[发明专利]用于装饰品的基于表面的加工的方法

说明书

对相关申请的交叉引用

关于联邦赞助研究/开发(FEDERALLY SPONSOREDRESEARCH/DEVELOPMENT)的声明

本申请涉及并且要求享有2007年4月3日提交的题为METHODFOR SURFACE-BASED MACHINING OF DECORATIVEARTICLES的美国临时申请No.60/921,548的优先权，该申请通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明一般涉及一种装饰雕刻方法。更具体地讲，本发明涉及使用计算机数字控制(CNC)设备对装饰品进行基于表面的加工的方法。

背景技术

对于特色家居、办公室和其它建筑空间，当代建筑和内部设计实践经常要求例如雕刻和成型的精细装饰品。这样的装饰配件可以在拱门、钥匙、王冠、橱柜部分、柱头、柱子、枕梁、壁炉架、嵌线、裱贴、把手和各种其它面板及产品中找到。配件通常包括高雅和有美感的设计，例如花、藤蔓、叶子、灌木、团花图样等。使用各种类型的材料，例如包括枫木、红橡木、樱桃木、白橡木、桃花心木、黑胡桃木和桤木的木材。其它材料可包括纤维板、塑料和复合物，当最终产品不需要表现任何木材纹理或当最终产品将被涂漆而不是染色时，这些材料特别有用。

这些配件可以根据需要包含在门、橱柜、房子和其它结构中，以提供装饰设计和装饰外观，从而增强其中有着这样的装饰建筑元素的区域的美学吸引力。传统地，并且在过去的大部分时间，这些配件是使用凿子、圆凿、槌棒和其它公知的手工工具手工雕刻的。然而，近来，已发展了使雕刻过程自动化的技术。

自动雕刻技术通常使用计算机数字控制(CNC)机器。CNC机器包括引导机床的操作的计算机控制器，所述机床是执行雕刻的可操作部件。例如，机床可以是切割、钻孔、刨削(route)或从工件去除材料的刀具。接着，机床被连接至在计算机控制器控制下的例如电动机或气动机的起动力。计算机控制器具有对机床沿工件的移动以及切割/钻孔/刨削操作安排顺序的编程。

编程通常被提供为G代码，所述代码可通过各种计算机辅助制造(CAM)软件包产生。G代码包括表示机床的线性移动以及圆形或弓形移动的指令。与加工速度、工件方位和刀具的选择相关的其它指令也包括在G代码指令中。在不能由基本的线性和弓形片断表示轮廓的情况下，由近似这样的轮廓的一系列短线或曲线来代替。通常，由CAM软件产生的G代码由后处理器进行解析，所述后处理器为特定CNC机器对G代码进行优化。CNC机器显著地提高了成品的质量和一致性，从而特别适合批量生产这样的产品。

由于创建装饰品所需要的加工指令的复杂性，设计师通常不直接编程G代码指令，而是在计算机辅助设计(CAD)软件应用的图形环境中电子地设计。使用各种软件包来在三维空间下制作构思的产品的模型。一旦完成设计，可输出对应于该模型的G代码指令并在CNC机器上执行该指令。

在图形环境中的视觉表示和CNC G代码指令中间，可存储配件的模型并将其沿笛卡尔坐标空间表示为立体、一系列表面或点的集合。最常见地，以立体光刻镶嵌(Stereolithography Tessalation)语言(STL)文件存储该物品，这将三维结构表示为三角面或片的封闭体设置。每一片由三个点和方位向量来定义。在将立体或表面模型变换为三角面模型时，通过拟合算法应用预定的容差以确保最终的表示是完全封闭的。

尽管在加工处理期间用STL文件和三角面形式工作是有利的，但也存在一些显著的缺点。最明显的是面模型仅是原始表面几何的近似。这样，完成的物品的精度可能低于满意的精度，这在为上述装饰配件构思的复杂设计中尤其成问题。尽管可充分地缩小面容差，但完成的物品可能具有必须进行例如磨砂和/或刨工(planing)的后加工处理的锯齿状的边缘和表面。应理解表示复杂结构需要大量三角形(和对应的顶点坐标)，这导致了大的STL文件大小和增加的处理时间。此外，在创建之后编辑STL文件是困难的。对于配件的设计的任何改变必需通过CAD软件来进行，这在接近CNC机器时可能可用或不可用。因此，CAD软件产生一致的和恰当地封闭的模型是必需的。沿这些线，STL文件通常不能容易地按比例缩放，因为复合三角形的各个顶点随着整体模型的大小的增加将变得更可见。为了产生多个大小的相似配置的装饰配件，需要为每个大小产生多个STL文件，这将导致额外的文件管理复杂性。