[发明专利]评估方法以及激光切割机

说明书

技术领域

本发明总体涉及根据图案来移动激光切割机，以从片材切割出特征，并且更具体地，涉及沿着弯路(detour)移动激光切割机，从而避免切割头与之前从材料切割出的特征之间的冲突。

背景技术

片材的激光切割

根据图案从片材上切割出特征是常见的制造工艺。通常，激光切割头沿着正交轴在有界平面上平移。该类型的激光切割机通常用来从不同厚度的塑料和金属片切割出分开的特征。通常由遵循称为“nc-码(nc-code)”或“g-码(g-code)”的规定指令列表的计算机数字控制器(CNC：computer numerical controller)，来执行对激光切割机的控制。

通常使用两种类型的激光切割头移动。在激光器持续接通的同时，能够由在材料的平面上非常快速的横向运动来执行纯粹的平移或横向移动。该类型的移动是优选的。

切割头上升/下降移动相对较慢。在执行切割头上升/下降移动的同时，该类型的移动通常需要停止切割头，并接通/关断激光器。因此，应当尽可能地避免该类型的移动，以最小化生产时间。因此，限定了两种类型的基本移动：快速横向移动，和缓慢上升/下降移动。

闭合的和排样的(Nested)特征

部件由线(直的或弯曲的)的图案来限定，该图案能够由代码的指令所指定的激光切割头来跟随。特征由一根或更多根连接线来限定，并且部件由一组一个或更多个特征来限定。特征通常是排样的。某些特征的线是闭合的，从而能够从材料上切割出特征。也能够沿着图案的边缘切割出不闭合的特征(例如，狭缝)。

CAD/CAM和G-码

部分和整组特征通常被规定为计算机辅助设计(CAD)文件。例如，常见的CAD文件格式是绘图交换文件(DXF)格式。这样的文件通常包含能够与比例、旋转以及平移相关地重复使用的各个部分的说明。为了使材料利用率最大化，经常执行计算机辅助排样(CAN：computer aided nesting)来以最少量的材料自动定位该组部件。在规定了所有部件的几何形状(该过程称为“作业”)后，能够用计算机辅助制造(CAM：computer aided manufacturing)程序来产生实际的g-码指令，以使作业有效执行。对于用于执行g-码指令的激光切割机，CAM输出几乎总是特定的。

冲突

能够在支撑结构上水平布置片材。支撑结构通常具有间隔开的竖杆或销，以允许从材料上切割出的特征从中落下并将其从工作区域移除。大的或不规则形状的特征可能不会通过支撑结构落下，并可能与切割头冲突。这是问题。由于切割头的精密性质和修复时间，这样的冲突代价非常高，这使得避开之前切割出的特征从而不中断工作过程是非常重要的。

切割头上升/下降

一种避免可能与之前切割出的特征冲突的解决方案是：通过在每次切割之后提升切割头，横向穿过待切割的下一个特征，并且然后使切割头返回到下降位置。然而，与横向移动相比，切割头上升和下降移动是众所周知地缓慢，将大量时间和复杂性加入到作业，这增加了成本并降低了效率。因此，避免冲突的方法不是最理想的。

美国专利6,609,044确定围绕每个待切割的特征的边界框，并保证切割头不会与边界框交叉。尽管该方法有效地避免了冲突，而不使用缓慢的切割头上升/下降移动，但是针对许多常见图案使用边界框是非常低效的。

美国专利7,702,416使用绘图说明(drawing specification)用于(例如，切割机的)运动控制。根据，例如排样或与绘图说明的中心的距离，来对图中的元素进行排序。基于所识别的元素和顺序，产生用于实现运动控制的代码。所生成的代码能够包括诸如升高、降低和移动操作这样的插入操作。

渲染

存在两种基本渲染技术，栅格化和光线投射(ray casting)。两种技术通常使用帧缓冲。帧缓冲是存储在存储器中的阵列。阵列的地址对应于在待产生的图像中的像素的坐标。像素能够是诸如亮度、颜色、透明度、不透明度等这样的分配值。在传统渲染中，该值与正被渲染的内容的视觉外观有关。

栅格化将在场景中表示特征的2D图像空间转换为栅格化格式，并且确定得到的像素值。当使用图形管线时，具有顶点、边缘和面的多边形(例如，三角形)的流被转换成在阵列中的像素值。

在光线投射中，通过将光线从视点投射出而逐个像素地解析场景。在交叉场景特征的情况下，对像素值进行估算，例如，在相交点处特征的颜色值成为阵列中的像素的值。同样地，像素能够是诸如强度、颜色、透明度、不透明度等这样的指定外观值。

发明内容