評估方法以及雷射切割的製造方法
2023-05-17 22:08:31 2
評估方法以及雷射切割的製造方法
【專利摘要】對部件的圖案中的位置進行評估，以確定該位置是否位於圖案的特徵的內部或外部。圖案用於由雷射切割機從材料切割出特徵。特徵中的位置被渲染成存儲在存儲器中的陣列，使得存儲在陣列中的、與該位置的坐標相對應的地址的值是如由所述渲染的計數處理所確定的奇數或偶數。然後，如果該值是奇數，則將該位置識別為位於內部，並且如果所述值是偶數，則將該位置識別為位於外部。該渲染能夠使用修改形式的柵格化或光線投射。
【專利說明】評估方法以及雷射切割機
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及根據圖案來移動雷射切割機，以從片材切割出特徵，並且更具體地，涉及沿著彎路(detour)移動雷射切割機，從而避免切割頭與之前從材料切割出的特徵之間的衝突。
【背景技術】
[0002]片材的雷射切割
[0003]根據圖案從片材上切割出特徵是常見的製造工藝。通常，雷射切割頭沿著正交軸在有界平面上平移。該類型的雷射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徵。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),來執行對雷射切割機的控制。
[0004]通常使用兩種類型的雷射切割頭移動。在雷射器持續接通的同時，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。
[0005]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，並接通/關斷雷射器。因此，應當儘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。
[0006]閉合的和排樣的(Nested)特徵
[0007]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雷射切割頭來跟隨。特徵由一根或更多根連接線來限定，並且部件由一組一個或更多個特徵來限定。特徵通常是排樣的。某些特徵的線是閉合的，從而能夠從材料上切割出特徵。也能夠沿著圖案的邊緣切割出不閉合的特徵(例如，狹縫)。
[0008]CAD/CAM 和 G-碼
[0009]部分和整組特徵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複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」)後，能夠用計算機輔助製造(CAM computer aidedmanufacturing)程序來產生實際的g_碼指令，以使作業有效執行。對於用於執行g_碼指令的雷射切割機，CAM輸出幾乎總是特定的。
[0010]衝突
[0011]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杆或銷，以允許從材料上切割出的特徵從中落下並將其從工作區域移除。大的或不規則形狀的特徵可能不會通過支撐結構落下，並可能與切割頭衝突。這是問題。由於切割頭的精密性質和修復時間，這樣的衝突代價非常高，這使得避開之前切割出的特徵從而不中斷工作過程是非常重要的。
[0012]切割頭上升/下降
[0013]一種避免可能與之前切割出的特徵衝突的解決方案是:通過在每次切割之後提升切割頭，橫向穿過待切割的下一個特徵，並且然後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，將大量時間和複雜性加入到作業，這增加了成本並降低了效率。因此，避免衝突的方法不是最理想的。
[0014]美國專利6，609，044確定圍繞每個待切割的特徵的邊界框，並保證切割頭不會與邊界框交叉。儘管該方法有效地避免了衝突，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。
[0015]美國專利7，702，416使用繪圖說明(drawing specificat1n)用於(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。基於所識別的元素和順序，產生用於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。
[0016]渲染
[0017]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衝。幀緩衝是存儲在存儲器中的陣列。陣列的地址對應於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。
[0018]柵格化將在場景中表示特徵的2D圖像空間轉換為柵格化格式，並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。
[0019]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。在交叉場景特徵的情況下，對像素值進行估算，例如，在相交點處特徵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】
[0020]在雷射切割期間，當切割部件時，大的或不規則形狀的特徵可能不會通過支撐結構落下。這是問題，因為切割頭可能與切割出的特徵衝突。
[0021]本發明的實施方式通過沿著彎路移動切割頭從而避開這樣的已經切割的特徵，來提供針對上述問題的解決方案。
[0022]對部件的圖案中的位置進行估計，以確定該位置位於待從圖案中切割的特徵的內部或外部。圖案用於由雷射切割機從材料切割出特徵。如果該位置全部位於內部，則該位置是待切割的特徵的一部分，否則它們不是待切割的特徵的一部分，並且該位置能夠用於在切割部件後繞過該部件。
[0023]特徵中的位置被渲染成存儲在存儲器中的陣列，使得存儲在陣列中的、與位置的坐標相對應的地址的值或是如由該渲染的計數處理所確定的奇數或偶數。
[0024]然後，如果該值為奇數，則將該位置識別為位於內部，並且如果值為偶數，則將該位置識別為位於外部。渲染能夠使用修改形式的柵格化或光線投射。
[0025]作為優點，能夠在圖形處理器單元或渲染流水線中執行渲染，以加快遠超過常規方法的處理。
[0026]能夠使用所確定的位置，根據圖案使雷射切割機繞過之前由雷射切割機從材料切割出的特徵。根據測試來構建對應於所有特徵的排樣順序的分層排樣樹，其中，樹中的每個節點表示一個特徵，並且樹的根對應於特徵的組合。然後，在繞開之前從材料切割出的特徵的同時，根據排樣順序來切割特徵。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027][圖1]
[0028]圖1是根據本發明的實施方式的例示從片材切割的部件的圖案的示意圖；
[0029][圖2]
[0030]圖2是根據本發明的實施方式的用於切割在支撐結構上支撐的材料的雷射切割系統的不意圖；
[0031][圖3]
[0032]圖3是根據本發明的實施方式的預處理圖案中的相交線的示意圖；
[0033][圖4A]
[0034]圖4A是根據本發明的實施方式的使用柵格化渲染處理來確定位置是否處於特徵的內部或外部的方法的流程圖；
[0035][圖4B]
[0036]圖4B是根據本發明的實施方式的用於示例位置的柵格化的計數處理的結果的示意圖；
[0037][圖4C]
[0038]圖4C是根據本發明的實施方式的用於示例位置的柵格化的計數處理的結果的示意圖；
[0039][圖5A]
[0040]圖5A是根據本發明的實施方式的使用光線投射渲染處理來確定位置是否處於特徵的內部或外部的方法的流程圖；
[0041][圖5B]
[0042]圖5B是根據本發明的實施方式的用於示例位置的光線投射的計數處理的結果的示意圖；
[0043][圖6]
[0044]圖6是根據本發明的實施方式的具有排樣的特徵的示例部件以及限定用於示例部件的排樣順序的對應分層樹結構的示意圖；
[0045][圖7]
[0046]圖7的(a)-(c)是根據本發明的實施方式的、為避開之前切割的特徵的繞過切割頭的不意圖；以及
[0047][圖8]
[0048]圖8是根據本發明的實施方式的、為了避開先前切割的特徵，在特徵和材料之間產生和刪除連接部的示意圖。
【具體實施方式】
[0049]部件、圖案和特徵
[0050]圖1示出用於待使用雷射切割機90從片材20切割出的部件10的圖案。圖案通常從CAD/CAN/CAM文件中讀取，該CAD/CAN/CAM文件指定各個組成部分，例如，其它可能中的弧、線或圓圈。通常，將片放置在支撐結構上。在某些應用中，結構能夠支持被同時切割的多個片。通常，支撐結構包括間隔開的豎直構件，從而能夠移除廢料，以避免與切割頭衝關。
[0051]部件由待切割的特徵的外部輪廓30、以及內部輪廓40限定，並被從材料中移除。輪廓由直線或曲線形成。某些特徵50不能通過支持結構落下，因為這些特徵大於支撐結構中的間隔，或具有不規則的形狀，它們能夠掛在支撐結構的邊緣上。在任一情形下，那些特徵可能與切割頭衝突。
[0052]雷射切割系統概述
[0053]圖2示出凸出特徵50基本上垂直於在支撐結構60上的片20的平面。由於支撐結構中的間隔201太小，所以特徵無法移除，並可能與切割頭90衝突。針對與部件或支撐結構連接的不規則形狀的特徵，這也可能發生。
[0054]圖2還具有圖案401、特徵411和位置402如何能夠被輸入到在處理器210中執行的方法200中，以確定位置處於特徵的內部還是外部，如在下文中詳細描述的。處理器包括本領域已知的存儲器和輸入/輸出接口。存儲器能夠存儲具有本文所述的相關值的位置的陣列。
[0055]內部/外部指示能夠用來控制切割頭90的移動，從而避開之前切割的特徵。能夠由控制器95來執行移動。控制器能夠使頭部橫向、上/下移動，並接通和關斷雷射器。還能夠具有附接的電容傳感器92，以反饋正被切割的材料上方的傳感器的準確位置。
[0056]移動也能夠考慮排樣的特徵，或部分切割的特徵和材料之間的連接部，從而特徵能夠由該連接部保持在適當的位置上，同時切割其它特徵，直至從部分切割的特徵移除連接部是安全的為止。
[0057]能夠針對一個或更多個特徵對多個位置進行檢測。另外，相對於特徵的位置也能夠用來確定某些特徵是否被排樣在其它特徵內，也將在下文中進行描述。這能夠有助於切割頭的繞行。
[0058]由於與衝突相關的潛在成本，所以非常期望的是，避免可能導致衝突的切割頭移動。我們首先描述用於精確標識相對於待切割的閉合特徵的內部和外部位置的兩種方法。隨後，我們還描述用於在衝突可能潛在地發生的區域附近繞開雷射切割頭的方法和解決方案。
[0059]內部外部位置識別
[0060]我們描述如下方法的兩種實施方式，該方法使得能夠對由任何任意閉合特徵包圍的待測部件內的位置進行評估。對於這些實施方式，現在能夠執行如下步驟中的任一個:
[0061](a)確定待從片上切割出的特徵的精確形狀和位置；
[0062](b)確定用於部件(即，其特徵被排樣在其它特徵內)的排樣圖案；
[0063](c)確定特徵的切割順序；以及
[0064](d)保持從材料上部分切割出的特徵之間的連接部。
[0065]通過使用(a)，能夠標識當移動切割頭時要避開的位置。通過使用(b)，能夠將排樣後的特徵按切割順序放置，以避免在之前切割出的特徵內進行切割(這可能導致衝突)，並保持連接部以將部分切割的特徵保持在適當位置，直至切割該特徵是安全的為止。
[0066]渲染
[0067]兩種方法均使用應用於特徵的渲染處理。一個渲染處理使用柵格化，而另一個使用光線投射。渲染改編自如上所述的圖形渲染技術。然而，代替產生用於在幀緩衝中的陣列的像素外觀值，「像素」存儲指示對應於特定的陣列坐標的位置位於特徵的內部還是外部的值。這與現有渲染技術中已知的外觀無關。
[0068]柵格化
[0069]渲染的第一實施方式利用柵格化。柵格化將多邊形渲染到圖像平面上，或到(像素)值的陣列上。通常，多邊形表示為三角形的集合。三角形由三個頂點來表示。在最基本層次上，諸如渲染管線這樣的柵格化器，簡單地採用頂點流，並在三角形中適當地填充像素。
[0070]第二實施方式使用用於渲染的光線投射。光線投射在材料平面中沿著光線的(觀察)方向從一位置追蹤路徑，並確定具有諸如交叉邊界(輪廓)這樣的特徵的交叉點。
[0071]陣列中的地址對應於片材中的位置的坐標。兩種渲染方法通過本文所述的計數處理，來將陣列中的值設置為奇數或偶數。該奇數的值和偶數的值分別與內部和外部位置相關聯。內部和外部的奇/偶指示能夠用來控制雷射切割機的移動。應當理解的是，奇數/偶數的值的含義能夠顛倒，取決於所使用的初始值。
[0072]相交線的預處理
[0073]在渲染之前，如圖3所示，按如下步驟對部件的圖案進行預處理。當兩條線301相交時，相交線在這兩條線的相交點303處等分，以形成四條新的較短線302。移除重疊線、或線段。該預處理允許不連接特徵的精確構造。
[0074]識別特徵
[0075]圖案中的特徵能夠以任何數量的方式進行識別。一種方式開始於在圖案(例如，線)中的所有實體的聯合體的最右邊位置，並以一致的方式通過訪問後續線端點來穿過該圖案。
[0076]當不能訪問除了之前的位置以外的新位置時，特徵被識別為開放特徵，並且從特徵中移除相關線。當遇到之前訪問的位置時，特徵被標記為閉合的。這樣，一對特徵或是排樣的，或是不連接的，但是這些特徵可能共享它們輪廓的部件。
[0077]另外，在該處理閉合特徵之後，現在僅具有最少的輪廓。取決於應用，其它預處理方法是也是可能的。
[0078]柵格化
[0079]圖4A示出用於確定位置402處於由雷射切割機90所使用的圖案401的特徵411的內部還是外部的方法的第一實施方式。特別令人關注的是，在閉合輪廓(閉合特徵)內的特徵。切割後，要避開閉合特徵。待處理的特徵411和位置402被選擇(410)。
[0080]在基於柵格化的渲染(400)中，特徵的輪廓由一系列輪廓頂點221所表示(420)。如本文通常所用，列表是項目的任何的排序集合。頂點能夠沿著輪廓等距間隔，儘管這不是必需的。
[0081]一系列多邊形(例如，三角形431)利用輪廓頂點來構建(430)。多邊形被柵格化(440)，作為存儲在存儲器中的陣列441。在柵格化期間，對位置進行柵格化的次數按如下所述進行計數。這能夠使用圖形處理單元(GPU)來完成，其中，能夠極快速地執行。陣列具有與位置的坐標相對應的地址。每個位置對應於像素450。然後，能夠通過檢查陣列441在相應位置402處的值來確定(450):位置402位於特徵411的內部還是外部。
[0082]在渲染實施方式中，與特徵相關聯的圖案中的線由頂點表示，從而兩個相鄰頂點之間的分段直線段近似這些線。
[0083]這些頂點用來構建精確地覆蓋特徵內的所有位置的一系列多邊形(三角形)。構建三角形的方法在某種程度上是任意的。
[0084]圖4B-4C示出用來構建(誇張的)一系列曲面細分(tessellated)三角形的示例組件。使用柵格化方法來渲染這些組件，以確定有效的內部和外部位置。能夠控制曲面細分程度，以產生任意精度(直到數字表示極限)的分段線性近似。
[0085]一系列三角形被渲染成陣列。陣列中的每個地址可以有效地稱為像素450。像素的操作如下。
[0086]最初，每個陣列地址的值為零或某些其它已知的值。一種可能的渲染技術對特定像素(位置)450被包含在被渲染的三角形內的次數進行計數，例如參見圖4B-4C。這些計數在像素內示出，即，在對應於位置的陣列中的地址。
[0087]這能夠通過遞增存儲在像素中的值來完成。另一種渲染技術在每個地址使用單個比特，並且每當像素被渲染為三角形的一部分時，將值(O或I)反置。遞增和反置都能夠被認為是計數處理，其中，一比特的反置以基2運算來計數。
[0088]在任一情況下，在特徵已被渲染後，由於我們的計數處理，地址具有奇數的值或偶數的值。奇數的值和偶數的值分別對應於內部位置和外部位置。這些值能夠用來規劃和控制切割頭的移動。
[0089]圖4B-4C示出得到的奇/偶計數值，例如，用於渲染的計數處理所使用的位置和三角形。
[0090]光線投射
[0091]如圖5A所示，第二實施方式類似於第一實施方式，只要使用計數處理來確定渲染期間的陣列值。然而，代替對多邊形進行柵格化，第二實施方式在渲染(400)期間使用光線投射。
[0092]如前所述，選擇特徵411和2D位置402。從某些任意(觀察)方向上的位置投射(520)至少一個光線521。對光線與特徵的任何輪廓之間的任何交叉點進行檢測(530)並計數，例如參見圖5B。然後，基於所檢測到的交叉點的數量來確定(540) 2D位置是否位於特徵的內部。
[0093]檢測使用如前所述存儲在存儲器中的陣列的值。這些值被初始化為零。光線能夠指向任意方向。為方便起見，光線的幅值限定在圖案加上小餘裕內的光線。如果光線具有奇數個交叉點，則位置處於內部，否則位置處於外部。
[0094]為了確定特定位置是否被包含在特徵內，能夠投射僅單個光線。如果光線與特徵輪廓僅交叉一次(奇數)，則位置一定位於內部，如果兩次，則計數為偶數且位置位於內部。分析技術能夠用來確定光線和特徵的線之間在許多情況(例如，電弧和線)下的交叉點。在閉合特徵由高階曲線構成的情況下，能夠使用迭代方法來對交叉點的數量進行計數。
[0095]圖5B示出由用於光線投射的計數處理所使用的示例部件和光線中的位置的像素的得到的奇/偶值。圖5B用於圖4C所示的同一部件，但這次使用柵格化來渲染。
[0096]具有電容傳感器的切割頭
[0097]有時，因為某些雷射切割頭具有頭部能夠在正被切割的材料中的間隙上方延伸的容差，所以將單個位置看作位於給定特徵的內部或外部是不充分的。這是具有如下雷射切割頭的情況，該雷射切割頭具有附接的電容傳感器92，以確定頭部與材料之間的幾何關係(例如，距離和位置)。這裡，通常的情況是，電容傳感器的預定部分位於材料的上方，例如，該部分能夠約為50%或更大。
[0098]本方法能夠通過考慮頭部置周圍的位置和位於雷射切割機電容傳感器正下方的位置的鄰近關係，來增強以處理這樣的狀況。如果被視為特徵的外部的鄰近關係中的位置的百分比超過某個最小閾值，則該頭部位置能夠被認為對於對中雷射切割頭而言是安全的。
[0099]通過繞行來解決問題區域
[0100]在識別能夠導致衝突的特徵後，能夠通過採用「繞行策略」來確定切割頭的繞行路徑，以避開這些區域。最佳的是，繞行策略避免使用慢速切割頭上升運動和切割頭下降移動。我們描述避免衝突和切割頭上升/下降移動的如下方法。
[0101]雖然我們針對由於可能導致與雷射切割頭衝突的廢料的存在而應當避開的材料中的區域，來描述我們的發明，但是可以存在雷射切割頭應當避開的材料中的其它區域。
[0102]我們通常稱為「非行程區域」的這些區域，也能夠使用下面發明中所述的方法來繞開。非行程區域能夠由上文所確定的位置來指定。避開並移除交叉和違反非行程區域的路徑的位置，從而當進行橫向運動同時切割特徵時，雷射切割機繞開非行程區域。
[0103]排樣順序切割
[0104]如果確定了閉合特徵內的所有位置，則能夠確定特徵是否在另一特徵內排樣。
[0105]使用上述的渲染方法，對特徵的邊界上的一個、一些、或所有位置進行衝突測試。如果特定特徵被包括在任何其它特徵中，則它完全位於所述其它特徵的內部。如果針對衝突，各個特徵被測試出在每個其它特徵中，則能夠構建與在圖案中的全部特徵之間的排樣關係相對應的分級排樣樹。在該樹中，每個節點表示一個特徵，並且樹的根與部件，或特徵的某些其它集合相對應。
[0106]圖6示出示例排樣關係，其中，特徵n 601-603均在特徵600內排樣，並且特徵4604在特徵2602內排樣。多個特徵的排樣順序確定切割頭進行繞行的方式。
[0107]在已知部件中的特徵之間的排樣關係之後，能夠確定為避免衝突的切割順序。切割順序遵循樹的相反層級，即，以樹的「底至頂」順序來對特徵進行切割，並且能夠以任意順序，或下文所述的預定順序來對在樹的同一水平的特徵進行切割。
[0108]雖然該方法不足以避免所有衝突，但對保證用於切割特徵的適當順序而言是必要的。一種用於產生遵循排樣順序的切割順序的方法是:執行所排序的堆疊的深度優先搜索，從而當從後進先出堆疊彈出時，每個特徵被添加到切割列表中。
[0109]邊界繞行
[0110]當在特徵之間執行橫向切割頭移動時，與其它特徵沒有特定排樣關係的特徵也是衝突的潛在源。在這種情況下，能夠通過考慮沿著橫向移動的路徑的位置是否曾位於之前切割的特徵內，來確定潛在的衝突。
[0111]如果發生這樣的情況，則採用繞行策略。如前文所述，一個繞行策略包括關斷雷射器，隨後提升雷射器至安全高度，執行快速橫向移動，並且然後切割頭向下並接通雷射器，以繼續切割。雖然有效，但是這種方法是不理想的，因為它消耗額外的時間。
[0112]如圖7的(a)至圖7的(C)所示，更好的繞行策略是沿著跟隨之前切割的特徵的輪廓的路徑，該路徑在橫向移動期間在距輪廓預定的距離處被交叉，其中，該預定的距離保證在切割頭與特徵之間不會發生衝突。
[0113]如圖7的(a)所示，之前切割的特徵700被從位置701到待切割的另一特徵711的位置709的、單個直的橫向移動710潛在地交叉。
[0114]如圖7的(b)所示，橫向移動路徑從單個直段710轉變為一系列段701-709，該一系列段跟隨特徵的輪廓。該橫向移動能夠通過以下的步驟來構建:
[0115](I)標記用於初始快速橫向移動710的具體特徵的進入和離開位置702和708 ；
[0116](2)確定在進入和離開位置之間圍繞特徵的行程的最短方向；
[0117](3)通過一系列短段來替換初始快速橫向移動710，該一系列短段模擬包括特徵的跟隨輪廓的切割移動；以及
[0118](4)離開特徵邊界地擴張這些段，以保證在切割頭和之前切割的特徵之間不會發生衝突。
[0119]通過上述策略所產生的橫向移動可能不是用於避免交叉之前切割的特徵的最優移動，因為它可能涉及多個停止、轉向和開始移動。
[0120]如圖7的(C)所示，另一策略刪除了一系列短段，僅使用位置701、704、706和709。僅保留用於避開特徵的絕對必要的位置。
[0121]這能夠通過如下方式完成:從沿著橫向移動的第一位置開始，測試包括相對每個後續段起始位置的橫向移動的每個段的起始位置，以確定之前切割的特徵是否被交叉。注意的是，所有特徵應當進行交叉測試，不僅僅是初始特徵。
[0122]如果發現不交叉任何特徵的段，則它成為替代其所跨越的段的候選。然後，能夠產生連接起始位置和不交叉特徵而能夠達到的最後位置的新段。然後，從新段的結束位置進行測試。
[0123]例如，跟隨第二例示中的標籤，針對703、704 (確認)，以及705、706、707、708、709 (未確認)，對位置701進行測試，這導致在位置701與704之間產生新段；然後，針對706 (確認)、以及707、708、709 (未確認)，對位置704進行測試，這產生從位置704到位置706的段；然後，針對位置708 (未確認)和709 (確認)，對位置706進行測試，這導致連接位置706到位置709的段。因此，使用最少量的段產生了新的橫向移動712，該新的橫向移動712成功地避免在雷射切割機與之前的切割特徵之間的任何潛在衝突。
[0124]另選地，能夠將樣條曲線適配到餘下的位置，以產生平滑的弧形路徑712。使用虛線示出該弧形路徑，並用實線示出最小的短直段路徑。然而，對於這種有效的策略，控制器(在該控制器上將執行g_碼)一定能夠執行這樣的移動。
[0125]交叉上切割(Cut-On-Cross)法
[0126]如圖8所示，另一種避免與之前切割的特徵衝突的方法涉及延遲切割，延遲切割將導致特徵從材料上脫離，直到不可能有進一步的交叉。這樣的策略能夠以多種方法來實現。
[0127]我們描述優選的方法，該方法保留在特徵與材料(特徵從中部分地切割)之間的小「連接部」。
[0128]圖8示出用於部件600的該方法的示例。虛線指示之前的CAM階段的輸出，之前的CAM階段遵循特徵的排樣順序，並在左下角開始。因此，雷射器通過切割兩個中間特徵602和604開始，然後是「加號」特徵603，但是由於是在該加號與三角形特徵601之間移動，所以其交叉兩個之前部分切割的特徵。這樣的橫向移動可以導致在切割頭與材料之間的衝關。
[0129]代替繞過從切割特徵餘下的材料中的間隙，相反，在特徵與交叉特徵的最終移動之間的交叉點處首次切割特徵期間，我們能夠暫時關斷雷射器。這導致一些(至少兩個)小連接部，粗線800，其將特徵保持到材料，因此避免能夠導致問題的間隙的產生。
[0130]然後，在最終移動期間，雷射器暫時接通，同時交叉留下的連接部。由於特徵並未完全從材料上切割出，直到在所有特徵已被部分切割後，才進行最終交叉橫向移動，因此，使用這種方法，排除了交叉之前切割的特徵。
[0131]所有上述方法的步驟能夠由圖2所示的處理器210來執行。也能夠使用OpenGL、模版緩衝(stencil buffer,)、和巾貞緩衝來執行該方法。
[0132]發明效果
[0133]作為優點，本發明使得能夠從片材上切割出特徵，而不使用雷射切割機的慢速切割頭上升/下降移動，同時仍避免衝突。
[0134]作為另一優點，渲染技術能夠使用極快速的常規處理器，例如，GPU、渲染流水線、和並行化的多核CPU。
[0135]本發明還能夠最小化繞過之前切割的特徵所需的時間。
【權利要求】
1.一種用於評估部件的圖案中的位置是位於所述圖案的特徵的內部還是外部的方法，其中，所述圖案用於由雷射切割機從材料切割出所述特徵，該方法包括如下步驟: 在所述位置，將所述特徵渲染成存儲在存儲器中的陣列，使得存儲在所述陣列中的、與所述位置的坐標相對應的地址處的值是由該渲染的計數處理所確定的奇數或偶數；以及如果所述值是奇數，則將所述位置識別為位於內部，並且如果所述值為偶數，則將所述位置識別為位於外部， 其中，在處理器內執行上述的步驟。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述渲染利用柵格化。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述柵格化還包括: 由一系列三角形來表示所述特徵； 將所述一系列三角形柵格化成所述陣列；以及 每次由所述三角形中的一個來柵格化所述位置時，遞增所述值。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述渲染利用光線投射。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述光線投射還包括: 從所述位置投射光線； 每次所述光線與所述特徵的輪廓交叉時，遞增所述值。
6.根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括: 在多個位置渲染所述特徵；以及 根據所述奇數的值和所述偶數的值，來確定所述特徵是否在另一特徵內排樣。
7.根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括: 在多個位置渲染多個特徵，以獲得多個值；以及 在從所述材料切割所述多個特徵的同時，僅在所述材料的平面中移動所述雷射切割機的切割頭。
8.根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括: 將所述陣列的值初始化為零。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，每個位置由所述陣列中的單個比特來表示。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，所述渲染利用圖形流水線。
11.根據權利要求7所述的方法，所述方法還包括: 基於所述值來確定所述多個特徵的切割路徑。
12.根據權利要求1所述的方法，所述方法還包括: 基於所述值來確定所述特徵的形狀和位置。
13.根據權利要求7所述的方法，所述方法還包括: 確定所述多個特徵的排樣順序。
14.根據權利要求7所述的方法，所述方法還包括: 保持待切割的所述多個特徵之間的連接部，以避免與之前部分切割的特徵衝突。
15.根據權利要求1所述的方法，其中，對所述圖案中的線進行預處理，並且所述預處理還包括: 等分兩條相交線，以形成四條較短的線； 移除重疊線，以構建所述圖案中的不連接的特徵。
16.根據權利要求7所述的方法，其中，所述切割頭包括電容傳感器，並且保證在切割時所述電容傳感器的預定部分位於材料的上方。
17.根據權利要求7所述的方法，所述方法還包括: 使所述切割頭繞過之前切割的特徵。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，該繞過是根據所述多個特徵中的排樣順序的。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，所述排樣順序由分層樹結構來表示，其中，所述樹中的每個節點表示一個特徵，並且所述樹的根對應於所述特徵的組合，或整個所述部件。
20.—種雷射切割機,該雷射切割機包括: 切割頭； 存儲器，該存儲器被構造為存儲陣列，其中，所述陣列中的地址對應於待由所述切割頭從材料切割出的部件的圖案中的位置的坐標； 處理器，該處理器被構造為將所述圖案中的特徵渲染成所述陣列，使得存儲在一個所述地址中的各值是由所述渲染的計數處理所確定的奇數或偶數，並且如果所述值是奇數，則將各位置識別為位於內部，並且如果所述值是偶數，則將各位置識別為位於外部。
21.根據權利要求20所述的雷射切割機，其中，所述渲染利用柵格化。
22.根據權利要求20所述的雷射切割機，其中，所述渲染利用光線投射。
23.根據權利要求20所述的雷射切割機，所述雷射切割機還包括: 控制器，該控制器被構造為根據所述值來移動所述切割頭。
24.根據權利要求20所述的雷射切割機，其中，所述處理器是渲染流水線。
25.根據權利要求20所述的雷射切割機，其中，所述處理器是圖形處理單元。
【文檔編號】G05B19/4061GK104412187SQ201380034933
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年5月21日 優先權日:2012年6月27日
【發明者】T·W·加拉斯, M·布蘭德, J·齊布卡 申請人:三菱電機株式會社