下一定的熔化、汽化、加熱變色等物理化學(xué)痕跡，從而實(shí)現(xiàn)工件表面的信息標(biāo)注。激光打標(biāo)機(jī)的核心系統(tǒng)是激光控制系統(tǒng)，而繪圖系統(tǒng)又是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵分支系統(tǒng)。激光標(biāo)記首先要解決的問題就是對(duì)圖案的二維輪廓進(jìn)行識(shí)別，在此基礎(chǔ)上生成輪廓內(nèi)的一系列等距照射軌跡，激光沿軌跡照射便形成了清晰醒目的陰影標(biāo)記。目前，激光標(biāo)記常用的輪廓填充方案包括封閉曲線填充，對(duì)角線填充，交叉影線填充，等高線填充和之字形填充等。其中，等高線和之字形填充是最常見的兩種填充方式：之字形填充的基本原理是利用等距平行線切割輪廓線形成一系列的平行線段，再將這些線段按照之字形順序首尾相連，得到離散的激光軌跡。平行等高線填充的基本原理是利用多邊形向內(nèi)等距偏移，自外輪廓不斷向內(nèi)衍生新的子邊界，直到等距等高線覆蓋整個(gè)圖形。實(shí)際應(yīng)用中，選擇何種填充方案很大程度上取決于標(biāo)記材料的理化性質(zhì)和標(biāo)記過程對(duì)加工任務(wù)的影響。

激光標(biāo)記常見的繪圖模塊主要有兩種：一種是機(jī)器自帶的繪圖軟件，程序， App等，通過一定的算法自動(dòng)識(shí)別物體的輪廓，顏色等特征信息，通過比對(duì)軟件自帶的圖庫，批量生成不同類型的填充陰影。優(yōu)點(diǎn)是能在短時(shí)間內(nèi)完成軌跡文件制作并上傳控制中心，不僅效率高，而且實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。但最大的缺點(diǎn)是不能對(duì)打印對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，可塑性弱，比如標(biāo)記鐳雕LOGO等復(fù)雜圖案時(shí)仍需外源軟件再加工，一旦繪圖軟件出現(xiàn)故障，整個(gè)激光打標(biāo)機(jī)都會(huì)停止運(yùn)作，設(shè)備維修方面也必須考慮拆解組裝打標(biāo)機(jī)造成的成本問題和安全問題。另一種是借助外源繪圖軟件輔助制作陰影文件，常見的有CorelDraw，CAD等，能夠在打標(biāo)機(jī)外部生成陰影并規(guī)劃激光軌跡，再將輸出的陰影文件(通常是pdf或者jpg等圖片格式)傳回控制系統(tǒng)并執(zhí)行后續(xù)操作。這類軟件大多是國外研發(fā)的非開源軟件，需要購買使用權(quán)，且軟件內(nèi)部代碼無法或者很難更改，程序可塑性不高。此外，絕大多數(shù)軟件對(duì)輸入和輸出數(shù)據(jù)的文件格式也有一定的要求，不兼容現(xiàn)象時(shí)常存在。當(dāng)前，我國在激光標(biāo)記繪圖軟件和程序的開發(fā)方面仍屬空白，隨著激光標(biāo)記技術(shù)的不斷推廣，面向多種編程語言的陰影自動(dòng)生成程序已成為潛在需求。

目前，激光標(biāo)記陰影的自動(dòng)生成模塊仍以打標(biāo)機(jī)自帶的圖形處理程序?yàn)橹鳎瑫簳r(shí)沒有共享的開源程序，且處理速度不理想。MATLAB自帶的Polygon程序包可以完成多邊形的等距偏移，理論上可以實(shí)現(xiàn)等距等高線的陰影生成，但偏移后的多邊形陰影曲線仍然存在終點(diǎn)位置開口，端點(diǎn)連接混亂，過量偏移等問題，尤其針對(duì)多連通域圖形來說，仍需進(jìn)一步的優(yōu)化處理。之字形陰影暫無MATLAB命令可以一鍵生成，需要手動(dòng)編程實(shí)現(xiàn)。總的來說，基于MATLAB等各類編程語言的激光標(biāo)記陰影程序設(shè)計(jì)還有很大發(fā)展空間。