一种激光切割路径非封闭轮廓自由转向方法以及排序装置与流程

机械加工,机床金属加工设备的制造及其加工,应用技术1.本发明涉及激光切割自动化控制领域，尤其是指一种激光切割路径非封闭轮廓自由转向方法以及排序装置。背景技术：2.在激光切割系统中，主要采用cam(computer aided manufacturing)软件编程生成可供机床设备读取的数字控制程序，从而使机床设备运行更加精准高效。采用cam软件的编程时，需要重点考虑如何提高机床切割效率，节约成本，提高企业核心竞争力。在激光加工中，激光器在每一个加工轮廓之间的空移是制约切割效率的瓶颈。路径规划的目的就是规划出一条经过所有加工轮廓的切割路径，并在满足切割工艺等特殊需求下，尽可能缩短空移长度。3.激光切割路径规划的加工轮廓主要分为封闭轮廓和不封闭轮廓，传统的路径规划方法通常采用加工轮廓上的某一个特征点来代表该轮廓，然后按照一定规则规划出一条合适的切割路径，这个特征点称为该轮廓的切割引入点。对于切割引入点和切割引出点相同的封闭轮廓而言，在路径规划中可以产生一条合适路径。对于切割引入点和切割引出点的不封闭轮廓，在路径规划下容易产生不必要的单段长距离空移。4.因此迫切需要提供一种可以缩短封闭轮廓与不封闭轮廓或者不封闭轮廓之间切割空移长度的方法。技术实现要素：5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以缩短封闭轮廓与不封闭轮廓或者不封闭轮廓之间切割空移长度的方法以及排序装置。6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种激光切割路径非封闭轮廓自由转向方法，包括以下步骤：7.输入切割图形并对每个所述切割图形构建实体结构图；8.将所述实体结构图按照位置包含关系分为不同层；9.分别将不同层的所述实体结构图进行近邻排序及路径规划，按照所述路径规划依次加工所述实体结构图；10.输出路径规划后的图形数据。11.进一步地，所述输入切割图形具体包括：12.导入外部图形文件并将所述外部图形文件进行图形数据解析生成切割图形。13.进一步地，所述输入切割图形具体包括：14.使用计算机辅助制造系统绘制切割图形。15.进一步地，所述将所述实体结构图按照位置包含关系分为不同层具体包括以下步骤：16.将所有所述实体结构图存储于队列，并依次判断所述实体结构图之间的位置包含关系；17.将所述队列中位于最外层的所述实体结构图存储于第一层，并从所述队列中删除第一层中的所述实体结构图；18.依次将所述队列中最外层的所述实体结构图存储于不同层。19.进一步地，所述分别将不同层的所述实体结构图进行近邻排序及路径规划具体包括：20.标记所述第一层中每个所述实体结构图的第一切割点和第二切割点；21.分别计算每个所述实体结构图的第一切割点到参考点的第一距离和第二切割点到参考点的第二距离，将所述第一距离和所述第二距离中较小的距离作为参考距离；22.将所有所述参考距离进行排序，并将最短的所述参考距离对应的所述实体结构图存储；23.判断最短的所述参考距离是否对应于已存储的所述实体结构图的第一切割点；24.若最短的所述参考距离对应于第一切割点，则将已存储的所述实体结构图的第二切割点作为新的参考点；25.若最短的所述参考距离不是对应于第一切割点，则将已存储的所述实体结构图的第一切割点作为新的参考点；26.重复以上步骤，将所述第一层中其余所述实体结构图依次存储并按照存储顺序和对应最短的所述参考距离进行路径规划；27.重复以上步骤，依次将其它层的所述实体结构图进行近邻排序以及路径规划。28.进一步地，所述分别计算每个所述实体结构图的第一切割点到参考点的第一距离和第二切割点到参考点的第二距离，将所述第一距离和所述第二距离中较小的距离作为参考距离之前还包括：29.判断所述第一切割点和所述第二切割点是否为同一点；30.若所述第一切割点和所述第二切割点是同一点，则将所述第一切割点到参考点的第一距离作为参考距离。31.与此同时，本发明还提供了一种激光切割路径非封闭轮廓自由转向排序装置，包括：32.图形处理模块，用于输入切割图形并对每个所述切割图形构建实体结构图；33.图形层次区分模块，用于将所述实体结构图按照位置包含关系分为不同层；34.路径规划模块，用于分别将不同层的所述实体结构图进行近邻排序及路径规划，按照所述路径规划依次加工所述实体结构图；35.图形输出模块，用于输出路径规划后的图形数据。。36.进一步地，所述图形处理模块，还用于导入外部图形文件并将所述外部图形文件进行图形数据解析生成切割图形。37.进一步地，所述图形处理模块，还用于使用计算机辅助制造系统绘制切割图形。38.进一步地，所述图形层次区分模块，具体用于将所有所述实体结构图存储于队列，并依次判断所述实体结构图之间的位置包含关系；39.将所述队列中位于最外层的所述实体结构图存储于第一层，并从所述队列中删除第一层中的所述实体结构图；40.依次将所述队列中最外层的所述实体结构图存储于不同层。41.本发明的有益效果在于：将输入的切割图形进行图形数据解析，对每一个切割图形分别构建实体结构图。将实体结构图进行内外层次的区分，将实体结构图根据位置包含关系区分为不同层。分别将不同层的实体结构图进行近邻排序，寻找相邻实体结构图之间的最短路径，所有的最短路径连接起来可以得到整体最短的路径规划，该路径规划减少了空移距离，提升了激光切割的效率。附图说明42.下面结合附图详述本发明的具体结构：43.图1为本发明激光切割路径非封闭轮廓自由转向方法的流程图一；44.图2为本发明激光切割路径非封闭轮廓自由转向方法的流程图二；45.图3为本发明激光切割路径非封闭轮廓自由转向方法的流程图三；46.图4为本发明激光切割路径非封闭轮廓自由转向排序装置结构示意图。47.图中：10-排序装置，11-图形处理模块，12-图形内外层次区分模块，13‑ꢀ路径规划模块，14-图形输出模块。具体实施方式48.为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。49.激光切割路径规划的加工轮廓主要分为封闭轮廓和不封闭轮廓，传统的路径规划方法通常采用加工轮廓上的某一个特征点来代表该轮廓，然后按照一定规则规划出一条合适的切割路径，这个特征点称为该轮廓的切割引入点。对于切割引入点和切割引出点相同的封闭轮廓而言，在路径规划中可以产生一条合适路径。对于切割引入点和切割引出点的不封闭轮廓，在路径规划下容易产生不必要的单段长距离空移。本发明提供了一种激光切割路径非封闭轮廓自由转向方法，可以减少空移距离，提升激光切割的效率。请参阅图1，具体包括以下步骤：50.s1：输入切割图形并对每个所述切割图形构建实体结构图。51.可以理解的是，在进行路径规划之前先要进行切割图形的传输和整理，需要将切割图形进行图形数据解析。将切割图形进行图形数据解析后变成可以被识别和处理的实体结构图，在实体结构图的基础上赋予对应的实体类型、实体结构编号、切割点引入点、切割引出点以及结构自由转换标志等。52.s2：将所述实体结构图按照位置包含关系分为不同层。53.可以理解的是，对于钣金切割的实体结构图而言，每一个实体结构图主要分为内外两层，包括内层结构图和外层结构图，当然也可能存在多层嵌套的内层结构图。激光切割路径在实体结构图之间的转移时存在着空移距离，空移距离的增加会严重增加激光加工的时间，降低加工效率，因此在进行激光切割路径规划时需要尽量缩短空移距离。本实施例中，将实体结构图分为不同层，在不同层内分别进行路径规划，从而获得最短的路径规划。54.s3：分别将不同层的所述实体结构图进行近邻排序及路径规划，按照所述路径规划依次加工所述实体结构图。55.可以理解的是，在进行路径规划时需要将不同层的实体结构图分别处理。首先将同一层的实体结构图进行近邻排序，根据相邻实体结构图之间的最短距离进行同一层内的路径规划，减少空移距离。然后在不同层之间分别进行路径规划，将不同层的最短路径规划连接起来，得到整体最短的路径规划，此时可以得到最短的空移距离，极大的提升了激光切割的效率。56.s4：输出路径规划后的图形数据。57.可以理解的是，在完成激光切割路径规划以及完成激光切割工作之后，需要将激光切割的路径信息进行保存和分析，因此还需要将路径规划后的外层结构图进行输出，需要将原实体结构数据进行反向输出。58.本发明提供的激光切割路径非封闭轮廓自由转向方法，将输入的切割图形进行图形数据解析，对每一个切割图形分别构建实体结构图。将实体结构图进行内外层次的区分，将实体结构图根据位置包含关系区分为不同层。分别将不同层的实体结构图进行近邻排序，寻找相邻实体结构图之间的最短路径，所有的最短路径连接起来可以得到整体最短的路径规划，该路径规划减少了空移距离，提升了激光切割的效率。59.本发明提供的激光切割路径非封闭轮廓自由转向方法中，在进行路径规划之前先要进行切割图形的传输和整理。60.具体的，输入切割图形可以是导入外部图形文件，将已经设计好的图形文件导入，提升了工作效率。导入外部图形文件时需要注意图形的格式，如dxf、 dwg、dft格式等。导入外部图形文件后需要将外部图形文件进行图形数据解析，生成切割图形。61.在另一实施例中，还可以连接计算机辅助制造系统，使用计算机辅助制造系统绘制切割图形，根据需要实时绘制，增加了灵活性。62.本发明提供的激光切割路径非封闭轮廓自由转向方法中，激光切割头在实体结构图之间转移时存在着空移距离，空移距离的增加会严重增加激光加工的时间，降低加工效率，因此在进行激光切割路径规划时需要尽量缩短空移距离，增加切割效率。本实施例中，将实体结构图分为不同层，在不同层内分别进行路径规划，从而获得最短的路径规划。63.具体的，将所述实体结构图按照位置包含关系分为不同层包括以下步骤，请参阅图2：64.s21：将所有所述实体结构图存储于队列，并依次判断所述实体结构图之间的位置包含关系。65.s22：将所述队列中位于最外层的所述实体结构图存储于第一层，并从所述队列中删除第一层中的所述实体结构图。66.s23：依次将所述队列中最外层的所述实体结构图存储于不同层。67.可以理解的是，将实体结构图按照实体面积从大到小进行排序，依次判断所有实体结构图之间的位置包含关系。实体结构图的位置包含关系分为相邻关系与包含关系，相邻关系是指两个或多个实体结构图位置上不重叠，包含关系是指面积较小的实体结构图位于面积较大的实体结构图内。当存在包含关系时，内层的实体结构图与外层的实体结构图之间存在空移距离，当存在相邻关系时，多个实体结构之间存在空移距离。68.本实施例中，先将所有的实体结构图存储于队列中，依次判断实体结构图之间的位置包含关系，具体包括以下步骤：69.将所有的实体结构图按照面积大小进行排序，存储于队列中；70.将排序第一的实体结构图依次与所有排序靠后的实体结构图进行位置关系判断；71.若排序靠后的实体结构图位于排序第一的实体结构图内，则将这些排序靠后的实体结构图定义为排序第一的实体结构图的子结构图，将排序第一的实体结构图存储于第一层，并将排序第一的实体结构图和其子结构图删除；72.然后将排序第二的实体结构图依次与剩余所有排序靠后的实体结构图进行位置关系判断；73.若排序靠后的实体结构图位于排序第二的实体结构图内，则将这些排序靠后的实体结构图定义为排第二的实体结构图的子结构图，将排序第二的实体结构图存储于第一层；74.依次类推，上述方法可以将所有具有相邻关系的最外层实体结构图存储于第一层。然后将第一层中的实体结构图从队伍中删除，将队伍中剩余的实体结构图按照上述方法找出具有相邻关系的最外层实体结构图，并存储于第二层。通过上述方案，可以将实体结构图按照相邻关系和包含关系逐渐分为不同的层次。75.本发明提供的激光切割路径非封闭轮廓自由转向方法中，在进行路径规划时，需要将不同层的实体结构图分别处理，将同一层的实体结构图进行近邻排序，根据相邻实体结构图之间的最短距离进行同一层内的路径规划，减少空移距离。然后在不同层之间分别进行路径规划，将不同层的最短路径规划连接起来，得到整体最短的路径规划，此时可以得到最短的空移距离，极大的提升了激光切割的效率。76.具体的，分别将不同层的所述实体结构图进行近邻排序及路径规划，按照所述路径规划依次加工所述实体结构图包括以下步骤，请参阅图3：77.s31：标记所述第一层中每个所述实体结构图的第一切割点和第二切割点。78.可以理解的是，在对每个实体结构图进行激光切割时均存在切割引入点和切割引出点，在路径规划前尚不能确定激光切割的方向，因此将实体结构图的切割端点分别标记为第一切割点和第二切割点，在路径规划时可以自由转换激光切割时引入与引出的方向。79.s32：分别计算每个所述实体结构图的第一切割点到参考点的第一距离和第二切割点到参考点的第二距离，将所述第一距离和所述第二距离中较小的距离作为参考距离。80.s33：将所有所述参考距离进行排序，并将最短的所述参考距离对应的所述实体结构图存储.81.可以理解的是，在进行距离判断时先要定义一个参考点，分别计算每个实体结构图的第一切割点到参考点的第一距离，第二切割点到参考点的第二距离，将第一距离和第二距离中较近的距离作为参考距离。计算完所有的参考距离后，将所有的参考距离进行排序，然后将最短的参考距离对应的实体结构图存储起来。上述内容实现的目的是找到距离参考点最近的第一切割点或者第二切割点，将该切割点作为激光切割的起点。82.s34：判断最短的所述参考距离是否对应于已存储的所述实体结构图的第一切割点。83.s351：若最短的所述参考距离对应于第一切割点，则将已存储的所述实体结构图的第二切割点作为新的参考点。84.s352：若最短的所述参考距离不是对应于第一切割点，则将已存储的所述实体结构图的第一切割点作为新的参考点。85.s36：重复以上步骤，将所述第一层中其余所述实体结构图依次存储并按照存储顺序和对应最短的所述参考距离进行路径规划。86.可以理解的是，在确定了最短的参考距离后，如果参考点与已存储的实体结构图的第一切割点构成最短的参考距离，那么以第一切割点作为路径规划的起点，切割路径经过已存储的实体结构图后从第二切割点引出，此时以第二切割点作为新的参考点再次寻找下一个最短的参考距离。依次类推，通过逐个寻找最短的参考距离，可以将第一层的实体结构图以最短的路径连接起来，即路径规划最短，空移距离最短。87.同理，如果参考点与已存储的实体结构图的第二切割点构成最短的参考距离，那么以第二切割点作为路径规划的起点，切割路径经过已存储的实体结构图后从第一切割点引出，此时以第一切割点作为新的参考点再次寻找下一个最短的参考距离。依次类推，通过逐个寻找最短的参考距离，可以将第一层的实体结构图以最短的路径连接起来，即路径规划最短，空移距离最短。88.上述过程中，实体结构图的第一切割点和第二切割点可以自由转换为切割引入点和切割引出点，在路径规划时可以自由换向，极大地缩短了切割图形的空移距离，极大提升了激光切割的效率。89.s37：重复以上步骤，依次将其它层的所述实体结构图进行近邻排序以及路径规划。90.可以理解的是，在第一层内实现最短的路径规划之后，将其它层内的实体结构图按照同样的方法寻找最短的路径规划，将每一层的路径规划连接，形成最短的整体路径规划，进而降低整个切割图形的空移距离。91.本发明提供的激光切割路径非封闭轮廓自由转向方法中，在进行路径规划时，有可能存在封闭的实体结构图，即实体结构图的切割引入点和切割引出点为同一点，存在这种情况时可以节省对比第一距离和第二距离的步骤。92.具体的，分别计算每个所述实体结构图的第一切割点到参考点的第一距离和第二切割点到参考点的第二距离，将所述第一距离和所述第二距离中较小的距离作为参考距离之前还包括：93.s321：判断所述第一切割点和所述第二切割点是否为同一点。94.s322：若所述第一切割点和所述第二切割点是同一点，则将所述第一切割点到参考点的第一距离作为参考距离。95.可以理解的是，当第一切割点和第二切割点为同一点时，直接将第一切割点到参考点的距离作为参考距离即可。当第一切割点和第二切割点不是同一点时，再分别计算每个实体结构图的第一切割点到参考点的第一距离，第二切割点到参考点的第二距离，将第一距离和第二距离中较近的距离作为参考距离。96.与此同时，本发明还提供了一种激光切割路径非封闭轮廓自由转向排序装置10，具体包括以下模块，请参阅图4：97.图形处理模块11，用于输入切割图形并对每个所述切割图形构建实体结构图。98.可以理解的是，在进行路径规划之前先要进行切割图形的传输和整理，需要将切割图形进行图形数据解析。将切割图形进行图形数据解析后变成可以被识别和处理的实体结构图，在实体结构图的基础上赋予对应的实体类型、实体结构编号、切割点引入点、切割引出点以及结构自由转换标志等。99.图形层次区分模块12，用于将所述实体结构图按照位置包含关系分为不同层。100.可以理解的是，对于钣金切割的实体结构图而言，每一个实体结构图主要分为内外两层，包括内层结构图和外层结构图，当然也可能存在多层嵌套的内层结构图。激光切割路径在实体结构图之间的转移时存在着空移距离，空移距离的增加会严重增加激光加工的时间，降低加工效率，因此在进行激光切割路径规划时需要尽量缩短空移距离，增加切割效率。本实施例中，将实体结构图分为不同层，在不同层内分别进行路径规划，从而获得最短的路径规划。101.路径规划模块13，用于分别将不同层的所述实体结构图进行近邻排序及路径规划，按照所述路径规划依次加工所述实体结构图。102.可以理解的是，在进行路径规划时需要将不同层的实体结构图分别处理。首先将同一层的实体结构图进行近邻排序，根据相邻实体结构图之间的最短距离进行同一层内的路径规划，减少空移距离。然后在不同层之间分别进行路径规划，将不同层的最短路径规划连接起来，得到整体最短的路径规划，此时可以得到最短的空移距离，极大的提升了激光切割的效率。103.图形输出模块14，用于输出路径规划后的图形数据。104.可以理解的是，在完成激光切割路径规划以及完成激光切割工作之后，需要将激光切割的路径信息进行保存和分析，因此还需要将路径规划后的外层结构图进行输出，需要将原实体结构数据进行反向输出。105.本发明提供的激光切割路径非封闭轮廓自由转向排序装置中，在进行路径规划之前先要进行切割图形的传输和整理。106.具体的，输入切割图形可以是导入外部图形文件，将已经设计好的图形文件导入，分工合作，提升了工作效率。导入外部图形文件时需要注意图形的格式，如dxf、dwg、dft等等。导入外部图形文件后需要将外部图形文件进行图形数据解析，生成可以被识别和处理的切割图形。107.因此图形处理模块11还用于导入外部图形文件并将所述外部图形文件进行图形数据解析生成切割图形。108.在另一实施例中，还可以连接计算机辅助制造系统，使用计算机辅助制造系统绘制切割图形，根据需要实时绘制，增加了方法的灵活性。109.因此图形处理模块11，还用于使用计算机辅助制造系统绘制切割图形。110.本发明提供的激光切割路径非封闭轮廓自由转向排序装置中，激光切割头在实体结构图之间转移时存在着空移距离，空移距离的增加会严重增加激光加工的时间，降低加工效率，因此在进行激光切割路径规划时需要尽量缩短空移距离，增加切割效率。本实施例中，将实体结构图分为不同层，在不同层内分别进行路径规划，从而获得最短的路径规划。111.具体的，图形层次区分模块12，还用于将所有所述实体结构图存储于队列，并依次判断所述实体结构图之间的位置包含关系；112.将所述队列中位于最外层的所述实体结构图存储于第一层，并从所述队列中删除第一层中的所述实体结构图；113.依次将所述队列中最外层的所述实体结构图存储于不同层。114.可以理解的是，将实体结构图按照实体面积从大到小进行排序，依次判断所有实体结构图之间的位置包含关系。实体结构图的位置包含关系分为相邻关系与包含关系，相邻关系是指两个或多个实体结构图位置上不重叠，包含关系是指面积较小的实体结构图位于面积较大的实体结构图内。当存在包含关系时，内层的实体结构图与外层的实体结构图之间存在空移距离，当存在相邻关系时，多个实体结构之间存在空移距离。115.本发明提供的激光切割路径非封闭轮廓自由转向排序装置中，在进行路径规划时，需要将不同层的实体结构图分别处理，将同一层的实体结构图进行近邻排序，根据相邻实体结构图之间的最短距离进行同一层内的路径规划，减少空移距离。然后在不同层之间分别进行路径规划，将不同层的最短路径规划连接起来，得到整体最短的路径规划，此时可以得到最短的空移距离，极大的提升了激光切割的效率。116.具体的，路径规划模块13，还用于标记所述第一层中每个所述实体结构图的第一切割点和第二切割点；117.分别计算每个所述实体结构图的第一切割点到参考点的第一距离和第二切割点到参考点的第二距离，将所述第一距离和所述第二距离中较小的距离作为参考距离；118.将所有所述参考距离进行排序，并将最短的所述参考距离对应的所述实体结构图存储；119.判断最短的所述参考距离是否对应于已存储的所述实体结构图的第一切割点；120.若最短的所述参考距离对应于第一切割点，则将已存储的所述实体结构图的第二切割点作为新的参考点；121.若最短的所述参考距离不是对应于第一切割点，则将已存储的所述实体结构图的第一切割点作为新的参考点；122.重复以上步骤，将所述第一层中其余所述实体结构图依次存储并按照存储顺序和对应最短的所述参考距离进行路径规划；123.重复以上步骤，依次将其它层的所述实体结构图进行近邻排序以及路径规划。124.可以理解的是，在第一层内实现最短的路径规划之后，将其它层内的实体结构图按照同样的方法寻找最短的路径规划，将每一层的路径规划连接，形成最短的整体路径规划，进而降低整个切割图形的空移距离。125.本发明提供的激光切割路径非封闭轮廓自由转向排序装置中，在进行路径规划时，有可能存在封闭的实体结构图，即实体结构图的切割引入点和切割引出点为同一点，如果存在这种情况可以节省对比第一距离和第二距离的步骤。126.具体的，路径规划模块13还用于判断所述第一切割点和所述第二切割点是否为同一点；127.若所述第一切割点和所述第二切割点是同一点，则将所述第一切割点到参考点的第一距离作为参考距离。128.可以理解的是，当第一切割点和第二切割点为同一点时，直接将第一切割点到参考点的距离作为参考距离即可。当第一切割点和第二切割点不是同一点时，再分别计算每个实体结构图的第一切割点到参考点的第一距离，第二切割点到参考点的第二距离，将第一距离和第二距离中较近的距离作为参考距离。129.综上所述，本发明提供的激光切割路径非封闭轮廓自由转向方法以及排序装置，将输入的切割图形进行图形数据解析，对每一个切割图形分别构建实体结构图。将实体结构图进行内外层次的区分，将实体结构图根据位置包含关系区分为不同层。分别将不同层的实体结构图进行近邻排序，寻找相邻实体结构图之间的最短路径，所有的最短路径连接起来可以得到整体最短的路径规划，该路径规划减少了空移距离，提升了激光切割的效率。130.此处第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。131.此处，上、下、左、右、前、后只代表其相对位置而不表示其绝对位置。132.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。









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