CN108480859A - 一种宽幅多功能激光机的切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽幅多功能激光机的切割方法，本发明包括图形分析、图形抽取、图形分割和图形还原步骤，本发明通过对输入进控制***的CAD图样按照激光头的工作范围进行分割，在设置多个激光头的情况下，对分割的CAD文件按照编号顺序发送至激光头内进行打印，即每个打标头打印出来的图形为原CAD图样的一部分，这样打印方式能够让CAD图样加工幅度不再受制于激光头加工范围的影响，其加工宽度只会受到激光机本身宽度的影响，而加工长度在持续上料情况下不再受限制，在大大的提高了加工效率的同时，将CAD图样的理论加工范围扩展至无限长度和无限宽度。

Description

一种宽幅多功能激光机的切割方法

技术领域

本发明涉及激光机加工领域，具体涉及一种宽幅多功能激光机的切割方法。

背景技术

目前玩具和服装行业下料基本上有两种，一种是成形刀下料，成形刀下料效率比较高，一种形状就要一种刀具，成型刀制作周期长且成本高；二是激光下料，激光下料为单激光束下料，需要X轴和Y轴两个电机带动激光束走出排料图的形状，速度不可能太快。

现在的激光加工设备通常包括至少一组激光头、X轴驱动装置和Y轴驱动装置，而激光头为振镜扫描式激光头，其主要由XY扫描镜、场镜、振镜及计算机控制的打标软件等构成，工作原理是将激光束入射到两反射镜（扫描镜）上，用计算机控制反射镜的反射角度，这两个反射镜可分别沿X、Y 轴扫描，从而达到激光束的偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦点在打标材料上按所需的要求运动，从而在材料表面上留下永久的标记。即激光头能够在不移动的情况下，就可以对一定幅面进行加工，但是由于受精度的限制，目前国内外激光打标切割机的单个激光头的最大可达到的加工范围为600mm*600mm，这就让加工一些大幅面图案时较难实现，且加工范围较大的激光头对精度的要求更高，其造价成本也更高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能够突破激光头的加工范围限制的宽幅多功能激光机的切割方法。

为了解决上述问题，本发明的宽幅多功能激光机的切割方法包括如下步骤：

a、图形分析：对输入的CAD图样进行分析，分别确定X轴极限值和Y轴的极限值，建立以X轴的极限值和Y轴的极限值为边界的矩形母图形块；

b、图形抽取：从上述步骤中的母图形块中抽取图形元素，并对图形元素建立数学模型；

c、图形分割：建立以激光头的工作范围的切割框，根据上述步骤中的数学模型对图形元件进行分割，形成若干矩形子图形块，并通过子图形块的位置信息进行命名；

d、图形还原：逐一对上述步骤中的子图形块还原成独立的CAD文件，每个CAD文件的文件名与子图形块的命名相对应；

e、将CAD文件按照命名顺序逐一发送至激光头中进行打印。

为了便于在设置一个激光头时，将CAD文件的发送至激光头中，本发明所述的激光头为振镜扫描式打标头，所述的激光机上设置有一个振镜扫描式打标头；

步骤e中，将CAD文件按照命名顺序逐一发送至激光头中，当激光头执行完命名为（X_m，Y_m）的CAD文件后执行命名为（X_m，Y_m+1）的CAD文件时，激光头在激光机上与CAD文件的Y轴相对应的加工Y轴上移动一个激光头的与Y轴相对应的工作距离；当激光头执行完命名为（X_m，Y_m）的CAD文化后执行命名为（X_m+1，Y_m）时，所述的激光头在激光机上与CAD文件的X轴相对应的加工X轴上移动一个激光头的与X轴相对应的工作距离。

为了便于提高激光头的加工效率，本发明所述的激光头为振镜扫描式打标头，所述的激光机上设置有t个振镜扫描式打标头，其中t大于1，所述的t个振镜扫描式打标头沿激光机上与CAD图形的Y轴相对应的加工Y轴上排列分布；

步骤e中，在每个激光头执行完一次命令后，将CAD文件按照命名顺序逐一分别发送至每个激光头中，当激光头执行完命名为（X_m，Y_m）的CAD文件后时，向该激光头发送命名为（X_m，Y_m+t）的CAD文件，所有激光头在激光机上与CAD文件的Y轴相对应的加工Y轴上移动n个激光头与Y轴相对应的工作距离；当激光头执行完命名为（X_m，Y_m）后时，向该激光头发送命名为（X_m+1，Y_m）的CAD文件，所有激光头在激光机上与CAD文件的X轴相对应的加工X轴上移动一个激光头的与X轴相对应的工作距离。

为了让激光头的运动轨迹更加合理，便于提高加工效率，本发明设激光头的排列方向为排，垂直于激光头的排列方向为列，所述的激光头的运动轨迹为从第一排的首端行进至第一排的尾端，然后移动至第二排，再从第二排的尾端行进至第二排的首端，依次重复上述运动步骤。

为了便于在CAD图像在Y轴上的的子图形块的数量不是激光头数量的整数倍时便于加工剩余子图形块，本发明当所述的激光头在一排的首端加工至该排的尾端时，在激光头完成每次切割命令时，计算该排剩余未运行CAD文件数量k，当k大于或等于t时，所有激光头向该排未加工方向移动t个激光头与Y轴相对应的工作距离，当k小于t时，所有激光头向该排未加工方向移动k个激光头与Y轴相对应的工作距离，且向从远离未加工方向一端开始数第p=t-k个激光头开始发送剩余未加工CAD文件。

为了便于在布料上循环加工CAD图样时，减少接缝余料，减少布料浪费，本发明还包括循环接缝步骤：加工布料的长度方向垂直于激光头排列的方向，所述的循环接缝步骤包括如下子步骤：

f1、计算CAD图样在X轴上分割的子图形块的数量为d，CAD图样的X轴平行于布料的长度方向，设激光头的在X轴的工作长度为a；

f2、计算激光头在X轴方向的工作范围Lm=d*a；

f3、计算激光头的工作范围与CAD图像在X轴上的长度Lx的差值s=Lm-Lx；

f4、确定在接缝时激光头移动的长度为Lr=a-s。

本发明的有益效果是：本发明通过对输入进控制***的CAD图样按照振镜扫描式打标头的工作范围进行分割，在设置多个激光头的情况下，对分割的CAD文件按照编号顺序发送至激光头内进行打印，即每个打标头打印出来的图形为原CAD图样的一部分，这样打印方式能够让CAD图样加工幅度不再受制于激光头加工范围的影响，其加工宽度只会受到激光机本身宽度的影响，而加工长度在持续上料情况下不再受限制，在大大的提高了加工效率的同时，将CAD图样的理论加工范围扩展至无限长度和无限宽度。而且在选择激光头时，可以选择加工加工范围相对较小的激光头，较小的激光头相对与较大的激光头虽然在效率上降低比较少，但是能够大大的节约制造成本。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明多个激光头运行至加工Y轴边缘的状态示意图；

图3为未运行循环接缝步骤时的状态示意图；

图4为运行循环接缝步骤时的状态示意图。

具体实施方式

实施例一

宽幅多功能激光机的主要组成结构为激光头、工作平台、驱动激光头相对于工作平台沿加工X轴运动的第一驱动装置和驱动激光头相对于工作平台沿加工Y轴运动的第二驱动装置，现有技术中针对不同加工材料比较常见的有两种设置方式，一种是针对于布艺皮革等软质材料的加工，工作平台设置成循环输送网带，输送网带上设置有横梁，激光头在横梁上滑动，输送网带的运动方向定义为加工X轴，激光头在横梁上滑动的方向为加工Y轴。另一种是对于金属或非金属的硬质板材的加工，工作平台上设置有横梁，横梁能够沿工作平台的长度方向滑动，横梁的滑动方向为加工X轴，激光头在横梁上滑动的方向为加工Y轴。

本实施例所述的激光头为振镜扫描式打标头，本实施例以加工布艺皮革等软质材料且设置一个振镜扫描式打标头对切割方法进行说明，如图1所示具体包括如下步骤：

a、图形分析：对输入的CAD图样进行分析，分别确定X轴极限值和Y轴的极限值，建立以X轴的极限值和Y轴的极限值为边界的矩形母图形块；通过电脑或者外接设备将下料板图输入到控制***中，现有技术中已经实现能够对CAD图样分析、处理和识别，控制***分析输入的CAD图样，找出CAD图样中的X轴上的最大值坐标点和最小值坐标点，Y轴上的最大值坐标点和最小值坐标点，并作出经过这些坐标点且平行于相应坐标轴的直线，围城一个矩形，形成模图形块，CAD图样的X轴对应激光机的加工X轴，即与输送网带的运行方向相对应，CAD图样的Y轴对应激光机的加工Y轴，即对应激光头在横梁上的运动方向。

b、图形抽取：从上述步骤中的母图形块中抽取图形元素，并对图形元素建立数学模型；控制***从母图形块中抽取有效的图形元素，并对这些元素转换成通过数学公式表达的数学模型，以便于下一步骤进行图形分割。

c、图形分割：建立以激光头的工作范围的切割框，根据上述步骤中的数学模型对图形元件进行分割，形成若干矩形子图形块，并通过子图形块的位置信息进行命名；一般单个激光头的工作范围为方形，射激光头的工作范围为a*a，以a*a建立一个方形的切割框，从矩形母图形块一端进行分割的进行逐一分割，即在矩形母图形块内的范围内成排成列的紧密排列切割框，而控制***处理这一步骤中主要通过上述步骤的数学模型进行分割，通过计算切割框与数学模型的交叉点，计算出数学公式中变量的范围值，即可完成对数学公式的分割取段。针对于每个子图形块的位置进行命名，第一排为（X₁，Y₁）、（X₁，Y₂）…（X_n，Y_n），第二排为（X₂，Y₁）、（X₂，Y₂）…（X_n，Y_n），依次类推。

d、图形还原：逐一对上述步骤中的子图形块还原成独立的CAD文件，每个CAD文件的文件名与子图形块的命名相对应；将每个子图形块内的数学模型转换成激光机能够识别的二维CAD图形。

e、将CAD文件按照命名顺序逐一发送至激光头中进行打印。由于只存在一个激光头，控制***每次相激光头发送一个子图形块，在加工完一个子图形块时，激光头沿横梁向未加工方向移动一个激光头的加工距离，即激光头在加工Y轴方向上移动距离a，当加工完一整排时，输送网带移动一个激光头的加工距离，即激光头相对于输送网带在X轴方向上移动距离a，然后加工第二排的子图形块，激光头的行走轨迹为S形，在加工上一排是由首部到尾部，移动至下一排上时，再由尾部加工至首部，这样轨迹避免了激光头做无用功，增加激光头的加工效率。

实施例二

本实施例相对于实施例一的主要区别在于横梁上设置有多个激光头，为了便于理解和描述，本实施例以设置四个激光头，并对四个激光头分别顺序编号为1号，2号，3号和4号，其切割方法与实施例一的主要区别在于步骤e，由于存在四个激光头，控制***向每个激光头中分别发送相对应的子图形块，如在加工第一排时，向1号激光头中发送命名为（X₁，Y₁）的子图形块，向2号激光头中发送命名为（X₂，Y₁）的子图形块，向3号激光头中发送命名为（X₃，Y₁）的子图形块，向4号激光头中发送命名为（X₄，Y₁）的子图形块，每个激光头均独立打印运行，打印相应的子图形块的内容，当所有激光头打印完相应的图形块内容时，所有激光头向未打印的方向移动四个激光头的工作距离，即所有激光头在加工Y轴上移动距离4a，让端部的激光头移动至未加工区域内，控制***再向激光头中发送相应的子图形块，加工完上一排后，输送网带移动一个激光头的加工距离，即激光头相对于输送网带移动距离a，激光头的移动轨迹为S形，能够提高激光头的加工效率。

但每排的子图形块的块数不一定与激光头的数量成倍数关系，在由一端加工至另一端时，如果剩余未加工的子图形块的数量小于激光头的数量时，所有激光头向未加工方向移动与剩余子图形块的数量相同的激光头的加工距离，即在加工在至图形的边缘时还剩余3个子图形块未加工，激光头沿横梁向未加工方向移动3个激光头的加工距离，即在Y轴上移动距离3a，2号激光头、3号激光头和4号激光头对应三个为打印位置，控制***将向2号激光头发送命名为（X_n，Y_n-2），向3号激光头发送命名为（X_n，Y_n-1），向4号激光头发送命名为（X_n，Y_n），即2号激光头、3号激光头和4号激光头进行打印剩余三个子图形块，而1号激光头处于未工作状态。如图2所示，在打印Y轴至边缘时，剩余1个子图形块或2个子图形块时，其处理方式与上述方式相同。

如图3所示，在加工X轴方向时，由于布料的长度方向上在理论上是无限长度的，而就会出现布料的长度大于CAD图样的长度的情况，所以CAD图样就会进行循环排料，但是由于CAD图的长度尺寸不一定是激光头的加工距离的整数倍，所以在两个CAD图像的铰接处由于受激光头加工距离的影响会产生接缝余料，如图3中H为接缝余料的宽度，造成一定程度的浪费，如图4所示，为了减少接缝余料，本实施例还包括循环接缝步骤，具体包括如下步骤：

f1、计算CAD图样在X轴上分割的子图形块的数量为d，CAD图样的X轴平行于布料的长度方向。在计算CAD图样在X轴上分割的子图形块的数量时，用CAD图样在X轴上的长度除以单个激光头在X轴上的工作长度，当可以整除时，计算结果即为子图形块的数量d，当不能整除时，取计算结果的整数加1作为子图形块的数量d。

f2、计算激光头在X轴方向的工作范围L_m=d*a；激光头的工作范围是指在加工一个CAD图样时，激光头在从X轴的首端加工至X轴的尾端时，激光头在X轴的活动范围。

f3、计算激光头的活动距离与CAD图像在X轴上的长度L_x的差值s=L_m-L_x；

f4、确定在接缝时激光头移动的长度为L_r=a-s。

假设每个激光头的加工范围300mm*300mm，CAD图样在X轴上的长度为2520，即CAD图样在X轴方向上分割的图块的数量为2520/300=8.4,取整数为9个，所以激光头在加工X轴上的活动范围为9*300=2700mm，如果为经过接缝步骤，两个CAD图样之间就会存在2700-2520=180mm的接缝余料，造成浪费，而在运行接缝步骤时，在加工完前一个CAD图样的最后一排子图形块时，加工下一个CAD图样的首端时，激光头只需再移动300-180=120mm，有效减少材料的浪费。

当激光机采用加工金属或者非金属的龙门式的结构时，其加工原理是相同的，在激光头相对于加工平台在Y轴上移动时，具体体现为横梁在加工平台上滑动。除此之外，对于立式激光机和用于加工规则立体材质的激光机均可以具体结构采用本切割方法。

Claims (6)

1.一种宽幅多功能激光机的切割方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、图形分析：对输入的CAD图样进行分析，分别确定X轴极限值和Y轴的极限值，建立以X轴的极限值和Y轴的极限值为边界的矩形母图形块；

b、图形抽取：从上述步骤中的母图形块中抽取图形元素，并对图形元素建立数学模型；

c、图形分割：建立以激光头的工作范围的切割框，根据上述步骤中的数学模型对图形元件进行分割，形成若干矩形子图形块，并通过子图形块的位置信息进行命名；

d、图形还原：逐一对上述步骤中的子图形块还原成独立的CAD文件，每个CAD文件的文件名与子图形块的命名相对应；

e、将CAD文件按照命名顺序逐一发送至激光头中进行打印。

2.根据权利要求1所述的宽幅多功能激光机的切割方法，其特征在于：所述的激光头为振镜扫描式打标头，所述的激光机上设置有一个振镜扫描式打标头；

步骤e中，将CAD文件按照命名顺序逐一发送至激光头中，当激光头执行完命名为（X_m，Y_m）的CAD文件后执行命名为（X_m，Y_m+1）的CAD文件，激光头在激光机上与CAD文件的Y轴相对应的加工Y轴上移动一个激光头的与Y轴相对应的工作距离；当激光头执行完命名为（X_m，Y_m）的CAD文化后执行命名为（X_m+1，Y_m）时，所述的激光头在激光机上与CAD文件的X轴相对应的加工X轴上移动一个激光头的与X轴相对应的工作距离。

3.根据权利要求1所述的宽幅多功能激光机的切割方法，其特征在于：所述的激光头为振镜扫描式打标头，所述的激光机上设置有t个振镜扫描式打标头，其中t大于1，所述的t个振镜扫描式打标头沿激光机上与CAD图形的Y轴相对应的加工Y轴上排列分布；

步骤e中，在每个激光头执行完一次命令后，将CAD文件按照命名顺序逐一分别发送至每个激光头中，当激光头执行完命名为（X_m，Y_m）的CAD文件后时，向该激光头发送命名为（X_m，Y_m+t）的CAD文件，所有激光头在激光机上与CAD文件的Y轴相对应的加工Y轴上移动n个激光头与Y轴相对应的工作距离；当激光头执行完命名为（X_m，Y_m）后时，向该激光头发送命名为（X_m+1，Y_m）的CAD文件，所有激光头在激光机上与CAD文件的X轴相对应的加工X轴上移动一个激光头的与X轴相对应的工作距离。

4.根据权利要求2或3所述的宽幅多功能激光机的切割方法，其特征在于：设激光头的排列方向为排，垂直于激光头的排列方向为列，所述的激光头的运动轨迹为从第一排的首端行进至第一排的尾端，然后移动至第二排，再从第二排的尾端行进至第二排的首端，依次重复上述运动步骤。

5.根据权利要求4所述的宽幅多功能激光机的切割方法，其特征在于：当所述的激光头在一排的首端加工至该排的尾端时，在激光头完成每次切割命令时，计算该排剩余未运行CAD文件数量k，当k大于或等于n时，所有激光头向该排未加工方向移动n个激光头与Y轴相对应的工作距离，当k小于n时，所有激光头向该排未加工方向移动k个激光头与Y轴相对应的工作距离，且向从远离未加工方向一端开始数第p=n-k个激光头开始发送剩余未加工CAD文件。

6.根据权利要求5所述的宽幅多功能激光机的切割方法，其特征在于：还包括循环接缝步骤：加工布料的长度方向垂直于激光头排列的方向，所述的循环接缝步骤包括如下子步骤：

f1、计算CAD图样在X轴上分割的子图形块的数量为d，CAD图样的X轴平行于布料的长度方向，设激光头的在X轴的工作长度为a；

f2、计算激光头在X轴方向的工作范围L_m=d*a；

f3、计算激光头的工作范围与CAD图像在X轴上的长度L_x的差值s=L_m-L_x；

f4、确定在接缝时激光头移动的长度为L_r=a-s。