一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法及系统

本公开涉及雕塑制作，具体涉及了一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、金属丝制品在日常生活和工业应用中非常普遍，它们以艺术品的形式呈现，凭借其独特的美感吸引着人们的目光。无论是金属丝雕塑、金属丝珠宝，还是金属丝家具设计，都展现出了金属丝的多样性和创造力。通过简单的弯曲工艺，一维的金属丝就能变成复杂的二维或三维雕塑，这种工艺的简洁性恰恰凸显了作品本身所蕴含的内在之美，是设计思想的简洁而高效的表达，散发着不可抗拒的魅力。金属丝制品的用途不仅限于艺术领域，它们在工业领域同样扮演着关键角色，如弹簧、铁丝网等，都是不可或缺的重要组成部分，这些产品因其功能性而受到重视。

3、在制造线结构时，通常采用两种主要方法：手工折弯和计算机数控(cnc)折弯。手工折弯依赖于艺术家的经验和技巧，这为创造复杂形状提供了极大的灵活性。cnc折弯则是一种自动化的工艺，通过精确的进线和折弯操作来塑造金属丝。在工业生产中，有许多高端的cnc折弯机能够制造出功能性的产品。但是，折弯机在制作复杂和精细的几何形状时存在一定的局限性。这是因为在折弯过程中，必须避免线材与机器或自身发生任何碰撞，以保证物理制造过程的顺利进行。因此，折弯机通常只能处理一些简单或规则的几何形状。而且，制造线结构通常涉及到使用线材折弯机来制造分解后的子线材，随后进行手动组装。如何利用cnc折弯机直接处理不经过分解的单根线材，保持目标线形状的完整性的同时弯折出复杂的几何形状，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述缺陷，本公开提出了一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法及系统，能够使用单根金属丝通过折弯机有效地制造各种复杂的线雕作品，用户只需要完成最后阶段的手工调整，减小劳动强度，节约人力成本。

2、为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

3、本公开第一方面提供了一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法，包括以下步骤：

4、获取目标曲线坐标点，将坐标点连接成线段，得到初始线段；

5、将初始线段拟合为可制造片段，并计算可制造片段间的角度；

6、计算折弯点的无碰撞可行角度范围，判断可制造片段间的角度是否在可行角度范围内，若没有，则利用碰撞求解器修改片段间的角度；

7、输出调整后的无碰撞可制造片段序列和用户调整的角度指引。

8、作为进一步的实现方式，所述可制造片段包括直线段和圆弧段。

9、作为进一步的实现方式，将初始线段拟合为可制造片段，包括生成候选的可制造片段，生成无重叠的可制造片段以及重拟合为满足制造约束的可制造片段三个步骤。

10、作为进一步的实现方式，生成候选的可制造片段，具体为：从当前的初始线段出发，向前面和后面的线段遍历，用遍历的片段来拟合直线段和圆弧段，多次迭代，直到直线段或圆弧段的拟合误差超过设定阈值。

11、作为进一步的实现方式，所述可制造片段间的角度包括平面角度和非平面角度，所述平面角度为两个向量间的夹角，所述非平面角度为三个向量构成的两个平面之间的夹角。

12、作为进一步的实现方式，通过束搜索策略将折弯点设置为调整点或非调整点，输出具有最少调整点的可制造片段序列，当调整点数量相同时，输出调整点的权重和大的可制造片段序列。

13、作为进一步的实现方式，通过对每个可制造片段寻找最长无碰撞片段序列，计算折弯点的权重。

14、本公开第二方面提供了一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划系统，包括：

15、初始线段模块，被配置为：获取目标曲线坐标点，将坐标点连接成线段，得到初始线段；

16、可制造片段模块，被配置为：将初始线段拟合为可制造片段，并计算可制造片段间的角度；

17、碰撞计算模块，被配置为：计算折弯点的无碰撞可行角度范围，判断可制造片段间的角度是否在可行角度范围内，若没有，则利用碰撞求解器修改片段间的角度；

18、输出模块，被配置为：输出调整后的无碰撞可制造片段序列和用户调整的角度指引。

19、本公开第三方面提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现本公开第一方面所述的一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法中的步骤。

20、本公开第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现本公开第一方面所述的一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法中的步骤。

21、与现有技术相比，本公开的有益效果为：

22、本发明提出了一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法，可以直接处理不经过分解的单根线材，以保持目标线形状的完整性。用连续的线段和圆弧段来拟合输入的目标线段，以确保每个加工片段满足制造约束，通过将输入的目标形状调整为无碰撞的形状，创建出可制造的线结构，然后通过双层优化生成可行方案。使用波束搜索策略选择调整点，并确定特定调整角度。不仅满足了制造的可行性，同时也增强了作品的美学吸引力。且生成了最少数量的调整点，通过人工进行最后阶段的调整，减小劳动强度，节约人力成本。该方法能够使用单根金属丝通过折弯机和人工有效地制造各种复杂的线雕作品。

23、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1中所述的一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法，其特征在于，所述可制造片段包括直线段和圆弧段。

3.如权利要求1中所述的一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法，其特征在于，将初始线段拟合为可制造片段，包括生成候选的可制造片段，生成无重叠的可制造片段以及重拟合为满足制造约束的可制造片段三个步骤。

4.如权利要求3中所述的一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法，其特征在于，生成候选的可制造片段，具体为：从当前的初始线段出发，向前面和后面的线段遍历，用遍历的片段来拟合直线段和圆弧段，多次迭代，直到直线段或圆弧段的拟合误差超过设定阈值。

5.如权利要求1中所述的一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法，其特征在于，所述可制造片段间的角度包括平面角度和非平面角度，所述平面角度为两个向量间的夹角，所述非平面角度为三个向量构成的两个平面之间的夹角。

6.如权利要求1中所述的一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法，其特征在于，通过束搜索策略将折弯点设置为调整点或非调整点，输出具有最少调整点的可制造片段序列，当调整点数量相同时，输出调整点的权重和大的可制造片段序列。

7.如权利要求6中所述的一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法，其特征在于，通过对每个可制造片段寻找最长无碰撞片段序列，计算折弯点的权重。

8.一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划系统，其特征在于，包括：

9.一种介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法中的步骤。

10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法中的步骤。

技术总结
本发明属于雕塑制作技术领域，提供了一种用于金属丝雕塑制造的工艺规划方法及系统，包括获取目标曲线坐标点，将坐标点连接成线段，得到初始线段；将初始线段拟合为可制造片段，并计算可制造片段间的角度；计算折弯点的无碰撞可行角度范围，判断可制造片段间的角度是否在可行角度范围内，若没有，则利用碰撞求解器修改片段间的角度；输出调整后的无碰撞可制造片段序列和用户调整的角度指引。本发明能够使用单根金属丝通过折弯机有效地制造各种复杂的线雕作品，减小劳动强度，节约人力成。

技术研发人员：张志豪,吴其兵,赵海森,屠长河,钟凡超,闫鑫,薛润泽
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/26