專利名稱：用于切割連續(xù)片材流中預(yù)設(shè)形狀的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于切割移動片材中預(yù)設(shè)形狀的圖象設(shè)備和切割設(shè)備。特別是，當(dāng)材料通過時，圖象系統(tǒng)識別已知幾何預(yù)設(shè)形狀的關(guān)聯(lián)基準(zhǔn)，并且控制器命令切割系統(tǒng)精確地切割幾何形狀。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的方法是使有限長度的普通材料前移而進(jìn)入切割區(qū)中，當(dāng)材料固定時，移動附近X-Y定位裝置上的激光束，以便從材料上切割圖案。數(shù)字控制式定位裝置使激光束在材料上定位以響應(yīng)預(yù)定已知圖案。一旦切割了圖案，則傳送帶前進(jìn)以排出所切割的圖案，并將新材料帶入切割區(qū)。
在
公開日為1991年11月11日的CA2,016,554中公開了一種方法，通過在使材料于傳送帶上移動而連續(xù)通過激光切割區(qū)的同時進(jìn)行激光切割，該方法部分實(shí)現(xiàn)了提高切割圖案的產(chǎn)量的目的。該“移動切割式(cut-on-the-fly)”方法避免了從切割區(qū)裝載和卸載材料的過程，并應(yīng)用了激光切割頭同時沿移動材料軸線以及材料橫向的有效移動。在2001年9月25日公布的加拿大艾伯塔省埃德蒙頓市萊森特技術(shù)有限公司的US6,294,755B1中，公開了通過將路徑離散成幾何移動最大程度地縮短沿連續(xù)路徑移動激光所需的時間，進(jìn)一步最優(yōu)化和提高了切割材料產(chǎn)量，其成對連接而最大程度減少定位裝置的停止和移動。此外，對每個離散移動進(jìn)行速度范圍分析，并對其調(diào)節(jié)而進(jìn)行重疊，以便適應(yīng)由此通過的連續(xù)速度曲線。
上述技術(shù)基于基本均勻的材料，圖案僅產(chǎn)生于切刀的數(shù)字存儲器中。換句話說，能夠在基本連續(xù)移動材料上的任何地方實(shí)施圖案。但是，在某些情況下，要求確定形狀的位置并切出形狀，該形狀已經(jīng)印刷或預(yù)設(shè)在材料中。在切割出形狀或圖案時，涉及多種難題，其中這些形狀或圖案在移動材料中的坐標(biāo)是不變的，包括確定開始切割的位置，和沿形狀的預(yù)定切割線或在其一定公差內(nèi)的切割。在材料基本連續(xù)移動的情況下，上述難題更加突出，材料會從切割開始到切割結(jié)束時產(chǎn)生歪斜。
在服裝業(yè)和家具業(yè)中，已知要為以后的組裝而切割設(shè)有圖案的材料。在這種情況下，已知有限數(shù)量的開始位置。Bercaits的US5,975,743中和Loriot的US4905159公開了這樣的技術(shù)。已知該現(xiàn)有技術(shù)使用圖象系統(tǒng)，可以利用該圖象系統(tǒng)確定開始點(diǎn)的位置，但是，通過切刀設(shè)置該圖象系統(tǒng)照相機(jī)的日期，因此僅能夠連續(xù)地應(yīng)用；在仔細(xì)限定的區(qū)域內(nèi)搜索以便確定開始點(diǎn)的位置，接著重置而開始切割過程。另一切割形狀的方法是采用識別標(biāo)記預(yù)先標(biāo)出形狀的邊界或切割線，接著用切刀跟蹤標(biāo)記。就申請人所知，不能以令人滿意的方式從移動片材上切割預(yù)設(shè)形狀。
申請人看不出上述技術(shù)獲得了高精度、更高產(chǎn)量和操作更復(fù)雜的材料。
發(fā)明概述在有些情況下，要求切割出預(yù)設(shè)在片材中的形狀。片材的特性是作為制造過程如織造過程的結(jié)果或隨后處理中，預(yù)設(shè)形狀會扭曲。扭曲的特性和程度能夠沿形狀的長度和沿片材的長度改變。因此，僅期望形狀具有在片材的特定相對位置處的預(yù)定圖案。此外，為了使過程加快，材料能夠基本連續(xù)移動通過切割系統(tǒng)。眾所周知的現(xiàn)有技術(shù)方法是從一片空白材料的任何地方切割已知圖案。但是，對于預(yù)設(shè)在材料中的形狀，必須在相應(yīng)處切割圖案，并且在片材上預(yù)設(shè)相應(yīng)形狀的坐標(biāo)。
在一個實(shí)施例中，圖象系統(tǒng)適合移動切割式切割系統(tǒng)，其中當(dāng)圖象系統(tǒng)觀察或掃描由此通過的片材以確定片材中關(guān)聯(lián)至少一個形狀的一個或多個基準(zhǔn)的位置時，切割系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先定位的基準(zhǔn)同時切割出形狀，無論其是相同形狀還是其它形狀。每個形狀預(yù)設(shè)在片材中，并關(guān)聯(lián)已知幾何形狀或圖案和基準(zhǔn)。已知球坐標(biāo)系中的基準(zhǔn)，如關(guān)聯(lián)切割系統(tǒng)的球坐標(biāo)系。當(dāng)片材通過時，相對于片材中相應(yīng)預(yù)設(shè)形狀的基準(zhǔn)的坐標(biāo)，切割已知圖案。同樣地，圖象系統(tǒng)和移動切割式切割系統(tǒng)能夠相繼并連續(xù)在片材的固定床上移動。
為了使切割圖案與每個預(yù)設(shè)形狀的實(shí)際位置匹配，在一個實(shí)施例中，固定圖象系統(tǒng)觀察在其下方移過的片材，以確定第一基準(zhǔn)的位置，當(dāng)找到第一基準(zhǔn)時，確定其相關(guān)的切割系統(tǒng)的球坐標(biāo)。控制器確定圖案相關(guān)的與其重疊的第一基準(zhǔn)的位置。因此，能夠如該現(xiàn)有技術(shù)中那樣方便地切割出在片材中以非規(guī)則間隔呈現(xiàn)的或者沿坐標(biāo)X或Y移動的預(yù)設(shè)形狀，現(xiàn)有技術(shù)中的圖案根本不固定在材料中，或者圖案以預(yù)定方式在預(yù)定間隔呈現(xiàn)。
當(dāng)圖象系統(tǒng)繼續(xù)確定隨后基準(zhǔn)的位置時，切割系統(tǒng)同時切割出具有事先定位的或在先的基準(zhǔn)的相應(yīng)預(yù)設(shè)形狀。
在其它情況下，至少形狀的第二基準(zhǔn)或每個形狀設(shè)置在材料中。圖象系統(tǒng)掃描其視野內(nèi)的材料的第一基準(zhǔn)和附加基準(zhǔn)，當(dāng)找到每個基準(zhǔn)時，系統(tǒng)確定其球坐標(biāo)。根據(jù)形狀的已知幾何形狀或圖案，控制器預(yù)期應(yīng)該以由第一基準(zhǔn)預(yù)定增長的坐標(biāo)發(fā)現(xiàn)第二或更多數(shù)量的基準(zhǔn)。調(diào)整圖案以表明片材和和形狀的任何明顯扭曲。一種調(diào)整可以包括線性伸長以表明比圖案中預(yù)定幾何圖案短的形狀或長的形狀。另一調(diào)整形式包括調(diào)整旋轉(zhuǎn)(材料歪斜)的片材中的形狀和形狀自身內(nèi)部扭曲的形狀(材料呈弓形或歪斜)。
在另一實(shí)施例中，通過改變移動切割命令，保持或提高效率。這樣的情況包括重新繪制圖案以表明扭曲，或修改、省略或略過切割片材的一套形狀中的多個預(yù)設(shè)形狀之一?？梢月赃^占據(jù)帶裂縫或有其它缺陷的材料片的預(yù)設(shè)形狀。特殊基準(zhǔn)可以標(biāo)記帶裂縫的預(yù)設(shè)形狀。在圖象系統(tǒng)和切割系統(tǒng)之間，可以使切割路徑和用于傳送帶和激光切刀定位裝置的運(yùn)動廓形最優(yōu)化，以便最大程度減小干扯，最大程度減小移動數(shù)量，重新計(jì)算切刀咬切中的切割路徑，并略過而另外修改有裂縫的形狀，節(jié)省重要的定位裝置時間。
可以根據(jù)環(huán)境實(shí)時計(jì)算切割線路徑和進(jìn)行運(yùn)動控制。在將已知幾何形狀或圖案直接應(yīng)用于材料的形狀中，“糕點(diǎn)切割機(jī)”的情況，可以通過圖案相對于預(yù)設(shè)形狀的識別基準(zhǔn)的重疊以簡單方式應(yīng)用圖案，并接著切割片材。在這樣的情況下，可以選擇使用定位裝置運(yùn)動控制的預(yù)定切割路徑和預(yù)定廓形以及片材的傳送帶。在另一種情況下，為形狀確定至少兩個基準(zhǔn)的位置，接著可確定旋轉(zhuǎn)或伸長，能夠?qū)⑿螤畹淖鴺?biāo)重新繪制成新的圖案而不影響切割線路徑。通常，重新計(jì)算運(yùn)動廓形。在其它情況下，如已經(jīng)通過使用多個基準(zhǔn)檢測弓形和歪斜的極個別情況，接著可不再最優(yōu)化切割線路徑來促進(jìn)切割路徑和運(yùn)動廓形的調(diào)整。
因此總體上說，提供一種切割出預(yù)設(shè)在片材中的至少一個形狀的方法，至少一個預(yù)設(shè)形狀中的每個形狀具有呈預(yù)定幾何形狀的圖案和具有至少一個基準(zhǔn)，至少一個基準(zhǔn)中的每個基準(zhǔn)與圖案中的預(yù)定坐標(biāo)關(guān)聯(lián)，包括確定相對于圖象系統(tǒng)和切割系統(tǒng)移動的片材中的一個或多個在先基準(zhǔn)的位置；根據(jù)一個或多個在先基準(zhǔn)切割預(yù)設(shè)形狀，同時確定移動片材中的一個或多個隨后基準(zhǔn)；并且繼續(xù)重復(fù)進(jìn)行切割和確定一個或多個隨后基準(zhǔn)位置的并行過程。
總體上看，可以采用一種設(shè)備實(shí)現(xiàn)上述方法，該設(shè)備包括移動切割式切割系統(tǒng)，用于切割片材中的圖案，切割系統(tǒng)在球坐標(biāo)中是已知的；圖象系統(tǒng)，用于確定片材中符合圖案中預(yù)定坐標(biāo)的至少一個基準(zhǔn)的球坐標(biāo)位置；結(jié)構(gòu)，用于連續(xù)影響片材與圖象系統(tǒng)和切割系統(tǒng)之間的相對移動；裝置，用于建立球坐標(biāo)中所述相對移動的測量；以及控制器，用于疊加具有定位的至少第一基準(zhǔn)的圖案，從而使切割系統(tǒng)以并行方式切割預(yù)設(shè)形狀的圖案，同時圖象系統(tǒng)確定片材中隨后至少一個基準(zhǔn)的球坐標(biāo)的位置。
這里公開的設(shè)備和方法可應(yīng)用于任何可以快速移動預(yù)定形狀的工具。材料中的該形狀可以整體結(jié)合到材料之中或放置在材料之上。這里提到的“之中(into)”和“之上(onto)”是同義詞，一個或另一個單獨(dú)使用以避免重復(fù)每種情況下的每個實(shí)施例，但是并不有意限于一個或另一個?！爸小钡囊粋€實(shí)例是替代或包括或疊加標(biāo)記線到片材之中。“之上”的一個實(shí)例是印刷標(biāo)記在材料的表面之上；這樣的標(biāo)記為圖象系統(tǒng)提供識別反饋包括對比、磁性和放射性同位元素。
附圖簡要說明

圖1是從移動片材上切割預(yù)設(shè)形狀的一個系統(tǒng)實(shí)施例的流程圖和相應(yīng)示意圖；圖2a、2b分別是與激光切刀切割系統(tǒng)合作的圖象系統(tǒng)的俯視圖和側(cè)視圖；圖3是嵌套在片材中的預(yù)設(shè)形狀的平面圖，圖中夸張地表示了各種問題；圖4a和4b是表示幾個未扭曲矩形和一些基準(zhǔn)選項(xiàng)的平面圖；圖5a和5b是表示兩個單獨(dú)預(yù)設(shè)形狀的平面圖，兩個預(yù)設(shè)形狀具有相同圖案和形狀，但是在片材上橫向相對移動；圖6是表示由理想圖案(點(diǎn)劃線)旋轉(zhuǎn)的但是不扭曲的形狀的平面圖7a和7b是表示兩單獨(dú)預(yù)設(shè)形狀的平面圖，其中第一預(yù)設(shè)形狀不扭曲，而第二預(yù)設(shè)形狀通過在片材上增加而沿縱向伸長；圖8a和8b是表示片材中兩單獨(dú)預(yù)設(shè)形狀的平面圖，其中第一預(yù)設(shè)形狀不扭曲并具有表示矩形片的疊加?xùn)鸥?，而第二預(yù)設(shè)形狀呈由扭曲片表示的弓形和歪斜狀扭曲；圖9a是對比理想圖案(點(diǎn)劃線)呈弓形和歪斜狀扭曲的合成預(yù)設(shè)形狀平面圖；圖9b-9d是根據(jù)圖9a表示關(guān)聯(lián)四個基準(zhǔn)的矩形片的平面圖，其中圖9b表示多個矩形片，圖9c表示單個矩形片，圖9d表示歪斜矩形片；圖10是切割片材中預(yù)設(shè)形狀的過程的流程圖，圖中表示了幾個選項(xiàng)以適于各種材料移動和扭曲；圖11是本發(fā)明一個實(shí)施例的透視圖，該實(shí)施例適于根據(jù)Lacent1000實(shí)例的商用激光切割系統(tǒng)；圖12是根據(jù)圖11所示實(shí)施例的圖象系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖13是與切割系統(tǒng)合作以調(diào)整PMC和CMC運(yùn)動控制的圖象系統(tǒng)的示意圖；圖14是圖象系統(tǒng)、切割系統(tǒng)及其相應(yīng)控制器之間的硬件連接的方塊流程方塊圖；以及圖15是用于確定切割線路徑和運(yùn)動控制的一個計(jì)算序列的流程圖。
實(shí)施例詳細(xì)說明已經(jīng)有了從空白片材上切割出已知圖案的現(xiàn)有技術(shù)。參照圖1所示新系統(tǒng)的示意圖，其中已經(jīng)在材料10中印制、織造或預(yù)設(shè)有形狀S，必須在用切割系統(tǒng)11切割出該形狀之前確定該形狀的位置。預(yù)設(shè)形狀S具有呈預(yù)定幾何形狀的圖案P。事先知道并存儲每個形狀的幾何形狀圖案P。圖案與材料中形狀S的精確重疊對于最終切割形狀S的完整性和驗(yàn)收合格來說是很關(guān)鍵的。采用圖象系統(tǒng)12識別片材10中的預(yù)設(shè)形狀S，該圖象系統(tǒng)識別材料10的一個或多個特征標(biāo)記或基準(zhǔn)F?；鶞?zhǔn)F的位置建立了預(yù)設(shè)形狀S與圖案P之間的幾何關(guān)系。切割系統(tǒng)、圖象系統(tǒng)和片材在球坐標(biāo)系中任何時候的位置是已知的。因此，接著確定了所應(yīng)用的并由片材切割的圖案相對于識別坐標(biāo)F的位置。切割系統(tǒng)11的切刀13沿預(yù)定圖案P切割片材10，圖案P是精確定位的并因此疊加在片材的預(yù)設(shè)形狀S上。同時，由于切刀根據(jù)事先定位的基準(zhǔn)切割形狀，因此，其它隨后的基準(zhǔn)由圖象系統(tǒng)來定位。
參照圖2a、2b，切割系統(tǒng)11的實(shí)施例包括在Bailik的CA2,016,544和Sawatzky等人的US6,294,755中公開的那些切割系統(tǒng)，本申請通過參考而結(jié)合其全部內(nèi)容。如圖所示，切割系統(tǒng)11的實(shí)施例包括材料攤鋪器14，其輸送片材通過壓緊輥15并輸送到循環(huán)傳送帶16上。傳送帶16支承并傳送材料10，使其基本連續(xù)地通過切割系統(tǒng)11。切割的材料被傳遞到堆疊機(jī)或其它收集系統(tǒng)(未示)。該機(jī)械設(shè)備的實(shí)際情況和片材中的變化性在于，人們必須在切割前在材料中確定預(yù)設(shè)形狀的位置，即使是已知的，預(yù)設(shè)形狀的幾何形狀也有時但不總是理想地與該形狀圖案P的預(yù)定幾何形狀一致。
同樣可應(yīng)用一種系統(tǒng)，其中圖象系統(tǒng)和切割系統(tǒng)相繼并基本連續(xù)地在一片材料上移過。不管材料移過圖象和切割系統(tǒng)還是或圖象和切割系統(tǒng)移過材料，均通過基本連續(xù)相對移動進(jìn)行切割而提高該系統(tǒng)的效率。這里，與此所述特定設(shè)備有關(guān)的是，將片材描述成相繼移過圖象和切割系統(tǒng)。
基準(zhǔn)F可以位于橫向穿過材料10展開部的任何位置。為了避免有關(guān)效率的降低并通過沿材料來回移動搜索基準(zhǔn)而滿足精度要求，圖象系統(tǒng)12是固定的并觀察、盯住或掃描由此通過的移動片材10整個橫向?qū)挾鹊目v向增量。片材的有效寬度包括合并基準(zhǔn)。如果一個或多個基準(zhǔn)的橫向位置是已知的，則能夠限定和監(jiān)視關(guān)注的一個或多個橫向部分或區(qū)域，以便減少空中的識別處理。
檢測基準(zhǔn)F的一些方法包括處理材料的圖象并搜尋十字準(zhǔn)線基準(zhǔn)和明亮的強(qiáng)背景之間的差異對比。其它方法包括通過磁、電磁輻射光譜(可見的或不可見的)和放射性同位素應(yīng)用和檢測基準(zhǔn)。其它類型基準(zhǔn)標(biāo)記包括設(shè)置于材料中的傳感器線，采用電容、測量磁場中變化的被動式系統(tǒng)或者由感應(yīng)渦電流檢測次磁場的主動式“時域”檢測器對其進(jìn)行檢測。由上述一些示例中可見，基準(zhǔn)F可以置于材料的表面。這里要指出的是，基準(zhǔn)可以描述成在片材內(nèi)或片材上，而并不有意局限于其中任一種情況。只要基準(zhǔn)是可識別的，則無論是通過一些表面應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用基準(zhǔn)還是將其合并在片材內(nèi)都不重要。
這里圖象系統(tǒng)的標(biāo)記廣義地解釋為檢測片材10之中或之上基準(zhǔn)F的任何系統(tǒng)。簡單圖象系統(tǒng)包括用于捕捉重疊而且寬的視野的數(shù)碼相機(jī)和鏡頭以及掃描儀。圖象系統(tǒng)順序掃描片材的有效寬度，在確定移動材料內(nèi)任何已識別基準(zhǔn)的球坐標(biāo)中，補(bǔ)償掃描時間和處理時間。但是為了方便起見，并且單單為了有助于說明，這里將圖象系統(tǒng)22描述成辨別片材和片材中標(biāo)記線之間對照差異的常規(guī)光和照相機(jī)系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)實(shí)際上同時處理片材的橫向?qū)挾?。為了?biāo)識基準(zhǔn)，這里使用的術(shù)語觀察、掃描和檢測的含義是相同的。
參照圖3，片材10通常具有其中包括機(jī)器可識別基準(zhǔn)F的多個預(yù)設(shè)形狀S?？梢詮钠?0的背景識別出基準(zhǔn)F，如具有帶可識別特征并沿機(jī)織材料經(jīng)向(通常沿著移動方向)和緯向(通常橫向)編織的離散“標(biāo)記線”。有利地進(jìn)行精確切割的一種片材10是具有特殊設(shè)計(jì)圖案的材料，形狀的圖案在材料上的安置位置依賴于材料中的設(shè)計(jì)圖案。材料中的另一種預(yù)設(shè)形狀是一片機(jī)織織物，其由通過離散點(diǎn)連接起來的兩層織物構(gòu)成。形狀S與離散點(diǎn)有關(guān)，包括部分或所有形狀的內(nèi)外邊界或附近的公差分配。這里的設(shè)備和方法實(shí)現(xiàn)了每個形狀S的精確切割，從而避免接觸邊界，通常具有公差；另外預(yù)設(shè)形狀S也許通不過切割或隨后的質(zhì)量控制過程。
要理解的是，可以不在片材10上實(shí)際標(biāo)記預(yù)設(shè)形狀S，而是識別其相對于一個或多個基準(zhǔn)的幾何形狀和特征點(diǎn)。此外，不管是否標(biāo)記，預(yù)設(shè)形狀S是對應(yīng)預(yù)定圖案P的形狀，并在應(yīng)用和由材料上切割時可包括公差，如接縫允許量。
圖3中示出了一套多個形狀S，至少一些是布置在材料10中的預(yù)設(shè)形狀S。該套本身可以組成具有圖案P的預(yù)設(shè)形狀S，圖案P比單個預(yù)設(shè)形狀S的圖案P更廣泛。
為了圖示說明的目的，已經(jīng)闡明了形狀S中的一些變化，包括想象的嚴(yán)重扭曲。主要的四個預(yù)設(shè)形狀S呈弓形和歪斜狀扭曲。第二組預(yù)設(shè)形狀S包括一個帶有裂縫的形狀。最后一組四個形狀S具有非定期比作其它基準(zhǔn)的主要基準(zhǔn)F。
就Sawatzky等人所知，為切割任何形狀，圖案的特征在于一連串計(jì)算的切割線，沿著這些切割線驅(qū)動切刀。可以通過計(jì)算這樣的移動切割線優(yōu)化實(shí)際的切割。因此，適合預(yù)設(shè)形狀S的可變幾何形狀是受益于一些系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠?qū)崟r掃描片材10和識別基準(zhǔn)F的系統(tǒng)，同時進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，以便確定和進(jìn)行圖案P的最優(yōu)切割。
片材10基本連續(xù)移動通過圖象和切割系統(tǒng)。在移動的材料10中預(yù)設(shè)形狀S。已經(jīng)預(yù)定和知道理想幾何形狀的圖案P。最終會應(yīng)用在片材10上的圖案P的位置最初是未知的。圖象系統(tǒng)12通過識別相關(guān)基準(zhǔn)的坐標(biāo)而提供該信息。在定位隨后基準(zhǔn)時變成前一基準(zhǔn)的這一基準(zhǔn)能夠確定預(yù)設(shè)形狀S。使用另外的隨后基準(zhǔn)來確定扭曲。根據(jù)應(yīng)用的特殊圖案或幾何形狀，命令切割系統(tǒng)11在何處和何時切割圖案P，以便與預(yù)設(shè)形狀S疊加，而與在片材10中的位置無關(guān)。移動切割式操作的特性已經(jīng)適合移動材料10的切割，這里進(jìn)一步使其能夠同時識別基準(zhǔn)F并沿由基準(zhǔn)指示的坐標(biāo)來切割圖案P。在移動切割式操作中，實(shí)時完成大多數(shù)的最優(yōu)化計(jì)算，至少響應(yīng)已知圖案P的再定位來平移和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)。因此，當(dāng)預(yù)設(shè)形狀S的一個或多個參考坐標(biāo)或基準(zhǔn)是已知時，切割圖案P適于被實(shí)時應(yīng)用并被精確切割，而精確疊加在預(yù)設(shè)材料的相應(yīng)形狀的坐標(biāo)和幾何形狀上。
為了能夠?qū)崟r完成移動切割式操作，當(dāng)片材已經(jīng)在切割系統(tǒng)的切割區(qū)域上移動并移出該切割區(qū)域時，不能僅僅在片材10上連續(xù)地掃描并隨后返回而切割事先已掃描的材料。但是僅受計(jì)算能力的限制，每個預(yù)設(shè)形狀定位和切割操作是獨(dú)立的并且是同時完成的。這樣的功能來自于位于切割系統(tǒng)11上游的圖象系統(tǒng)12。
設(shè)置一些裝置，這些裝置用于處理圖象系統(tǒng)信息，并使信息適于疊加和采用切割系統(tǒng)將圖案切割成預(yù)設(shè)形狀。在所示的一個實(shí)施例中，圖象系統(tǒng)12具有控制器21，用于處理基準(zhǔn)識別系統(tǒng)信息，并確定基準(zhǔn)F相對于切割系統(tǒng)11的坐標(biāo)x、y。保持其中圖象和切割系統(tǒng)是已知的球坐標(biāo)系。當(dāng)片材移過時，其在球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)也是已知的。編碼器與相對于圖象和切割系統(tǒng)移動片材的裝置相連，當(dāng)片材在圖象系統(tǒng)和切割系統(tǒng)之間的球坐標(biāo)系中移動時，該編碼器提供了片材上的坐標(biāo)之間的幾何關(guān)系?？刂破?1，如計(jì)算機(jī)執(zhí)行軟件，確定已識別基準(zhǔn)F在切割系統(tǒng)11坐標(biāo)系中的存在和坐標(biāo)，并連接圖象系統(tǒng)12和切割系統(tǒng)11，包括將已識別基準(zhǔn)F的信息傳遞給切割系統(tǒng)11。切割系統(tǒng)11具有其自身的控制器22，用于處理傳送帶和定位裝置移動，以便最終切割片材中預(yù)設(shè)形狀的圖案。實(shí)際上不需要物理上操作控制器，但是還能夠通過統(tǒng)一控制器或監(jiān)控器對其操縱。
參照圖4a、4b，當(dāng)材料基本連續(xù)移過圖象系統(tǒng)時，其確定關(guān)于形狀的基準(zhǔn)F或唯一基準(zhǔn)序列F’、F”的位置。在圖4a中，第一基準(zhǔn)F由涉及矩形形狀S的圓點(diǎn)表示。在圖4b中，顯示了一連串交叉線基準(zhǔn)F’、F”；順次的兩個可以表示即將來臨的形狀S、下一基準(zhǔn)F或涉及矩形形狀S的基準(zhǔn)?？刂破鳌皥D案匹配”已知圖案P和識別的基準(zhǔn)F。如上所述，通過使圖案P定位和與材料中的基準(zhǔn)F并接著切割圖案P，可以由移動的片材10切割出由控制器獲知的圖案P，從而精確切割圖案預(yù)設(shè)形狀S。如圖5a、5b所示，不管是否由前一形狀(圖5a)在片材上移動成隨后的形狀(圖5b)，基準(zhǔn)F相對于形狀S本身的位置都是已知的，因此，在切割前使圖案適當(dāng)?shù)鼐臀弧?br> 但是實(shí)際上，如圖6、7a-8b所示，片材10本身能夠因機(jī)織材料中的殘余應(yīng)力而扭曲，或片材10能夠在片材的供給和圖象系統(tǒng)之間作另外旋轉(zhuǎn)、伸長或進(jìn)一步呈弓形或歪斜狀的扭曲，所有這些都危害圖案和形狀覆蓋或匹配的理想方案。當(dāng)前沒有第二系統(tǒng)應(yīng)用于監(jiān)視進(jìn)一步扭曲，因此最大程度減小圖象系統(tǒng)12和切割系統(tǒng)11之間的進(jìn)一步扭曲是很有益的。在這種情況下，預(yù)定圖案P的幾何形狀不再與扭曲的預(yù)設(shè)形狀S一致，而且能夠出現(xiàn)關(guān)于切割的匹配誤差，除非預(yù)定圖案改變或被重新繪制成更好遵從扭曲預(yù)設(shè)形狀的實(shí)際形態(tài)。
可以主要分成以下各種情況圖5a、5b印模(stamp)在該方案中，控制器程序根本不需要改變圖案P的幾何形狀。圖象系統(tǒng)12僅需要確定材料10上預(yù)設(shè)形狀的對應(yīng)基準(zhǔn)F的位置，疊加圖案P并應(yīng)用圖案的切割線作為預(yù)設(shè)形狀S上的覆蓋，并在應(yīng)用印?；蚋恻c(diǎn)切割機(jī)時，切割出該形狀。
圖3、6旋轉(zhuǎn)在該方案中，程序僅需要通過旋轉(zhuǎn)而改變圖案P的幾何形狀。圖象系統(tǒng)需要兩個基準(zhǔn)F、F2。第一參考基準(zhǔn)F將形狀固定于圖案P，而第二參考基準(zhǔn)F2識別由材料10和形狀S從圖案P的特征點(diǎn)P2旋轉(zhuǎn)和相對于參考基準(zhǔn)F的旋轉(zhuǎn)。
圖7a、7b伸展和移位在該方案中，程序僅需要通過沿X、Y或二者進(jìn)行幾何伸展(或壓縮)而改變圖案P的幾何形狀。如圖7a、7b，采用兩個或多個基準(zhǔn)F，F(xiàn)2識別縱向伸展，以便限定預(yù)設(shè)形狀的參考長度F-F2，無論其比圖案相應(yīng)坐標(biāo)F-P2長還是短，都由此實(shí)現(xiàn)沿經(jīng)向或緯向“伸展”圖案，并根據(jù)需要進(jìn)行平移。
其它重新繪制的方案可以應(yīng)用于基于預(yù)定算法的全部或部分形狀S，以表明不應(yīng)該被重新繪制的和其它能夠被重新繪制的形狀的臨界區(qū)域，。
圖8a、8b、9，線性弓形和歪斜在該方案中，圖案P中的一個或多個區(qū)域或片由X、Y坐標(biāo)系中至少三個基準(zhǔn)限定。多個三基準(zhǔn)形成多個三角形片，多個四基準(zhǔn)形成多個矩形片。圖象系統(tǒng)確定理想圖案P的弓形和歪斜。接著程序僅需要重新繪制由理想圖案至重新繪制圖案P的圖案坐標(biāo)，重新繪制圖案P更好反映了弓形和傾斜區(qū)域。重新繪制可以應(yīng)用于具有兩個或多個片的所有或部分形狀S。這樣的重新繪制過程可以是坐標(biāo)的簡單線性平移或留下一部分，并修改其它部分。如圖所示，一個實(shí)施例實(shí)現(xiàn)由至少四個基準(zhǔn)圍繞的一個或多個矩形區(qū)域或片、兩個基準(zhǔn)沿X，兩個基準(zhǔn)沿Y。
內(nèi)插弓形和歪斜如前面的線性弓形和歪斜中，和在本方案中，圖案P中的區(qū)域被限定成如通過至少沿X的兩個基準(zhǔn)和沿Y的兩個基準(zhǔn)圍繞的矩形片。一旦圖象系統(tǒng)確定弓形和歪斜，則通過采用N次多項(xiàng)式的插值而校正圖案P的坐標(biāo)，從而使所有點(diǎn)的切割變平滑。
因此在操作中，參考圖10的方塊B1，確定圖象系統(tǒng)12和切割系統(tǒng)11之間的相對幾何關(guān)系，以便將片材10、圖象系統(tǒng)12和切割系統(tǒng)11放置在球坐標(biāo)系中。
圖象系統(tǒng)12定位在切割系統(tǒng)11上游的已知坐標(biāo)X、Y。已知傳送帶16的速度特性。實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)F在原始點(diǎn)的坐標(biāo)與切割系統(tǒng)11的實(shí)際切刀13之間的校準(zhǔn)。這樣的校準(zhǔn)通常是根據(jù)要求如在一卷片材10的開始處預(yù)先確定的。識別原點(diǎn)，并且操作員前移片材直到原點(diǎn)真實(shí)地定位于切刀下。然后獲知球坐標(biāo)系中所有相對坐標(biāo)。接著能夠根據(jù)圖案開始切割，隨后大體連續(xù)地同時根據(jù)基準(zhǔn)的位置進(jìn)行切割。
圖案具有預(yù)定的坐標(biāo)，這些坐標(biāo)在過程開始于方塊A1、B1之前，通常是已知的。采用該圖案，能夠在方塊A2計(jì)算適于切割系統(tǒng)的切割線和咬切。在方塊A3能夠計(jì)算運(yùn)動輪廓。切割線和運(yùn)動輪廓可需要或不需要移動式改變。
使傳送帶16運(yùn)轉(zhuǎn)，開始進(jìn)行基準(zhǔn)和切割形狀的同時定位過程。在方塊B2，圖象系統(tǒng)12基本連續(xù)觀察由此穿過的片材10寬度，以便搜尋一個或多個基準(zhǔn)F，F(xiàn)2…。選擇其中出現(xiàn)有基準(zhǔn)的有效寬度，該有效寬度通常稍微小于片材整個橫向?qū)挾?。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的那樣，可以應(yīng)用各種規(guī)則確定是否在方塊B3由圖象系統(tǒng)12識別的坐標(biāo)限定為包括固有視頻檢測閾值的基準(zhǔn)。為了最大程度減小間接處理，并最大程度減小假正性(false positive)的影響，可以命令圖象系統(tǒng)只觀察橫向?qū)挾鹊淖蛹蛊溆绊懴抻谝粋€或多個關(guān)注區(qū)域。
將每個基準(zhǔn)的球坐標(biāo)x、y傳遞給裝置以便在方塊B5比較圖案和基準(zhǔn)。圖象系統(tǒng)12同時識別和確定基準(zhǔn)坐標(biāo)，而不管下游的活動，如切割系統(tǒng)11的操作。為了方便起見和分?jǐn)傆?jì)算負(fù)擔(dān)，圖象系統(tǒng)12的控制器21處理如坐標(biāo)x、y的數(shù)據(jù)，其獨(dú)立于通過切割系統(tǒng)11執(zhí)行的控制器22處理指令。
片材10移動，因此基準(zhǔn)F，F(xiàn)2的坐標(biāo)也移動。采用各種計(jì)算技術(shù)中任一種技術(shù)，包括移動坐標(biāo)列或時間和空間計(jì)算，追蹤切割系統(tǒng)11的球坐標(biāo)系中的基準(zhǔn)F，F(xiàn)2…。
在方塊B6、B7、B8，用最少的一個基準(zhǔn)F確定形狀S的位置，而且能夠適于采用一個或多個基準(zhǔn)F，F(xiàn)2，F(xiàn)3…校正形狀的扭曲。通過使識別的基準(zhǔn)F與圖案P的數(shù)字模板匹配并接著按要求對圖案的幾何形狀作出調(diào)整，移動式實(shí)現(xiàn)該調(diào)整，以便使預(yù)設(shè)形狀S的切割達(dá)到要求精度。
在方塊B8的最簡單執(zhí)行中，找到一個基準(zhǔn)F，接著獲知預(yù)設(shè)形狀的位置，在方塊B14，相對于基準(zhǔn)F位置應(yīng)用相應(yīng)的圖案，以便切割預(yù)設(shè)形狀S。如果需要平移，則可以在方塊11重新計(jì)算運(yùn)動廓形。
在其它執(zhí)行中，圖案的特征在于兩個或多個基準(zhǔn)F，F(xiàn)2。在這些實(shí)施例中，可以應(yīng)用附加的方法來適應(yīng)偏離如上所述圖案的理想或預(yù)定幾何形狀的扭曲。
在方塊B7，圖象系統(tǒng)12識別了已知圖案的第一基準(zhǔn)F，并確定片材中預(yù)設(shè)形狀S的位置。圖象系統(tǒng)識別并報告至少一個附加基準(zhǔn)F2，控制器將其與圖案P比較以識別任何扭曲特性。如果發(fā)現(xiàn)了扭曲，則在方塊14進(jìn)行扭曲預(yù)設(shè)形狀的切割前，根據(jù)扭曲的特性重新繪制圖案P。
在方塊14，根據(jù)一個或多個在先基準(zhǔn)切割預(yù)設(shè)形狀S。最初限定或重新繪制的圖案根據(jù)應(yīng)用于基準(zhǔn)球坐標(biāo)的圖案預(yù)定坐標(biāo)疊加在片材上。當(dāng)切割系統(tǒng)11根據(jù)在先基準(zhǔn)繼續(xù)操作時，圖象系統(tǒng)12同時確定移動片材中一個或多個隨后基準(zhǔn)的位置。
通常方塊11重新計(jì)算運(yùn)動廓形。根據(jù)扭曲的程度，還需要重新計(jì)算切割線或路徑，以便以最佳方式驅(qū)動切割系統(tǒng)11。能夠提供足夠的扭曲信息并因此重新計(jì)算切割線的好處的一種情況是弓形和歪斜方案。
在方塊B9，通常受圖案復(fù)雜性的驅(qū)使，圖象系統(tǒng)期望查找限定多個片的多個附加基準(zhǔn)F2，F(xiàn)3……Fn。使扭曲離散和反應(yīng)在每個片的扭曲中。通過重新繪制每個片而重新繪制扭曲的形狀。接著，在進(jìn)行方框14的切割扭曲預(yù)設(shè)形狀之前，可以在方塊B10重新計(jì)算切割線路徑，并在方塊11重新計(jì)算運(yùn)動廓形。
片的使用實(shí)現(xiàn)在形狀內(nèi)的可變重新繪制。三角形片由三基準(zhǔn)/片限定，相鄰三角形片共用兩個基準(zhǔn)。因此，兩個或多個片需要2+1n個基準(zhǔn)，其中n表示片數(shù)。同樣，三角形片需要2+2n個基準(zhǔn)。可以使用其它多邊形片。可以根據(jù)片幾何形狀和要求重新繪制的類型，使用各種重新繪制算法。在簡單情況下，理想片可以是矩形(x0，y0-x3，y3)，其可以扭曲成四邊形(x’0，y’0-x’3，y’3)。每個片可以具有相同或唯一的繪制函數(shù)。在這種情況下，每個點(diǎn)由矩形平移到非矩形片。在線性弓形和歪斜分析中，一種繪制函數(shù)可以是x’＝Ax+By+Cxy+D和y’＝Ex+Fy+Gxy+H?？梢詫懗伤膫€未知數(shù)的四個方程式，并解出A、B、C、D。同樣，可以解出E、F、G、H。作一些假設(shè)而簡化該解法。
如圖9a-9d所示，對于多個矩形片，相鄰片包括具有相同x坐標(biāo)的成對基準(zhǔn)和具有相同y坐標(biāo)的成對基準(zhǔn)。另外，可以假設(shè)第一片的原始基準(zhǔn)x0，y0與扭曲片x’0，y’0是相同的?？紤]到是移動式切割，將咬切邊界布置在片邊界上很有用。
參照圖11，記住這些基本的原則，在實(shí)際圖示的實(shí)施例中，切割系統(tǒng)11可包括由加拿大艾伯塔省埃德蒙頓市的萊森特技術(shù)有限公司提供的標(biāo)準(zhǔn)激光切刀，型號為Lacent 1000，其結(jié)構(gòu)和操作如US6,294,755公開的內(nèi)容所述。在US6,294,755中闡明的設(shè)備的變化中，切割系統(tǒng)裝備有Rofin-Sinar 100瓦的密封激光。Lacent 1000的切刀定位系統(tǒng)能夠以高達(dá)1500毫米/秒的速度進(jìn)行平移，精度高于1/2毫米。用定位裝置運(yùn)動控制器(PMC或PMAC)控制攜帶激光切刀的定位裝置。傳送帶的床體能夠以高達(dá)130毫米/秒的速度平移。用傳送帶運(yùn)動控制器(CMC)控制傳送帶16。加工好的片材的最大寬度為2.4米，通常在重量高達(dá)1400Kg的輥上送出。
如圖2a、2b和12所示，切割系統(tǒng)11適于采用基于照相機(jī)的圖象系統(tǒng)12，該圖象系統(tǒng)12能夠?qū)Ρ葯z測達(dá)六個基準(zhǔn)標(biāo)記，這些標(biāo)記在2.6米的有效材料寬度上橫向隔開。圖象系統(tǒng)包括一排四個照相機(jī)30，30，30，30，每個照相機(jī)覆蓋大約0.65×0.5米的區(qū)域。一串四個照相機(jī)因此覆蓋的區(qū)域?yàn)?.6米的有效寬度×0.5米長。特殊的平穩(wěn)低維護(hù)照明通過提供無閃光照明而輔助照相機(jī)和圖象處理系統(tǒng)。
當(dāng)片材10基本連續(xù)移動時，系統(tǒng)13以高于2mm的精度確定每個基準(zhǔn)F的位置，但是不必均勻地位于其下而進(jìn)入切割系統(tǒng)的切割區(qū)域。采用照相機(jī)30，如Sony提供的具有600×800象素分辨率和非隔行掃描式60Hz捕獲率的照相機(jī)，傳送帶的速度為5英寸/秒(130毫米/秒)，運(yùn)動模糊優(yōu)于1英寸(2mm)的1/12。如所示實(shí)施例所闡明的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)寬度達(dá)2.6米并以130毫米/秒的速度移動的預(yù)設(shè)形狀可以順著圖案的10毫米縫允許量精確地移動。
六組橫向隔開基準(zhǔn)可以處理成隨以高達(dá)130毫米/秒速度移動的材料移動每1/2米。這為每個預(yù)設(shè)形狀提供超過一個基準(zhǔn)，使系統(tǒng)補(bǔ)償“弓形和歪斜狀”方案。僅受實(shí)例Lacent 1000切割系統(tǒng)的實(shí)際尺寸限制，圖案的長度可達(dá)3米。采用本系統(tǒng)的片材順利切割包括布重為700克/米2(20.7盎司)硅涂層尼龍。
圖象系統(tǒng)能夠檢測、辨別或識別并確定材料中的一個或多個基準(zhǔn)的坐標(biāo)。如圖所示，當(dāng)片材10在圖象系統(tǒng)12下通過時，可以確定6個一組的橫坐標(biāo)，并檢測隨后的坐標(biāo)組。圖象系統(tǒng)12獨(dú)立處理來自Lacent1000激光切割系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)。圖象系統(tǒng)檢測放置在片材上或片材中的十字準(zhǔn)線基準(zhǔn)F。在切割系統(tǒng)11的坐標(biāo)系中，已知片材10上基準(zhǔn)的離散坐標(biāo)。當(dāng)材料經(jīng)過圖象系統(tǒng)時，時常接收材料位置指示，并匹配識別的基準(zhǔn)。為方便操作者，系統(tǒng)編碼器與奔騰式計(jì)算機(jī)連接，以便提供位置指示，其出現(xiàn)在圖象系統(tǒng)的監(jiān)視窗中。48比特編碼器能夠提供4000脈沖/英寸的光絕緣差動0-5V正交信號，其在5”/s是20000脈沖/秒?；鶞?zhǔn)坐標(biāo)還作為數(shù)字串經(jīng)RS-422串行通信接口傳送給切割程序。提供定時選通脈沖以便提供達(dá)毫秒的同步精度，及時顯示位置和坐標(biāo)有效的瞬間。
照明和照相機(jī)30安裝在切割系統(tǒng)11的切割區(qū)域上游并靠近該切割區(qū)域。來自照相機(jī)組30，30，30，30的圖象由圖象處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。圖象處理系統(tǒng)通過接口如奔騰式(英特爾公司)計(jì)算機(jī)連接操作。圖象系統(tǒng)軟件能夠?qū)崟r操作，使材料以高達(dá)130毫米/秒的連續(xù)變化速度連續(xù)運(yùn)動。
參照圖13，圖象系統(tǒng)的照相機(jī)是可移動的，并在片材通過時觀察其有效寬度。圖象系統(tǒng)由視頻執(zhí)行程序控制，該程序經(jīng)RS-422鏈接接收來自圖象系統(tǒng)的基準(zhǔn)信息，接著管理一列中的一個或多個基準(zhǔn)。通過將基準(zhǔn)信息匹配圖案的數(shù)字模板而分析每個基準(zhǔn)。通過信息交換和合作，圖象系統(tǒng)和切割系統(tǒng)必然重新繪制圖案幾何形狀并計(jì)算新的切割線，以命令定位裝置PMC和移動的傳送帶CMC。多個基準(zhǔn)能夠檢測片材中的扭曲。
如圖14所示，圖象系統(tǒng)12包括照相機(jī)30和照明裝置31，它們通過接口連接視頻控制器21。圖象系統(tǒng)12與切割系統(tǒng)11的聯(lián)系還體現(xiàn)在幾方面接收并保持切割系統(tǒng)編碼器和可能接收修正或由此重置信息之間的關(guān)系；以及與切割系統(tǒng)控制器22相聯(lián)，以便提供基準(zhǔn)坐標(biāo)信息。切割系統(tǒng)通過編碼器和運(yùn)動控制器保持控制球坐標(biāo)系中材料和預(yù)設(shè)形狀的實(shí)時移動。
可將圖象系統(tǒng)12調(diào)整到分辨片材的基本特性以便適于不同基準(zhǔn)，并且從視頻背景噪聲中分辨出基準(zhǔn)。
預(yù)設(shè)形狀S的已知圖案P存儲于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲器中，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作合適程序，以便完成切割線的實(shí)時最優(yōu)化，并完成圖案坐標(biāo)的平移和旋轉(zhuǎn)。圖案通常存儲關(guān)于原點(diǎn)的矢量文件，如AutoCAD繪圖文件或繪圖交換格式(DXF)文件。圖象系統(tǒng)捕捉和分析由至少一個照相機(jī)拍攝的圖象。照相機(jī)連接完成檢測分析的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。照相機(jī)30的坐標(biāo)處于相對于激光切割系統(tǒng)11的參考標(biāo)架中。因此，已知在切割系統(tǒng)11的切刀13坐標(biāo)系統(tǒng)中的已定位基準(zhǔn)F。
因此，切割系統(tǒng)11正在切割連續(xù)片材流10中事先定位的預(yù)設(shè)形狀時，圖象系統(tǒng)12同時確定下一形狀S的參考坐標(biāo)。每次形狀在圖象系統(tǒng)下通過，則針對正接近的形狀的球坐標(biāo)更新切割系統(tǒng)。
在第一次操作之前通常校準(zhǔn)該實(shí)施例操作者首先向著圖象系統(tǒng)12移動片材并驗(yàn)證每個第一基準(zhǔn)或由此識別的原點(diǎn)標(biāo)記的位置。在第一種情況下，可以要求遺漏或意料之外基準(zhǔn)的誤差處理和操作者的交互作用。操作者確認(rèn)基準(zhǔn)的已識別坐標(biāo)為標(biāo)度原點(diǎn)。傳送帶和片材向著切割系統(tǒng)11移動，以便使原點(diǎn)與切刀13對準(zhǔn)。
系統(tǒng)識別便于存儲在計(jì)算機(jī)輔助繪圖CAD文件中的“圖案”和有關(guān)基準(zhǔn)信息，如CAD程序AutoCAD的輸出，由加拿大Cupertino的Autodesk公司提供，呈AutoCad DXF格式。程序“Linc”用于處理已知的圖案幾何形狀，并進(jìn)一步由DXF文件輸入圖案和基準(zhǔn)信息；輸出圖案基準(zhǔn)位置；輸出所有切割線矢量的關(guān)聯(lián)圖案信息；接受每個圖案的材料類型；并在PMAC和CMC中插入偏移修正碼。
監(jiān)控運(yùn)動控制器以現(xiàn)有技術(shù)的方式運(yùn)行，以便進(jìn)行與材料無關(guān)的圖案切割，或者以視頻方式運(yùn)行，其應(yīng)用注意材料中預(yù)設(shè)形狀的本發(fā)明設(shè)備和方法。在視頻方式中，運(yùn)動控制器管理著操作的許多方面，包括跟蹤圖象系統(tǒng)的偏移；命令圖象系統(tǒng)使用何種材料類型廓形；接受由圖象系統(tǒng)主動提供的基準(zhǔn)；連續(xù)使基準(zhǔn)與圖案的數(shù)字模板匹配；重新繪制或調(diào)整每個圖案并將重新繪制的圖案下載到PMAC；為PMAC的下載計(jì)算調(diào)節(jié)的標(biāo)記長度；允許操作者指示涉及最初或誤差的標(biāo)記原點(diǎn)，以便產(chǎn)生基準(zhǔn)圖；以及允許各種操作者反饋能力。
如上所述以及如Sawatzky等人的US6,294,755詳細(xì)公開的內(nèi)容所述，通過優(yōu)化刀具的移動包括高速度和加速，提高了產(chǎn)量，因此刀具的X-Y定位裝置必須能夠進(jìn)行高速而精確的移動。
通常已經(jīng)在嵌套(nest)中預(yù)設(shè)置圖案P的部分(圖3)。嵌套是成組布置的多個形狀，以便最大程度減小材料浪費(fèi)。確定咬切長度或?qū)挾?，其隨機(jī)器而定，通常小于嵌套的長度。必須計(jì)算咬切，因?yàn)閳D案P或嵌套的縱向長度可以不適應(yīng)切割系統(tǒng)11的切割區(qū)域內(nèi)。咬切大約是系統(tǒng)11切割區(qū)域縱向長度的1/2長。例如44英寸(in.)切割區(qū)可以僅提供22英寸咬切。
數(shù)字運(yùn)動控制器和計(jì)算機(jī)處理該切割系統(tǒng)的X1、X2和Y定位裝置編碼器和傳送帶移動信息。計(jì)算機(jī)處理圖案信息并向PMC和CMC輸出最優(yōu)化的切割移動。運(yùn)動控制器發(fā)出命令以驅(qū)動定位裝置的直線式電動機(jī)并驅(qū)動傳送帶，調(diào)整X-Y定位裝置上激光嘴13的運(yùn)動和傳送帶的速度。一個過程獲得圖案的幾何形狀并最優(yōu)化激光嘴在片材10上的移動。
總的來看，參照圖15所示的流程圖，在接收到圖案P或重新繪制的幾何形狀之后(a)在方框118，將幾何形狀編組到設(shè)置在切割區(qū)11內(nèi)的機(jī)器相關(guān)咬切中；(b)在方框120，使穿過咬切寬度的切割順序最優(yōu)化。因此，形成的幾何形狀為通過干扯分離的一連串連續(xù)切口；(c)在方框123，通過使形成新移動的非正切交叉點(diǎn)數(shù)量減到最小，將連續(xù)切口的幾何形狀最優(yōu)化成多個離散的移動，因此最大程度減小連續(xù)切口內(nèi)低效的停止和移動動作。
(d)在方框126，通過最優(yōu)化每個離散移動的速度廓形，確定定位裝置運(yùn)動廓形，始終認(rèn)識到系統(tǒng)約束。彎曲移動也一般被稱為移動或彎曲；最后(e)在方框127，使傳送帶運(yùn)動最優(yōu)化，以保持分段式連續(xù)、前進(jìn)速度，甚至是在咬切之間，不允許速度變成負(fù)值。
在這些實(shí)施例中，存儲獲得的幾何形狀，通過驅(qū)動傳送帶16的運(yùn)動控制器CMC、PMC和切割疊加在預(yù)設(shè)形狀S上圖案P的定位裝置，發(fā)送最優(yōu)化的移動。
關(guān)于最優(yōu)化，通過前視下一移動，可以最優(yōu)化激光嘴的移動?！扒耙暋边^程的目的是最大程度縮短跟隨任何任意幾何形狀或圖案P的時間，同時避免超過指定的最大加速度和速度，或偏移到尺寸公差以外。
權(quán)利要求
1.一種切割出預(yù)設(shè)在片材(10)中的至少一個形狀(S)的方法，至少一個預(yù)設(shè)形狀(S)具有呈預(yù)定幾何形狀的圖案(P)和具有至少一個基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)，至少一個基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)中的每個基準(zhǔn)對應(yīng)圖案(P)中的預(yù)定坐標(biāo)，包括確定相對于圖象系統(tǒng)(12)和切割系統(tǒng)(11)移動的片材(10)中的一個或多個基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)的球坐標(biāo)位置；切割相對于定位的一個或多個基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)疊加的圖案，同時確定移動片材(10)中隨后的一個或多個基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)的位置；以及基本連續(xù)重復(fù)切割和確定隨后一個或多個基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)位置的并行處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述圖象系統(tǒng)和切割系統(tǒng)是固定的，而所述片材基本連續(xù)移動通過所述圖象系統(tǒng)并接著通過所述切割系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括建立所述片材、所述圖象系統(tǒng)和切割系統(tǒng)相對移動的測量；以及追蹤可識別所述相對移動測量的所述圖象系統(tǒng)和所述切割系統(tǒng)之間至少一個基準(zhǔn)的移動。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個預(yù)設(shè)形狀是與至少一個基準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的多個形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一個預(yù)設(shè)形狀中的每個預(yù)設(shè)形狀與至少一個基準(zhǔn)關(guān)聯(lián)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一個基準(zhǔn)包括第一基準(zhǔn)和至少第二基準(zhǔn)，還包括比較所述圖案和所述至少第二基準(zhǔn)相對于所述第一基準(zhǔn)的球坐標(biāo)，以建立所述預(yù)設(shè)形狀的扭曲；以及重新繪制圖案，以便在疊加用于切割所述片材的所述重新繪制圖案之前，修正所述預(yù)設(shè)形狀的扭曲。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述重新繪制應(yīng)用于所述圖案的整體或所述圖案的一部分。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述圖案的重新繪制修正了所述預(yù)設(shè)形狀的扭曲，所述預(yù)設(shè)形狀的扭曲選自以下組伸長、旋轉(zhuǎn)或同時旋轉(zhuǎn)和伸長。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括以運(yùn)動廓形控制所述切割系統(tǒng)的切刀；預(yù)定所述圖案的所述運(yùn)動廓形；以及在應(yīng)用所述疊加的重新繪制圖案以切割所述片材之前，根據(jù)所述重新繪制圖案修改所述運(yùn)動廓形。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括預(yù)定所述圖案的切割線路徑；修改所述重新繪制圖案的預(yù)設(shè)切割路徑；以及在應(yīng)用所述疊加的重新繪制圖案以切割所述片材之前，根據(jù)所述修改的切割線路徑修改所述運(yùn)動廓形。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括當(dāng)表現(xiàn)出圖案至少一部分中與所述標(biāo)記基準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的變化時，識別出所述至少一個基準(zhǔn)中的所述標(biāo)記基準(zhǔn)；修改所述切割線路徑以表明所述圖案中的變化；以及在應(yīng)用所述疊加的重新繪制圖案以切割所述片材之前，根據(jù)所述修改的切割路徑修改所述運(yùn)動廓形。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述標(biāo)記基準(zhǔn)表示一個或多個預(yù)設(shè)形狀之一中的裂縫，改變所述圖案以省略所述帶裂縫的預(yù)設(shè)形狀。
13.如權(quán)利要求6所述的方法，其中根據(jù)2+1n的關(guān)系，其中n＝1或大于1，為所述預(yù)設(shè)形狀確定至少一個基準(zhǔn)中至少三個基準(zhǔn)的位置，其中每三個基準(zhǔn)構(gòu)成三角形片，還包括建立所述至少一個基準(zhǔn)之一作為參考基準(zhǔn)；比較所述圖案和三角形片中所述每三個基準(zhǔn)相對于所述參考基準(zhǔn)的球坐標(biāo)，以建立所述預(yù)設(shè)形狀內(nèi)三角形片的扭曲；以及重新繪制對應(yīng)所述三角形片的所述圖案，以便在應(yīng)用疊加的重新繪制圖案以切割所述片材之前，為所述扭曲修正所述圖案。
14.如權(quán)利要求6所述的方法，其中根據(jù)2+2n基準(zhǔn)的關(guān)系，n＝1或大于1，為所述預(yù)設(shè)形狀確定至少一個基準(zhǔn)中至少四個基準(zhǔn)的位置，其中每四個基準(zhǔn)構(gòu)成矩形片，還包括建立所述至少一個基準(zhǔn)之一作為參考基準(zhǔn)；比較所述圖案和矩形片中所述每四個基準(zhǔn)相對于所述參考基準(zhǔn)的球坐標(biāo)，以建立所述預(yù)設(shè)形狀內(nèi)矩形片的扭曲；以及重新繪制對應(yīng)所述矩形片的所述圖案，以便在應(yīng)用疊加的重新繪制圖案以切割所述片材之前，為所述扭曲修正所述圖案。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)設(shè)形狀織造在所述片材中。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述圖象系統(tǒng)包括一個或多個照相機(jī)，還包括采用所述一個或多個照相機(jī)觀察所述片材的寬度，以確定所述至少一個基準(zhǔn)的位置。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述寬度是作為所述片材橫向?qū)挾鹊淖蛹囊粋€或多個關(guān)注區(qū)域。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括檢測至少一個基準(zhǔn)和所述片材之間的相反變化。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述切割系統(tǒng)包括球坐標(biāo)系中的已知切割區(qū)和控制器，所述控制器存儲由所述片材切割出至少一個預(yù)設(shè)形狀的幾何形狀圖案，還包括將所述圖象系統(tǒng)安置在所述切割系統(tǒng)上游的已知球坐標(biāo)處，以便觀察所述片材；移動所述片材連續(xù)通過圖象系統(tǒng)，以便確定球坐標(biāo)中至少一個基準(zhǔn)的位置；以及當(dāng)所述控制器確定定位的至少一個基準(zhǔn)之一的球坐標(biāo)處于所述切割區(qū)內(nèi)時，切割所述圖案，以便精確切割疊加在所述預(yù)設(shè)形狀中的所述圖案。
20.一種用于片材(10)中切割出預(yù)設(shè)形狀(S)的設(shè)備，包括移動切割式切割系統(tǒng)(11)，用于切割片材(10)中的圖案(P)，已知所述切割系統(tǒng)(11)在球坐標(biāo)中；圖象系統(tǒng)(12)，用于確定片材(10)中的至少一個基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)的球坐標(biāo)，這些球坐標(biāo)符合圖案(P)中的預(yù)定坐標(biāo)；結(jié)構(gòu)(16，11，12)，用于影響所述片材(10)與所述圖象和切割系統(tǒng)(12，11)之間的基本連續(xù)相對移動；裝置(22、16)，用于建立球坐標(biāo)中所述相對移動的測量；以及控制器(22)，用于使圖案(P)與定位的至少第一基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)疊加，從而使切割系統(tǒng)(11)基本并行地切割預(yù)設(shè)形狀(S)的圖案(P)，同時圖象系統(tǒng)(12)確定所述片材(10)中隨后至少一個基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)的球坐標(biāo)位置。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述圖象系統(tǒng)和所述切割系統(tǒng)固定在球坐標(biāo)中，影響相對移動的所述結(jié)構(gòu)還包括傳送帶，用于使片材由所述圖象系統(tǒng)基本連續(xù)移動到所述切割系統(tǒng)。
22.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中用于建立所述相對移動的測量的所述裝置包括跟蹤移動裝置，以在所述片材移動時跟蹤在片材球坐標(biāo)中的移動。
23.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述控制器與所述圖案比較所述圖案和所述定位的至少一個基準(zhǔn)或多個基準(zhǔn)中至少兩個基準(zhǔn)的球坐標(biāo)，以便識別所述預(yù)設(shè)形狀中的扭曲；并重新繪制所述圖案，以便在疊加所述重新繪制圖案以切割所述片材之前，為所述預(yù)設(shè)形狀的扭曲修正圖案。
24.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述圖象系統(tǒng)是一個或多個照相機(jī)，將其設(shè)置成觀察所述片材的寬度。
25.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述移動切割式圖象系統(tǒng)是激光切割系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能夠通過用圖象系統(tǒng)(12)確定片材(10)中的一個或多個基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)的位置，切割出預(yù)設(shè)于移動片材(10)中的形狀(S)的方法和設(shè)備?；鶞?zhǔn)(F，F(xiàn)2…)對應(yīng)預(yù)設(shè)形狀(S)的圖案(P)；切割系統(tǒng)(11)相對于定位的一個或多個基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)疊加圖案(P)，以便切割出預(yù)設(shè)形狀(S)，同時圖象系統(tǒng)(12)以并行方式確定移動片材(10)中隨后的一個或多個基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)的位置。連續(xù)重復(fù)切割和確定隨后基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)的并行過程，優(yōu)選地，采用兩個或多個基準(zhǔn)(F，F(xiàn)2…)，在進(jìn)行精確重疊圖案(P)和扭曲的切割前，檢測扭曲并重新繪制圖案(P)。
文檔編號G05B19/42GK1599890SQ02824028
公開日2005年3月23日 申請日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月10日
發(fā)明者蘭德爾·G.·安德魯斯, 瑪麗·M.·伯克, 布賴恩·D.·薩瓦茨基, 安德魯·Z.·賴夫, 布拉德·約翰斯頓, 錫達(dá)·馬 申請人:萊森特技術(shù)有限公司