计算机数控技术在沙雕玻璃雕刻机中的应用 李雷雨 河北奥玻玻璃集团股份有限公司 河北邯郸０５６００２ 【摘要】本研究将计算机图像成像原理与砂雕玻璃传统加工工艺技术结合，并借助计算机数控技术实现砂雕玻璃的自动化加工，为生产砂雕玻璃 提供新的技术方法。本文简述了数控砂雕玻璃生产的技术原理及机器的总体结果。 【关键词】玻璃雕刻喷砂工艺 计算机数控图像处理 中图分类号：ＴＰ３９３．０文献标识码：Ｂ文章编号：１００９—４０６７（２０１４）２１—５７．０１ 砂雕玻璃是运用喷砂工艺多雕刻的玻璃，该种玻璃具有艺术性、实 （二）选择开放式数控系统的方案 用性，且价格低廉、工艺简单，已经被广泛地应用到玻璃器皿、园艺、 目前，主要选用ＮＣ嵌人Ｐｃ方式，并使用运动控制器＋ＰＣ模式开发 家具、居室建筑艺术装潢、灯饰、标牌、＿Ｔ艺美术等各行业领域中 。传 砂雕玻璃雕刻机数控系统。ＮＣ嵌入Ｐｃ方式通常将微机作为平台，将开 统的装饰玻璃制品的机械加工方式为人工操作，但是随着计算机数控技 放式可编程运动控制器作为控制中心，运动控制器和Ｐｃ机构成上下位、 术、图像处理技术、计算机图形和机电一体化技术的不断发展，本研究 主从式计算机控制模式。使用ＰＣ机负责人机界面管理、数控程序编辑等 将计算机数控技术与传统的玻璃喷砂工艺相结合，为喷砂玻璃制品的自 功能。 动化及数字化提供了一项新技术，现将其关键技术及实现方法报道如下。 （三）砂雕玻璃雕刻机的数控系统软件 一、砂雕玻璃的传统雕刻加工方法 （１）数控系统软件的人机界面：①屏幕操作功能：借助软件将硬件面 砂雕玻璃的雕刻加工是以传统的喷砂工艺为基础，使用喷嘴以高速、 板虚拟化，以实现图像数据文件选取、读人、保存及机床的手动运行、 定向气流把细微磨料喷射至玻璃表面，使玻璃表面形成交叉微裂纹，并 回原点、继续、急停等操作功能；②参数设置功能：玻璃雕刻加工过程 最终呈现细小的贝壳状而剥落，所以玻璃表面呈现富有立体感、层次分 中，需要体现向控制系统输入相关的工作状态及参数；③图像显示功能： 明的半透明或者不透明毛面。砂雕玻璃传统加工方式的流程如下：（１）在 包括屏幕仿真加工、雕刻图形预览、雕刻轨迹故障报警及实时动态跟踪 玻璃制品表面黏贴不干胶纸；（２）塞照设计图案，用铅笔在不干胶上面描 等信息显示功能；（２）动态轨迹实时跟踪显示及屏幕仿真加工：①玻璃雕 绘雕刻图案；（３脓据描绘图案用小刀镂空刻制；（４）将贴有镂空不干胶的 刻加工开始前，提前在计算机屏幕上进行玻璃雕刻图案仿真加工，借此 玻璃制品放在密闭箱体容器内，接着由人工手持喷行喷砂工艺处理， 检验雕刻数据是否正确；②数控玻璃雕刻机加＿丁运行过程中，计算机屏 不干胶纸保护的玻璃保持原有的透明、光亮面，而不干胶纸镂空处可以 幕会跟踪并显示雕刻喷头的实际运动轨迹，加工过程与运动轨迹图像始 喷射雕刻出相对粗糙的玻璃毛面。依据数字图像学观点，传统加工方式 终保持对应，操作者可以以此了解加工进程和监控系统的实际工作状态。 得到的各种砂雕玻璃毛面实质上是由高速运动的磨料颗粒蚀刻、冲击出 四、结语 的一些密集像素点阵。所以，由传统喷砂＿Ｔ艺雕刻加Ｔ 来的玻璃艺术 传统的砂雕玻璃加＿Ｔ方法因应用喷砂技术，具有价格低廉、喷砂磨 图案类似于普通黑白照片及由计算机点阵式打印机打印到纸上的黑白图 料产地广及生产设备简单的特点，至今仍被广泛应用于国内装潢玻璃加 像的成像原理相类似，且均是由密集点阵方式呈现出的二维平面图像。 工、装饰市场上 。但是该种方式以人工手工操作为生产基础，操作者 二、砂雕玻璃数控加工技术的原理及工艺流程 的技术水平和个人美学素养会直接影响砂雕玻璃制品的质量水平及图案 依据计算机网形学理论观 ，Ｆｈ传统喷砂雕刻加工方式获得的玻璃 艺术效果，无法确保玻璃雕刻品的质量；另外雕刻所用临摹绘本的图案 工艺图案可以看作一幅二维平面图像，该图像是由一系列规则分布、明 数量有限、内容老化单调，很难满足用户的精细化、时尚化、个性化及 暗不同的“像素”点阵构成；二维平面图像实际上是一个由许多像素点 多样化的需求；再加之该种方法的生产周期长、劳动强度大，难以开展 构成的二维矩阵，这些像素都包含了反应图像在这些点的颜色变化及明 大批量的加工生产。 暗变化等的信息，这些图像称为“位图”，而任何复杂的图形及字符均能 相比于传统的砂雕玻璃加工方法，计算机数控砂雕玻璃加工具有如 当作是由点集合成的位图图像 －。 下优点：（１）图像素材来院较广，可以借助数字相机拍摄、扫描、大量的 所以，我们能够借鉴传统手工玻璃喷砂工艺的方法，采用计算机图 计算机图像文件中获得，还可以经过Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ等数字图像处理软件进行 形图像处理技术与ＰＣ机开放式数控系统相结合，来设计可以实现砂雕玻 艺术处理得到；（２）淘汰传统砂雕玻璃加工工艺中的掩膜工序，使喷砂玻 璃制品自动化雕刻的计算机数控加Ｔ系统；该系统依据玻璃Ｔ艺图案的 璃雕刻Ｔ艺过程得到简化；（３溉砂量、耗气量均较低，不仅可以节约磨 二维像素矩阵，经由Ｐｃ计算机控制气压磨料喷射机械装置，通过像素点 料、节能，还显著缩短了生产周期，无形中降低了工人的劳动强度，数 阵扫描的方式来蚀刻、冲击玻璃表面，获得具有图像仿真艺术效果、丰 控加工所得玻璃产品的质量较稳定，可以适应大批量生产加工的需求。 富多彩的砂雕玻璃图案。计算机数控砂雕玻璃加工工艺流程为：开始一 伴随着计算机数控砂雕玻璃加工技术的逐步完善，今后可以通过提 位图图像二值化一提取像素阵列一像素重组处理一数控自动喷雕一结 高雕刻图像的分辨率来提高砂雕玻璃的图像质量。因为玻璃制品应用面 束。 广、种类多，所以计算机数控砂雕玻璃加工技术具有较大的市场发展前 三、计算机数控砂雕玻璃雕刻机的结构 景及应用价值。 （一）机械运动部件的结构 参考文献 圆柱型直线滚动导轨、龙门架、工作台、同步齿形带、机座、步进 ［１】邱润生．基于Ｐｃ的开放式数控系统及其在玻璃雕刻机中的应用 电机等机械部件构成了数控玻璃雕刻机的机械运动结构。二维机械运动 ｆＪ］．轻工机械，２００６，０４：１４８－１ ５２． 系统由Ｙ轴方向及ｘ轴方向的运动部件构成，该系统可以给气压磨料喷 【２］田相克，马保聪，李志鹏．基于ＰＭＡＣ的开放式数控系统在自动玻 射雕刻头装置提供Ｙ轴和ｘ轴方向的运动，以此完成雕刻喷头的后续扫 璃雕刻机中的应用［Ｊ］．机床与液压，２００５，０６：３５－３６． 描雕刻加Ｔ。Ｘ轴运动托架、同步皮带轮及齿形带、两圆柱型直线滚动 ［３】张铎，蔡晓君，周士达．小型数控雕刻机控制系统设计［Ｊ］．新技 导轨、ｘ轴步进电机、龙门架等零部件构成了ｘ轴方向的机械运动部件； 术新工艺，２０１４，０４：２８—３１． 而机床底座等零部件、同步皮带轮及齿形带、两圆柱型直线滚动导轨、Ｙ 【４］李显，殷苏民．基于ＰＭＡＣ的玻璃雕刻机数控系统的研究和开发 轴步进电机等构成了Ｙ轴方向的机械运动部件。 ［Ｊ 兰州工业高等专科学校学报，２００３，０４：２５－２８． ２０１４・２１ 中国电子商务．＿ ５７
