CN107438495A - 云控制激光制造 - Google Patents

Abstract

可以在计算机数字控制机器的控制单元处从通用计算机接收执行计划的执行计划段。执行计划段可以限定用于引起计算机数字控制机器的可移动头部的运动以传递电磁能量的操作，从而引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变。执行计划段可以包括预定的安全暂停点，从而可以重启执行计划，同时最小化完成的工作产品相对于如果不需要暂停和重启的情况的外观的差异。计算机数字控制机器的操作只有在确定执行计划段已经被计算机数字控制机器接收直到并且包括预定的安全暂停点之后才能开始。

Description

云控制激光制造

相关申请的交叉引用

本申请主张下述申请的优先权：2015年2月12日提交的美国临时专利申请No.62/115,562；2015年2月12日提交的美国临时专利申请No.62/115,571；2015年9月23日提交的美国临时专利申请No.62/222,756；以及2015年9月23日提交的美国临时专利申请No.62/222,757；以及2015年9月23日提交的美国临时专利申请No.62/222,758。通过引用将上述所有申请的书面描述、权利要求和附图并入于此。

技术领域

本文描述的主题涉及制造过程，所述制造过程实施CNC机器数据的分布式处理或由CNC机器数据的分布式处理辅助。

背景技术

制造系统(例如，“3D打印机”、激光切割机、CNC机器等)能够用于创造像模造或手工组装的传统制造技术不能创造的复杂物件。这样的自动化方法在机器开始进行构造之前接收指定切割、层、图案等的指令。所述指令可以以计算机文件的形式被传输到机器的计算机控制器的存储器并且在运行时被解译以在制造过程中提供一系列步骤。

发明内容

一方面，一种方法包括接收在通用计算机处创建的执行计划的执行计划段。所述接收发生在计算机数字控制机器的控制单元处，并且所述通用计算机不是计算机数字控制机器的一部分(例如，其与CNC机器分开容纳)。执行计划段限定用于引起计算机数字控制机器的可移动头部的运动以传递电磁能量从而引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变的操作。执行计划段还包括预定的安全暂停点，从所述预定的安全暂停点可以执行执行计划的操作的准确的重启(clean restart)。换句话说，预定的安全暂停点是这样的暂停点，从该暂停点可以重启执行计划同时最小化完成的工作产品相对于如果不需要暂停和重启的情况的外观的差异。该方法还包括仅在确定执行计划段已经被计算机数字控制机器接收直到并且包括预定的安全暂停点之后，才开始在执行计划段中限定的计算机数字控制机器的操作。

在一些变型中，以下特征中的一个或多个可以任选地包括在任何可行的组合中。一种方法可以包括确定执行计划包括将在执行计划段之后执行的下一个执行计划段，并且在预定的安全暂停点处暂停操作直到下一个执行计划段被完全接收。方法可以包括确定下一个执行计划段被完全接收，并且在所述确定之后根据下一个执行计划段从预定的安全暂停点重启执行计划的操作。执行计划可以包括限定可移动头部的运动的运动计划和用于计算机数字控制机器的一个或多个其他部件的操作的控制命令。一个或多个其它部件可以包括激光器，电源，风扇，热控制系统，空气过滤器，冷却剂，冷却剂泵，光源，锁，安装在可移动头部上的相机和安装在内部空间内部但不在可移动头部上的相机中的一个或多个。一种方法可以包括在计算机数字控制机器处接收在执行计划段的操作期间将由计算机数字控制机器的一个或多个传感器产生的传感器数据的变化的预测，以及将来自一个或多个传感器的实际数据与预测进行比较。预测可以基于执行计划的操作的预期的电气，光学，机械和热结果。

在另一相互关联的方面，一种方法包括计算机数字控制机器的控制单元接收在与计算机数字控制机器分开容纳(例如不是计算机数字控制机器的一部分)的通用计算机上处创建的执行计划的一部分。执行计划限定用于引起计算机数字控制机器的可移动头部的运动以传递电磁能量从而引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变的操作。在执行执行计划中限定的计算机数字控制机器的操作的同时，记录计算机数字控制机器的多个子系统状态数据。在确定尚未接收到要完成的执行计划的下一部分之后，操作在执行计划的一点处暂停。执行计划的操作随后从该点重启，并且重启包括基于在接收到执行计划的下一部分之后以该执行计划的下一部分恢复之前所记录的状态数据执行一个或多个动作以将计算机数字控制机器置于其在该点处的状态中。

在另一相互关联的方面中，计算机数字控制机器包括：网络连接，所述数字控制机器通过所述网络连接接收数据，被配置为传递电磁能量以引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变的可移动头部，以及被配置为执行操作的控制器。所述操作包括经由所述网络连接接收包括运动计划的执行计划，并且使所述可移动头部执行在所述运动计划中限定的动作。其他操作，例如本文别处讨论的那些操作也可以任选地由控制器执行。

在一些变型中，以下特征中的一个或多个可以任选地包括在任何可行的组合中。执行计划可以包括限定时间元素的运动计划，该时间元素指示应当发生产生制造的结果所需的每个动作的时间或时间偏移。可以在远程计算机处预先计算运动计划，该远程计算机通过网络与计算机数字控制机器的网络连接通信，所述网络是有损并具有可变延迟和/或具有可变带宽中的至少一种。网络可以是例如互联网。

在另一相互关联的方面，计算机数字控制机器包括可移动头部，其被配置为传递电磁能量以引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变，以及

控制单元，其被配置为利用通过有损和/或可变延迟和/或可变带宽网络连接而传递到计算机数字控制机器的执行计划来执行操作，所述操作实现计算机数字控制机器的操作。

本主题的实施方式可以包括但不限于与本文提供的描述一致的方法以及包括有形地实现的机器可读介质的物件，所述有形地实现的机器可读介质可操作成使得一个或多个机器(例如，计算机等)产生实现一个或多个描述的特征的操作。类似地，也描述了计算机系统，其可以包括一个或多个处理器和耦接到一个或多个处理器的一个或多个存储器。可以包括计算机可读存储介质的存储器可以包括、编码、存储或使得一个或多个处理器执行本文描述的一个或多个操作的一个或多个程序。与本主题的一个或多个实施方式一致的计算机实施的方法可以通过驻存在单个计算系统或多计算系统中的一个或多个数据处理器实施。这样的多计算系统可以经由一个或多个连接、经由多计算系统中的一个或多个之间的直接连接等被连接并且可以交换数据和/或命令或其他指令等，所述一个或多个连接包括但不限于通过网络(例如，互联网、无线广域网、局域网、广域网、有线网络等)的连接。

附图说明

结合在本说明书中并且构成本说明书一部分的附图示出了本文公开的主题的某些方面，并且这些附图与说明书一起帮助解释与公开的实施方式相关联的一些原理。附图中，

图1是与本主题的一些实施方式一致的计算机数字控制机器(CNC machine)的正视图，所述计算机数字控制机器具有定位成捕获整个材料床的图像的相机和定位成捕获材料床的一部分的图像的另一相机；

图2是图1所示的计算机数字控制机器的实施方式的俯视图；

图3A是示意了与本主题的一些实施方式一致SVG源文件的一个示例的图；

图3B是与本主题的一些实施方式一致的计算机数字控制机器中的切割路径的图形表示的示例；

图3C是示意了与本主题的一些实施方式一致的与切割路径和源文件对应的机器文件的图；

图4A是示出了与本主题的一些实施方式一致的图像的相加的图；

图4B是示出了与本主题的一些实施方式一致的图像的相减的图；

图4C是示出了与本主题的一些实施方式一致的图像的差分以隔离模拟的内部照明效果的图；

图5是示出了与本主题的一些实施方式一致的支持CNC机器的操作的基于云的系统的图；

图6是示出了与本主题的一些实施方式一致的在分布式计算系统上生成CNC机器的运动计划的过程流程图；

图7是示出了与本主题的一些实施方式一致的执行运动计划以控制CNC机器的通用计算机的系统图；

图8是示出了与本主题的一些实施方式一致的确定CNC机器的运动和/或执行计划中的安全暂停点的示例的图；

图9是示出了与本主题的一些实施方式一致的确定CNC机器的运动和/或执行计划中的安全暂停点的方法的过程流程图；

图10是示出了与本主题的一些实施方式一致的在分布式计算系统上生成项目预览的过程流程图；

图11是示出了与本主题的一些实施方式一致的用于预览项目的材料叠加；

图12是示出了与本主题的一些实施方式一致的被预览为三维对象的2-D图案的集合；

图13是示出了与本主题的一些实施方式一致的结合到项目预览中的参数建模；

图14是示出了与本主题的一些实施方式一致的基于传感器数据更新运动计划的过程流程图；

图15是示出了与本主题的一些实施方式一致的方法的特征的过程流程图；以及

图16是示出了与本主题的一些实施方式一致的方法的特征的过程流程图。

可行时，相似的参考标号指示相似的机构、特征或元件。

具体实施例

本文描述的主题的一个或多个变体的细节在附图和下面的说明书中列出。根据说明书、附图和权利要求书，本文描述的主题的其他特征和优势将显而易见。尽管可以关于使用用于辅助自动化制造过程(例如，CNC过程)的机器视觉出于示意性目的描述当前公开的主题的某些特征，但是应当容易理解这样的特征不旨在进行限制。

当在本文中使用时，术语“切割”可以一般地指改变材料的外表、属性和/或状态。切割可以包括例如进行贯穿切割、雕刻、漂白、固化、燃烧等。当在本文中特别地提及时，雕刻指示通过计算机数字控制机器修改材料的外表而不完全穿透材料的过程。例如，在激光切割机的背景中，其可以意味着如下所述例如通过施加输送电磁能量的聚焦的电磁辐射来从表面去除一些材料，或者使材料褪色。

当在本文中使用时，术语“激光(器)”包括(在成为切割工具的背景中)利用光子修改基板或在被光子影响的材料上造成某些改变或变化的任何电磁辐射或聚焦或相干能量源。激光(不管是切割工具还是诊断)可以为任何期望波长，包括例如微波、激光、红外激光、可见激光、UV激光、X射线激光、伽马射线激光等。

另外，当在本文中使用时，“相机”包括例如可见光相机、黑白相机、IR或UV敏感相机、单独的亮度传感器(例如，光电二极管)、光子敏感检测器(例如，光电倍增管或雪崩光电二极管)、远离可见光谱(例如，微波、X射线或伽马射线)的红外辐射检测器、光学滤光检测器、光谱仪和可以包括提供电磁辐射以进行照明从而辅助获取的源(例如，闪光灯、UV照明等)的其他检测器。

另外，当在本文中使用时，提及“实时”动作包括某些程度的延迟或延迟，延迟或延迟或是有意地编程到动作中或者是作为机器响应和/或数据传输的限制的结果。当在本文中使用时，“实时”动作仅打算近似即时响应，或者鉴于系统限制的尽可能快的响应，而不暗示对响应时间或由响应时间导致的机器动作的任何具体的数值或功能限制。

另外，当在本文中使用时，除非另有指定，否者术语“材料”为在CNC机器的机床上的材料。例如，如果CNC机器是激光切割机、车床或铣床，则材料为放置在CNC机器中的待被切割的材料，例如，原材料、原料等。在另一示例中，如果CNC机器是3-D打印机，则材料为被3-D打印过程精巧地制作的对象的当前层，或先前存在的层或基底。在再另一示例中，如果CNC机器是打印机，则材料可以是CNC机器在其上面沉积墨水的纸。

简介

计算机数字控制(CNC)机器是用于在计算机的控制下添加或去除材料的机器。可以存在移动执行材料的添加或去除的一个或多个头部的一个或多个电机或其他致动器。对于添加材料的CNC机器，如同在一般的3D打印机中，头部可以结合有喷射或释放聚合物的喷嘴。在一些实施方式中，头部可以包括墨水源，例如盒或笔。在3-D打印的情况下，材料可以被逐层地积累直到已经创造完全地实现的3D对象。在一些实施方式中，CNC机器可以扫描诸如固体、液体或粉末的材料的表面，用激光硬化或以其他方式改变所述材料的材料属性。可以沉积新材料。可以重复所述过程以构件连续的层。对于去除材料的CNC机器，头部可以结合有工具，例如，车床上的刀刃、拖刀、等离子切割器、水射流、用于铣床的钻头(bit)、用于激光切割机/雕刻机的激光器等。

图1是与本主题的一些实施方式一致的CNC机器100的正视图，所述CNC机器具有定位成捕获整个材料床150的图像的相机和定位成捕获材料床150的一部分的图像的另一相机。图2是图1所示的CNC机器100的实施方式的俯视图。

图1所示的CNC机器100与激光切割机的一个实施方式对应。尽管在激光切割机的背景中描述一些特征，但是绝没有进行限制的打算。可以用其他类型的CNC机器来实现在下面描述的许多特征。CNC机器100可以例如为车床、雕刻机、3D-打印机、铣床、钻床、锯等。

尽管激光切割机/雕刻机与CNC机器共用一些共同特征，但是它们具有许多差异并且提出特别具有挑战性的设计约束。激光切割机/雕刻机经受管理规定的约束，管理规定在单元操作时限制电磁辐射从单元的外出，使得使光安全地进入或逸出单元具有挑战性，例如以查看或记录内容的图像。激光切割机/雕刻机的光束必须从发射器按路径引导到要被机加工的区域，可能需要一系列光学元件，例如透镜和反射镜。激光切割机/雕刻机的光束容易被错误引导，与光束路径有关的任何部件的小角度偏转可能导致光束逸出预期路径，可能伴随不良后果。如果不受控则激光束可能会导致材料破坏。激光切割机/雕刻机可能需要高电压和/或射频电力供应以驱动激光器自身。液体冷却在激光切割机/雕刻机中常用于冷却激光器，需要考虑流体流。气流在激光切割机/雕刻机设计中是重要的，因为空气可能被激光与材料相互作用的副产物(例如，烟)污染，这可能转而损坏机器的一些部分，例如弄脏光学系统。从机器排出的空气可能包括必须按路径引导或过滤的不良副产物(例如，烟)，并且机器可能需要被设计为防止这样的副产物通过不期望的开口逸出，例如通过密封可能会被打开的部件。不同于大多数机加工工具，切缝(在操作过程中被去除的材料量)既小又取决于被处理的材料、激光的功率、激光的速度和其他因素而可变，使得难以预测对象的最终大小。另外，不同于大多数机加工工具，激光切割机/雕刻机的输出可能高度依赖于操作的速度；片刻的减慢可能由于沉积太多激光能量而毁坏工件。在许多机加工工具中，容易连续地预测、测量和计算诸如工具旋转速度和去除的材料的体积的操作参数，而激光切割机/雕刻机对于材料和其他条件更加敏感。在许多机加工工具中，流体被用作冷却剂和润滑剂；在激光切割机/雕刻机中，切割机构不需要与被影响的材料物理接触，并且空气或其他气体可以用于以不同方式辅助切割过程，例如通过促进燃烧或清理碎屑。

CNC机器100可以具有壳体，所述壳体围绕所述壳体限定的外壳或内部区域。所述壳体可以包括壁、底部和一个或多个开口以允许进入CNC机器100等。可以存在材料床150，材料床150可以包括顶部表面，材料140一般安置在所述顶部表面上。

在图1的实施方式中，所述CNC机器还可以包括可打开屏障作为所述壳体的一部分以允许进入CNC机器的外部和CNC机器的内部空间之间。所述可打开屏障可以包括例如能够在打开位置和闭合位置之间致动的一个或多个门、舱口、瓣等。当处于闭合位置中时，可打开屏障可以衰减光在内部空间和外部之间的传输。可选地，可打开屏障可以对光的一个或多个波长透明或者可以由变化的光衰减能力的部分组成。一种类型的可打开屏障可以为盖130，盖130可以被打开或闭合以将材料140放在外壳底部上的材料床150上。本文讨论的各种示例实施方式包括对盖的参照。将可以理解，在没有明确放弃可打开屏障的其他可能配置或没有盖为什么不能一般地解释为意味着任何种类的可打开屏障的原因的情况下，对术语“盖”的使用不打算进行限制。可打开屏障的一个示例可以是前门，其在处于关闭位置时一般竖直并且可以水平或竖直打开以允许附加进入。可以还存在到CNC机器100的内部空间或部件的通风口、管道或其他进入点。这些进入点可以用于电力、空气、水、数据等的通路。这些进入点中的任一者可以由相机、位置传感器、开关等监测。如果它们被意外地进入，则CNC机器100可以执行动作以保持用户和系统的安全，例如受控的关机。在其他实施方式中，CNC机器100可以完全敞开(即，没有盖130或壁)。在适用的情况下，本文描述的任何特征也可以出现在敞开配置中。

如上所述，CNC机器100可以具有一个或多个可移动头部，可以操作所述一个或多个头部修改材料140。在一些实施方式中，例如，在图1的实施方式中，可移动头部可以为头部160。可以存在多个可移动头部，例如单独平移或旋转以便定位激光束的两个或更多个反射镜，或独立地操作的多个可移动头部，例如能够单独操作的CNC机器中的两个铣磨钻头，或者其任意组合。在激光切割机CNC机器的情况下，头部160可以包括光学部件、反射镜、相机或用于执行期望的机加工操作的其他电子部件。另外，当在本文中使用时，头部160一般为激光切割头部，但是也可以是任何类型的可移动头部。

在一些实施方式中，头部160可以配置为包括光学器件、电子器件和机械系统的组合，其能够响应于命令使得激光束或电磁辐射被传输以切割或雕刻材料140。CNC机器100还可以执行运动计划的操作以使得可移动头部移动。当可移动头部移动时，可移动头部可以传递电磁能量以引起至少部分包含在内部空间内的材料140的变化。在一个实施方式中，头部160内部的光学元件的位置和取向可以变化以调整激光束的位置、角度和焦点。例如，可以转移或旋转平面镜，平移透镜等。头部160可以安装在平移轨条170上，平移轨条170用于移动头部160贯穿外壳。在一些实施方式中，头部的运动可以是线性的，例如在X轴、Y轴或Z轴上。在其他实施方式中，头部可以组合沿直线、圆柱或球面坐标系中方向的任意组合的运动。

CNC机器100的工作区域可以由极限限定，在所述极限内可移动头部能够引起机加工动作的传递或例如电磁能量的机加工介质的传递。工作区域可以在由壳体限定的内部空间内部。应当要理解，工作区域可以一般为三维体积而不是固定表面。例如，如果竖直定向的激光切割机的运行的范围是全部地在材料床150上方的10”x 10”正方形，并且来自激光束的激光在CNC机器的材料床上方4”的高度处从激光切割机出来，则400in²体积可以被视为是工作区域。重新陈述来说，工作区域可以由材料140能够被CNC机器100加工的位置的范围来限定，而不一定被任何一个部件的行进束缚或限制。例如，如果头部160能够以某个角度转向，则工作区域可以超过头部160的行进在某个方向上延展。根据这种限定，工作区域可以包括至少部分地在工作区域内放置在CNC机器100中的任何材料140的任何表面或表面的一部分——如果所述表面能够被CNC机器100加工的话。类似地，对于可能甚至伸展到CNC机器100外部的尺寸过大的材料，在任何一个时间，材料140的仅一部分可以位于工作区域中。

平移轨条170可以是使得头部160能够在X-Y方向上移动的任何种类的平移机构，例如具有使头部160沿平移轨条170滑动的电机的单个轨条、移动头部160的两个轨条的组合、圆形板和轨条的组合、具有关节的机器人臂等。

CNC机器100的部件可以基本上被封闭在箱或其他外壳中。所述箱可以包括例如窗、孔、凸缘、基脚、通风口等。所述箱还可以包含例如激光器、头部160、光学调谐系统、相机、材料床150等。为了制造所述箱或其组成部分中的任一个，可以执行注塑成型过程。可以执行注塑成型过程产生多种设计的刚性箱。注塑成型过程可以例如具有有用属性的材料，例如使得注塑成型的箱能够在被加热时保持其形状的强化添加剂，或例如使箱消散或掩蔽激光能量的涂覆在表面上或分散在材料四处的吸收性或反射性元件。作为示例，箱的一种设计可以包括在箱前部的水平狭槽和在箱后部的对应的水平狭槽。这些狭槽允许尺寸过大的材料穿过CNC机器100。

可选地，可以存在与例如可打开屏障、盖130、门等接合的互锁系统。许多管理制度在许多情况下要求这样的互锁件。所述互锁件随后可以检测可打开屏障的打开状态，例如盖130是打开还是闭合。在一些实施方式中，互锁件能够在可打开屏障(例如，盖130)处于打开状态(例如，未处于闭合状态中)时阻止CNC机器100的一些或所有功能。反之亦然，意味着当处于闭合状态时CNC机器100的一些功能可以被阻止。在例如CNC机器100将不会进行操作直到盖130和前门都被闭合的情况下，还可以存在串联的互锁件。另外，CNC机器100的一些部件可以依赖于CNC机器的其他部件的状态，例如，当激光器接通、可移动部件移动、电机运转、传感器检测特定气体等时不允许盖130打开。在一些实施方式中，当检测到可打开屏障未处于闭合位置时互锁件可以防止电磁能量从可移动头部发射。

将源文件转换为运动计划

传统的CNC机器接受用户绘图，充当描述用户想要创造的对象或用户想要进行的切割的源文件。源文件的示例为：

1).STL文件，其限定能够用3D打印机制作或用铣床雕刻的三维对象，

2).SVG文件，其限定能够用于在材料上切割或绘图的一组矢量形状，

3).JPG文件，其限定能够在表面上刻出的位图，以及

4)CAD文件或其他绘图文件，其可以被解译以与上述示例中的任一个相似地描述对象或操作。

图3A是示出了与本主题的一些实施方式一致SVG源文件310的一个示例的图。图3B是与本主题的一些实施方式一致的CNC机器中的切割路径330的图形表示320的示例。图3C是示出了与本主题的一些实施方式一致的根据源文件310产生的机器文件340的图，机器文件340将导致机器产生切割路径330。示例源文件310表示640x480单位的工作表面，其具有300x150单位的矩形，矩形的左上角位于向右100单位处并且从工作表面的左上角向下100单位处。计算机程序然后可以将源文件310转换成机器文件340，CNC机器100可以解译机器文件340以采取图3B所示的动作。所述转换可以在本地计算机上发生，其中源文件驻留在CNC机器100等上。

机器文件340描述CNC机器100取得期望结果的理想化运动。例如，取沉积塑料材料的管形线体(string)的3D打印机为例。在挤出塑料时，如果源文件指定矩形，则机器文件可以指示CNC机器沿在矩形中形成填充的蛇形路径移动。所述机器文件也可以省略一些信息。例如，矩形的高度可以不再直接出现在机器文件中；所述高度将与塑料管的高度一样高。所述机器文件还可以添加一些信息。例如，使打印头部从其起始位置移动到矩形的角以开始打印的指令。所述指令甚至可以与用户的直接表达的意图背离。例如，3D打印机中的一般设置使得实心形状在机器文件中被渲染为中空以节省材料成本。

如图3A-C的示例所示出，源文件310到机器文件330的转换可以使得CNC机器将切割工具从(0,0)(图3B中)移动到切割要在从此处开始的点、启用切割工具(例如，降低拖刀或激励激光器)、跟踪所述矩形、停用切割工作并且返回到(0,0)。

一旦机器文件被创建，就可以生成CNC机器100的运动计划。运动计划包含确定CNC机器100的部件在不同时间点的动作的数据。运动计划可以在CNC机器100本身上生成或由另一计算系统生成。运动计划可以是数据流，其描述例如指示电机确切地应当如何转动的电脉冲、指示激光器的期望输出功率的电压、指定铣头(mill bit)转速的脉冲串等。与源代码文件和机器文件(如G代码，G-code)不同，运动计划是由显式或推断的时间元素的存在限定的，所述时间元素指示每个动作应发生的时间或时间偏移。这允许运动计划的关键功能之一——协调运动，其中多个致动器进行协调以具有单个预先计划的效果。

运动计划使抽象、理想化的机器文件成为实际的一系列电气和机械任务。例如，机器文件可以包括“以每秒1英寸的速度向右移动一英寸，同时保持切割工具每秒的恒定转数”的指令。运动计划必须考虑到电机不能立即加速，而是必须在运动开始时“加速旋转(spin up)”，并在运动结束时“减速旋转(spin down)”。然后，运动计划将指定脉冲(例如发送到步进电机或用于移动CNC机器的头部或其他部分的其他装置)首先缓慢发生，然后加快，并且在运动结束时再次更慢。

运动控制器/计划器将机器文件转换为运动计划。在物理上，运动控制器可以是通用或专用计算设备，例如耦接到数字信号处理器(DSP)的高性能微控制器或单板计算机。运动控制器的工作是获得矢量机器代码并将其转换成将用于驱动CNC机器100上的电机的电信号，其考虑到该时刻CNC机器100的确切状态(例如，“由于机器尚未移动，所述必须施加最大扭矩，并且所产生的速度变化将会较小”)和机器的物理限制(例如，加速到某某速度，而不产生超过为机器设计所允许的力的力)。信号可以是馈送到步进电机的步进和方向脉冲或馈送到伺服电机的位置信号以及其他可能性，这产生CNC机器100的运动和动作，包括诸如头部160的致动等元件的操作、加热和冷却的适度等操作。在一些实施方式中，电信号的压缩文件可被解压缩，然后直接输出到电机。这些电信号可以包括类似于1和0的二进制指令，以指示随时间施加到每个电机的每个输入的电功率以实现期望的运动。

在最常见的实施方式中，运动计划是理解CNC机器100本身的详细物理学的唯一阶段，并且将理想化的机器文件转换为可实现的步骤。例如，特定的CNC机器100可能具有较重的头部，并且需要更多的逐渐加速。该限制在运动计划器中建模并影响运动计划。CNC机器的每个型号都可以根据其测量属性(例如电机转矩)和观察到的行为(例如加速太快时的带跳过)，要求精确调整运动计划。CNC机器100还可以在每台机器的基础上调整运动计划，以考虑到CNC机器到CNC机器的变化。

可以生成运动计划并且实时地或近乎实时地将其馈送到输出设备。运动计划也可以预先计算并写入文件，而不是流式传输到CNC机器，然后从文件中读回并在稍后传送到CNC机器100。向CNC机器100发送指令，例如，机器文件或运动计划的部分，可以从存储运动计划的计算系统的整体或分批流传输。批量可以分开存储和管理，允许仅对运动计划的部分执行预计算或附加优化。在一些实施方式中，可以将电信号文件直接输出到电机，该电信号文件可被压缩以保留空间并且解压缩以便于使用。电信号可以包括类似于1和0的二进制指令，以指示电机的致动。

运动计划可以借助于机器视觉来提前预先计算或实时更新来增强。机器视觉是描述使用传感器数据的通用术语，不仅限于光学数据，以便为机器操作提供额外的输入。其他形式的输入可以包括例如来自诸如麦克风的车载声音传感器的音频数据，或来自诸如陀螺仪或加速度计的车载传感器的位置/加速度/振动数据。机器视觉可以通过使用相机来提供图像来实现，所述图像例如CNC机器100、由CNC机器在其上操作的材料、CNC机器100的环境(如果存在碎屑积聚或存在烟雾)、或这些的任何组合。这些相机可以将其输出路由到计算机进行处理。通过在操作中观察CNC机器100并分析图像数据，例如可以确定CNC机器100是否正常工作、CNC机器100是否正在最佳地执行、CNC机器100或CNC机器100的子部件的当前状态等。类似地，可以对材料进行成像，并且例如可以根据说明书来调整CNC机器100的操作，当项目完成时可以通知用户，或者关于材料的信息可以从图像数据确定。可以识别错误状况，例如是否异物被无意中留在CNC机器100中、材料未牢固地固定或者材料在加工过程中以意想不到的方式反应。

相机系统

相机可以安装在CNC机器100内部以在CNC机器100的操作期间获取图像数据。图像数据是指从相机或图像传感器收集的所有数据，包括静止图像、图像流、视频、音频、诸如快门速度和光圈设置的元数据、来自或关于闪光灯或其他辅助信息的设置或数据、叠加在诸如GPS坐标的图像上的数据的图形叠加以任何格式，包括但不限于原始传感器数据例如.DNG文件、处理的图像数据例如.JPG文件、以及对从相机单元上处理的图像数据的分析得到的数据，例如来自光学鼠标传感器的方向和速度。例如，可以安装相机，使得它们从CNC机器100的内部部分(也称为“视图”或“图像”)收集图像数据。当盖130处于关闭位置或者处于打开位置或独立于盖130的位置时，可以发生观察。在一个实施方式中，当CNC机器100的盖130处于闭合位置时，一个或多个相机，例如安装到盖130的内表面或壳体或外壳内的其他位置的相机，可以观察内部部分。特别地，在一些优选实施例中，相机可以在CNC机器100关闭的同时，例如在加工材料140的同时对材料140进行成像。在一些实施方式中，相机可以安装在内部空间内并且与工作区域相对。在其他实施方式中，可以有连接到盖130的单个相机或多个相机。相机还可以能够运动，例如沿着一个或多个轴平移到多个位置、旋转和/或倾斜。安装到可平移支撑件(例如台架210)的一个或多个相机，其可以是可以被命令移动(移动被理解为包括旋转)相机或例如镜子的机构的任意机械系统，所述镜子可以重定向相机的视角到不同的位置并观察CNC机器的不同区域。头部160是可平移支撑件的特殊壳体，其中头部160由轨道220和限制其运动的平移轨道170限制。

透镜可以被选择为用于广角覆盖，用于极深的景深，使得近对象和远对象都可以聚焦，或出于许多其他考虑进行选择。相机可以被放置成附加地捕获用户以记录建造过程，或者放置在用户能够移动相机的位置，例如在盖130的下侧，其中打开CNC机器100使相机指向用户。此处，例如，当盖不处于闭合位置时，上述单个相机可以摄取图像。这样的图像可以包括在CNC机器100外部的诸如用户的对象。相机可以安装在诸如头部160或盖130的可移动位置上，目的是使用在相机在移动时摄取的视频或多个静态图像以组装更大的图像，例如跨过材料140扫描相机以获得材料140全貌的图像，使得图像数据的分析可跨越多于一个图像。

如图1所示，盖相机110或多个盖相机可以安装到盖130上。特别地，如图1所示，盖相机110可以安装到盖130的下侧。盖相机110可以是具有宽视场112的相机，其可以对材料140的第一部分进行成像。这可以包括大部分材料140和材料床或甚至全部材料140和材料床150。如果头部160在盖相机110的视场内，则盖相机110还可以对头部160的位置进行成像。将盖相机110安装在盖130的下侧允许当盖130打开时用户处于视野中。例如，这可以提供用户加载或卸载材料140的图像，或者取回完成的项目。这里，可以组装多个子图像(其可能在多个不同位置处获取)，可能还带有诸如SVG的源文件或数字化渲染文本等的其他数据，以提供最终图像。当盖130闭合时，盖相机110与盖130一起向下旋转，并使材料140进入视野。

同样如图1所示，头部相机120可以安装到头部160。与盖相机相比，头部相机120可以具有较窄的视野122并且摄取材料140和材料床的较小区域的较高分辨率图像。头部相机120的一个用途可以是对材料140中进行的切割进行成像。头部相机120可以比盖相机110更精确地识别材料140的位置。

用于相机的其它位置可以包括例如在引导激光器进行激光切割的光学系统上、在激光器本身上、在围绕头部160的壳体内、在材料床150的下面或内部、在空气过滤器或相关联的管道内等。相机还可以安装在CNC机器100外部以观察用户或观察CNC机器100的外部特征。

多个相机还可以协同工作以从多个位置，角度，分辨率等提供对象或材料140的视图。例如，盖相机110可以识别CNC机器100中的特征的大致位置。然后，CNC机器100可以指示头部160移动到该位置，使得头部相机120可以更详细地对特征进行成像。

虽然这里的示例主要被绘制成激光切割器，但是在本申请中对于机器视觉使用相机不仅限于该特定类型的CNC机器100。例如，如果CNC机器100是车床，则盖相机110可以安装在附近以观察旋转材料140和头部160，以及头部相机120可以位于切割工具附近。类似地，如果CNC机器100是3D打印机，则头部相机120可以安装在沉积材料140以形成期望的工件的头部160上。

图像识别程序可以从所获取的图像数据中识别CNC机器100的内部部分的状况。可以识别的状况将在下面进行详细描述，但可以包括材料140的位置和属性、CNC机器100的部件的位置、操作中的误差等。部分地基于所获取的图像数据，可以创建或更新用于CNC机器100的指令。指令可以例如用于抵消或减轻从图像数据识别的不期望的状况。指令可以包括改变头部160的输出。例如，对于作为激光切割器的CNC机器100，可以指示激光器减小或增加功率或关闭。此外，更新的指令可以包括用于运动计划计算的不同参数或者对现有运动计划进行改变，这可以改变头部160或门架210的运动。例如，如果图像指示最近的切割例如由于一部分从对准状态移动出而与其期望的位置偏移一定的量，则例如对于第二后续操作或对于所有将来的操作，可以以相等且相反的偏移来计算运动计划，以抵消这个问题。CNC机器100可执行指令以创建运动计划或以其他方式产生上述改变。在一些实施方式中，可移动部件可以是门架210、头部160或头部160上的可识别标记。可移动部件，例如门架210，可以具有与可移动头部的固定空间关系。图像数据可以用可移动头部的位置更新控制CNC机器100的操作的软件和/或用可移动部件的位置和/或其任何高阶导数更新可移动部件。

因为所需的图像数据的类型可能变化，和/或由于任何单个相机的视场的可能的限制，所以可以在CNC机器100四处放置多个相机以提供所需的图像数据。相机选择和放置可以针对许多用例进行优化。较靠近材料140的相机可以以宽广的视野为代价来用于细节。可以相邻地放置多个相机，使得由多个相机产生的图像可以由计算机分析以共同地实现比对于任何图像单独可能的更高分辨率或更广的覆盖范围。图像的操纵和改进可以包括例如拼接图像以创建较大的图像、添加图像以增加亮度、差分图像以隔离改变(例如移动对象或改变照明)、图像乘或除、平均图像、旋转图像、缩放图像、锐化图像等，可以任何组合。此外，系统可以记录附加数据以帮助图像的操纵和改进，例如来自环境光传感器的记录和可移动部件的位置。特别地，拼接可以包括从一个或多个相机摄取一个或多个子图像并且将它们组合以形成较大的图像。作为拼接过程的结果，图像的一些部分可能重叠。其他图像可能需要旋转、裁剪或以其他方式进行操纵，以提供作为拼接过程的结果的一致且无缝的较大图像。诸如眩光、反射等的照明伪影可以通过任意上述方法来减少或消除。此外，图像分析程序可以对所获取的图像执行边缘检测和降噪或噪声消除。边缘检测可以包括对图像的不同部分执行对比度比较，以检测边缘并识别图像中的对象或特征。噪声降低可以涉及一个或多个图像的平均化或平滑化，以减少周期性、随机或伪随机图像噪声的贡献，例如由于诸如振动的风扇、电机等的CNC机器100操作的噪声。

图4A是示出了与本主题的一些实施方式一致的图像的相加的图。例如，可以将由相机摄取的图像相加以增加图像的亮度。在图4A的示例中，存在第一图像410、第二图像412和第三图像414。第一图像410具有水平带(在图中以黑色背景显示为白色)。水平带可能符合较明亮地被照亮的对象，不过要点在于是在带和背景之间有区别。第二图像412具有相似的水平带，但相对于第一图像410中的水平带在垂直方向上偏移。当第一图像410和第二图像412相加时，它们的和由第三图像414示出。这里，两组带交织以填充成亮方块，如图所示。该技术可以应用于例如从相机获取许多图像帧，可能在低光条件下，并将它们相加在一起以形成更亮的图像。

图4B是示出了与本主题的一些实施方式一致的图像的相减的图。图像减法可用于例如从相对较亮的图像隔离暗淡的激光斑点。这里，第一图像420示出了两个斑点，一个表示激光光斑，另一个表示对象。为了隔离激光光斑，可以在激光关闭的情况下摄取第二图像422，仅留下对象。然后，可以从第一图像420中减去第二图像422以获得第三图像424。第三图像424中的剩余斑点是激光斑点。

图4C是示出了与本主题的一些实施方式一致的图像的差分以隔离模拟的内部照明效果的图。CNC机器100中可能存在对象，在第一图像430中被表示为圆形。这可以表示例如CNC机器100的材料床150上的对象。例如，如果CNC机器100的材料床150的一半被外部照明(例如阳光)照亮，则第二图像420可能显现如图所示，其中被照亮的一侧比没有被照亮的一侧更亮。在操作期间使用内部照明有时可能是有利的，例如用于照亮水印、帮助图像诊断、或者简单地向用户更好地展示CNC机器中正在发生的事情。即使这些原因都不适用，但是内部照明扔允许通过这种方法减少或消除外部照明(在该情况下是阳光)。通过向整个第二图像432添加亮度层来在第三图像434中表示该内部照明。为了隔离内部照明的效果，可以从434中减去第二图像432以产生第四图像436。这里，第四图像436显示了就像仅在内部照明下显现的区域和对象。这种差分可以允许就像只有受控的内部照明存在一般地进行图像分析，即使存在外部照明污染体。

图像的机器视觉处理可以发生在例如CNC机器100处、在本地连接的计算机上、或者经由互联网连接的远程服务器上。在一些实施方式中，图像处理能力可以由CNC机器100执行，但速度有限。其中一个这样的例子可以是机载处理器速度较慢并且仅能够实时运行简单的算法的情况，但是给予更多时间其可以运行更复杂的分析。在这种情况下，CNC机器100可以暂停以使分析完成，或者替代地，在更快的连接的计算系统上执行数据。一个特定的例子可以是(例如由互联网上的服务器)远程执行复杂的识别的情况。在这些情况下，可以在本地进行有限的图像处理，而远程地完成更详细的图像处理和分析。例如，相机可以使用在CNC机器100中的处理器上运行的简单算法来确定盖130何时闭合。一旦CNC机器100检测到盖130闭合，CNC机器100上的处理器就可以将图像发送到远程服务器以进行更详细的处理，例如，识别插入的材料140的位置。该系统还可以投入专用资源来在本地分析图像，暂停其他动作，或将计算资源从其他活动转移走。

在另一个实施方式中，头部160可以通过板上的实时分析来跟踪。例如，跟踪头部160的位置，通常由光学编码器或其他专用硬件执行的任务可以由相机摄取的以高分辨率、低分辨率或高分辨率和低分辨率组合的图像来完成。当捕获高分辨率图像时，可以通过调整大小或裁剪将它们转换为在存储器尺寸中较小的较低分辨率图像。如果图像包括视频或静态图像序列，则可以消除或裁剪某些图像。数据处理器可以重复分析较小的图像，例如每秒几次，以检测任何总的不对准。如果检测到不对准，则数据处理器可以在更详细的处理使用更高分辨率的图像更精确地确切定位头部160时停止CNC机器100的所有操作。在对头部160定位之后，可以调整头部160以恢复校正位置。替代地，可以将图像上传到可在其处执行进一步处理的服务器。所述定位可以通过例如用盖相机查看头部160、通过查看头部相机120当前成像的内容等来确定。例如，可以指示头部160移动到配准标记。然后，头部相机120可以对该配准标记进行成像，以检测任何微小的不对准。

基本相机功能

相机可以是例如单个广角相机、多个相机、图像被数字地组合的移动相机等。用于对CNC机器100内部的大区域成像的相机可以与对更加局部化的区域成像的其他相机不同。在一些实施方式中，头部相机160可以是与广角相机相比对较小区域成像的相机的一个示例。

存在可用于不同目的的其它相机配置。具有宽视野的一个相机(或多个相机)可以覆盖整个机器内部或其预定义的重要部分。例如，从一个或多个相机获取的图像数据可以包括大部分(意味着超过50％)的工作区域。在其他实施例中，图像数据中可以包括至少60％，70％，80％，90％或100％的工作区域。上述量不考虑材料140或任何其它中间对象的遮蔽。例如，如果相机能够在没有材料140的情况下观察90％的工作区域，并且一块材料140被放置在工作区域中，部分地遮蔽它，则相机仍然被认为提供包括工作区域的90％的图像数据。在一些实施方式中，当互锁件不阻止电磁能量的发射时，可以获取图像数据。

在其他实施方式中，安装在机器外部的相机可以看到进入或离开CNC机器100的用户和/或材料140，记录CNC机器100的使用用于共享或分析，或检测诸如不受控制的火的安全问题。其他相机可以提供具有有限的视野的更精确的外观。像用于光学鼠标上的光学传感器的光学传感器可以在非常高的像素密度的非常小的区域上提供非常低的分辨率和很少的颜色或灰度，然后快速处理信息以检测材料140相对于光学传感器的移动。较低的分辨率和颜色深度，加上专门的计算能力，允许非常快速和精确的操作。相反，如果头部是静态的而材料是移动的，例如如果用户碰到它，则该方法可以看到材料的移动并且非常精确地对材料进行特征描述，使得材料上的附加操作在先前的操作停止的地方继续，例如重新开始在材料移动之前中断的切割。

视频相机可以检测随时间的变化，例如比较帧以确定相机正在移动的速率。静态相机可用于捕获更高分辨率的图像，其可以提供更多的细节。另一种类型的光学扫描可以在现有的轨条上实现诸如平板扫描仪之类的线性光学传感器，如同激光系统中的滑动门架210，然后将其在材料140上扫描过，在其扫描时组装图像。

为了隔离来自激光器的光，激光器可以被关闭并再次打开，并且两次测量之间的差异表示从激光器散射的光，同时消除环境光的影响。相机可以具有固定或可调节的灵敏度，允许它们在昏暗或明亮的条件下操作。可以存在对不同波长敏感的相机的任何组合。例如，某些相机对于与切割激光器、测距激光器、扫描激光器等相对应的波长可能是敏感的。其他相机可以对特定地落在CNC机器100中使用的一个或多个激光器的波长之外的波长敏感。相机可以仅对可见光敏感，或者可以将灵敏度扩展到红外或紫外线，例如以查看在表面上标记的不可见条形码，基于IR反射率区别不通过IR反射率的话则相同的材料，或直接查看不可见(例如红外)激光束。相机甚至可以是单个光电二极管，其测量例如照射材料140的激光的闪光，或者其对于似乎与不受控制的火相关的光发射作出反应。相机可以用来成像例如镜子上的光束斑点，逃离预期光束路径的光等。相机还可以检测散射光，例如，如果用户试图切割反射性材料。可以实现其他类型的相机，例如，不是检测激光器的相同波长的光，而是检测次级效应，例如红外辐射(借助热成像相机)或通过激光和另一种材料之间的接触而放出的X射线。

相机可以与CNC机器100中的照明源协调。照明源可以被定位在CNC机器100的任何位置，例如位于盖130的内表面，壁，底板，门架210等上。照明源和相机之间的协调的一个例子可以是在利用相机获取内部部分的图像的同时调节内部LED照明。例如，如果相机只能获取黑白图像，则内部LED可以以红色、绿色和蓝色顺序照亮，捕获三个独立的图像。然后可以将产生的图像组合以创建全色RGB图像。如果外部照明引起阴影或外部照明效果的问题，则可以在摄取照片时关闭内部照亮，然后在摄取第二照片时打开。通过以逐个像素为基础使两个图像相减，可以消除环境光，以便可以确定当仅通过内部灯照亮时图像看起来是什么样子。如果照明可移动，例如在CNC机器100的平移臂上，则可以在摄取多张照片的同时四处移动照明，然后将多张照片组合，以实现具有更均匀照明的图像。内部灯的亮度也可以像传统相机中的闪光灯一样变化，以辅助照明。照明可以移动到更好地照亮感兴趣区域的位置，例如，它直接向下照射由切口形成的狭槽，因此相机可以看到切口的底部。如果内部照明干扰，则可以在相机摄取图像时关闭照明。可选地，照明可以在观看者没有注意到的短暂时间内关闭(例如少于一秒，小于1/60秒，或小于1/120秒的时间)。相反，内部照明可以如同相机闪光灯一样瞬间变亮，以捕获照片。专用灯可以仅在需要时被使用和/或接合；例如，在该材料上可能存在不可见但是会发UV荧光的墨。扫描条形码时，在捕获照片时可以短暂地闪烁紫外线照明，以使所存在的任何墨水都会被照亮。改变照明条件的相同技术也可以通过切换测距和/或切割激光来进行，以便在成像时隔离它们的信号和/或影响。如果对象(或相机)在采集之间移动，则可以裁剪、平移、扩展、旋转图像等，以获得共享共同特征的图像，以允许相减。这种差分技术优选地通过在相机中的自动调整被覆盖或禁用。例如，禁用自动对焦、闪光等。可以理想地在图像之间保持恒定的特征可以包括例如光圈、快门速度、白平衡等。以这种方式，两个图像中的变化仅归因于照明差异而不归因于光学系统的调整。

移动到CNC机器100中的不同位置的多个相机或单个相机可以提供来自不同角度的图像以产生材料140或对象的表面的3D表示。3D表示可以用于生成3D模型，用于测量雕刻或激光操作产生的深度，或者在制造过程中向CNC机器100或用户提供反馈。它也可以用于扫描，以构建用于复制的材料140的模型。

相机可以用于记录用户可以用来分享其进展的照片和视频。可以创建自动“制作特辑(making of)”序列，其将各种静态图像和视频图像以及附加的声音和图像拼接在一起，例如源文件的数字渲染或来自社交网络的用户图片。运动计划的了解或直接通过运动计划控制相机，可实现多种优化。在一个示例中，给定具有两个相机的机器，其中一个相机安装在头部中并且其中一个相机安装在盖中，可以在门架指向已知会使盖相机模糊的位置任何时间用来自头部相机的镜头(footage)创建最终视频。在另一个示例中，当机器的内部灯被激活时，可以指示相机减小其光圈大小，减少允许入射的光量。在另一个例子中，如果机器是激光切割机/雕刻机并且激活激光器使位于头部的相机变得过载并且无用，则当来自相机的镜头不可用时可以丢弃该镜头。在另一示例中，运动计划的元素可以与相机记录协调以获得最佳的视觉或音频效果，例如在切割之前调淡内部灯，或者以协调的方式驱动电机，以使头部相机横扫过材料以形成工作结果的最后视图。在另一示例中，系统收集的传感器数据可用于选择相机图像；例如，当盖中的加速度计、陀螺仪或其他传感器检测到盖已经打开并且其已经达到最佳角度时，可能从安装在盖中的相机捕获用户的静态照片。在另一示例中，如果检测到错误状况，例如在机加工操作期间意外地打开盖，则视频的记录可能会停止。可以使用诸如剪切文件的总持续时间之类的信息来自动编辑视频，以消除或加速单调事件；例如，如果激光器必须制作400个孔，则可以以高速显示切割计划的该部分。传统上，这些决定都必须通过审查最终镜头来做出，很少或根本没有它们所包含的先验知识。预先选择镜头(甚至协调其捕获)可以允许更高质量的视频，而花费更少的时间对其进行编辑。来自生产过程的视频和图像可以以各种方式自动拼接在一起，包括用图像的定格动画，与静态图像交织视频，以及将视频和摄影以及计算机生成的影像组合在一起，例如正在渲染的项目的3D或2D模型。也可以通过其他来源的媒体(例如用最终产品的用户相机摄取的照片)来增强视频。

网络配置

图5是示出根据当前主题的一些实施方式的支持CNC机器100的操作的基于云的系统的图。通过采取本文描述的过程中计算上最昂贵的步骤，并将其通过网络510分布到分布式计算机，可以实现若干优点。基于云的系统可以包括第一计算系统520(服务器，大型机等)的任何数量或组合以提供强大的计算服务。还可以有更小的第二计算系统530，例如，移动电话，平板计算机，个人计算机等，其中用户可以访问和与系统交互。第一计算系统520和第二计算系统530都可以通过网络510彼此连接并连接到任意数量的CNC机器。网络510可以是有线或无线网络。

分布式运动计划生成

可以由服务器处理源文件以生成CNC机器100所需的指令，以便执行将导致期望的产品的操作。服务器可以将指令传输到CNC机器100，而不需要用户与CNC机器100有任何直接接触。

因为服务器可以是比远程计算机更强大的计算机，所以可以执行更详细的运动计划计算。服务器可以包含关于将要进行制造的CNC机器100的物理现象的数据，例如切割/分层参数，机器信息，材料限制等。可以使用高级计算方法来生成运动计划，例如优化头部的运动，以不仅产生准确的指令集，而且还产生给定特定CNC机器在最小量时间内执行的指令。相反，可以优化指令以最小化由风扇产生的噪声(通过以较慢地运行来产生较少的热量，烟雾或碎屑)，它们可被优化以产生最小振动(对于不稳定表面上的机器，如牌桌)，它们可以以速度为代价对最大准确度和精度进行优化，和/或它们可以以牺牲准确度为代价对最大速度进行优化。机器从加工操作转向加工操作的运动中所选择的特定路径是一个复杂的问题，可以比作已被证明是NP完全的“旅行推销员”问题。根据所需的结果，可以使用不同的优化。例如，可以使用最近邻方法来执行一组运动，运动到下一组运动的位置，执行这些运动等等。虽然是一个简单的算法，但考虑到电机具有有限加速度并且还给定了切割器，喷淋器(pourer)等的反馈响应的事实，这可能不是最佳的。可以使用诸如Christofides算法之类的更复杂的算法，但计算的复杂度使其最适合于服务器上的计算，而不是要求每台CNC机器都安装一台强大的计算机。

此外，在由服务器上的软件生成运动计划时，可以计算和考虑与添加或减除材料140关联的时变特征，例如头部加速度，可变激光烧蚀，切割表面的钝化，沉积材料的流速的变化等等。

一旦在服务器上产生了运动计划，运动计划就可以被传输到CNC机器100，在那里将执行指令。在执行操作期间与服务器的连续通信可以允许使用图像识别程序来监视过程。例如，可以由于机器错误，材料140中观察到的缺陷，或者基于反馈来对操作进展进行校正。在一个示例中，图像处理系统可以检测到异常已经导致一部分得被切割比指定的稍大；可以指示机器返回并重新将部件切割得略微小些。

图6是示出根据当前主题的一些实施方式在分布式计算系统上为CNC机器100生成运动计划的过程流程图。在610，可以通过提供由CNC机器100制造的对象的电子特征描述来生成源文件。源文件可以是照片，屏幕捕获，电子追踪，CAD图纸等。源文件可以被发送到第一计算系统，例如通过上传到服务器等。

在620，源文件可以由第一计算系统接收。

在630，可以在第一计算系统处生成机器文件。如上所述，机器文件可以包括描述CNC机器100的操作的步骤。

在640，机器文件可以被第一计算系统转换成运动计划。同样如上所述，运动计划可以是用于CNC机器100的一组指令。

在650处，运动计划可以通过网络传输到CNC机器100。

图7是示出根据当前主题的实施方式执行控制CNC机器的执行计划的通用计算机的系统图。可以存在不仅包括运动计划720而且还包括用于选择性地启用其他部件并控制其操作(例如何时打开或关闭风扇770，运行风扇的速度，用于冷却750或通风系统的设置，何时启用相机760，要获取什么图像等)的部件命令730的执行计划710。执行计划可以与本地地存储在CNC机器100上或通过计算机网络或数据连接780从数据库访问的已知或预期的传感器数据相关。

冷却系统可以包括冷却剂泵，液体制冷单元，风扇，散热器等。

执行计划710的生成可以发生在数字控制机器100上或通过数据连接780与CNC机器通信的通用计算机700上。通用计算机的示例可以包括例如PC，平板计算机，智能电话，笔记本电脑等。数据连接780可以是例如互联网，广域网，无线网络，USB连接或串行连接。

因此，执行计划提供了对CNC机器的操作的综合描述。然而，由于CNC机器中的部件可能会影响彼此的操作，因此在一些实施方式中，执行计划可以以迭代方式生成，从而产生可容许且一致的执行计划。例如，如果运动计划指示CNC机器进行高速切割，则执行风扇还可以包括打开风扇以快速清除碎屑的命令。然而，如果系统已经从相似的过去操作中访问了传感器数据，其表明风扇不能操作成足够快速地清除这种类型的碎屑以便进行正确的切割，则切割速度可以降低到可接受的水平。

实时运动计划器

图8是示出根据当前主题的一些实施方式的在CNC机器的运动和/或执行计划中确定安全暂停点的示例的图。目前可用的CNC机器通常通过具有加载到其上的机器文件(例如，以G代码语言编写)来操作。在CNC机器上执行的运动计划器基于机器文件计算致动器(如步进器和伺服电动机)所需的运动，并使这些运动的执行实时或接近实时。这样的运动计划器的执行必须足够快，以便其可以如同机器能够执行它们一样快速地生成运动计划的新元素，并且通常将在准确性上进行权衡，以确保在被需要时将下一组输出数据呈送给致动器。虽然在瞬时延迟的情况下可以存在小的缓冲区，但是设计假定运动计划器足够快，并且与实际的CNC机器足够紧密地联接，使得运动计划器和CNC机器之间的连接不可能丢失。

根据当前主题的实施方式，CNC机器和运动计划器分离的替代方法是可能的。在这种情况下，CNC机器和实现运动计划器的一个或多个处理器可以通过诸如USB电缆的电缆或诸如互联网，局域网，广域网等的网络连接。在这种配置中，运动计划器与CNC机器之间的数据连接可能被切断，数据传输可能较慢或有损(例如，数据包可能被延迟或丢失)，和/或其他问题可能影响在CNC机器处从运动计划器接收命令的可靠性和及时性。

使用实现在与CNC机器分离的计算设备上的运动计划器可以呈现许多挑战，包括但不限于通过制造操作中途发生的处理两个机器(CNC和运动计划器)之间的连接困难。在运动计划器集成到CNC机器中的常规方法中，这种情况是不可能的。相反，当运动计划器通过网络连接到CNC时，实际上肯定发生这种情况。当运动计划器集成在CNC机器中时，中断的运动计划将导致工作中途失败，并重启需要大量的手动工作，可能伴随这样的结果：制造过程不完全按照预期完成。例如，激光器可能会突然关闭，重新对准它以便能够重启可能是一个可能导致明显缺陷的手动工作。

尽管存在这些挑战，但是在其中运动计划器不实现在相同机器上或不实现在与CNC机器直接连接的机器上的与当前主题的实施方式一致的配置是非常可取。包含运动计划器的数字控制机器必须在其成本上包括运动计划器，这可能是一个相当大的代价，特别是对于计算机器上位置和力量的二，三，四和更高阶导数以便最小化磨损并提供最佳结果的高级运动计划器尤其如此。如果运动计划器通过互联网连接，则它可以是许多机器之间共享的资源。在借助当前主题的一个或多个实施方式而可能的另一改进中，集成运动计划器的CNC机器通常强加实时要求。换句话说，它们必须包括足够的处理能力来跟上机器的运动。因此，这样的运动计划器可能需要在准确度(每单位时间执行更多的计算)和成本(包括可以完成这些计算的更昂贵的处理器)之间进行权衡。在借助当前主题的一个或多个实施方式而可能的另一个改进中，使用单独的运动计划器可以允许改换通用计算机的用途，例如作为云托管提供商中的强力工作站或服务器，以在使其返回到其他非加工相关任务之前临时地用于加工操作的执行。

以下描述了解决运动计划器和CNC机器分离的当前主题的实施方式可能出现的挑战的两种示例性方法。

在第一种方法中，运动计划器可以计算运动计划中的运动计划或执行计划段。每个段包含执行一系列有用的加工操作的指令，以及然后将CNC机器置于其可以被安全暂停然后恢复的状态中的指令。该状态在本文其他地方被称为安全暂停点，并且可以可选地包括CNC设备的可移动头部不运动和/或运动但不切割的状态。可选地，安全暂停点可以是运动计划的结束。与当前主题的该实施方式一致的运动或执行计划段可以限于存在于CNC机器上的缓冲器的大小，因此可以将其整体加载到该缓冲器中。段可以包含整个加工操作，或者其可以包含其中的一部分以及到达下一个安全暂停点的指令。

图8的图示出了一个简单的例子，其示出了使用激光切割机/雕刻机雕刻字母“vl”800的加工操作的特征。所需的操作如下：

1)激光器打开指令

2)向下-右的线810

3)向上-右的线820

4)激光器关闭指令

5)向上-右的线830

6)激光器打开

7)向下的线840

8)激光器关闭

注意，这些是对运动计划器的输入；运动计划器的输出-运动计划-是一系列指令，例如可用于引导电机和其他致动器操作的电脉冲。一般的运动计划器将计算电脉冲以实现这些命令并将其实时发送到机器。如果运动计划器在向上-右的线820期间突然与激光器断开连接，则材料可能被浪费。可能可以命令机器从向下-右的线810继续运动计划，但随后计划的一部分将被执行两次，导致当激光重新访问已经处理过的材料时材料可能损坏；或者，可以指示运动计划从向下的线840恢复，导致不完全的加工操作850。

尽管在运动计划器集成到CNC机器中的一般情况下，在运动计划器和CNC机器之间的通信中断相对不太可能，但如果CNC机器和运动计划器未集成，则可能相当频繁地出现。

可以基于对CNC机器的最大缓冲器容量的考虑来创建与当前主题的实施方式一致的分段文件，在该示例的情况下可以保持实现前六个命令所需的电脉冲。不是将所有六个命令的运动计划发送到激光器，运动计划器可以改为识别一个点(或多个点)，在该点处运动计划的执行可以被暂停和恢复而不影响最终的输出。在该示例中，这将可以为在激光关闭时发生的向上-右的线830过程中的任何地方。因此，运动计划器可以用前五个命令的脉冲创建一个段，并将该段发送到CNC机器。CNC机器将等待直到所有五个命令的运动计划被存储在其缓冲器中(例如，直到接收到完整的段)，然后执行段中的命令。在正常操作下，运动计划器将准备，并且机器将在第一段完成之前接收第二个分段，完成加工操作。然而，如果运动计划器较慢，例如能力不足的计算机，或者如果第二段被延迟，例如由于网络流量、网络断开或故障(例如由某人被电缆绊倒)，则CNC机器可以能够在可恢复状态下安全暂停，激光关闭，等待进一步的命令。如果在到达先前段的结束之前没有接收完整的下一个段，只要安全暂停点(段的终止)被清楚地识别，就可以包括超过段的结束的更多数据，例如下一段的开始。

除了分段之外的第二种方法也在当前主题的范围内。不用安全暂停点将运动或执行计划分段成一个或多个段，CNC机器可以进行优化，以允许在任意点暂停和恢复。这种方法仍然可能导致在最终产品中暂停和恢复的一些可察觉的物理影响。然而，如果与当前主题的实施方式一致地仔细应用，则可以将这样的错误最小化。

为了实现第二种方法，运动计划可以以通常的方式从运动计划器流式传输。但如果存在中断，则CNC机器可以负责安排“优雅”的暂停和随后操作的恢复。可以使用多种策略中的一个或多个来优化此结果。第一，机器可以精确地记录数据中断的时间或识别执行的最后指令或馈送给电机的运动计划数据的最后片段。能力足够的运动计划器在每个瞬间都知道有关系统的大量信息：例如位置，速度，激光管输出功率等。仅仅提供有数据停止到来或最终指令的时间，就可以计算可以以最小的打断恢复加工操作的新的运动计划。例如，在激光器的情况下，运动计划器可以命令重演整个运动计划直到激光器关闭的中断时刻，然后如果不是精确地在发生中断的运动计划中的该点处的话也是非常接近地打开激光器。或者，运动计划器可以截断运动计划的大部分，转而安排运动部件来实现恢复切割所需的正确位置，速度和其它参数。请注意，激光器会根据其速度和功率来影响材料，因此简单地定位初始位置是不够的。

第二，借助与中断的运动计划器的接触，CNC机器可以使用本地生成的或预先计算的运动计划来使机器安全停止。这种方法可以包括在激光切割机的情况下关闭激光器。突然停止可能会导致步进电机上错过的步进等问题，因此机器可以转而会使运动部件逐渐停止。

第三，在暂停发生之后的某个点处，CNC机器可以使用机载传感器来检测系统的状态。例如，数字控制机器可能会使用相机来检测切割线在哪里结束，或者使用位置传感器来检测关机后头部的位置，或有助于系统重启的其他参数。最后，可以创建和执行修改的运动计划，其尽可能接近地恢复执行最后数据的时刻处激光器的状态。这种方法可能遭受轻微的缺陷，例如在切割860中‘v’右侧的小断开870，因为恢复的运动不能与先前终止的运动完全对准，但是其可以接近，在许多情况下可以不可察觉地接近。

该方法也可用于不是由与运动计划器的断开而引起的中断。例如，如果现有的激光切割机如果其安全互锁件被跳闸，则将立即关闭激光器，例如门打开时。但是，如果用户关闭互锁件，则它们不具有无缝恢复的能力。可以使用相同的安全暂停技术来安排在用户引起的停止之后加工的优雅恢复。

激光器特别适合于这种类型的行为，因为它们可以在瞬间关闭激光器。其他类型的机器具有较小的“暂停”能力，因为例如，必须停止铣床的旋转钻头。

图9是示出根据当前主题的实施方式的用于确定CNC机器的运动和/或执行计划中的安全暂停点的方法的过程流程图。

在910，CNC机器的控制单元可以从不是CNC机器的一部分的通用计算机接收执行计划的执行计划段。执行计划可以在通用计算机上创建。执行计划段限定用于使CNC机器的可移动头运动以传递电磁能量的操作。电磁能量可以引起CNC机器的内部空间内的材料140的改变。执行计划段还可以包括预定的安全暂停点，可以从该安全暂停点执行执行计划的操作的精确重启。

在920，在执行计划段中限定的计算机数字控制机器的操作只有在确定执行计划段已被计算机数字控制机器接收之后才能开始。所述接收可以直到并包括预定的安全暂停点。

一个用户对许多CNC机器

可以从远程计算机启动要由CNC机器100执行的图案、源文件或其他操作选择。远程计算机可以是例如第一计算系统310、第二计算系统320或对于CNC机器100本地的计算机。可用CNC机器的列表可以由服务器提供给远程计算机的用户，以允许用户为其项目选择所需的CNC机器100。其他图形用户界面(GUI)可以由服务器提供给远程计算机的用户，以便能够选择和使用连接的CNC机器。图案、关联源文件和/或运动计划也可以存储在数据库中的服务。如果需要，这些或类似资源可以由用户或系统引用，而不是要求从头开始生成所有文件和计算。

许多用户对一个CNC机器

单个CNC机器100可由多个用户访问或控制。在一个实施方案中，一组用户可以将运动计划传送到CNC机器100。运动计划可以按顺序在不同的材料片140上进行，或者依次在相同的材料片140上进行。来自不同的用户的运动计划也可以组合成单个运动计划。这里，CNC机器100可以测试冲突，或者可以在下载运动计划的用户的本地计算机上或在中间服务器上执行测试。在任何时候，对CNC机器100的访问可以被限制到注册用户。某些功能可以具有不同级别的权限。在一个实施方式中，用户可以控制他们的项目，能够更新运动计划。然而，其他用户可以访问CNC机器100中的传感器的输出，例如相机、功率输出、温度读数等。这里，视频可以实时传输给观看制造过程的用户，即使他们无法控制它。

在本文所描述的任何实施方式中，服务器可以联系用户(或多个用户)，例如，以通知他们CNC机器100需要注意、操作完成，以提供关于他们的项目状态等。联系方式可以是例如短信、手机通话、电子邮件、移动应用通知等。

缓冲

粗略指令可以由服务器连续地传送到CNC机器100。例如，对于以非常慢的速度进行大的切割或多次切割，服务器可以以开环方式传送运动计划或运动计划的一部分，其中没有来自CNC机器100的反馈。

对于精细的工作，可以将运动计划的控制传送到CNC机器100，以便允许实时反馈，特别是在确定延迟将成为问题的情况下。可以借助于反馈(例如，相机数据、传感器数据、CNC机器100诊断等)执行精细指令。可以以闭环方式执行指令，其中反馈基于确定的反馈改变运动计划。源自本地的相对于源自服务器的命令的类型可以根据用户的应用或规范而变化。可以在服务器或CNC机器100处执行错误处理、来自安装的相机系统的图像分析、运动计划的验证等。还可以使用内存缓冲来克服一些延迟问题，例如指令集在服务器处编译并以数据包的形式传送给CNC机器100。然后CNC机器100可以在继续接收更新的同时执行指令，从而在等待下一个指令到达时不会中断加工过程。

概率限制

每个CNC机器100是独特的，因为它们在给定相同的一组指令时具有略微不同的操作。例如，这可能是由于老化部件、不对准、环境条件、部件的制作过程或型号的变化等。可以考虑这些变化来计算运动计划。服务器上的运动计划代码可以部分地基于关于给定CNC机器100的已知因素来计算运动计划，例如，偏移、皮带或螺钉中的间隙、马达加速能力等，并相应地创建或改变运动计划。运动计划代码还可以考虑关于被加工材料的细节，例如其在床中的位置以及加工所需的适当参数。因此，运动计划将最佳地在一台机器上用一件材料工作，在其他情况下可能在其他机器上也无法正常工作或一点也不工作。

该架构可以不同于CNC机器创建其自己的运动计划的设计，因为它不需要代表创建设计所需的抽象形态的机器文件(通常以G代码实现)被送到机器。由于机器文件足以在具有运动计划的任何机器上创建产品，机器文件的所有权控制基础知识产权；然而，单独的运动计划的所有权并不那么有用。可以用类比来将源代码分发到用高级语言编写的程序，相对于分发仅仅预期在单个计算机类上运行的编译的二进制代码。然而，在这种情况下，“编译”的运动计划不仅可以在一类机器上工作，而且可以很好地工作在一台具有一个特定材料片的单个机器上的一个特定位置。

例如，如果用户复制旨在用于另一机器的运动计划，则绕过运动计划器，可以预期任何CNC机器100上的运动计划的执行具有错误。为了纠正错误，可以指示用户访问服务器以检索对运动计划的校正或从原始机器或源文件生成的新的运动计划，在任一情况下产生为该机器和用户打算使用的材料优化的运动计划。例如，如果用户将材料放置在激光切割机的床的左侧并切割圆圈，然后复制运动计划并将其给予另一个用户，则该用户可以将材料放置在机器的右侧，在这种情况下其可以不被切割。第二台机器的激光功率略低一些，因此切割可能不能完全穿透具有用于第一台机器的运动方案的材料。可以通过为他们希望执行的切割生成新的运动计划或者为其特定机器产生一组对运动计划的变化来最好地为用户提供服务。

软件/固件更新

在服务器而不是CNC机器100或本地PC上创建运动计划允许进一步的优点。运动计划算法和代码可以在一个地方更新，从而在使用服务器时立即使用。服务器软件可以使用诸如Docker之类的容器化服务来操作，使得可以容易地开始和停止软件的不同版本或变化，其中使用的不同的变化取决于时间、用户、机器或其他因素。例如，运动计划代码的新版本可以在选定的机器上通过从在不同的容器中操作的不同的软件发送运动计划来测试，其中轻松地在运动计划代码的已建立和提出的版本之间切换。

在现有解决方案中，对运动计划器的改变反映在CNC机器上的代码中。由于修改CNC机器上的代码变得更加耗时和危险，因此更难以更新与运动计划器相关的功能。这是因为在机器上运行的代码('firmware')通常控制安全功能，例如在发生错误时关闭系统，所以任何更改都可能导致严重的安全副作用的错误。相比之下，服务器具有更少的安全关键功能，因此可以更自由地更新。固件编程通常要比服务器编程慢，因此在服务器中实现功能还可以使以这种方式开发速度更快。

当功能被移动到服务器时，不太可能需要更新固件，但是它仍然是重要和可能的。固件可能有错误，或者可能会引入新功能，例如更强大的异常检测或改进的算法来控制照明。当需要时，在一个实施方式中，可以向CNC机器100发送小的改变，例如对设置、存储器中的指令、板载数据表等的改变。可以在不中断的CNC机器100的操作情况下下载该小的改变。另一实施方式可以将固件更新下载并全部换出。另一个实施方式可以使CNC机器100以最少的固件安装上电，只需要联系服务器。然后CNC机器100可以在继续操作之前下载最新版本。另一个实施方式可以使CNC机器将固件存储在易失性存储器中，从而每次启动时从服务器下载固件，这意味着可以通过重启设备并下载新的固件来始终修正固件错误。

因为更新固件的能力可以允许机器的该能力的所有者不受限制地使用机器，所以必须仔细地保护它。这样做的技术可以包括加密连接、机器或服务器或两者已知的“密”钥、机器或服务器或两者都知道的公钥、以及用于保证固件更新来自适当的来源并且适用于所讨论的机器的签名。

CNC机器指令的本地确认

在一些实施方式中，在实现可能已经从远程计算机接收到的指令之前，CNC机器100可能需要本地动作或授权。例如，CNC机器100可以要求用户物理地按下按钮、开关或其他机械系统来启动CNC机器100的操作。在一个实施方式中，开关可以使电子信号发送到指令可以开始的CNC机器100。这里，可以利用CNC机器100中的计算系统的适当地访问而在开关未激活的情况下发送电子信号。或者，CNC机器100中的计算机可以接收将CNC机器100设置为与开关已被激活的状态相同的状态的命令。

在不希望以上述方式覆盖或绕过开关的实施方案中，开关也可以或者替代地引起机械连接打开或关闭，其中连接状态对于有待执行的指令是必需的。在这里，任何远程系统不可能使CNC机器100以期望的方式操作，因为在没有用户在本地物理地激活开关的情况下，CNC机器100被有效地禁用。在另一个例子中，开关可以绕过计算机上运行的软件，并激励CNC机器的元件，例如为激光器或电机提供电源的元件。在这个例子中，即使是在机器上修改软件的人也无法使其无人值守地启动。此外，虽然开关可以使能激光器的操作并且不允许任何软件如此使能它，但是可以在软件中禁用开关。如果有人不按开关，激光器可能不工作；但如果有人按下开关，软件可以重新设置，因为检测到异常，因为时间过去，因为用户已经移动了材料等。

具有CNC机器操作所必需的物理开关的特征可以并入到任何CNC机器操作中。它们可以用于例如启动或关闭，为一个或多个组件供电，启动或继续运动计划，确认对运动计划的更新，打开或关闭CNC机柜盖/门，控制任何CNC机器100中的诊断，相机的启动等。在一个示例中，除了打开或关闭激光之外，可以远程启动或运行CNC机器100。这里，激光器可能需要本地启动按钮或开关来打开或关闭。以这种方式，CNC机100可以接收运动计划的更新，执行项目等，同时仍需要现场用户直接参与激光系统的某些操作。

许可和账号管理

机器还可以在服务器上具有“帐户”(不同实体)，具有唯一的密钥，使得服务器可以与他们安全地通信。这些密钥可以由服务器分配，例如当机器首次通电时；来自环境，例如日期、时间和WiFi网络设置的组合；在工厂编程，例如MAC地址；或其他一些手段。

给定的知识产权(例如，切割产品的图案)可以被分配给一个或多个用户或机器或具有适当标记的材料的承载件。在前一种情况下，一个人可能会买一个图案。在第二种情况下，用户可以购买其上具有标记的材料片，例如唯一的条形码，其使得材料的承载件具有某些知识产权，例如免费图案。在后一种情况下，在购买机器时，图案可能是“免费的”用于购买机器，并且使用该特定机器的任何用户都可以访问该图案。

用户可以向其他用户授予对知识产权的访问权限，例如，拥有该机器的一个用户可以具有向其他用户授权或许可使用权限的权限。使用也可以在地理上受到限制，限制于某些公司或个人等。

对知识产权的给定零件进行加工的能力可能被限制在一定次数，某些材料，某些时间或地点，或可以用软件表达的任何其他限制。这可以通过运动计划器拒绝为没有正确获得的知识产权制定运动计划实现。例如，用户可以购买打印到最多五个的承载有公知的超级英雄的照片的钱包的权利。一旦打印了第五个钱包，就不会在没有进一步许可证付款的情况下生成该钱包的进一步运动计划。

可以针对情有可原的具体情况进行变化。例如，如果打印被中止，可能会允许另一个尝试。可以通过机载相机或传感器来验证中止的尝试。如果用户不满意打印，用户可以将打印件放置在机器中进行成像。然后，机器可能会破坏或销毁失败的打印件，并在发出退款之前验证相机是否发生破坏。

分析

在任何时候，服务器可以接收与CNC机器100的使用或者CNC机器100的性能有关的分析数据。由于所有源文件都被提交给服务器，所以可以编译聚合的数据，包括源文件或运动计划文件大小、不同特征的使用的频率(例如雕刻与切割)、不同文件类型的使用的频率等。与机器文件相关的分析可以包括哪些文件类型需要最大量的处理资源来计算，或平均哪个路径算法执行速度最快。与运动计划相关的进一步分析可包括电机运行的平均速度、激光器处于全功率时的百分比以及运动计划的平均切割时间。

例如，可以发现用户使用Y轴比X轴更积极。可以对CNC机器100的后续版本进行重新设计，以便在Y轴上使用更坚固和更耐用的电动机。同时，可以改变运动方案，使得Y轴运动比X轴慢，并且使用较低的激光功率来补偿降低的速度。在另一个例子中，可以发现某个用户总是在床的右上角切割东西。由于随着时间的推移，这可能会导致皮带中某个位置的磨损，可以向用户发送消息，告诉他们在其他区域放置形状以最大限度地增加皮带寿命。其他分析可以包括确定用户最常丢弃的项目类型，然后就如何改进项目提供建议。

在另一示例中，机器使用或信息可以与错误、返回、故障或其他问题相关联。例如，可以确定用卡住的风扇返回的大多数单元在故障前几周内显示出在设备的加速度计上测量的特征振动。遇到振动的用户可以先发制人地被发送更换风扇。在另一个例子中，可以确定，包括来自供应商A的激光管的机器的平均输出功率比使用来自供应商B的管的机器的平均输出功率更低。这将允许更好的未来的供应商选择。

分布式过程的示例

在计划、建立和执行项目1期间的各个阶段，CNC机器100的功能可以通过对远程计算系统执行一些处理而受益。作为示例，如果用户希望预览其项目，因为它将在完成时显示出来，则可以来自库(基于材料的识别)或相机(来自材料的直接拍摄的图片)的现实材料140纹理的三维渲染和叠加可以通过快速的服务器和传输给用户的图像来执行。通过考虑新的切割图案如何在最终的项目中得到反映，项目的变化(例如，重新排列基础材料上的零件的布局)可以快速转换为更新的运动计划。可以在特定CNC机器100的上下文中分析运动计划，以确定运动计划是否将超过机器运动限制。运动计划也可以基于已知的或者实时的系统误差的确定或可能对执行项目的特定CNC机器100唯一的操作的其他特性来更新。

项目预览

图10是示出根据当前主题的一些实施方式的生成分布式计算系统上的项目预览的过程流程图。在一个实施方式中，用户可以生成或提供要转换成CNC机器100可以执行的运动计划的图案。图案可以是CNC机器100要剪切、打印、形成等等的任何视觉表示。图案可以是图形、图像、零件的轮廓等。该过程可以包括：利用图案开始，将图案操纵成修改图案，将修改图案转换成运动计划，以及由CNC机器100执行运动计划。

在1010，图案可以例如由用户以预先存在的图像文件的形式提供给预览设备。图像文件可以是任何文件格式，例如JPEG，PDF，位图，可缩放矢量图形(SVG)等。预览设备可以是例如移动设备、膝上型计算机、平板电脑、台式计算机、CNC机器100等。图像文件也可以与源文件相同，反之亦然。这里，通过通常地假设图像文件未处于用作源文件的最终状态，我们区分图像文件和源文件。

此外，对应于要在其上切割图案的材料140的图像文件可以由例如用户指定，由CNC机器100中的相机成像，从水印等识别等。如果图像的真实材料140未被相机获取，则材料140的图像可以从存储材料图像的库或其他数据库访问。如果可以例如通过条形码或通过图像识别来识别材料140，则可以访问特定的后制造材料140的属性。例如，当施加一定量的激光功率时，浅色木材可能变暗；这可以被确定为更准确地预览材料140将如后期制造的外观。在一个实施方式中，材料140被唯一地利用例如条形码识别并且在其分布点拍照。然后材料140被保护层遮蔽。当材料140插入到CNC机器100中时，而不是显示保护层，机器确定材料140的唯一标识符并检索照片，显示材料140在保护层下方看起来如何。如果被要求使用该材料预览项目，它将在预览中使用材料外观的存储图像。

在1020，如果需要，该图案可以被转换成中间格式，例如SVG格式，并被发送到能够操纵SVG文件的web浏览器或其他软件程序。所接收的SVG文件(或其他适当的文件类型)可以被接收计算机中的本地软件或远程服务器进行旋转、扩展、平移等，然后可以返回这些转换或所得到的转换文件到服务器。

用于材料140的图像文件可以与图案组合以提供在材料140上切割的外观的预览。另外，切割类型可以由用户选择并相应地进行预览。例如，用户可以为图案上的每个点指定切割深度。切割深度可以从例如零(或没有效果)到表示贯通材料140的切割的100。再次，可以访问用于给定材料140的记录切割的库或数据库，以显示切割将在指定的材料140上由于指定深度而看起来像什么。预览的附加功能可以包括显示激光功率的效果(烧焦)，改变激光的光斑尺寸等。对于涉及3-D打印的应用，预览可以包括例如在其建立时显示图案、显示必要的支撑以支持图案等。

备注或其他指令可以在预览期间生成并作为元数据附加到用于生成运动计划的源文件，例如注释、指令等。一些元数据可以被转换为运动计划的一部分，同时可以存储其他元数据以备以后参考并与运动计划相关联。

在1030，被操纵或更新的预览可以用于修改或更新用于生成运动计划的源文件，例如SVG文件。对应于预览的数据可以被发送到远程计算设备，例如服务器、大型机、云网络等。一旦被发送，操纵的预览可被转换回到其原始文件类型、另一种文件类型或运动计划。

在1040，运动计划可以被发送到一个或多个计算系统、CNC机器等。然后可以根据需要由本地机器执行或修改运动计划。

材料叠加

图11是示出与当前主题的一些实施方式相一致的用于预览项目的材料140的叠加的图。完成的项目的外观的图形表示可以在预览设备上显示。预览装置可以例如是移动设备，平板电脑，台式计算机，与CNC机器100结合的屏幕等。在一个实施方式中，图案的图像，例如切割的轮廓，可以被叠加有材料140的图像，例如来自CNC机器100或来自数据库。基于材料140上的图案的呈现，用户可以修改图案。如图11所示，顶部部分示出了材料140，其上具有叠加在其上的图案1110，并且纹格在图案1110的每零件上在短方向(short way)上延伸。如果用户希望这些零件具有跨越切割图案的每个零件的长方向(long way)上的纹格，则图案可如图11的底部所示旋转，导致所需图案1120。

3D预览

图12是示出与当前主题的一些实施方式一致的预览为三维对象的2-D图案的集合的图。在一个实施方式中，三维可视化可以与材料140预览结合以呈现给定特定材料140的成品看起来将会怎样。首先，可以通过例如CNC机100的扫描，用户的数据文件等来提供3-D设计。然后，可以生成要在材料140上切割的图案的2-D表示，以构造构成3-D产品所需的零件。例如，如果对一个盒子成像，那么该图案将显示五个零件，四个壁和底部。

可以指定或扫描材料140的材料类型，并且材料140的图像然后与切割图案结合。材料140可以被扫描的一种方式是通过将材料140放置在CNC机器100中并用相机对材料140成像。此外，还可以获取指定材料外观或其他属性的任何水印(如果存在)。如果没有真实材料140的扫描是可用的，则材料140可以从存储有特定材料的已知或标准特征的库或其他数据库中选择。一旦被知道，材料140的特征就可以包括在预览图像中以示出例如颜色，纹理，结等。

材料140的图案和预览的组合可以被渲染为3-D图像，以显示当组装时最终产品看起来将会怎样。这可以允许用户交互地操纵预览以例如定向2-D表示的一些部分以捕获特定的纹理图案，避免材料140表面中的缺陷等。一旦用户已经完成了预览，表示用户限定的切割图案的数据就可以上传到云、CNC机器100或其他连接的计算系统。当预览阶段完成时，将考虑用户对布局进行的任何调整。然后，该过程可以通过例如生成运动计划来继续。

在图12中示出了使用材料140覆盖特征的一个示例。这里，在具有水平纹格的材料140上示出了用于高箱的图案1210。在用户指定材料140上的图案1210之后，可以生成三维预览1220，其显示成品并且包括材料140的特征，在这种情况下是纹格。当根据图案1210组装时，三维预览1220将示出具有水平和垂直纹格图案的侧面的盒。为了校正这一点，用户可以操纵图案1210以获得图案1230。在这样做之后，所生成的三维预览1240将显示具有全部垂直的纹格图案的框。

在另一个实施方案中，可以通过对材料140成像并分析所得到的图像来识别材料140的范围。例如，如果材料140具有已知图像，例如其与特定产品关联，则可以从产品的归档图像识别材料140。可以使用高对比度特征来识别候选材料140，例如纹格，纹理，反射率等的特征。在材料140之下可能存在图案，例如CNC机器的支撑件或床上的六边形图案。当对图案上的材料140成像时，图案的缺失部分可以用于确定材料140的范围。

一旦识别出材料140的范围，则切割图案可以在生成运动计划时借助预览或自动地位于材料140内部。如果用户试图执行延伸到材料140的范围之外的运动计划，则可以提供警告。或者，CNC机器100可以被配置为不允许在限定的材料边界之外执行运动计划。

切口管理

诸如CNC铣床、激光器、等离子切割机和水射流的减除CNC机器在切割时去除薄的材料条，称为“切口(kerf)”。例如，在具有0.01”的切口的激光器中，在一块材料中切割1”正方形产生0.995”的正方形和1.005”的孔，因为激光器沿中心线切割并除去0.01”的材料，其在中心和外侧均匀分离。这在一些应用中明显是不可取的，因为必须进行复杂的计算以确保零件相交并正确连接。在另一个实施方式中，用户可以选择切割图案的哪个部分对应于“项目”(应当是准确的尺寸)以及哪个部分对应于“废料”(将受切口影响的尺寸)。选择可以例如在预览中通过例如材料140上的标记等来发生。例如，如果用户正在创建1”的正方形，则用户可以用填充的一英寸的正方形来指示。如果用户想要一个1”的孔，则他们可以创建一个大的填充形状，带有未填充的1”的孔，未填充的部分被指定为废料。

与CNC铣床相比，激光器的一个挑战是切口宽度取决于多种因素，包括材料，激光功率，环境温度，切割速度，所选择的透镜，焦距等等更多因素。相比之下，无论选择哪种材料，都可以期望1/8”端铣刀能够始终如一地去除1/8”的材料路径。切割宽度的计算和考虑是激光器无法解决的关键挑战。例如，如果由木材制成的零件要与丙烯酸制成的零件正确配合，则必须考虑其不同的切口。然而，在本发明中，切口宽度可以例如通过用已知材料140查找，通过在切割和检查之后进行测量，通过用户在测试切割和手动测量等之后手动输入来计算，并且然后自动补偿。设计和/或运动计划可以由CNC机器100或其他基于服务器的计算机程序进行重组，使得材料140周边被扩展一半切口测量(half-kerf-measure)，因此所得到的项目恰好是正确的尺寸，例如，具有较大孔的1”正方形或具有较小正方形的1”孔。

参数建模

图13是示出符合当前主题的一些实施方式的并入到项目预览中的参数建模的图。参数建模可以描述将图案的一部分的第一尺寸约束到由系统确定或由用户指定的第二尺寸。例如，可以存在图案1310，其中宽度为D的矩形槽1320位于图案1310中。用户可以指定第二图案1330要包含将被插入槽1320中的突片1340。突片1340的宽度D与材料140的厚度D关联，使得第二图案1330将被继续切割。可以指定一些变化，例如紧密配合、松配合等。因此，在考虑被切口去除的材料之后，第一图案1310中的槽1320的宽度D可以被约束为与第二图案830的材料140的厚度D大致或精确地匹配。对于槽和突片的给定图案，材料140的厚度可以例如通过使CNC机器测量材料140并将结果报告回控制参数模型的软件来自动确定。这是对传统技术的改进，在传统技术中如果创建参数模型，参数是抽象的。在本发明中，参数可以与通过测量或查找由机器确定的材料的物理特性有关。在这样做时，可以将复杂的三维设计从不同厚度的材料可靠地切割出。

对材料140的厚度的任何改变可以通过根据指定的约束的图案传播。如果需要调整和/或重新优化许多切割尺寸，这可能是计算密集型操作。进行这种更改是非常适合由服务器执行的操作。然后可以将更新的图案显示为预览的一部分。另外，如果对尺寸的更改导致受约束的尺寸违反预定规则，则可以向用户提供警报。例如，可以验证尺寸不是太小或不大(太小而不能切割或太大而不能装配在材料140上)，图案的一些部分将重叠等。参数建模或这里描述的其他预览方法中的任一个可以与切口大小的计算结合以形成将切割会根据指定图案而适配的零件的运动计划。此外，对于跨越材料140的多个零件执行的运动计划，对一个图案的改变可以传播到其他材料140，由生成运动计划的计算机程序执行相应检查以查看槽/突片在范围内并且不与运动计划的任何其他部分相冲突。

导数分析

可以使用运动计划的导数分析来计算运动计划的更高阶导数(任意程度的更高阶导数，例如速度，加速度和加加速度)。导数分析可用于确定绝不会超过操作阈值。导数分析可以远程地执行，例如在基于云的服务器上。此外，可以基于闭环反馈修改可容许参数。例如，如果头部始终超过少量，则这可以指示不能提供运动计划所要求的加速度的弱电动机。可以通过更新运动计划中的加速度参数来校正这种可能是CNC机器100独有的状况。在另一示例中，用户可以指示机器正在振动，可能是因为它放在在脆弱的桌子上。可以调整参数以产生较少的振动。

系统误差的补偿

通过分析用相机拍摄的图像，可以确定和校正每个CNC机器100特有并且还随时间变化的系统误差的源。例如，如果根据运动计划创建部件，但是在一个方向上存在不对准，则可以检测不对准或将其存储在CNC机器100或服务器上。将来的运动计划可以参考所存储的文件并通过创建抵消错误的运动计划、创建新的运动计划或通过对任何接收到的命令应用局部校正来补偿不对准。这种技术可以应用于例如对准，间隙(backlash)/滞后，偏移，旋转，倾斜等。

图14是示出与当前主题的实施方式相一致的方法的特征的过程流程图。

在1410，可以从至少一个传感器获取传感器数据。

在1420，可以将传感器数据传输到与CNC机器100分离的第一计算系统。在1430，CNC机器100可以从第一计算系统接收对运动计划的更新。在1440，运动计划可以根据接收到的更新进行更新。在1450，更新的运动计划可以由CNC机器100执行。

图15是示出与当前主题的实施方式相一致的方法的特征的过程流程图。在1510，计算机数字控制机器的控制单元从通用计算机接收在与计算机数字控制机器分开容纳的通用计算机处创建的执行计划的一部分。执行计划限定用于引起计算机数字控制机器的可移动头部的运动以传递电磁能量从而引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变的操作。在1520，在执行执行计划中限定的计算机数字控制机器的操作的同时记录计算机数字控制机器的多个子系统的状态数据，并且在1530，在确定尚未收到要完成的执行计划的下一部分之后，在执行计划一点处暂停操作。执行计划的操作在1540从该点重启。所述重启包括基于在接收到执行计划的下一部分之后以该执行计划的下一部分恢复之前所记录的状态数据执行一个或多个动作以将计算机数字控制机器置回其在该点处的状态中。

图16是示出与当前主题的实施方式相一致的方法的特征的过程流程图。在1610，可以在计算机数字控制机器的控制单元处接收在通用计算机处创建的执行计划的执行计划段。执行计划可以来自与计算机数字控制机器分开容纳的通用计算机。执行计划段可以限定用于引起计算机数字控制机器的可移动头部的运动以传递电磁能量的操作，从而引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变。执行计划段还包括预定的安全暂停点，执行计划能够从该安全暂停点重启，同时最小化完成的工作产品相对于如果不需要暂停和重启的情况的外观的差异。

执行计划可以包括限定可移动头部的运动的运动计划和用于计算机数字控制机器的一个或多个其他部件的操作的控制命令。一个或多个其它部件可以包括激光器，电源，风扇，热控制系统，空气过滤器，冷却剂泵，光源，安装在可移动头上的相机，相机或安装在内部空间内但不在可移动头部上的其他部件中的一个或多个。

在1620，可以进行执行计划包括在所述执行计划段之后将要执行的下一执行计划段的确定。在一些变型中，可以进行下一个执行计划段被计算机数字控制机器的控制单元完全接收的确定。

在1630，可以在预定的安全暂停点处暂停操作，直到下一个执行计划段被完全接收。

在1640，在执行计划段中限定的计算机数字控制机器的操作只有在确定执行计划段已经被计算机数字控制机器接收直到并且包括预定的安全暂停点之后才能开始。在计算机数字控制机器的控制单元完全接收下一执行计划段的情况下，可以在所述确定之后根据下一执行计划段从预定的安全暂停点重启执行计划的操作。

在一些变型中，可以在计算机数字控制机器处接收在执行计划段的操作期间将由计算机数字控制机器的一个或多个传感器产生的传感器数据的变化的预测。可以将来自一个或多个传感器的实际数据与预测进行比较。比较可以由计算机数字控制机器，与计算机数字控制机器通信的通用计算机等中的一个或多个执行。

在一些变型中，预测可以基于执行计划的操作的期望的电气、光学、机械、热结果等。

本文描述的主题的一个或多个方面或特征可以实现在数字电子电路、集成电路、特别设计的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)计算机硬件、固件、软件和/或其组合中。这些各种方面或特征可以包括在一个或多个计算机程序中实现，所述计算机程序可以在可编程系统上执行和/或解释，可编程系统包括至少一个可编程处理器，其可以是专用或通用目的，可编程处理器耦接为从存储系统、至少一个输入设备以及至少一个输出设备接收数据和指令和向它们发送数据和指令。可编程系统或计算系统可以包括客户端和服务器。一般来说，客户端和服务器彼此远离，并且通常通过通信网络交互。通过运行在各个计算机并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序而形成的客户端和服务器的关系。

这些计算机程序(也可以称为程序、软件、软件应用、应用、部件或者代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以以高级程序化语言、面向对象编程语言、函数式编程语言、逻辑编程语言和/或以汇编/机器语言来实现。如本文所使用的，术语“机器可读介质”指任何计算机程序制品、装置和/或设备，例如磁盘、光盘、存储器和可编程逻辑器件(PLD)，其用于为可编程处理器提供机器指令和/或数据，包括将机器指令作为机器可读信号接收的机器可读介质。术语“机器可读信号”指的是用于为可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。机器可读介质可以非临时地存储这些机器指令，例如非临时性固态存储器或磁盘硬驱动器或者任何等价存储介质那样。机器可读介质可以替代地或额外地以临时的方式存储这些机器指令，例如处理器缓存或与一个或多个物理处理器核心相关的其他随机存取存储器。

为了提供与用户的交互，本文描述的主题的一个或多个方面或特征可以在具有显示设备和键盘和指针设备的计算机上实现，显示设备例如用于为用户显示信息的阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)或发光二极管(LED)监视器，键盘和指针设备例如鼠标或轨迹球，用户可以通过其为计算机提供输入。其他类型的设备也可以用于提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感知反馈，例如视觉反馈、音频反馈或触觉反馈；并且来自用户的输入可以以任何形式被接收，包括但不限于声音、说话或触觉输入。其他可能的输入设备包括但不限于：触摸屏或者其他触觉灵敏的设备，例如单点或多点电阻式或电容式触控板、声音识别硬件和软件、光学扫描仪、光学指向器、数字图像捕获设备以及相关的解释软件及类似设备。

在上述说明书以及权利要求中，诸如“至少一个”或“一个或多个”的词组后面可以跟随元件或特征的连接词列表。术语“和/或”也可以出现在两个或多个元件或特征的列表中。除非与其使用的上下文暗示地或明确地矛盾，这种词组用于指独立列出的元件或特征中的任意一个，或者引述的元件或特征中的任意一个与其他引述的元件或特征中的任何一个组合。例如，词组“A和B中的至少一个”，“A和B中的一个或多个”以及“A和/或B”均指“单指A、单指B或A和B一起”。类似地解释也适用于包括三个或更多个项的列表。例如，词组“A、B和C中的至少一个”，“A、B和C中的一个或多个”以及“A、B和/或C”均指“单指A、单指B、单指C、A和B一起、A和C一起、B和C一起或者A和B和C一起”。上文和权利要求中的术语“基于”的使用旨在指“至少部分基于”，从而未引述的特征或元件也是可允许的。

根据期望的配置，本文描述的主题可以在系统、装置、方法和/或物品中实施。前述说明书中列出的实施方式不代表与本文描述的主题一致的所有实施方式。相反，它们仅仅是与描述的主题相关的方面一致的一些实例。尽管上文详细描述了一些变化，但其他改进或添加是可能的。具体地，除了本文列出的特征和变化，可以提供其他特征和/或变化。例如，上文描述的实施方式可以涉及公开的特征的各种组合和子组合和/或上文公开的若干其他特征的组合和子组合。此外，附图中描绘的和/或本文描述的逻辑流程不一定需要所示出的特定顺序或者连续顺序来实现期望的结果。其他实施方式可以落入下述权利要求书的范围内。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种计算机实现的方法，包括：

在计算机数字控制机器的控制单元处从与计算机数字控制机器分开容纳的通用计算机接收在通用计算机处创建的执行计划的执行计划段，执行计划段限定用于引起计算机数字控制机器的可移动头部的运动以传递电磁能量从而引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变的操作，执行计划段还包括预定的安全暂停点，执行计划能够从该安全暂停点重启，同时最小化完成的工作产品的外观相对于在不需要暂停情况下制造的完成的工作产品的外观的差异；以及

仅在确定执行计划段已经被计算机数字控制机器接收直到并且包括预定的安全暂停点之后，才开始在执行计划段中限定的计算机数字控制机器的操作。

2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：

确定执行计划包括在所述执行计划段之后将要执行的下一个执行计划段；和

在预定的安全暂停点处暂停操作，直到完全接收下一个执行计划段。

3.根据权利要求2所述的计算机实现的方法，还包括：

确定下一个执行计划段被完全接收；和

在所述确定之后，根据下一个执行计划段，从预定的安全暂停点重启执行计划的操作。

4.根据前述权利要求中任一项所述的计算机实现的方法，其中所述执行计划包括限定可移动头部的运动的运动计划和用于计算机数字控制机器的一个或多个其他部件的操作的控制命令。

5.根据权利要求4所述的计算机实现的方法，其中所述一个或多个其它部件包括激光器、电源、风扇、热控制系统、空气过滤器、冷却剂泵、光源、安装在可移动头部上的相机以及安装在内部空间内但不在可移动头部上的相机中的一个或多个。

6.根据前述权利要求中任一项所述的计算机实现的方法，还包括：

在计算机数字控制机器处接收在执行计划段的操作期间将由计算机数字控制机器的一个或多个传感器产生的传感器数据的变化的预测；和

将来自一个或多个传感器的实际数据与预测进行比较。

7.根据权利要求6所述的计算机实现的方法，其中所述预测基于执行计划的操作的预期的电气、光学、机械和热结果。

8.一种计算机实现的方法，包括：

在计算机数字控制机器的控制单元处从与计算机数字控制机器分开容纳的通用计算机接收在通用计算机上创建的执行计划的一部分，执行计划限定用于引起计算机数字控制机器的可移动头部的运动以传递电磁能量从而引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变的操作；

在执行在执行计划中限定的计算机数字控制机器的操作的同时记录计算机数字控制机器的多个子系统的状态数据；

在确定尚未接收到要完成的执行计划的下一执行计划段之后，在执行计划的一点处暂停操作；和

从该点重启执行计划的操作，所述重启包括基于在接收到执行计划的下一执行计划段之后以该执行计划的下一执行计划段恢复之前所记录的状态数据执行一个或多个动作以将计算机数字控制机器置回其在该点处的状态中。

9.一种计算机数字控制机器，包括：

互联网连接，数字控制机器通过所述互联网连接接收数据，所述互联网连接是有损并具有可变延迟和具有可变带宽中的至少一种；

可移动头部，其配置成传递电磁能量以引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变；和

控制器，其配置为执行操作，所述操作包括：

经由互联网连接接收执行计划，所述执行计划包括：

限定时间元素的运动计划，该时间元素指示应当发生产生制造的结果所需的每个动作的时间或时间偏移；以及

使可移动头部执行运动计划中限定的动作。

10.一种计算机数字控制机器，包括：

可移动头部，其配置成传递电磁能量以引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变；和

控制单元，其被配置为执行操作，该操作利用通过有损和/或可变延迟和/或可变带宽网络连接而传递到计算机数字控制机器的执行计划实现计算机数字控制机器的操作。

11.根据权利要求13所述的计算机数字控制机器，其中利用通过有损和/或可变延迟和/或可变带宽网络连接而传递到计算机数字控制机器的执行计划实现的计算机数字控制机器的操作包括：

在控制单元处通过有损和/或可变延迟和/或可变带宽网络连接从通用计算机接收在通用计算机处创建的执行计划的执行计划段，执行计划段限定用于引起可移动头部的运动的操作，所述执行计划段进一步包括预定的安全暂停点，从该预定的安全暂停点能够重启执行计划，同时最小化完成的工作产品的外观相对于在不需要暂停情况下制造的完成的工作产品的外观的差异；和

仅在确定执行计划段已经被计算机数字控制机器接收直到并且包括预定的安全暂停点之后，才开始在执行计划段中限定的计算机数字控制机器的操作。

12.根据权利要求13所述的计算机数字控制机器，其中利用通过有损和/或可变延迟和/或可变带宽网络连接而传递到计算机数字控制机器的执行计划实现的计算机数字控制机器的操作包括：

在控制单元处通过有损和/或延迟可变带宽网络连接从通用计算机接收在通用计算机处创建的执行计划的一部分，执行计划限定用于引起可移动头部的运动的操作；

在执行在执行计划中限定的计算机数字控制机器的操作的同时记录计算机数字控制机器的多个子系统的状态数据；

在确定尚未接收到要完成的执行计划的下一执行计划段之后，在执行计划的一点处暂停操作；和

从该点重启执行计划的操作，所述重启包括基于在接收到执行计划的下一执行计划段之后以该执行计划的下一执行计划段恢复之前所记录的状态数据执行一个或多个动作以将计算机数字控制机器置回其在该点处的状态中。

Claims (15)

1.一种计算机实现的方法，包括：

在计算机数字控制机器的控制单元处从与计算机数字控制机器分开容纳的通用计算机接收在通用计算机处创建的执行计划的执行计划段，执行计划段限定用于引起计算机数字控制机器的可移动头部的运动以传递电磁能量从而引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变的操作，执行计划段还包括预定的安全暂停点，执行计划能够从该安全暂停点重启，同时最小化完成的工作产品相对于如果不需要暂停和重启的情况的外观的差异；

仅在确定执行计划段已经被计算机数字控制机器接收直到并且包括预定的安全暂停点之后，才开始在执行计划段中限定的计算机数字控制机器的操作。

2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：

确定执行计划包括在所述执行计划段之后将要执行的下一个执行计划段；和

在预定的安全暂停点处暂停操作，直到完全接收下一个执行计划段。

3.根据权利要求2所述的计算机实现的方法，还包括：

确定下一个执行计划段被完全接收；和

在所述确定之后，根据下一个执行计划段，从预定的安全暂停点重启执行计划的操作。

4.根据前述权利要求中任一项所述的计算机实现的方法，其中所述执行计划包括限定可移动头部的运动的运动计划和用于计算机数字控制机器的一个或多个其他部件的操作的控制命令。

5.根据权利要求4所述的计算机实现的方法，其中所述一个或多个其它部件包括激光器、电源、风扇、热控制系统、空气过滤器、冷却剂泵、光源、安装在可移动头部上的相机以及安装在内部空间内但不在可移动头部上的相机中的一个或多个。

6.根据前述权利要求中任一项所述的计算机实现的方法，还包括：

在计算机数字控制机器处接收在执行计划段的操作期间将由计算机数字控制机器的一个或多个传感器产生的传感器数据的变化的预测；和

将来自一个或多个传感器的实际数据与预测进行比较。

7.根据权利要求6所述的计算机实现的方法，其中所述预测基于执行计划的操作的预期的电气、光学、机械和热结果。

8.一种计算机实现的方法，包括：

在计算机数字控制机器的控制单元处从与计算机数字控制机器分开容纳的通用计算机接收在通用计算机上创建的执行计划的一部分，执行计划限定用于引起计算机数字控制机器的可移动头部的运动以传递电磁能量从而引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变的操作；

在执行在执行计划中限定的计算机数字控制机器的操作的同时记录计算机数字控制机器的多个子系统的状态数据；

在确定尚未接收到要完成的执行计划的下一部分之后，在执行计划的一点处暂停操作；和

从该点重启执行计划的操作，所述重启包括基于在接收到执行计划的下一部分之后以该执行计划的下一部分恢复之前所记录的状态数据执行一个或多个动作以将计算机数字控制机器置回其在该点处的状态中。

9.一种计算机数字控制机器，包括：

网络连接，数字控制机器通过所述网络连接接收数据；

可移动头部，其配置成传递电磁能量以引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变；和

控制器，其配置为执行操作，所述操作包括：

经由网络连接接收包括运动计划的执行计划，以及

使可移动头部执行运动计划中限定的动作。

10.根据权利要求9所述的计算机数字控制机器，其中所述执行计划包括限定时间元素的运动计划，该时间元素指示应当发生产生制造的结果所需的每个动作的时间或时间偏移。

11.根据权利要求9至10中任一项所述的计算机数字控制机器，其中运动计划在远程计算机处预先计算，所述远程计算机通过网络与计算机数字控制机器的网络连接通信，所述网络是有损并具有可变延迟和具有可变带宽中的至少一种。

12.如权利要求11所述的计算机数字控制机器，其中所述网络是互联网。

13.一种计算机数字控制机器，包括：

可移动头部，其配置成传递电磁能量以引起计算机数字控制机器的内部空间内的材料的改变；和

控制单元，其被配置为执行操作，该操作利用通过有损和/或可变延迟和/或可变带宽网络连接而传递到计算机数字控制机器的执行计划实现计算机数字控制机器的操作。

14.根据权利要求13所述的计算机数字控制机器，其中利用通过有损和/或可变延迟和/或可变带宽网络连接而传递到计算机数字控制机器的执行计划实现的计算机数字控制机器的操作包括：

在控制单元处通过有损和/或可变延迟和/或可变带宽网络连接从通用计算机接收在通用计算机处创建的执行计划的执行计划段，执行计划段限定用于引起可移动头部的运动的操作，所述执行计划段进一步包括预定的安全暂停点，从该预定的安全暂停点能够重启执行计划，同时最小化完成的工作产品相对于如果不需要暂停和重启的情况的外观的差异；和

仅在确定执行计划段已经被计算机数字控制机器接收直到并且包括预定的安全暂停点之后，才开始在执行计划段中限定的计算机数字控制机器的操作。

15.根据权利要求13所述的计算机数字控制机器，其中利用通过有损和/或可变延迟和/或可变带宽网络连接而传递到计算机数字控制机器的执行计划实现的计算机数字控制机器的操作包括：

在控制单元处通过有损和/或延迟可变带宽网络连接从通用计算机接收在通用计算机处创建的执行计划的一部分，执行计划限定用于引起可移动头部的运动的操作；

在执行在执行计划中限定的计算机数字控制机器的操作的同时记录计算机数字控制机器的多个子系统的状态数据；

在确定尚未接收到要完成的执行计划的下一部分之后，在执行计划的一点处暂停操作；和

从该点重启执行计划的操作，所述重启包括基于在接收到执行计划的下一部分之后以该执行计划的下一部分恢复之前所记录的状态数据执行一个或多个动作以将计算机数字控制机器置回其在该点处的状态中。