CN111410414B - 一种玻璃切割优化技术的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃切割优化技术的实现方法，涉及玻璃制造技术领域，包括获取玻璃信息；根据玻璃信息，通过切割算法对玻璃原片设计切割排版方式，并在算法开始前和结束后分别调用计算机时钟计时单元，用于标记算法计算过程中的时间消耗；根据切割排版方式进行玻璃原片切割，得到目标玻璃块，并输出玻璃原片的最大面积利用率以及排版过程消耗的时间信息。本发明可以分类处理有无缺陷的两种板材，分别使用不同的切割策略，结合玻璃的生产实际，保证了切割准确性，提高了工作效率，同时提升对板材面积的利用效率，降低生产成本。

Description

一种玻璃切割优化技术的实现方法

技术领域

本发明涉及玻璃制造技术领域，特别涉及一种玻璃切割优化技术的实现方法。

背景技术

玻璃是由二氧化硅和其他化学物质熔融在一起形成的(主要生产原料为：纯碱、石灰石、石英)。在熔融时形成一个较大的矩形板材，冷却过程中会有少量气泡或杂质附着在表面，这些气泡或杂质统称为“缺陷区域”，缺陷区域是不能被利用的。

玻璃切割是玻璃深加工过程中的第一道工序，现有的切割方法精度差、切割不准确且工作效率低。尤其是对缺陷区域考虑不充分导致利用率得不到有效提升。

发明内容

为克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种玻璃切割优化技术的实现方法，用于提高玻璃切割的计算精度，保证切割准确性和工作效率高，从而提升对板材的利用效率，降低生产成本。

本发明的技术方案是：

一种玻璃切割优化技术的实现方法，该方法包括：

获取玻璃信息；所述玻璃信息包括目标玻璃块的尺寸信息和玻璃原片数据，所述玻璃原片数据包括原片大小以及缺陷位置和尺寸信息；

根据所述玻璃信息，通过切割算法对玻璃原片设计切割排版方式，并在算法开始前和结束后分别调用计算机时钟计时单元，用于标记算法计算过程中的时间消耗；

根据所述切割排版方式进行玻璃原片切割，得到所述目标玻璃块，并输出所述玻璃原片的最大面积利用率以及排版过程消耗的时间信息；

其中，得到所述目标玻璃和输出所述玻璃原片的最大面积利用率的步骤包括：

步骤10、在玻璃原片上建立二维坐标系，玻璃原片的水平方向为X轴，竖直方向为Y轴；

步骤11、针对当前需要切割的板材，基于获取的目标玻璃块的尺寸信息任意叠加得到所有可能的小于该当前需要切割的板材尺寸的切割长度，用一维背包算法分别生成水平和竖直方向上的两个离散集；

步骤12、根据水平和竖直方向上的两个离散集中保存的切割长度依次进行试切计算，将当前需要切割的板材一分为二得到两类子板材；每一次试切将一类子板材分割成两个子块，两个子块分别执行步骤13，并且保存所有试切位置所产生两个子块的结果之和，两个离散集中的元素均试切完毕后比较每一个试切位置所指向的结果，并保存最大值作为当前子块的最优解；

步骤13、子板材若是之前被计算过则直接返回已保存的值，否则利用递归方式重复步骤11-步骤12，直到两个所述子板材的宽度或高度不够而导致的不能继续分割为止；

步骤14、比较试切玻璃原片的两个离散集的所有切割长度所指向的结果，并选取所述所有切割长度所指向的结果中的最大值作为玻璃原片最终的面积利用率。

优选的，两类所述子板均为中间板，两类所述子板材包括一个无缺陷板材和一个有缺陷板材，两类所述子板材的切割求解方法包括：

步骤21、离散集获取原理如下：

其中，

表示中间板在X轴方向竖直断头台的集合，

表示中间板在Y轴方向水平断头台的集合，离散集中的元素为切割位置，c_w表示X轴方向切割，c_h表示Y轴方向切割，m为玻璃种类，w和h分别表示待切割的玻璃原片的宽和高，w_i和h_i分别表示任一目标玻璃块的宽和高，i＝1,2,3,…,m；α_i和β_i分别表示X轴和Y轴上获取切割位置时所需第i类玻璃的数量，是任意非负整数；

步骤22、基于所述有缺陷板材中的缺陷位置信息，设计新的切割点；其中，新的切割点的求解方法公式如下：

其中，

表示第i类缺陷信息，分别是缺陷左下角坐标

以及缺陷宽和高分别是

和

和

分别表示有缺陷板材中根据缺陷位置信息获取的X轴方向和Y轴方向离散集，S_x(w)和S_y(h)表示X轴方向和Y轴方向通过玻璃尺寸信息和缺陷位置信息共同获取的离散集；

步骤23、基于无缺陷板材，获取水平和竖直方向上的两个离散集后，首先进行同构计算得到解的下界，然后以离散集为驱动运用递归方程进行试切计算，包括：

步骤231、对无缺陷板材计算同构计算，计算方程如下：

g(w,h)是无缺陷板材上通过同构计算得到的解或是m类目标玻璃块中的每一类拼凑而成的所有解中经过最大值比较后得到的值；

步骤232、依次切割水平和竖直方向上的两个离散集中所有的断头台，直至切割停止，得到当前断头台反馈的利用面积，并比较后得到无缺陷板材的解的最大值，方程如下：

其中，f(w,h)表示无缺陷板材的解，g(w,h)表示无缺陷板材上由其中一类相同的目标玻璃块拼凑而成的最大的解；

步骤24、基于有缺陷板材，获取水平和竖直方向上的两个离散集后，运用计算方程计算，方程如下：

其中，对于任意一类中间板R＝(x₀,y₀,w,h)，首先判断其有无缺陷，若是无缺陷板材，则采用公式(1)和公式(2)所获取的离散集并利用公式(8)进行递归计算，否则采用公式(5)和公式(6)所获取的离散集并利用公式(9)进行递归计算。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：分割精度优、准确性好和工作效率高。首先，分类处理有无缺陷的两种板材，分别使用不同的切割策略，对于无缺陷的板材根据矩形的对称特性减少切割次数，对于含有缺陷的板材充分计算可利用的切割位置使得利用率提高。其次，根据玻璃的尺寸信息和缺陷的位置信息调用背包算法生成位置精准、数量合理和切割充分的高效离散集，将每一种可能的合法排版方式均计算出玻璃利用率。最后，对于尺寸和位置相同的含缺陷的中间板视作同一个中间板，不做重复计算，对于尺寸相同位置不同的不含缺陷的中间板不做区别计算，这样可以减少计算次数，继而降低计算时间。所以，结合玻璃的生产实际，分类处理两类板材，以离散集为驱动，通过判断缺陷的位置来对切割点进行合理地删减，从而减少了计算量，提高玻璃切割的计算精度，保证切割准确性和工作效率高，同时提升对板材面积的利用效率，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为算法流程图；

图3为玻璃原片的切割示意图；

图4为离散集(切割位置)示例图；

图5为同构计算示例图；

图6为切割方案可视化展示图。

具体实施方式

下面结合本发明中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供的一种玻璃切割优化技术的实现方法，该方法包括

获取玻璃信息；所述玻璃信息包括目标玻璃块的尺寸信息和玻璃原片数据，所述玻璃原片数据包括原片大小以及缺陷位置和尺寸信息；

根据所述玻璃信息，通过切割算法对玻璃原片设计切割排版方式，并在算法开始前和结束后分别调用计算机时钟计时单元，用于标记算法计算过程中的时间消耗；

根据所述切割排版方式进行玻璃原片切割，得到所述目标玻璃块，并输出所述玻璃原片的最大面积利用率以及排版过程消耗的时间信息。

下面对该方法进行详细描述：

如图2所示，得到所述目标玻璃和输出所述玻璃原片的最大面积利用率的步骤包括：

步骤10、在玻璃原片上建立二维坐标系，玻璃原片的水平方向为X轴，竖直方向为Y轴；

步骤11、针对当前需要切割的板材(简称当前板材)，基于获取的目标玻璃块的尺寸信息任意叠加得到所有可能的小于该板材尺寸的切割长度，用一维背包算法分别生成水平和竖直方向上的两个离散集；

步骤12、根据水平和竖直方向上的两个离散集中保存的切割长度依次进行试切计算，将当前板材一分为二得到两类子板；每一次试切将一类子板材分割成两个子块，两个子块分别执行步骤13，并且保存所有试切位置所产生两个子块的结果之和，两个离散集中的元素均试切完毕后比较每一个试切位置所指向的结果，并保存最大值作为当前子块的最优解；

步骤13、子板材若是之前被计算过则直接返回已保存的值，否则利用递归方式重复步骤11-步骤12，直到两个所述子板材的宽度或高度不够而导致的不能继续分割为止；

步骤14、比较试切玻璃原片的两个离散集的所有切割长度所指向的结果，并选取所述所有切割长度所指向的结果中的最大值作为玻璃原片最终的面积利用率。

具体的，如图3所示，A为玻璃原片，B为竖直断头台，C为无缺陷板材，D有缺陷板材。两类所述子板均为中间板，两类所述子板材包括一个无缺陷板材和一个有缺陷板材，两类所述子板材的切割求解方法包括：

步骤21、离散集获取原理如下：

其中，

表示中间板在X轴方向竖直断头台的集合，

表示中间板在Y轴方向水平断头台的集合，离散集中的元素为切割位置，c_w表示X轴方向切割，c_h表示Y轴方向切割，m为玻璃种类，w和h分别表示待切割的玻璃原片的宽和高，w_i和h_i分别表示任一目标玻璃块的宽和高，i＝1,2,3,…,m；α_i和β_i分别表示X轴和Y轴上获取切割位置时所需第i类玻璃的数量，是任意非负整数。

步骤22、基于所述有缺陷板材中的缺陷位置信息，设计新的切割点；其中，新的切割点的求解方法公式如下：

其中，

表示第i类缺陷信息，分别是缺陷左下角坐标

以及缺陷宽和高分别是

和

和

分别表示有缺陷板材中根据缺陷位置信息获取的X轴方向和Y轴方向离散集，S_x(w)和S_y(h)表示X轴方向和Y轴方向通过玻璃尺寸信息和缺陷位置信息共同获取的离散集，λ＝0时表示缺陷左(下)边界位置设置切割点，λ＝1时表示缺陷右(上)边界设置切割点。

所获得两个维度上的切割位置如同两个坐标尺，分别记录了所有的用于试切时所作用的切割点，S_x(w)和S_y(h)示例，如图4所示(R1、R2、R3和R4均是目标玻璃块的面积)，E是缺陷四条边界的水平或竖直坐标，F是目标玻璃块得到的切割位置。

步骤23、基于无缺陷板材，获取水平和竖直方向上的两个离散集后，首先进行同构计算得到解的下界，然后以离散集为驱动运用递归方程进行试切计算，包括：

步骤231、首先，对无缺陷板材计算同构计算，计算方程如下

g(w,h)是无缺陷板材上通过同构计算得到的解或是m类目标玻璃块中的每一类拼凑而成的所有解中经过最大值比较后得到的值，同构计算有两个作用：其一是解的下界，即当前无缺陷板材的解必不小于同构计算出来的值；其二是递归的结束，即当板材小到不足以进行递归计算时同构计算即是板材的解。

步骤232、依次切割水平和竖直方向上的两个离散集中所有的断头台，直至切割停止，得到当前断头台反馈的利用面积，并比较后得到无缺陷板材的解的最大值，方程如下：

式(8)中，f(w,h)表示无缺陷板材的解，g(w,h)表示无缺陷板材上由其中一类相同的目标玻璃块拼凑而成的最大的解；如图5所示，阴影区域为未利用区域。

其中，无缺陷板材存在对称性，所以试切比较只需要计算到中间位置即可，对称区域将采用同样的切割结果，这样可以减少计算次数，提升计算效率。

步骤24、基于有缺陷板材，获取水平和竖直方向上的两个离散集后，运用计算方程计算，方程如下：

其中，对于任意一个中间板R＝(x₀,y₀,w,h)，首先判断其有无缺陷，若是无缺陷的板材，则采用公式(1)和公式(2)所获取的离散集并利用公式(8)进行递归计算，否则采用公式(5)和公式(6)所获取的离散集并利用公式(9)进行递归计算。

有缺陷板材切割时，试切次数更多，范围更广，将板材所有可能的位置都会试一遍，断头台的切割位置在[1，w-1]或[1，h-1]之间，这样做可以保证提高板材的面积利用率。

根据目标玻璃块订单对玻璃原片进行切割实施例如下：

玻璃原片尺寸为200×100，缺陷区域用四元组

表示，如表1所示，目标玻璃块订单如表2所示，切割后得到的目标玻璃块如图6所示，其中灰色区域是未利用区域，黑色区域表示缺陷区域。

表1.缺陷区域四元组表示

表2.目标玻璃块订单

订单编号	宽	高	面积
				1	40	30	1200
2	68	26	1768
				3	50	20	1000
4	60	35	2100
				5	45	22	990

以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种玻璃切割优化技术的实现方法，其特征在于，该方法包括：

获取玻璃信息；所述玻璃信息包括目标玻璃块的尺寸信息和玻璃原片数据，所述玻璃原片数据包括原片大小以及缺陷位置和尺寸信息；

根据所述玻璃信息，通过切割算法对玻璃原片设计切割排版方式，并在算法开始前和结束后分别调用计算机时钟计时单元，用于标记算法计算过程中的时间消耗；

根据所述切割排版方式进行玻璃原片切割，得到所述目标玻璃块，并输出所述玻璃原片的最大面积利用率以及排版过程消耗的时间信息；

其中，得到所述目标玻璃块和输出所述玻璃原片的最大面积利用率的步骤包括：

步骤10、在玻璃原片上建立二维坐标系，玻璃原片的水平方向为X轴，竖直方向为Y轴；

步骤11、针对当前需要切割的板材，基于获取的目标玻璃块的尺寸信息任意叠加得到所有可能的小于该当前需要切割的板材尺寸的切割长度，用一维背包算法分别生成水平和竖直方向上的两个离散集；

步骤12、根据水平和竖直方向上的两个离散集中保存的切割长度依次进行试切计算，将当前需要切割的板材一分为二得到两类子板材；每一次试切将一类子板材分割成两个子块，两个子块分别执行步骤13，并且保存所有试切位置所产生两个子块的结果之和，两个离散集中的元素均试切完毕后比较每一个试切位置所指向的结果，并保存最大值作为当前子块的最优解；

步骤13、子板材若是之前被计算过则直接返回已保存的值，否则利用递归方式重复步骤11-步骤12，直到两个所述子板材的宽度或高度不够而导致的不能继续分割为止；

步骤14、比较试切玻璃原片的两个离散集的所有切割长度所指向的结果，并选取所述所有切割长度所指向的结果中的最大值作为玻璃原片最终的面积利用率；

两类所述子板均为中间板，两类所述子板材包括一个无缺陷板材和一个有缺陷板材，两类所述子板材的切割求解方法包括：

步骤21、离散集获取原理如下：

其中，

表示中间板在X轴方向竖直断头台的集合，

表示中间板在Y轴方向水平断头台的集合，离散集中的元素为切割位置，c_w表示X轴方向切割，c_h表示Y轴方向切割，m为玻璃种类，w和h分别表示待切割的玻璃原片的宽和高，w_i和h_i分别表示任一目标玻璃块的宽和高，i＝1,2,3,…,m；α_i和β_i分别表示X轴和Y轴上获取切割位置时所需第i类玻璃的数量，是任意非负整数；

步骤22、基于所述有缺陷板材中的缺陷位置信息，设计新的切割点；其中，新的切割点的求解方法公式如下：

其中，

表示第i类缺陷信息，分别是缺陷左下角坐标

以及缺陷宽和高分别是

和

和

分别表示有缺陷板材中根据缺陷位置信息获取的X轴方向和Y轴方向离散集，S_x(w)和S_y(h)表示X轴方向和Y轴方向通过玻璃尺寸信息和缺陷位置信息共同获取的离散集；

步骤23、基于无缺陷板材，获取水平和竖直方向上的两个离散集后，首先进行同构计算得到解的下界，然后以离散集为驱动运用递归方程进行试切计算，包括：

步骤231、对无缺陷板材计算同构计算，计算方程如下：

g(w,h)是无缺陷板材上通过同构计算得到的解或是m类目标玻璃块中的每一类拼凑而成的所有解中经过最大值比较后得到的值；

步骤232、依次切割水平和竖直方向上的两个离散集中所有的断头台，直至切割停止，得到当前断头台反馈的利用面积，并比较后得到无缺陷板材的解的最大值，方程如下：

其中，f(w,h)表示无缺陷板材的解，g(w,h)表示无缺陷板材上由其中一类相同的目标玻璃块拼凑而成的最大的解；

步骤24、基于有缺陷板材，获取水平和竖直方向上的两个离散集后，运用计算方程计算，方程如下：

其中，对于任意一个中间板R＝(x₀,y₀,w,h)，首先判断其有无缺陷，若是无缺陷的板材，则采用公式(1)和公式(2)所获取的离散集并利用公式(8)进行递归计算，否则采用公式(5)和公式(6)所获取的离散集并利用公式(9)进行递归计算。

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