專利名稱：數(shù)字控制刻畫圖像的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在物體表層以雕刻、切割形式制作圖形或圖象的方法和裝置，特別是一種利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制而刻畫圖象的方法及裝置。
目前，利用計(jì)算機(jī)控制作刻畫的，有計(jì)算機(jī)切割機(jī)及計(jì)算機(jī)用繪圖儀等。其中，計(jì)算機(jī)切割機(jī)是根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的平面圖形的二維座標(biāo)值，控制其步進(jìn)及切割機(jī)構(gòu)在紙張上切割出文字或圖案；而計(jì)算機(jī)用的繪圖儀，系在其X、Y、Z三軸系統(tǒng)中的Z軸上，裝上一支可供更換的畫筆，借由X、Y兩軸的移動(dòng)以控制畫筆畫出所需的軌跡。這兩種結(jié)構(gòu)中，前者只能切割紙張，并且切割的效果表現(xiàn)為剪紙的形式，組成文字或圖案的線條或圖塊間均需有額外的線條來(lái)連接，不能真實(shí)地還原圖形或圖象；后者只具有在紙張上用墨水畫圖的功能，而沒(méi)有在物體表面以雕刻、切割形式制作圖形或圖象的功能。中國(guó)專利CN1051012A公開了一種電子影雕系統(tǒng)，該系統(tǒng)由攝像輸入裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)控影雕機(jī)組成，用攝像輸入裝置將獲得的圖象信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字量存入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)圖象進(jìn)行影雕加工輔助編程，將該數(shù)據(jù)分批傳送到數(shù)控影雕機(jī)，程序控制影雕機(jī)機(jī)械裝置的工作，在青石板上擊打出平面影雕的作品。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是其Z向的動(dòng)作是由一個(gè)電磁機(jī)構(gòu)控制，控制系統(tǒng)只向該電磁機(jī)構(gòu)發(fā)出高低電平這兩種狀態(tài)，因此其雕刻頭在Z向的動(dòng)作只有兩種狀態(tài)，即擊打或不擊打，不能還原出圖象的明暗程度或?qū)哟?，并且其雕刻頭只能作擊打動(dòng)作，只適宜鑿刻青石板，并不能制作出分辨率較高的圖象或刻劃出圖象的細(xì)節(jié)部分。中國(guó)專利CN2135421Y公開了一種電腦刻字機(jī)，它由微機(jī)控制機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和刻字頭機(jī)構(gòu)組成，其技術(shù)方案是先從存在于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的字模中挑選出所需的字符，再由計(jì)算機(jī)將該字符對(duì)應(yīng)的字模的二維平面點(diǎn)陣數(shù)值送往驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制刻字頭機(jī)構(gòu)在X向、Y方向的運(yùn)動(dòng)，由一固定的Z向數(shù)值驅(qū)動(dòng)刻字頭機(jī)構(gòu)在垂直方向的位移，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)下由刻字頭銑切加工對(duì)象。該刻字機(jī)的特點(diǎn)是只能從計(jì)算機(jī)內(nèi)部現(xiàn)存的字庫(kù)中選擇字符進(jìn)行加工，而不能錄入圖形或圖象或?qū)D形或圖象進(jìn)行處理并進(jìn)行刻畫加工，并且其得到的字符的點(diǎn)陣信息仍然只能是二維的平面數(shù)值，不能反映圖形或圖象在三維空間中的信息。
本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字控制刻畫圖象的方法及裝置，所述的這一方法及裝置克服了上述已有技術(shù)中的功能單一、只適應(yīng)處理二維數(shù)據(jù)及所刻畫圖象分辨率低的等等不足，所述的這一方法及裝置可以以多種形式在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成圖形或圖象，可以對(duì)所取得的圖象進(jìn)行處理或修改編輯，可以取得圖象所反映或包含的三維空間座標(biāo)數(shù)值，并可以將此三維空間座標(biāo)信息準(zhǔn)確地以刻畫方式再現(xiàn)于被加工物體表層；這一方法及裝置能真實(shí)精確地還原三維空間中的物體表層形態(tài)，并且除采用銑切、切割方式外，還可以采用熔燙方式刻畫物體表層，并可進(jìn)一步地對(duì)圖形或圖象進(jìn)行染色加工。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明一種數(shù)字控制刻畫圖象的方法，是首先在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成圖形或圖象，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出前述圖形或圖象所包含的每一象素在三維空間座標(biāo)系中的位置的座標(biāo)值，再據(jù)構(gòu)成此座標(biāo)值的在X、Y、Z方向上的數(shù)字量，由計(jì)算機(jī)送出電信號(hào)來(lái)分別控制一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的三組驅(qū)動(dòng)部件，以操縱機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)相對(duì)于被加工物體表層在X、Y、Z方向的位移動(dòng)作或作銑切、切割、切削或熔燙動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置由計(jì)算機(jī)圖象處理單元和刻畫單元組成，所述的計(jì)算機(jī)圖象處理單元包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)；所述的刻畫單元由一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)組成；所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路和三組電驅(qū)動(dòng)部件，所述的機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)包括一個(gè)工作臺(tái)和三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)由固定的導(dǎo)軌、移動(dòng)座和分別連接前述三組電驅(qū)動(dòng)部件、并連接前述移動(dòng)座的傳動(dòng)件組成，其中一組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)固定在另一組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的移動(dòng)座上，而所述的另一組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)固定在第三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的移動(dòng)座上，所述的三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)軌的方向相互垂直，使得所述的三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的移動(dòng)座的運(yùn)動(dòng)方向也相互垂直，第三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)固定在前述的工作臺(tái)上，使得在以工作臺(tái)平面為X軸-Y軸平面的三維空間座標(biāo)系中，所述的三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的移動(dòng)座分別可作X、Y、Z向的運(yùn)動(dòng)；在作Z向運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)座上固定有一個(gè)刻畫頭，所述的刻畫頭包括一個(gè)電驅(qū)動(dòng)元件和一個(gè)切削元件，所述的切削元件與前述電驅(qū)動(dòng)元件連接，并可在電驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)下對(duì)被加工物體表層進(jìn)行切削加工。
首先由計(jì)算機(jī)對(duì)圖形或圖象進(jìn)行逐點(diǎn)分解，取得每一點(diǎn)的座標(biāo)值，包括以下情況1，對(duì)于已存在于計(jì)算機(jī)中的三維圖象，由計(jì)算機(jī)直接取得其欲還原部分的表面各點(diǎn)的座標(biāo)值；2，以攝像機(jī)對(duì)物體同一表面從多種角度攝取圖象，由計(jì)算機(jī)在圖象處理軟件的支持下，將其處理為三維圖象，再按上述情況1的處理方法，獲得物體該表面各點(diǎn)的三維座標(biāo)值；3，對(duì)于已存在于計(jì)算機(jī)中的二維圖形或圖象，由計(jì)算機(jī)在圖象處理軟件的支持下，以其各點(diǎn)的位置取得各點(diǎn)的X、Y座標(biāo)值，根據(jù)各點(diǎn)顏色的灰度取得該點(diǎn)由該圖象反映的空間位置，計(jì)算出該點(diǎn)的Z座標(biāo)值；4，以掃描儀、攝像機(jī)向計(jì)算機(jī)輸入圖象，由計(jì)算機(jī)在圖象處理軟件的支持下，截取所需圖象，以其各點(diǎn)的位置取得各點(diǎn)的X、Y座標(biāo)值，根據(jù)各點(diǎn)顏色的灰度取得該點(diǎn)由該圖象反映的空間位置，計(jì)算出該點(diǎn)的Z座標(biāo)值；然后計(jì)算機(jī)通過(guò)連接電纜將上述座標(biāo)值以電信號(hào)的方式傳送至一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)操縱其中的三組驅(qū)動(dòng)部件，移動(dòng)刻畫頭作X、Y、Z向的位移，刻畫頭中的切削元件在電驅(qū)動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)下對(duì)被加工物體表層進(jìn)行切削加工。
在完成上述工作的裝置中，所述的電驅(qū)動(dòng)部件可以是公知技術(shù)中的直流步進(jìn)電機(jī)；連接電驅(qū)動(dòng)部件與移動(dòng)座的方式可以是由螺桿作為傳動(dòng)件連接，也可以是公知技術(shù)中的其它機(jī)械傳動(dòng)連接結(jié)構(gòu)；刻畫頭中的切削元件可以是鉆頭、銑刀或針，刻畫頭中的電驅(qū)動(dòng)元件可以是公知技術(shù)中的直流電機(jī)。在刻畫頭中可以連接一個(gè)電加熱裝置，以加熱切削元件，在作為加工對(duì)象的塑料板的表層熔燙出痕跡，并可在塑料板的表面鋪以一層玻璃紙，在熔燙的同時(shí)將玻璃紙熔入塑料板的表層，選用所需顏色的玻璃紙，則可在塑料板的表層的熔燙痕跡中染上所需的顏色。
本發(fā)明的一種數(shù)字控制刻畫圖象的方法，因?yàn)槔糜?jì)算機(jī)取得圖形或圖象所包含的每一象素在三維空間座標(biāo)系中的位置的座標(biāo)值，再據(jù)構(gòu)成此座標(biāo)值的在X、Y、Z方向上的數(shù)字量，由計(jì)算機(jī)送出電信號(hào)來(lái)分別控制一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的三組驅(qū)動(dòng)部件，以操縱機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)相對(duì)于被加工物體表層在X、Y、Z方向的位移動(dòng)作或作銑切、切割、切削或熔燙動(dòng)作，所以可以以多種形式在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成圖形或圖象，可以對(duì)所取得的圖象進(jìn)行處理或修改編輯，可以高精度地制作或再現(xiàn)各種圖案或圖象；特別是可以取得圖象所反映或包含的三維空間座標(biāo)數(shù)值，并可以將此三維空間座標(biāo)信息準(zhǔn)確地以刻畫方式再現(xiàn)于被加工物體表層；這一方法及裝置能真實(shí)精確地還原三維空間中的物體表層形態(tài)，并且除采用銑切、切割方式外，還可以采用熔燙方式刻畫物體表層，并可進(jìn)一步地對(duì)圖形或圖象進(jìn)行染色加工。
以下結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的工作原理流程圖，其中1在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成圖形或圖象；2由計(jì)算機(jī)計(jì)算出前述圖形或圖象所包含的每一象素在三維空間座標(biāo)系中的位置的座標(biāo)值；3將構(gòu)成此座標(biāo)值的在X、Y、Z方向上的數(shù)字量，送往驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；4驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)操縱機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)在X、Y方向的位移動(dòng)作；5驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)操縱機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)在Z方向的位移；6機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)作銑切、切割、切削或熔燙動(dòng)作。
圖2為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法裝置的一個(gè)實(shí)施例的立體圖；圖3為本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明的裝置一個(gè)實(shí)施例中的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在X、Y軸向動(dòng)作的示意圖；圖5為本發(fā)明的裝置中一個(gè)具有電熱裝置的實(shí)施例的示意圖；圖6為本發(fā)明的裝置中一個(gè)具有小鋼珠的切削元件的實(shí)施例的示意圖；圖7為本發(fā)明的裝置中一個(gè)具有電子探測(cè)器的實(shí)施例的示意圖；圖8為本發(fā)明的裝置中的刻畫頭的組合結(jié)構(gòu)圖；圖9為本發(fā)明的裝置中一個(gè)鋪上玻璃紙的熔燙加工實(shí)施例示意圖。
本發(fā)明一種數(shù)字控制刻畫圖象的方法，是首先在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成圖形或圖象，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出前述圖形或圖象所包含的每一象素在三維空間座標(biāo)系中的位置的座標(biāo)值，再據(jù)構(gòu)成此座標(biāo)值的在X、Y、Z方向上的數(shù)字量，由計(jì)算機(jī)送出電信號(hào)來(lái)分別控制一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的三組驅(qū)動(dòng)部件，以操縱機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)相對(duì)于被加工物體表層在X、Y、Z方向的位移動(dòng)作或作銑切、切割、切削或熔燙動(dòng)作。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的工作原理流程如圖1所示，按圖1中1、2、3、4、5、6的步驟，在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成圖形或圖象，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出前述圖形或圖象所包含的每一象素在三維空間座標(biāo)系中的位置的座標(biāo)值，將構(gòu)成此座標(biāo)值的在X、Y、Z方向上的數(shù)字量，送往驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)操縱機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)在X、Y方向的位移動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)操縱機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)在Z方向的位移，機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)對(duì)被加工物體表層作銑切、切割、切削或熔燙動(dòng)作。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成圖形或圖象的方法是1，對(duì)于已存在于計(jì)算機(jī)中的三維圖象，由計(jì)算機(jī)直接取得其欲還原部分的表面各點(diǎn)的座標(biāo)值；2，以攝像機(jī)對(duì)物體同一表面從多種角度攝取圖象，由計(jì)算機(jī)在圖象處理軟件的支持下，將其處理為三維圖象，再按上述1的處理方法，獲得物體該表面各點(diǎn)的三維座標(biāo)值；3，對(duì)于已存在于計(jì)算機(jī)中的二維圖形或圖象，由計(jì)算機(jī)在圖象處理軟件的支持下，以其各點(diǎn)的位置取得各點(diǎn)的X、Y座標(biāo)值，根據(jù)各點(diǎn)顏色的灰度取得該點(diǎn)由該圖象反映的空間位置，計(jì)算出該點(diǎn)的Z座標(biāo)值；4，以掃描儀、攝像機(jī)向計(jì)算機(jī)輸入圖象，由計(jì)算機(jī)在圖象處理軟件的支持下，截取所需圖象，以其各點(diǎn)的位置取得各點(diǎn)的X、Y座標(biāo)值，根據(jù)各點(diǎn)顏色的灰度取得該點(diǎn)由該圖象反映的空間位置，計(jì)算出該點(diǎn)的Z座標(biāo)值。
圖2展示了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一種數(shù)字控制刻畫圖象方法裝置的一個(gè)實(shí)施例的立體圖；在這個(gè)實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置由計(jì)算機(jī)圖象處理單元和刻畫單元組成，所述的計(jì)算機(jī)圖象處理單元包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)；所述的刻畫單元由一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)組成；所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路和三組電驅(qū)動(dòng)部件，所述的機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)包括一個(gè)工作臺(tái)和三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)由固定的導(dǎo)軌、移動(dòng)座和分別連接前述三組電驅(qū)動(dòng)部件、并連接前述移動(dòng)座的傳動(dòng)件組成，其中一組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)固定在另一組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的移動(dòng)座上，而所述的另一組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)固定在第三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的移動(dòng)座上，所述的三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)軌的方向相互垂直，使得所述的三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的移動(dòng)座的運(yùn)動(dòng)方向也相互垂直，第三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)固定在前述的工作臺(tái)上，使得在以工作臺(tái)平面為X軸-Y軸平面的三維空間座標(biāo)系中，所述的三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的移動(dòng)座分別可作X、Y、Z向的運(yùn)動(dòng)；在作Z向運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)座上固定有一個(gè)刻畫頭，所述的刻畫頭包括一個(gè)電驅(qū)動(dòng)元件和一個(gè)切削元件，所述的切削元件與前述電驅(qū)動(dòng)元件連接，并可在電驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)下對(duì)被加工物體表層進(jìn)行切削加工。
圖2實(shí)施例所示的裝置，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)組成，其中，如圖2、圖3、圖4所示，機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)包括有一個(gè)工作臺(tái)10，在工作臺(tái)10的前后兩邊緣，各固定一根可嵌合X向移動(dòng)座20的X向?qū)к?1，在每根X向?qū)к?1的兩端上緣各固定一固定體221，在X向的每?jī)晒潭w221之間分別樞接一根X向螺桿22，每根X向螺桿22穿設(shè)于X向滑套體21內(nèi)，X向滑套體21固定在X向移動(dòng)座20上，當(dāng)X向螺桿22轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用它的陽(yáng)螺牙帶動(dòng)內(nèi)有陰螺牙的滑套體21而使X向移動(dòng)座20左右移動(dòng)，此為X方向上的動(dòng)作，其中固定體221可限制X向滑套體21移動(dòng)的范圍；兩X向螺桿22的螺紋距離相等，以保證在兩螺桿22等速旋轉(zhuǎn)時(shí)，套于兩X向螺桿22上的兩X向滑套體21移動(dòng)的微距亦能相同；在兩X向螺桿22的同向一端，分別固定一個(gè)傳動(dòng)輪13，以一傳動(dòng)皮帶14跨套這兩個(gè)傳動(dòng)輪13，可使兩X向螺桿22等速旋轉(zhuǎn)；兩X向螺桿22旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力源是利用設(shè)置于其中一根X向螺桿22一端的X向驅(qū)動(dòng)元件12(在此選用直流步進(jìn)電機(jī))，通過(guò)傳動(dòng)皮帶14使兩X向螺桿22同步旋轉(zhuǎn)，在另一X向螺桿22的一端還可裝有一個(gè)X向手動(dòng)搖體23，可手動(dòng)控制X向的動(dòng)作。在兩X向螺桿22上的兩X向滑套體21之上各有一固定體，兩固定體間樞接有一根縱向的Y向螺桿33，在兩X向滑套體21之上還跨設(shè)有一縱向的縱梁30，在縱梁的上緣及側(cè)緣分別固定Y向?qū)к?01及Y向?qū)к?02，以嵌接具有兩個(gè)Y向移動(dòng)座311、312的Y向滑套體31，Y向滑套體31呈∏形，兩Y向移動(dòng)座311、312置于Y向滑套體31的內(nèi)緣，Y向滑套體31的另一側(cè)的內(nèi)緣固定一Y向滑套313，Y向螺桿33穿設(shè)于滑套313內(nèi)且兩端固定于兩X向滑套體21間，Y向螺桿33的一端亦固定有Y向驅(qū)動(dòng)元件32(在此選用直流步進(jìn)電機(jī))，以使Y向滑套體31借由Y向螺桿33的旋轉(zhuǎn)而帶動(dòng)嵌于兩Y向?qū)к?01、302上的兩Y向移動(dòng)座311、312前后移動(dòng)。Y向螺桿33的另一端還可裝設(shè)一個(gè)Y向手動(dòng)搖體36，可手動(dòng)控制Y向的動(dòng)作。體31的上側(cè)，設(shè)置一驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)元件34的驅(qū)動(dòng)控制器35(具有在Y向滑套體31的另一側(cè)固定一個(gè)Z向伸縮結(jié)構(gòu)體40，在其上有一個(gè)Z向驅(qū)動(dòng)元件43(在此選用直流步進(jìn)電機(jī))，其側(cè)邊具有Z向移動(dòng)座412，Z向移動(dòng)座412嵌合一具有導(dǎo)軌411的固定座41，在固定座41的側(cè)邊固定有一個(gè)具有旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)體44，Z向伸縮結(jié)構(gòu)體40的內(nèi)部具有螺桿及套在螺桿上的滑套，滑套與Z向移動(dòng)座412組合，可利用螺桿將動(dòng)力從Z向驅(qū)動(dòng)元件43傳遞到Z向移動(dòng)座412，使嵌于Z向移動(dòng)座上的固定座41可上、下移動(dòng)。旋轉(zhuǎn)體44的內(nèi)部設(shè)置一可在其內(nèi)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，并凸出于旋轉(zhuǎn)體44的下緣而固定連接一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪441，如圖8所示，在驅(qū)動(dòng)輪441的下緣固定一具有陽(yáng)螺紋的嵌座442，在其嵌入切削元件42之后螺套入一內(nèi)具有陰螺紋的螺合套443，在這個(gè)實(shí)施例中，切削元件42是一種直徑較小的鉆頭，將切削元件42固定于嵌座442內(nèi)。在Y向滑套體31的一側(cè)，設(shè)置一具有驅(qū)動(dòng)輪341的驅(qū)動(dòng)元件34(在此選用直流電機(jī))，在Y向滑套體31的上側(cè)，設(shè)置一驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)元件34的驅(qū)動(dòng)控制器35，該驅(qū)動(dòng)控制器包括有電源及電流調(diào)節(jié)器；在驅(qū)動(dòng)輪441與驅(qū)動(dòng)輪341之間套上一皮帶342，將驅(qū)動(dòng)元件34的旋轉(zhuǎn)借由皮帶342的連動(dòng)傳遞到驅(qū)動(dòng)輪441，并可利用驅(qū)動(dòng)控制器35中的電流調(diào)節(jié)器控制驅(qū)動(dòng)元件34的旋轉(zhuǎn)速度，達(dá)到控制切削元件42旋轉(zhuǎn)速度的目的。在工作臺(tái)10的中心，固定一可供夾合欲加工的工作板的虎鉗50，工作板可為塑料板、銅板、玻璃或大理石板等。
驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由用MNCZ-80芯片為中央處理器的單片計(jì)算機(jī)和步進(jìn)電機(jī)伺服電源組成，計(jì)算機(jī)圖象處理單元通過(guò)連接電纜送來(lái)的信號(hào)，在MNCZ-80單片計(jì)算機(jī)的控制下，分X、Y、Z三路信號(hào)經(jīng)過(guò)步進(jìn)電機(jī)伺服電源控制X向、Y向、Z向的步進(jìn)電機(jī)，此一步進(jìn)電機(jī)伺服控制技術(shù)系采用已有技術(shù)，為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知，故不再詳述。
當(dāng)前述的X向驅(qū)動(dòng)元件12、Y向驅(qū)動(dòng)元件32控制X向、Y向機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)到達(dá)設(shè)定的X向、Y向座標(biāo)值位置時(shí)，Z向驅(qū)動(dòng)元件43控制Z向機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)動(dòng)作，使旋轉(zhuǎn)的切削元件42下沉計(jì)算機(jī)給定的Z向位移量，即可將計(jì)算機(jī)內(nèi)圖形或圖象中的一個(gè)象素，按其在三維空間中的位置，還原在所加工物體的表層，將組成計(jì)算機(jī)內(nèi)圖形或圖象的所有象素以上述形式由切削元件42還原出，即可在所加工物體的表層得到計(jì)算機(jī)內(nèi)圖形或圖象在三維空間的真實(shí)再現(xiàn)。
切削元件42可根據(jù)所需鉆孔的孔洞直徑，即所需的每一象素的直徑，而選擇其直徑、形狀，可以是中心鉆，可以是麻花鉆，也可以是微型銑刀或硬質(zhì)合金材料制成的針體。如圖5所示，還可以將旋轉(zhuǎn)體44內(nèi)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)卸去，將一個(gè)電熱裝置444裝在旋轉(zhuǎn)體44內(nèi)，加熱連接于旋轉(zhuǎn)體44下緣的切削元件42，即能在塑料板上借由X向、Y向及Z向機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)作熔出一個(gè)個(gè)孔洞。圖6所示的的實(shí)施例中，切削元件42是一個(gè)下端嵌入了一個(gè)鋼珠的針體，可在塑料板上熔出較大的孔洞，也可利用拖拉的方式，使具有高熱的鋼珠在塑料板表層形成任意形狀的熔化線條，也可用由硬質(zhì)合金材料制成的針體，在X向、Y向機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)控制下移至一定位置，再控制Z向下沉使針體插入工作板的表層內(nèi)，再利用X向、Y向的移動(dòng)，在工作板的表層刮出溝槽，而一條條溝槽之間，亦可利用Z向的動(dòng)作上移，使它們達(dá)到中斷的效果。如圖7所示，本發(fā)明的裝置亦可利用其特殊的Z向軸快速伸縮功能而應(yīng)用于浮雕，在旋轉(zhuǎn)體44內(nèi)裝上具有電子探針頭4451的電子探測(cè)器445，利用電子探針探測(cè)浮雕的深淺度，由于探針是橫向移動(dòng)、為防止它在碰觸一高一低時(shí)易碰斷，因此Z向動(dòng)作以快速伸縮跳動(dòng)的方式由左至右X向一路探測(cè)過(guò)去，每探測(cè)完一路X向，則再往下探測(cè)下一路的X向，就避免了電子探針4451會(huì)碰斷的現(xiàn)象。圖9所示的實(shí)施例系利用有電熱裝置444的切削元件42，在塑料板60的表層鋪以一層玻璃紙70，而當(dāng)切削元件42熔燙塑料板60時(shí)，同時(shí)將玻璃紙熔入所形成孔洞之上，達(dá)到燙金或染色的目的。
權(quán)利要求
1，一種數(shù)字控制刻畫圖象的方法，在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成圖形或圖象，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出前述圖形或圖象所包含的數(shù)字量，再將此數(shù)字量以電信號(hào)的方式傳送到一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)操縱刻畫裝置對(duì)被加工物體進(jìn)行刻畫加工，其特征在于所述的由計(jì)算機(jī)計(jì)算前述圖形或圖象所包含的數(shù)字量是由計(jì)算機(jī)取得構(gòu)成前述圖形或圖象的每一象素在三維空間座標(biāo)系中的位置的座標(biāo)值，再根據(jù)構(gòu)成此座標(biāo)值的在X、Y、Z方向上的數(shù)字量，由計(jì)算機(jī)送出電信號(hào)來(lái)分別控制一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的三組驅(qū)動(dòng)部件，以操縱刻畫機(jī)構(gòu)相對(duì)于被加工物體表層在X、Y、Z方向的位移動(dòng)作。
2，如權(quán)利要求1所述的數(shù)字控制刻畫圖象的方法，其特征在于對(duì)已存在于計(jì)算機(jī)中的三維圖象，先由計(jì)算機(jī)對(duì)欲還原部分的表面進(jìn)行逐點(diǎn)分解，取得每一點(diǎn)的三維座標(biāo)值。
3，如權(quán)利要求1所述的數(shù)字控制刻畫圖象的方法，其特征在于生成圖象并取得三維座標(biāo)值的方法是以攝像機(jī)對(duì)物體同一表面從多種角度攝取圖象，由計(jì)算機(jī)在圖象處理軟件的支持下，將攝取的圖象處理為三維圖象，再由計(jì)算機(jī)對(duì)欲還原部分的表面進(jìn)行逐點(diǎn)分解，獲得物體該表面各點(diǎn)的三維座標(biāo)值。
4，如權(quán)利要求1所述的數(shù)字控制刻畫圖象的方法，其特征在于對(duì)于已存在于計(jì)算機(jī)中的二維圖形或圖象，由計(jì)算機(jī)在圖象處理軟件的支持下，對(duì)該圖形或圖象進(jìn)行逐點(diǎn)分解，取得各點(diǎn)的X向、Y向座標(biāo)值，根據(jù)各點(diǎn)顏色的灰度取得該點(diǎn)由該圖象反映的空間位置，計(jì)算出該點(diǎn)的Z向座標(biāo)值。
5，一種用于權(quán)利要求1所述的數(shù)字控制刻畫圖象方法的裝置，由計(jì)算機(jī)圖象處理單元和刻畫單元組成，所述的計(jì)算機(jī)圖象處理單元包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)；所述的刻畫單元由一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)組成，所述的計(jì)算機(jī)圖象處理單元以連接電纜與所述的刻畫單元中的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相聯(lián)，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路和三組電驅(qū)動(dòng)部件，所述的機(jī)械刻畫機(jī)構(gòu)包括一個(gè)工作臺(tái)和三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)由固定的導(dǎo)軌、移動(dòng)座和分別連接前述三組電驅(qū)動(dòng)部件、并連接前述移動(dòng)座的傳動(dòng)件組成，其中一組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)固定在另一組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的移動(dòng)座上，而所述的另一組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)固定在第三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的移動(dòng)座上，所述的三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)軌的方向相互垂直，第三組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)固定在前述的工作臺(tái)上，在其中一組機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的移動(dòng)座上固定有一個(gè)刻畫頭，所述的刻畫頭包括一個(gè)電驅(qū)動(dòng)元件和一個(gè)切削元件。
6，如權(quán)利要求5所述的一種實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制刻畫圖象方法的裝置，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)圖象處理單元包括有一臺(tái)攝像機(jī)，攝像機(jī)通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)相聯(lián)。
7，如權(quán)利要求5所述的一種實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制刻畫圖象方法的裝置，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)圖象處理單元包括有一臺(tái)掃描儀，所述的掃描儀通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)相聯(lián)。
8，如權(quán)利要求5所述的一種實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制刻畫圖象方法的裝置，其特征在于所述的刻畫頭中包括有一個(gè)電熱裝置。
9，如權(quán)利要求5所述的一種實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制刻畫圖象方法的裝置，其特征在于所述的刻畫頭中的切削元件呈針狀。
10，如權(quán)利要求9所述的一種實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制刻畫圖象方法的裝置，其特征在于所述的刻畫頭中的切削元件的頭部嵌有一個(gè)鋼珠。
全文摘要
一種數(shù)字控制刻畫圖像的方法，先在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成圖像，取得其每一象素的三維坐標(biāo)值，以此坐標(biāo)值控制三組驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使刻畫機(jī)構(gòu)對(duì)被加工物體表層作三維的切割。實(shí)現(xiàn)此方法的裝置包括計(jì)算機(jī)圖像處理單元和刻畫單元，可以將三維空間信息準(zhǔn)確地刻畫于物體表層。本發(fā)明及裝置效果精細(xì)，用途廣泛，使用方便。
文檔編號(hào)G06T1/00GK1122483SQ9411397
公開日1996年5月15日 申請(qǐng)日期1994年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月4日
發(fā)明者鄭景鏘 申請(qǐng)人:鄭景鏘