基于紋理映射的自由曲面上三維激光打標方法
Time: 2017-11-15 Reads: 3300 Edit: Admin
   
▲雙工位標準機/SPLT-FM20-D1 三維激光打標機

    三維激光打標技術是對激光的一種應用,可以實現在三維自由曲面上快速打印復雜、清晰且美觀的圖形圖案。同時,由于激光打標具有無接觸,無切削力,熱影響小等特點,使用三維激光打標機進行加工時,工件不會發生形變和產生內應力。另外,隨著工業技術的發展和市場需求,越來越多產品外觀都設計成流線型曲面,從而推動三維激光打標技術的應用。
                ▲三維激光打標手機天線
    針對三維激光加工技術面對著如何在三維自由曲面生成圖案的問題,提出基于三角網格曲面紋理映射的三維激光打標方法。因此,所有自由曲面或實體都是采用三角網格進行逼近擬合而成,采用的網格曲面模型都來自對STL(Stereolithography)文件的解析。首先,采用一種基于投影原理的自由曲面紋理映射方法,通過投影原理確定二維平面圖案對應三維自由曲面上的位置實現紋理的映射。文章提出一種基于“針刺取點法”的投影方法,保證二維平面圖案能夠準確無誤的映射到任意自由曲面上。但這種基于投影的紋理映射方法,當曲面高斯曲率較大時,紋理會發生明顯的形變。因此,在此方法上進一步改進,提出在可展曲面進行紋理映射,實現映射的紋理完全不變形,但這種方法只能在可展曲面上進行紋理映射。其次,在任意不可展自由曲面上進行紋理映射,想要紋理完全不變形目前來說是不可能的,只能減少紋理的變形程度。為了減少在任意曲面上紋理映射的形變程度,選用了曲面參數化方法。這種方法是將組成自由曲面三角面盡可能保形的在平面上展開。為了能準確定位紋理的位置,論文中選用了保角參數化方法ABF++(Angle Based Flattening),其采用牛頓迭代的方法,求取一組在平面上展開三角網格時三角形形變最小的角度值。這種方法展平的自由曲面不但可以保持其自身形狀和拓撲關系,而且對其展平的邊界沒有限制。再次,在使用ABF++進行三角曲面參數化進行紋理映射時,為了減少不必要的計算,論文采用網格分割方法,并且結合K鄰域快速搜索法快速定位到目標,減少了不必要的計算,提高紋理過程運算的速度。另外,為了能夠準確的將二維紋理映射到曲面上,論文結合了投影原理對平面圖案進行定位。同時,采用重心坐標方法實現二維圖案向三維曲面的線性映射,從而避免繁雜的逆矩陣變換計算,提高了運算的速度。并對映射的紋理形變程度進行了量化分析。最后,以VS2010為平臺,使用C#和C++編程語言并且結合OpenGL庫,搭建了三維顯示環境,對上述算法進行了實現,使用了三維模型對紋理映射算法的可行性進行仿真驗證。另外,結合三維激光打標系統的光路結構,驗證了激光打標機在三角網格重構的曲面上打標的有效性。論文在最后做了三維激光打標試驗,進一步驗證了上述所提方法的可行性。


▲三維激光打標立體線路

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