本发明涉及拼板技术领域，尤其涉及一种基于内接多边形的异形拼板方法及装置，具体可应用于PCB板的拼板以及异形方块自动填充。
背景技术：
目前PCB(PrintedCircuitBoard，印制电路板)行业在生产PCB样板时，为了节省时间和成本，会将多款同工艺的PCB产品手动合拼一起生产，然后再罗出所有料号交付客人。拼板人员使用CAM工具手工导入多个PCB料号的CAM文件，手工把多款Set(一类PCB产品的最小出货单位)合成1个Panel(生产的最小单位，由Set合成)，如果Set为异形外框，手工时间会更长，Panel的板材利用率往往较低，人工拼板20个料号需要30分钟左右，导致板材利用率低，以及拼板效率不高的问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于内接多边形的异形拼板方法，旨在提高PCB板材的利用率，以及提升PCB拼板的效率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种基于内接多边形的异形拼板方法，包括如下步骤：
从N+1块异形板中选取一内部带有多边形的异形板作为母板，剩余的N块异形板为子板，其中，N为大于或等于1的整数；
将每一子板容入母板内的板间距后，根据碰撞原理生成与子板对应的不规则的多边形内框线NFP；
N块子板在母板内对应生成N个不规则的多边形内框线NFP，并将N个不规则的多边形内框线NFP两两合并生成N块子板的拼接组合图；
从N块子板的拼接组合图中提取并输出最优的拼板组合图。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案为：提供一种基于内接多边形的异形拼板装置，包括：
选取模块，用于从N+1块异形板中选取一内部带有多边形的异形板作为母板，剩余的N块异形板为子板，其中，N为大于或等于1的整数；
NFP生成模块，用于将每一子板容入母板内的板间距后，根据碰撞原理生成与子板对应的不规则的多边形内框线NFP；
组合模块，用于根据N块子板在母板内对应生成N个不规则的多边形内框线NFP，并将N个不规则的多边形内框线NFP两两合并生成N块子板的拼接组合图；
筛选模块，用于从N块子板的拼接组合图中提取并输出最优的拼板组合图。
本发明的有益效果在于：区别于现有技术中的采用人工拼板导致板材利用率低，以及拼板效率不高的问题，本发明提供了一种基于内接多边形的异形拼板方法，具体包括以下流程：从N+1块异形板中选取一内部带有多边形的异形板作为母板，剩余的N块异形板为子板；将每一子板容入母板内的板间距后，根据碰撞原理生成与子板对应的不规则的多边形内框线NFP；N块子板在母板内对应生成N个不规则的多边形内框线NFP，并将N个不规则的多边形内框线NFP两两合并生成N块子板的拼接组合图；从N块子板的拼接组合图中提取并输出最优的拼板组合图，通过预先生成拼接组合图，能够将子板拼接至母板的内部，有利于提高拼接的效率，并且能够降低板材的浪费，从而提高板材的利用率。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明一实施例中基于内接多边形的异形拼板方法的流程图；
图2为图1中步骤S20的一实施例的流程图；
图3为图2中步骤S22的一实施例的流程图；
图4为图1中步骤S30的一实施例的流程图；
图5a、5b及5c为子板与母板拼接的具体示例图；
图6为本发明一实施例中基于内接多边形的异形拼板装置的方框图；
图7为图6中NFP生成模块的一实施例的方框图；
图8为图7中生成单元的一实施例的方框图；
图9为图6中组合模块的一实施例的方框图。
标号说明：
10、选取模块；
20、NFP生成模块：
21、选择单元；22、生成单元；221、设定子单元；222、获取子单元；
223、选取子单元；224、第一判断子单元；225、第二判断子单元；
30、组合模块：
31、获取单元；32、处理单元；33、筛选单元；34、第一判断单元；
35、第二判断单元；36、旋转单元；
40、筛选模块。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
本发明最关键的构思在于：本发明采用先选定内部具有多边形的母板，而余下的为子板，然后通过各子板在母板的内部移动形成多个多边形内框线NFP，并两两组合后生成N块子板的拼接组合图，并从N块子板的拼接组合图输出最优的拼板组合图，方便直接将子板拼接至母板的内部，有利于提高拼接的效率以及板材的利用率。
请参阅图1，本发明提供了一种基于内接多边形的异形拼板方法，包括如下步骤：
S10、从N+1块异形板中选取一内部带有多边形的异形板作为母板，剩余的N块异形板为子板，其中，N为大于或等于1的整数。应该指出的是，母板的内部多边形可以完全容纳子板，若子板的面积过大或者长度过长而不能容入母板内时，此时拼接失败，可以采用切割的方法对子板进行处理，以使任一子板均可容纳于母板内。
S20、将每一子板容入母板内的板间距后，根据碰撞原理生成与子板对应的不规则的多边形内框线NFP(又可称临界多边形)。子板容入板间距后，子板的顶点与母板的内边接触，或者母板的顶点与子板的外边接触，当子板在母板内运动一周时，可得到子板的运动轨迹。
S30、N块子板在母板内对应生成N个不规则的多边形内框线NFP，并将N个不规则的多边形内框线NFP两两合并生成N块子板的拼接组合图。N块子板在母板内可生成N个不规则的多边形内框线NFP，经过两两合并处理后能够形成N块子板的拼接组合图。
S40、从N块子板的拼接组合图中提取并输出最优的拼板组合图。上述的拼接组合图包含多种，从其中按照优劣算法可以选取并输出最优的拼板组合图。
板间距：是指当子板沿母板内部的多边形边运动时，子板上选定的参考点运动一周得到的轨迹形成多边形内框线NFP，多边形内框线NFP与母板的内边形成的间距。
本发明区别于现有技术中的采用人工拼板导致板材利用率低，以及拼板效率不高的问题，本发明提供了一种基于内接多边形的异形拼板方法，具体包括以下流程：从N+1块异形板中选取一内部带有多边形的异形板作为母板，剩余的N块异形板为子板；将每一子板容入母板内的板间距后，根据碰撞原理生成与子板对应的不规则的多边形内框线NFP；N块子板在母板内对应生成N个不规则的多边形内框线NFP，并将N个不规则的多边形内框线NFP两两合并生成N块子板的拼接组合图；从N块子板的拼接组合图中提取并输出最优的拼板组合图，通过预先生成拼接组合图，能够自动将子板拼接至母板的内部，有利于提高拼接的效率，并且能够降低板材的浪费，从而提高板材的利用率。
请参照图2，在一具体的实施例中，所述根据碰撞原理生成与N块子板对应的N个不规则的多边形内框线NFP的步骤，具体包括：
S21、在母板的内边上选择与任一子板的外边重合的点作为起始位置，以及在任一子板外边选定距离母板最远的顶点作为参考点。在子板沿母板内部的多边形运动时，子板的外边至少有一点与母板的内边的一点重合，可以以此点子板运动的起始位置。另外，子板运动时，为方便记录子板容入母板的位置，最好以子板的外边距母板的内边最远的位置记为参考点，如此，以方便容入子板。当然，还可以选用子板的外边离母板的内边较远的点作为参考点。
S22、记录N块子板沿母板的内边运动返回至起始位置时，各参考点的运动轨迹形成与子板对应的不规则的多边形内框线NFP。该运动轨迹可以暂存，以方便后续对运动轨迹的组合。
请参照图3，在一具体的实施例中，所述记录N块子板沿母板的内边运动返回至起始位置时，各参考点的运动轨迹形成与子板对应的不规则的多边形内框线NFP的步骤，具体包括：
S221、设定母板与N块子板接触的任一顶点为运动点，与该运动点接触的边为运动边。本步骤中，可以设定子板的顶点为运动点，且与子板的顶点接触的母板的内边为运动边，子板的运动方向为运动边所指的方向，还可以设定母板的顶点为运动点，且与母板的顶点接触的子板的外边为运动边，子板的运动方形为运动边所指方向的反方向。如实施例中，子板在母板内进行逆时针方向运动，那么母板相对子板进行顺时针方向运动。
S222、获取顶点在运动边上的投影向量线段。若子板的顶点为运动点，则对子板沿运动方向在母板的运动边上作投影，并保存子板的所有顶点在母板的运动边的投影点的向量线段到集合L中。若母板的顶点为运动点，则对母板沿运动方向在子板运动边作投影，并保存母板的所有顶点在母板的运动边的投影点的向量线段到集合L中。
S223、选取最短的投影向量线段。对集合向量线段的集合L进行处理，选取最短的投影向量线段。
S224、判断最短的投影向量线段是否大于运动边的长度，若是则N块子板根据对应的运动边的方向移动，且转换运动边为与运动边相连的下一条边；若否则N块子板根据对应的最短的投影向量线段移动，且转换运动边为当前的投影边。若最短的投影向量线段为子板的顶点投影到母板的运动边上，则判断运动点为子板的顶点，运动边为子板的顶点在母板上的投影边；否则则判断运动点为母板的顶点，运动边为母板的顶点在子板上的投影边。
S225、判断N块子板的运动位置是否返回各自的起始位置，若是则记录N块子板的各参考点的运动轨迹形成与子板对应的不规则的多边形内框线NFP；若否则返回步骤S222，直至N块子板的运动位置返回各自的起始位置。
通过上述步骤，可以自动实现子板在母板的内部运动，以实现利用子板与母板的内边的碰撞原理生成多边形内框线NFP。
请参照图4，在基于上述实施例的基础上，进一步地，所述N块子板在母板内对应生成N个不规则的多边形内框线NFP的步骤，具体包括：
S301、获取并将任一块子板移动至该子板在母板内的重心最低位置。所述重心最低位置指子板以任一角度与母板进行拼接时，子板的重心最接近母板的内边的位置。
S302、根据该子板的外边与母板的内边，将母板内部的多边形分成若干个不规则的多边形内框线NFP并按照面积大小进行排序；一般的，子板与母板至少存在两个接触点(亦称重合点)，以接触点为临界点，可以将母板的内部分隔成至少两个多边形区域，为了方便后续的计算，可以对分隔成的多边形进行排序。具体的，可以根据多边形的面积大小进行排序处理。
S303、从若干个不规则的多边形内框线NFP中筛选出可容入第二块子板的面积最小的目标多边形内框线NFP。按照多边形的面积从小到大的顺序从分隔成的最小多边形中容入第二块子板。
S304、判断目标多边形内框线NFP是否为最后一个多边形内框线NFP，若是则执行步骤S305，若否则循环换一个面积更大的多边形内框线NFP，直至换成面积最大的多边形内框线NFP后，并返回步骤S301；通过上述步骤可以找到面积最大的多边形内框线NFP，并可以继续移动下一块子板至该最大的多边形内框线NFP的重心最低位置。
S305、判断第二块子板是否为最后一块，若是则结束生成N个不规则的多边形内框线NFP；若否则容入第三块子板，并返回步骤S301，直至判断子板为最后一块。
通过上述步骤，可以将N块子板容入母板的内部，并且在子板容入母板的内部过程中，其它子板可以根据已容入的子板与母板重新组合而成的多边形内框线NFP来继续容入，如此，可以N块子板与母板内部的拼接。应该指出的是，此时，母板的内部足够容纳N块子板，而通过上述的容入方法能够以最小母板的内部空间容纳所有子板，从而提高母板内部空间的利用率。
优选地，所述获取并将任一块子板移动至该子板在母板内的重心最低位置的步骤之前，还包括将子板旋转一设定角度，并将子板与母板的内边接触的步骤。具体的，该子板旋转的角度可以根据实际的要求来设定，如逆时针方向将子板旋转90°、180°或270°，或者顺时针方向将子板旋转90°、180°或270°。
在基于上述实施例的基础上，所述从N块子板的拼接组合图中提取并输出最优的拼板组合图的步骤，具体包括：取最大面积的组合图作为起始图形；取N个组合图中除所述起始图形外的任一组合图，计算得到次优模式定位点，生成组合图集合Y；遍历所述N个组合图，取所述组合图集合Y外的任一异形板组合图，得到最优模式定位点，放入所述组合图集合M；筛选内框面积最小的为最终拼板组合图。
请参照图5a、图5b及图5c，在一具体拼接示例中，白色的方框为母板的内部多边形，方框外各待拼接的子板；开始拼接时，从子板中从选择较大面积的板材，并将其填充至方框内如图，然后选择较小面积的板材并将填充至已填充的子板与母板的内边之间(保证子板与母板的重心最低)，最后选择最小面积的板材填充，如此得到最终的拼板组合图。
请参照图6，本发明还提供了一种基于内接多边形的异形拼板装置，包括选取模块10、NFP生成模块20、组合模块30以及筛选模块40。
选取模块10，用于从N+1块异形板中选取一内部带有多边形的异形板作为母板，剩余的N块异形板为子板，其中，N为大于或等于1的整数。具体的，母板的内部多边形可以完全容纳子板，若子板的面积过大或者长度过长而不能容入母板内时，此时拼接失败，可以采用切割的方法对子板进行处理，以使任一子板均可容纳于母板内。
NFP生成模块20，用于将每一子板容入母板内的板间距后，根据碰撞原理生成与子板对应的不规则的多边形内框线NFP。具体的，子板容入板间距后，子板的顶点与母板的内边接触，或者母板的顶点与子板的外边接触，当子板在母板内运动一周时，可得到子板的运动轨迹。
组合模块30，用于根据N块子板在母板内对应生成N个不规则的多边形内框线NFP，并将N个不规则的多边形内框线NFP两两合并生成N块子板的拼接组合图。具体的，N块子板在母板内可生成N个不规则的多边形内框线NFP，经过两两合并处理后能够形成N块子板的拼接组合图。
筛选模块40，用于从N块子板的拼接组合图中提取并输出最优的拼板组合图。
请参照图7，在一具体的实施例中，所述NFP生成模块20包括选择单元21和生成单元22。
选择单元21，用于在母板的内边上选择与任一子板的外边重合的点作为起始位置，以及在任一子板外边选定距离母板最远的顶点作为参考点。具体的，在子板沿母板内部的多边形运动时，子板的外边至少有一点与母板的内边的一点重合，可以以此点子板运动的起始位置。另外，子板运动时，为方便记录子板容入母板的位置，最好以子板的外边距母板的内边最远的位置记为参考点，如此，以方便容入子板。当然，还可以选用子板的外边离母板的内边较远的点作为参考点。
生成单元22，用于记录N块子板沿母板的内边运动返回至起始位置时，各参考点的运动轨迹形成与子板对应的不规则的多边形内框线NFP。具体的，该运动轨迹可以暂存，以方便后续对运动轨迹的组合。
请参照图8，在一具体的实施例中，所述生成单元22包括设定子单元221、获取子单元222、选取子单元223、第一判断子单元224以及第二判断子单元225。
设定子单元221，用于设定母板与N块子板接触的任一顶点为运动点，与该运动点接触的边为运动边。具体的，该设定子单元221可以设定子板的顶点为运动点，且与子板的顶点接触的母板的内边为运动边，子板的运动方向为运动边所指的方向，还可以设定母板的顶点为运动点，且与母板的顶点接触的子板的外边为运动边，子板的运动方形为运动边所指方向的反方向。如实施例中，子板在母板内进行逆时针方向运动，那么母板相对子板进行顺时针方向运动。
获取子单元222，用于获取顶点在运动边上的投影向量线段。具体的，若子板的顶点为运动点，则对子板沿运动方向在母板的运动边上作投影，并保存子板的所有顶点在母板的运动边的投影点的向量线段到集合L中。若母板的顶点为运动点，则对母板沿运动方向在子板运动边作投影，并保存母板的所有顶点在母板的运动边的投影点的向量线段到集合L中。
选取子单元223，用于选取最短的投影向量线段。该选取子单元223可以对集合向量线段的集合L进行处理，选取最短的投影向量线段。
第一判断子单元224，用于判断最短的投影向量线段是否大于运动边的长度，若是则N块子板根据对应的运动边的方向移动，且转换运动边为与运动边相连的下一条边；若否则N块子板根据对应的最短的投影向量线段移动，且转换运动边为当前的投影边。该第一判断子单元224，若最短的投影向量线段为子板的顶点投影到母板的运动边上，则判断运动点为子板的顶点，运动边为子板的顶点在母板上的投影边；否则则判断运动点为母板的顶点，运动边为母板的顶点在子板上的投影边。
第二判断子单元225，用于判断N块子板的运动位置是否返回各自的起始位置，若是则记录N块子板的各参考点的运动轨迹形成与子板对应的不规则的多边形内框线NFP；若否则返回继续获取下一顶点在运动边上的投影向量线段，直至N块子板的运动位置返回各自的起始位置。
通过生成单元22可以自动实现子板在母板的内部运动，以实现利用子板与母板的内边的碰撞原理生成多边形内框线NFP。
请参照图9，在基于上述实施例的基础上，进一步地，所述组合模块30包括获取单元31、处理单元32、筛选单元33、第一判断单元34以及第二判断单元35。
获取单元31，用于获取并将任一块子板移动至该子板在母板内的重心最低位置。其中，重心最低位置指子板以任一角度与母板进行拼接时，子板的重心最接近母板的内边的位置。
处理单元32，用于根据该子板的外边与母板的内边，将母板内部的多边形分成若干个不规则的多边形内框线NFP并按照面积大小进行排序。一般的，子板与母板至少存在两个接触点(亦称重合点)，以接触点为临界点，可以将母板的内部分隔成至少两个多边形区域，为了方便后续的计算，可以对分隔成的多边形进行排序。具体的，可以根据多边形的面积大小进行排序处理。
筛选单元33，用于从若干个不规则的多边形内框线NFP中筛选出可容入第二块子板的面积最小的目标多边形内框线NFP。该筛选单元33用于按照多边形的面积从小到大的顺序从分隔成的最小多边形中容入第二块子板。
第一判断单元34，用于判断目标多边形内框线NFP是否为最后一个多边形内框线NFP，若是则继续判断第二子板是否为最后一块子板，若否则循环换一个面积更大的多边形内框线NFP，直至换成面积最大的多边形内框线NFP后，并继续获取第二块子板的重心最低位置。通过第一判断单元34，可以找到面积最大的多边形内框线NFP，并可以继续移动下一块子板至该最大的多边形内框线NFP的重心最低位置。
第二判断单元35，用于判断第二块子板是否为最后一块，若是则结束生成N个不规则的多边形内框线NFP；若否则容入第三块子板，并继续获取第三块子板的重心最低位置，直至判断子板为最后一块。
通过组合模块30，可以将N块子板容入母板的内部，并且在子板容入母板的内部过程中，其它子板可以根据已容入的子板与母板重新组合而成的多边形内框线NFP来继续容入，如此，可以N块子板与母板内部的拼接。应该指出的是，此时，母板的内部足够容纳N块子板，而通过上述的容入方法能够以最小母板的内部空间容纳所有子板，从而提高母板内部空间的利用率。
优选地，所述组合模块30还包括旋转单元36。旋转单元36，用于将子板旋转一设定角度，并将子板与母板的内边接触。该旋转单元36对子板的旋转的角度可以根据实际的要求来设定，如逆时针方向将子板旋转90°、180°或270°，或者顺时针方向将子板旋转90°、180°或270°。
综上所述，本发明基于内接多边形的异形拼板装置，通过应用上述的基于内接多边形的异形拼接方法，能够提高PCB板材的利用率，以及提升PCB拼板的效率。
此处第一、第二只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。