具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

图1是本发明所涉及的一种基于硬度检测的自动雕刻控制系统的原理框图；

图2是本发明所涉及的一种基于硬度检测的自动雕刻控制系统的控制流程图。

如图1和图2所示，本实施例1提供了一种基于硬度检测的自动雕刻控制系统，包括：工控机，以及与工控机电性连接的硬度计和雕刻机；所述工控机适于根据不同材料的物体选择相应模型(根据不同材料的物体的外形选择相应的模型)，以确定当前材料表面检测点的分布；所述工控机适于根据检测点控制所述硬度计检测当前材料表面各检测点的硬度；所述工控机适于根据各检测点的硬度匹配各检测点的雕刻速度；所述工控机适于根据各检测点的雕刻速度控制所述雕刻机对当前材料进行雕刻，在工艺品雕刻行业逐步取代手工雕刻实现自动化生产，减轻工人的劳动强度，提高生产效率和雕刻成功率。

在本实施例中，所述工控机适于控制所述硬度计内的探针下探，以检测当前材料表面各检测点的硬度。

在本实施例中，所述工控机适于通过RS232接口连接所述硬度计，以接收硬度计检测的各检测点的硬度数据；所述工控机内的PCI模块适于将硬度计检测的各检测点的硬度数据进行转换(将硬度数据转换为工控机可以吃力的格式)，并将转换后的硬度数据存储。

在本实施例中，工控机控制所述硬度计逐一检测当前材料表面各检测点的硬度，例如，根据当前材料模型获取所有检测点，对所有检测点进行标记(例如基于每个检测点编号)，逐一对所有检测点进行硬度检测(检测过程中每检测一个检测点后进行判断，当还有未检测的检测点时继续进行检测)，当所有检测点硬度检测完成后工控机控制硬度计内的探针归位。

图3是本发明所涉及的硬度检测界面示意图。

如图3所示，在本实施例中，所述工控机内的显示模块(显示模块可以是触控显示屏，以便于人机交互)适于显示各检测点的硬度；所述显示模块适于显示控制界面；根据硬度计检测的点位(检测点的位置)，在控制界面的雕刻区域平面展开图上标注、记录数据(显示各检测点的硬度数据)，并可在控制界面(显示模块)查询，便于直观的了解当前材料各检测点的硬度。

在本实施例中，所述工控机内的显示模块适于显示各检测点的雕刻速度；如表1所示，根据硬度可以匹配相应的雕刻速度(切割速度)，一个检测点的硬度就有一个检测点的雕刻速度与其匹配，在显示模块上显示当前位置切割速度(当前检测点的雕刻速度)，便于直观的了解当前材料各检测点的雕刻速度，将数据(各检测点的雕刻速度)导入雕刻机，使雕刻机雕刻当前材料(雕刻机的X轴、Y轴和Z轴控制以控制雕刻)的成功率提高。

表1：硬度与切割速度对应表

在本实施例中，针对较大面积的雕刻区域，根据当前材料的硬度大小从而调整雕刻速度，在雕刻区域内的每个需要下刀的位置都预先根据当前材料的软硬程度预先设定好了雕刻速度；针对小面积雕刻区域，基于矩阵算法，对整个雕刻面的速度进行融合计算并得出平均雕刻速度，进行雕刻。

在本实施例中，工控机内的显示模块可以按相关性质和重要性进行逻辑划分；用户界面(显示模块)能方便的处理各种事务，并可简单的使系统(基于硬度检测的自动雕刻控制系统)具备所希望的功能，基于硬度检测的自动雕刻控制系统具有较高的实时性，尤其是在雕刻机工作时，当用户要求雕刻机等机器立刻停止加工或当机床(雕刻机)发生故障时，操作该用户界面相应按钮，能够使基于硬度检测的自动雕刻控制系统快速地响应；用户界面使用可靠，能够保证用户正确、可靠地使用系统，保证有关程序和数据的安全性。

图4是本发明所涉及的一种基于硬度检测的自动雕刻控制系统的连接示意图。

如图4所示，在本实施例中，工控机内的键盘可以使用户对基于硬度检测的自动雕刻控制系统进行人工控制等；工控机可以通过touch控制器控制雕刻机的X轴、Y轴和Z轴雕刻。

在本实施例中，所述工控机适于根据各检测点的硬度匹配各检测点的雕刻速度，即硬度计探针下探，测量当前材料当前检测点(当前位置)的硬度值(X₀，Y₀，P₀)；记录并汇总各检测点硬度数据；定义一个融合矩阵W对各检测点硬度数据进行匹配处理，将单检测点硬度、整体硬度(当前材料整体硬度，即各检测点硬度)与雕刻速度进行匹配；通过速度补偿参数Q，补偿雕刻速度，使雕刻可以平稳进行；当当前材料整体雕刻速度的平均值低于单检测点雕刻速度时，则将当前位置雕刻速度乘补偿参数Q获取所需的雕刻速度；否则雕刻速度保持不变，速度补偿参数Q的取值在0.7-1.5的范围内，此时生成的雕刻效果相对较好。

在本实施例中，所述融合矩阵W为：

其中，(X_n，Y_n)为第n-1个检测点的坐标位置；P_n为第n-1个检测点的硬度值；将各检测点的硬度数据(X_n，Y_n，P_n)导入融合矩阵W；

单检测点硬度与加工速度匹配：

整体硬度与雕刻速度进行匹配：M/S为米/秒

在本实施例中，针对雕刻机的定位误差进行速度补偿算法设计，从速度角度考虑，希望多段产生零速-加速-匀速-减速-零速的效果；所述通过速度补偿参数Q，补偿雕刻速度，即假定雕刻机的速度存在偏差，因此预设时间(一段时间)内产生定位精度的整体补偿的总距离为S_e，即一段时间内总的目标补偿值；

当前已经补偿的距离为s_f，s_f的初始值为0，每补偿一个单位时间周期，s_f为加上当前的补偿值：

其中，S₁，S₂，S₃分别为匀速段距离、加速段距离、减速段距离，减速段距离S₃≥S_{3_max}，以保证后面的雕刻速度不牵扯到当前加工段；S为补偿的总距离；

最大减速距离s_{3_max}为：

其中，a为向心加速度；v为衔接处的速度；

衔接处的速度分别为v₀,v₁,v₂…v_n，则在第i段：

s_i为曲线加减速；

获取i+1段过度速度v_i+1；

若S_{3_i_max}≤S₃，则采用S型曲线加减速算法优化速度；

若S_{3_i_max}>S₃，且v_i>v_i+1，则雕刻速度调整至若v_i<v_i+1，则雕刻速度调整至

为避免在曲线路径切割过程中，曲率半径过大造成系统加速度无法满足给定速度变化的问题，在曲线的加工过程中，如果在直线部分不进行加减速，就需要在较低速度下进行加工，同时直线段存在一阶不连续特性，造成的过冲现象不能保证加工质量和精度，因此采用NuRBS曲线拟合的方式实现高精度插补：判断曲线的向心加速度是否大于给定阈值：a_N≥T；

若大于给定阈值，则在当前周期内，选定n个原始路径的顶点作为Nurbs曲线的控制顶点，同时设置每个顶点的权因子，因此k次NURBS曲线为：

其中，w_i(i＝0,1,…n)为权因子，且w_i≥0；p_i表示控制顶点；N_i,k(u)则是k次规范B样条基函数，由节点矢量u来决定；B样条基函数的递推公式为：

曲线插补存在轮廓误差，因此只需要计算拟合的插补轮廓与真实轮廓之间的误差在一定区间范围内，便可以满足雕刻机对于高精度插补的需要。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例2还提供一种基于硬度检测的自动雕刻控制控制方法，包括：检测当前材料表面各检测点的硬度；根据各检测点的硬度匹配各检测点的雕刻速度；以及机根据各检测点的雕刻速度对当前材料进行雕刻。

在本实施例中，所述基于硬度检测的自动雕刻控制方法适于采用实施例1中的基于硬度检测的自动雕刻控制系统对当前材料进行雕刻；检测当前材料表面各检测点的硬度，根据各检测点的硬度匹配各检测点的雕刻速度，以及机根据各检测点的雕刻速度对当前材料进行雕刻的方法在实施例1中已经详细描述在本实施例中不再赘述。

在本实施例中，所述硬度检测自动雕刻控制方法还包括：显示各检测点的硬度，以及显示各检测点的雕刻速度。

综上所述，本发明通过工控机，以及与工控机电性连接的硬度计和雕刻机；所述工控机适于根据当前材料选择相应模型，以确定当前材料表面检测点的分布；所述工控机适于根据检测点控制所述硬度计检测当前材料表面各检测点的硬度；所述工控机适于根据各检测点的硬度匹配各检测点的雕刻速度；所述工控机适于根据各检测点的雕刻速度控制所述雕刻机对当前材料进行雕刻，在陶工艺品雕刻行业逐步取代手工雕刻实现自动化生产，减轻工人的劳动强度，提高生产效率和雕刻成功率。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。