張鑫　張延開　張瑩瑩　高揚

摘要：本文結合世界經(jīng)濟發(fā)展和結構優(yōu)化升級的狀態(tài)下，結合了國際上集中先進、流行的玻璃內(nèi)雕刻工藝加工方法，最終對水晶內(nèi)雕技術進行研究。此研究不僅會對該技術進行一些探討。還為日后的玻璃加工方法奠定了基礎。

關鍵詞：水晶內(nèi)雕 工作參數(shù) 內(nèi)容及方法

一、引言

由于世界經(jīng)濟發(fā)展和結構優(yōu)化升級，我國工藝品出口增長迅猛，并逐漸成為全球最具競爭力的工藝品貿(mào)易中心。隨著人們的消費程度越來越高，工藝品市場需求變化越來越快，工藝品掀起了一股時尚的潮流。作為目前國際上最先進、最流行的玻璃內(nèi)雕刻工藝加工方法，水晶內(nèi)雕技術不僅能將三維圖像完美、清晰的呈現(xiàn)于水晶內(nèi)部，并且制得的水晶工藝品圖像栩栩如生且永不變色，可持久保存，極具個性化和紀念意義。為體現(xiàn)我校教學與科研并重、理論與實踐結合、建設與特色共舉的發(fā)展理念與市場需求，更好地對學校良好育人氛圍進行宣傳，本項目擬采用三維掃描儀與激光內(nèi)雕機兩者相結合的方法，完成本校樓宇建筑系列水晶工藝品的雕刻。此外，所制得的工藝品還可以作為禮物贈送給校友或者畢業(yè)生，這不僅是一份禮物，更是推動社會發(fā)展的一份力量。更重要的是，學生可以借此提高認知，贏得機遇，掌握市場。

二、項目研究目標

水晶激光內(nèi)雕工藝品市場需求大，投資回報高，如若找尋出此設備的應用規(guī)律并將其歸為“系統(tǒng)”乃至形成專利，那么市場前景將十分可觀，同時也為激光器在我國內(nèi)雕行業(yè)中的應用帶來了強大的動力。根據(jù)我校先進設備實驗室的根本狀況，本項目擬采用三維成像技術與三維建模設計軟件將校園建筑進行三維建模及渲染，所得立體圖形經(jīng)格式轉換及修正后，傳輸至激光內(nèi)雕刻機，激光內(nèi)雕刻機通過改變參數(shù)，如點陣數(shù)量，激光能量值大小等，突破水晶炸裂問題，確定水晶炸裂閾值，此外，通過數(shù)以百計的實驗找出參數(shù)設置規(guī)律及調(diào)整經(jīng)驗值，從而實現(xiàn)三維圖形在水晶內(nèi)部雕刻的最佳效果。為了保證項目進行的順利性，我們需要著手解決如下關鍵問題：

（1）如何將樓宇等大型建筑物的實體通過逆向工程設備導入三維軟件。（2）計算機與內(nèi)雕機圖像傳輸、文件格式轉換及手工修正規(guī)律探尋。（3）如何實驗以確定水晶的損傷閾值、各類圖案加工時的最佳參數(shù)。

（一）逆向輸入。用三維掃描儀對校園建筑進行逆向掃描，并分析其幾何構造與外觀數(shù)據(jù)，將搜集到的數(shù)據(jù)輸入計算機內(nèi)部并進行三維重建計算，在虛擬世界中創(chuàng)建校園建筑的數(shù)字模型，再將其轉換格式并手工修正，輸出給激光內(nèi)雕機。

（二）項目實施手段及方法。通過在激光雕刻機的算點軟件及雕刻軟件中進行參數(shù)設置，控制發(fā)射的激光束在水晶的內(nèi)部精確聚焦產(chǎn)生能量，使水晶內(nèi)部發(fā)生局部爆炸，產(chǎn)生白色微小點單元，根據(jù)轉換好的校園建筑三維數(shù)據(jù)軌跡移動激光焦點位置，在水晶內(nèi)部雕刻出圖案。

（三）確定參數(shù)。通過適當實驗方法，反復調(diào)節(jié)每個環(huán)節(jié)的參數(shù)以確定水晶破壞的閾值，使雕刻的圖案以最佳的三維形態(tài)在水晶內(nèi)部展現(xiàn)。

三、擬采用的研究方法，技術路線及實驗方案

（一）研究方法。本項目設計采用控制變量法、實驗對比分析法，通過控制電流、電壓、生成點云的點，線，面密度、平行面的面積及間距、打標點的集中度，來觀察水晶是否出現(xiàn)爆裂的現(xiàn)象。單一改變內(nèi)雕機內(nèi)某一參數(shù)，找出不同類型三維圖形的最佳參數(shù)標定組，實現(xiàn)水晶內(nèi)雕實物加工的完整性。

（二）技術路線。方案的設計一工作參數(shù)的設定一制作時的數(shù)據(jù)控制一完成作品一真實操作下的對比一形成相關報告

（三）實驗方案。本項目擬采用半閉環(huán)試驗方案：采集樓宇的三維圖像信息一編輯并建立虛擬三維模型一導入內(nèi)雕算點軟件一試驗多組算點參數(shù)一試驗多組雕刻參數(shù)一將得到的多組內(nèi)雕成品與原始三維模型、真實樓宇進行比對一整理比對信息一反饋至參數(shù)組設定環(huán)節(jié)。

四、過程中的關鍵點闡述

（一）數(shù)據(jù)的采集。利用三維掃描儀配合著數(shù)碼相機、GPS定位裝置等附件，分析預雕刻校內(nèi)建筑物的幾何構造與外觀數(shù)據(jù)，將搜集到的數(shù)據(jù)用來進行三維重建計算，創(chuàng)建物體幾何表面的點云。由三維激光掃描儀直接與數(shù)碼相機、GPS定位裝置、升降臺、旋轉平臺、應用軟件以及其他附件相結合。以本團隊之前使用過的RiegILMS-Z420i三維激光掃描儀為例，該掃描儀是以反射鏡進行垂直方向掃描，水平方向則以伺服計步馬達轉動儀器來完成水平360度掃描，從而獲取三維點云數(shù)據(jù)。

（二）數(shù)據(jù)的傳遞。通過三維相機或三維掃描儀獲取的圖像信息，利用計算機進行格式轉換并進一步手工調(diào)整，從而傳遞給激光內(nèi)雕機。下圖表示以三維掃描儀為例的掃描及傳輸過程。

（三）確定各項參數(shù)。反復試驗多組算點參數(shù)、雕刻參數(shù)。采用控制變量法，分別對電流、電壓、生成點密度、平行面的面積及間距、打標點的集中度，進行逐一單一變量控制，單一改變內(nèi)雕機工作的環(huán)境，來觀察水晶是否出現(xiàn)爆裂的現(xiàn)象，找出最合適的條件，實現(xiàn)水晶內(nèi)雕實物加工的完整性。加工出三維掃描儀預置形狀的水晶工藝品。

（四）項目的實施。通過聚焦，使激光的能量密度在到達要加工區(qū)域之前低于水晶的破壞閾值，而在希望加工的區(qū)域則超過這一臨界值。脈沖激光的能量可以在瞬間使水晶受熱炸裂，從而產(chǎn)生微米至毫米數(shù)量級的微裂紋，由于微裂紋對光的散射而呈白色。通過已經(jīng)設定好的計算機程序控制在水晶內(nèi)部雕刻出特定的形狀，水晶的其余部分則保持原樣。

（五）整理。將得到的水晶工藝品與原始三維模型、真實樓宇進行比對，整理數(shù)據(jù)并分析，得出最佳參數(shù)，獲得最完美的水晶工藝品。

五、結語

伴隨著現(xiàn)代工藝品市場需要逐步擴大，水晶內(nèi)雕技術已經(jīng)越來越受歡迎，本項目就是研究這一項新技術，不僅會推動工藝品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且還能讓學生增加一些課外的技能和動手能力；此外，通過數(shù)以百計的實驗找出參數(shù)設置規(guī)律及調(diào)整經(jīng)驗值，從而實現(xiàn)三維圖形在水晶內(nèi)部雕刻的最佳效果。通過找尋工作過程中的各項參數(shù)，來確定最終適宜的工況。