[發(fā)明專利]修正激光切割機(jī)的切割頭的路徑的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380034801.3
• 申請(qǐng)日: 2013-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN104412186A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T·W·加拉斯;M·布蘭德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三菱電機(jī)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): G05B19/4061
• 分類號(hào): G05B19/4061
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;劉久亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及根據(jù)圖案來移動(dòng)激光切割機(jī)，以從片材切割出特征，并且更具體地，涉及沿著彎路(detour)移動(dòng)激光切割機(jī)，從而避免切割頭與之前從材料切割出的特征之間的沖突。

背景技術(shù)

片材的激光切割

根據(jù)圖案從片材上切割出特征是常見的制造工藝。通常，激光切割頭沿著正交軸在有界平面上平移。該類型的激光切割機(jī)通常用來從不同厚度的塑料和金屬片切割出分開的特征。通常由遵循稱為“nc-碼(nc-code)”或“g-碼(g-code)”的規(guī)定指令列表的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制器(CNC：computer?numerical?controller)，來執(zhí)行對(duì)激光切割機(jī)的控制。

通常使用兩種類型的激光切割頭移動(dòng)。在激光器持續(xù)接通的同時(shí)，能夠由在材料的平面上非常快速的橫向運(yùn)動(dòng)來執(zhí)行純粹的平移或橫向移動(dòng)。該類型的移動(dòng)是優(yōu)選的。

切割頭上升/下降移動(dòng)相對(duì)較慢。在執(zhí)行切割頭上升/下降移動(dòng)的同時(shí)，該類型的移動(dòng)通常需要停止切割頭，并接通/關(guān)斷激光器。因此，應(yīng)當(dāng)盡可能地避免該類型的移動(dòng)，以最小化生產(chǎn)時(shí)間。因此，限定了兩種類型的基本移動(dòng)：快速橫向移動(dòng)，和緩慢上升/下降移動(dòng)。

閉合的和排樣的(Nested)特征

部件由線(直的或彎曲的)的圖案來限定，該圖案能夠由代碼的指令所指定的激光切割頭來跟隨。特征由一根或更多根連接線來限定，并且部件由一組一個(gè)或更多個(gè)特征來限定。特征通常是排樣的。某些特征的線是閉合的，從而能夠從材料上切割出特征。也能夠沿著圖案的邊緣切割出不閉合的特征(例如，狹縫)。

CAD/CAM和G-碼

部分和整組特征通常被規(guī)定為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)文件。例如，常見的CAD文件格式是繪圖交換文件(DXF)格式。這樣的文件通常包含能夠與比例、旋轉(zhuǎn)以及平移相關(guān)地重復(fù)使用的各個(gè)部分的說明。為了使材料利用率最大化，經(jīng)常執(zhí)行計(jì)算機(jī)輔助排樣(CAN：computer?aided?nesting)來以最少量的材料自動(dòng)定位該組部件。在規(guī)定了所有部件的幾何形狀(該過程稱為“作業(yè)”)后，能夠用計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM：computer?aided?manufacturing)程序來產(chǎn)生實(shí)際的g-碼指令，以使作業(yè)有效執(zhí)行。對(duì)于用于執(zhí)行g(shù)-碼指令的激光切割機(jī)，CAM輸出幾乎總是特定的。

沖突

能夠在支撐結(jié)構(gòu)上水平布置片材。支撐結(jié)構(gòu)通常具有間隔開的豎桿或銷，以允許從材料上切割出的特征從中落下并將其從工作區(qū)域移除。大的或不規(guī)則形狀的特征可能不會(huì)通過支撐結(jié)構(gòu)落下，并可能與切割頭沖突。這是問題。由于切割頭的精密性質(zhì)和修復(fù)時(shí)間，這樣的沖突代價(jià)非常高，這使得避開之前切割出的特征從而不中斷工作過程是非常重要的。

切割頭上升/下降

一種避免可能與之前切割出的特征沖突的解決方案是：通過在每次切割之后提升切割頭，橫向穿過待切割的下一個(gè)特征，并且然后使切割頭返回到下降位置。然而，與橫向移動(dòng)相比，切割頭上升和下降移動(dòng)是眾所周知地緩慢，將大量時(shí)間和復(fù)雜性加入到作業(yè)，這增加了成本并降低了效率。因此，避免沖突的方法不是最理想的。

美國(guó)專利6,609,044確定圍繞每個(gè)待切割的特征的邊界框，并保證切割頭不會(huì)與邊界框交叉。盡管該方法有效地避免了沖突，而不使用緩慢的切割頭上升/下降移動(dòng)，但是針對(duì)許多常見圖案使用邊界框是非常低效的。

美國(guó)專利7,702,416使用繪圖說明(drawing?specification)用于(例如，切割機(jī)的)運(yùn)動(dòng)控制。根據(jù)，例如排樣或與繪圖說明的中心的距離，來對(duì)圖中的元素進(jìn)行排序。基于所識(shí)別的元素和順序，產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的代碼。所生成的代碼能夠包括諸如升高、降低和移動(dòng)操作這樣的插入操作。

渲染

存在兩種基本渲染技術(shù)，柵格化和光線投射(ray?casting)。兩種技術(shù)通常使用幀緩沖。幀緩沖是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的陣列。陣列的地址對(duì)應(yīng)于在待產(chǎn)生的圖像中的像素的坐標(biāo)。像素能夠是諸如亮度、顏色、透明度、不透明度等這樣的分配值。在傳統(tǒng)渲染中，該值與正被渲染的內(nèi)容的視覺外觀有關(guān)。

柵格化將在場(chǎng)景中表示特征的2D圖像空間轉(zhuǎn)換為柵格化格式，并且確定得到的像素值。當(dāng)使用圖形管線時(shí)，具有頂點(diǎn)、邊緣和面的多邊形(例如，三角形)的流被轉(zhuǎn)換成在陣列中的像素值。

在光線投射中，通過將光線從視點(diǎn)投射出而逐個(gè)像素地解析場(chǎng)景。在交叉場(chǎng)景特征的情況下，對(duì)像素值進(jìn)行估算，例如，在相交點(diǎn)處特征的顏色值成為陣列中的像素的值。同樣地，像素能夠是諸如強(qiáng)度、顏色、透明度、不透明度等這樣的指定外觀值。

發(fā)明內(nèi)容