一种不规则零件在矩形板材上的排样方法
【专利摘要】本发明公开了一种不规则零件在矩形板材上的排样方法，其方法是首先从零件库中选取不规则零件，用对角线法快速求取各个不规则零件的最小包络矩形；其次对零件的包络矩形以面积为基础进行排序，确定零件优先排样顺序；接着利用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下方法对零件的最小包络矩形进行初步排样；然后根据初始排样结果，恢复出对应的不规则零件的点集，确定不规则零件的初始排样位置；最后根据初步排样位置，对板材内的零件做进一步的靠近移动，由此得出更好的零件排样结果。通过使用本发明的自动排样方法，能够快速地对不规则零件进行排样，能达到较高的材料利用率。
【专利说明】一种不规则零件在矩形板材上的排样方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及家具、服装和机械制造加工领域中的计算机自动辅助排样，尤其是指一种不规则零件在矩形板材上的排样方法。
【背景技术】
[0002]在家具、服装和机械制造等材料加工行业中，通常需要在平面板材上布置多个零件，即零件的排样问题。随着经济的发展，板材的利用率对企业的经济效益有着直接的影响，特别是在使用板材数量非常大的制造业中，排样效率的稍微提高就会带来很大的经济效益。目前，在生产水平不高的企业，大部分的排样方法都是凭借人工目测和经验，采用人工排样的工作量大、效率低，排样效果完全依赖于工人的熟练程度，远远不能满足现在种类繁多、产量各异、灵活多变的生产需求。因此，实现零件在板材上的自动排样，提高板材的利用率，提高排料速度，是企业所追求的目标。
[0003]在零件的排样问题中，若排样零件为矩形件或其他规则形状时，排样相对简单；当排样零件为不规则形状时，排样复杂。对规则零件排样的研究时间较长，研究较为深入，至今已有不少成熟的研究成果运用到实际的生产当中；而对不规则零件排样的研究起步较晚，由于不规则零件排样问题涉及任意旋转角度和不规则形状的重叠检测，增加了排样难度，导致计算复杂度高。因此，在较短的时间内实现不规则零件的自动排样，提高板材利用率，具有重要的实际价值和意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能有效提高材料利用率、快速对不规则零件在矩形板材上进行自动排样的方法，本发明的排放方法用于排样的板材是矩形的；排样的零件具有任意不规则形状；形状在板材上没有方向限制，可任意角度旋转。
[0005]为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为:一种不规则零件在矩形板材上的排样方法，包括以下步骤:
[0006]I)从零件库中选取待排样的不规则零件，并放在矩形板材上，且零件之间不能有
重叠；
[0007]2)采用对角线法求取各个不规则零件的最小包络矩形；
[0008]3)对所有待排零件的最小包络矩形按照面积从大到小排列，而在面积相等时，按照最小包络矩形的高度从大到小降序排列，确定零件优先排样顺序；
[0009]4)利用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下BL方法对零件的最小包络矩形进行排样，以得到初始排样结果；
[0010]5)根据初始排样结果，恢复出对应的不规则零件的点集，确定不规则零件的初始排样位置；
[0011]6)根据初始排样位置，对板材上的零件做进一步的靠近移动，使得零件排列紧密，完成不规则零件的自动正确排样。[0012]所述步骤2)包括如下步骤:
[0013]( I )零件的凸化，根据不规则零件的点集信息，计算不规则零件图形的内角大小，判断图形的凹凸性，并将凹的区域，即内角大于180°的顶点去掉，实现凹多边形的凸化，为计算最小包络矩形做准备；
[0014](II)用对角线法确定零件最小包络矩形的基准边，求出零件凸化后的点集中距离最远的两点，把这两点之间的连线看作是其最小包络矩形的近似对角线；以这两个顶点为端点，沿着零件各引出两条边；以这四条边分别作为包络矩形的基准边，按照如下方法求取出四个包络矩形:
[0015]以一条基准边为基础求零件的包络矩形，旋转零件，使得该基准边与X轴平行，比较旋转后的零件的点集坐标，求出X、Y坐标的最大值和最小值，并记为Xmax，Xmin, ymax, ymin，这就产生了以坐标(χ_，ymax)、(xmax, ymin)、(xmin，ymax)、(xmin，ymin)为顶点的包络矩形，其面积
S= (X—_Xmin) X (Ymax-Ymin);
[0016](III)确定零件的最小包络矩形，从(II)中得到的四个包络矩形中，选择具有最小面积的包络矩形作为零件的最小包络矩形。
[0017]在所述步骤4)中，当没有确定层的高度时，将待排矩形放置在板材最右端的最高水平位，然后将矩形先向左移，再向下移，直到不能再移动为止，此时矩形高度即为当前层的最高水平高度，若矩形在板材剩余高度水平下，即从已排零件的最高水平高度到板材顶端之间的范围，不能放置时，可进行90°的旋转；当层的高度确定时，将待排矩形从当前层的最右端的最高水平位置开始向左向下移动，直到不能移动为止，如果当前层不能放下待排矩形时，则选择未排样序列的下一个包络矩形排放在当前层，若所有的矩形均不能放置，则从未排样序列的第一个矩形开始在新层排放。
[0018]所述的利用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下BL方法对零件的最小包络矩形进行排样，以得到初始排样结果，包括如下步骤:
[0019]( I )放置层的确定，如果是排放第一个矩形，或者当前层不能放置任何矩形，则产生新的放置层，选择未排样序列中的第一个包络矩形，进行如下判断:若板材剩余可排高度大于或等于矩形高度，设定当前层高度等于该矩形高度；若板材剩余可排高度小于矩形高度，且大于或等于矩形宽度，则设定当前层高度等于矩形宽度，此时矩形旋转90° ;若剩余板材可排高度小于矩形宽度，则放弃当前矩形的排放，选择未排样序列的下一个包络矩形进行以上判断；若未排的包络矩形均不能放置，则结束整个排样过程；
[0020](II)设定包络矩形的初始排样位置，若当前待排矩形为(I)中确定放置层高度的矩形，则将矩形放置在板材最右端的最高水平位，并转到下面步骤(IV);若不是，则把矩形放在当前层最右端的最高水平位，并转到下面步骤(III);
[0021](III)判断是否重新选择当前待排包络矩形，若当前层的剩余排样宽度，即板材的宽度减去当前层已排样的矩形占用宽度，小于当前待排矩形的宽度，则从未排样序列中选出第一个宽度不大于该层剩余排样宽度的包络矩形，返回步骤(II);若这样的矩形不存在，则返回步骤(I);
[0022](IV)包络矩形的移动，将包络矩形先向左移动，再向下移动，直到不能再移动为止;
[0023](V)更新板材的未排样区域信息，包括更新板材每层的剩余排样宽度和更新板材未排样区域的点集信息；
[0024](VI)判断是否还有未排样矩形，即排样序列是否不为空，若有，则选取未排样序列中的第一个包络矩形，返回步骤(II);若没有，则结束排样过程。
[0025]在所述步骤6)中，为了减少零件之间的空白区域，从排样的第一个零件开始，逐个将零件进行向下平移，移动时需满足以下要求:零件不超出板材边界，零件之间没有重叠；当所有零件不能向下平移时，即完成不规则零件的自动正确排样。
[0026]当完成不规则零件的自动正确排样时，可采用公式
【权利要求】
1.一种不规则零件在矩形板材上的排样方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)从零件库中选取待排样的不规则零件，并放在矩形板材上，且零件之间不能有重置; 2)采用对角线法求取各个不规则零件的最小包络矩形； 3)对所有待排零件的最小包络矩形按照面积从大到小排列，而在面积相等时，按照最小包络矩形的高度从大到小降序排列，确定零件优先排样顺序； 4)利用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下BL方法对零件的最小包络矩形进行排样，以得到初始排样结果； 5)根据初始排样结果，恢复出对应的不规则零件的点集，确定不规则零件的初始排样位置； 6)根据初始排样位置，对板材上的零件做进一步的靠近移动，使得零件排列紧密，完成不规则零件的自动正确排样。
2.根据权利要求1所述的一种不规则零件排样方法，其特征在于，所述步骤2)包括如下步骤: (I )零件的凸化，根据不规则零件的点集信息，计算不规则零件图形的内角大小，判断图形的凹凸性，并将凹的区域，即内角大于180°的顶点去掉，实现凹多边形的凸化，为计算最小包络矩形做准备； (II)用对角线法确定零件最小包络矩形的基准边，求出零件凸化后的点集中距离最远的两点，把这两点之间的连线看作是其最小包络矩形的近似对角线；以这两个顶点为端点，沿着零件各引出两条边；以这四条边分别作为包络矩形的基准边，按照如下方法求取出四个包络矩形: 以一条基准边为基础求零件的包络矩形，旋转零件，使得该基准边与X轴平行，比较旋转后的零件的点集坐标，求出X、Y坐标的最大值和最小值，并记为
3.根据权利要求1所述的一种不规则零件排样方法，其特征在于:在所述步骤4)中，当没有确定层的高度时，将待排矩形放置在板材最右端的最高水平位，然后将矩形先向左移，再向下移，直到不能再移动为止，此时矩形高度即为当前层的最高水平高度，若矩形在板材剩余高度水平下，即从已排零件的最高水平高度到板材顶端之间的范围，不能放置时，可进行90°的旋转；当层的高度确定时，将待排矩形从当前层的最右端的最高水平位置开始向左向下移动，直到不能移动为止，如果当前层不能放下待排矩形时，则选择未排样序列的下一个包络矩形排放在当前层，若所有的矩形均不能放置，则从未排样序列的第一个矩形开始在新层排放。
4.根据权利要求3所述的一种不规则零件排样方法，其特征在于，包括如下步骤: (I )放置层的确定，如果是排放第一个矩形，或者当前层不能放置任何矩形，则产生新的放置层，选择未排样序列中的第一个包络矩形，进行如下判断:若板材剩余可排高度大于或等于矩形高度，设定当前层高度等于该矩形高度；若板材剩余可排高度小于矩形高度，且大于或等于矩形宽度，则设定当前层高度等于矩形宽度，此时矩形旋转90° ;若剩余板材可排高度小于矩形宽度，则放弃当前矩形的排放，选择未排样序列的下一个包络矩形进行以上判断；若未排的包络矩形均不能放置，则结束整个排样过程； (II)设定包络矩形的初始排样位置，若当前待排矩形为(I)中确定放置层高度的矩形，则将矩形放置在板材最右端的最高水平位，并转到下面步骤(IV);若不是，则把矩形放在当前层最右端的最高水平位，并转到下面步骤(III)； (III)判断是否重新选择当前待排包络矩形，若当前层的剩余排样宽度，即板材的宽度减去当前层已排样的矩形占用宽度，小于当前待排矩形的宽度，则从未排样序列中选出第一个宽度不大于该层剩余排样宽度的包络矩形，返回步骤(II);若这样的矩形不存在，则返回步骤(I ); (IV)包络矩形的移动，将包络矩形先向左移动，再向下移动，直到不能再移动为止； (V)更新板材的未排样区域信息，包括更新板材每层的剩余排样宽度和更新板材未排样区域的点集信息； (VI)判断是否还有未排样矩形，即排样序列是否不为空，若有，则选取未排样序列中的第一个包络矩形，返回步骤(II);若没有，则结束排样过程。
5.根据权利要求1所述的一种不规则零件排样方法，其特征在于:在所述步骤6)中，为了减少零件之间的空白区域，从排样的第一个零件开始，逐个将零件进行向下平移，移动时需满足以下要求:零件不超出板材边界， 零件之间没有重叠；当所有零件不能向下平移时，即完成不规则零件的自动正确排样。
6.根据权利要求1或5所述的一种不规则零件在矩形板材上的排样方法，其特征在于:当完成不规则零件的自动正确排样时，可采用公式材料利卿=丽瞧，计算出板材的排样.率。
【文档编号】G06F17/50GK103678800SQ201310661261
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】罗家祥, 胡跃明, 陈安, 刘月明 申请人:华南理工大学