專利名稱：一種nurbs圖形激光清掃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是激光打標(biāo)和激光雕刻加工技術(shù)。
背景技術(shù)：
激光具有方向性好、亮度高、單色性好等特點(diǎn)，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng) 用。目前，工業(yè)應(yīng)用中已開發(fā)出20多種激光加工技術(shù)，包括激光打標(biāo)、激光雕刻、激光切割、 激光焊接等。激光雕刻與激光打標(biāo)等激光加工設(shè)備具有勾邊和清掃兩種運(yùn)動(dòng)方式，勾邊為輪廓 運(yùn)動(dòng)，用于生成曲線或多邊形軌跡；清掃為水平(或其它角度)掃描運(yùn)動(dòng)，用于生成位 像或矢量形。激光加工的輸入為矢量圖或位圖兩種。矢量圖用于勾邊運(yùn)動(dòng)以生成曲線 或多邊形軌跡；閉合的矢量圖可以用于清掃運(yùn)動(dòng)生成矢量形；位圖用于清掃運(yùn)動(dòng)生成 位像。位圖可以表達(dá)非常復(fù)雜的圖像，但是在拉伸或壓縮時(shí)，位像會(huì)失真。而矢量圖 圖形可以克服這一缺點(diǎn)。由曲線或多邊形描述的閉合的矢量輪廓被填充后即形成矢量 形。然而，簡(jiǎn)單的解析表達(dá)式只能描述圓、橢圓等非常簡(jiǎn)單的輪廓。盡管邊長(zhǎng)很短的多邊形 (Continuous small line blocks，CSLB，連續(xù)小線段)可以描述非常復(fù)雜的矢量輪廓，但 是會(huì)顯著地增加數(shù)據(jù)量。最優(yōu)的方案是使用樣條曲線描述閉合輪廓，樣條曲線不僅可以描 述非常復(fù)雜的輪廓，而且不顯著地增大數(shù)據(jù)量。在眾多的樣條曲線中，NURBS(Non Uniform Rational B-Spline，非均勻有理B樣條)是首選的表達(dá)形式，因?yàn)镹URBS具有仿射不變性、 強(qiáng)凸包性、局部可修改性等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)。而且NURBS可以同時(shí)表達(dá)圓錐曲線和自由 曲線。實(shí)事上，NURBS已成為CAGD (Computer Aided Geometry Design，計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè) 計(jì))中處理和描述曲線與曲面問題的重要標(biāo)準(zhǔn)。盡管NURBS造型已被Rhino和Maya等大多數(shù)的高級(jí)CAGD工具所支持，但是激光 加工設(shè)備生產(chǎn)商提供的激光加工處理軟件無法直接清掃NURBS圖形。只有借助CAGD工具 將NURBS曲線轉(zhuǎn)換成CSLB輪廓后才能輸入激光加工處理軟件。這種近似處理不僅降低了 軌跡精度而且顯著的增大了數(shù)據(jù)量。隨著數(shù)據(jù)量的增大，出錯(cuò)的可能性也隨之增大。特別 是當(dāng)CSLB的邊長(zhǎng)與掃描步長(zhǎng)接近時(shí)，會(huì)顯著增大數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性。在激光加工處理軟件 中提供對(duì)NURBS圖形激光清掃的直接支持，不僅可以方便與高級(jí)的CAGD軟件對(duì)接，而且由 于NURBS輪廓具有很多優(yōu)點(diǎn)，從而可以進(jìn)行很多靈活的處理。理論上，激光加工處理軟件可 以只支持NURBS圖形清掃，因?yàn)镹URBS既可以表達(dá)自由曲線也可以表達(dá)圓錐曲線和多邊形。 對(duì)NURBS圖形激光清掃的支持，可以增強(qiáng)激光加工處理軟件的功能，能夠提高復(fù)雜矢量圖 形的加工精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種NURBS圖形激光清掃加工的實(shí) 現(xiàn)方法。該方法容易與現(xiàn)有的激光加工系統(tǒng)集成，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜圖形清掃工。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)首先推導(dǎo)出了顯式有理多項(xiàng)式形式的NURBS表達(dá)式，解決了迭代形式的NURBS表 達(dá)式無法進(jìn)行激光清掃計(jì)算的難題。在激光清掃加工中，水平掃描時(shí)，掃描線的y坐標(biāo)是已 知的，因此必須由y求出u，然后再由u求出X，從而得到掃描線與NURBS閉合輪廓的交點(diǎn)坐 標(biāo)；垂直掃描時(shí)，掃描線的χ坐標(biāo)是已知的，因此必須由χ求出u，然后再由u求出y，從而得 到掃描線與NURBS閉合輪廓的交點(diǎn)坐標(biāo)。然而，迭代形式的NURBS表達(dá)式，其ρ階B樣條基 函數(shù)是兩個(gè)P-I階B樣條基函數(shù)的線性插值。所以迭代形式的NURBS表達(dá)式容易由參變量 u求出坐標(biāo)分量χ或y，但是難以由坐標(biāo)分量χ或y反求出u，因此難以求解掃描線與NURBS 閉合輪廓的交點(diǎn)坐標(biāo)。而顯式有理多項(xiàng)式形式的NURBS表達(dá)式，其坐標(biāo)分量χ或y均表示 為參變量u的兩個(gè)P階多項(xiàng)式的商。所以不僅可由u求出χ或y，而且在已知χ或y的條件 下，能夠精確求解參變量u，從而求出掃描線與NURBS閉合輪廓的交點(diǎn)坐標(biāo)。其次利用顯式有理多項(xiàng)式NURBS表達(dá)式求解出了掃描線與NURBS閉合輪廓的交點(diǎn) 坐標(biāo)。掃描線是平行于χ軸或y軸的直線，令掃描線與NURBS表達(dá)式相等，可以得到一個(gè)以 u為變量的一元三次方程。利用盛金公式，可以精確求得一元三次方程的根，將求得的u代 入y或χ的顯式有理多項(xiàng)式表達(dá)式，即可求出交點(diǎn)坐標(biāo)。求出掃描線與NURBS閉合輪廓的 交點(diǎn)后，若從左往右掃描，則將交點(diǎn)按χ坐標(biāo)由小到大排列；若從右往左掃描，則將交點(diǎn)按χ 坐標(biāo)由大到小排列。若從上往下掃描，則將交點(diǎn)按y坐標(biāo)由小到大排列；若從下往上掃描， 則將交點(diǎn)按y坐標(biāo)由大到小排列。然后對(duì)交點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)，若交點(diǎn)是極值點(diǎn)，則將其剔除；若 交點(diǎn)是與掃描線平行的線段的交點(diǎn)，若兩個(gè)端點(diǎn)的序號(hào)為奇-偶組合則予以保留，否則將 其剔除。再次對(duì)交點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行激光啟閉延時(shí)補(bǔ)償。水平掃描時(shí)對(duì)交點(diǎn)的X坐標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)償。 其方法是，從左往右掃描時(shí)，將序號(hào)為奇數(shù)的交點(diǎn)的X坐標(biāo)減去一個(gè)激光開啟延時(shí)當(dāng)量(掃 描速度乘以開激光開啟延時(shí))，將序號(hào)為偶數(shù)的交點(diǎn)的X坐標(biāo)減去一個(gè)激光關(guān)閉延時(shí)當(dāng)量 (掃描速度乘以開激光關(guān)閉延時(shí))；從右往左掃描時(shí)，將序號(hào)為奇數(shù)的交點(diǎn)的X坐標(biāo)加上一 個(gè)激光開啟延時(shí)當(dāng)量，將序號(hào)為偶數(shù)的交點(diǎn)的X坐標(biāo)加上一個(gè)激光關(guān)閉延時(shí)當(dāng)量。從上往 下掃描時(shí)，將序號(hào)為奇數(shù)的交點(diǎn)的y坐標(biāo)減去一個(gè)激光開啟延時(shí)當(dāng)量，將序號(hào)為偶數(shù)的交 點(diǎn)的y坐標(biāo)減去一個(gè)激光關(guān)閉延時(shí)當(dāng)量；從下往上掃描時(shí)，將序號(hào)為奇數(shù)的交點(diǎn)的y坐標(biāo)加 上一個(gè)激光開啟延時(shí)當(dāng)量，將序號(hào)為偶數(shù)的交點(diǎn)的y坐標(biāo)加上一個(gè)激光關(guān)閉延時(shí)當(dāng)量。然后采用梯形加減速原理生成運(yùn)動(dòng)路徑。運(yùn)動(dòng)路徑由交替的直線段和斜線段首尾 相連組成，直線段用于貫穿掃描線與NURBS輪廓的交點(diǎn)，而斜線段用于連接兩條相鄰的直 線段。直線段包括加速段，勻速段和減速段。連接同一掃描線與NURBS輪廓的全部交點(diǎn)，并 將所得線段前后延長(zhǎng)一個(gè)插補(bǔ)步長(zhǎng)以上的距離，即形成勻速段。加速度乘以插補(bǔ)周期的平 方再除以二即為加速段的長(zhǎng)，減速度乘以插補(bǔ)周期的平方再除以二即為減速段的長(zhǎng)。最后構(gòu)建一個(gè)由三個(gè)任務(wù)組成的NURBS清掃控制架構(gòu)。任務(wù)1根據(jù)當(dāng)前掃描線、掃 描步長(zhǎng)和NURBS表達(dá)式，計(jì)算啟閉點(diǎn)，補(bǔ)償啟閉延時(shí)，然后生成運(yùn)動(dòng)路徑。任務(wù)2接收任務(wù)1 生成的運(yùn)動(dòng)路徑，經(jīng)過插補(bǔ)運(yùn)算生成插補(bǔ)點(diǎn)，送至位置控制模塊生成所需軌跡。任務(wù)3用于 實(shí)時(shí)監(jiān)視運(yùn)動(dòng)位置，以便在運(yùn)動(dòng)到達(dá)開、關(guān)光位置時(shí)進(jìn)行激光啟閉控制，以生成填充線。其 中任務(wù)1為無限循環(huán)的非周期任務(wù)，任務(wù)2和任務(wù)3是周期性的任務(wù)。


圖1為SLF算法在激光清掃加工中的應(yīng)用；圖2為用于激光啟閉控制的交點(diǎn)；圖3為掃描線經(jīng)過極值點(diǎn)示意圖；圖4為掃描線經(jīng)過直線段示意圖；圖5為運(yùn)動(dòng)路徑生成算法示意圖；圖6為基于多任務(wù)的激光清掃控制架構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，并以水平清掃為例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。矢量圖形激光清掃 的關(guān)鍵是填充閉合輪廓。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的SLF(Scan Line Filling，掃描線填充)算法非 常適合矢量圖形激光清掃。如附圖1所示，水平掃描線SqEtl定義為y = y(1，式中，q= 1，···， m，而m= (ymax-ymin)/st印length，式中，ymax是ymin輪廓的最大和最小y坐標(biāo),st印length 為掃描步長(zhǎng)。填充線PtlllPtb2是掃描線SqEtl上的一段，是由在點(diǎn)Pq,工開光而在點(diǎn)Pq,2關(guān)光形 成的。激光頭必須沿著掃描線運(yùn)動(dòng)，而且要從一條掃描線運(yùn)動(dòng)到下一條掃描線，即從Sq運(yùn) 動(dòng)到Eq，然后再運(yùn)動(dòng)到Sq+1，直到最后一條掃描線結(jié)束。因此NURBS曲線激光掃描的實(shí)現(xiàn)需 要解決兩個(gè)主要的問題。一是處理NURBS表達(dá)式，使其適合矢量圖形激光清掃計(jì)算；二是實(shí) 現(xiàn)SLF算法。1顯式有理多項(xiàng)式NURBS表達(dá)式迭代形式的ρ階NURBS曲線定義如式(1)所示，
TjNhp(U)wiPi 式中，{PJ為控制多邊形頂點(diǎn)，{Wi}為權(quán)重，Niip(U)為定義在非均勻節(jié)點(diǎn)向量 上的ρ階B樣條基函數(shù)，如式⑵所示。其中，a<Up+1<Up+2彡…彡un<b，而且 通常情況下，a = 0，b = 1。
λτ , Λ 1Ul+l) B樣條基函數(shù)的幾個(gè)重要性質(zhì)摘錄如下性質(zhì)1 當(dāng)U在區(qū)間[Ui，Ui+p+1)以外時(shí)，基函數(shù)Ni,p的值為零。性質(zhì)2 在節(jié)點(diǎn)段[Ui，Ui+1)上不為零的ρ階B樣條基函數(shù)最多為p+1個(gè)，即Ni_p,p，
Ni—ρ+ι，ρ，…，Ν±，ρ0性質(zhì)3 基函數(shù)Ni,p在區(qū)間[Ui，ui+p+1)的非節(jié)點(diǎn)處ρ階可導(dǎo)；在節(jié)點(diǎn)處為p_k階可導(dǎo)，其中k為節(jié)點(diǎn)值在區(qū)間[Ui，Ui+p+1)內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)。由性質(zhì)3可知，3階B樣條基函數(shù)在節(jié)點(diǎn)段內(nèi)具有3階連續(xù)性，在節(jié)點(diǎn)處可有2階 連續(xù)性，因而可以滿足絕大多數(shù)應(yīng)用需求，并且具有合適的計(jì)算復(fù)雜性。
Ni-2,3' Ni
由性質(zhì)2可知，在節(jié)點(diǎn)段[ui;ui+1)上不為零的3階B樣條基函數(shù)為4個(gè)，即Ni ,3，Ni,3，所以3階NURBS曲線在節(jié)點(diǎn)段[Ui，ui+1)上的表達(dá)式可以簡(jiǎn)化為(3)式。
-3,3'
3階B樣條基函數(shù)在區(qū)間[Ui，Ui+4)上有非0值，且為分段三次多項(xiàng)式，如式(4)所 由式⑵可得0階基函數(shù)Nu到Ni+3,Q，然后將ρ = 1代入式⑵可得1階基函數(shù) Nill到隊(duì)+吣。再將ρ = 2代入式(2)可得2階基函數(shù)隊(duì),2和隊(duì)+1,2。最后，將ρ = 3代入式 (2)可得3階基函數(shù)Ni,3,系數(shù)如下所示 式中，Smn = ui+m-ui+n，基函數(shù)的系數(shù)只與節(jié)點(diǎn)向量Ui，Ui+1，…，ui+4有關(guān)而與控制點(diǎn) 和權(quán)重?zé)o關(guān)。NV3,3' NV2,3' N1i^3, N0ii3 分別是隊(duì)_3,3，隊(duì)_2,3，N^3, Ni,3 在節(jié)點(diǎn)段[ui; ui+1)上不為 零的表達(dá)式。將它們代入⑶式可得第i段NURBS曲線表達(dá)式，如式(5)所示。
將Xj和yj分別替換式(5)中的Pj可得Ci (U)的χ分量Xi (U)和y分量(u)，分 別如式(6)、式(7)所示。利用式(6)和式(7)不僅可以由參數(shù)u計(jì)算出χ和y，更重要的 是可以在已知χ或y的條件下，計(jì)算出相應(yīng)的參數(shù)U。
2激光啟閉控制點(diǎn)求解在激光清掃加工中，掃描線與圖形輪廓的交點(diǎn)是進(jìn)行激光啟閉的位置。附圖2中， 在交點(diǎn)1開光，在交點(diǎn)2關(guān)光，即可在掃描線1上加工出填充線12。同理，在交點(diǎn)1、3開光， 在交點(diǎn)2、4關(guān)光，即可在掃描線2上加工出填充線12與34。對(duì)于掃描線3，要在交點(diǎn)1、3、 5開關(guān)，在交點(diǎn)2、4、6關(guān)光。對(duì)于一股的圖形，交點(diǎn)個(gè)數(shù)為偶數(shù)。將交點(diǎn)沿掃描方向進(jìn)行排 列，即從左向右掃描時(shí)，按χ坐標(biāo)由小到大排列；從右向左掃描時(shí)，按χ坐標(biāo)由大到小排列。 排列后，處于奇數(shù)位置的交點(diǎn)為激光開啟控制點(diǎn)，處于偶數(shù)位置的交點(diǎn)為激光關(guān)閉控制點(diǎn)。掃描線y =、與圖形輪廓Ci(U)的交點(diǎn)滿足y, = yi(u)，整理可得方程(8)。該 方程是一元三次方程，有3個(gè)根，但不相等的實(shí)根個(gè)數(shù)可能是1個(gè)、2個(gè)或者3個(gè)。利用盛 金公式可以直接由方程系數(shù)判定不相等實(shí)根的個(gè)數(shù)以及計(jì)算實(shí)根大小。若計(jì)算所得的實(shí)根 uyk(k= 1,2,3)屬于節(jié)點(diǎn)段[Ui，ui+1)，則將其代入式(6)求出交點(diǎn)的χ坐標(biāo)，依次對(duì)各個(gè)節(jié) 點(diǎn)段作相同的處理，即可得到掃描線與圖形輪廓的全部交點(diǎn)。 如果交點(diǎn)是極值點(diǎn)，則需將其從啟閉控制點(diǎn)中剔除，因?yàn)闃O值點(diǎn)等效于一對(duì)重合 的啟閉點(diǎn)。在附圖3中，掃描線1和2分別經(jīng)過極值點(diǎn)2和3、4，所以在剔除極值點(diǎn)后，掃描 線1和掃描線2上的控制點(diǎn)個(gè)數(shù)均為2個(gè)。因此求出交點(diǎn)后，需要逐一判斷其是否為極值 點(diǎn)。交點(diǎn)(x (uk), y (uk))是極值點(diǎn)的條件為，(Yi(Uyk)-S) (Yi (uyk)+5) >0，式中δ為任 意小正數(shù)。當(dāng)掃描線經(jīng)過圖形輪廓上的直線段時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況處理直線段的兩個(gè)端 點(diǎn)。因?yàn)榧す鈫㈤]控制在奇數(shù)交點(diǎn)開關(guān)，而在偶數(shù)交點(diǎn)關(guān)光，所以為了生成這種與輪廓線重 合的填充線，若直線段端點(diǎn)為奇-偶組合時(shí)需要保留，為偶-奇組合時(shí)則需排除。附圖4中， 為了加工掃描線1上的填充線12和34，端點(diǎn)1、2和3、4必須記入啟閉點(diǎn)。相反的，為了加 工掃描線2上的填充線23，端點(diǎn)2和3必須從啟閉點(diǎn)中排除。

(10)
(k = \...ml2)由式(7)可知，當(dāng)yi_3 = Yi-2 = Yi-! = Yi = y,時(shí)，有 Yi(U) = yq,即區(qū)間[Ui，ui+1) 上的NURBS曲線為一平行y軸的直線段并且與掃描線y = y,共線。3激光啟閉延時(shí)補(bǔ)償由于激光器具有一定程度的慣性，實(shí)際的出光、關(guān)光時(shí)刻滯后于控制器發(fā)出的啟 閉控制指令的時(shí)刻。這種延遲稱為激光開啟延時(shí)，t。n和關(guān)閉延時(shí)t。ff。激光啟閉延時(shí)與激 光器類型、功率、激勵(lì)模式等眾多因素有關(guān)，通常激光器生產(chǎn)商會(huì)在產(chǎn)品手冊(cè)中提供詳細(xì)的 測(cè)試結(jié)果。啟閉延時(shí)按下式換算成距離，d。n = t。nXV，d。ff = t。ffXV，其中，(1 與d。ff分另Ij 表示啟閉延時(shí)所對(duì)應(yīng)的掃描距離，V為掃描速度。對(duì)激光啟閉點(diǎn)χ坐標(biāo)做簡(jiǎn)單的處理即可補(bǔ)償激光啟閉延時(shí)。從左往右掃描時(shí)，控 制點(diǎn)χ坐標(biāo)按式(9)調(diào)整.
「 n X2k-l _ X2k-l _ don , Λ^…(9)其中m為啟閉點(diǎn)個(gè)數(shù)，X2k^1, x2k分別表示開啟點(diǎn)和關(guān)閉點(diǎn)。從右向左掃描時(shí)，控制 點(diǎn)X坐標(biāo)按式(10)調(diào)整。
J X2k-l ~ X2k-l + (
I X2k = X2k + ^ojf
4運(yùn)動(dòng)路徑生成
激光清掃加工中，沿掃描線的運(yùn)動(dòng)稱為標(biāo)記運(yùn)動(dòng)，從一條掃描線過渡到另一條掃 描線的運(yùn)動(dòng)稱為跳躍運(yùn)動(dòng)。對(duì)于標(biāo)記運(yùn)動(dòng)，應(yīng)首先確定運(yùn)動(dòng)路徑的起始點(diǎn)和末尾點(diǎn)。按梯 形加減速原理所設(shè)計(jì)的標(biāo)記運(yùn)動(dòng)路徑生成算法如附圖5所示。標(biāo)記運(yùn)動(dòng)分為三段，SqAyAtlBtl 和BqEtl,分別對(duì)應(yīng)于梯形加減速的加速段、勻速段和減速段。其中，SqAtl長(zhǎng)為L(zhǎng)sa = V2/2afflax, 式中amax為許用加速度；BqEtl的長(zhǎng)為L(zhǎng)be = V2/2dfflax, dmax為許用加速度。勻速段AA上的Pq,工和Pq, m分別表示掃描線SqEtl上的第一個(gè)和最后一個(gè)啟閉點(diǎn)。 AqPtbl段和LnA1段增加了勻速段的長(zhǎng)度，使得全部控制點(diǎn)完全包含于勻速段內(nèi)，從而可以提 高激光啟閉的控制精度。AJ^1和Λ的長(zhǎng)是可選的，但不得小于勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的插補(bǔ)步長(zhǎng) AL = VTs，其中Ts表示插補(bǔ)周期。標(biāo)記運(yùn)動(dòng)路徑確定以后，連接Etrl和Sq即可得到跳躍運(yùn) 動(dòng)路徑，從而可以得到整個(gè)運(yùn)動(dòng)路徑。5激光啟閉控制激光啟閉控制用于監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)位置，xt,以便在運(yùn)動(dòng)到達(dá)開啟控制點(diǎn)時(shí)開啟激光，在 運(yùn)動(dòng)到達(dá)關(guān)閉控制點(diǎn)時(shí)關(guān)閉激光。從左向右掃描時(shí)的激光啟閉條件為
「V、VW 白
(11)從右向左掃描時(shí)的激光啟閉條件為
「V Z VW 白
(12)6基于多任務(wù)的激光清掃系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)集成了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)DSP/BI0S，以提供對(duì)多優(yōu)先級(jí)任務(wù)的支持。如附圖6所示，激光清掃由3個(gè)任務(wù)完成。任務(wù)1根據(jù)當(dāng)前掃描線、掃描步長(zhǎng)和軌跡方程，計(jì)算 啟閉點(diǎn)，補(bǔ)償啟閉延時(shí)，然后生成運(yùn)動(dòng)路徑。任務(wù)2接收任務(wù)1生成的運(yùn)動(dòng)路徑，經(jīng)過插補(bǔ) 運(yùn)算生成插補(bǔ)點(diǎn)，送至位置控制模塊生成所需軌跡。任務(wù)3用于實(shí)時(shí)監(jiān)視運(yùn)動(dòng)位置，以便在 運(yùn)動(dòng)到達(dá)開、關(guān)光位置時(shí)進(jìn)行激光啟閉控制，以生成填充線。 附圖6中的任務(wù)1為非周期性的無限循環(huán)任務(wù)，任務(wù)2和任務(wù)3為周期性的任務(wù)。 任務(wù)2的周期稱為插補(bǔ)周期，記為Ts ；任務(wù)3的周期稱為啟閉控制周期，記為Tc。任務(wù)開始 前預(yù)先計(jì)算所有的B樣條基函數(shù)以避免重復(fù)計(jì)算，然后任務(wù)1在每個(gè)計(jì)算循環(huán)內(nèi)生成一條 運(yùn)動(dòng)軌跡，交由任務(wù)2生成運(yùn)動(dòng)。任務(wù)3與任務(wù)1通信以得到啟閉控制點(diǎn)，與任務(wù)2通信以 得到當(dāng)前運(yùn)動(dòng)位置，以進(jìn)行激光啟閉控制。通過運(yùn)動(dòng)控制和激光控制的配合完成NURBS圖 形清掃加工。
權(quán)利要求
一種NURBS圖形激光清掃方法，采用基于多任務(wù)的方法搭建NURBS圖形激光清掃架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)與激光的協(xié)調(diào)、同步控制，其特征在于，包括以下步驟A、獲取由NURBS表達(dá)式描述的閉合輪廓；B、將迭代形式的NURBS表達(dá)式轉(zhuǎn)換為有理多項(xiàng)式形式的NURBS表達(dá)式；C、利用有理多項(xiàng)式形式的NURBS表達(dá)式并結(jié)合掃描線填充算法計(jì)算掃描線與閉合NURBS輪廓的交點(diǎn)；D、對(duì)求得的交點(diǎn)進(jìn)行極值點(diǎn)以及與掃描線重合的直線段的端點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)，剔除極值點(diǎn)以及偶 奇組合的直線段端點(diǎn)，保留的交點(diǎn)作為激光的啟閉控制點(diǎn)；F、對(duì)求得的激光啟閉控制點(diǎn)進(jìn)行激光啟閉延時(shí)補(bǔ)償，補(bǔ)償方法是將時(shí)間換算成距離當(dāng)量后改變交點(diǎn)坐標(biāo)；G、采用基于梯形加減速的方法生成運(yùn)動(dòng)路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NURBS圖形激光清掃方法，其特征在于NURBS表達(dá)式為 迭代形式，即deBoor-Cox形式。輸入數(shù)據(jù)包括控制點(diǎn)坐標(biāo)、節(jié)點(diǎn)向量和權(quán)重。
全文摘要
本發(fā)明公開一種激光打標(biāo)和激光雕刻加工技術(shù)領(lǐng)域的NURBS圖形激光清掃加工的實(shí)現(xiàn)方法，內(nèi)容包括將迭代形式的NURBS表達(dá)式變換成有理多項(xiàng)式形式的表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)掃描線與閉合NURBS輪廓的交點(diǎn)計(jì)算，進(jìn)行激光啟閉延時(shí)補(bǔ)償，生成激光運(yùn)動(dòng)路徑，實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于多任務(wù)的控制架構(gòu)。本發(fā)明能夠接收由NURBS表達(dá)式描述的閉合輪廓，生成運(yùn)動(dòng)控制和激光控制指令，驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行激光啟閉控制，從而在閉合的NURBS輪廓內(nèi)部生成填充線以生成NURBS圖形。
文檔編號(hào)B44B3/00GK101920603SQ201010246620
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者葉峰, 張舞杰, 李迪, 王世勇, 賴乙宗 申請(qǐng)人:東莞市升力智能科技有限公司