激光切割編程連通性檢查問題分析

張向良

摘 要：激光切割程序需要將二維圖形進行一系列處理后導(dǎo)入到專用的軟件中進行編制，圖形中的外緣、終孔、視口等部位的輪廓必須是封閉的，才能被激光程序識別。然而，大多數(shù)尺寸大、曲度大、形狀復(fù)雜的零件，其二維圖通常都含有許多肉眼難以發(fā)現(xiàn)的不連通位置。這些位置肉眼難以發(fā)現(xiàn)，而此前業(yè)內(nèi)使用的一種圖形處理程序SYLBDxfProcess實用性較差，性能與實際需求相差甚遠(yuǎn)。文章將探討在AutoCAD工作環(huán)境下，激光切割圖形連通性的檢查方法，以期為該工作提供高效的解決方案。

關(guān)鍵詞：激光切割；圖形處理；連通性；封閉性；ObjectARX；二次開發(fā)

中圖分類號：TG485 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）33-0079-02

引言

進行激光切割，需要將二維圖形導(dǎo)入到專用軟件中生成切割程序。對于零件輪廓、通孔、視口等區(qū)域需要保證其圖形在激光編程程序中是連通（輪廓封閉）的，否則切割機和相關(guān)軟件無法識別。然而，大多數(shù)壁板、框等尺寸大、曲度大、形狀復(fù)雜的零件，其二維圖形中的傾斜邊、圓角、曲線結(jié)構(gòu)等位置的圖形質(zhì)量通常都不好，含有許多肉眼難以發(fā)現(xiàn)的不連通位置，如斷開、交疊、多余線條和端頭錯位等。這些圖形缺陷肉眼難以發(fā)現(xiàn)，人工處理幾乎不可能；而此前業(yè)內(nèi)使用的SYLBDxfProcess每次只能檢查一個鏈，而且運行極慢，檢查結(jié)果也不可靠，對解決問題助益甚微。本文將探討激光切割圖形連通性問題及檢查算法，以及如何在基于ObjectARX（VC）開發(fā)的程序中實現(xiàn)。該方法可以一鍵式地找出上述圖形缺陷的精確位置，將為設(shè)計人員提供極大方便，同時也極大保證了工作質(zhì)量。

1 連通性檢查問題描述

用于編制激光切割程序的二維圖形中所有的輪廓，包括外緣、視口、各種孔等，必須是連通的才能被識別。在投影圖形質(zhì)量不佳的情況下，很多肉眼看起來連通的輪廓實際上被系統(tǒng)認(rèn)為是開放的。放大圖形后可知，這是由于線與線的連接處存在著尺度極小的斷開、重疊、毛刺等。如圖1。

2 算法分析

圖元的拓?fù)潢P(guān)系判定需要考慮一個因素——公差。假設(shè)約定的公差值為geTol（長度變量單位默認(rèn)為mm，下同），則兩點距離小于geTol時，認(rèn)為兩點重合。這個值應(yīng)根據(jù)所選用的設(shè)備、設(shè)備的配套軟件設(shè)置和使用的CAD軟件設(shè)置來確定。

在激光切割圖形中，允許存在的圖元包括且限于直線、圓弧和圓。由于圓自封閉，不需要判斷連通性，故只需檢查直線與圓弧（以下簡稱曲線）。當(dāng)曲線pCurve1的某一端點與曲線pCurve2的某一端點重合時，稱兩曲線鄰接。

在一組曲線中，如果每條曲線都與其他至少1條曲線鄰接，稱這組曲線為一個鏈；如果一個鏈中每條曲線的每個端點最多只與其他一條曲線鄰接，則稱這個鏈為一個單鏈。如果一個單鏈?zhǔn)孜蚕嘟樱瑒t稱該鏈連通。激光切割圖形中的輪廓最終應(yīng)達(dá)到這種狀態(tài)（由于激光切割圖形的特性，此處不考慮諸如8字形之類的曲線相交情形）。于是可根據(jù)以上條件設(shè)計出檢查連通性的算法：（1）獲得所有圖形元素，分解其中的組合元素。（2）將所有元素分成若干個鏈。（3）對于每個鏈，獲取一個元素，遞歸檢查與之鄰接的元素，以確定是否為連通鏈。（4）重復(fù)2、3步驟，檢查所有鏈。（5）在用戶界面突出顯示連通的鏈。

3 算法的實現(xiàn)

考慮到業(yè)內(nèi)普遍的工作方式，本文選擇在AutoCAD平臺上實現(xiàn)上述算法。由于基于VC++的ObjectARX程序運行效率最高，擁有與AutoCAD自身幾乎相同的編程接口與控制能力[1]，故使用ObjectARX（VC）2007開發(fā)，編譯環(huán)境是Visual Studio 2005。與AutoCAD自身的功能一樣，該連通性檢查功能通過命令調(diào)用。如圖2。

部分代碼如下：

static void NITemplateAssistAutomaticChain（void）

{

std：：list chainList；

std：：list：：iterator iter；

AcDbObjectIdArray entIds = GlobalFunction：：GetAllEntityIds（）；

if （entIds.isEmpty（））

{

acutPrintf（_T（"＼nThere's no entity in this drawing！"））；

return；

}

// Divide entities into several chains

TopologicalFunction：：DivideIntoGroups（entIds，chainList，1）；

// For each chain， check its closure and mark the ents

int count = 0；

for （iter=chainList.begin（）；iter！=chainList.end（）；iter++）

{

AcGePoint3dArray points；

if （TopologicalFunction：：IsClosed（*iter，points））

{

GlobalFunction：：MarkEnt（*iter）；

count++；

}

}

acutPrintf（_T（"＼n%d loops are found."），count）；

}

所述的步驟（1）：獲得所選擇的圖形元素，分解其中的組合元素：將模型空間中所有實體的ID加入查找范圍數(shù)組。對獲得的所有實體執(zhí)行分解動作，如果分解成功，則將所得的實體依次發(fā)送至模型空間，并將其ID加入查找范圍數(shù)組，然后在查找范圍數(shù)組中移除該組合元素的ID，并將該組合元素從模型空間刪除。

步驟（2）：將所有元素分成若干個鏈：打開查找范圍的第一個元素pEnt，確認(rèn)其是直線或圓弧。將pEnt移入鏈，提取其兩端點，在查找范圍數(shù)組中查找與之鄰接的元素。如果有，則將這個元素移入鏈，并檢查這個元素；否則新建一個鏈繼續(xù)查找。遞歸地執(zhí)行上述過程，直至檢查完所有元素，并獲得一個鏈列表。

步驟（3）：對于每個鏈，獲取一個元素，遞歸檢查與之鄰接的元素，以確定是否為連通鏈：對鏈中的每一條曲線pEnt，檢查它與其他曲線有沒有公共端點，所以當(dāng)所有元素都檢查完畢后，結(jié)果分為三種：a.pEnt兩端點均有唯一曲線鄰接；b.pEnt僅在起點或終點有唯一曲線鄰接；c.pEnt兩端點均無唯一曲線鄰接（無元素或多個元素）。

對于情形a，分為三種情況：一是pEnt兩端鄰接的曲線是同一個元素，則可以判定鏈連通，將這個元素移入鏈，查找結(jié)束；二是新起點與新終點重合，說明圖形由分別與pEnt兩端相連的兩條曲線閉合，將這2個元素移入連通元素集，查找結(jié)束；否則說明該鏈還沒有結(jié)束，對這2個元素執(zhí)行（3）的步驟。

對于情形b，分為兩種情況：一是新的起點與原終點相同，說明原終點處存在多于1條鄰接曲線，圖形在此出現(xiàn)分支，一定不連通，查找結(jié)束；否則應(yīng)將這條曲線移入鏈，繼續(xù)查找以確定斷開位置。

對于情形c，由于查找是遞歸的，所以忽略該情形，查找結(jié)束。

步驟（4）：重復(fù)2、3步驟，檢查所有鏈。

步驟（5）：在用戶界面突出顯示連通的鏈，如果一個鏈被判斷為連通的，則將其中每條曲線變?yōu)榧t色并加粗，令使用者一目了然；否則在該鏈的兩端繪制紅色粗實線圓圈，以標(biāo)明斷開位置。

4 結(jié)束語

本文描述了激光切割圖形連通性缺陷的成因與情形，給出了檢查連通性的一般方法，并說明了如何在基于ObjectARX（VC）開發(fā)的程序中實現(xiàn)。解決了激光切割圖形連通性缺陷肉眼難以察覺，之前業(yè)內(nèi)使用的方法實用性較差的問題，為相關(guān)工作提供了快速可靠的解決方案。

參考文獻：

[1]張帆，朱文俊.AutoCAD ObjectARX（VC）開發(fā)基礎(chǔ)與實例教程[M].中國電力出版社，2014.

[2]陸桂君.激光切割的機理與機械工藝技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（03）：122.

[3]胡家兵，郭宇斌，梁依忱.圖像實時檢測技術(shù)在激光切割中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（34）：75.endprint