CN112388185B - 针对非线性形变的激光切割补偿方法、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种针对非线性形变的激光切割补偿方法、装置及存储介质；该方法可以包括：将加工图纸中的图元按照耦合关系进行分块处理，获得多个最终图形块；根据每个所述最终图形块在所述加工图纸中的所在区域与每个所述最终图形块在待切割FPC板中的所在区域之间的形变程度，获取每个所述最终图形块的变换矩阵；根据所述加工图纸中的每个所述最终图形块中所包含的图元以及每个所述最终图形块对应的变换矩阵，获取每个所述最终图形块中所包含的图元在所述待切割FPC板上需进行加工的图形形状；其中，所述图形形状用于确定激光切割加工轨迹。

Description

针对非线性形变的激光切割补偿方法、装置及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种针对非线性形变的激光切割补偿方法、装置及存储介质。
背景技术
激光切割工艺是一种通过将激光束经过聚焦镜聚焦后加热工件，使工件的材料在短时间内达到材料沸点并汽化形成蒸汽，再利用蒸汽高速喷出时产生的能量在工件上形成切口的一种加工技术。传统激光切割的目标对象为刚性印制电路板（PCB，Printed CircuitBoard），刚性PCB板硬度较高，在激光切割加工的过程中尽管会发生形变，但是形变量较小，且非线性形变量在一定精度下也可以忽略，所以仅需要计算旋转、平移与涨缩参数即可进行产品切割，便可保证足够的切割精度。对于柔性印制电路板（FPC，Flexible PrintedCircuit）来说，基材为铜，通过热固胶在基材上胶粘了一层聚酰亚胺膜，对FPC板表面起到保护作用。聚酰亚胺膜通过热固胶压合粘接到基材上时，材料的温度会上升到170℃以上，由于不同材料的热膨胀系数不同，冷却后FPC板会产生内应力。FPC板的内应力导致材料的平衡力受到了破坏，因此FPC板的基材会产生收缩变形，进而造成了FPC板的涨缩不均匀，最终引起FPC板的形变。同时由于材质的原因，FPC板在搬运及加工过程中也会产生形变，且一般会产生较大的非线性形变。在激光切割加工过程中这种非线性形变会对切割加工定位造成不利的影响，且容易造成FPC板的加工精度达不到要求，所以这种非线性形变在切割加工的过程中不能被忽略。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种针对非线性形变的激光切割补偿方法、装置及存储介质；能够在实际的激光切割加工过程中，对FPC板的非线性形变进行切割补偿，以此提高激光切割加工的精度。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种针对非线性形变的激光切割补偿方法，所述方法包括：
将加工图纸中的图元按照耦合关系进行分块处理，获得多个最终图形块；
根据每个所述最终图形块在所述加工图纸中的所在区域与每个所述最终图形块在待切割FPC板中的所在区域之间的形变程度，获取每个所述最终图形块的变换矩阵；
根据所述加工图纸中的每个所述最终图形块中所包含的图元以及每个所述最终图形块对应的变换矩阵，获取每个所述最终图形块中所包含的图元在所述待切割FPC板上需进行加工的图形形状；其中，所述图形形状用于确定激光切割加工轨迹。
第二方面，本发明实施例提供了一种针对非线性形变的激光切割补偿装置，所述装置包括：分块部分、第一获取部分和第二获取部分；其中，
所述分块部分，经配置为将加工图纸中的图元按照耦合关系进行分块处理，获得多个最终图形块；
所述第一获取部分，经配置为根据每个所述最终图形块在所述加工图纸中的所在区域与每个所述最终图形块在待切割FPC板中的所在区域之间的形变程度，获取每个所述最终图形块的变换矩阵；
所述第二获取部分，经配置为根据所述加工图纸中的每个所述最终图形块中所包含的图元以及每个所述最终图形块对应的变换矩阵，获取每个所述最终图形块中所包含的图元在所述待切割FPC板上需进行加工的图形形状；其中，所述图形形状用于确定激光切割加工轨迹。
第三方面，本发明实施例提供了一种针对非线性形变的激光切割补偿装置，所述装置包括：通信接口，存储器和处理器；各个组件通过总线系统耦合在一起；其中，
所述通信接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行第一方面所述针对非线性形变的激光切割补偿方法步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有针对非线性形变的激光切割补偿程序，所述针对非线性形变的激光切割补偿程序被至少一个处理器执行时实现第一方面所述针对非线性形变的激光切割补偿方法步骤。
本发明实施例提供了一种针对非线性形变的激光切割补偿方法、装置及存储介质；根据加工图纸中需要加工的图元进行分块处理，并针对各分块获取待切割FPC板中对应区域的形变程度；根据形变程度获取各分块对应的变化矩阵；从而将加工图纸中的图元基于变换矩阵形成待切割FPC板上需进行加工的图形形状，以确定在待切割FPC板上的激光切割加工轨迹。针对非线性形变的特性，通过分块进行拟合并分别利用变换矩阵进行补偿，不仅提高了补偿的准确度，而且提高了激光切割加工的精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种针对非线性形变的激光切割补偿方法流程示意图。
图2为本发明实施例提供的加工图纸上的Mark点分布示意图。
图3为本发明实施例提供的待切割加工的FPC板上的Mark点分布示意图。
图4为本发明实施例提供的一种形成最终图形块的示意图。
图5为本发明实施例提供的一种Mark点形成的矩形与最终图形块的最小外接矩形之间示例性情况示意图。
图6为本发明实施例提供的Mark点形成的矩形与最终图形块的最小外接矩形之间理想情况示意图。
图7为本发明实施例提供的一种Mark点形成的矩形与最终图形块的最小外接矩形之间实际情况示意图。
图8为本发明实施例提供的另一种Mark点形成的矩形与最终图形块的最小外接矩形之间实际情况示意图。
图9为本发明实施例提供的一种可能的Mark点搜索结果示意图。
图10为本发明实施例提供的另一种可能的Mark点搜索结果示意图。
图11为本发明实施例提供的待切割的FPC板因为非线性形变导致图形不准确的示意图。
图12为本发明实施例提供的一种针对非线性形变的激光切割补偿装置组成示意图。
图13为本发明实施例提供的针对非线性形变的激光切割补偿装置的具体硬件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
当前激光切割加工方面，通常针对形变采用在特定基下的变换矩阵进行补偿，而该变换矩阵实质上属于一种线性变换，也就是说，会对加工工件的整体进行线性补偿，但是这样的补偿方案无法针对非线性形变进行较好的补偿，从而导致在激光切割加工过程中，降低了激光切割加工的精度。本发明实施例期望针对加工工件，例如FPC板，通过分块的形式对非线性形变进行拟合，并对各分块分别进行补偿，通过提升非线性形变的补偿准确度来提高激光切割加工的精度。基于此，参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种针对非线性形变的激光切割补偿方法，该方法可以包括：
S101：将加工图纸中的图元按照耦合关系进行分块处理，获得多个最终图形块；
S102：根据每个所述最终图形块在所述加工图纸中的所在区域与每个所述最终图形块在待切割FPC板中的所在区域之间的形变程度，获取每个所述最终图形块的变换矩阵；
S103：根据所述加工图纸中的每个所述最终图形块中所包含的图元以及每个所述最终图形块对应的变换矩阵，获取每个所述最终图形块中所包含的图元在所述待切割FPC板上需进行加工的图形形状；其中，所述图形形状用于确定激光切割加工轨迹。
通过图1所示的技术方案，根据加工图纸中需要加工的图元进行分块处理，并针对各分块获取待切割FPC板中对应区域的形变程度；根据形变程度获取各分块对应的变化矩阵；从而将加工图纸中的图元基于变换矩阵形成待切割FPC板上需进行加工的图形形状，以确定在待切割FPC板上的激光切割加工轨迹。针对非线性形变的特性，通过分块进行拟合并分别利用变换矩阵进行补偿，不仅提高了补偿的准确度，而且提高了激光切割加工的精度。
需要说明的是，由于图1所示的技术方案是针对非线性形变进行补偿，因此在具体实施该技术方案之前，可以针对加工工件，即待切割的FPC板的形变状态进行判定，以确定是否发生了需要进行补偿的非线性形变。在一些示例中，首先，可以将设计完成的加工图纸导入到数控机床的控制电脑中，并获取加工图纸中图形在图纸坐标系下所有第一标记Mark点的坐标，如图2所示为加工图纸中图形上所有第一Mark点的分布情况。一般情况下加工图纸中的图形上会预留用于定位的点作为第一Mark点，如果预留的定位点不足时，也可以使用其它位置点作为第一Mark点。
接着，将待切割加工的FPC板放置在数控机床上，使整块FPC板处于机床坐标系下。通过第一Mark点的坐标在待切割加工的FPC板上搜索到对应处于机床坐标系下的第二Mark点，并确定所有第二Mark点的坐标，如图3所示为待切割加工的FPC板上与图2中所有第一Mark点对应的第二Mark点的分布情况。
根据所有第一Mark点坐标值中的最大坐标值和最小坐标值可以计算获得第一最小外接矩形，如图2中点画线所示的矩形。详细地说，最小外接矩形就是通过给定的二维图形中边界点坐标值的最大坐标值和最小坐标值计算得到的水平和垂直跨度后形成的外接矩形。最小外接矩形包含了给定的二维图形，且各边与坐标轴平行。在第一最小外接矩形中，分别连接最接近第一最小外接矩形四个顶点的第一Mark点a，b，c，d，可以得到L1，L2，L3，L4，L5，L6这六条线段，具体如图2所示。
类似地，根据所有第二Mark点坐标值中的最大坐标值和最小坐标值可以计算获得第二最小外接矩形，如图3中点画线所示的矩形。连接最接近第二最小外接矩形四个顶点的第二Mark点a'，b'，c'，d'，可以得到L1'，L2'，L3'，L4'，L5'，L6'这六条线段，具体如图3所示。
分别计算线段L1与L1'的长度差值，线段L2与L2'的长度差值，线段L3与L3'的长度差值，线段L4与L4'的长度差值，线段L5与L5'的长度差值以及线段L6与L6'的长度差值，可以得出在线性切割加工时FPC板在各个方向上的形变量。如果该形变量超过了设置的形变阈值，则意味着FPC板的形变已经超出了允许范围，这种情况下采用线性变换的补偿方法不能够满足非线性形变FPC板的切割加工需求，因此需要采用图1所示的技术方案是针对非线性形变进行补偿。
对于图1所示的技术方案，在一些示例中，所述将加工图纸上的图元按照耦合关系进行分块处理，获得多个最终图形块，包括：
将所述加工图纸上的图元按照相互之间的耦合关系进行合并，形成多个中间图形块；
将所述中间图形块按照相互之间的耦合关系进行合并，直至合并所得到的图形块之间不存在耦合关系，将所述加工图纸上相互之间不存在耦合关系的图形块确定为最终图形块。
对于上述示例，参见图4所示的加工图纸上的图元，具体来说，图4所示的加工图纸中包括了矩形、菱形、圆、波浪线等共7个基本图元，基于这些基本图元，可以采用聚类算法进行分块，也就是说，将每个基本图元作为初始图形块，通过不断合并存在耦合关系的图形块以生成更大的图形块，直至最终获得的图形块之间不再存在耦合关系位置，从而可以保证后续最终图形块之间是相互独立的，也就是说，针对各图形块的补偿均不会影响其他图形块。如图4中虚线框所示，每个虚线框均表示为单独的最终图形块，每个最终图形块由各自虚线框所包括的图元合并形成。需要说明的是，耦合关系通常以实际加工图形的要求为依据，所以针对各种要求进行图形块合并的方式也是大不相同的，例如图4示例中左下角的图形块，设定加工要求为三个菱形图元之间的相对距离不能变化，所以便这三个菱形图元应当合并为一个图形块。
对于图1所示的技术方案，在一些示例中，所述根据每个所述最终图形块在所述加工图纸中的所在区域与每个所述最终图形块在所述待切割FPC板中的所在区域之间的形变程度，获取每个所述最终图形块的变换矩阵，包括：
获取每个所述最终图形块对应的最小外接矩形；
基于每个所述最终图形块对应的最小外接矩形，利用设定的目标函数及约束条件从所述加工图纸中所有第一Mark点中获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点；
根据所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的坐标在所述待切割的FPC板上搜索对应的第二Mark点；
根据所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的坐标与所述待切割FPC板上与每个所述最终图形块相匹配的第二Mark点的坐标获取每个所述最终图形块对应的变换矩阵。
对于上述示例，一个最终图形块对应的最小外接矩形具体可以是能够包裹该最终图形块中所有图元的面积最小的矩形，可以通过该最终图形块中所包含图元边界点的最大坐标值和最小坐标值获得；举例来说，首先通过计算每个所述最终图形块中所包含图元边界点坐标值的最大坐标值和最小坐标值获取每个所述最终图形块中所包含图元边界的水平和垂直跨度；接着，根据所述获取的每个所述最终图形块中所包含图元边界的水平和垂直跨度获取每个所述最终图形块的最小外接矩形，图4中各最终图形块的最小外接矩形如图4中的点划线框所示。
结合前述内容，Mark点通常预留以用于进行定位，因此，按照最终图形块进行分块补偿，可以结合已有的Mark点的分布情况，因此，对于每个最终图形块，可以利用与最终图形块相匹配的Mark点计算用于补偿该最终图形块的变换矩阵，也就需要对最终图形块相匹配的Mark点进行搜索。如图5中实线框所示，Mark点形成的矩形包括了最终图形块的最小外界矩形属于Mark点与最终图形块产生相关的可能的示例形式。图6示出了理想的最优相关示例形式，即Mark点形成的矩形正好与最终图形块的最小外接矩形重合，可以理解地，图6中将两个矩形的大小绘制为不同，仅为了区分Mark点形成的矩形与最终图形块的最小外接矩形；在实际情况下，两个矩形大小是一致的。除了图6所示的理想情况以外，大多数情况下，通常属于图7和图8所示，即Mark点形成的矩形包含了最终图形块的最小外接矩形，以及Mark点形成的矩形包含在最终图形块的最小外接矩形内。因此，对于最终图形块相匹配的Mark点的搜索，可以利用设定的目标函数以及约束条件进行实现。本发明实施例优选为距离差值的平方和最小作为目标函数，并提供了以下三种约束条件。
对于上述示例，优选地，所述基于每个所述最终图形块对应的最小外接矩形，利用设定的目标函数及约束条件从所述加工图纸中的所有第一Mark点中获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点，包括：
根据式（1）所示的目标函数以及式（2）所示的约束条件计算获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示每个所述最终图形块的最小外接矩形的各个顶点与每个所述最 终图形块相匹配的第一Mark点距离差值的平方和；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为每个所述最终图形块的最小外 接矩形各个顶点的X轴坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为每个所述最终图形块的最小外接矩形各个顶点的Y轴 坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的X轴坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为每个所述最 终图形块相匹配的第一Mark点的Y轴坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为每个所述最终图形块相匹配的第一 Mark点和所述待切割的FPC板上与每个所述最终图形块相匹配的第二Mark点最少需要的数 量。
需要说明的是，对于上述优选示例所采用的约束条件是第一Mark点和第二Mark点的数量，即不同分块内最少需要的Mark点数量。当第一Mark点和第二Mark点仅有一对时只能输出平移交换矩阵（仅包含平移原子变换），具体来说，就是平面上（或者空间中）的每一点只能沿某一向量进行平移变换；当第一Mark点和第二Mark点有两对时可以输出相似变换矩阵（包含平移、旋转与尺度原子变换），举例来说，相似变换就是一个图形变换到另一个图形，且在变换过程中形状保持不变，其大小，方向和位置发生变化；当第一Mark点和第二Mark点有三对时可以输出仿射变换矩阵（在相似变换的基础上加入了剪切变换），也就是图形进行线性变换后再进行平移变换；当第一Mark点和第二Mark点有四对时可以输出单应性变换矩阵（在仿射变换的基础上加入了透视原子变换），具体来说，就是图形在图纸坐标系和机床坐标系中的位置进行映射变换。因为FPC板产生了非线性形变，所以在实际切割加工中第一Mark点和第二Mark点的数量少于3对的情况是不符合要求的，因此在在本发明实施例中，设置第一Mark点和第二Mark点的数量要求为最少3对是合理的。
对于上述示例，优选地，所述基于每个所述最终图形块对应的最小外接矩形，利用设定的目标函数及约束条件从所述加工图纸中的所有第一Mark点中获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点，包括：
根据所述式（1）所示的目标函数以及式（3）所示的约束条件计算获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点：
Figure 347142DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE009
（3）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为每个所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的任意两 个第一Mark点的X轴坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为每个所述最终图形块的最小外接矩形相匹配 的任意两个第一Mark点的Y轴坐标；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为每个所述最终图形块的最小外接矩形相匹配 的两个第一Mark点之间的最小距离。
需要说明的是，对于上述优选示例所采用的约束条件是第一Mark点之间的位置关系。因为计算变换矩阵时需要考虑同一坐标系下Mark点之间的位置关系，如果搜索得到的第一Mark点之间位置太近，则会导致计算结果的可靠性大幅地降低。如图9和图10所示的Mark点搜索结果，不论搜索到的第一Mark点数量是三个还是四个，都应该保证这几个第一Mark点的位置最接近最终图形块的最小外接矩形的顶点，而其它的第一Mark点则应均匀地分布在最终图形块的最小外接矩形区域内。由于约束条件过多会导致搜索第一Mark点比较困难，所以本发明实施例优选只考虑任意两个第一Mark点之间的距离。
对于上述示例，优选地，所述基于每个所述最终图形块对应的最小外接矩形，利用设定的目标函数及约束条件从所述加工图纸中的所有第一Mark点中获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点，包括：
根据所述式（1）所示的目标函数以及式（4）所示的约束条件计算获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点：
Figure 500912DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE015
（4）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的权重指标；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为单位权 重；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为权重系数。
需要说明的是，对于上述优选示例所采用的约束条件是第一Mark点的权重指标。 详细来说，在实际进行激光切割加工过程中，加工图纸中有些位置的第一Mark点是为了定 位设计的，所以拥有最高的精度（如图形最外轮廓的四个Mark点）；而有些第一Mark点则是 为了特殊用途设计的（如金属触点），其精度较前者会低一些，但也能满足切割精度要求。而 在实际激光切割加工过程中一般更倾向于使用前者进行计算，所以可以为前者设置更高的 权重指标，而为后者设置相对较低的权重指标。举例来说，
Figure 210242DEST_PATH_IMAGE020
为权重系数就可以进行重要性 区分，比如，如果第一Mark点为一级重要性，
Figure 895301DEST_PATH_IMAGE020
可设置为0.71-1.0；如果第一Mark点为二级 重要性，
Figure 777807DEST_PATH_IMAGE020
可设置为0.41-0.7；如果第一Mark点为三级重要性，
Figure 864711DEST_PATH_IMAGE020
可设置为0.01-0.4。通过 权重系数也能够反映第一Mark点的权重指标。
可以理解地，上述三个约束条件也可以同时应用于式1所示的目标函数，可以理解地，当上述三个约束条件同时应用于式1所示的目标函数时，所得到的相匹配的第一Mark点则为最优的相匹配的第一Mark点，本发明实施例对此不做赘述。将约束条件代入目标函数的计算过程，可以利用粒子群优化算法（PSO，Particle Swarm Optimization）完成，从而计算获得所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点。
此外，在一些特殊情况下，若最终图形块搜索不到相匹配的第一Mark点，则可以强制使用能够全局对应的第一Mark点作为与之匹配的第一Mark点。
在加工图纸中，针对最终图形块完成第一Mark点搜索之后，就可以相应地在待切割的FPC板上搜索对应的第二Mark点，结合第一Mark点与第二Mark点，就可以获得每个最终图形块对应的变换矩阵。对于上述示例，优选地，所述根据所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的坐标与所述待切割的FPC板上与每个所述最终图形块相匹配的第二Mark点的坐标获取每个所述最终图形块对应的变换矩阵，包括：
针对所述加工图纸中的每个所述最终图形块：
相应于所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的第一Mark点与所述待切割的FPC板上与所述最终图形块相匹配的第二Mark点的数量少于3对，与最终图形块相匹配的第一mark点和第二mark点数量较少，直接使用其来计算变换矩阵通常不会比使用全局mark点计算所得到的变换矩阵更能贴近地表征实际的非线性形变状态，所以此时，根据所述加工图纸和所述待切割的FPC板上的全局Mark点计算获取所述最终图形块对应的变换矩阵；
相应于所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的第一Mark点和所述待切割的FPC 板上与所述最终图形块相匹配的第二Mark点的数量有三对时，通过求解式（5）以获得所述 最终图形块对应的变换矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE021
：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
（5）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
分别为每个所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的第一Mark点坐 标；
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
分别为所述待切割的FPC板上与每个所述最终图形块相匹配的第二Mark点的坐 标；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
分别为旋转原子变换，尺度原子变换和剪切原子变换，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
分别为平移原子变换；
相应于所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的第一Mark点和所述待切割的FPC 板上与所述最终图形块相匹配的第二Mark点的数量有四对时，通过求解式（6）获取所述最 终图形块对应的变换矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE038
：
Figure 384423DEST_PATH_IMAGE039
（6）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 291200DEST_PATH_IMAGE041
分别为透视原子变换；
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为整体尺度。
对于上述优选方案，变换矩阵
Figure 180658DEST_PATH_IMAGE021
也可被称之为仿射变换矩阵，变换矩阵
Figure 387649DEST_PATH_IMAGE038
可以被 称之为单应性变换矩阵。
通过上述示例及其优选方案，在获得每个最终图形块对应的变换矩阵之后，就可以在实际切割过程中针对每个最终图形块分别使用对应的变换矩阵进行补偿。对于图1所示的技术方案，在一些示例中，所述根据所述加工图纸中的每个所述最终图形块中所包含的图元以及每个所述最终图形块对应的变换矩阵，获取每个所述最终图形块中所包含图元在待切割FPC板上需进行加工的图形形状，包括：
将所述加工图纸上每个所述最终图形块中所包含的图元上所有点坐标乘以所述变换矩阵得到每个所述最终图形块中所包含图元上所有点在所述待切割的FPC板上对应的实际坐标；
根据每个所述最终图形块中所包含图元上所有点在所述待切割的FPC板上对应的实际坐标获取所述加工图纸上每个所述最终图形块中所包含的图元在所述待切割FPC板上需进行加工的图形形状。
需要说明的是，图元通常可以通过特征点进行准确表征，例如，图元为圆时，就可以通过圆心点坐标及半径对该图元进行唯一且准确的表征；因此，在本实施例中，每个所述最终图形块中所包含的图元上所有点优选为在图元上的且能够表征该图元的特征点。
通过上述示例，在获得每个最终图形块在待切割的FPC板上对应的需加工的图形形状之后，就可以依据该形状形成加工轨迹，按照该加工轨迹进行激光切割加工，能够对待切割的FPC板的非线性形变进行补偿。由图11可以看出，实际待切割的FPC板已经产生了非线性形变，所以按照加工图纸中图形的坐标进行切割必然导致得到的图形不准确。那么通过上述变换矩阵的补偿便可以得到加工图纸中图形在待切割FPC板上对应的图形，按照变换后的图形进行切割，可以精确地定位从而提高切割精度。
基于前述技术方案相同的发明构思，参见图12，其示出了本发明实施例提供的一种针对非线性形变的激光切割补偿装置120，所述装置120包括：分块部分1201、第一获取部分1202和第二获取部分1203；其中，
所述分块部分1201，经配置为将加工图纸中的图元按照耦合关系进行分块处理，获得多个最终图形块；
所述第一获取部分1202，经配置为根据每个所述最终图形块在所述加工图纸中的所在区域与每个所述最终图形块在待切割FPC板中的所在区域之间的形变程度，获取每个所述最终图形块的变换矩阵；
所述第二获取部分1203，经配置为根据所述加工图纸中的每个所述最终图形块中所包含的图元以及每个所述最终图形块对应的变换矩阵，获取每个所述最终图形块中所包含的图元在所述待切割FPC板上需进行加工的图形形状；其中，所述图形形状用于确定激光切割加工轨迹。
在上述方案中，所述分块部分1201，经配置为：
将所述加工图纸上的图元按照相互之间的耦合关系进行合并，形成多个中间图形块；
将所述中间图形块按照相互之间的耦合关系进行合并，直至合并所得到的图形块之间不存在耦合关系，将所述加工图纸上相互之间不存在耦合关系的图形块确定为最终图形块。
在上述方案中，所述第一获取部分1202，经配置为：
获取每个所述最终图形块对应的最小外接矩形；
基于每个所述最终图形块对应的最小外接矩形，利用设定的目标函数及约束条件从所述加工图纸中所有第一Mark点中获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点；
根据所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的坐标在所述待切割的FPC板上搜索对应的第二Mark点；
根据所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的坐标与所述待切割FPC板上与每个所述最终图形块相匹配的第二Mark点的坐标获取每个所述最终图形块对应的变换矩阵。
在上述方案中，所述第一获取部分1202，经配置为：
根据式（1）所示的目标函数以及式（2）所示的约束条件计算获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点；
或者，根据所述式（1）所示的目标函数以及式（3）所示的约束条件计算获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点；
或者，根据所述式（1）所示的目标函数以及式（4）所示的约束条件计算获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点。
在上述方案中，所述第一获取部分1202，经配置为：
针对所述加工图纸中的每个所述最终图形块：
相应于所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的第一Mark点与所述待切割的FPC板上与所述最终图形块相匹配的第二Mark点的数量少于3对，根据所述加工图纸和所述待切割的FPC板上的全局Mark点计算获取所述最终图形块对应的变换矩阵；
相应于所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的第一Mark点和所述待切割的FPC 板上与所述最终图形块相匹配的第二Mark点的数量有三对时，通过求解式（5）以获得所述 最终图形块对应的变换矩阵
Figure 501098DEST_PATH_IMAGE043
；
相应于所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的第一Mark点和所述待切割的FPC板上与所述最终图形块相匹配的第二Mark点的数量有四对时，通过求解式（6）获取所述最终图形块对应的变换矩阵。
在上述方案中，所述第二获取部分1203，经配置为：
将所述加工图纸上每个所述最终图形块中所包含的图元上所有点坐标乘以所述变换矩阵得到每个所述最终图形块中所包含图元上所有点在所述待切割的FPC板上对应的实际坐标；
根据每个所述最终图形块中所包含图元上所有点在所述待切割的FPC板上对应的实际坐标获取所述加工图纸上每个所述最终图形块中所包含的图元在所述待切割FPC板上需进行加工的图形形状。
可以理解地，在本实施例中，“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是单元，还可以是模块也可以是非模块化的。
另外，在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或processor（处理器）执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM， Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有针对非线性形变的激光切割补偿程序，所述针对非线性形变的激光切割补偿程序被至少一个处理器执行时实现上述技术方案中所述针对非线性形变的激光切割补偿方法步骤。
根据上述针对非线性形变的激光切割补偿装置120以及计算机存储介质，参见图13，其示出了本发明实施例提供的一种能够实施上述针对非线性形变的激光切割补偿装置120的具体硬件结构，该具体硬件可以为无线装置、移动或蜂窝电话（包含所谓的智能电话）、个人数字助理（PDA）、视频游戏控制台（包含视频显示器、移动视频游戏装置、移动视频会议单元）、膝上型计算机、桌上型计算机、电视机顶盒、平板计算装置、电子书阅读器、固定或移动媒体播放器，等。针对非线性形变的激光切割补偿装置120的具体硬件可以包括：通信接口1301，存储器1302和处理器1303；各个组件通过总线系统1304耦合在一起。可理解，总线系统1304用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统1304除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图13中将各种总线都标为总线系统1304。其中，
所述通信接口1301，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
所述存储器1302，用于存储能够在所述处理器1303上运行的计算机程序；
所述处理器1303，用于在运行所述计算机程序时，执行上述技术方案中所述针对非线性形变的激光切割补偿方法的步骤。
可以理解，本发明实施例中的存储器1302可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器 (Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器 (Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DoubleData Rate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。本文描述的系统和方法的存储器1302旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
而处理器1303可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器1303中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1303可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array， FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器1302，处理器1303读取存储器1302中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等) 来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种针对非线性形变的激光切割补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
将加工图纸中的图元按照耦合关系进行分块处理，获得多个最终图形块；
根据每个所述最终图形块在所述加工图纸中的所在区域与每个所述最终图形块在待切割FPC板中的所在区域之间的形变程度，获取每个所述最终图形块的变换矩阵；其中，所述根据每个所述最终图形块在所述加工图纸中的所在区域与每个所述最终图形块在所述待切割FPC板中的所在区域之间的形变程度，获取每个所述最终图形块的变换矩阵，包括：
获取每个所述最终图形块对应的最小外接矩形；
基于每个所述最终图形块对应的最小外接矩形，利用设定的目标函数及约束条件从所述加工图纸中所有第一Mark点中获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点；
根据所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的坐标在所述待切割的FPC板上搜索对应的第二Mark点；
根据所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的坐标与所述待切割FPC板上与每个所述最终图形块相匹配的第二Mark点的坐标获取每个所述最终图形块对应的变换矩阵；
根据所述加工图纸中的每个所述最终图形块中所包含的图元以及每个所述最终图形块对应的变换矩阵，获取每个所述最终图形块中所包含的图元在所述待切割FPC板上需进行加工的图形形状；其中，所述图形形状用于确定激光切割加工轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将加工图纸上的图元按照耦合关系进行分块处理，获得多个最终图形块，包括：
将所述加工图纸上的图元按照相互之间的耦合关系进行合并，形成多个中间图形块；
将所述中间图形块按照相互之间的耦合关系进行合并，直至合并所得到的图形块之间不存在耦合关系，将所述加工图纸上相互之间不存在耦合关系的图形块确定为最终图形块。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于每个所述最终图形块对应的最小外接矩形，利用设定的目标函数及约束条件从所述加工图纸中的所有第一Mark点中获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点，包括：
根据式(1)所示的目标函数以及式(2)所示的约束条件计算获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点：
Figure FDA0003778555170000021
Z≥Zmin (2)
其中，Diff表示每个所述最终图形块的最小外接矩形的各个顶点与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点距离差值的平方和；R1xi为每个所述最终图形块的最小外接矩形各个顶点的X轴坐标；R1yi为每个所述最终图形块的最小外接矩形各个顶点的Y轴坐标；R2xi为每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的X轴坐标；R2yi为每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的Y轴坐标；Zmin为每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点和所述待切割的FPC板上与每个所述最终图形块相匹配的第二Mark点最少需要的数量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于每个所述最终图形块对应的最小外接矩形，利用设定的目标函数及约束条件从所述加工图纸中的所有第一Mark点中获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点，包括：
根据所述式(1)所示的目标函数以及式(3)所示的约束条件计算获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点：
Figure FDA0003778555170000022
Figure FDA0003778555170000023
其中，Mix，Mjx为每个所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的任意两个第一Mark点的X轴坐标；Miy，Mjy为每个所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的任意两个第一Mark点的Y轴坐标；Dmin为每个所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的两个第一Mark点之间的最小距离。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于每个所述最终图形块对应的最小外接矩形，利用设定的目标函数及约束条件从所述加工图纸中的所有第一Mark点中获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点，包括：
根据所述式(1)所示的目标函数以及式(4)所示的约束条件计算获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点：
Figure FDA0003778555170000031
Fi＝γF (4)
其中，Fi为每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的权重指标；F为单位权重；γ为权重系数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的坐标与所述待切割的FPC板上与每个所述最终图形块相匹配的第二Mark点的坐标获取每个所述最终图形块对应的变换矩阵，包括：
针对所述加工图纸中的每个所述最终图形块：
相应于所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的第一Mark点与所述待切割的FPC板上与所述最终图形块相匹配的第二Mark点的数量少于3对，根据所述加工图纸和所述待切割的FPC板上的全局Mark点计算获取所述最终图形块对应的变换矩阵；
相应于所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的第一Mark点和所述待切割的FPC板上与所述最终图形块相匹配的第二Mark点的数量有三对时，通过求解式(5)以获得所述最终图形块对应的变换矩阵M：
Figure FDA0003778555170000041
其中，x，y分别为每个所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的第一Mark点坐标；
Figure FDA0003778555170000042
分别为所述待切割的FPC板上与每个所述最终图形块相匹配的第二Mark点的坐标；h11，h12，h21，h22分别为旋转原子变换，尺度原子变换和剪切原子变换，h13，h23分别为平移原子变换；
相应于所述最终图形块的最小外接矩形相匹配的第一Mark点和所述待切割的FPC板上与所述最终图形块相匹配的第二Mark点的数量有四对时，通过求解式(6)获取所述最终图形块对应的变换矩阵：
Figure FDA0003778555170000043
其中，h31，h32分别为透视原子变换；h33为整体尺度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述根据所述加工图纸中的每个所述最终图形块中所包含的图元以及每个所述最终图形块对应的变换矩阵，获取每个所述最终图形块中所包含图元在待切割FPC板上需进行加工的图形形状，包括：
将所述加工图纸上每个所述最终图形块中所包含的图元上所有点坐标乘以所述变换矩阵得到每个所述最终图形块中所包含图元上所有点在所述待切割的FPC板上对应的实际坐标；
根据每个所述最终图形块中所包含图元上所有点在所述待切割的FPC板上对应的实际坐标获取所述加工图纸上每个所述最终图形块中所包含的图元在所述待切割FPC板上需进行加工的图形形状。
8.一种针对非线性形变的激光切割补偿装置，其特征在于，所述装置包括：分块部分、第一获取部分和第二获取部分；其中，
所述分块部分，经配置为将加工图纸中的图元按照耦合关系进行分块处理，获得多个最终图形块；
所述第一获取部分，经配置为根据每个所述最终图形块在所述加工图纸中的所在区域与每个所述最终图形块在待切割FPC板中的所在区域之间的形变程度，获取每个所述最终图形块的变换矩阵；其中，所述第一获取部分，还经配置为：
获取每个所述最终图形块对应的最小外接矩形；
基于每个所述最终图形块对应的最小外接矩形，利用设定的目标函数及约束条件从所述加工图纸中所有第一Mark点中获取所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点；
根据所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的坐标在所述待切割的FPC板上搜索对应的第二Mark点；
根据所述加工图纸中与每个所述最终图形块相匹配的第一Mark点的坐标与所述待切割FPC板上与每个所述最终图形块相匹配的第二Mark点的坐标获取每个所述最终图形块对应的变换矩阵；
所述第二获取部分，经配置为根据所述加工图纸中的每个所述最终图形块中所包含的图元以及每个所述最终图形块对应的变换矩阵，获取每个所述最终图形块中所包含的图元在所述待切割FPC板上需进行加工的图形形状；其中，所述图形形状用于确定激光切割加工轨迹。
9.一种针对非线性形变的激光切割补偿装置，其特征在于，所述装置包括：通信接口，存储器和处理器；各个组件通过总线系统耦合在一起；其中，
所述通信接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行权利要求1至7中任一项所述针对非线性形变的激光切割补偿方法步骤。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有针对非线性形变的激光切割补偿程序，所述针对非线性形变的激光切割补偿程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述针对非线性形变的激光切割补偿方法步骤。
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Applicant after: Xi'an Zhongke Weijing Photon Technology Co.,Ltd.

Address before: Room 301, No.32 Chuanghui Road, Zhangba Street office, high tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province, 710066

Applicant before: XI'AN MICROMACH TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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GR01 Patent grant
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