[發明專利]評估方法以及激光切割機

有效

• 申請號: 201380034933.6
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN104412187B
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: T·W·加拉斯;M·布蘭德;J·齊布卡
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: G05B19/4061
• 分類號: G05B19/4061
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 呂俊剛,劉久亮

技術領域

本發明總體涉及根據圖案來移動激光切割機，以從片材切割出特征，并且更具體地，涉及沿著彎路(detour)移動激光切割機，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

片材的激光切割

根據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)”的規定指令列表的計算機數字控制器(CNC：computer numerical controller)，來執行對激光切割機的控制。

通常使用兩種類型的激光切割頭移動。在激光器持續接通的同時，能夠由在材料的平面上非常快速的橫向運動來執行純粹的平移或橫向移動。該類型的移動是優選的。

切割頭上升/下降移動相對較慢。在執行切割頭上升/下降移動的同時，該類型的移動通常需要停止切割頭，并接通/關斷激光器。因此，應當盡可能地避免該類型的移動，以最小化生產時間。因此，限定了兩種類型的基本移動：快速橫向移動，和緩慢上升/下降移動。

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或更多個特征來限定。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定為計算機輔助設計(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、旋轉以及平移相關地重復使用的各個部分的說明。為了使材料利用率最大化，經常執行計算機輔助排樣(CAN：computer aided nesting)來以最少量的材料自動定位該組部件。在規定了所有部件的幾何形狀(該過程稱為“作業”)后，能夠用計算機輔助制造(CAM：computer aided manufacturing)程序來產生實際的g-碼指令，以使作業有效執行。對于用于執行g-碼指令的激光切割機，CAM輸出幾乎總是特定的。

沖突

能夠在支撐結構上水平布置片材。支撐結構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域移除。大的或不規則形狀的特征可能不會通過支撐結構落下，并可能與切割頭沖突。這是問題。由于切割頭的精密性質和修復時間，這樣的沖突代價非常高，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特征，并且然后使切割頭返回到下降位置。然而，與橫向移動相比，切割頭上升和下降移動是眾所周知地緩慢，將大量時間和復雜性加入到作業，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。

美國專利6,609,044確定圍繞每個待切割的特征的邊界框，并保證切割頭不會與邊界框交叉。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，但是針對許多常見圖案使用邊界框是非常低效的。

美國專利7,702,416使用繪圖說明(drawing specification)用于(例如，切割機的)運動控制。根據，例如排樣或與繪圖說明的中心的距離，來對圖中的元素進行排序。基于所識別的元素和順序，產生用于實現運動控制的代碼。所生成的代碼能夠包括諸如升高、降低和移動操作這樣的插入操作。

渲染

存在兩種基本渲染技術，柵格化和光線投射(ray casting)。兩種技術通常使用幀緩沖。幀緩沖是存儲在存儲器中的陣列。陣列的地址對應于在待產生的圖像中的像素的坐標。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。在傳統渲染中，該值與正被渲染的內容的視覺外觀有關。

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

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

發明內容